Investigación sobre simulación antiinterferencias de comunicación de espectro ensanchado basada en MATLAB
Fan Wei, Zhai Chuanrun, Zhan Xingqun
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica, Universidad Jiao Tong de Shanghai, 200030)
Resumen Este artículo explica la base teórica y el método de implementación de la tecnología de comunicación de espectro ensanchado, y utiliza la herramienta de visualización MATLAB Simulink para establecer un modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado, y señala el diseño de cada módulo en el modelado de simulación. Simulink estableció un modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado, presentó el diseño de cada módulo en detalle y señaló cuestiones a las que se debe prestar atención en el modelado de simulación
. Bajo las condiciones de simulación dadas, los resultados de simulación esperados se obtuvieron ejecutando el programa de simulación. Al mismo tiempo, se utilizó el sistema de simulación establecido para estudiar la relación entre la ganancia del espectro ensanchado y la relación señal-ruido en el extremo de salida. Los resultados mostraron que bajo la misma tasa de error de bits, se puede aumentar la ganancia del espectro ensanchado. mejorar el sistema Se mejora la relación señal-ruido en el extremo de salida, mejorando así la capacidad antiinterferencia del sistema de comunicación.
Palabras clave relación señal-ruido de comunicación de espectro ensanchado, tasa de error de bit, ganancia de espectro ensanchado
Número CLC: TN914.42 Código de identificación del documento: A
Basado en MATLAB Simulación de un sistema de comunicación de espectro ensanchado
Fan Wei, Zhai Chuanrun, Zhan Xingqun
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica, Universidad Jiao Tong de Shanghai, Shanghai, 200030)
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica de Shanghai, Universidad Jiaotong, Shanghai, 200030)
Resumen: este artículo presenta la base teórica y el método de implementación de la tecnología de comunicación de espectro ensanchado. El modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado se estableció utilizando SIMULINK proporcionado por MATLAB. Además, se presenta en detalle cada módulo del modelo de simulación y se señalan los problemas a los que se debe prestar atención en la simulación del sistema. Con base en las condiciones de simulación diseñadas, se ejecutó el programa de simulación y se obtuvieron los resultados esperados.
Además, se muestra la relación entre el espectro ensanchado y los modelos de simulación. Además, se utilizó un sistema de simulación para estudiar la relación entre la ganancia del espectro ensanchado y la tasa de error de distribución
. Los resultados muestran que, según el sistema simulado, la tasa de error de distribución cambia de 0. Los resultados muestran que, según la misma tasa de error,
si se expande la ganancia del espectro ensanchado, la señal de distribución- La relación ruido/ruido del sistema será
mejorada.
Mejorada, también se mejorará la capacidad antiinterferencias del sistema de comunicación.
Palabras clave: comunicación de espectro ensanchado; relación señal-ruido; tasa de error de bits; ganancia de espectro ensanchado
1 Introducción
Comunicación de espectro ensanchado (denominada comunicación de espectro extendido) Junto con la comunicación por fibra óptica y la comunicación por satélite, se la conoce como las tres principales tecnologías de transmisión de comunicaciones de alta tecnología en la era de la información. Es un sistema que amplía la información transmitida a una amplia banda de frecuencia, la recibe a través de una recepción relevante y restaura la señal al ancho de banda de información en el extremo receptor. La ventaja de utilizar señales de espectro ensanchado para la comunicación es que el método de espectro ensanchado puede mejorar la relación señal-ruido, es decir, la relación señal-ruido en el extremo de salida del extremo receptor es significativamente mayor que la relación señal-ruido. Mejora la relación ruido en el extremo de entrada, mejorando así la capacidad antiinterferente del sistema. Basado en el principio de comunicación de espectro ensanchado, este artículo utiliza la herramienta de simulación visual Simulink proporcionada por MATALB para establecer un modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado y estudia las características de la comunicación de espectro ensanchado y la relación entre la ganancia de espectro ensanchado y la relación señal-ruido en el extremo de salida
, con el objetivo de proporcionar una base para la investigación y el diseño de comunicaciones modernas basadas en comunicaciones de espectro ensanchado.
2 Tecnología de comunicación de espectro ensanchado
2.1 Base teórica
La teoría básica de la comunicación de espectro ensanchado se basa en la fórmula de Shannon en la teoría de la información, es decir:
log (1 / ) 2 C = B + S N (1)
En la fórmula. C es la capacidad del canal del sistema (bits/segundo); B es el ancho de banda del canal del sistema (Hz); S es la potencia promedio de la señal; N es la potencia del ruido.
La fórmula de Shannon muestra la capacidad de un canal del sistema para transmitir información sin errores y la relación señal-ruido en el canal
(S/N) y el ancho de banda del canal del sistema ( B) utilizado para transmitir información relación entre.
Esta fórmula ilustra los dos conceptos más importantes
Es decir, dada la capacidad del canal, el requisito de aumentar la capacidad del canal se puede lograr reduciendo la potencia de la señal transmitida y aumentando el ancho de banda del canal, o reduciendo el ancho de banda y aumentar la potencia de la señal para lograr el requisito de aumentar la capacidad del canal.
La ganancia del espectro ensanchado es un parámetro importante de la comunicación de espectro ensanchado. Refleja la capacidad antiinterferencia del sistema de comunicación de espectro ensanchado. Se define como
El ruido de la señal de salida. correlacionador del receptor La relación con la relación señal-ruido de entrada del correlacionador del receptor, es decir,
d
s
d
s
i i B
B
B <
R
R
S N
S N
G = = =
/
/ 0 0 0 (2)
Eq.Si y S0 son la potencia de la señal en el extremo de entrada y el extremo de salida del correlacionador receptor respectivamente; Ni y N0 son la potencia de interferencia en el extremo de entrada y el extremo de salida del correlacionador respectivamente; velocidad del código pseudoaleatorio, Rd es la velocidad de información de la señal de banda base; Bs es el ancho de banda de la señal después de la expansión del espectro y Bd es el ancho de banda de la señal antes de la expansión del espectro.
2.2 Método de implementación
En comparación con los sistemas de comunicación generales, la comunicación de espectro ensanchado agrega principalmente modulación de espectro ensanchado en el extremo transmisor y agrega espectro ensanchado en el extremo receptor.
En el proceso de demodulación, las comunicaciones de espectro ensanchado se dividen principalmente en sistemas de espectro ensanchado de secuencia directa, sistemas de espectro ensanchado por salto de frecuencia, sistemas de espectro ensanchado por salto de tiempo, sistemas de modulación de frecuencia lineal y sistemas de modulación de frecuencia híbridos según diferentes métodos de trabajo. Tomemos ahora el sistema de espectro ensanchado de secuencia directa como ejemplo para ilustrar la implementación del método de comunicación de espectro ensanchado. La Figura 1 muestra el diagrama de bloques esquemático de un sistema de espectro ensanchado de secuencia directa.
Figura 1: Diagrama de bloques principal del sistema de espectro ensanchado de secuencia directa
El diagrama de bloques principal del sistema de espectro ensanchado de secuencia directa muestra que en el extremo del transmisor, la señal de salida de la fuente de señal y el generador de código pseudoaleatorio
p>El código pseudoaleatorio generado se agrega módulo 2 para producir una secuencia de dispersión con la misma velocidad que el código pseudoaleatorio, y luego la secuencia de dispersión
modula la portadora, y la portadora es una señal de radiofrecuencia modulada de espectro extendido. El espectro ensanchado modula las señales de radiofrecuencia. En el extremo receptor, la señal de espectro ensanchado recibida está altamente amplificada y mezclada
, la señal modulada de espectro ensanchado está asociada con la secuencia pseudoaleatoria sincronizada con el extremo transmisor, y la banda de frecuencia de la señal es La secuencia restaurada a la banda de frecuencia de la información se demodula luego para recuperar la información transmitida.
3 Modelado de simulación de sistemas
3.1 Introducción a Simulik
MATLAB fue originalmente un software de aplicación matemática de The Mathworks Company. Después de años de desarrollo, ha desarrollado productos. incluyendo
Muchas cajas de herramientas, incluidos sistemas de comunicación, lo que lo convierte en uno de los paquetes de software más populares en aplicaciones de ingeniería e investigación científica en la actualidad.
Simulink es uno de los paquetes de software más populares para aplicaciones de ingeniería e investigación científica.
Simulink es una herramienta de simulación visual en MATLAB. Es un entorno integrado para el modelado, simulación y análisis de sistemas dinámicos.
Es ampliamente utilizado en sistemas lineales, sistemas no lineales y control digital. y Modelado y simulación de procesamiento de señales digitales. Contiene una sofisticada biblioteca de módulos que consta de receptores, fuentes de señal, componentes lineales y no lineales y conectores, y permite a los usuarios personalizar o crear sus propios módulos. Los usuarios pueden cambiar los parámetros en el modelo a voluntad. Después de cambiar los parámetros, pueden ver los resultados inmediatamente, logrando así el propósito de modelado y simulación de manera conveniente y rápida.
3.2 Establecimiento del modelo y diseño del módulo principal
El modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado (SBC) basado en MATLAB/Simulink puede reflejar el proceso de trabajo dinámico del sistema SBC y puede usarse para observación de formas de onda, análisis de espectro, análisis de rendimiento, etc. Al mismo tiempo, el modelo se puede ampliar según los requisitos de investigación y diseño para lograr el objetivo de utilizar comunicaciones de espectro ensanchado (SBC) como núcleo del sistema.
La Figura 2 es un modelo de simulación basado en MATLAB. La Figura 2 muestra el modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro extendido basado en MATLAB/Simulink.
Figura 2 Modelo de simulación del sistema
Fuente: MATLAB/Simulink: Se utiliza un generador de enteros aleatorios (generador RI) como fuente de señal del sistema de simulación. El generador RI genera una señal aleatoria binaria y el tiempo de muestreo y el estado inicial se pueden configurar libremente para alcanzar la señal deseada
Recepción
Mezcla de alta emisión
Híbrido de altas emisiones
Recepción
Simulink es una poderosa plataforma para investigar y diseñar sistemas de comunicaciones de espectro extendido.
Espectro ensanchado y espectro desensanchado: el módulo PN Sequence Generator (PN Sequence Generator) sirve como un generador de código pseudoaleatorio y su proceso de espectro ensanchado
El proceso de espectro ensanchado se realiza a través de el código de información y se realiza multiplicando la transformada bipolar del código PN. El proceso de desamplificación es el mismo que el proceso de ensanchamiento, es decir, la señal recibida se ensancha en espectro una segunda vez a través del código PN.
Modulación y demodulación: La modulación y demodulación se logran mediante manipulación por desplazamiento de fase de dos fases PSK. La modulación se logra mediante la multiplicación directa de una onda portadora sinusoidal y un código de espectro ensanchado bipolar, y la demodulación utiliza un método de demodulación coherente.
Canal: El canal de transmisión es un canal de ruido blanco gaussiano aditivo. En el módulo aditivo de canal de ruido blanco gaussiano, puede configurar la tasa de potencia de la señal y la relación señal-ruido.
Cálculo de la tasa de error de bits: el cálculo de la tasa de error de bits se implementa mediante un medidor de tasa de error de bits. La tarea principal del medidor de tasa de error de bits en el sistema de comunicación es evaluar la tasa de error de bits del sistema de transmisión. .
Tiene dos puertos de entrada: el primero (Tx) recibe la señal de entrada del emisor, y el segundo (Rx) recibe la señal de entrada del receptor.
Algunas notas sobre 3.3
En Simulink, no hay un módulo de contador separado para implementar estadísticas. Debe crearlo usted mismo. El diseño del modelo de conteo se muestra en la Figura <. /p>
3 Mostrar. En el modelo de conteo, el módulo de pulso con la misma frecuencia que el código fuente y el código pseudoaleatorio se usa para realizar la sincronización de símbolos y la sincronización Chep respectivamente, y la función de acumulación del sumador se usa para realizar las estadísticas de pico de correlación de cada símbolo. .
Figura 3 Diagrama de bloques del modelo de conteo
En el modelado de comunicaciones de espectro ensanchado, el código PN utilizado para la expansión y desexpansión y la portadora utilizada para la modulación y demodulación deben permanecer en el mismo
pasos, por lo que se debe prestar atención a la configuración de los parámetros del módulo de código pseudoaleatorio y del módulo portador.
En el cálculo de la tasa de error de bits, la señal recibida se retrasará debido a la desexpansión del espectro ensanchado, la modulación y demodulación, las estadísticas relacionadas, etc.
En el módulo de tasa de error de bits se El retraso debe establecerse en el cuadro de diálogo.
4 Análisis del resultado de la simulación
4.1 Análisis del funcionamiento del sistema de simulación
Las condiciones de simulación se dan a continuación para observar la operación de la simulación. La velocidad de información es de 20 b/s, la amplitud es 1; la secuencia pseudoaleatoria utiliza 10 niveles, la velocidad de transmisión es la secuencia de 200 b/s m y la frecuencia portadora es de 10 KHz; la potencia de la señal es de 1 W y la relación señal-ruido es de 30 dB;
El tiempo de simulación se establece en 2 s. En tales condiciones de simulación, teóricamente se puede obtener una ganancia de espectro ensanchado de 10 veces. La Figura 4 muestra los resultados de la simulación del sistema de difusión de espectro ensanchado
. La imagen superior muestra la fuente de la señal, la imagen del medio muestra el código de difusión y la imagen inferior muestra el host. Como se puede ver en la Figura 4, la fuente y el canal son los mismos y la tasa de error de bits es 0. El sistema de simulación diseñado en base a MATLAB/Simulink cumple con los requisitos de simulación de software del sistema de comunicación de espectro ensanchado.
Figura 4 Resultados de la simulación de despolarización de espectro ensanchado
4.2 Relación entre la ganancia de espectro ensanchado y la relación señal-ruido de salida
Establezca la velocidad de información y la información pseudoaleatoria secuencia La velocidad de transmisión cambia la relación señal-ruido cuando la ganancia del espectro ensanchado es 10 y 50. La relación entre la ganancia del espectro ensanchado, la tasa de error de bits y la relación señal-ruido se muestra en la Figura 5. Se puede ver que con la misma tasa de error de bits
, cuanto mayor es la ganancia del espectro ensanchado, mayor es la relación señal-ruido en el extremo de salida y, a medida que aumentan los requisitos del sistema, mayor es la Cuanto mayor sea la ganancia del espectro ensanchado, mayor será la relación señal-ruido en el extremo de salida. La relación señal-ruido también será mayor.
Figura 5 Curvas de simulación de tasa de error de bits bajo diferentes ganancias de espectro ensanchado
5 Conclusión
La comunicación de espectro ensanchado tiene fuertes anti-interferencias, anti-desvanecimiento y anti- interferencia El rendimiento de trayectorias múltiples se ha convertido en la tecnología central de las comunicaciones de tercera generación.
Este artículo
explica las bases teóricas de la comunicación de espectro ensanchado y su método de implementación, y establece un nuevo sistema de comunicación utilizando la caja de herramientas de visualización Simulink proporcionada por MATLAB. Utilizando la caja de herramientas de visualización Simulink proporcionada por MATLAB, se estableció un modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado, se presentó en detalle el diseño de cada módulo y se dieron los problemas a los que se debe prestar atención en el modelado de simulación. En determinadas condiciones de simulación, ejecute el sistema de simulación para verificar la exactitud del modelo de simulación construido. La relación entre la ganancia del espectro ensanchado
y la relación señal-ruido en la salida se estudió mediante simulación. Los resultados mostraron que, bajo la misma tasa de error de bits, aumentar la ganancia del espectro ensanchado puede mejorar la calidad. salida del sistema
Se mejora la relación señal-ruido del terminal, mejorando así la capacidad antiinterferente del sistema. Punto de innovación del autor: a través de la plataforma de simulación establecida por MATLAB/Simulink, se estudió la relación entre la ganancia del espectro ensanchado, la tasa de error de bits y la relación señal-ruido, y la señal satelital basada en la comunicación de espectro ensanchado
El diseño proporciona la base.
Referencias:
1 Zeng Xingwen, Liu Naian, Sun Xianpu. Comunicación de espectro extendido y su tecnología de acceso múltiple[M] Xi'an: Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an Prensa: Xi'an: Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an
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2 Xu Mingyu , Shao Yongbo. Aplicación de la simulación MATLAB en comunicaciones e ingeniería electrónica [M: Xi'an: Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an
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3 Li Jianxin, Liu Naian, Liu Jiping Análisis y simulación de sistemas de comunicación modernos: caja de herramientas de comunicación MATALAB[M].
Xi'an: Xi 'an University of Electronic Science and Technology Press:
Xi'an University of Electronic Science and Technology Press, 2001.
4 Xu, M. W., Li, X. y Tang, W... Diseño de sistema de adquisición de datos basado en comunicación serie MATLAB Microcomputer Information,
2005, 21 (8-1), 89-90.
5 Guo, H. , Bi, H., Bi, H. Aplicación de MATLAB en simulación y generación de código pseudoaleatorio, 21 (3), 2004.3.
Proyecto de financiación: Proyecto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Shanghai, número de proyecto: 45115031.
Acerca del autor: Fan Wei (1973-), hombre, nacionalidad Han, candidato a maestría. Sus principales áreas de investigación son la navegación por satélite y las comunicaciones de espectro ensanchado CDMA.
. Correo electrónico: weifan@sjtu.edu.cn
Dirección de correspondencia y código postal: Room 402, No. 18, Lane 220, Anshun Road, Changning District, Shanghai, Código postal: 200051.
Zhai Chuanrun (1972-), hombre, nacionalidad Han, PhD, profesor asociado. Su principal dirección de investigación es la navegación por satélite y la tecnología de medición y control.
Zhan Xingqun (1970-), hombre, nacionalidad Han, PhD, profesor. Sus principales áreas de investigación son la navegación por satélite y las nuevas teorías y aplicaciones de control.
Sobre el autor:
Fei Wei, nacido en 1973, hombre, nacionalidad Han, candidato a maestría. Dirección de investigación: