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(多图) 基于Simulink的直接序列扩展频谱通信系统仿真研究

熊瀛 张华?? 2009年06月29日 ?? 收藏0

?  3 系统仿真(Simulink)工具箱简介

  Simulink 工具箱是Matlab各种工具箱中比较特别的,他是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面。在这个环境中,用户可以利用鼠标或键盘,完成面向框图系统仿真的全部过程,并且更加直观、快速和准确地达到仿真的目标。Simulink工具箱的另一个优点是他不给出任何新的函数。

  Simulink作为面向框图的仿真软件,具有以下功能:

(1)用方框图的绘制代替程序的编写。
(2)仿真的建立和运行是智能化的。
(3)输入输出信号来源形式的多样化。

  通常在通信系统仿真模型中使用的工具箱除了Simulink之外,还有一些以Simulink为基础的模块工具箱。最常用的有电力系统(Powersys) 模块工具箱,数字信号处理(DSP Blocks)模块工具箱,定点处理(Fix-PointBlocks)模块工具箱和通信系统(Comm)模块工具箱。

  电力系统(Powersys)模块工具箱提供了电力传输和拖动中用到的各种子系统模型,他包含电源、元件、电机、电力电子、测量、联接及其他。

  数字信号处理(DSP Blocks)模块工具箱,包括信号源库、信号漏(终端库)、通用DSP库、数学函数库、滤波器库、频谱分析库及演示库。

  定点处理(Fix-Point Blocks)模块工具箱主要是为分析计算机字长有限对处理信号造成的影响而提供的各种Simulink模块,包括定点的算术运算、定点的逻辑运算、定点的变换运算、定点数的传送和定点数的联接。

  通信系统(Comm)模块工具箱主要包括信号源和信号终端库、信源编码和信源解码库、纠错编码和纠错解码库、调制和解调库、多路存取库、发送滤波和接收滤波库以及信道库等。通过使用Simulink工具箱以及以他为基础的其他工具箱可以很容易地建立起一个直观的通信系统模型。第一阶段是用图形方式来画结构图并进行编辑;第二阶段是进行运算仿真。在第一阶段中首先要进行环节库框图的建立,从各种库中查找到需要的图标后进行排列;然后把各环节的端口按框图连接起来;最后进行环节参数的设定。要注意在系统输入端加上信号源,在用户关心的输出端加上信号终端(即观测或记录信号的设备,如示波器、电压表或文件等)。这样一个通信系统就确定了,接下来可以进行仿真、确定系统的性能指标及方案比较。

  4系统的Simulink仿真

  利用Simulink仿真的简单直扩系统模型如图2所示。

利用Simulink仿真的简单直扩系统模型

  信源:采用Random Integer Generator产生,该整数发生器产生随机的二进制随机信号作为扩频通信系统的信源。

  扩频与解扩:采用PN序列发生器(PN Sequence Generator)产生伪随机码与信源相乘后进行频谱扩展,在接收端用该序列与解调后的信号相乘完成解扩。

  极性转换:为了扩频信源和伪随机码都必须经过由单极性变为双极性,为了便于调制需要再进行一次变换,变为单极性信号;在接收端,为了便于解扩,在解调后需要由单极性信号变换成双极性信号,而为了便于显示需要再进行一次极性变换,由双极性还原为单极性信号后进行显示。

  调制与解调:采用BPSK调制与相干解调法。可以使用BPSK Modulator Baseband模块PSK DemodulatorBaseband模块直接进行仿真,也可以使用一个Sine Wave产生的载波与扩频后的信号相乘,再经过一个Zero-Order Hold实现调制;同时在接收端使用一个Zero-OrderHold后用与发射端相同频率幅度相位的Sine Wave载波与之相乘实现解调。

  信道:采用AWGN Channel模块仿真一个加性高斯白噪声信道,该信道的信噪比(Es/No)可以进行设置,该仿真程序中设置为10 dB。

  结果显示:可以加入示波器(Scope)和误码仪(ErrorRate Calculation)进行发送和接收端波形的比较输出,以及信号经过扩频、调制、解扩、解调后的错误率计算。将示波器坐标数设置为3,即可同时显示原信号源波形、接收端波形以及两者通过关系运算模块比较后的结果。

  仿真程序的运行:对各个模块进行参数配置后,可以运行该仿真程序。注意参数设置中模块的对称性及频率一致。

  运行结果如图3所示。

运行结果

  图3(a)显示为信源的波形,图3(c)显示为接收端最后得到的信号波形,图3(b)显示为发送和接收端的信号经过关系运算后比较的结果。由示波器显示结果可知,该模型能正确的实现直接序列扩频通信系统的功能,得到良好的仿真效果。

  5结语

  在对直接序列扩展频谱通信系统工作原理的介绍及Simulink工具箱功能和特点的介绍的基础上,建立起一个DS-SS通信系统的仿真模型,并得到了较好的运行结果。证明了Simulink在通信系统仿真中的实用性,并为扩展频谱通信系统的进一步研究提供了一个快捷灵活的平台,为建模提供了经验积累。


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