基于MATLAB的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、.擴(kuò)頻通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：直接擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真班級(jí)： 0110910 和 0110911姓名：詹曉丹（ 2009210432）姜微（ 2009210503）張建華（ 2009210336）指導(dǎo)老師：李兆玉;.1. 課程設(shè)計(jì)目的（1） 了解、掌握直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的組成、工作原理；（2） 了解、熟悉擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)方法，并分析其性能；（3） 學(xué)習(xí)、掌握 Matlab 相關(guān)編程知識(shí)并用其實(shí)現(xiàn)仿真的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)；2. 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)工作原理：直接序列擴(kuò)頻， 就是直接用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜， 在收端用相同的擴(kuò)頻碼去解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的基帶信號(hào)

2、。在發(fā)端輸入的信息與擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列 （這里使用的是 m序列）進(jìn)行波形相乘，得到復(fù)合信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的展寬，展寬后的信號(hào)再調(diào)制射頻載波發(fā)送出去。由于采用平衡調(diào)制可以提高系統(tǒng)抗偵波的能力， 所以直接序列擴(kuò)頻調(diào)制一般都采用二相平衡調(diào)制方式。一般擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)一個(gè)信息碼包含一個(gè)周期的偽碼， 用擴(kuò)頻后的復(fù)合信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行二相相移監(jiān)控（ BPSK）調(diào)制，當(dāng) gt 從“ 0”變成“ 1”或從“ 1”變到“ 0”時(shí)，載波相位發(fā)生 180 度相移。 接收端的本振信號(hào)與發(fā)射端射頻載波相差一個(gè)中頻，接收端收到的寬帶射頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻、 低頻濾波后得到中頻信號(hào)， 然后與本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同并且同步的

3、擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行波形相乘，實(shí)現(xiàn)相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信號(hào)。3. 建立模型描述（1） 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)組成框圖：（2） 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)波形圖：;.4. 模塊功能分析（1） 直擴(kuò)系統(tǒng)的調(diào)制功能模塊： （都包含模塊框圖和不同調(diào)制、解調(diào)方式介紹、分析）（a） 擴(kuò)頻調(diào)制模塊用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)碼pn（這里用的是m 序列），與信源信息碼序列 xt 相乘，實(shí)現(xiàn)頻譜的展寬（b） BPSK 調(diào)制模塊;.調(diào)制的方式可以有二相相移監(jiān)控 BPSK、四相相移鍵控 QPSK、偏移四相相移監(jiān)控 OQPSK、最小頻移監(jiān)控 MSK。QPSK調(diào)制的目的是節(jié)省頻譜，但在擴(kuò)頻系統(tǒng)中有時(shí)候帶寬的利用并不是最重要的；

4、 OQPSK的優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)制信號(hào)的相位改變沒有倒 現(xiàn)象； MSK調(diào)制信號(hào)時(shí)可以避免相位突變，由于以上調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，所以我們選用擴(kuò)頻系統(tǒng)中最常用的 BPSK調(diào)制方式。（2） 直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)功能模塊：（a） BPSK 解調(diào)模塊在常規(guī)數(shù)字通信中，解調(diào)可以用鎖相環(huán)解調(diào)器、平方環(huán)解調(diào)器、科斯塔斯環(huán)解調(diào)器。在直擴(kuò)系統(tǒng)中，一般擴(kuò)頻調(diào)制方式是用抑制載波雙平衡調(diào)制來產(chǎn)生 BPSK 信號(hào)的，而對(duì)于 BPSK 信號(hào)，不管是絕對(duì)相移還是差分相移。其載波分量都被抑制了幾十分貝，并且直擴(kuò)信號(hào)譜密度都很低，而大氣噪聲及接收機(jī)內(nèi)部噪聲又很大，有用信號(hào)常淹沒在噪聲中，所以用一般的鎖相環(huán)難以提取載波。而平方環(huán)雖然便于載波提

5、取，但環(huán)路工作在二倍頻后的頻率上，工作頻率高，環(huán)路穩(wěn)定性較差。我們選用的是科斯塔斯環(huán)，因?yàn)樗耐怀鰞?yōu)點(diǎn)是能夠解調(diào)移相鍵控信號(hào)和抑制了載波的信號(hào)，且環(huán)路的工作頻率與輸入信號(hào)載波頻率完全相同。（b） 擴(kuò)頻解調(diào)模塊;.解擴(kuò)方式有相關(guān)解擴(kuò)、直接式相關(guān)器解擴(kuò)、外差式相關(guān)器解擴(kuò)、序列匹配濾波器解擴(kuò)。直接式相關(guān)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)干擾信號(hào)有直通和碼速率泄露現(xiàn)象外差式相關(guān)器的抗干擾能力較低；由于相關(guān)解擴(kuò)在性能上很好，在接收端產(chǎn)生的本地pn碼，可以用科斯塔斯環(huán)實(shí)現(xiàn)與發(fā)端的pn 碼精確的同步。5. 模塊源代碼及調(diào)試過程（1）直擴(kuò)系統(tǒng)的調(diào)制模塊（a）信息碼生成模塊code_length=20;%信息碼元個(gè)數(shù)

6、N=1:code_length;rand('seed',0);x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息碼從 0、1 序列變成 -1、 1 序列x1=rectpulse(x,800);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣 800 個(gè)點(diǎn)plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列 ');grid on;生成信息碼的波形圖（b）偽隨機(jī)碼生成模塊;.function y = mgen(g,state,N)%輸入 g:m 序列生成多項(xiàng)式（ 10 進(jìn)制輸入）%state:寄存器初始狀態(tài)（ 10 進(jìn)制輸入）%N:輸出

7、序列長(zhǎng)度figure(1)g=19;state=8;N=2000;gen = dec2bin(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-1) - 48;for k =1:Ny(k) = curState(M-1);a = rem(sum( gen(2:end).*curState),2);curState = a curState(1:M-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個(gè)偽碼元內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title('

8、;偽隨機(jī)碼序列 ');grid on;生成偽隨機(jī)碼的波形圖（c）擴(kuò)頻調(diào)制模塊gt=x1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);title('復(fù)合碼序列 ');grid on;生成的復(fù)合碼波形圖;.（d）BPSK 調(diào)制模塊%用 BPSK 調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk(1+(i-1)*8):i*8)=gt(1+(i-1)*8):i*8).*cIendplot(x_bpsk)

9、;axis(0 200 -2.5 2.5);title('BPSK 調(diào)制后的波形 ');grid on;生成 BPSK 調(diào)制后的波形圖;.（ 2）加噪模塊sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8)=gt1(1+(i-1)*8):i*8).*cIendplot(x_bp

10、sk1);axis(0 200 -2.5 2.5);title(' 加噪后已調(diào)波的波形 ');grid on;生成加噪后已調(diào)波的波形圖;.（ 3）直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)模塊（ a）BPSK 解調(diào)模塊AI=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個(gè)載波周期內(nèi)采樣八個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);for i=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*cI;endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);title(' 解調(diào)后的波形 ');grid on;生成 BPSK

11、解調(diào)后的波形圖（ b）解擴(kuò)模塊%相關(guān)解擴(kuò);.jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1000000;%截止頻率 wn=fn/(fs/2) ，這里 fn 為擴(kuò)頻碼的帶寬 5Mb=fir1(16,wn);H=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(' 解擴(kuò)并濾波后的波形 ');grid on;生成解擴(kuò)后的波形圖6. 調(diào)試分析及結(jié)論（1） 調(diào)試分析（a）信源信息碼與收端恢復(fù)出的波形的比較;.（b）頻譜分析（2） 調(diào)制過程中出現(xiàn)的問題及解決方式：1） 在調(diào)試程序中

12、出現(xiàn)“ undefinedfunction or variable mgen”，后來檢測(cè)是子函數(shù)調(diào)用格式出現(xiàn)錯(cuò)誤，經(jīng)改正后得以修改；2） 復(fù)合碼產(chǎn)生程序中， 出現(xiàn)“vectormustbethesamelengths ”,后檢測(cè)得出原因是信息碼和偽隨機(jī)碼長(zhǎng)度不相同時(shí)不能直接相乘；3） 由于所加噪聲為高斯白噪聲，是用randn 函數(shù)產(chǎn)生的，具有隨機(jī)性，所以不同時(shí);.刻加噪了的已調(diào)波具有不同波形；（3） 結(jié)論通過調(diào)試分析及研究，我們發(fā)現(xiàn)直擴(kuò)系統(tǒng)具有較多的特點(diǎn)，將其運(yùn)用于通信系統(tǒng)能發(fā)揮其很大的優(yōu)勢(shì)。首先，直擴(kuò)系統(tǒng)具有很高的處理增益， 因此直擴(kuò)系統(tǒng)具有抗寬帶干擾、 抗多頻干擾及單頻干擾的能力；其次，直

13、擴(kuò)信號(hào)的功率譜密度低， 具有隱蔽性和低的截獲概率， 從而抗截獲的能力強(qiáng)，另外功率污染少；第三，直擴(kuò)偽隨機(jī)序列的偽隨機(jī)性和密鑰量具有保密性， 即系統(tǒng)本身具有加密的能力；第四，利用直擴(kuò)偽隨機(jī)序列碼型的正交性，可構(gòu)成直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)；第五，利用直擴(kuò)信號(hào)的相關(guān)接收，具有抗多徑干擾的能力；第六，利用直擴(kuò)信號(hào)可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)距定位。7. 心得體會(huì)通過這次直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)， 我們加深了對(duì)擴(kuò)頻理論知識(shí)的理解。 懂得了直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理所在，并且經(jīng)過分析，自己應(yīng)用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)了直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真，掌握了一定的軟件仿真能力。 通過頻譜分析， 更使我們了解到了直接擴(kuò)頻的抗干擾性能。 在實(shí)踐過程中，我們小

14、組也遇到了一些問題， 但是我們通過討論以及查閱資料， 解決了難題。同時(shí)，也激發(fā)了我們對(duì)擴(kuò)頻這門課程學(xué)習(xí)的積極性。 在此次直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)中， 我們收獲頗豐，記憶深刻，并全面培養(yǎng)了我們的能力。8. 參考文獻(xiàn)劉煥淋 . 擴(kuò)展頻譜通信 M. 北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2008 田日才 . 擴(kuò)頻通信 M. 北京：清華大學(xué)出版社， 2007曾一凡，李暉 . 擴(kuò)頻通信原理 M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005;.附件一：程序源代碼function y = mgen(g,state,N)%輸入 g:m 序列生成多項(xiàng)式（ 10 進(jìn)制輸入）%state:寄存器初始狀態(tài)（ 10 進(jìn)制輸入）%N:輸出序列長(zhǎng)

15、度figure(1)g=19;state=8;N=2000;gen = dec2bin(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-1) - 48;for k =1:Ny(k) = curState(M-1);a = rem(sum( gen(2:end).*curState),2);curState = a curState(1:M-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個(gè)偽碼元內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title('偽隨

16、機(jī)碼序列 ');grid on;figure(2)code_length=20;%信息碼元個(gè)數(shù)N=1:code_length;rand('seed',0);x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息碼從 0、1 序列變成 -1、 1 序列x1=rectpulse(x,800);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣 800 個(gè)點(diǎn)plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列 ');grid on;figure(3)gt=x1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);tit

17、le('復(fù)合碼序列 ');grid on;.figure(4);%用 BPSK 調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk(1+(i-1)*8):i*8)=gt(1+(i-1)*8):i*8).*cIendplot(x_bpsk);axis(0 200 -2.5 2.5);title('BPSK 調(diào)制后的波形 ');grid on;figure(5)sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20

18、);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8 個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8)=gt1(1+(i-1)*8):i*8).*cIendplot(x_bpsk1);axis(0 200 -2.5 2.5);title('加噪后已調(diào)波的波形 ');grid on;figure(6)%解調(diào)AI=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個(gè)載波周期內(nèi)采樣八個(gè)點(diǎn)

19、cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);for i=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*cI;endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);.title('解調(diào)后的波形 ');grid on;figure(7)%相關(guān)解擴(kuò)jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1000000; %截止頻率 wn=fn/(fs/2) ，這里 fn 為擴(kuò)頻碼的帶寬 5M b=fir1(16,wn);H=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);ax

20、is(0 16000 -1.5 1.5);title('解擴(kuò)并濾波后的波形 ');grid on;%信源信息碼與收端恢復(fù)出的波形的比較figure(8)subplot(2,1,1);plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列 ');grid on;subplot(2,1,2);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('收端接收到的波形 ');grid on;%頻譜圖figure(9);T=1;N=20;N_sample=800;df=1/(N*T);f=-(N*

21、N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,1);plot(f,abs(fftshift(fft(x1);axis(-100 100 0 2000);title('信源信息碼序列的頻譜圖');grid on;T=1;N=2000;N_sample=8;df=1/(N*T);.f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,2);plot(f,abs(fftshift(fft(pn);axis(-4 4 0 4000);title('偽隨機(jī)碼序列的頻譜圖');grid on;T=1;N=2000;N_sample=8;df=1/(N*T);f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,3);plot(f,abs(fftshift(fft(gt);axis(-4 4 0 2000);title('擴(kuò)頻碼序列的頻譜圖 ');grid on;T=1;N=200