畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書-擴(kuò)頻通信中PN碼捕獲的SIMULINK仿真實(shí)現(xiàn)

1、凍”電力*櫓畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）作者：李偉學(xué)號(hào):0806220125學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程題目:擴(kuò)頻通信中PN碼捕獲的SIMULINK仿真實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)者：李楠副教授評(píng)閱者：（姓名）（專業(yè)技術(shù)職務(wù)）（姓名）（專業(yè)技術(shù)職務(wù)）2008年6月 吉林畢業(yè)論設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要- I -畢業(yè)論設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要- # -畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與普通通信系統(tǒng)相比，具有很強(qiáng)的抗干擾、抗多徑性能，并且 具有信息隱蔽、高精度測(cè)量、多址保密通信等特點(diǎn)。擴(kuò)頻碼的同步和捕獲問題是 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行正確傳輸?shù)年P(guān)鍵問題，即只有在接收部分與發(fā)送部分的擴(kuò)頻碼 相位保持完全相同時(shí)，擴(kuò)頻碼

2、調(diào)制的信息才能被正確解擴(kuò)。保持發(fā)送、接收部分 擴(kuò)頻碼的同步是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)重點(diǎn)和難點(diǎn)技術(shù)。文分析擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，研究擴(kuò)頻碼的產(chǎn)生與相關(guān)性，對(duì)擴(kuò)頻通信 系統(tǒng)中擴(kuò)頻碼的捕獲時(shí)間問題進(jìn)行深入研究。 研究捕獲方法思想并在SIMULINK平 臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn)。擬采用滑動(dòng)相關(guān)法實(shí)現(xiàn)捕獲階段的擴(kuò)頻碼的捕獲。通過仿真結(jié)果表明，相比較其它方法，該方法在擴(kuò)頻碼捕獲上具有硬件簡(jiǎn)單， 易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信；擴(kuò)頻碼；滑動(dòng)相關(guān)東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- # -東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- II -畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Title SIMULINK Implementation

3、of PN Code AcquisitioninSpread-Spectrum Communi cati onsAbstractCompared with other regular com muni cati on systems, Spread Spectrum(SS) tech no logy has the adva ntages of low probability to in tercepti ng, a highimmun ity toin terfere nee,hidi ngthe usefulin formati onandmultiple-accesscom muni c

4、ati on ability.Acquisiti onand synchroni zati onofexpand frequently code iscom muni cati on-specificcriticalproblemofaccurate tran smissi on. Only if the codes of receiver parts are ide nticalwith the transmitterpart,informationmodulated by codes could bede-spread or demodulated right. Keep the send

5、 part and receiver parts Synchronism is an importa nt and challe nging tech nique in SS com muni catio n. This paper an alyzes the performa nee characteristics of spread spectrumcom muni cati on system. To research the spreadi ngcode gen erati onandcorrelation.In-depth study on the acquisition time

6、of spreading codes inspread spectrum com muni cati on system and acquisiti on method of ideological to Simulation in SIMULINKplatform. Use the Sliding correlation method to achieve the acquisiti on of the acquisiti on phase of the spread ing code.Through the simulatio n results show that compared to

7、 other methods, this method in spread spectrum code acquisiti on has the feature that hardware is simple, easy to impleme nt and so on.Keywords: Spread Spectrum com muni cati on ； Spread spectrum codes ； slipp in g-acquisiti on- method目 錄-iii -目 錄-iii -目 錄 TOC o 1-5 h z 摘要 I HYPERLINK l bookmark10 o

8、 Current Document ABSTRACT II目錄 III HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章緒論 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 課題研究意義 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2擴(kuò)頻碼捕獲的研究現(xiàn)狀 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3擴(kuò)頻碼捕獲方法簡(jiǎn)介 3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.4 本文

9、所做的主要工作 4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第 2 章 MATLAB/SIMULINK簡(jiǎn)介 5MATLAB真軟件介紹 5MATLAB 簡(jiǎn)介 5MATLAB 語言特點(diǎn) 6SIMULINK簡(jiǎn)介 7SIMULINK模塊庫(kù)介紹 7SIMULINK模型的建立過程 9SIMULINK 仿真過程 10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第3章擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及PN碼捕獲系統(tǒng)模型建立 113.1引言 11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及P

10、N碼同步的理論基礎(chǔ) 11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 偽隨機(jī)碼與同步的關(guān)系 12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 擴(kuò)頻與解擴(kuò)過程 14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.3擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真的整體架構(gòu) 16 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.4擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真總模型架構(gòu)的各部分介紹 17 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 信源部分 1

11、7 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 調(diào)制部分 17 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 信號(hào)極型轉(zhuǎn)換 18 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.4.3偽隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生模塊 19東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- # -東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- IV - HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 信道部分 20 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 擴(kuò)

12、頻模塊 21 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 解調(diào)部分 22 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 結(jié)果分析部分 22 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.5滑動(dòng)相關(guān)捕獲子系統(tǒng)構(gòu)建 23 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 捕獲原理 23 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 滑動(dòng)相關(guān)子系統(tǒng)模型 24 HYPERLINK l bookmark60 o C

13、urrent Document 本地可控PN碼產(chǎn)生子系統(tǒng) 25 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 積分判決模塊 26 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 相位搜索控制模塊 28 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 第4章 擴(kuò)頻通信中PN碼捕獲仿真結(jié)果及分析 314.1引言 31 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.2捕獲階段通用參數(shù)分析 31 HYPERLINK l bookmark74 o Cur

14、rent Document 4.3影響誤碼率的相關(guān)因素分析 33 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 4.4 匹配問題分析 35結(jié)論 37 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 參考文獻(xiàn) 38附錄A擴(kuò)頻通信系統(tǒng)總模型 39 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 附錄B滑動(dòng)相關(guān)捕獲子系統(tǒng)模型 40致謝 41第1章緒 論- -東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- -第1章緒 論課題研究意義在數(shù)字通信信號(hào)傳輸過程當(dāng)中，擴(kuò)頻系統(tǒng)的接收端對(duì)信號(hào)的正確接收是通信系統(tǒng)性能

15、 的重要標(biāo)準(zhǔn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)能否快速的接收是一個(gè)關(guān)鍵的問題。因?yàn)閿U(kuò)頻信號(hào)具有隨機(jī) 性能，所以只有在接收到的擴(kuò)頻信號(hào)相位和本地參考擴(kuò)頻信號(hào)的相位相同時(shí)，接收端才能 將擴(kuò)頻信號(hào)所傳遞的信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的解擴(kuò)出來。擴(kuò)頻接收系統(tǒng)中的捕獲階段時(shí)間長(zhǎng)短決定 著完成捕獲所需要的時(shí)間，因此在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)當(dāng)中，一個(gè)快速和高效的捕獲方案是非常 重要的，這是目前同步系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。擴(kuò)頻碼捕獲的研究現(xiàn)狀擴(kuò)頻碼的捕獲階段是一個(gè)統(tǒng)計(jì)變量不斷進(jìn)行變化并有效接收的動(dòng)態(tài)過程，統(tǒng)計(jì)的變量 經(jīng)歷了接收過程中的各種情況，因此捕獲階段也常常被稱為擴(kuò)頻碼的搜索階段或者攔截階 段。當(dāng)前，擴(kuò)頻碼的捕獲問題是擴(kuò)頻系統(tǒng)中重要和關(guān)鍵的研究

16、課題之一，擴(kuò)頻碼序列的捕 獲算法種類非常多，各種算法都各有其優(yōu)勢(shì)和不足之處，很多學(xué)者都對(duì)這一問題進(jìn)行了詳 細(xì)深入的研究。目前，擴(kuò)頻碼的捕獲方法主要有以下三個(gè)方面 ：第一方面是從捕獲的方式上進(jìn)行劃分，擴(kuò)頻碼的捕獲方式可以細(xì)分為串行方式、并行 方式以及串/并行結(jié)合的捕獲方式。1956年，G.F.Sage就對(duì)串行捕獲的方式進(jìn)行了深入的 探討，并最早提出擴(kuò)頻碼的串行捕獲方法，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、可靠性高、容易實(shí)現(xiàn)， 并且能夠很容易的數(shù)學(xué)建模，能夠在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行深入的理論分析和仿真， 在工程應(yīng)用上也容易實(shí)現(xiàn)。1960年，W.R.Brow對(duì)擴(kuò)頻碼串行捕獲方式中的平均捕獲需要時(shí) 間和擴(kuò)頻碼的概

17、率分布近似方法進(jìn)行深入研究，研究發(fā)現(xiàn)串行捕獲方式在每次進(jìn)行滑動(dòng)搜 索時(shí)只能搜索出一個(gè)碼相位，如果積分器輸出值未達(dá)到預(yù)先設(shè)定的門限值，那么就對(duì)本地 碼的相位進(jìn)行改變，改變的幅度為半個(gè)碼元相位，逐一的對(duì)整個(gè)相位區(qū)間進(jìn)行滑動(dòng)搜索， 一直達(dá)到設(shè)定的門限值才停止搜索2 o現(xiàn)在利用串行捕獲方法的應(yīng)用也很多，目前國(guó)內(nèi)外對(duì) 于串行搜索方式的性能及理論分析也都比較詳細(xì)，很多科學(xué)家都提出自己對(duì)串行捕獲方式 的研究成果。比如J.K.Honers就提出了擴(kuò)頻碼捕獲的單次停留算法在統(tǒng)計(jì)學(xué)上進(jìn)行應(yīng)用的 方法；D.M.Diceruodui對(duì)擴(kuò)頻碼的多次停留時(shí)間串行捕獲方式進(jìn)行了詳細(xì)的探討；C.M.Victor同R.W.Do

18、naldson曾探討過針對(duì)使用包絡(luò)相關(guān)器的擴(kuò)頻碼同步的捕獲及保持時(shí)間的估算方法。這種搜索的方式雖然容易理解，但也存在不足之處，如果擴(kuò)頻碼的碼長(zhǎng)（周期） 非常長(zhǎng)，滑動(dòng)捕獲的范圍會(huì)非常大，范圍擴(kuò)大之后相應(yīng)地搜索時(shí)間將會(huì)不斷延長(zhǎng)3。并行的捕獲方式是通過同時(shí)使用多個(gè)相關(guān)器及多個(gè)積分器組合后對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行頻譜的 解擴(kuò)處理，這種并行的方法只需要占用一個(gè)積分器的積分時(shí)間就可以將接收到的擴(kuò)頻序列 快速的實(shí)現(xiàn)捕獲，因而并行捕獲方式的捕獲時(shí)間非常短，捕獲速度較串行滑動(dòng)捕獲方式快 的多，這是并行捕獲方式的優(yōu)勢(shì)，但是并行捕獲方式需要非常大的硬件設(shè)備量，設(shè)備量如 果過多，那么具體實(shí)現(xiàn)起來就會(huì)存在相當(dāng)大的難度，所

19、以并行捕獲的方式一般情況下不常 使用。經(jīng)常使用的捕獲方式是串/并結(jié)合的捕獲方式，串/并結(jié)合的捕獲方式能夠?qū)Υ小?并行捕獲方式中存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行有效互補(bǔ)，該方案可以在捕獲的平均時(shí)間及硬件電路的 多少中間找到一個(gè)合理的方式，是目前經(jīng)常使用的一種捕獲方式0第二方面為檢測(cè)器件的研究，影響系統(tǒng)捕獲性能的主要原因之一為產(chǎn)生判決信號(hào)的判 決相關(guān)器件，一直以來人們經(jīng)常使用的判決相關(guān)器件的類型為“積分/清零”型，它能夠使待判決數(shù)據(jù)信息的“有效信噪比”降低。利用光電相關(guān)器件來進(jìn)行擴(kuò)頻碼捕獲是一種硬件 和軟件相結(jié)合的方案有效的利用光電相關(guān)器進(jìn)行傅立葉變換時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，把數(shù)據(jù)信息進(jìn) 行的相關(guān)解擴(kuò)運(yùn)算轉(zhuǎn)變成為傅氏變換

20、后進(jìn)行相乘，再進(jìn)行傅氏逆變換，通過這種變換可以 有效的縮短平均捕獲時(shí)間，同時(shí)在頻域上也很容易的消除多普勒頻移及接收機(jī)的頻移。A.Pely dores于1982年提出了使用匹配濾波器進(jìn)行捕獲的方式，濾波器的輸出判決信號(hào)可以 按照碼片速率或者是碼片速率的整數(shù)倍進(jìn)行，使用該方法對(duì)擴(kuò)頻碼定時(shí)相位的搜索和判決 的速度比使用滑動(dòng)相關(guān)器的串行搜索方法要快，因此采用匹配濾波器來作為產(chǎn)生判決信號(hào) 的設(shè)備，是一種快速高效的擴(kuò)頻碼捕獲方法，比如使用聲表面波器件作為匹配濾波器來實(shí) 現(xiàn)擴(kuò)頻碼捕獲使用匹配濾波器的優(yōu)勢(shì)為捕獲時(shí)間短、精度高、捕獲速度較快，但是其缺點(diǎn) 是器件的長(zhǎng)度要受到技術(shù)水平、工藝水平的約束，捕獲擴(kuò)頻碼的位

21、數(shù)比少，如果對(duì)長(zhǎng)擴(kuò)頻 碼匹配，就會(huì)存在相當(dāng)大的困難。通常，進(jìn)入數(shù)字匹配濾波器的信號(hào)已經(jīng)是基帶信號(hào)，對(duì) 于信號(hào)的同步捕獲，其極性比幅度更重要，因此通常對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行1bit的量化，也就是只需考慮輸入信號(hào)的極性，這樣一個(gè) N位的量化后的數(shù)字濾波器性能與一個(gè) 2N位的bit 量化數(shù)字匹配濾波器性能大約相當(dāng)。此外，一些針對(duì)匹配濾波器的性能分析，都是應(yīng)用匹 配濾波器到頻率選擇性信道上的捕獲性能分析 o另外，現(xiàn)在有一些使用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù) 的軟件捕獲的方案，不需使用檢測(cè)器件而只需使用軟件的仿真即可以實(shí)現(xiàn)分析，例如利用 自適應(yīng)濾波器碼捕獲的LMS算法，該算法通過對(duì)接收到信號(hào)的自適應(yīng)濾波，利用濾波后的 信號(hào)

22、和本地?cái)U(kuò)頻碼的誤差信號(hào)提取定時(shí)的信息，來判斷接收信號(hào)和本地?cái)U(kuò)頻碼間的時(shí)延偏 移量。第三方面從檢測(cè)判決方式上進(jìn)行劃分，擴(kuò)頻碼的捕獲有固定積分時(shí)間檢測(cè)，多次駐留 檢測(cè)以及序貫檢測(cè)的方式。從門限設(shè)置方式上劃分，貝U有自適應(yīng)門限及固定門限判決方式 。固定積分時(shí)間檢測(cè)通常又稱為單駐留檢測(cè)，帶通濾波器的信號(hào)是解擴(kuò)射頻調(diào)制器發(fā)射的數(shù) 據(jù)信號(hào)和擴(kuò)頻信號(hào)。在本地參考擴(kuò)頻碼序列和接受的擴(kuò)頻信號(hào)相位同步時(shí)，帶通濾波器和 本地參考擴(kuò)頻碼相乘后的輸出是信號(hào) S(t)和N(t)之和。輸出擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)平方、低通濾波然 后送入積分時(shí)間為T1的積分器，如果積分器的輸出值超過設(shè)定的門限值Vt時(shí)，即做出信號(hào)存在的判決，否則，做出信號(hào)

23、不存在的判決。固定積分時(shí)間檢測(cè)器因在工程上的易實(shí)現(xiàn)， 在技術(shù)上的成熟而備受人們的青睞。擴(kuò)頻碼捕獲方法簡(jiǎn)介對(duì)于直接擴(kuò)頻系統(tǒng)(DSSS中的擴(kuò)頻碼捕獲方法問題，目前國(guó)內(nèi)外提出了很多種，其中較為成熟的有以下幾種方法：第一種方法為順序估計(jì)快速捕獲(RASE)法，該方法對(duì)于擴(kuò)頻碼序列，在任意時(shí)刻移位 寄存器所處的狀態(tài)在它產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列中都可以找到。若接收的信號(hào)能精確判斷出接收時(shí) 移位寄存器的狀態(tài)，并對(duì)應(yīng)得產(chǎn)生擴(kuò)頻碼序列，則這一擴(kuò)頻碼序列就會(huì)和接收到的序列進(jìn) 行匹配。第二種方法為頻域基于FFT的捕獲算，為減少捕獲時(shí)間即引入 FFT譜分析捕獲算法， 當(dāng)本地參考擴(kuò)頻碼和接收的擴(kuò)頻碼相位一致時(shí)，本地參考擴(kuò)頻碼和接

24、收的數(shù)據(jù)信號(hào)相乘， 只剩下載波，對(duì)載波再做FFT頻譜分析后即能得到多普勒頻移值，可以將原來的頻率搜索、 相位搜索過程變?yōu)橐粋€(gè)搜索過程，與傳統(tǒng)匹配濾波器捕獲算法相比，基于FFT的捕獲算法大多應(yīng)用在高動(dòng)態(tài)、高精度的捕獲中。第三種方法為匹配濾波捕獲法，利用匹配濾波器來進(jìn)行捕獲的最大特點(diǎn)是捕獲時(shí)間短 在不考慮噪聲和其它信號(hào)干擾的情況下，利用匹配濾波器法得接收數(shù)據(jù)信號(hào)只需經(jīng)過一個(gè) 或者是幾個(gè)周期就可實(shí)現(xiàn)捕獲，捕獲速度較快。第四種方法為滑動(dòng)相關(guān)捕獲法，其原理為因本地參考碼產(chǎn)生器和發(fā)送碼的產(chǎn)生器在相 位上存在一定差，在捕獲的過程中相位需要相同，所以這樣兩個(gè)碼序列為了相位相同需要 進(jìn)行滑動(dòng)比較，就好像相對(duì)滑動(dòng)

25、一樣，因此當(dāng)兩個(gè)碼序列相位相同時(shí)滑動(dòng)終止，滑動(dòng)相關(guān) 捕獲法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單容易。但如果接收碼和本地參考碼的信號(hào)失配量較大，那么搜索捕獲 的時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)。第五種方法為數(shù)字差動(dòng)捕獲法，數(shù)字差動(dòng)匹配濾波器捕獲法與傳統(tǒng)的數(shù)字匹配濾波器 相比較，該捕獲法能有效的降低乘法器及累加器的個(gè)數(shù)，如果把它的應(yīng)用和軟件平臺(tái)進(jìn)行 有效結(jié)合，那么取得的捕獲效果會(huì)非常好，既能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的快速捕獲，又能夠有效的節(jié) 約資源。本文所做的主要工作在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻碼的捕獲性能是影響擴(kuò)頻接收機(jī)性能的主要因素之一，本論 文主要圍繞直接序列擴(kuò)頻碼的捕獲方法展開研究，主要研究以下幾個(gè)方面：分析直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能特點(diǎn)，研究擴(kuò)頻碼的產(chǎn)生

26、與相關(guān)性，對(duì)直接擴(kuò)頻通信 系統(tǒng)中擴(kuò)頻碼的捕獲時(shí)間問題進(jìn)行深入研究；采用研究滑動(dòng)捕獲方法，深入研究其捕獲思想；在SIMULINK平臺(tái)上予以實(shí)現(xiàn)；分析仿真結(jié)果并總結(jié)結(jié)論。第 2 章 MATLAB/SIMULINK 簡(jiǎn)介- -東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- -第 2 章 MATLAB/SIMULINK簡(jiǎn)介MATLAB仿真軟件介紹MATLAB 簡(jiǎn)介MATLA是矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory )的簡(jiǎn)稱。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外， 它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。MATLAB和Mathematical、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科

27、技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方 面首屈一指。MATLA列以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、 信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。 附加的工具箱(單獨(dú)提供的專用 MATLAB函數(shù)集)擴(kuò)展了 MATLAB環(huán)境，可以解決這些應(yīng) 用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。The Math Works公司在1984年推出了第一個(gè) MATLAB的商業(yè)版本。 當(dāng)時(shí)的MATLAB 版本已經(jīng)用C語言作了完全

28、的改寫，其后又增添了豐富多彩的圖形圖像處理、多媒體功能、 符號(hào)運(yùn)算和它與其他流行軟件的接口功能，使得MATLAB的功能越來越強(qiáng)大。1992年推出了具有劃時(shí)代意義的MATLAB 4.0版本，并于1993年推出了其微機(jī)版，可以配合Microsoft Windows 起使用， 使之應(yīng)用范圍越來越廣。1994年推出的4.2 版本擴(kuò)充 了 4.0版本的功能，尤其在圖形界面設(shè)計(jì)方面更提供了新的方法，1997年推出的MATLAB5.0版允許了更多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如單元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體、多維矩陣、對(duì)象與類等，使其 成為一種更方便編程的語言。1999年初推出的MATLAB 5.3版在很多方面又進(jìn)一步改進(jìn)了 MATL

29、AB語言的功能。2000年10月底推出了其全新的 MATLAB6.0正式版(Release 12)， 在核心數(shù)值算法、界面設(shè)計(jì)、外部接口、應(yīng)用桌面等諸多方面有了極大的改進(jìn)。時(shí)至今日， 經(jīng)過Math Works公司的不斷完善，MATLABS經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能 強(qiáng)勁的大型軟件。在國(guó)外，MATLABS經(jīng)經(jīng)受了多年考驗(yàn)。在歐美等高校，MATLAB經(jīng)成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高 級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。 在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部門，MATLA也被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問

30、題當(dāng)中。MATLAB語言特點(diǎn)MATLAB被稱為第四代計(jì)算機(jī)語言，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序 代碼中解放出來。MATLA的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLA用更直觀的、符合人們思維習(xí) 慣的代碼，代替了 C和FORTRA語言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB合用戶帶來的是最直觀、最簡(jiǎn)潔 的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下 MATLAB勺主要特點(diǎn)：語言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。MATLAB?序書寫形式自由，利用其豐富的庫(kù)函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。由于庫(kù)函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。運(yùn)算符豐富。由于MATLA是用C語言編寫的，MA

31、TLA提供了和C語言幾乎一樣多的 運(yùn)算符，靈活使用MATLAB勺運(yùn)算符將使程序變得極為簡(jiǎn)短。MATLAB既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語句和if語句）， 又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。語法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在 MATLA里，用戶無需對(duì)矩陣預(yù)定義 就可使用。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn) 行。MATLAB勺圖形功能強(qiáng)大。在FORTRA和 C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLABI, 數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。MATLA還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。MATLAB勺缺點(diǎn)是，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢

32、。這是由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。功能強(qiáng)勁的工具箱是MATLAB勺另一重大特色。MATLA包含兩個(gè)部分：核心部分和各 種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又可分為兩類：功能性工 具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱能用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱 是專業(yè)性比較強(qiáng)的，女口 con trol、toolbox、sig nal process ing toolbox 、com muni cati on toolbox等。這些工具箱都是

33、由該領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高、精、尖的研究。源程序的開放性。開放性也許是 MATLA最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所 有MATLAB勺核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對(duì)源文件的修改以 及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。2.2 SIMULINK 簡(jiǎn)介SIMULINK是 MATLA軟件下的一個(gè)附加組件，是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的MATLAB件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)它也支持 具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。提供了豐富的仿真模塊。其主 要功能是實(shí)現(xiàn)

34、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳 效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。SIMULINK仿真與分析的主要步驟按先后順序?yàn)椋簭哪?塊庫(kù)中選擇所需要的基本功能模塊，建立結(jié)構(gòu)圖模型，設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真并觀 看輸出結(jié)果，針對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析和比較。SIMULINK莫塊庫(kù)提供了豐富的描述系統(tǒng)特性的典型環(huán)節(jié)，有信號(hào)源模塊庫(kù) (Source)， 接收模塊庫(kù)(Sinks )，連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)(Continuous )，離散系統(tǒng)模塊庫(kù)(Discrete )，非 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)(Signal Routing )，信號(hào)屬性模塊庫(kù)(Signal Attributes )，數(shù)學(xué)運(yùn)算模

35、塊庫(kù)(Math Operations )，邏輯和位操作庫(kù)(Logic and Bit Operations ，等等，此外還 有一些特定學(xué)科仿真的工具箱。SIMULINK為用戶提供了一個(gè)圖形化的用戶界面(GUI)。對(duì)于用方框圖表示的系統(tǒng)，通 過圖形界面，利用鼠標(biāo)單擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在紙上繪制系統(tǒng)的方框 圖一樣簡(jiǎn)單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方 便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。不但實(shí)現(xiàn)了可視化的動(dòng)態(tài)仿真，也實(shí)現(xiàn)了與MATLABC或者FORTRAN語言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴(kuò)展了它的功能。2.2.1 SIMULINK模塊庫(kù)介紹SIMILINK模塊庫(kù)

36、按功能分為以下8類子庫(kù)：連續(xù)模塊(Continuous ) continuous.mdlIn tegrator :輸入信號(hào)積分Derivative :輸入信號(hào)微分State-Space :線性狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Transfer-Fcn :線性傳遞函數(shù)模型Zero-Pole :以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型Memory存儲(chǔ)上一時(shí)刻的狀態(tài)值Tran sport Delay :輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)固定時(shí)間再輸出Variable Tran sport Delay:輸入信號(hào)延時(shí)一個(gè)可變時(shí)間再輸出離散模塊(Discrete ) discrete.mdlDiscrete-time In tegrator:離散時(shí)間積分

37、器Discrete Filter : IIR 與 FIR 濾波器Discrete State-Space :離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型Discrete Tran sfer-Fc n:離散傳遞函數(shù)模型Discrete Zero-Pole :以零極點(diǎn)表示的離散傳遞函數(shù)模型First-Order Hold:階采樣和保持器Zero-Order Hold :零階采樣和保持器Unit Delay : 一個(gè)采樣周期的延時(shí)函數(shù)和平臺(tái)模塊（Function&Tables） function.mdlFen：用自定義的函數(shù)（表達(dá)式）進(jìn)行運(yùn)算MATLAB Fcn利用matlab的現(xiàn)有函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算S-Function :調(diào)用

38、自編的S函數(shù)的程序進(jìn)行運(yùn)算Look-Up Table :建立輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）Look-Up Table（2-D）:建立兩個(gè)輸入信號(hào)的查詢表（線性峰值匹配）數(shù)學(xué)模塊（Math ） math.mdlSum加減運(yùn)算Product :乘運(yùn)算Dot Product :點(diǎn)乘運(yùn)算Gai n：比例運(yùn)算Math Function :包括指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、求平方、開根號(hào)等常用數(shù)學(xué)函數(shù)Trigono metric Function:三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等MinMax最值運(yùn)算Abs：取絕對(duì)值Sign :符號(hào)函數(shù)Logical Operator :邏輯運(yùn)算Relatio nal Operat

39、or:關(guān)系運(yùn)算Complex to Mag ni tude-A ngle :由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出Mag nitude-A ngle to Complex :由幅值和相角輸入合成復(fù)數(shù)輸出Complex to Real-Imag :由復(fù)數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實(shí)部和虛部輸出Real-Imag to Complex :由實(shí)部和虛部輸入合成復(fù)數(shù)輸出非線性模塊（Nonlinear ） nonlinear.mdlSaturation :飽和輸出，讓輸出超過某一值時(shí)能夠飽和。Relay :滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。Switch :開關(guān)選擇，當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入端大于臨界值時(shí)，輸出由第一個(gè)輸入端而來，否則 輸

40、出由第三個(gè)輸入端而來。Manual Switch :手動(dòng)選擇開關(guān)信號(hào)和系統(tǒng)模塊(Signal&Systems ) sigsys.mdlIn1 ：輸入端。Out1:輸出端。Mux將多個(gè)單一輸入轉(zhuǎn)化為一個(gè)復(fù)合輸出。Demux將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出。Grou nd:連接到?jīng)]有連接到的輸入端。Terminator :連接到?jīng)]有連接到的輸出端。SubSystem 建立新的圭寸裝(Mask)功能模塊接收器模塊(Sinks ) sinks.mdlScope：示波器。XY Graph：顯示二維圖形。To Workspace :將輸出寫入 MATLAB勺工作空間。To File(.mat):將輸出寫入

41、數(shù)據(jù)文件。輸入源模塊(Sources ) sources.mdlConstant :常數(shù)信號(hào)。Clock :時(shí)鐘信號(hào)。From Workspace :來自MATLAB勺工作空間。From File(.mat):來自數(shù)據(jù)文件。Pulse Generator :脈沖發(fā)生器。Repeating Sequenee :重復(fù)信號(hào)。Sig nal Gen erator :信號(hào)發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。Sine Wave :正弦波信號(hào)。Step :階躍波信號(hào)。2.2.2 SIMULINK模型的建立過程建立模型窗口；將功能模塊由模塊庫(kù)窗口復(fù)制到模型窗口；對(duì)模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。

42、223 SIMULINK仿真過程1初始化階段：（1）對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到它們實(shí)際計(jì)算的值；（2）展開模型的各個(gè)層次；（3）按照更新的次序?qū)δＰ瓦M(jìn)行排序；（4）確定那些顯式化的信號(hào)屬性，并檢查每個(gè)模塊是否能夠接受連接它們輸入端的 信號(hào)；（5）確定所有非顯式的信號(hào)采樣時(shí)間模塊的采樣時(shí)間；（6）分配和初始化存儲(chǔ)空間，以便存儲(chǔ)每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)前值的輸出。2 模型執(zhí)行階段：模型仿真是通過數(shù)值積分來進(jìn)行完成的，計(jì)算數(shù)值積分可以采用以下兩步來進(jìn)行：（1）按照秩序計(jì)算每個(gè)模塊的積分；（2）根據(jù)當(dāng)前輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分，得到微分矢量，然后把它返回給解法器，以計(jì)算下一個(gè)采樣點(diǎn)的狀態(tài)矢量。在每一個(gè)時(shí)間

43、步中，SIMULINK依次解決下列問題:按照秩序更新模塊的輸出； 按照秩序更新模塊的狀態(tài)； 檢查模塊連續(xù)狀態(tài)的不連續(xù)點(diǎn)； 計(jì)算下一個(gè)仿真時(shí)間的步長(zhǎng)。第3章擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及PN碼捕獲系統(tǒng)模型建立- -東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院畢業(yè)論文- -第3章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及PN碼捕獲系統(tǒng)模型建立引言擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中最重要的就是偽隨機(jī)碼的同步，PN碼同步包括捕獲和跟蹤兩個(gè)步驟 是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵。本文主要針對(duì)捕獲過程進(jìn)行仿真研究?；瑒?dòng)相關(guān)捕獲法（相位搜索法） 的硬件實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單，在短 PN碼捕獲時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，是最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的方法。這里借 助MATLAB/SIMULINI仿真平臺(tái)構(gòu)建了滑動(dòng)相關(guān)法 PN碼捕獲的交互可視

44、化仿真系統(tǒng)，可觀 察仿真結(jié)果并作出分析。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)及 PN碼同步的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖如圖3-1，是通過將基帶信號(hào)（即信息序列）的頻譜擴(kuò)展到很寬 的頻帶然后再進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信系統(tǒng)。這種通信系統(tǒng)需要占用的帶寬比基帶信號(hào)的帶寬 寬得多。發(fā)射接收?qǐng)D3-1擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖初看起來擴(kuò)頻系統(tǒng)似乎違反通信系統(tǒng)的壓縮頻帶的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，但是，信息論充分證明， 使用寬帶通信系統(tǒng)是正確的，也是解決目前無線通信中多址、抗干擾、高密級(jí)通信的較好 途徑。上個(gè)世紀(jì)40年代，在信息論的研究中香農(nóng)得出計(jì)算信道容量的重要公式，被稱為香 農(nóng)公式，它可以表示為：C 二 Blog2 S/N）（3-1）式（3-1 ）中

45、：C為系統(tǒng)的信道容量（bit/s）； B為系統(tǒng)信道帶寬（Hz）;S為信號(hào)的平均功率；N為噪聲功率；由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率 C,可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬 B或 提高信噪比S/N。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S/N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，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。香農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無誤差地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于 傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)

46、系，即在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)噪聲功率比下降時(shí)， 可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬的辦法來保持信道容量C不變。對(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲功率比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯(cuò)率。這就是擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)。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)還原了信息，這樣的系統(tǒng) 帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，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B與信息帶寬F之比稱為處理 增益Gp即：Gp 二BF(3-2)B-為系統(tǒng)信道帶寬（Hz）;Gp-擴(kuò)頻處理增益； F-信息帶寬；由式（3-2 ）可以看出，B與厶F差別越大，Gp越大，也就是說，

47、擴(kuò)頻的增益越大。它表明了擴(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 Gp有關(guān)。 因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。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。321偽隨機(jī)碼與同步的關(guān)系擴(kuò)頻序列編碼是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一。在擴(kuò)頻通信中，抗干擾、抗多徑、抗 截獲、保密、多址通信、實(shí)現(xiàn)同步等都與所采用的擴(kuò)頻序列密切相關(guān)?？垢蓴_、抗截獲、 保密、需要擴(kuò)頻序列的線性復(fù)雜度大，若擴(kuò)頻序列是平衡的，則其抗截獲和保密性能更佳; 抗

48、多徑需擴(kuò)頻序列的周期長(zhǎng)、相關(guān)性好；多址通信需要擴(kuò)頻序列的族序列數(shù)多且相關(guān)性好。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)碼元時(shí)間長(zhǎng)度等于擴(kuò)頻序列一個(gè)周期時(shí)間長(zhǎng)度，用此擴(kuò)頻序列作擴(kuò)頻碼所得擴(kuò) 頻增益即為此擴(kuò)頻序列周期。擴(kuò)頻序列周期越長(zhǎng)，擴(kuò)頻增益越大。擴(kuò)頻序列最基本的要求 是序列應(yīng)具有隨機(jī)性。然而，隨機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生、復(fù)制、控制難以實(shí)現(xiàn)。偽隨機(jī)序列具有類 似于隨機(jī)信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì)特性，但又是有規(guī)律的，容易產(chǎn)生、復(fù)制。因此，它們是擴(kuò)頻序 列的當(dāng)然選擇。由擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型知道，系統(tǒng)中有一個(gè)偽隨機(jī)序列發(fā)生器，它是構(gòu)成擴(kuò) 頻通信系統(tǒng)不可缺少的一部分。偽隨機(jī)碼是一種可以預(yù)先確定并可重復(fù)地產(chǎn)生和復(fù)制，具 有類似白噪聲隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性的二進(jìn)制碼序列，簡(jiǎn)

49、稱為PN碼。根據(jù)香農(nóng)定理，具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)對(duì)充分利用信道的容量、抗各種干擾和測(cè)定距離等具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此， 偽隨機(jī)序列具有良好的抗干擾性和抗衰落能力。由于利用偽隨機(jī)碼信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)低信噪比 接收，可實(shí)現(xiàn)碼分多址通信，具有良好的保密性，偽隨機(jī)碼已廣泛應(yīng)用于通信等領(lǐng)域?？偟膩碚f，理想的擴(kuò)頻序列應(yīng)具有如下特性：具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，以利于捕獲跟蹤，快速實(shí)現(xiàn)同步；互相關(guān)函數(shù)接近于零，減少碼間干擾，提高系統(tǒng)容量；3有足夠長(zhǎng)的碼周期和盡可能的復(fù)雜度，確?？箓善?、抗干擾的要求；有足夠多的獨(dú)立地址數(shù)，確保多個(gè)用戶對(duì)碼的需求；在工程上易于產(chǎn)生、加工、復(fù)制和實(shí)現(xiàn)。m序列：線性反饋移位寄存器的最大長(zhǎng)度序列，

50、簡(jiǎn)稱 m序列。m序列具有良好的偽隨機(jī)性。其特 點(diǎn)有：良好的平衡性。在每一個(gè)周期 p =2n -1內(nèi)，“I ”和“ 0”出現(xiàn)的次數(shù)基本 相等，準(zhǔn)確地說“1”的個(gè)數(shù)比“ 0”的個(gè)數(shù)多一個(gè)。滿足游程特性。長(zhǎng)度為1的游程占游程總數(shù)的1/2，長(zhǎng)度為2的游程占游程總數(shù)的 1/4，長(zhǎng)為n-1的游程只有一個(gè)，為0的游程；長(zhǎng)為n的游程也只有一個(gè)，為1的游程。具有類似白噪聲的自相關(guān)函數(shù)一雙值自相關(guān)函數(shù)，即歸一化自相關(guān)函數(shù)為：1j=0 ；mod pR(j)=(3-3)-1/ p j=1.2 p-1 ； mod p從公式(3-3) m序列的自相關(guān)函數(shù)可以看出，m序列是一個(gè)狹義偽隨機(jī)碼.當(dāng)m序列的移位值為其周期的整數(shù)倍

51、時(shí)，其自相關(guān)值取得最大值為2n -1，移位值取其他值時(shí)，其自相關(guān)值恒為一 1。其歸一化后的自相關(guān)函數(shù)如圖 3-2所示。圖3-2 m序列自相關(guān)函數(shù)3.2.2擴(kuò)頻與解擴(kuò)過程擴(kuò)頻調(diào)制的目的是形成頻譜較寬的擴(kuò)頻信號(hào)，經(jīng)寬帶放大后進(jìn)行發(fā)射。接收機(jī)接收到 信號(hào)后，要根據(jù)發(fā)送端采用載波調(diào)制方式和擴(kuò)頻碼進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)和解擴(kuò)處理。接收端可 根據(jù)需要，選擇先解調(diào)后解擴(kuò)或者先解擴(kuò)后解調(diào)的方式。根據(jù)發(fā)送端采用的調(diào)制方式不同，接收端的解調(diào)方式也有所不同。例如，對(duì)于采用先 調(diào)制后擴(kuò)頻的調(diào)制的直序擴(kuò)頻系統(tǒng)，由于MSK信號(hào)的載波提取十分困難，所以，一般采用相關(guān)解調(diào)方式；而對(duì)于采用BPSK調(diào)制的系統(tǒng)，在接收端可選擇相關(guān)解調(diào)方法

52、，也可提取本 地載波進(jìn)行相干解調(diào)，下面主要討 BPSK直序擴(kuò)頻的數(shù)字相關(guān)解調(diào)方案。要實(shí)現(xiàn)正確的解擴(kuò)，必須保證接收機(jī)的參考擴(kuò)頻序列與發(fā)送端采用的擴(kuò)頻序列相同且 同相，因此，擴(kuò)頻序列的同步捕獲是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)的最重要組成部分。直接序列擴(kuò)頻(DS-Direct Sequenee)的頻譜擴(kuò)展過程見圖3-3，由上到下分別為調(diào)制 后的待傳信號(hào)、PN碼、待傳信息。y/v調(diào)制后的 待傳信號(hào)PN碼待傳信息x/t圖3-3調(diào)制過程解擴(kuò)過程如圖3-4所示，自上到下分別為原信息、PN碼、調(diào)制后的接收信號(hào)。直接序 列擴(kuò)頻就是用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端直接去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在收端直接使用相同的 擴(kuò)頻碼序列對(duì)擴(kuò)展的信號(hào)頻

53、譜進(jìn)行解擴(kuò)，還原出原始的信息。y/v原信息PN碼調(diào)制后的接收信號(hào)x/t圖3-4解調(diào)過程由圖3-3和圖3-4可以看出：1.在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的PN碼調(diào)制以后，頻譜被擴(kuò)展了。在收端，擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng) 同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被恢復(fù)；2信息碼經(jīng)調(diào)制、擴(kuò)頻傳輸、解調(diào)然后恢復(fù)的過程，類似與PN碼進(jìn)行了二次模二相加的過程；待傳信息的頻譜被擴(kuò)展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下 降；擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)以后，寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信息，功率譜密度上升；相對(duì)與信息信號(hào)，脈沖干擾只經(jīng)過了一次被模二相加的調(diào)制過程，頻譜被擴(kuò)展，功 率譜密度下降，從而使有用信息在噪聲干擾中被提取出來。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真的整體

54、架構(gòu)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的在SIMULINK平臺(tái)的總模型架構(gòu)如圖3-5，其中包括最核心的部分：PN 碼滑動(dòng)相關(guān)捕獲子系統(tǒng)圖3-5擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的總模型架構(gòu)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真總模型架構(gòu)的各部分介紹3.4.1信源部分該仿真框圖的 Random Integer Generator （圖3-6）是一個(gè)隨機(jī)整數(shù)序列產(chǎn)生器，主 要用于產(chǎn)生一個(gè)范圍為0, M 一 1的隨機(jī)整數(shù)。由于在本系統(tǒng)中需要的信號(hào)是一個(gè)二進(jìn)制 信號(hào)，因此可以將整數(shù)的范圍設(shè)置為二進(jìn)制，即將M設(shè)為2。為了便于觀測(cè)結(jié)果，在這里圖3-6信源模塊及參數(shù)選項(xiàng)可以將二進(jìn)制數(shù)據(jù)的抽樣速率設(shè)置為1 （表3-1）。RandomIntegerRandom Integar

55、Gen電怕憶r表3-1信源模塊參數(shù)設(shè)定參數(shù)名初始參數(shù)設(shè)定M-ary nu mber2In itial seed37Sample time1Sample per frame1M-ary數(shù)為2表示產(chǎn)生包含0、1的二進(jìn)制序列。Initial seed（初始狀態(tài)）的設(shè)定用來得到不同的二進(jìn)制序列輸出，Sample time （輸出采樣時(shí)間）為1。調(diào)制部分本文采用的調(diào)制和解調(diào)手段是BPSK基帶調(diào)制和解調(diào)，分別用 BPSK ModulatorBaseband與BPSKDemodulator Baseband （圖3-7）實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)模塊的設(shè)置參數(shù)必須保持 一致。傳輸信道可以選擇高斯白噪聲信道，其中的參數(shù)（表

56、 3-2）可以選擇默認(rèn)值。角-L_r-|WXMBPSKBPSKModblsta*BasebandBPSKemodutatofwWtj-spskBPSK Xodulat-QT Saei:and (uaEk (link)Xc dLlste the input eierhI lie ins the binary phase shift keyiiig Heth-d-iFqt sszrpl：batd inputj ths： input sueI he a scalar. Fot fxstbaa；td inputi th鬻 input must 匕t 旦 coluan. victor,.Ififras-

57、fcas&d incutr th* width of th antDut 士凸色 色艮：呂 tn& productof the niLZ-ter of EyzabslE acd the Eazpies per zyzab-ol value.In case of 5aspl.&_ta5ed inputj the output sapl tise equals the 麻yatol pexiGd divided by thft Suples pt Ersfcl valu-a.FaraetersPhast offEt (rad)i1S=nples psr syzzhol:|10000Block Pa

58、rameters： BP$K Modulator BasebandOKCancelHelpApply圖3-7調(diào)制與解調(diào)模塊及參數(shù)選項(xiàng)表3-2調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)定參數(shù)名初始參數(shù)設(shè)定Phase offset ( rad)0Sample per symbol10000343 信號(hào)極型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)送入單極性信號(hào)到雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換器中（圖 3-8）,主要是將單極性信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙極性，目的是將模 2加算法變成乘法實(shí)現(xiàn)。參數(shù)設(shè)定見（表 3-3）Unipolar toEipolaT ConverterUnipolar toBipolar圖3-8數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換模塊表3-3數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換模塊參數(shù)設(shè)定參數(shù)名初始參數(shù)設(shè)定

59、M-ary nu mber2PolarityPositive3.4.3偽隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生模塊擴(kuò)頻系統(tǒng)中的偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生則由SIMULINK中的PN Sequenee Generator （圖3-9）功能模塊產(chǎn)生。偽隨機(jī)序列的生成多項(xiàng)式和初始狀態(tài)可以選擇默認(rèn)值，或者是自己設(shè)定也 行，本文為了簡(jiǎn)單選擇默認(rèn)值。抽樣速率是一個(gè)關(guān)鍵，它決定了最后信號(hào)的傳輸帶寬，同樣，為了便于觀察，可以選擇抽樣時(shí)間為0.01s。為了實(shí)現(xiàn)為隨機(jī)序列和二進(jìn)制數(shù)據(jù)的相 乘，偽隨機(jī)序列也要經(jīng)過信號(hào)極性的變化，即將單極性信號(hào)變?yōu)殡p極性信號(hào)。Gen eratorpoly no mial 設(shè)置為1 0 0 1 0 1，initial s

60、tates設(shè)置為0 0 0 1 0，米樣周期 sampletime設(shè)置為0.01?？梢缘玫街芷跒?.31s的PN碼序列（表3-4）PN Sequ&n oePN SequnoeGenerator圖3-9 PN序列發(fā)生器模塊表3-4初始PN序列發(fā)生器參數(shù)設(shè)定參數(shù)名初始參數(shù)設(shè)定Gen erator polyno mial1 0 0 1 0 1In itial states0 0 0 1 0Shift (or mask)0Sample time0.01Sample per frame1圖3-10為發(fā)端PN碼發(fā)生器，可產(chǎn)生級(jí)數(shù)為5,周期為0.31s的PN碼序列。圖3-11為 示波器中觀察到的PN碼序列，