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1、一、LDPC信道编码模块设计及仿真 1.程序流程（1）选取k个素数，满足以下条件：（2）把m个校验节点编号为0,1，（m-1）（m为行数）依次均匀地放在一个圆上。（3）随机选取一个校验节点i，以为步长顺时针移动（m-1）次，连同节点i共计依次走过m个点，记为将跑遍0，1，（m-1）。将跑过的点依次排成一个序列，称这完成了一轮操作。（4）依次取素数，a=2，3，k，随机去一个校验节点，重复（3）的操作，包括第三步共计完成了k轮操作，将k轮操作走过的点依次排列组成一个总序列pos=pos1，pos2，posk（5）将pos中的个元素每j个一组进行划分，每组对应一个变量节点xi与eji，eji+1，
2、eji+j-1相连，i=0，1，（n-1）。（6）校验矩阵分块预处理。2.仿真分析打开源程序，先运行gengrate_h.m程序，陆续将码长设置为756bit，列重设置为3，行重设置为9。在Workspace中同时将H、A、B、C、D、E、Hget、Fget、g、Tget这是个变量选择另存为encode_in.mat 格式。再运行main_encode.m进行编码，主程序运行后，在当前目录下，自动生成编码结果文件“encodeout.mat”，这将作为下一次扩频调制仿真实验的的输入信号。最后分别查看Workspace中的变量s（编码前数据）和xyuan（编码后数据）的波形。图1.1 编码前波形
3、图1.2 编码后的波形对比图1.1和图1.2的横坐标，可以看出编码前的数据码片长度为504bit，编码后的码片数据长度为756bit。编码效率=编码前码片长度/编码后码片长度=2/3。二、扩频调制模块设计及仿真1.原理：扩频调制是通过伪随机码或伪随机序列来实现的。从理论上讲，用纯随机序列来扩展信号的频谱是最理想的，但是接收端必须复制同一个随机序列，由于随机序列的不可复制性，因此在工程中，无法使用纯随机序列，而改为采用伪随机序列。伪随机序列通信的基本理论源于香农的编码原理。扩频调制通常的实现方式是将一个待扩频的信号与一个扩频码在时域相乘，实现框图如图2.1.所示。图2.1 扩频实现框图图2.1中
4、，标号1处信号为窄带信号，经过扩频，在标号2处得到远远大于1处信号带宽的宽带信号。接收时，经过解扩乘以相同的PN码，恢复出窄带信号。而在传输过程中加入的干扰，在解扩时相当于进行了扩频，大大降低了干扰信号的频谱密度，从而达到抗干扰的目的。2.仿真：本次实验将第一次仿真得到的LDPC编码输出encode_out.mat文件作为信号源，pn_mod.mdl是扩频调制仿真模块，仿真结果保存为pn_mod_out.mat文件作为下次实验载波调制仿真的输入，预计仿真时间为5min。仿真参数设置：扩频调制组成部分为信源，PN码发生器等；仿真参数：数码率为1kb/s，扩频码长为255bit，扩频码率为255k
5、b/s。图2.2 扩频调制仿真模型图2.3 扩频调制前频谱图图2.4 扩频调制后序列的频谱图从图2.3中可以看出，扩频调制前的信号频宽大概为1kHz左右。从图2.4可以看出，调制后的信号频宽大概为255kHz左右，频宽被扩展了255倍。三、载波调制模块的设计与仿真1.原理：在扩频系统中，扩频信号时通过载波调制后发送到信道中去的，在直接序列扩频中，通常采用的调制方式是二相相移键控（BPSK），较为复杂的是四相相键控（QPSK）。由于平衡调制可以抑制载波，使干扰者难以实现瞄准式干扰，而发送者可以用较多的功率来传输信号，并且做到在一定的带宽内发射效率最高，因此扩频系统中常采用相移键控。BPSK是扩频
6、系统中最为常见的一种调制方式。设扩频码为才c(t)，载波频率为，调相波可表示为式中，是相位调制指数。若规定在扩频吗序列中，当才c(t)=0时，=0；当c(t)=1时，这种调制就成为二相相移键控。在实际运用中，扩频吗常采用双极性，即c(t)=-1，+1，因此BPSK扩频调制信号可以表示成为如果考虑信息码为d(t)，则直扩系统的BPSK调制输出为BPSK扩频调制如图3.1所示。图3.1 BPSK调制器2.仿真：本次实验将实验二仿真得到的扩频调制输出文件pn_mod_out.mat作为信号源，bpsk_mod.mdl是载波调制仿真模块，仿真结果保存为bpsk_mod_out.mat文件，作为实验四的
7、输入。预计本次仿真时间5min。仿真参数设置：仿真所用载波信号是频率为510kHz、幅度为1V的正弦波。二进制信号码速率为1kb/s。图3.3 BPSK扩频调制仿真模块仿真结束后，双击“output”示波器，即可观察到输入信号和输出信号的波形，如图3.4所示。图中上半部分为输入信号波形，下半部分为载波调制输出信号波形。图3.4 输入输出信号波形对比将图3.4进行适当缩放，可以观察到波形的细部特征。图3.5 经过缩放后的信号波形从图3.5可以看出载波信号有明显的相位翻转，即BPSK调制成功。 频谱示波器pn中显示的是输入信号的频谱图，如图3.6所示。频谱示波器bpsk_spectrum中显示的是
8、载波调制后的频谱图，如图3.7所示。图3.6 扩频调制后的频谱图图3.7 BPSK调制后的频谱图 对比图3.6和图3.7，可以看出经过BPSK调制后的信号频谱中心频率被搬移到510kHz。四、高斯白噪声信道的建模及仿真。 1.原理：无线信道是及其复杂的，路径损失、信号的多径传播以及移动引起的接收机信号频移等都将使信号产生衰落。当然信道中也会存在一些人为和非人为的干扰，高斯白噪声就是一种自然存在的噪声，对高斯白噪声只能消弱不能完全消除。窄带干扰是一种人为加入信道的干扰，窄带干扰功率特别大，足以完全淹没干扰频段的信号信息，是无线通信尤其是军用无线通信的巨大障碍，对此必须利用信号处理的方法进行消除。
9、在整个频率范围内，具有恒定功率谱密度的噪声称为白噪声，这是一个理想的模型。实际上，如果噪声的带宽远大于系统的带宽，就可以把它作为白噪声来对待。例如对带宽为50MHz的示波器，具有500MHz带宽的输入噪声就可以认为是白噪声。电阻热噪声功率谱密度均匀分布的频率范围约为1013Hz，通常认为它是典型的白噪声。同样散弹噪声也可以看做白噪声。这两种噪声又具有高斯分布规律，所以把散弹噪声及电热噪声认为是具有均值为零的高斯白噪声。白噪声功率谱密度为，式中，是常数。白噪声的自相关函数为2.仿真：本次实验将实验三的BPSK调制输出文件bpsk_mod_out.mat作为信号源，channel.mdl是高斯白噪
10、声信道仿真模块，仿真结果保存为channel_out.mat文件。预计本次实验仿真时间为5min。高斯白噪声信道仿真参数主要有：数码率1kb/s，扩频码率255kb/s，载波频率510kHz，高斯白噪声信噪比10dB，单音窄带干扰中心频率510kHz，信噪比-30dB。图4.1 干扰信道总体仿真模型图图4.2 Channel模块内部结构图图4.3 干扰信道后的信号频谱图由图4.3可见，调制信号的频谱中混杂了大量的高斯白噪声，且在调制信号的载波频率510kHz处可以清晰地看到一个频谱的尖峰，这个尖峰代表了窄带干扰的频谱量，其能量远远超过调制信号。实验报告科目： 扩频通信 专业: 通信与信息系统 姓名： 吴 健 学号： 103123303