基于SIMULINK直接擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、. 鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于Simulink直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)Direct Sequence Spread Spectrum munication SystemsDesign Based on Simulink摘要直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(DSSS)因其抗干擾性強(qiáng)、隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA)、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中。本文設(shè)計(jì)了一種基于Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。首先對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)從應(yīng)用背景、特點(diǎn)、意義和開展幾個(gè)方面進(jìn)展了研究，然后從直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的根本理論、根本原理、性能和擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的同步原理等方面闡述了直接

2、序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，并對(duì)直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)展了仿真研究和理論分析，到達(dá)了預(yù)期的效果。本文從理論上分析了直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能。本系統(tǒng)包括信號(hào)生成局部、發(fā)送局部、接收局部、調(diào)制和解調(diào)、加擴(kuò)與解擴(kuò)五個(gè)局部。并以BPSK系統(tǒng)為例，給出了誤碼率理論分析結(jié)果，到達(dá)了預(yù)期的效果。本文研究的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，為以后的頻譜通信系統(tǒng)打下了根底。關(guān)鍵詞：直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)MATLAB仿真Simulink模塊仿真AbstractDirect sequence spread spectrum munication system (DSSS) because of its strong anti-inte

3、rference, easy to conceal and easy to realize code division multiple access (CDMA), fight multipath interference, straight e*pansion munication rate higher numerous advantages, is widely used in many fields.This paper introduces a design of Simulink based on the direct sequence spread spectrum munic

4、ation system. First to direct sequence spread spectrum munication system from application background, features, significance and the development of a research, and then from the direct sequence spread spectrum munication system, the basic theory of basic principle, performance and spread spectrum mu

5、nication system of synchronous principle, this paper describes direct sequence spread spectrum munication system, and the directly spread spectrum munication system simulation and theory analysis, achieve the e*pected effect. The paper theoretically analyzes the direct sequence spread spectrum munic

6、ation system of anti-jamming performance. This system includes signal generation part, sending part, receiving part, modulation and demodulation, add e*pansion and solution e*pansion of five parts. And with BPSK system as an e*ample, the theoretical analysis results are ber, achieve the e*pected eff

7、ect. This paper studies the direct sequence spread spectrum munication system, for the following spectrum munication system laid a foundation. Keywords:Direct sequence spread spectrum munication systemSimulink MATLABSimulation . 目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326669499 第1章緒論 PAGEREF _Toc326669499

8、 h 1 HYPERLINK l _Toc326669500 1.1直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用背景 PAGEREF _Toc326669500 h 1 HYPERLINK l _Toc326669501 1.2直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的意義 PAGEREF _Toc326669501 h 1 HYPERLINK l _Toc326669502 1.3直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn) PAGEREF _Toc326669502 h 1 HYPERLINK l _Toc326669503 1.4直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的開展 PAGEREF _Toc326669503 h 3 HYPERLINK l _Toc326669504

9、 第2章直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)技術(shù) PAGEREF _Toc326669504 h 4 HYPERLINK l _Toc326669505 2.1直接序列擴(kuò)頻根本理論 PAGEREF _Toc326669505 h 4 HYPERLINK l _Toc326669506 擴(kuò)頻通信的理論根底 PAGEREF _Toc326669506 h 4 HYPERLINK l _Toc326669507 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限 PAGEREF _Toc326669507 h 5 HYPERLINK l _Toc326669508 2.2直接序列擴(kuò)頻的根本原理 PAGEREF _Toc326669508 h 6 H

10、YPERLINK l _Toc326669509 2.3 直接序列擴(kuò)頻的根本原理 PAGEREF _Toc326669509 h 9 HYPERLINK l _Toc326669510 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 PAGEREF _Toc326669510 h 9 HYPERLINK l _Toc326669511 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗截獲性 PAGEREF _Toc326669511 h 10 HYPERLINK l _Toc326669512 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) PAGEREF _Toc326669512 h 11 HYPERLINK l _Toc326669513 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 PAGER

11、EF _Toc326669513 h 11 HYPERLINK l _Toc326669514 直擴(kuò)測距定時(shí)系統(tǒng) PAGEREF _Toc326669514 h 12 HYPERLINK l _Toc326669515 擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 PAGEREF _Toc326669515 h 12 HYPERLINK l _Toc326669516 第3章基于Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真 PAGEREF _Toc326669516 h 14 HYPERLINK l _Toc326669517 3.1直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置 PAGEREF _Toc326669

12、517 h 14 HYPERLINK l _Toc326669518 功能模塊的連接 PAGEREF _Toc326669518 h 14 HYPERLINK l _Toc326669519 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置 PAGEREF _Toc326669519 h 17 HYPERLINK l _Toc326669520 3.2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc326669520 h 23 HYPERLINK l _Toc326669521 3.3總結(jié) PAGEREF _Toc326669521 h 28 HYPERLINK l _Toc326669522

13、 第4章直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能分析 PAGEREF _Toc326669522 h 29 HYPERLINK l _Toc326669523 4.1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)誤碼率的仿真 PAGEREF _Toc326669523 h 29 HYPERLINK l _Toc326669524 4.2仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc326669524 h 31 HYPERLINK l _Toc326669525 4.3結(jié)論 PAGEREF _Toc326669525 h 32 HYPERLINK l _Toc326669526 第5章應(yīng)用 PAGEREF _Toc326669526 h 33 HYPE

14、RLINK l _Toc326669527 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc326669527 h 34 HYPERLINK l _Toc326669528 致 PAGEREF _Toc326669528 h 35 HYPERLINK l _Toc326669529 附錄 PAGEREF _Toc326669529 h 36HYPERLINK l _Toc326669530 附錄A外文資料 PAGEREF _Toc326669530 h 36. 第1章緒論1.1直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用背景直接序列擴(kuò)頻技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼(PN碼)擴(kuò)展到一個(gè)很寬

15、的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)展相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供平安保障，是美軍重要的無線通信技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測到信號(hào)。即探測到信號(hào)，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號(hào)重新會(huì)變成原始的信號(hào)。有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn)是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家George Antheil提出的1。十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。1.2直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的意義直接擴(kuò)頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)如：衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GPS)、3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、WLAN和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)

16、鍵問題。擴(kuò)頻技術(shù)也為提高無線電頻率的利用率提供幫助。直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高、有很強(qiáng)的性能等優(yōu)點(diǎn)2?？梢?，對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的研究具有非常重大的意義。但也有缺乏，直擴(kuò)系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)碼的同步，以便承受機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)承受信號(hào)進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)。所以，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠克制這些缺點(diǎn)的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)相當(dāng)重要。1.3直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)抗干擾性強(qiáng)抗干擾是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比方信號(hào)擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾根本上不起作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度降低了100倍，如要保持原

17、干擾強(qiáng)度，則需加大100倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號(hào)接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號(hào)進(jìn)展干擾，在不知道信號(hào)的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因?yàn)閿U(kuò)頻技術(shù)抗干擾性強(qiáng)，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。(2)隱蔽性好因?yàn)樾盘?hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號(hào)功率譜密度很低，信號(hào)淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難攝取有用信號(hào)，而極低的功率譜密度，也很少對(duì)于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。(3)易于實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA)直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜

18、資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了頻段呢？其實(shí)正相反，擴(kuò)頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)展擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號(hào)接收需要用一樣的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了根底。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號(hào)，眾多用戶，只要配對(duì)使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時(shí)使用同一頻率通信，從而實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信，提高了頻譜利用率3。另外，

19、擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時(shí)增加新用戶的問題。(4)抗多徑干擾無線通信中抗多徑(發(fā)射的信號(hào)經(jīng)多條不同路徑傳播)干擾一直是難以解決的問題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取別離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而到達(dá)有效的抗多徑干擾。(5)直擴(kuò)通信速率高直擴(kuò)通信速率可達(dá) 2M，8M，11M，無須申請(qǐng)頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。(6)有很強(qiáng)的性能。對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號(hào)的存在。由于直擴(kuò)信號(hào)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 2、直擴(kuò)通信系統(tǒng)的缺乏直擴(kuò)系統(tǒng)除了

20、一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)碼的同步，以便接收機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)承受信號(hào)進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長。1.4直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的開展由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。在容許無線設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對(duì)其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時(shí)對(duì)附近其他設(shè)備有更高的抗擾性。上世紀(jì)80年代末，晶體電子技術(shù)的先進(jìn)程度已經(jīng)足以提供商用的、本錢效益好的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。現(xiàn)在直擴(kuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴(kuò)頻技術(shù)在開展的初始階段，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破，在此后的開展過程中主要是

21、硬件的改善和性能的提高。隨著移動(dòng)通信的迅猛開展，目前3G系統(tǒng)由研制開發(fā)逐步進(jìn)入商用并且向第四代無線多媒體通信飛速開展。根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)，世界各大電信公司聯(lián)盟均提出了自己的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差異很大，但采用碼分多址技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。直擴(kuò)碼分多址，由于具備通信容量大、能充分利用話音的統(tǒng)計(jì)特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點(diǎn)被作為未來移動(dòng)通信中最具競爭力、最有前景的無線多址接入技術(shù)4。無線擴(kuò)頻通信作為另一種有效的補(bǔ)充通信手段，已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。開展到現(xiàn)在，擴(kuò)頻技術(shù)理論和技術(shù)都已趨于完善，主要應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮總體性能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

22、。因此，應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)一直是擴(kuò)頻技術(shù)開展的強(qiáng)大動(dòng)力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)、全球個(gè)人通信等，擴(kuò)頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。隨著科技的開展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。第2章直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)技術(shù)2.1直接序列擴(kuò)頻根本理論2.1.1擴(kuò)頻通信的理論根底直接序列(DS：Direct Sequence)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。在接收端，用一樣的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)展解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原始的信息。人們總是想方設(shè)法使信號(hào)所占的頻譜盡量窄，以獲得頻率資源利用率的提高。但擴(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在

23、接收端采用一樣的擴(kuò)頻碼進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)出所傳信息數(shù)據(jù)。為什么要用寬頻帶信號(hào)來傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的平安可靠性。這可用信息論和抗干擾理論的根本觀點(diǎn)來說明：根據(jù)香農(nóng)()在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，香農(nóng)公式： (2-1)式中：C-信息的傳輸速率(信道容量)單位；S-信號(hào)平均功率 單位W； B-頻帶寬度 單位Hz；N-噪聲平均功率 單位W5。由式(2-1)中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，即加大帶寬B或提高信噪比。換句話說，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率C一定時(shí)，信號(hào)帶寬B和信噪比是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降

24、低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處?？陆轄柲峥煞蛟谄錆撛诳垢蓴_性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸過失概率的公式(2-2)此公式指出，過失概率是信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。設(shè)信息持續(xù)時(shí)間為，或數(shù)字信息的碼元寬度為，則信息的帶寬為 (2-3)信號(hào)功率S為 (2-4)已調(diào)(或已擴(kuò)頻)信號(hào)的寬度為B，則噪聲功率為 (2-5)將式2-3、2-4、2-5代入式2-2，可得(2-6)公式(2-6)指出，過失概率是輸入信號(hào)與噪聲功率之比()和信號(hào)帶寬與信息帶寬之比()二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。它同樣指出了用增加帶寬的方法可

25、以換取信噪比上的好處。綜上所述，將信息帶寬擴(kuò)展100倍，甚至用1000倍以上的帶寬信號(hào)來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠平安的通信。這就是擴(kuò)頻通信的根本思想和理論依據(jù)。2.1.2擴(kuò)頻增益和抗干擾容限擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，在接收端解擴(kuò)復(fù)原了信息，這樣的系統(tǒng)帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析說明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬比例有關(guān)。一般把擴(kuò)頻信號(hào)帶寬W與信息帶寬F之比稱為處理增益，即 (2-7)式(2-7)說明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與有關(guān)。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)

26、重要性能指標(biāo)。系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下：(2-8)式(2-8)中：S/N= 輸出端的信噪比， = 系統(tǒng)損耗由此可見，抗干擾容限與擴(kuò)頻處理增益成正比，擴(kuò)頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號(hào)在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。2.2直接序列擴(kuò)頻的根本原理所謂直接序列擴(kuò)頻(DS)，就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而接收端，用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原始信息6。圖2-1示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖。圖2-1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖信息信碼m(t

27、)BPSK調(diào)制載波PN 碼擴(kuò)頻解調(diào)本地PN碼BPSK解調(diào)本地載波在發(fā)送端輸入信息碼元，它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為0、1兩個(gè)碼元，其碼元寬度為。參加擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中為模2加法器，擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼(PN碼)，記作。偽碼的波形如圖 2-2 中的第(2)個(gè)波形，其碼元寬度為，且取。通常在DS系統(tǒng)中，偽碼的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率，即，也就是說，偽碼的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度，這樣才能展寬頻譜。模2加法器的運(yùn)算規(guī)則可用下式表示 (2-9)當(dāng)與符號(hào)一樣時(shí)，為0；而當(dāng)與不同時(shí)，則為1。的波形如圖2-2所示中的第3個(gè)波形。由圖可見，當(dāng)信碼為0時(shí)，與一樣；而當(dāng)信碼為1時(shí)，則為取反既是。顯然，包含信碼的其碼元寬度已變成

28、了，即已進(jìn)展了頻譜擴(kuò)展。其擴(kuò)展處理增益也可用下式表示(2-10)在一定的情況下，假設(shè)偽碼速率越高，即偽碼寬度(碼片寬度)越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。經(jīng)過擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號(hào)在信道上有效的傳輸。圖2-2中采用二相相移鍵控方式。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將與載頻相乘，輸出為。即(2-11)式(2-11)中，(2-12)因此，經(jīng)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào)為(2-13)由上面討論可知，經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)可看作只取1的二進(jìn)制波形，然后對(duì)載頻進(jìn)展調(diào)制，這里是采用調(diào)相(BPSK)。所謂調(diào)制，就是指相乘過程，可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器(或平衡調(diào)制器)，最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)。這里假定平衡調(diào)制

29、器是理想對(duì)稱，碼序列取+1、1的概率一樣，即調(diào)制信號(hào)無直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中，無載波分量。通過發(fā)射機(jī)中推動(dòng)級(jí)、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。通常載波頻率較高，或者說載波周期較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期，即滿足。但圖2-2中(4)示出的載波波形=寬度為，這是為了便于看清楚一些，否則要在一個(gè)期間畫幾十個(gè)甚至幾百個(gè)正弦波。對(duì)于BPSK來說，主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)之間的相位關(guān)系。圖2-2中的第(5)個(gè)圖為已調(diào)波的波形。這里，當(dāng)為1碼時(shí)，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng)為0碼時(shí)，取同相。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖2-2中的第(6)個(gè)圖所示。接收端的工作原理：假設(shè)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)

30、過失，經(jīng)過接收機(jī)前端電路(包括輸入電路、高頻放大器等)，輸出仍為。這里不考慮信道衰減問題，因?yàn)閷?duì)PSK調(diào)制信號(hào)而言，重要的是相位問題，這里的假定對(duì)分析工作原理是不受影響的。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。接收機(jī)中的本振信號(hào)頻率與載波相差為一個(gè)固定的中頻。假定收端的偽碼(PN)與發(fā)端的PN碼一樣。接收端本地調(diào)相情況與發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號(hào)是，即調(diào)相器輸出信號(hào)的相位僅取決于，當(dāng)=1時(shí)，的相位為；當(dāng)=0時(shí)，的相位為0。信號(hào)的相位如圖2-2中(7)所示。相關(guān)器的作用在這里可等效為對(duì)輸入相關(guān)器的、相位進(jìn)展模2加。對(duì)二元制的0、而言，同號(hào)模2加為0，異號(hào)模2加為。因此相關(guān)器的輸出的中頻相位如圖2-2中的(8)

31、所示。然后通過中頻濾波器。濾除不相關(guān)的各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出原始信息。這一過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的根本原理和它是怎樣通過對(duì)信號(hào)進(jìn)展擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它表達(dá)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3 直接序列擴(kuò)頻的根本原理2.3.1直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性直擴(kuò)系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)窄帶干擾、寬帶干擾等，都具有抗干擾能力，其抗干擾能力大小就是前面提出的擴(kuò)頻處理增益，越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。下面就來分析直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾和抗窄帶干擾的原理。圖2-3為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)的，在CDMA通信網(wǎng)中，其它用戶的信號(hào)

32、就是一種寬帶干擾。相關(guān)處理前，信號(hào)頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，有用信息被解擴(kuò)，其功率譜集中于信息帶寬，而寬帶干擾通過相關(guān)器，其功率譜密度根本不變。由于解擴(kuò)后必然連接窄帶濾波器，保證信號(hào)能順利通過，對(duì)信號(hào)頻帶之外的各種干擾起到很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。圖2-3直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖解擴(kuò)后的有用信號(hào)信息帶寬BA有用信號(hào)干擾電平白限熱噪聲電平功率頻譜干擾信號(hào) (a)接收機(jī)輸入的信號(hào)及干擾的功率譜 (b)相關(guān)器輸出的信號(hào)及干擾的功率譜(b)解擴(kuò)后的功率譜對(duì)單頻或窄帶干擾，直擴(kuò)系統(tǒng)有很強(qiáng)的抗干擾能力。圖2-4(a)為解擴(kuò)前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地?cái)U(kuò)頻碼(PN碼)是不相

33、關(guān)的。對(duì)干擾來說，相關(guān)器起到擴(kuò)展頻譜的目的，功率譜密度就大大下降，其中對(duì)信號(hào)有害的干擾分量只A A解擴(kuò)后的有用信號(hào)干擾被擴(kuò)展頻譜有用信號(hào)窄帶干擾信號(hào) (a)未解擴(kuò)的功率譜b解擴(kuò)后的功率譜圖2-4直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖有落入信息帶寬局部，從而抑制了大局部干擾。由于有用信號(hào)能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。2.3.2直擴(kuò)系統(tǒng)的抗截獲性截獲敵方信號(hào)的目的在于：(1)發(fā)現(xiàn)敵方信號(hào)的存在，(2)確定敵方信號(hào)的頻率，(3)確定敵方發(fā)射機(jī)的方向。理論分析說明，信號(hào)的檢測概率與信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號(hào)的頻帶寬度成反比。直擴(kuò)信號(hào)正好具有這兩方面的優(yōu)勢(shì)，它的功率譜密度很低，單位時(shí)間

34、的能量就很小，同時(shí)它的頻帶很寬。因此，它具有很強(qiáng)的抗截獲性。如果滿足直擴(kuò)信號(hào)在接收機(jī)輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機(jī)本身的熱噪聲功率相比較的條件、則一般接收機(jī)發(fā)現(xiàn)不了直擴(kuò)信號(hào)的存在。另外，由于直擴(kuò)信號(hào)的寬頻帶特性，截獲時(shí)需要在很寬的頻率圍進(jìn)展搜索和監(jiān)測，也是困難之一。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來進(jìn)展隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號(hào)的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號(hào)的檢測與估值問題7。2.3.3直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng)多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個(gè)通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個(gè)用戶都可以通信，而且許多對(duì)用戶同時(shí)通信時(shí)互不不擾。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一個(gè)多址通信系統(tǒng)(網(wǎng))。具體的做法是給每一個(gè)用戶分

35、配一個(gè)PN碼作為地址碼。首先，利用直擴(kuò)信號(hào)中PN碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每個(gè)用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號(hào)，此時(shí)自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號(hào)。對(duì)于其他用戶發(fā)來的別的信號(hào)，因PN碼不同時(shí)互相關(guān)值很小，不會(huì)被解擴(kuò)出來。其次，利用直擴(kuò)信號(hào)中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻帶。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個(gè)用戶占用的頻寬很窄，相對(duì)說來，頻譜利用率也是高的8。實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多址通信值得注意的問題有：1、是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。同時(shí)還需要有一定的數(shù)量。Gold碼就可以作為地址碼來用，

36、它既有較優(yōu)良的相關(guān)特性，也有足夠的數(shù)量可供選。2、是要注意克制“遠(yuǎn)近問題。所謂“遠(yuǎn)一近問題指的是距離近的用戶的信號(hào)強(qiáng)，它會(huì)干擾距離遠(yuǎn)的弱信號(hào)的接收。解決的方法是采用自動(dòng)功率控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使到達(dá)接收機(jī)時(shí)各用戶信號(hào)功率根本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件，才能正確地區(qū)分有用信號(hào)。3、是同時(shí)通話的用戶數(shù)，決定于整個(gè)網(wǎng)的噪聲水平。因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。2.3.4直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能多徑信道就是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間電波傳播的路徑不止一條。例如由于大氣層的反射和折射，以及由于建筑物等對(duì)電波的反射都是形成多徑信道的原因。不

37、同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達(dá)時(shí)間的延遲也不同。直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。其它有延遲到達(dá)的電波，由于相關(guān)解擴(kuò)的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用PN碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過半個(gè)PN碼時(shí)片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來對(duì)待。另外，如果采用不同時(shí)延的匹配濾波器，把多徑信號(hào)別離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號(hào)在相位上對(duì)齊相加，起到增加接收信號(hào)能量的作用。因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。2.3.5直擴(kuò)測距定時(shí)系統(tǒng)直擴(kuò)系統(tǒng)的開展是從測距開場的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。如果測定了電波傳播的時(shí)間，也就測定了距離。用直擴(kuò)信號(hào)來測取和定時(shí)有獨(dú)特

38、的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用一個(gè)較長周期的PN碼序列作為發(fā)射信號(hào)、用它于目的地反射回來或轉(zhuǎn)發(fā)回來的PN碼序列的相位進(jìn)展比較，即比較兩個(gè)碼序列相差的時(shí)片數(shù)，就可以看出其時(shí)間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。不難把碼片選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的測距與定時(shí)，根本的分辨率即一個(gè)碼片。此外，有了準(zhǔn)確的測距的定時(shí)系統(tǒng)，不難形成一個(gè)準(zhǔn)確的定位系統(tǒng)；按照簡單的幾何關(guān)系，兩個(gè)點(diǎn)的位置(坐標(biāo))和距離，及其在*一平面上分別與第三點(diǎn)的距離，也就能確定第三點(diǎn)的坐標(biāo)位置。2.3.6擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號(hào)的傳輸，要求收發(fā)兩端信號(hào)在頻率上一樣和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴(kuò)頻通

39、信系統(tǒng)也不例外。一個(gè)相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實(shí)現(xiàn)信息碼元同步、PN碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作。可以說沒有同步就沒有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時(shí)鐘可以和PN碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來，有固定的關(guān)系，一個(gè)實(shí)現(xiàn)了同步，另一個(gè)自然也就同步了。對(duì)于載頻同步來說，主要是針對(duì)相干解調(diào)的相位同步而言。常見的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。一般說來，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中采用準(zhǔn)確的頻率源，可以去掉大局部頻率和相位的不確定性。但引起不確定性的因素如下：1、收發(fā)信機(jī)

40、的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差；2、收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差；3、收發(fā)信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移；4、以及多徑傳播也會(huì)影響中心頻率的改變。因此，只靠提高頻率源的穩(wěn)定度是不夠的，需要采取進(jìn)一步提高同步速率和精度的方法。同步系統(tǒng)的作用就是要實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的PN碼與接收到的信號(hào)中的PN碼同步，即頻率上一樣，相位上一致9。同步過程一般說來包含兩個(gè)階段：1、接收機(jī)在一開場并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過程，即在一定的頻率和時(shí)間圍搜索和捕獲用信號(hào)。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對(duì)方發(fā)來的信號(hào)與本地信號(hào)在相位之差納入同步保持圍，即在PN碼一個(gè)時(shí)片。2、一旦完成這一階段后

41、，則進(jìn)入跟蹤過程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。也就是說，無論由于何種因素兩端的頻率和相位發(fā)生偏移，同步系統(tǒng)能加以調(diào)整，使收發(fā)信號(hào)仍然保持同步。接收信號(hào)圖2-5同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖輸出出寬帶濾波器碼跟蹤器PN碼發(fā)生器壓控鐘源搜捕器件解調(diào)器如果由于采種原因引起失步，則重新開場新的一輪搜捕和跟蹤過程。因此，整個(gè)同步過程是包含搜捕和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整過程。圖2-5為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖，圖中接收到的信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后，在乘法器中與本地PN碼進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算。此時(shí)搜捕器件，調(diào)整壓控鐘源，調(diào)整PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地脈序列偽重復(fù)頻率和相位，以搜捕有用信號(hào)。一旦捕獲到有用信號(hào)后，

42、則起動(dòng)跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地PN碼發(fā)生器與外來信號(hào)保持同步。第3章基于Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真3.1直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置3.1.1功能模塊的連接根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊并移動(dòng)所需功能模塊到適宜的位置，將鼠標(biāo)移到有關(guān)功能模塊的輸出端(有一個(gè)向外的箭頭)，選中該輸出端并移動(dòng)鼠標(biāo)到另個(gè)功能模塊的輸入端(有個(gè)向的箭頭)，移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)虛線。到達(dá)所需輸入端時(shí)，釋放鼠標(biāo)左鍵，相應(yīng)的連接線出現(xiàn)，表示該連接已完成。重復(fù)上述連接過程，直到完成全部連接，組成仿真系統(tǒng)。1、連接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)從功能模塊輸出端連接到另一功能模塊的輸入端，也可從一個(gè)功能模塊輸

43、入端反向連接到另一個(gè)功能模塊的輸出端；2)一個(gè)輸出端連接多個(gè)輸入端時(shí)，可采用從個(gè)功能模塊輸入端連接到另一個(gè)功能模塊輸出端的方法，或直接與該功能模塊輸出端的引出線連接。在連接時(shí)，可在連接線交點(diǎn)處按下“Shift鍵，再釋放鼠標(biāo)左鍵；3)移動(dòng)連接線位置的方法是，選中連接線，在連接線的各轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)小方塊，鼠標(biāo)選中所需方塊，拖動(dòng)到適宜位置后釋放鼠標(biāo)左鍵；4)增加連接線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的方法是，選中連接線，鼠標(biāo)移到所需增加轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，按下“Shift鍵，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)轉(zhuǎn)折點(diǎn)到所需位置；5)連接線的復(fù)制、粘貼和剪切等操作方法與Windows對(duì)應(yīng)的操作方法一樣； 2、功能模塊的參數(shù)設(shè)置使用者需設(shè)置功能模塊參數(shù)后，方可

44、進(jìn)展仿真操作。不同功能模塊的參數(shù)是不一樣的，用鼠標(biāo)雙擊該功能模塊自動(dòng)彈出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。圖3-1傳遞函數(shù)模型參數(shù)設(shè)置對(duì)話框例如，圖3-1是傳遞函數(shù)模型功能模塊的對(duì)話框。功能模塊對(duì)話框由功能模塊說明和參數(shù)設(shè)置框組成。功能模塊說明框用于說明該功能模塊使用方法和功能；參數(shù)框用于設(shè)置該功能模塊的參數(shù)。例如傳遞函數(shù)參數(shù)框由分子和分母多項(xiàng)式兩個(gè)編輯框組成，在分子多項(xiàng)式框中，用戶可輸入系統(tǒng)模型的分子多項(xiàng)式，在分母多項(xiàng)式框中，輸入系統(tǒng)模型的分母多項(xiàng)式等10。設(shè)置功能模塊的參數(shù)后，點(diǎn)擊OK軟鍵進(jìn)展確認(rèn)，將設(shè)置參數(shù)送仿真操作畫面，并關(guān)閉對(duì)話框。3、仿真系統(tǒng)操作參數(shù)設(shè)置在仿真操作前，應(yīng)設(shè)置仿真操作的參數(shù)。包括

45、仿真器參數(shù)和示波器參數(shù)的設(shè)置。1)仿真器參數(shù)設(shè)置 點(diǎn)擊圖3-1操作畫面“Simulation下拉式菜單“Simulation Parameters選項(xiàng)，彈出如圖3-2所示的仿真參數(shù)設(shè)置畫面。共有解算器(Solver)、工作空間輸人輸出(Workspace I/O)、診斷(Diagnostics)、高級(jí)屬性(Advanced)和實(shí)時(shí)工作室(RealTimeWorkshop)等5個(gè)頁面。圖3-2仿真器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框解算器頁面用于設(shè)置仿真開場和終止時(shí)間，解算器類型(定步長和變步長兩類)和具體的解算算法、最大最小步長和初始步長、容許誤差(相對(duì)和絕對(duì)誤差)、輸出方式和精細(xì)因子設(shè)置等。通常，仿真操作時(shí)可根

46、據(jù)仿真曲線設(shè)置終止時(shí)間和最大步長，以便得到較光滑的輸出曲線。工作空間輸入輸出頁面用于將仿真操作窗口的仿真結(jié)果送(寫)到MATLAB工作空間，或?qū)?shù)據(jù)從工作空間讀到仿真操作窗口。診斷頁面用于對(duì)仿真中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)展診斷。高級(jí)屬性頁面用于模型參數(shù)的在線組態(tài)和優(yōu)化操作。實(shí)時(shí)工作室頁面用于設(shè)置系統(tǒng)目標(biāo)文件、暫存構(gòu)成文件和構(gòu)成命令，建立目錄等11。 2)示波器參數(shù)設(shè)置 當(dāng)采用示波器顯示仿真曲線時(shí)，需對(duì)示波器參數(shù)進(jìn)展設(shè)置。示波器有單蹤和雙蹤示波器兩種。單蹤示波器指顯示輸入信號(hào)(可以有多個(gè)輸入信號(hào))與時(shí)間關(guān)系的設(shè)備，雙蹤示波器指顯示兩個(gè)輸入信號(hào)之間關(guān)系的設(shè)備。(1)單蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 點(diǎn)擊已存在的示波

47、器，彈出如圖3-3所示的單蹤示波器顯示畫面，點(diǎn)擊畫面的圖標(biāo)“，彈出如圖3-4所示的示波器屬性對(duì)話框，分2個(gè)頁面。用于設(shè)置顯示坐標(biāo)窗口數(shù)、顯示時(shí)間圍、標(biāo)記和顯示頻率或采樣時(shí)間等。時(shí)間圍應(yīng)與仿真器終止時(shí)間一致，以便最大限度顯示仿真操作數(shù)據(jù)。鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊示波器顯示窗口，從彈出菜單項(xiàng)選擇擇“Autoscale，或直接點(diǎn)擊圖標(biāo)“，可在響應(yīng)曲線顯示后自動(dòng)調(diào)整縱坐標(biāo)圍；從彈出的菜單項(xiàng)選擇擇“Save current a*es settings，或直接點(diǎn)擊圖標(biāo)“，將當(dāng)前坐標(biāo)軸圍的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。此外，還有打印和對(duì)*、Y或同時(shí)放大或恢復(fù)等操作。(2)雙蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 雙蹤示波器的參數(shù)即該功能模塊的參數(shù)，有*

48、和Y坐標(biāo)的圍和采樣時(shí)間設(shè)置。圖 3-3單蹤示波器顯示畫面圖3-4單蹤示波器屬性對(duì)話框3.1.2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置在MATLAB中，用于通信系統(tǒng)仿真的模塊主要由兩大局部構(gòu)成：通用仿真模塊和專用仿真模塊。它們分別屬于標(biāo)準(zhǔn)仿真子模塊庫和通信子模塊庫。一個(gè)典型的Simulink模塊由信源、系統(tǒng)及信宿等三局部組成。他們的關(guān)系如圖3-5所示。信源系統(tǒng)信宿圖3-5Simulink模型的典型構(gòu)造信源提供系統(tǒng)的輸入信號(hào)，如常量、正弦波、方波等；系統(tǒng)是對(duì)仿真對(duì)象的數(shù)學(xué)抽象，比方是連續(xù)線性系統(tǒng)，還是非連續(xù)線性系統(tǒng)？對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)展求和，還是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)展了一次調(diào)制？信宿是接收信號(hào)的局部，用戶可以

49、把它送到示波器中顯示出來，或者保存到相應(yīng)的.mat文件。通信系統(tǒng)仿真的根本步驟如下：1)建立數(shù)學(xué)模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的根本原理，將整個(gè)系統(tǒng)簡化到源系統(tǒng)，確定總的系統(tǒng)功能，并將各局部功能模塊化，找出各局部之間的關(guān)系，畫出系統(tǒng)流程框圖模型。2)仿真系統(tǒng)：根據(jù)建立的模型，從SIMULINK 通信模型庫(MATLAB 所提供的munication Toolbo* SIMULINK Block Library)的各個(gè)子庫中，將所需要的單元功能模塊拷貝到Untitled 窗口，按系統(tǒng)流程框圖模型連接，組建要仿真的通信系統(tǒng)模型。3)設(shè)置、調(diào)整參數(shù)：參數(shù)設(shè)置包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(如系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、采樣速率等)和功

50、能模塊運(yùn)行參數(shù)設(shè)置(正弦信號(hào)的頻率、幅度、初相；低通濾波器的截至頻率、通帶增益、阻帶衰減等)。4)置觀察窗口，分析仿真數(shù)據(jù)和波形：在系統(tǒng)模型的關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及時(shí)調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。5)生成新的模塊：對(duì)于munication Toolbo* 中沒有的功能模塊，可以根據(jù)已掌握的技術(shù)生成所需新的子模塊，例如由C 或Fortran 編寫ME* 文件，編譯成DLL 后利用SIMULINK 提供的封裝(Masking)功能封裝或自定義模塊庫，以便隨時(shí)調(diào)用。下面就對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)里的擴(kuò)頻與解擴(kuò)、BPSK調(diào)制、編碼信道AWGN信道進(jìn)展了Simulink模塊仿真

51、。用到的主要模塊如圖3-6所示圖3-6仿真用到的主要模塊1)Scope將輸入信號(hào)在示波器中顯示出來。2)Display將輸入信號(hào)以數(shù)字的形式顯示出來。3)Error Rate Calculation計(jì)算輸入信號(hào)的比特或符號(hào)錯(cuò)誤率。4)AWGN channelAWGN信道。5)PN Sequence Generator生成PN序列。6)Bernoulli Binary Generator生成Bernoulli分部二進(jìn)制數(shù)。7)BPSK Demodulator BasbandBPSK解調(diào)。8)BPSK Modulator BasbandBPSK調(diào)制。1、擴(kuò)頻與解擴(kuò)的Simulink仿真圖擴(kuò)頻模塊包

52、括偽隨機(jī)碼生成和相關(guān)運(yùn)算兩個(gè)局部。不同的偽隨機(jī)碼表示著不同的擴(kuò)頻方式。常用的偽隨機(jī)碼有m序列(最大長度移位存放器序列)、Gold碼序列等。在直序擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)中，每一用戶都分配到一固定的PN序列，用戶之間的PN序列都是互為正交的，以使得每一用戶不受到其他用戶的干擾。擴(kuò)頻的過程可以簡而言之為在發(fā)送端用PN碼序列將載有信息的信號(hào)擴(kuò)頻到*個(gè)較寬的帶寬上，然后在信道上進(jìn)展傳輸。解擴(kuò)過程與擴(kuò)頻過程完全一樣，也是將輸入解擴(kuò)模塊的信號(hào)用偽隨機(jī)碼進(jìn)展擴(kuò)頻處理。同時(shí)，要求接收端解擴(kuò)頻用的偽隨機(jī)碼與發(fā)送端擴(kuò)頻用的偽隨機(jī)碼不僅碼字一樣，而且相位一樣；否則，將會(huì)導(dǎo)致期望用戶的信號(hào)自身相互抵消。解擴(kuò)處理將擴(kuò)頻后的信號(hào)

53、壓縮到信息頻帶，由寬帶信號(hào)恢復(fù)為窄帶信號(hào)；同時(shí)，解擴(kuò)處理的結(jié)果也擴(kuò)展了干擾信號(hào)，降低了干擾信號(hào)的功率譜密度，使之進(jìn)入到信息頻帶的功率下降，從而使系統(tǒng)獲得處理增益，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。圖3-7是用戶信息被擴(kuò)展的框圖。圖3-8是擴(kuò)頻的仿真模型，圖中一個(gè)隨機(jī)序列與PN碼序列異或相乘得一個(gè)新的序列，使隨機(jī)序列的頻譜被擴(kuò)展。圖3-9的第一個(gè)波形輸入的隨機(jī)信號(hào)的波形，第二個(gè)波形是擴(kuò)頻后的波形，第三個(gè)波形是生成的PN碼序列的波形。擴(kuò)頻后的信息PN碼序列用戶信息圖3-7 擴(kuò)頻框圖圖3-8擴(kuò)頻仿真模型圖3-9輸出的PN碼擴(kuò)頻波形圖2、BPSK調(diào)制的Simulink仿真圖BPSK是二進(jìn)制相移鍵控，在二進(jìn)制數(shù)字

54、調(diào)制中，當(dāng)正弦載波相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí)，則產(chǎn)生BPSK信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的0和180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1和0。理想的BPSK調(diào)制可使載波相位瞬時(shí)變化180。BPSK信號(hào)的調(diào)制原理圖如圖3-10所示。 cosct相乘器輸出ebpsk(t)圖3-11BPSK解調(diào)原理圖ebpsk(t)開關(guān)電路 Stcosct180移相圖3-10BPSK調(diào)制原理圖BPSK信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，解調(diào)器原理圖如圖3-11所示，在相干解調(diào)過程中需要用到與接收到的BPSK信號(hào)同頻同相的相干波。圖3-12是BPSK調(diào)制與解調(diào)框圖，圖3-13是BPSK調(diào)制與解調(diào)的Simulink模型，3-

55、14是信源輸入的隨機(jī)數(shù)字信息的波形，圖3-15是隨機(jī)數(shù)字信息經(jīng)BPSK調(diào)制后的頻譜圖。隨機(jī)數(shù)字信息輸出信息BPSK解調(diào)信道BPSK調(diào)制圖3-12BPSK調(diào)制與解調(diào)框圖圖3-13BPSK調(diào)制與解調(diào)模型圖3-14信源產(chǎn)生的隨機(jī)序列圖3-15BPSK調(diào)制仿真頻譜圖3、編碼信道的Simulink仿真圖在數(shù)字通信系統(tǒng)中，編碼器的輸出是*一數(shù)字序列，而譯碼器輸入同樣也是一數(shù)字序列，它們?cè)谝话闱闆r下是一樣的數(shù)字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)可用一個(gè)完成數(shù)字序列變換的方框加以概括，這個(gè)方框就稱為編碼信道。如圖3-16所示。本設(shè)計(jì)中采用AWGN作為編碼信道，所謂AWGN信道，是指

56、信號(hào)在信道中傳輸時(shí)參加了高斯白噪聲，如圖3-17的仿真波形中第一個(gè)圖形為輸入信息，第二個(gè)波形為參加高斯白噪聲后的波形。圖3-16AWGN信道仿真圖3-17通過 AWGN信道輸出前和輸出后的波形3.2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)假設(shè)該系統(tǒng)以BPSK方式調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸率為100bps，擴(kuò)頻碼片速率為2000，信號(hào)通過AGWN信道后受到了頻率為200Hz的正弦信號(hào)的干擾，建立系統(tǒng)模型并觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形與頻譜，測試傳輸信號(hào)的誤碼率。發(fā)射端的仿真模型如圖3-18所示：圖3-18發(fā)射端仿真模型在上面的模型中Bernoulli Binary Generator即伯努力二進(jìn)制發(fā)生器，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流相當(dāng)于

57、信源，其采樣時(shí)間(sample time)設(shè)置為1/100，即數(shù)據(jù)流的傳輸速率為100bps。PN Sequence Generator 用于產(chǎn)生PN序列，設(shè)置其采樣時(shí)間(sample time)為1/2000，即擴(kuò)頻碼片速率為2000chip/s。由于相乘時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸速率要與擴(kuò)頻碼片序列一樣，因此可用Rate Transition 提升數(shù)據(jù)流的傳輸速率，將其out put sample time設(shè)置為1/2000。Unipolar to Bipolar Converter模塊用于將單極性碼變?yōu)殡p極性碼，Bipolar to Unipolar Converter則剛好相反。乘法器輸出的就是擴(kuò)

58、頻序列。通過示波器Scope1可以觀察原信息序列、PN序列和擴(kuò)頻序列。為了方便觀察原來信號(hào)和擴(kuò)頻后信號(hào)的頻譜變化，我們希望頻譜觀察圍到達(dá)8kHz，需要被觀察信號(hào)的采樣率到達(dá)16000次/s，因此在模型中使用Rate Transition模塊是需要觀測的信號(hào)的采樣率到達(dá)16000次/s。圖3-19原數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜圖2-20擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖3-21三路信號(hào)的時(shí)域波形接收端的仿真模型如圖3-22所示。圖3-22接收端仿真模型其中從解擴(kuò)開場為接收端。AWGN為高斯白噪聲信道，設(shè)置其噪聲的均值為10。正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為200Hz的單頻干擾。PN Sequence Generator為本地PN序列，

59、是與發(fā)射機(jī)中的PN序列完全一樣的。從加法器出來的信號(hào)即為接收到的信號(hào)，其中包含有有用信號(hào)，噪聲和干擾，該信號(hào)和本地PN序列相乘進(jìn)展解擴(kuò)，Scope1頻譜儀中的頻譜就是解擴(kuò)后的接收信號(hào)的頻譜，其中有用信號(hào)被復(fù)原為窄帶信號(hào)，噪聲和干擾的頻譜反而被展寬。利用Error Rate Calculation 模塊對(duì)誤碼率進(jìn)展測試，其中T*為發(fā)送端，R*為接收端，中間參加2個(gè)數(shù)據(jù)碼元的延遲是為了補(bǔ)償接收延遲。BPSK Demodulator Baseband1為BPSK解調(diào)器。圖3-23接收到的信號(hào)頻譜圖3-24解擴(kuò)后信號(hào)的頻譜圖3-25解調(diào)后信號(hào)的頻譜圖3-26發(fā)送序列和解調(diào)之后的序列結(jié)合發(fā)送端擴(kuò)頻信號(hào)的

60、頻譜，可以看到，發(fā)送端信號(hào)的功率峰值在接收信號(hào)功率峰值之下，說明有用信號(hào)淹沒在了噪聲之中，大大增強(qiáng)了抗干擾能力。從解擴(kuò)后的頻譜可以看出，只有有用信號(hào)的頻譜被復(fù)原成窄帶信號(hào)，其他信號(hào)的頻譜反而被展寬。從誤碼率的統(tǒng)計(jì)來看，當(dāng)信號(hào)受到200Hz單頻正弦信號(hào)和噪聲均值為10的噪聲的干擾時(shí)，誤碼率約為0.025，在實(shí)際通信中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求的。3.3總結(jié)對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)展仿真，可以幫助我們更加理解相關(guān)技術(shù)的原理、特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)，幫助我們建立起系統(tǒng)的概念，通過將一個(gè)個(gè)模塊結(jié)合起來形成一個(gè)系統(tǒng)，可以提高我們搭建系統(tǒng)模型的能力。通過對(duì)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真，使我們更加理解了直接序列擴(kuò)頻的相關(guān)原理，對(duì)其特點(diǎn)有了更加