基于MATLAB的信道编码通信系统仿真设计.doc

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1、聊城大学本科毕业论文(设计) 本科生毕业论文（设计）题 目：基于MATLAB的信道编码通信系统仿真设计 专业代码： 080603 作者姓名： 李明娟 学 号： 2006201460 单 位： 物理科学与信息工程学院 指导教师： 李晓红 2010年 5 月 21日目 录引 言11通信系统111通信的基本概念112通信的基本组成113通信系统的主要性能32信道421信道422信道中的噪声523信号624二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真62.4.1蒙特卡罗仿真62.4.2 MATLAB仿真103信道编码1131信道编码1132信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真1133线性分组码1334卷积码1535交

2、织码1736级联码184信道编码与扩频通信1841 扩展频谱通信技术184.1.1理论基础184.1.2 实现方法1942二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真1943级联码对双用户二进制双极性扩频系统误码性能的改善195结论20参考文献21致 谢22附 录23摘 要本文通过阐述通信系统的基础理论，着重分析信道理论及信道编码方式，采用蒙特卡罗计算机仿真方法，利用MATLAB 提供的可视化工具Simulink 建立了信道编码的仿真模型，详细讲述了各编码方式的设计。在给定仿真条件下，运行了仿真程序，对二进制双极性通信系统中的几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨论,并从实际角度出发，对扩频通信中的

3、信道编码进行了初步仿真，得出了在二进制双极性扩频通信系统中采用级联码，能够实现信道复用和误码性能双赢的结论。关键词：通信系统；信道；信噪比；误码率；信道编码；扩频通信Abstract This article through the elaboration communications system basic theory, analyzes the channel theory and the channel coding way emphatically, uses the Monte Carlo computer simulation method, provided visualiz

4、ation tool Simulink using MATLAB to establish the channel coding simulation model, in detail narrated each encoding method design.In assigns under the simulation condition, moved the simulated program, has carried on the simulation performance test and the discussion to in the binary bipolarity comm

5、unications system several kind of basic channel coding, and embarks from the actual angle, has carried on the preliminary simulation to in the wide frequency correspondence channel coding, obtained has used the cascade code in the binary bipolarity wide frequency communications system, could realize

6、 the channel multiplying and the error code performance win-win conclusion.Key words: Communications system; Channel; Signal-to-noise ratio; Error rate; Channel coding; Wide frequency correspondence基于MATLAB的信道编码通信系统仿真设计 引 言随着科学技术、仿真理论及计算机的不断发展、仿真技术不断提高，在如今的科学研究中，仿真技术提高了科学研究水平，缩短了科学研究周期、降低了科学研究成本及风险、

7、促进了各不同领域学科融合、加速了科研成果转化为生产力。本文采用蒙特卡罗计算机仿真方法，使用MATLAB软件对二进制双极性通信系统中的几种基本信道编码进行了仿真性能测试和讨论，并从实际角度出发，对扩频通信中的信道编码进行了初步仿真。本文阐述了对二进制双极性通信系统进行蒙特卡罗计算机仿真的具体方法，给出了二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型以及仿真流程图。1通信系统11通信的基本概念通信按照传统的理解就是信息的传输，其目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反映，在不同时期具有不同的表现形式。人们接收消息，关心的是消息中所包含的有效内容，即信息。通信则是进行信息的时空转移，即把消

8、息从一方传送到另一方。基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。12通信的基本组成通信的目的是为了有效可靠地传递和交换信息，传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统，通信系统的一般模型图如图1所示。（发送端） （接受端）图1 通信系统的组成通信系统由信源、发送设备、信道、接收设备和信宿等五个部分构成。对图1-1中各部分的功能简述如下。1、 信源和信宿信源是发出信息的源，信宿是传输信息的归宿点，信源可以是模拟的，也可以是离散的数字信源。模拟信源输出连续幅度的模拟信号；离散数字信源输出离散的数字信号。数字信号与模拟信号的区别在于幅度是否离散。模拟信号与数字信号之间有明显的区别，但

9、是两者之间在一定的条件下可以相互转换的。模拟信号波形模拟着信息的变化，其特点是幅度连续，信号幅度可以有无限种取值，从图2（a）波形可以看出此信号在波形上是连续的，图2（b）是对2（a）波形的抽样信号，信号波形每隔时间被采样一次，因此在抽样后的波形在时域上是离散的，但幅度仍然具有无限种取值，是一个时域离散信号。（a） 连续信号 （b） 抽样信号图2 模拟信号波形数字信号不仅要求时域离散，同时幅度的取值也应当是有限个。如图3中的信号波形，信号的幅度被限制在有限个数值之内，如图3（a）中的波形，信号的取值只有两个幅度值，即（0, A）；图3（b）给出的是一个四电平码，在每个码元间隔时间内，信号的取值

10、由四种幅度（-3, -1, +1, +3）之一。在实际系统中，如计算机输入输出的信号、电报信号等等，都属于数字信号。（a）二进码 （b）多进码图3 数字信号波形2、 发送设备发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，使发送信号的特性与传输媒介相匹配，将信源产生的消息信号变换为便于传输的形式。变换的方式是多种多样的，如信号的放大、滤波、调制等，发送设备还包括为达到某些特殊的要求而进行的各种处理，如多路复用、保密处理、纠错编码处理等。3、 传输媒介（信道）信道是指传输信号的通道，从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介，可以是有线通信，如明线、双绞线、同轴线缆或光纤，也可以是无线信道。信道

11、既给信号以传输通路，也会对信号产生各种干扰和噪声，信道的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。4、 接收设备接收设备的基本功能是完成发送过程的反变换，即将信号进行放大并进行解调、译码、解码等等，其目的是从带有噪声和干扰的信号中正确恢复出原始消息，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路功能；此外，在接收设备中，还需要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。13通信系统的主要性能通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。尽管不同的通信业务对系统性能的要求不尽相同，但从研究信息传输的角度来说，通信的有效性和可靠性是主要的矛盾所在。所谓有效性是指传输一

12、定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题；而可靠性则是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，并且还可以进行互换。由于模拟通信系统和数字通信系统之间的区别，两者对有效性和可靠性的要求及度量的方法不尽相同。模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性通常用接收端解调器输出信噪比来度量。输出信噪比越高，通信质量就越好。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的解调后的输出信噪比是不同的。数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量，对于其可靠性可用差错率来衡量。差错

13、率常用误码率和误信率表示。其中，误码率的计算公式如下： 2信道信道是通信系统三大组成部分（信源、信道、信宿）之一，信道连接发送端和接收端的通信设备，其功能是将信号从发送端传送到接受端。按照传输媒质的不同，信道可以分为两大类：无线信道和有线信道。无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号，而有线信道则是利用人造的传导电或光信号的媒体来传输信号。在通信系统中，信道中的噪声是不可避免的，因此对信道和噪声的研究乃是研究通信问题的基础。21信道对于广义上的信道，按功能可分为调制信道和编码信道，其关系可见图4。图4信道模型在进行二进制数字基带传输信道编码仿真时，我们通常基于编码信道的概念分析建模，对于调制

14、信道则仅考虑每一抽样判决时刻判决器输入端情形，这样做大大简化了仿真模型，使我们把主要精力真正集中于编码仿真本身。22信道中的噪声我们将信道中存在的不需要的电信号称为躁声。通信系统中的躁声是叠加在信号上的，没有传输信号时通信系统中也有躁声，躁声永远存在于通信系统中。躁声可以看成是信道中的一种干扰，也称为加性干扰，因为它是叠加在信号之上的。加性躁声可用下列公式表示： 本次数字基带传输不经载波调制和解调过程进行传输。信道编码仿真，研究干扰为加性高斯白噪声它的幅度分布服从高斯分布，而它的功率谱密度是均匀分布的。的情况。此类情况称为AWGN信道，属于加性干扰。噪声性能指标：信噪比SNR： (dB)噪声平

15、均功率：(其中为功率谱密度，为带宽)仿真时，我们视抽样判决时刻判决器输入端噪声为高斯白噪声序列。产生高斯白噪声序列的方法：（1）利用MATLAB提供的函数得到(0,1)上的均匀分布随机数；（2）利用函数变换法：若 为相互独立的(0,1)区间均匀分布的随机变量，则变量：为N(0,1)独立的高斯随机数。之后利用线性变换按要求调整均值方差。23信号在通信系统中，消息的传递是通过它的物理载体电信号来实现的，即把消息寄托在电信号的某一参量上。按信号参量的取值方式不同，可把信号分为两类：模拟信号和数字信号。如果电信号的参量去取值连续（不可数、无穷多），则称之为模拟信号。如果电信号的参量仅可能取有限个值，则

16、称之为数字信号。本次数字基带传输信道编码仿真，输入信道信号采用BPSK信号，二进制信源序列的1，0符号分别被映射为两个持续时间相位差为的正弦波，即 信号性能指标：E：信号功率；T：确知信号周期；相关系数；归一化信噪比：（N0 为输入信道的噪声功率谱密度） 。仿真时，我们视抽样判决时刻判决器输入（即相关器或匹配滤波器输出）r : 判决器输入序列E : 信号序列n : 高斯白噪声序列24二进制双极性表示具有双向极性电平的脉冲信号，如 +5V与-5V。通信系统的蒙特卡罗仿真2.4.1蒙特卡罗仿真蒙特卡罗方法是一种与一般数值计算方法有本质区别的计算方法，蒙特卡罗方法也称统计模拟方法，是二十世纪四十年代

17、中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明，而被提出的一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值计算方法。是指使用随机数（或更常见的伪随机数）来解决很多计算问题的方法。蒙特卡罗方法的基本思想如下：当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。在解决实际问题的时候应用蒙特卡罗方法主要有两部分工作：用蒙特卡罗方法模拟某一过程时，需要产生各种概率分布的随机变量。用统计方法把模型的数字特征估计出来，从而得到实际问题的数值解。蒙特卡罗计算机仿真用于估算数字通信

18、系统的误码率，特别适用于难于对判决器的性能进行分析的情况。利用蒙特卡罗仿真估算二进制双极性通信系统的误码率具体方法可以用图5表示： EDDrn均匀随机数发生器二进制数据源高斯随机数发生器判决器比 较差 错 计 数 器图5算数字通信系统误码率如图5首先仿真产生判决器的输入随机变量。使用均匀分布随机数发生器产生来自于二进制数据源的二进制01信息序列，该01序列被映射为E的序列，E代表信号能量，且可归一化为1。使用高斯噪声发生器产生均值为0，方差为1的高斯随机数序列n。判决器将随机变量和判决电平0相比较，如果大于0，判决发送比特是0，否则判决发送比特是1。该判决输出与所发送的信息比特序列相比较，并计

19、算误比特数和误码率。进行编码仿真时，该模型应在D 和D处加上相应的编码器和译码器。下面绘制了蒙特卡罗计算机仿真的基本流程图（图6）一般流程图（图7）。YN结束显示差错计数器数值，计算误码率循环计数器次数已满？开始外部输入：信噪比（dB）初始化变量：信噪比、发送接收信号变量、噪声变量、循环步长清零： 循环计数器和差错计数器循环计数器置1生成发送比特模块生成叠加噪声信号模块接收判决模块生成接受比特差错计数模块循环计数器加1图6蒙特卡罗计算机仿真基本程流图NYj+YNi+开 始结 束理论计算循环计数器次数已满？初始化变量：仿真信噪比采样序列、仿真循环步长、理论计算信噪比采样序列、理论计算循环步长清零

20、： 仿真循环计数器i、仿真误码率数组、理论计算循环计数器j、理论误码率数组仿真循环计数器i置1循环计数器次数已满？理论计算循环计数器j置1蒙特卡罗仿真模块：计算第i个仿真信噪比下的对应仿真误码率数组元素值理论计算模块：计算第j个理论信噪比下的对应理论误码率数组元素值绘图模块：设置绘图窗口参数、绘制仿真误码率曲线、理论误码率曲线图7蒙特卡罗仿真曲线一般流程图图8仿真结果图8出了不同信噪比条件下，发送100000比特的二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真结果以及理论值曲线。从仿真结果来看，蒙特卡罗仿真结果与理论值曲线接近程度相当好，用蒙特卡罗仿真模型来模拟实际二进制双极性通信系统，是可以被接受的。2

21、.4.2 MATLAB仿真MATLAB名字是由MATrix和LABoratory两个词的前三个字母组合而成的。它是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。由于使用编程运算 与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不象学习其它高级语言 一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图 -如:Basic、Fortran和C等那样难于掌握，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题， 所以又被称为演算纸式科学算法语言.形于一便于使用的集成环境中。在这个环境下，对所要求解的问题， 用户只需简单地列出数学表达

22、式，其结果便以数值或图形方式显示出来。MATLAB5.3中包括了图形界面编辑GUI，改变了以前单一的“在指令窗通过文本形的指令进行各种操作 的状况。这可让使用者也可以象VB VC VJ DELPHI等那样进行一般的可视化的程序编辑。在命令窗口（matlab command window）键入simulink，就出现(SIMULINK) 窗口。以往十分困难的系统仿真问题，用 SIMULINK只需拖动鼠标即可轻而易举地解决问题，这也是近来受到重视原因所在。3信道编码数字信号在传输中往往由于各种原因，使得在传送的数据流中产生误码，从而使接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。所以通过信道编码这

23、一环节，对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，可极大地避免码流传送中误码的发生。信道编码的本质是增加通信的可靠性。但信道编码会使有用的信息数据传输减少，信道编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的。在带宽固定的信道中，总的传送码率也是固定的，由于信道编码增加了数据量，其结果只能是以降低传送有用信息码率为代价了。利用信道编译码，可以显著改善信息在传输过程中的错误概率指标，有效增强系统抗干扰能力，提高数字通信系统的可靠性。31信道编码信道编码一般分为两类：分组编码和卷积编码。在分组编码中，二进制信源输入序列被划分为长度k的码字组。每个长度

24、k的码字被映射为长度n的码字，映射关系是相互独立的，编码器的输出仅仅与当前k个信源输入比特有关，而与以前的序列无关。从而由长度n的码字组构成分组编码后的二进制信道输入序列，编码速率为k/n比特/次，记为（n,k）分组码。在卷积编码中，也是把k个信息比特编成长度为n的信道输入，但该信道输入不但与当前k个信源输入比特有关，而且还与编码器前（L-1）k个输入有关。本次仿真选用以下几种基本信道编码：（7，4）汉明码、（2，1，3）卷积码、级联码 ( 外编码采用（7，4）汉明码，交织编码采用（7，4）卷积交织编码，内编码采用（2，1，3）卷积码 ) ，分别进行性能测试，另外，还特别对级联码中的两种交织方

25、式：卷积交织和循环等差交织进行仿真性能测试比较。32信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真在进行信道编码性能仿真测试时，我们仍使用蒙特卡罗仿真估算二进制双极性通信系统的误码率。在二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型中加入信道编码的编译码器，就得到了信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真模型（如图9示）。在实际进行信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真时，将仿真数据源序列分成长度为16的码组，把分得的码组数作为循环步长，每一个循环步长依次进行发送接收一个码组的仿真并将差错数进行累加，循环结束后将总误码数除以码序列长度求得仿真误码率。从理论上讲，这样做不会对信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真结果造成偏差。从实际角度讲，这种

26、方法不仅符合通信应用中编码先要划分数据块的通用性原则，而且可以有效降低仿真的时间复杂度和空间复杂度。E nr判决器译码器均匀随机数发生器二进制数据源比 较差 错 计 数 器编码器高斯随机数发生器图9蒙特卡罗仿真模型同样，在原来的蒙特卡罗计算机仿真基本流程图中加入编译码模块，并对原来的生成数据模块、叠加噪声模块、接收判决模块、差错计数模块进行改造，将各模块中的数据操作改为对数据块的操作，就可以得到信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真流程图（如图10）。NY循环计数器加1显示差错计数器数值，计算误码率开始外部输入：信噪比（dB）初始化变量：信噪比、发送接收信号变量数组、噪声变量数组、仿真序列长度、循环步

27、长、数据块长、临时变量清零、 循环计数器和差错计数器、数据块长计数器循环计数器置1生成发送数据块模块生成叠加噪声信号模块判决接收数据块模块数据块差错计数模块循环计数器次数已满？结 束返回值：误码率数据块译码模块数据块编码模块图10信道编码性能测试的蒙特卡罗仿真流程图33线性分组码线性分组码的线性是指码组中码元间的约束关系为线性；分组是指编码时将每k个信息位一组进行独立处理，变换成长度为n (nk) 的二进制码组。本次仿真采用（7，4）汉明码，性能参数如下：生成矩阵G： 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1校验矩阵H： 1

28、 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1伴随式S=（S0，S1，S2）陪集首e = ( e0 e1 e2 e3 e4 e5 e6 ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1表1可纠错误图样码长： n = 7信息位： k = 4监督位： n k = 3最小距离： d = 3码率：

29、k/n = 4/7（7，4）汉明码能纠正每一种单个随机错误。MATLAB源程序见附录程序1。仿真结果如图11了不同信噪比条件下，发送100000比特的二进制双极性（7，4）汉明编码通信系统的蒙特卡罗仿真结果，以及未编码系统的仿真结果和未编码系统的理论值曲线。可见，（7，4）汉明编码可以降低二进制双极性通信系统的误码率，从而提高通信的有效性。图11结果34卷积码卷积码是一种有记忆的编码，在任意给定的时间单元处，编码器的n个输出不仅与此时间单元的k个输入有关，而且也与前m个输入有关。卷积码通常表示为：（n,k,m）。本次仿真采用（2，1，3）卷积码，性能参数如下：生成矩阵G： 1 0 1 1 1

30、1 1 1编码个数： n=2信息码个数： k=1约束长度： N=m+1=4卷积码的码率：=1/2MATLAB源程序见附录中程序2。仿真结果如图12了不同信噪比条件下，发送100000比特的二进制双极性（2，1，3）卷积编码通信系统的蒙特卡罗仿真结果，以及未编码系统的仿真结果和未编码系统的理论值曲线。从仿真结果可见，（2，1，3）卷积编码可以降低二进制双极性通信系统的误码率，从而提高通信的有效性。需要特别指出的是，仿真时每发送一个码组前后都会将卷积器清零，对此我们可以认为是系统在发送端为同步校准而插入比特0的操作，在接收端这些插入的0比特又会被系统自动去掉。图12结果为方便比较，图11（2，1，

31、3）卷积编码系统仿真结果、（7，4）汉明编码系统仿真结果、未编码系统仿真结果和未编码系统的理论值曲线绘制在一起。图13结果图13相同信噪比条件下，按照仿真结果误码率从高到低顺序依次为：未编码系统、（7，4）汉明编码系统、（2，1，3）卷积编码系统，从而可以得出（2，1，3）卷积编码纠错能力优于（7，4）汉明编码的结论，与理论结论相符。35交织码从广义上说，交织编码属于分组编码，但由于采用存储器实现交织，它同时又具有卷积编码的记忆特征。在发端，它将分组长度L的信息序列通过交织器重排，在收端通过解交织器恢复原序列，以求使信道中突发错误变为无记忆随机独立差错。交织编码是一种信道改造技术，它通过信号设

32、计将一个原来属于突发差错的有记忆信道改造为基本上是独立差错的随机无记忆信道。交织编码作为克服衰落信道中突发性干扰的有效方法，通常和其它用于纠正无记忆独立差错的信道编码相结合构成级联码（见下文），广泛应用于当代移动通信。交织码通常表示为（M，N），分组长度L=MN，交织方式用M行N列的交织矩阵表示。一般，交织方式分为分组交织和卷积交织。分组交织的交织矩阵按列写入，按行读出；去交织矩阵按行写入按列读出。卷积交织的交织矩阵和去交织矩阵的写入与读出均按行进行。本次仿真采用（7，4）卷积交织编码，性能参数如下：交织矩阵：分组卷积交织前序号： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 1

33、5 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ；卷积交织后序号重排： 1 23 17 11 5 17 21 8 2 24 18 12 6 28 15 9 3 25 19 13 7 22 16 10 4 26 20 14 ;性能分析：（1）任何长度小于等于M = 7的突发差错，经交织、去交织后成为独立差错。（2）任何长度大于M = 7的突发差错，经交织、去交织后有可能变成短突发差错。（3）特殊的，间隔为M = 7的独立差错，经交织、去交织后会变成长度为N = 4的突发差错。36级联码在许多实际信道中，出现的误码既不是单纯随机独立差错，也不是明显的单个突发差错，

34、而是混合型差错。级联码就是最常用于纠正这类混合型差错的一种性能优良，高效的编码方式。按照 NASA 1984年给出的标准级联码系统，级联码的编码被分成外编码、交织编码和内编码三部分，其中外编码采用分组线性码，内编码采用卷积码。级联码在信噪比高于2dB时，可以更好地降低二进制双极性通信系统的误码率，从而能更进一步提高通信的有效性。但是，在信噪比过低时（低于2dB），级联码在降低二进制双极性通信系统的误码率性能方面，稍差一些。换言之，在信噪比低于2dB时，级联码的外编码和交织器不仅没有起到进一步纠错的作用，反而会降低内编码器的纠错性能，但是和未编码时相比，仍然能够降低二进制双极性通信系统的误码率，

35、提高通信的有效性。4信道编码与扩频通信扩展频谱通信（简称扩频通信）与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三 大高技术通信传输方式，它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。41 扩展频谱通信技术 4.1.1理论基础 扩频通信的基本理论是根据信息论中的Shannon 公式，即 式中：W:信道带宽；S:为信道内所传信号的平均功率；N:为信道内部的高斯噪声功率；S/N :信噪比（dB分贝）。

36、Shannon公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比。（S/N）以及用于传输信息的系统信道带宽（B）之间的关系。该公式说明了两个最重要的概念：一个是在一定的信道容量的条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提高信道容量的要求；一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。4.1.2 实现方法 扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。42二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真为了简化二进制双极性

37、扩频通信系统的蒙特卡罗仿真模型，使我们把主要精力真正集中于编码仿真本身，仿真用户数为2，PN码采用长度为30的gold码。双用户二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真模型中加入正弦干扰序列发生器，以用来测试扩频技术对人为正弦干扰的抑制作用。在双用户二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真中，正弦干扰被视做噪声的一部分置于叠加噪声模块。仿真中给出了不同信噪比条件（0dB-30dB）和不同幅度（A1=3、A2=7、A3=12、A4=0）正弦干扰下，发送100000比特的双用户二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真结果以及理论值曲线。从仿真结果来看，无正弦干扰下的蒙特卡罗仿真结果与理论值曲线吻合程度好

38、的令人惊叹，仿真中两用户在同一信道真正实现了和平共处，因此用蒙特卡罗仿真模型来模拟实际双用户二进制双极性扩频通信系统，是可以被接受的；同时可以看出，扩频技术对人为的正弦干扰具有抑制能力，并且对于同样的人为正弦干扰，不同gold码的抑制干扰能力相对来说也有高下之分，在仿真中，用户1使用了gold码抑制正弦干扰能力更强。43级联码对双用户二进制双极性扩频系统误码性能的改善无正弦干扰下的仿真结果和扩频理论说明，从单个用户角度来看，双用户二进制双极性扩频通信系统和原来的单用户二进制双极性通信系统是相同的。于是我们可以推论，在双用户二进制双极性扩频通信系统中对上文各种信道编码性能测试结果，也将和前面的测

39、试结果相同，即按照误码率性能指标，信道编码的最好方案是级联码。另外，考虑到实际应用信道编码时通常采用级联码，在双用户二进制双极性扩频通信系统中的信道编码仿真采用级联码。在双用户二进制双极性扩频通信系统的蒙特卡罗仿真模型框图中加入级联码的编译码器，构成测试级联码对双用户二进制双极性扩频通信系统误码性能改善的蒙特卡罗仿真。仿真中给出了不同信噪比条件（0dB-16dB）和不同幅度（A1=3、A2=7、A3=12、A4=0）正弦干扰下，发送160000比特的双用户二进制双极性扩频级联码 ( 外编码采用（7，4）汉明码，交织编码采用（7，4）卷积交织编码，内编码采用（2，1，3）卷积码 ) 通信系统和未

40、编码的双用户二进制双极性扩频通信系统蒙特卡罗仿真结果以及理论值曲线。从仿真结果来看，无正弦干扰下，级联码能够很好的降低扩频通信系统误码率性能指标；在人为正弦干扰下，级联码能够很好的提高扩频技术的抑制正弦干扰能力，但是，信噪比过低或者正弦干扰幅度太大都不利于级联码作用的发挥，甚至出现误码率性能指标稍有下降的情况。此外，如前所述，对于同样的人为正弦干扰，不同gold码的抑制干扰能力相对来说有高下之分，在仿真中，用户1使用的gold码抑制正弦干扰能力更强，特别正弦干扰幅度为3，信噪比为8dB时，代表级联码系统的点和未编码的双用户二进制双极性扩频通信系统理论值点重合，这意味着，此时级联码与正弦干扰完全

41、相互抵销，对用户1来说级联码实现了屏蔽人为正弦干扰的作用。5结论本文阐述了对二进制双极性通信系统进行蒙特卡罗计算机仿真的具体方法，给出了二进制双极性通信系统的蒙特卡罗仿真模型以及仿真流程图。从仿真为实际应用服务的角度出发，仿真测试了级联码 ( 外编码采用（7，4）汉明码，内编码采用（2，1，3）卷积码 ) 对双用户二进制双极性扩频通信系统误码性能改善情况，得出了在二进制双极性扩频通信系统中采用级联码，能够实现信道复用和误码性能双赢的结论。参考文献1樊昌信等.通信原理（第四版）.北京:国防工业出版社. 2001: 1-14，327-3612王立宁等.MATLAB与通信仿真.北京:人民邮电出版社.

42、2000:23-1103王福昌.通信原理实验.北京:清华大学出版社.2007:74-814吴伟陵.信息处理与编码.北京:邮电大学出版社.2001:18-755 李海涛,邓樱.MATLAB程序设计教程.北京:高等教育出版社.2002:8-1606 钟麟,王峰.MATLAB仿真技术与应用教程.北京:国防工业出版社.2004:1-1077 张纪会,徐心和.模拟进化算法研究进展.北京:系统工程与电子技术.1998:12-1328 清源计算机工作室 MATLAB 6.0 基础及应用.北京:机械工业出版社.2001:5-1809 钱学荣,王禾编.通信原理学习指导.北京:电子工业出版社.2001:23-18

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