基于Matlab的扩频码设计仿真

西安邮电大学 毕 业设计（论 文） 题 目: 基于 Matlab 的扩频码设计仿真 院 （系）： 通信与信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级：通工0805班 学生姓名： 导师姓名：职称： 讲师 起止时间：2012年1月2日至2012年6月15日 毕业设计（论文）任务 学生姓名 指导教师 职称 讲师 院（系） 通信与信息工程学院 专业 通信工程 题目 基于Matlab的扩频码设计仿真 任务与要求 1. 学习熟练应用Matlab软件； 2. 掌握有关扩频码如m序列、Gold序列的相关知识； 3. 利用Matlab软件完成伪随机码的生成和性能评估； 4. 完成伪随机码的相关特性、平衡性等指标的评估分析, 得出分析结论； 5. 按时完成毕业设计，写好毕业论文。 开始日期 2012年1月2日 完成日期 2012年6月15日 院长（签字） 2012年1月6日 西安邮电大学 毕业设计（论文）开题报告 通信与信息工程学院院（系）通信工程专业08级05班 课题名称：基于Matlab的扩频码设计仿真 学生姓名： 学号：03081177 指导教师： 报告日期： 2012年2月27日 1. 本课题所涉及的问题及应用现状综述 本课题所涉及的问题： 1、 学习熟练应用Matlab软件； 2、 掌握有关扩频码如m序列、Gold序列的相关知识； 3、 利用Matlab软件完成伪随机码的生成和性能评估； 4、 完成伪随机码的相关特性、平衡性等指标的评估分析，得出分析结论。 应用现状综述： 扩频通信作为一种新型的体系，是通信领域的一个重要发展方向，具有很强的抗干扰性能， 其多址能力、保密、抗多径等功能也备受人们的关注，在导航、通信、测控等领域都得到应用。 扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机码调制，实现频谱扩展后再进行传输，接收端则采 用同样的伪随机码进行相关处理及调制，恢复原始信息数据。扩频系统的抗干扰、保密、多址、 捕获、跟踪等都与扩频码的设计密切相关，因此扩频码的设计及性能分析就成为扩频系统设计的 关键技术，扩频码的选取对整个系统的性能影响很大，对扩频码通常提出下列要求： 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，以 及多用户应用。 从理论上说，用纯随机序列去扩展信号频谱是最理想的。但在接受机中为了解扩应当有一个 同发送端扩频码同步的副本。因此，实际工程中，我们只能用伪随机序列作为扩频码。伪随机序 列具有类似噪声的性质，但他又是周期性的有规律的，即容易产生，又可以加工和复制的序列。 伪随机序列具有类似于随机序列的性质，归纳起来有下列三点： 1、 平衡特性：随机序列中0和1的个数接近相等； 2、 游程特性：序列中连。或连1称为游程，连0或1的个数称为游程长度。序列中长度为 1的游程约占游程总数的1/2.长度为2的游程约占游程总数1/4,长度为n的游程约占游程总数的 1/2",这一特性成为序列的游程特性； 3、 相关特性：随机序列的自相关函数具有类似于白噪声自相关函数的性质。 扩频码中应用最广的是m序列，它是一种系统性、规律性、很强的平衡码序列，他的自相 关函数除了 R(0)=N外，其余旁瓣值均为-1,是一种自相关特性非常好的序列。但它的互相关特 性，只有优选对之间的较好。因而这对于扩频CDMA系统而言，可用作地址码的序列数目就太 少了，由于m序列具有良好的伪随机性，它充当了许多其他序列的生成基础，如Gold码序列就 是在m序列的基础上生成的。所以文中对m序列和Gold序列仿真，并对其性能进行分析比较。 2. 本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行 性分析 关键问题： 1、 在高斯噪声干扰下，实现有效和可靠信息传输的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号 而真正具有白噪声特性的信号就是随机序列，随机序列是没有周期，无法复制的，这种不可复性 使得计算机模拟变得不可捉摸且使扩频通信无法完成； 2、 为了使研究伪随机码的相关特性、平衡性等指标的评估分析结果更接近于理论，需要产 生一种长周期的扩频码； 3、 扩频码的实现问题； 4、 对扩频码同步的捕获问题； 5、 扩频码的优选也是一个重要问题； 6、 扩频码如m序列、Gold序列的设计及性能分析是关键问题。 解决思路： 1、 扩频通信中使用有周期的随机序列，即伪随机序列代替随机序列； 2、 了解目前扩频码在各个领域的应用现状，以便更好的对扩频码进行认识利用； 3、 熟悉掌握有关扩频码如m序列、Gold序列的结构，性质及产生等相关知识； 4、 熟练利用Mat lab软件自编程序生成伪随机码并对其仿真结果进行性能指标的评估分析； 5、 对伪随机码的相关特性、平衡性等指标进行评估分析，并得出分析结论； 6、 针对扩频码中的主要问题在老师指导下形成具体的课题论文报告，并不断完善论文。 实现预期目标的可行性： 1、 熟悉扩频码如m序列、Gold序列的工作原理，掌握扩频码在通信中的作用，提出建设规 划并实现； 2、 对比扩频码如m序列、Gold序列，分析出各自的优缺点，对伪随机码的相关特性、平衡 性等指标进行评估分析，从而更好地利用扩频码； 3、 通过对m序列、Gold序列的学习，能够将其灵活的应用于基于Matlab的扩频码的设计 及仿真的论文中； 4、 通过独立的自学以及查找资料的能力，以便更好的完成论文报告； 5、 培养了独立开展研究的能力，掌握了科研的基础方法，能对扩频码的设计及仿真的建设 与规划研究有一个科学的论证。 3. 完成本课题的工作方案 1、 学习熟练应用Mat lab软件，通过仿真实例，练习掌握仿真软件的特点； 2、 查阅资料，学习掌握有关m序列、Gold序列的工作原理等相关知识； 3、 利用Mat lab软件自编程序完成伪随机码的生成和性能评估； 4、 研究伪随机码的相关特性、平衡性等指标进行评估分析，得出分析结论; 5、 撰写论文，完成论文初稿； 6、 完善并修改毕业论文。 7、 准备答辩。 4. 指导教师审阅意见 论文对选题的发展背景、研究现状和发展趋势做了基本介绍；研究的基本内容以任务书为依 据、研究的主要问题和方向明确；研究方法可行，其研究工作的步骤、进度安排合理，同意开题。 指导教师（签字）： 2012年3月4日 本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开 始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。 目录 摘要 I ABSTRACT II 引言 1 1 绪论 2 1.1 研究课题的提出 2 1.2伪随机序列的应用及其意义 2 1.3伪随机码的研究现状 3 1.4伪随机码的定义 3 1.5伪随机序列与随机序列的关系 4 1.5.1伪随机序列与随机序列之间的区别 4 2 MATLAB 简介 5 2.1 MATLAB的特点 5 2.2 MATLAB 的功能 7 2.3 MATLAB程序设计 8 2.3.1 M 文件- 8 2.3.2程序控制结构 9 3 m序列 12 3.1 m序列的结构 12 3.1.1移位寄存器及其工作原理 12 3.1.2 m序列的定义及特点 14 3.2 m序列的产生 15 3.2.1 m序列的产生原理 15 3.2.2 Matlab 生成 m 序列 17 3.3 m序列的计数 19 3.4 m序列的性质 19 3.4.1 均衡性 19 3.4.2移位相加特性 22 3.4.3相关特性 23 3.4.4 Matlab仿真m序列的相关特性评估 27 4 Gold 序列 30 4.1 Gold码的定义 30 4.2 Gold码的生成 30 4.2.1 Matlab 生成 Gold 序列 31 4.2.2 Matlab生成Gold序列的程序流程图 33 4.3 Gold码的性质 34 4.3.1 Gold 的数量 34 4.3.2 Gold序列的相关特性 34 4.3.3 Matlab仿真Gold序列的平衡性评估 35 4.3.4 Matlab仿真Gold序列的相关特性评估 38 4.4 m 序列和 Gold的性能评估分析 41 4.4.1两者平衡性评估分析 41 4.42两者相关特性评估分析 41 结论 43 致谢 44 参考文献 45 摘要 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),它同光纤通信、 卫星通信一起被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频技术最大的特 点是利用宽频带来传输信号。由于扩频技术具有许多优点，如抗干扰能力强、截获 概率低、保密性强和良好的码分多址等通信能力，所以其已被广泛应用，而且目前 它正处于快速发展中，当前各个国家都在大力发展的第三代移动通信技术就采用了 扩频通信的方式。 扩频系统在导航、通信、测控等领域都得到广泛应用，扩频码的生成和性能评估 是扩频系统的关键核心技术，扩频码的设计决定了系统的性能甚至成败。扩频系统 对扩频序列的要求是：尖锐的自相关特性、尽可能小的互相关值、足够多的序列 数、序列平衡性好、工程上易实现。本课题主要基于Matlab研究了扩频码的设计仿 真，文章以工程中常用的扩频码m序列和Gold序列为例，主要阐述了 m序列和Gold 序列的基本结构、生成过程及性质，通过Matlab自编程序对其进行设计仿真及性能 分析，并就其性质中的平衡性和自相关、互相关做了主要分析比较。 关键词：扩频码；Matlab； m序列；Gold序列；相关性；平衡性 ABSTRACT Spread Spectrum Communication, namely the Spread Spectrum Communication (Communication), it Spread with such optical fiber Communication, satellite communications with the information era is known as into three high technology transmission mode. Spread spectrum technology's biggest characteristics is to use broadband bring transmission signal. Because of spread spectrum system has many advantages, such as strong anti-jamming capability, intercept probability and low confidentiality strong and good communication ability, so the code division multiple access (cdma) has been widely spread spectrum technology application.Now the spread spectrum communication is in a rapid development,and the third mobile communication system(3G) that has been searched in many countries also uses this communication method. spread spectrum system in navigation, communications, measurement and