基于systemview的扩频通信系统设计与仿真毕业设计论文(编辑修改稿)

基于systemview的扩频通信系统设计与仿真毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

直接序列扩频通信系统性能的分析 抗干扰能力 直接扩频通信系统具有较强的抗干扰能力，通常工作在强干扰环境，这些干扰可分为自然干扰和人为干扰。 自然干扰主要有多路径干扰、雨雪干扰、信道衰落和多用户干扰等。 接收机内部噪声也归于自然干扰。 人为干扰是敌方故意施放的干扰，例如部分频带干扰、脉冲干扰、单频连续波干扰等。 比较常见的是噪声干扰，可以用高斯白噪声作为其模型 ,其功率谱密度覆盖扩频系统频带。 本小节只讨论这种情况。 接收信号 u(t)为： u(t)=Ad(t)pn(t)cosω 0t+n(t) （ 22） 设 n(t)是独立的、 0 均值带限 fd 平稳随机过程 ,功率谱密度为 S n (f),噪声功率为： E(|n(t)| 2 )= dffSn )(=Pn （ 23） 在系统同步后，基带滤波器滤除ω 0 及以上的高频分量，噪声输出成分为： 佳木斯大学学士学位论文 5 佳木斯大学信息电子技术 学院 N(t)=  daapnanath )()()( (24) 其中 h(t)为基带滤波器的传输函数。 由于扩频码 pn(t)和噪声 n(t)相互独立， n(t)为 0 均值的随机过程，所以噪声输出成分的均值为 0。 而噪声输出成分的方差，即噪声输出成分的平均功率为： 2 =  ddRRhhpnn )()()()(  （ 25） 式中， Rn (β α )=E[n(α )n(β )],是噪声的自相关函数，等于它的功率谱密度 Sn (f)的付氏变换。 而 Rpn=EPn(tα)Pn(tβ] ，是扩频编码的自相关函数，为扩频编码功率谱密度 Spn (f)付氏变换。 因此式 244 写成付氏变换形式为： 2 =   dffSfSfH npn ))(*)((|)(| （ 26） 这里， H(f)是理想基带滤波器的频率特性， h(t)付氏变换。 因此， |H(f)| 2 在基带滤波器的通带 (f d ,fd )内为 1，其他频带范围均为 0。 fd 为基带信息的速率，这样，式 25 可写为： 2 = dffSfS npn )(*)( （ 27） 我们定义反映扩频通信特征的重要参数 扩频增益 G，在扩频通信中，接收机作解扩解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为 B1 的信号成分，而排除掉扩展到宽频带 B2 中的外部干扰、噪声等其他影响。 扩频增益 G 准确反映了扩频通信的这种能力。 所以根据 G 的定义，系统噪声输出功率可表示为： 佳木斯大学学士学位论文 6 佳木斯大学信息电子技术 学院 2  PnNPn Pn21BB = Pn /G （ 28） 由上式可知，噪声输出功率与扩频增益成反比。 因此系统扩频增益越大，对噪声干扰的抑制能力越强。 对于式 245，扩频码 pn(t)对噪声 n(t)在频域上做卷积，实际上是扩频码对基带噪声干扰作频谱扩展，扩展后的噪声功率谱密度既然明显降低，为原谱密度的1/G，而能经基带滤波器输出的噪声功率也就仅为原噪声功率的 1/G，实现了对噪声干扰的抑制，体现了扩频通信系统的抗干扰能力。 需要指出的是，上述结果是在噪声干扰为基带 B1 的广义平稳随机过程，即噪声功率谱分布在 (f d ,fd )内的情况下得出的。 可以证明，当噪声带宽非常宽时，扩频通信系统对噪声功率不再有明显的抑制能力。 因此，扩频通信系统对象热噪声这样的带宽无限宽的干扰是无能为力的。 信噪比和误码率 信噪比和误码率是数据通信最重要的性能指标，它充分反映了数据通信的抗噪声能力和传输数据的准确性，这里开始分析直接扩频系统的信噪比和误码率。 基带滤波器是 0T 的积分器和在 T 时刻的门限判决，载波信号和本地载波信号幅值在这里都用 P2 来表示， P 是信号功率， T 时刻为判决时刻。 扩频通信系统的发射信号： S(t)= P2 d(t)pn(t)cosω 0t （ 29） 忽略传输时延和衰减，其接收信号为： u(t)=S(t)+n(t) （ 210） 佳木斯大学学士学位论文 7 佳木斯大学信息电子技术 学院 这里， n(t)是 0 均值的高斯白噪声，在扩频通信的整个频带上有 N 0 /2 的双边功率谱密度。 在系统收发两端已完全同步的情况下，并且积分器在积分期间， d(t)是不变的，要么是 +1，要么是 1，仍用 d 表示，那么经解调后的接收信号送往积分器输出为： v(t)=PT*d+ T tdtptpntn0 0co s2)()(  （ 211） 式中第一项是有用信号， PT 为在信息数据脉宽 T 内的信号能量， d 是信息数据的正、负状态，即发送来的信息数据。 式中第二项为噪声，在 T 时刻积分器的噪声输出为： n(T)= T tdtPtpntn0 0co s2)()(  （ 212） 它的准确积分结 果很难给出，但 n(t)是与 pn(t)独立的 0 均值高斯白噪声，因此 n(T)的统计特性为： 均值： E[n(T)]=0 （ 213） 方差： )(2tn = TC O Spnn dtRRR0 )0(*)0(*)0( （ 214） 式中 R n (0)是噪声自相关，对 N 0 /2 的双边 功率谱密度的白噪声，则 R n (0)= N 0 /2。 R pn (0)是扩频码的自相关 , Rpn (0)=1,RCOS (0)是信号功率为 P 的载波自相关 ,有 RCOS (0)=P。 作为通信技术标准参量的信噪比 ,是有用信号功率与噪声功率之比。 对随机变量检测的场合，信噪比也是该随机 变量的均值的平方与它的方差之比。 因此，扩佳木斯大学学士学位论文 8 佳木斯大学信息电子技术 学院 频通信系统的接收机对发送来的扩频信号作相关解调处理时，当与发送来的信号的扩频码完全同步的情况下，积分器输出的有用信号功率为 (PT*d) 2 =(PT) 2 ,这也就是把 v(t)作为随机变量时，它的均值的平方。 积分器输出的噪声信号功率为20NPT ，即 v(t)的方差。 因此，扩频通信的输出信噪比为： outNS)(＝2/* )( 02NPTPT＝02NPT （ 215） 式中， P 为接收的有用信号功率， T 为信息数据脉码宽度， PT=E b 为１ bit 信息数据的信号能量。 由于信道 和接收机中的高斯白噪声和通常来自信到外部的窄带随机过程是完全独立的，在这两种噪声干扰存在的情况下，扩频通信的输出信噪比为： outNS)( ＝干扰功率噪声功率 有用信号功率 ＝有用信号功率干扰功率有用信号功率噪声功率 1 ＝NPPPTN n210 （ 216） 那么此时，误码率为 : Pe =erfc )21(0 NPPPTN n （ 217） 佳木斯大学学士学位论文 9 佳木斯大学信息电子技术 学院 Pe 10 1 10 2 10 4 10 5 10 0 10 20 图 21 扩频通信系统误码率特性曲线 论文主要研究内容与思路 本论文主要讨论和实现 基于 SystemView 的扩频通信系统设计与仿真 ,主要内容如下： (1)介绍扩频通信所涉及的一些理论背景极其主要技术，重点研究现在广泛使用的直序扩频通信系统。 (2)以系统框图形式介绍系统构成以及系统的工作原理。 (3)根据工作原理设计 仿真模型 , 在设置好系统、模块参数后运行上述电路 ,借助 SystemView 分析视窗和接收计算器可直接给出各点信号的时域波形、功率谱等 , 并分析系统的抗噪声能力。 佳木斯大学学士学位论文 10 佳木斯大学信息电子技术 学院 第 3 章 SYSTEMVIEW 简介 通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计开发过程中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真己成为必 不可少的一部分。 目前，电子设计自动化 EDA(Electronic Design Automatic)技术已经成为电子设计的潮流。 为了使繁杂的电子设计过程更加便捷，出现了许多针对不同层次应用的EDA 软件。 美国 Elanix 公司推出的基于 PC 机 Windwos 平台的 SystemView 动态系统仿真软件，是其中一个非常优秀的 EDA 软件。 SystemView 软件介绍 SystemView 是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具， 能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。 S ystemview 以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。 使用 SystemView 你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。 用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不会花费过多的时间和精力通过编程来建立系统的仿真模型 ,也不必担心程序中是否存在编程错误 . SystemView 是一个完整的动态系统设计、分析 和仿真的可视化开发环境它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。 尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。 系统备有通信、逻辑、数字信号处理 (DSP)、射频 /模拟、码分多址个人通信系统 (CDMA/PCS)、数字视频广播 (DVB)系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。 该系统支持外部数据的输入佳木斯大学学士学位论文 11 佳木斯大学信息电子技术 学院 和输出，支持用户自己编写代码 (C/C++)，兼容 Matlab 软件。 同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持 Xilinx 公司的 FPGA 芯片和 TI 公司的 DSP 芯片，它已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统 设计与仿真等领域。 SystemView 主要特点 SystemView 仿真软件相对于其它软件来说 ,具有如下主要优点 : (1)能仿真大量的应用系统。 能在 DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。 具有大量可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、 DSP 和射频 /模拟功能模块。 特别适合无线电话 (GSM、 CDMA、 FDMA、TDMA、 DSSS)、无绳电话、寻呼机 和调制解调器以及卫星通信系统 (GPS、 DVBS、LEOS)等的设计。 能够仿真 DSP 结构。 各种系统时域 /频域分析和谱分析。 对射频 /模拟电路 (混合器，放大器， RLC 电路和运放电路 )进行理论分析和失真分析。 (2)快速方便的动态系统设计与仿真。 使用熟悉的 Windows 界面和功能键，SystemView 可以快速建立和修改系统，并在对话框内快速访问和调整参数，实时修改实时显示。 不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库 (MetaSystem)。 SystemView 图标库包括几百种信号源、接收端、操作符和功 能块。 信号源和接收端图标允许在 SystemView 内部生成和分析信号，并提供可外部处理的各种文件格式和输入 /输出数据接口。 (3)在报告中方便地加入 SystemView 的结论。 S ystemView 通过 Notes(注解 )很容易在屏幕上描述系统。 生成的 SystemView 系统和输出的波形图可以很方便地使用复制和粘贴命令插入 word 等文字处理器。 (4)提供基于组织结构图方式的设计。 通过利用 SystemView 中的图符和Met。