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1、电力系统通信技术课程设计报告作者姓名xxx指导教师xx学科专业xxxx班级学号xx所在学院xxxx论文提交日期2014-1报告成绩华南理工大学 电力学院 课程设计报告任务书一.设计题目 扩频通信系统的仿真与分析二.设计的主要内容 扩频通信技术以其抗干扰、隐蔽、保密和多址等优越性已广泛应用于电力通信、导航、测距、定位等领域。本设计通MATLAB仿真软件，针对直接扩频系统，建立仿真模型，熟悉该系统的基本原理，进行特性分析，进一步了解扩频通信在CDMA通信系统中的应用。1 、DS直接序列扩频通信系统的仿真分析，在理论上阐述扩频通信的基本原理和理论基础，说明扩频通信的优点，以及相关概念的综述，并对抗多
2、径干扰做了详细的分析；2、扩频通信的关键技术-扩频编码的概念、分类、相关性的意义及各种码型的特性一一加以介绍和分析；3、设计一个扩频通信系统，利用MATLAB中SIMULINK仿真工具进行建模和分析，重点对PN码，m序列进行验证分析，加深对扩频通信技术的理解。三. 目的1）掌握MATLAB的程序设计方法；2）学会利用SIMULINK仿真工具进行建模和分析，能熟练使用MATLAB的通信工具箱；3） 熟悉扩频通信技术的基本原理和特性分析；4） 理解扩频通信在CDMA通信系统的应用。四、具体要求必做内容：（小组七）设计m序列发生器，码序列为N=位 m8单用户，信道信噪比SNR=4dB，4.5dB,
3、5dB，5.5 dB，多路径传输中设计两路径。对所设计码型的自相关和互相关特性，不同情况下的通信性能指标（如信噪比等）分析。选做内容： 1 在各自基础上，设计不同的Gold序列发生器，Walsh序列发生器，并与原m序列发生器进行比较。2扩频通信在IS-95 CDMA通信中的应用分析和仿真验证。如前向通道和反向通道中，地址码的选用分析，性能分析。目录任务书I第一章 绪论11.1 课程设计目的和意义11.2 设计主要内容1第二章 扩频通信技术22.1 扩频通信基本概念22.2扩频通信的主要参数分析223扩频通信主要特点32.4扩频技术及扩频码32.5 CDMA扩频通信系统4第三章M序列发生器及通信
4、系统设计63.1 m序列简介63.2 m序列的产生63.3 m序列性质73.5 m序列自相关性分析113.6 m序列互相关性分析13第四章M序列通信系统设计154.1 m序列扩频通信系统基本要求154.2 m序列扩频通信系统组成154.3 m序列扩频通信系统仿真分析174.4 m序列扩频通信系统总结19第五章 GOLD序列发生器设计195.1 GOLD序列简介195.2 Gold序列的基本性质205.3 GOLD序列发生器设计215.4 Gold序列自相关系数分析245.5 Gold序列互相关函数分析25第六章 WALSH序列发生器设计285.1Walsh码简介285.2Walsh码发生器编程
5、实现295.3 Walsh码自相关系数分析325.4 Walsh码互相关函数Matlab编程实现33第六章 总结35参考文献36说 明37I华南理工大学 电力学院 实习报告华南理工大学 电力学院 课程设计报告摘要近年来，扩频通信技术被广泛应用于移动通信、导航、卫星通信、电力通信等诸多领域，因其自身所具有的抗干扰能力强、隐蔽性好、可实现码分多址等特点，未来应用前景将更加广阔。本文通过对扩频通信基本原理的阐述及对M序列、Gold序列及Walsh序列的分析，利用Matlab软件Simulink实现对M序列发生器、M序列通信系统、Gold序列发生器、Walsh序列发生器的仿真，并进行m序列自相关及互相
6、关特性的分析以及不同信噪比下通信系统传输特性比较。关键词 扩频通信 m序列 Gold序列 Walsh序列 Matlab/Simulink仿真 第一章 绪论1.1 课程设计目的和意义课程设计的目的：通过实际地完成给定任务全面地熟悉电力系统通信的基本内容，并对Matlab软件及Simulink仿真环境有了更加系统化的认识，从而锻炼每一位同学的Matlab编程及操作能力，使之更能适应本专业未来的发展要求。课程设计的意义：对电力系统通信的概念有了更加深刻的体会，同时也加强了对工具软件的操作能力，无论是即将参加工作的同学或是继续深造的同学都有十分重大的提升价值。1.2 设计主要内容设计工作主要分为四大部
7、分：（1）要设计m序列发生器，码序列为N=位 m8单用户，信道信噪比SNR=4dB，4.5dB, 5dB，5.5 dB，多路径传输中设计两路径，以及对所设计码型的自相关和互相关特性，不同情况下的通信性能指标（如信噪比等）的分析；（2）在原有m序列基础上，设计不同的Gold序列发生器，Walsh序列发生器，并与原m序列发生器进行比较；（3）完成扩频通信在IS-95 CDMA通信中的应用分析和仿真验证。如前向通道和反向通道中，地址码的选用分析，性能分析；（4）对上述设计进行归纳总结，并写出自己的心得体会37第二章 扩频通信技术2.1 扩频通信基本概念扩展频谱（SS:Spread Spectrum）
8、通信简称扩频通信，是指通过调制、扩频使得已调信号带宽远大于调制信号带宽并在接收端通过解频、解调的方式来将接收信号恢复到原信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的优势，接收机输出的信噪比相对于输入端的信噪比有了很大的改善，从而提高了系统的抗干扰能力、抗多径传输效应的能力并使同一频带上多用户同时使用成为可能。 扩频通信的基本理论是根据信息论中的香农（Shannon）公式，即 式中：C为系统的信道容量（bit/s）；B为系统信道带宽（Hz）；S为信号的平均功率；N为噪声功率。香农公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力与存在于信道中的信噪比（S/N）
9、及用于传输信息的系统信道带宽（B）之间的关系。为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，即加大带宽W或提高信噪比S/N。当信号的传输速率C一定时，信号带宽B和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，甚至可以达到有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下。扩频通信系统就是利用宽带传输技术来换取信噪比上的优势，这为扩频通信提高基础。2.2扩频通信的主要参数分析（1）扩频增益是扩频通信的一个重要参数, 反映了系统抗干扰能力的强弱, 是对信噪比改善程度的度量, 定义为接收机相关器输出信噪比和输入信噪比之比, 即 其中: Rs 为扩
10、频码的传输速率, Rd 为信息数据的传输速率, Bs 为扩频码的带宽, Bd 为信息数据的带宽。（2）干扰容限：为了描述扩频系统在干扰环境下的工作性能，引入干扰容限的概念，干扰容限的定义为 Mj=G-Ls+(So/No)式中，So/No为输出信噪比；Ls为系统损耗；G为扩频增益。干扰容限可以解释为当干扰功率超过信号功率Mj（dB）时，系统就不能正常工作。23扩频通信主要特点扩频通信之所以得到重视和发展，并成为近代通信主要研究和发展的方向，是因为它具有其它通信系统不能与之相比的独特性能。1) 抗同频干扰性能好。接收机采用相关运算只接收PN码相同的扩频信号，对所有载波频率相同的信号或干扰具有很强的
11、抑制能力。2) 良好的抗衰落性能。一般信道中的衰落是有频率选择性的，不会对宽频带的扩频信号接收产生太大的影响。3) 抗多径干扰能力强。由于扩频系统中采用的PN码具有很好的自相关性，互相关性很弱，不同的路径传输来的信号能容易地被分离开，并在时间和相位上重新对齐，形成几路信号功率的叠加，从而改善了接收系统的性能，增加了系统的可靠性。2.4扩频技术及扩频码扩频通信系统中扩频可以看作是两个调制过程，第一步，使用传统的调制方式调制有效信号；第二步，使用扩频编码调制载波，使其扩展到一个非常大的带宽内，实现频谱展宽。而扩频技术主要可分为直接序列扩频技术、跳频扩频技术、跳时扩频技术、线性调频以及混合调频扩频技
12、术。其中，码分多址主要利用直接序列扩频技术，即直扩技术。它的原理是使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流看上去是随机的，实际上是按照特定的算法由数字电路产生的，称为伪随机码。在伪随机码的调制下，载波的相位在0度180度之间跳跃变化，被调制后的载波与有效信息进行混合，通过发射机发射。相应的接收机内能够产生相同的伪随机码，按照发射的逆过程解调，从而解析出有效信号。直接序列扩频调制的基本原理图如下图所示。在一般情况下调制方式可以是调幅、调频、调相和其它任何形式的振幅或角度调制。但最常使用的是差分相移键控（DPSK）方式。 图2.1：扩频通信原理在发射机端，要传送的信息先转换成二
13、进制数据或符号，与伪随机码（PN码）进行模2和运算后形成复合码，再用该复合码直接调制载波。在接收机端，用与发射机端完全同步的PN码对接收信号进行解扩后经解调器还原输出原始数据信息。 在扩频系统中，信号频谱的扩展是通过扩频码实现的，对扩频码通常有以下要求：（1）易于产生；（2）具有随机性；（3）扩频码应具有尽可能长的周期，使干扰者难以通过扩频码的一小段去重建整个码序列；（4）扩频码应具有双值自相关函数和良好的互相关特性，以有利于接收时的截获和跟踪及多用户应用。理论上说，用纯随机序列去扩展信号频谱是最理想的。但在接收机中为了解扩应当有一个同发送端扩谱码同步的副本。因此，实际工程中，我们只能用伪随机
14、或伪噪声（PN）序列作为扩频码。在直扩系统中，扩频码中应用最广的是m序列，又称最大长度序列，另外还有Gold序列以及Walsh序列等。2.5 CDMA扩频通信系统CDMA通信系统是最具代表性的扩频通信技术应用，它的基本工作方式有直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，简称DS)方式、跳变频率(Frequency Hopping，简称FH)方式以及跳变时间(Time Hopping，简称TH)方式三种。其中，直扩(DS)方式同另外两种方式比较，实现频谱扩展方便，无论对通信、测距应用还是其它应用都很合适，因此是最典型的一种扩频通信方式。CDMA扩频通信系统包含两个基本技术：一个是码分技术，其基础是扩频技术；另一个是多址技术。目前的CDMA系统就是采用m序列及由其产生的其它PN序列作为地址码，利用它们的不同相位来区分不同用户。在第三代移动通信系统中分别采用了m序列、Gold序列及M序列作为地址编码，用Walsh序列作为信道编码。因而，PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分也是靠PN序列来进行的，PN序列较好的相关特性（自相关特性尖锐；互相关特性较弱），加上实现和编码方案简单等特点，使其在未来的移动通信系统中处于至关重要的位置。第三章M序列发生器及通信系统设计
