MATLAB 기반의 통신 시뮬레이션 시스템 설계

GUI에서는 컨트롤을 통해 M의 기능을 호출할 수 있으며 Simulink와 연결하여 파형을 출력하고 분석을 제공할 수도 있습니다. 기본적으로 귀하의 질문은 Matlab의 세 가지 시스템, 즉 GUI, M 및 simulink를 다루었습니다. 직접 배우고 간단하게 시작해 보세요.

MATLAB 기반 확산 스펙트럼 통신 시스템에 대한 시뮬레이션 연구

Fan Weizhai, Chuanrun Zhan Xingqun

(Shanghai Jiao Tong University 전자 정보 전기 공학부) , 200030, Shanghai )

Abstract 이 기사에서는 확산 스펙트럼 통신 기술의 이론적 기초와 구현 방법을 설명하고, MATLAB에서 제공하는 시각화 도구 Simulink를 사용하여 확산 스펙트럼 통신 시스템 시뮬레이션 모델을 구축하고, 각각의 세부 사항을 설명합니다. 모듈을 설계하고, 시뮬레이션 모델링에서 주의해야 할 사항을 지적했습니다

. 주어진 시뮬레이션 조건에서 시뮬레이션 프로그램을 실행하여 예상되는 시뮬레이션 결과를 얻었다. 동시에 확립된 시뮬레이션 시스템을 사용하여 출력단에서 확산 스펙트럼 이득과 신호 대 잡음비 사이의 관계를 연구했습니다. 결과는 동일한 비트 오류율에서

증가하는 것으로 나타났습니다. 확산 스펙트럼 이득 주파수 이득은 시스템 출력의 신호 대 잡음비를 향상시켜 통신 시스템의 간섭 방지 능력을 향상시킬 수 있습니다.

키워드 확산 스펙트럼 통신, 신호 대 잡음비, 비트 오류율, 확산 스펙트럼 이득

중국어 분류 번호: TN914.42 문서 식별 코드: A

확산 스펙트럼 통신 시스템의 시뮬레이션

MATLAB 기반

FAN Wei, ZHAI Chuan-run, ZHAN Xing-qun

(School of Electronic, 정보전기공학과, 상하이 교통대학교, 200030, 상하이)

요약: 확산 스펙트럼 통신 기술의 이론 기반과 구현 방법

시뮬레이션 모델이 제시되었습니다.

MATLAB에서 제공하는 SIMULINK를 이용하여 확산 스펙트럼 통신 시스템을 구축하였다.

또한 시뮬레이션 모델의 각 모듈을 자세히 소개하고,

시스템 시뮬레이션에서 주의해야 할 문제점

설계된 시뮬레이션 조건을 바탕으로 시뮬레이션 프로그램을 실행하여 예상 결과를 얻었다.

또한, 시뮬레이션 시스템을 사용하여 확산 스펙트럼 이득과 팬아웃 오류율 사이의 관계도 연구했습니다.

결과는 동일한 오류율을 기반으로 하는 것으로 나타났습니다.

확산 스펙트럼 이득이 확대되면 시스템 팬아웃의 신호 대 잡음비도 향상되고

통신 시스템의 전파 방해 방지 기능도 향상됩니다. 향상된 .

키워드: 확산 스펙트럼 통신, 신호 대 잡음, 오류율, 확산 스펙트럼 이득

1 소개

확산 스펙트럼 통신(이하 확산 스펙트럼 통신) )은 광섬유 통신, 위성 통신과 함께 정보화 시대를 맞이하는 3대 첨단 통신 전송 방식으로 알려져 있습니다. end 상관수신을 통해 신호를 정보대역폭으로 복원하는 시스템

통신에 스펙트럼 확산 신호를 사용하는 장점은 스펙트럼 확산 방식을 신호 대 잡음비의 이점으로 교환할 수 있다는 것입니다. 즉, 수신기 출력의 신호 대 잡음비가 입력에 비해 크게 향상됩니다. 신호 대 잡음 비율,

따라서 시스템의 간섭 방지 능력이 향상됩니다. 본 논문에서는 확산 스펙트럼 통신의 원리를 바탕으로 MATALB에서 제공하는 시각적 시뮬레이션 도구인 Simulink를 사용하여 확산 스펙트럼 통신 시스템의 시뮬레이션 모델을 구축하고, 스펙트럼 확산 통신의 특성, 확산 스펙트럼 이득 및 출력 신호 잡음을 연구한다. p>

비율 관계의 목적은 확산 스펙트럼 통신을 기반으로 하는 현대 통신의 연구 및 설계를 위한 기초를 제공하는 것입니다.

2 스펙트럼 확산 통신 기술

2.1 이론적 근거

스펙트럼 확산 통신의 기본 이론은 정보 이론의 Shannon 공식을 기반으로 합니다.

log (1 / ) 2 C = B + S N (1)

여기서: C는 시스템의 채널 용량(비트/초)입니다. B는 시스템 채널 대역폭( Hz), S는 신호 평균 전력이고, N은 소음

음향 전력입니다.

섀넌의 공식은 오류 없이 정보를 전송하는 시스템 채널의 능력과 채널에 존재하는 신호 대 잡음비(S/N) 및 정보 전송에 사용되는 시스템 채널을 나타냅니다. 대역폭 간의 관계(B). 이 공식은 가장 중요한 두 가지 개념을 보여줍니다

: 하나는 특정 채널 용량 조건에서 전송 신호 전력을 줄이고 채널 대역폭을 늘려 달성할 수 있다는 것입니다.

채널 용량 개선 요구 사항 중 하나는 대역폭을 줄이고 신호 전력을 높이면 달성할 수 있습니다.

확산 스펙트럼 이득은 스펙트럼 확산 통신 시스템의 간섭 방지 능력을 반영하는 중요한 매개변수입니다. 수신기 상관기의 잡음비와 수신기 상관기의 입력 신호 대 잡음비의 비율, 즉

d

s

d

s

i i B

B

R

R

S N

S N

G = = =

/

/ 0 0 (2)

수식에서, Si와 S0는 각각 수신기 상관기의 입력 및 출력 신호이고, Ni와 N0는 각각 상관기의 입력 및 출력 간섭 전력이고, Rs는 의사 랜덤 코드의 정보율입니다. 베이스밴드 신호 Bs는 스펙트럼 확장 후의 신호 대역입니다.

Wide, Bd 스펙트럼 확장 전의 신호 대역폭입니다.

2.2 구현 방법

일반적인 통신 시스템과 비교하여 스펙트럼 확산 통신은 주로 송신단에서 스펙트럼 확산 변조를 추가하고 수신단에서 추가 변조를 추가합니다

확산 스펙트럼 복조, 확산 스펙트럼 통신 프로세스는 주로 FM 시스템에 따라 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템, 주파수 호핑 확산 스펙트럼 시스템, 선형 주파수 변조 시스템 및 하이브리드로 구분됩니다. 이제 스펙트럼 확산 통신의 구현 방법을 설명하기 위해 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템을 예로 들어 보겠습니다. 그림 1은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템의 개략적인 블록 다이어그램입니다.

그림 1 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템의 원리 다이어그램

직접 시퀀스 확산 스펙트럼 시스템의 개략도에서 볼 수 있듯이 송신기 끝에서 신호 출력은 다음과 같습니다. 소스와 의사 난수 코드가 생성됩니다. 장치에서 생성된 의사 난수 코드를 모듈로 2로 추가하여 의사 난수 코드와 동일한 속도의 확산 시퀀스를 생성한 다음 확산 시퀀스를 사용하여 반송파를 변조합니다. 이로 인해 확산 스펙트럼 변조 무선 주파수 신호가 생성됩니다. 수신단에서는 수신된 스펙트럼 확산 신호를 고증폭 및 혼합한 후

스펙트럼 확산 변조 신호를 송신단과 동기화된 의사 랜덤 시퀀스로 역확산하고, 신호는 정보 시퀀스의 주파수 대역으로 복원된 다음 전송된 정보를 복원하기 위해 복조됩니다.

3 시스템 시뮬레이션 모델 구축

3.1 Simulik 소개

MATLAB은 원래 The Mathworks Company에서 출시한 수학 응용 소프트웨어였습니다. 통신 시스템을 포함한 여러 도구 상자를 개발했으며 과학 연구 및 엔지니어링 응용 프로그램을 위한 가장 인기 있는 소프트웨어 패키지 중 하나가 되었습니다.

Simulink는 MATLAB의 시각적 시뮬레이션 도구로 동적 시스템 모델링, 시뮬레이션 및 분석을 위한 통합 환경입니다.

선형 시스템, 비선형 시스템, 모델링에 널리 사용됩니다. 디지털 제어 및 디지털 신호 처리 시뮬레이션. 여기에는

수신기, 신호 소스, 선형 및 비선형 구성요소, 커넥터로 구성된 복잡한 모듈 라이브러리가 포함되어 있으며, 사용자는 필요에 따라 이를 사용자 정의하거나 직접 모듈을 만들 수도 있습니다. Simulink의 주요 특징은 사용자가 간단한 마우스 조작과 복사 및 기타 명령을 통해 직관적인 시스템 블록 다이어그램 모델을 구축할 수 있다는 것입니다. p>파라미터 변경 후 결과를 즉시 확인할 수 있어 편리하고 빠르게 모델링 및 시뮬레이션 목적을 달성할 수 있습니다.

3.2 모델 구축 및 메인 모듈 설계

MATLAB/Simulink를 기반으로 구축된 스펙트럼 확산 통신 시스템의 시뮬레이션 모델은 확산 스펙트럼 통신 시스템의 특성을 반영할 수 있다

동적 작업 프로세스는 파형 관찰, 스펙트럼 분석 및 성능 분석을 수행하는 동시에 연구 및 설계 요구에 따라 시뮬레이션 모델을 확장하여 확산 스펙트럼 통신을 기반으로 하는 현대 통신 시뮬레이션을 실현할 수 있습니다. . 시스템 연구 및 설계를 위한 강력한 플랫폼을 제공합니다. 그림 2는 MATLAB/Simulink를 기반으로 한 확산 스펙트럼 통신 시스템 시뮬레이션 모델을 보여줍니다.

그림 2 시스템 시뮬레이션 모델

출처: Random Integer Generator(Random Integer Generator) 시뮬레이션 시스템의 소스인 Random Integer Generator

바이너리 생성 무작위 신호, 샘플링 시간 및 초기 상태를 자유롭게 설정하여 확산 스펙트럼 통신 시스템의 신호 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

수신

고증폭 혼합 역확산 및 복조

로컬 발진기 PN 코드 동기화

소스 확산 스펙트럼 변조

PN 코드 발진기

전송

소스 요구 사항.

확산 및 역확산: PN 시퀀스 생성기 모듈(PN Sequence Generator)은 의사 난수 코드 생성기 역할을 합니다.

정보 코드와 PN 코드를 통해 양극성을 수행합니다. 그리고 이를 곱하여 달성합니다. 역확산 과정은 확산 과정과 동일합니다. 즉, 수신된 신호를 PN 코드를 사용하여 두 번째로 스펙트럼 확산 처리합니다.

변조 및 복조: 변조 및 복조에는 2단계 위상 편이 키잉 PSK 방식을 사용합니다. 정현파 반송파와 양극 확산 코드를 직접 곱하여 변조를 구현하며, 복조에는 코히어런트 복조 방식을 사용합니다.

채널: 전송 채널은 추가 가우스 백색 잡음 채널입니다. 추가 가우시안 백색 잡음 채널 모듈에서는 신호 전력 및 신호 대 잡음 비율을 설정할 수 있습니다.

비트 오류 계산: 오류 계산은 비트 오류 측정기로 구현됩니다. 통신 시스템에서 비트 오류 측정기의 주요 작업은 전송 시스템의 비트 오류율을 평가하는 것입니다.

두 개의 입력 포트가 있습니다. 첫 번째 포트(Tx)는 송신자로부터 입력 신호를 수신하고, 두 번째 포트(Rx)는 수신자로부터 입력 신호를 수신합니다.

3.3 몇 가지 설명

Simulink에는 통계를 독립적으로 구현하는 카운터 모듈이 없습니다. 계산 모델의 설계는 그림과 같습니다.

3. 카운팅 모델에서는 소스와 의사 난수 코드와 동일한 주파수를 갖는 펄스 모듈을 사용하여 각각 기호 동기화와 칩 동기화를 구현하고 가산기의 누적 기능을 사용하여 각 기호 피크 통계의 상관 관계를 구현합니다.

그림 3 카운팅 모델 구현 블록 다이어그램

스프레드 스펙트럼 통신 모델링에서 확산 및 역확산에 사용되는 PN 코드와 변조 및 복조에 사용되는 반송파는 동일하게 유지되어야 합니다.

단계이므로 의사 난수 코드 모듈과 캐리어 모듈의 매개변수 설정에 주의하십시오.

비트 오류율 계산 시 스펙트럼 확산 역확산, 변조 및 복조, 관련 통계 등으로 인해 수신 신호에 지연이 발생합니다.

비트 오류율은 계측기 모듈의 대화 상자에서 설정되어야 합니다.

4 시뮬레이션 결과 분석

4.1 시뮬레이션 시스템 동작 분석

다음 시뮬레이션 조건에서 시뮬레이션 동작을 관찰한다. 정보 속도는 20b/s이고 진폭은 1입니다. 전송 속도는 200b/s이고 신호 전력은 1W입니다. -잡음 비율은 30dB입니다.

시뮬레이션 시간은 2초로 설정됩니다. 이러한 시뮬레이션 조건에서는 이론적으로 10배의 확산 스펙트럼 이득을 얻을 수 있습니다. 그림 4는 시스템 확산 스펙트럼

역확산의 시뮬레이션 결과입니다. 위쪽 그림은 신호 소스를 나타내고 가운데 그림은 확산 코드를 나타내며 아래쪽 그림은 신호 싱크를 나타냅니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 소스와 싱크는 동일하며 비트 오류율은 0입니다. MATLAB/Simulink를 기반으로 설계된 시뮬레이션 시스템은 확산 스펙트럼 통신 시스템의 소프트웨어 시뮬레이션 요구 사항을 충족합니다.

그림 4 시스템 확산 및 역확산 시뮬레이션 결과

4.2 확산 스펙트럼 이득과 출력 신호 대 잡음비의 관계

정보 속도 및 의사 설정 -랜덤 시퀀스 확산 이득이 10과 50인 조건에서 전송 속도는 신호 대 잡음비의 크기를 지속적으로 변경하여 확산 이득과 비트 오류율 사이의 관계를 얻습니다. 그림 5에 표시된 대로 신호 대 잡음 비율. 그림 5에서 볼 수 있듯이 동일한 비트 오류율

에서 확산 스펙트럼 이득이 클수록 출력단의 신호 대 잡음 비율도 높아집니다. 확산 스펙트럼 이득은 증가하고 출력은

신호 대 잡음비가 높을수록 좋습니다.

그림 5 다양한 확산 스펙트럼 이득 하에서의 비트 오류율 시뮬레이션 곡선

5 결론

확산 스펙트럼 통신은 강력한 간섭 방지, 페이딩 방지 및 안티를 가지고 있습니다. -간섭 특성. 다중 경로 성능은 3세대 통신의 핵심 기술이 되었습니다.

확산 스펙트럼 통신의 이론적 기초와 구현 방법을 설명하고 MATLAB에서 제공하는 시각화 도구 상자를 사용하여

스펙트럼 확산 통신 시스템 시뮬레이션 모델은 각 모듈의 설계를 상세하게 설명하고 시뮬레이션 모델링 시 주의해야 할 사항을 제시합니다.

주어진 시뮬레이션 조건에서 구축된 시뮬레이션 모델의 정확성을 검증하기 위해 시뮬레이션 시스템을 실행했습니다. 확산 스펙트럼 이득

과 출력에서의 신호 대 잡음비 사이의 관계는 시뮬레이션을 통해 연구되었습니다. 결과는 동일한 비트 오류율에서 확산 스펙트럼 이득을 높이면 시스템을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. 출력

신호 대 잡음비를 종료하여 시스템의 간섭 방지 기능을 향상시킵니다.

본 논문에서 저자의 혁신: MATLAB/Simulink가 구축한 시뮬레이션 플랫폼을 통해 확산 스펙트럼 이득, 비트 오류율 및 신호 대 잡음비 간의 관계를 연구하고 확산 스펙트럼 통신을 기반으로 하는 위성 신호

디자인은 기초를 제공합니다.

참고 자료:

1 Zeng Xingwen, Liu Naian, Sun Xianpu. 확산 스펙트럼 통신 및 다중 접속 기술 [M]. 시안: 시안전자과학기술대학교

출판사, 2004.

2 쉬밍위안, 샤오위빈. 통신 및 전자 공학 분야의 MATLAB 시뮬레이션 적용[M]. 시안: 시안 전자과학기술대학교 출판부, 2005.

3 리젠신, 류나이안, 류지핑. 최신 통신 시스템 분석 및 시뮬레이션 - MATALAB 통신 툴박스〔M〕. 시안:

시안 전자과학기술대학교 출판부, 2001.

4 쉬밍웨이, 리첸, 탕웨이. MATLAB 직렬 통신 기반 데이터 수집 시스템 설계. 마이크로컴퓨터 정보,

2005, 21(8-1), 89-90.

5 궈하이옌, 비홍준. 의사 난수 코드 생성 및 시뮬레이션에 MATLAB을 적용합니다. 컴퓨터 시뮬레이션, 21(3), 2004.3.

기금 프로젝트: 상하이 과학 기술 연구 프로젝트, 프로젝트 번호: 45115031.

저자 소개: Fan Wei(1973-), 남성, 한 국적, 석사 학위 후보자. 그의 주요 연구 방향은 위성 항법 및 CDMA 확산 스펙트럼 통신입니다. 이메일: weifan@sjtu.edu.cn

서신 주소 및 우편번호: Room 402, No. 18, Lane 220, Anshun Road, Changning District, Shanghai, 200051.

Zhai Chuanrun(1972-), 남, 한 국적, 박사, 부교수. 주요 연구 방향은 위성 항법 및 측정 및 제어 기술이다.

Zhan Xingqun (1970-), 남, 한 국적, 박사, 교수 그의 주요 연구 방향은 위성 항법 및 새로운 제어 이론 및 응용입니다.

저자의 간략한 소개:

Fai Wei는 1973년생, 남성, 한족, 석사과정을 밟고 있습니다.

CDMA 확산 스펙트럼 통신.

Zhai Chuan-run은 1972년생, 남성, 한 국적, 박사, 부교수

그의 연구 주제는 위성 항법 및 테스트입니다. 제어 기술.

Zhan Xing-qun, 1970년생, 남성, 한족, 박사, 교수 그의 연구 관심 분야는 위성 항법, 새로운 제어 이론 및 신청하세요.