Diseño de sistema de simulación de comunicaciones basado en Matlab
Investigación de simulación de un sistema de comunicación de espectro ensanchado basado en MATLAB
Fan Weizhai 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 Simulink proporcionada por MATLAB para establecer un nuevo sistema de comunicación basado en la tecnología de comunicación de espectro ensanchado. >La herramienta de visualización Simulink proporcionada por MATLAB establece un modelo de simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado, describe el diseño de cada módulo en detalle y señala 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. ,
El aumento de la ganancia de espectro ensanchado puede mejorar la relación señal-ruido en la salida del sistema, 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 Identificador de documento: A
Basado sobre simulación MATLAB 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, 200030, Shanghai)
Basado en MATLAB Simulación de un sistema de comunicación de espectro ensanchado
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica, Universidad Jiao Tong de Shanghai, 200030, Shanghai)
Simulación de espectro ensanchado sistema de comunicación basado en MATLAB
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica, Universidad Jiao Tong de Shanghai, 200030, Shanghai)
(Escuela de Información Electrónica e Ingeniería Eléctrica, Universidad Jiao Tong de Shanghai) , 200030, Shanghai 200030, Shanghai)
Resumen: "
El libro "Simulación del sistema de comunicación de espectro ensanchado" presenta la base teórica y el método de implementación de la comunicación de espectro ensanchado
tecnología. 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 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 la tasa de error de distribución aumenta de 0,5 a 0,3 según el sistema simulado. Los resultados muestran que, sobre la base de la misma tasa de error,
si se amplía la ganancia del espectro ensanchado, se mejorará la relación señal-ruido del despliegue del sistema
. y también se mejorará la capacidad antiinterferente 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 y restaura la señal al ancho de banda de información del extremo receptor mediante recepción de correlación. 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, estudiar las características de la comunicación de espectro ensanchado y la relación entre la ganancia de espectro ensanchado y la señal de salida. relación-ruido
La relación entre la ganancia del espectro ensanchado y la relación señal-ruido de salida de la comunicación de espectro ensanchado
Tiene como objetivo proporcionar una base para la investigación y el diseño de comunicaciones modernas basadas sobre 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)
Donde: 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
: primero, para una capacidad de canal determinada, 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; se puede lograr reduciendo el ancho de banda y aumentando la potencia de la señal para lograr el requisito de aumentar la capacidad del canal. Es decir:
d
s
d
s
i i B
B
B
.
R
R
S N
S N
G = = =
/
/ 0 0 0 (2)
En la fórmula, Si y S0 son la potencia de la señal en los extremos de entrada y salida del correlacionador del receptor, respectivamente; Ni y N0 son la potencia de la señal en los extremos de entrada y salida del correlador del receptor; entrada del correlador y potencia de interferencia en el extremo de salida
; Rs es la tasa de información del código pseudoaleatorio, Rd es la tasa de información de la señal de banda base Bs es el ancho de banda de la señal después de la expansión del espectro; >
, Bd es el ancho de banda de la señal antes del ancho de banda de la señal de 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 modulación adicional en el extremo receptor
El proceso de demodulación de espectro ensanchado. 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 sus diferentes métodos de trabajo. Los sistemas de espectro ensanchado de secuencia directa son un ejemplo de un método de implementación para comunicaciones 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
En el diagrama de bloques principal del sistema de espectro ensanchado de secuencia directa, se puede ver que en el extremo del transmisor, la señal salida por la fuente de señal y el generador de código pseudoaleatorio
El código pseudoaleatorio generado se agrega módulo 2 para generar una secuencia de dispersión con la misma velocidad que el código pseudoaleatorio, y luego la secuencia de dispersión
Modula la portadora, que ha sido modulada en espectro ensanchado de la señal de radiofrecuencia. El espectro ensanchado modula las señales de radiofrecuencia. En el extremo receptor, después de que la señal de espectro ensanchado recibida se amplifica y mezcla altamente, la señal de modulación de espectro ensanchado de la secuencia pseudoaleatoria sincronizada con el transmisor se correlaciona y desensancha, y la banda de frecuencia de la señal es restaurado a la información
La banda de frecuencia de la secuencia 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 lanzado por Mathworks. Después de años de desarrollo, ha desarrollado múltiples cajas de herramientas. incluidos
sistemas de comunicación, lo que lo convierte en uno de los paquetes de software más populares para 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.
La característica principal de Simulink es que permite a los usuarios establecer un modelo de diagrama de bloques del sistema intuitivo mediante simples operaciones del mouse
y copiar y otros comandos, y los usuarios pueden cambiar el modelo a voluntad. . Los usuarios pueden cambiar los parámetros en el modelo a voluntad y pueden
ver inmediatamente los resultados después de cambiar los parámetros, 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) establecido en base a MATLAB/Simulink puede reflejar el proceso de trabajo dinámico del sistema SBC y puede ser Se utiliza para observación de formas de onda, análisis de espectro, análisis de rendimiento, etc. Al mismo tiempo, como modelo principal del sistema SBC, se puede utilizar para ampliar el modelo de simulación e implementar el sistema de comunicación de espectro ensanchado (SBC). Al mismo tiempo, el modelo de simulación se puede ampliar según las necesidades de investigación y diseño para realizar una simulación de comunicación moderna basada en comunicación de espectro extendido, proporcionando una plataforma poderosa para la investigación y el diseño de sistemas. 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 para el sistema simulado. El generador RI genera una señal aleatoria binaria. El tiempo de muestreo y el estado inicial se pueden configurar libremente para cumplir con los requisitos de la mezcla de señales de alta amplitud
recepción
. configurarse libremente para cumplir con los requisitos de expansión de la señal del sistema de comunicación de frecuencia.
Espectro ensanchado y espectro desensanchado: El módulo PN Sequence Generator (PN Sequence Generator) es un generador de códigos pseudoaleatorios, y su proceso de dispersión es a través del código de información y PN. Esto se logra multiplicando las transformaciones bipolares entre códigos. El proceso de desamplificación es el mismo que el proceso de espectro ensanchado, es decir, la señal recibida se amplifica 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.
3.3 Algunas notas
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
3 Mostrar. En el modelo de conteo, se utilizan módulos de pulso con la misma frecuencia que el código fuente y el código pseudoaleatorio para implementar la sincronización de símbolos y la sincronización Chep respectivamente, y la función de acumulador del sumador se usa para implementar 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 dispersión y la despolarización y la portadora utilizada para la modulación y demodulación deben mantenerse dentro del mismo nivel
paso, 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 20 b/s, la amplitud es 1; la secuencia pseudoaleatoria
La secuencia utiliza 10 niveles, la velocidad de transmisión es la secuencia de 200 b/s m la frecuencia portadora es 10 KHz; 1W y la relación señal-ruido es de 30dB.
El tiempo de simulación se establece en 2s. 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 Velocidad de transmisión de secuencia, cambie la relación señal-ruido cuando la ganancia del espectro ensanchado sea 10 y 50, y se obtendrá la relación entre la ganancia del espectro ensanchado, la tasa de error de bits y la relación señal-ruido, como 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. A medida que aumentan los requisitos del sistema, la ganancia del espectro ensanchado. aumenta y la señal en el extremo de salida se vuelve más pequeña. La relación de ruido mejorará enormemente.
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- Capacidad de interferencia. El rendimiento de rutas múltiples se ha convertido en la tecnología central de la comunicación de tercera generación. Este artículo
explica la base teórica y el método de implementación de la comunicación de espectro extendido y utiliza la caja de herramientas de visualización Simulink proporcionada por MATLAB. Nuevo sistema de comunicación.
Se estableció un modelo de simulación de un sistema de comunicación de espectro extendido, se presentó en detalle el diseño de cada módulo y se dieron problemas que necesitan atención en el modelado de simulación. El sistema de simulación se ejecuta en determinadas condiciones 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. 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
Prensa, 2004 .
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
School Press, 2005.
3 Li Jianxin, Liu Naian, Liu Jiping. Análisis y simulación de sistemas de comunicación modernos: caja de herramientas de comunicación MATALAB[M].
Xi'an: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an:
Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an, 2001.
4 Xu, M. W., Li, X., 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 para generar y simular códigos pseudoaleatorios.
Computer Simulation, 21(3), 2004.3.
Proyecto de financiación:
Acerca del autor: Fan Wei (1973-), hombre, nacionalidad Han, maestría, la principal dirección de investigación es navegación por satélite, comunicación CDMA de espectro ensanchado
. Correo electrónico: weifan@sjtu.edu.cn
Dirección de correspondencia y código postal:
Zhai Chuanrun (1972-), hombre, nacionalidad Han, doctorado, profesor asociado, investigación principal dirección 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:
Wei Hui, hombre, nacido en 1973, nacionalidad Han, candidato a maestría. La dirección de la investigación es la navegación por satélite y las comunicaciones de espectro ensanchado CDMA.
Zhai Chuanrun, hombre, nacido en 1972, nacionalidad Han, Ph.D., la dirección de investigación es navegación por satélite y tecnología de control de pruebas.
Zhan Xingqun, nacido en 1970, hombre, nacionalidad Han, Ph.D., la dirección de investigación es navegación por satélite y tecnología de control de pruebas.
Zhan Xingqun, nacido en 1970, hombre, nacionalidad Han, Ph.D., la dirección de investigación es navegación por satélite y tecnología de control de pruebas.