程艳丽毕设第一周工作Word下载.docx
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%每个字符的能量
tb=1;
%每个信息比特所占的时间
%用户输入的数据信息
t=0.01:
0.01:
tb*length_user;
basebandsig=[];
length_user
forj=0.01:
tb
ifuser(i)==1
basebandsig=[basebandsig1];
else
basebandsig=[basebandsig-1];
figure
plot(basebandsig)
axis([0100*length_user-1.51.5]);
title('
用户输入的信息'
)
%用户的BPSK调制过程
bpskmod=[];
bpskmod=[bpskmodsqrt(2*eb)*user(i)*cos(2*pi*fc*j)];
length(bpskmod)
%用户BPSK调制后的波形图输出
plot(bpskmod)
axis([0100*length_user-33]);
title('
用户经BPSK调制之后的波形'
)
%扩频
%PN码发生器
seed=[1-111];
%设PN码初始值为1011
spreadspectrum=[];
pn=[];
forj=1:
10%PN码和数据比特码的比率设为10:
1
pn=[pnseed(4)];
ifseed(4)==seed(3)temp=-1;
elsetemp=1;
seed(4)=seed(3);
seed(3)=seed
(2);
seed
(2)=seed
(1);
seed
(1)=temp;
spreadspectrum=[spreadspectrumuser(i)*pn];
%扩频过程
pnupsampled=[];
len_pn=length(pn);
len_pn
forj=0.1:
0.1:
ifpn(i)==1
pnupsampled=[pnupsampled1];
pnupsampled=[pnupsampled-1];
length_pnupsampled=length(pnupsampled);
sigtx=bpskmod.*pnupsampled;
%扩频码波形输出
figure
plot(pnupsampled)
axis([0100*length_user-22])
PN码波形图'
%扩频后的波形图输出
plot(sigtx)
axis([0100*length_user-33]);
用PN码扩频后的波形图'
composite_signal=sigtx;
%高斯白噪声信道传输
snr_in_dbs=20%设信噪比为20
composite_signal=awgn(composite_signal,snr_in_dbs);
%从信道中解扩出用户的信息
rx=composite_signal.*pnupsampled;
plot(rx)
用户解扩后的波形'
%BPSK解调过程
demodcar=[];
demodcar=[demodcarsqrt(2*eb)*cos(2*pi*fc*j)];
bpskdemod=rx.*demodcar;
plot(bpskdemod)
用户经BPSK解调之后的波形'
len_dmod=length(bpskdemod);
sum=zeros(1,len_dmod/100);
len_dmod/100
forj=(i-1)*100+1:
i*100
sum(i)=sum(i)+bpskdemod(j);
%检波过程
rxbits=[];
fori=1:
ifsum(i)>
rxbits=[rxbits1];
else
rxbits=[rxbits0];
length_rxbits=length(rxbits);
tb*length_rxbits;
savbandsig=[];
length_rxbits
savbandsig=[savbandsig1];
savbandsig=[savbandsig-1];
plot(savbandsig)
axis([0100*length_user-22]);
用户经检波之后的波形'
);
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
开题报告文字部分
本课题研究的目的及意义:
扩频通信是扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)的简称,是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;
频带的扩展是通过一个独立的码序列(一般是伪随机码)来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;
在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
扩展频谱通信与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频技术通常有4种类型,直接序列扩频,跳频,跳时,混合扩频。
而其中直接序列扩频是使用最典型的扩频方式。
扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用,到目前为止,其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,而跳频系统与直接序列扩频系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。
直接序列扩频系统,及DS-CDMA,主要是一种民用技术,在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。
欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统(2G)的应用中取得了巨大的成功。
而在目前所有建议的第三代移动通信系统(3G)标准中(除了EDGE)都采用了某种形式的CDMA。
因此CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象。
从扩频技术的历史可以看出,每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。
军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。
展望未来,第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。
本课题国内外同类研究现状:
目前扩频技术中研究最多的对象是CDMA技术,其中又以码捕获技术和多用户检测(MUD)技术代表了目前扩频技术研究的现状。
1,码捕获
同步的实现是直扩系统中一个关键问题。
只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后,才有可能实现直序扩频通信的各种优点。
同步过程分为两步来实现:
首先是捕获阶段,实现对接收信号中伪码的粗跟踪;
然后是跟踪阶段,实现对伪码的精确跟踪。
目前的研究主要集中在码捕获过程。
目前对码捕获的研究主要集中在对周期较长的码实现捕获的问题,也就是快速捕获的问题。
以前采用的主要是串行捕获方法,这种方案实现简单,但捕获速度不能满足要求。
而现在大规模集成电路的应用使并行捕获方案成为可能,但系统的复杂度很高,因此研究的目标就是实现码捕获时间性能和系统复杂度之间的折衷。
在串行捕获方案中,双停顿时间搜索法和序贯检测法都是缩短捕获时间的有效方法,利用一些新的搜索算法进一步改进这些系统的性能成为研究的热点。
此外以前主要研究的是高斯信道下的捕获性能,现在则考虑到非高斯信道下的捕获性能,以及在有频偏等影响条件下捕获性能。
2,多用户检测
CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制,多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能,因此是一种提高系统容量的有效方法。
传统的CDMA接收机是由一系列单用户检测器组成,每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器,它并没有考虑多址干扰的结构,而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声,因此当用户数量增加时,其性能急剧下降。
通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。
但是最优的多用户接收机,其复杂度随用户数量成指数增长,因此在实际通信系统中几乎不可能实现。
这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点。
目前研究的次最优多用户检测器主要可分为两大类:
线性检测器和反馈检测器。
前者包括解相关检测器、最小均方误差序列检测器等;
后者则包括多级检测器、判决反馈检测器、顺序干扰撤销和并行干扰撤销检测器等。
考虑信道编码的多用户接收机又可以分为非迭代接收机和迭代接收机。
这些检测器的实现都需要知道预期用户的扩频码、定时信息以及信道冲击响应,有时还需要知道多用户干扰。
这些信息可以通过发送导频序列获得,但使用导频序列就降低了系统的频谱利用效率,因此不使用导频序列的多用户检测方法,又称为盲多用户检测器,也正在得到深入的研究。
本课题研究技术的展望
1.扩频技术的发展趋势
从扩频技术的历史可以看出,每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。
3G设计的目标主要是支持多媒体业务的高速数据传输,因此其研究主要集中在新标准和新硬件的开发。
而对于3G以后的发展,不同的研究者有不同的观点。
但是从用户的观点看,4G应该具备以下的主要特征:
①最大的灵活性,应该能够满足在任何时间和地点,通过任何设备都可以实现通信;
②降低成本,4G在实现比3G的传输速率高1~2个数量级的同时,还应该使成本降为3G时的1/10或1/100;
③个性化和综合化的业务,不仅仅是保证每个人都能通过一个终端进行通信,而要在人周围的家庭、办公室以及热点地区建立一个通用的信息环境,使每个人都可以根据需要以各种方式获得信息。
对4G的认识不同,采取的技术解决手段也各不一样。
目前实现4G观点主要有2种:
一种是开发新的无线接口和技术;
另一种则是集成现有的及未来的无线系统。
前者关注新技术的应用,例如多载波调制技术,即OFDM,是一种传输高速数据的有效调制方案,被认为有望成为4G的标准调制技术。
而另一种观点则认为,更重要的是将现有的和未来的通信系统集成,其中的网络包括无线局域网(WLANs)、无线个域网(WPANs)、AdHoc网络以及家庭局域网等,其中连接的设备则包括便携式移动终端、固定设备、个人电脑以及娱乐设备等。
超宽带(UWB)技术以及软件无线电(SDR)技术在无线网络集成方面也起着重要的作用。
在4G网络的实现中,有的技术本身就是扩频技术的延伸,有的则能够很好得与扩频技术结合,还有的则能用于扩频系统的实现,因此这些新技术的发展体现着扩频技术的发展趋势。
2.超宽带技术
衡量扩频系统的重要指标是扩频增益,在一定的传输带宽下,要提高有效数据的传输速率就要降低扩频增益,而扩频增益的下降也意味着扩频系统性能的降低,因此要提高传输数据速率,而且不降低扩频系统的性能(即保证一定的扩频增益),就只有提高传输带宽。
超宽带(UWB)技术可以看作是一种将传输带宽极大扩展以获得高数据传输速率的扩频技术。
UWB作为一种短距离通信技术在未来无线通信系统的实现中扮演着重要的角色。
在3G向4G转变的过程中,要求实现无所不在的通信平台,短距离无线设备和业务的设计、配置和应用也达到前所未有的高度。
目前的短距离无线设备和网络主要是基于IEEE802系列无线标准的WLANs/WPANs,但是这些网络和设备都是独立工作的,它们要么单独地工作在室内和办公室环境,要么单独地工作在开阔的公共地区,完全没有考虑它们之间的互连问题。
此外,未来无线通信系统对短距离通信的高速数据传输也会提出更高的要求,而高速数据传输带来的最大问题就是频谱资源紧缺。
UWB技术的出现为解决这些难题提供了可能的方案。
UWB技术通过共享频谱,而不是寻找目前存在但实用性不高的频谱来实现短距离高速数据传输,它有效地解决了频谱分配问题,因此自从FCC在2002年2月14日颁布了将UWB技术用于商用的法规以后,UWB技术的研究热潮始终高涨。
与现有的各种无线通信技术相比,UWB有着明显不同的工作原理和应用特性。
传统的无线通信技术使用连续电波作为通信载波,即用某种调制方式将信号加载到连续电波上,并且连续电波被限定在小范围的频段上(一般约为6MHz)。
而UWB技术不使用连续电波,它通过非常短、非常快而“离散”的电子脉冲来传输信号,由编码来控制脉冲的发送时间,脉冲本身就形成了数字通信中的“0”或“1”,并且脉冲可以覆盖范围非常广泛的频段(可以在几赫到几吉赫之间)。
正是由于其独特的工作原理使它具备下列优点:
隐蔽性好;
极低的截获率;
处理增益高;
多径分辨能力强;
传输速率高;
系统容量大;
低功耗等。
但是UWB系统的实现还有很多关键技术需要突破,因此可以说UWB技术的发展是机遇和挑战并存。
3.多载波调制技术
多载波调制技术,即正交频分多址(OFDM),是一种有效的传输高速数据的方法,它已经成为一系列重要的高速数据传输应用的标准。
OFDM和CDMA的结合也为解决未来无线通信系统的难题提供了技术选择。
在传统的串行数据系统中,符号是顺序发射的,每个数据符号的频谱都可以占用整个可用频谱。
由于瑞利信道的突发特性,一些邻近的符号可能会由于衰落而受到严重的破坏。
在这种系统中,要实现高速数据传输,要么使用高阶调制牺牲系统性能,要么降低符号间隔使得信道带宽增大。
然而延时扩展使系统具有一个等待周期,这个周期决定下一个脉冲何时可以发射。
同时,这个等待周期要求信号采样速率降低到比延时扩展的倒数小得多的情况以防止符号间干扰。
降低符号间隔使得系统更容易受到延时扩展的干扰。
为了解决串行系统遇到的许多困难,采用并行或多路数据系统是一种可能的解决方案。
并行系统同时传输几个顺序数据流,因此在任何时间内都有多个数据元素在传输。
在这样的系统中,单个数据元素的频谱通常只占用整个可用频谱的一部分。
在典型的并行数据系统中,整个信号频谱分解成N个频率不重叠的子信道。
每个子信道都调制独立的符号,这样N个子信道就实现频率分割。
如果每个独立信道的频谱允许重叠,同时在接收机使每个子信道具有特定的正交限制以便分离,则并行系统利用频谱的效率更高,这就是OFDM的基本思想。
组合CDMA和OFDM的多载波CDMA方案主要可分为两大类:
一种是频域扩展系统,即MC-CDMA(MulticarrierCDMA),也称为OFDM-CDMA;
另一种则是时域扩展系统,包括MC-DS-CDMA以及MT-CDMA(MultitoneCDMA)。
MC-CDMA的发射机在频域使用一定的扩频码将原始数据扩展到不同的子载波进行传输。
时域扩展的多载波调制方案又可分为两类。
MC-DS-CDMA的发射机先将原始数据流进行串并变换,然后在时域上使用一定的扩频码对变换后的数据流扩频,再分别调制到不同的子载波上进行传输。
MT-CDMA的发射机结构与MC-DS-CDMA相似,不过它采用的扩频码周期更长。
对这些多载波调制方案的系统实现、检测算法以及误码性能都有较详细的研究比较。
此外,在更通用的MC-DS-CDMA方案则同时在频域和时域对信号进行扩展,并被证明这种调制方案能够适应包括室内、乡村、郊区以及城市在内的各种传播环境,从而适应未来无线通信系统的要求。
此外,一种组合OFDM和MC-DS-CDMA的调制方案,即下行链路采用OFDM而上行链路采用MC-DS-CDMA,成为4G调制标准的候选方案之一。
4.软件无线电
目前国际电联承认的3G标准包括WCDMA、CDMA2000以及我国提出的TDS-CDMA。
虽然从市场的角度考虑,采用一种标准更为经济,但是亚洲、欧洲和美国之间的竞争决定了未来的移动通信系统很难确定唯一的标准。
而未来的通信系统要求为用户提供通用的平台,以满足用户在任何时间、任何地点通过任何设备接入网络的要求。
采用软件无线电的概念,即通过软件加载在一个通用的硬件平台上实现多种功能,为未来通信网络的实现提供了可能的解决方案。
软件无线电就是将模块化、标准化的硬件单元通过标准接口构成基本平台,并借助软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构。
软件无线电通过使用自适应的软件和灵活的硬件平台,能够解决无线产业不断演变和技术革新带来的很多问题。
它在基站和移动终端的软件下载能力,对于运营商和制造商弥补软件缺陷以及实现新功能和业务非常重要。
此外使用软件下载重新配置移动终端是实现多模式终端操作的有效方法,这也为用户通过一个移动终端接入多个通信系统的问题提供解决手段。
扩频技术是未来无线通信系统中的关键技术,而软件无线电是实现未来无线通信系统的有效手段,因此采用软件无线电技术来实现扩频通信系统是很自然的思路。
目前虽然软件无线电还有很多关键技术需要突破,但是其在无线通信系统中的应用成果也是显著的,用软件无线电技术来实现扩频系统的研究也一直在继续。
本课题研究内容:
DSSS系统的硬件、软件仿真,以及考查系统一些特性,如误码率,PN序列的互相关特性。
。
(未完待续)
本课题的实行方案、进度及预期效果:
实行方案:
第一阶段:
查找关于扩频方面的资料,重点看直接序列扩频,了解扩频系统原理,各部分组成。
第二阶段:
用matlab进行软件仿真。
第三阶段:
用FPGA进行硬件仿真。
第四阶段:
总结修改,请导师给予指导。
进度
2月22日-2月29日 开题报告和软件第一部分仿真初稿
3月1日-3月7日 第二部分软件仿真(PN序列互相关特性,误码率的分析)
3月10日-3月17日
已查阅参考文献:
《扩展频谱通信》 刘焕淋 向劲松 代少升 编著 北京邮电大学出版社
《Matlab/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析学习辅导和习题详解》 邵玉斌 编著 清华大学出版社
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