数字移动通信实验报告

                    ——跳频扩频

一、    实验目的

1、进一步了解扩频通信理论基础、工作方式。

2、学习跳频扩频系统以及其实现。

3、掌握跳频信号的差错概率计算方法。

4、加强对MATLAB的进一步掌握。

二、    实验原理说明

在跳频（FH）扩频中，将可利用的信道带宽W划分成大量非重叠的频率间歇，在任何信号区间内，传输信号占据一个或多个可用的频率间隙。在每个信号区间内，频率间隙（一个或多个）的选取时按照来自某一PN发生器的输出伪随机码确定的。

图1给出了一个FH扩频系统发射端和接受端的方框图。图2说明了一个FH信号的示意图。

图1  FH扩频系统的方框图

图2  一个FH信号的例子

在接收端有一个完全相同的PN序列发生器，它是与接收信号同步的，用来控制频率合成器的输出。通过频率合成器的输出与接收信号混频，然后由发射端引入的伪随机频率伴以在解调中被移去。这样既可以利用FSK解调出最后所得信号。

现考虑一个FH系统，其中用二进制FSK传输数字信息。频率跳变是没比特跳一次。解调和检测是非相干的。在AWGN信道上，这样的系统的差错概率是：

                                           (1.1)

每比特能量E_b可以表示为E_b = P_sT_b = P_s/R，其中P_s是平均信号功率，R是比特率。有J₀=P_J/W，其中P_J是宽带干扰的平均功率，W为可用的信道带宽。因此，假设J₀》N₀，就能将SNR表示为：

                               (1.2)

其中，W/R是处理增益，P_J/P_S是FH扩频信号的干扰余欲度。

假设部分频带干扰来自某一干扰台，干扰台挑选ɑ，以使其对通信系统的效果是最佳的。在采用二进制FSK调制和非相干检测的未编码慢跳频系统中，传输频率在频带W内选成了均匀概率的。这样，接受信号将以概率ɑ，而以1-ɑ不被干扰。当被干扰时，差错概率是，而当不被干扰时，信号检测假定是无差错的，其中。因此，平均差错概率是：

                (1.3)

干扰台的最好ɑ的取值为：

                                   （1.4）

对于最坏情况下的部分频带干扰，相应的差错概率是：

                             （1.5）

三、    仿真思路

通过Monte Garlo仿真，说明一个使用二进制FSK并受到最坏部分频带干扰破坏的FH数字通信系统的性能。仿真系统的方框图见图3。

用均匀随机数发生器（RNG）产生某个二进制信息序列，它作为FSK调制器的输入，FSK调制器的输出受到概率ɑ的加性高斯噪声亏损，0<ɑ1。用第二个均匀RNG来决定这个加性高斯噪声何时亏损信号以及何时不亏损先好。在有噪声时，假定吓死传输为0的情况下，检测器的输入是：

其中，是信道相移，和代表加性噪声分量。在没有噪声时有：

，  

所以在检测器中没有差错发生。每个噪声分量的方差是。其中ɑ右示（1.4）给出。为简单起见，置=0并将J₀归一化到1，那么。因为，，接着就能得到，在部分频带干扰存在的情况下，，，这里限制2。图4给出了Monte Garlo仿真得出的误码率。图中还给出了由式（1.5）给出的差错概率的理论值。

图3  Monte Garlo仿真：部分频带干扰下的二进制FSK系统的模型

四、    程序代码

1）主程序

rho_b1=0:5:35;                         %rho每比特能量（dB），用于计算仿真误码率

rho_b2=0:0.1:35;                        %rho每比特能量（dB），用于计算理论误码率

for i=1:length(rho_b1),

    smld_err_prb(i)=ss_pe96(rho_b1(i));    %计算仿真误码率

end;

for i=1:length(rho_b2),

    temp=10^(rho_b2(i)/10);              %dB值与数值转换

    if(temp>2)

        theo_err_rate(i)=1/(exp(1)*temp);  %当rho数值>2时的理论误码率

    else

        theo_err_rate(i)=(1/2)*exp(-temp/2); %当rho数值>2时的理论误码率

    end;

end;

semilogy(rho_b1,smld_err_prb,'*');         %画仿真误码率图

hold on

semilogy(rho_b2,theo_err_rate,'-');         %画理论误码率图

2）仿真模型的误码率计算函数

function[p]=ss_pe96(rho_in_dB)       %计算仿真误码率函数

rho=10^(rho_in_dB/10);              %dB值与数值转换

Eb=rho;                           %每比特能量

if(rho>2),                          %按公式（1.4）计算当rho>2时ɑ

    alpha=2/rho;

else

    alpha=1;                      %按公式（1.4）计算当rho<2时ɑ

end;

sgma=sqrt(1/(2*alpha));              %噪声方差

N=10000;                         %传输比特数

for i=1:N,                         %生成信号序列

    temp=rand;

    if(temp<0.5)

        data(i)=1;

    else

        data(i)=0;

    end;

end;

for i=1:N,                         %生成接受信号

    if(data(i)==0),

        rlc(i)=sqrt(Eb);

        rls(i)=0;

        r2c(i)=0;

        r2s(i)=0;

    else

        rlc(i)=0;

        rls(i)=0;

        r2c(i)=sqrt(Eb);

        r2s(i)=0; 

    end;

    if(rand<alpha),                 %依据干扰概率给接受信号添加噪声

        rlc(i)=rlc(i)+gngauss(sgma);

        rls(i)=rls(i)+gngauss(sgma);

        r2c(i)=r2c(i)+gngauss(sgma);

        r2s(i)=r2s(i)+gngauss(sgma);

    end;

end

num_of_err=0;

for i=1:N,                         %检测并计算误码个数

    r1=rlc(i)^2+rls(i)^2;             %检测器的第一输入变量

    r2=r2c(i)^2+r2s(i)^2;            %检测器的第二输入变量

    if(r1>r2),

        decis=0;

    else

        decis=1;

    end;

    if(decis~=data(i)),

        num_of_err= num_of_err+1; 

    end;

end;

p= num_of_err/N;                  %计算误码率

3）高斯随机噪声函数

function[gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma)

if nargin==0,

    m=0;sgma=1;                 %如果输入变量缺失，则均值为0，方差为1

elseif nargin==1,

    sgma=m;m=0;                %如果输入变量只有一个，则均值为0，方差为输入值

end;

u=rand;

z=sgma*(sqrt(2*log(1/(1-u))));       %瑞利分布计算

u=rand;

gsrv1=m+z*cos(2*pi*u);            %同相分量

gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);            %正交分量

五、    结果分析

图4  Monte Garlo仿真：部分频带干扰下，FH二进制FSK系统的误码率性能

    由仿真结果所示，在给出在最坏部分频带干扰下，其差错率随成反比减小。

 

第二篇：计算机网络实验报告书范文

计算机网络实验报告书

姓名：

学号：

成都理工大学信息管理学院电子商务系

一、[实验名称] :

二、[实验环境]：

三、[实验目的]:

1. 熟悉了解……

2. 掌握……

四、[相关知识]:

五、[实验内容及操作步骤]:

步骤1.

步骤2.

……

步骤n.

六、[结论] :通过上面的实验步骤，我们得出如下结论：

七、[小结] :

[参考文献]

[1] 谢希仁，计算机网络（第5版）电子工业出版社 2008.2 ……