CDMA通信系統(tǒng)仿真——利用級(jí)PN序列擴(kuò)頻

1、 CDMA通信系統(tǒng)仿真利用5級(jí)PN碼作為擴(kuò)頻序列 第29頁(yè) 共28頁(yè) 目錄1 引 言21.1 課程設(shè)計(jì)目的21.2 課程設(shè)計(jì)的要求31.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)32 設(shè)計(jì)原理32.1 Simulink簡(jiǎn)介32.2 CDMA的原理及系統(tǒng)概述42.3 擴(kuò)頻原理42.4 PSK調(diào)制與解調(diào)原理52.5 PN碼的特性73 設(shè)計(jì)步驟83.1 PN5擴(kuò)頻與PSK調(diào)制模塊83.2 PSK解調(diào)模塊133.3 解擴(kuò)頻模塊163.4 總模塊193.5 抗噪聲性能的分析214 問(wèn)題與分析235 結(jié)束語(yǔ)27CDMA通信系統(tǒng)仿真利用5級(jí)PN碼作為擴(kuò)頻序列學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師：摘 要 本課程的設(shè)計(jì)主要目的是仿真CDMA的直接擴(kuò)頻通信。

2、在MATLAB環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)中，產(chǎn)生一段隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)，利用5級(jí)PN碼作為擴(kuò)頻序列進(jìn)行擴(kuò)頻編碼后再進(jìn)行PSK調(diào)制，在接收端對(duì)其進(jìn)行PSK解調(diào)和擴(kuò)頻解碼以恢復(fù)原信號(hào)，比較傳輸信號(hào)、已擴(kuò)頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)信號(hào)和解擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度，在信道中加入高斯白噪聲，計(jì)算出系統(tǒng)的誤碼率，分析CDMA直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。在Simulink模塊中，選擇合適的信號(hào)產(chǎn)生源和器件，將它們正確的連接在一起，使用頻譜分析儀和示波器來(lái)觀察和分析結(jié)果。根據(jù)仿真的結(jié)果，可以看出擴(kuò)頻后信號(hào)的帶寬增大，抗干擾的能力大大增強(qiáng)，這與理論所學(xué)的知識(shí)相符合，也進(jìn)一步加深了對(duì)理論的理解。關(guān)鍵詞 Simulink；PSK

3、調(diào)制與解調(diào)；擴(kuò)頻通信；香農(nóng)公式；信噪比；誤碼率1 引 言本課程的設(shè)計(jì)主要目的是仿真CDMA的直接擴(kuò)頻通信。在MATLAB環(huán)境下的Simulink仿真平臺(tái)中，產(chǎn)生一段隨機(jī)二進(jìn)制信號(hào)，利用5級(jí)PN碼作為擴(kuò)頻序列進(jìn)行擴(kuò)頻編碼后再進(jìn)行PSK調(diào)制，在接收端對(duì)其進(jìn)行PSK解調(diào)和擴(kuò)頻解碼以恢復(fù)原信號(hào)，比較傳輸信號(hào)、已擴(kuò)頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)信號(hào)和解擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度，分析擴(kuò)頻、調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)頻過(guò)程中頻譜的變化和系統(tǒng)的抗噪聲能力的變化，從而更深刻的理解擴(kuò)頻通信的原理及優(yōu)勢(shì)。1.1 課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)設(shè)計(jì)基于Simulink的CDMA通信系統(tǒng)仿真與性能分析，能夠更深刻理解擴(kuò)頻通信系統(tǒng)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括擴(kuò)頻

4、、調(diào)制、傳輸、濾波、解調(diào)、解擴(kuò)頻等方面，結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，分析擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，熟練掌握PSK調(diào)制與解調(diào)的過(guò)程，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，體會(huì)實(shí)際傳輸情況與理論上的區(qū)別與原因，了解并熟練運(yùn)用Simulink的各個(gè)元件的參數(shù)意義和功能。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求（1）本設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)為MATLAB中的Simulink。（2）模型設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程實(shí)際，模塊參數(shù)設(shè)置必須與原理相符合。（3）處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。（4）獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)基于MATLAB環(huán)境下的Simulink平臺(tái)2 設(shè)計(jì)原理2.1 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是MAT

5、LAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書寫程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿

6、真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。2.2 CDMA的原理及系統(tǒng)概述CDMA(Code Division Multiple Access)即：碼分多址移動(dòng)通信，是一種先進(jìn)的大容量無(wú)線通信技術(shù)。它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)人信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式，在擴(kuò)頻通信技術(shù)上發(fā)展

7、起來(lái)的一種嶄新而成熟的無(wú)線通信技術(shù)?！?】CDMA是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制， 使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端由 使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，它具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是所有通信方式無(wú)法比擬的。寬帶傳輸，抗衰落能力強(qiáng)。由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘?hào)的功率比干擾信號(hào)的功率低得多，因此信號(hào)好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號(hào)隱蔽。利

8、用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性來(lái)獲取用戶的信息，抗截獲的能力強(qiáng)。多個(gè)用戶同時(shí)接收,同時(shí)發(fā)送.；在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn)：采用了多種分集方式。采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。采用了移動(dòng)臺(tái)輔助的軟切換。采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平均發(fā)射功率，具有軟容量特性，兼容性好。2.3 擴(kuò)頻原理擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式,其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的模型如圖2-1所示：信道解碼解調(diào)器信道調(diào)制器信道編碼輸入 輸出偽隨機(jī)序列發(fā)生器偽隨機(jī)序列發(fā)生器圖2-1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的模型擴(kuò)頻通信的基本理論是根據(jù)信息論中的Shannon 公式，即 (2-1

9、) 式中：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。 Shannon公式表明了一個(gè)系統(tǒng)信道無(wú)誤差地傳輸信息的能力跟存在于信道中的信噪比（S/N）以及用于傳輸信息的系統(tǒng)信道帶寬（B）之間的關(guān)系。該公式說(shuō)明了兩個(gè)最重要的概念：一個(gè)是在一定的信道容量的條件下，可以用減少發(fā)送信號(hào)功率、增加信道帶寬的辦法達(dá)到提高信道容量的要求；一個(gè)是可以采用減少帶寬而增加信號(hào)功率的辦法來(lái)達(dá)到。擴(kuò)頻通信就是在發(fā)端輸入的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào),然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜,展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào),變

10、頻至中頻,然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò),再經(jīng)信息解調(diào),恢復(fù)成原始信息輸出3。直接序列擴(kuò)頻（DSSS），（Direct seqcuence spread spectrdm）是直接利用具有高碼率的擴(kuò)頻碼系列采用各種調(diào)制方式在發(fā)端與擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序去進(jìn)行解碼，把擴(kuò)展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息1。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖如圖2-2所示。接收高放混頻解擴(kuò)解調(diào)本振PN碼同步信 源擴(kuò)頻調(diào)制PN碼振蕩器發(fā)射圖2-2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum）系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（P

11、N碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。2.4 PSK調(diào)制與解調(diào)原理相移鍵控是利用載波的不同相位來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在2PSK中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制“0”和“1”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 （2-2） 其中，表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位： （2-3） 因此，式（2）可以改寫為 （2-4） 由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，極性相反，故2PSK信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙極性（bipolarity）全占空（100% duty ratio）矩形脈沖序列與一個(gè)正弦載波的相乘，即 （2-5

12、） 其中 （2-6） 這里，g(t)是脈寬為的單個(gè)矩形脈沖，統(tǒng)計(jì)特性為 （2-7）即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“0”時(shí)（取1），取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“1”時(shí)（取1），取相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式。本次設(shè)計(jì)采用PSK的模擬調(diào)制方法，如圖2-3所示。 s(t) 雙極性不歸零 e2PSK(t)乘法器碼型變換 coswct 圖2-3 PSK模擬調(diào)制法PSK解調(diào)原理框圖如圖2-4所示。 圖2-4 PSK解調(diào)原理框圖2.5 PN碼的特性偽隨機(jī)序列PN(Pseudorandom Noise)CDMA系統(tǒng)中，偽隨機(jī)序列(PN)用于數(shù)據(jù)的加擾和擴(kuò)譜調(diào)制。在傳

13、送數(shù)據(jù)之前，把數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)化成“隨機(jī)的”，類似于噪聲的形式，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加擾。接收機(jī)再用PN碼把被加擾的序列恢復(fù)成原始數(shù)據(jù)序列。CDMA中用到的PN碼可以分為長(zhǎng)PN碼（長(zhǎng)碼）和短PN碼（短碼），長(zhǎng)PN碼可用于區(qū)分不同的用戶，短PN碼用于區(qū)分不同的基站。PN碼是一具有與白噪聲類似的自相關(guān)性質(zhì)的0和1所構(gòu)成的編碼序列，CDMA系統(tǒng)中用到的PN碼主要是m序列， 它具有長(zhǎng) 2的N次方 - 1個(gè)位元， 由一具線性回授的m級(jí)暫存器來(lái)產(chǎn)生。m序列的相關(guān)函數(shù)為 （2-8）當(dāng)N很大時(shí)，M序列的相關(guān)函數(shù)與離散二位式白噪聲序列的相關(guān)函數(shù)相接近，故可用它作為測(cè)試信號(hào)。3 設(shè)計(jì)步驟3.1 PN5擴(kuò)頻與PSK調(diào)制模塊在Si

14、mulink仿真平臺(tái)中主要過(guò)程為：取兩個(gè)信號(hào)源，設(shè)置合適的參數(shù)，一個(gè)輸出信碼，一個(gè)輸出PN碼，兩個(gè)輸出的碼元進(jìn)行異或得到擴(kuò)頻后的碼，再與載波相乘實(shí)現(xiàn)PSK調(diào)制。（1）構(gòu)建PN5擴(kuò)頻與PSK調(diào)制的仿真圖打開MATLAB，再打開Simulink仿真平臺(tái)，出現(xiàn)如下圖3-1的元件庫(kù)，之后點(diǎn)擊新建快捷鍵，新建如圖3-1的圖紙。圖3-1 Simulink元件庫(kù)圖圖3-2 新建圖紙示意圖從庫(kù)中找到相應(yīng)的元件，拖入圖紙中，并將各個(gè)元件按要求連線，連接完畢后的示意圖如圖3-3所示。圖3-3 PN5擴(kuò)頻與PSK調(diào)制（2）元件參數(shù)的設(shè)置信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置如圖3-4和圖3-5所示。其中PN碼的信號(hào)源參數(shù)設(shè)置里將“sam

15、ple time”設(shè)置為0.01，為原始信號(hào)源的1/31,這樣使得原始信號(hào)一個(gè)碼對(duì)應(yīng)PN的31個(gè)碼。使得其異或后達(dá)到擴(kuò)頻的目的。 圖3-5 輸入原始信號(hào)源參數(shù)設(shè)置圖 圖3-5 PN信號(hào)源參數(shù)設(shè)置圖載波信號(hào)的頻率為PN碼頻率的兩倍，即為400 rad/s。所以載波信號(hào)的參數(shù)設(shè)置里，將“Frequency”設(shè)置為“400*pi”，如圖3-6所示。 圖3-6 載波信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖 （3）結(jié)果分析 原始信號(hào)的頻譜分析圖如圖3-7所示，可知此時(shí)信號(hào)帶寬很低，能量集中在20rad左右，由理論知識(shí)得帶寬為200pi/31,與仿真結(jié)果大致相同。 圖3-7 原始信號(hào)頻譜分析圖PN信號(hào)的頻譜分析圖如圖3-8所示，可

16、知信號(hào)帶寬比較高，能量集中在600rad左右，由理論知識(shí)得帶寬為200pi,與仿真結(jié)果大致相同。 圖3-8 PN碼信號(hào)頻譜分析圖調(diào)制之后的信號(hào)的頻譜分析圖如圖3-9所示，可知與載波相乘后實(shí)現(xiàn)了頻譜搬移，并且從時(shí)域上可明顯觀察到PSK調(diào)制后載波信號(hào)相位的變化。 圖3-9 調(diào)制后信號(hào)頻譜分析圖用示波器觀測(cè)的結(jié)果如圖3-10所示，入口1為原始信號(hào)，入口2為PN信號(hào)，入口3為擴(kuò)頻后信號(hào)，入口4為調(diào)制信號(hào)，可看出信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻后一個(gè)信息碼元編成了31個(gè)對(duì)應(yīng)的PN碼，從而實(shí)現(xiàn)了帶寬的擴(kuò)展。擴(kuò)頻后的碼元進(jìn)行PSK調(diào)制，載波相位發(fā)生了改變，其中“1”碼對(duì)應(yīng)PI相位，“0”對(duì)應(yīng)0相位，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的調(diào)制。 圖3

17、-10 PN5擴(kuò)頻與PSK調(diào)制模塊示波器觀測(cè)圖3.2 PSK解調(diào)模塊在Simulink平臺(tái)中，信號(hào)調(diào)制好后即送到信道中發(fā)送，在此過(guò)程中加一個(gè)噪聲源模塊模擬傳輸中的噪聲影響，在接收端，接收到的信號(hào)首先經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除帶外噪聲，再與相干載波相乘，經(jīng)過(guò)低通濾波器后，再經(jīng)過(guò)量化，抽樣，判決即可得到已擴(kuò)頻的信號(hào)，該模塊連線圖如圖3-11所示。 圖3-11 PSK解調(diào)模塊連線圖（1） 元件參數(shù)的設(shè)置 我們先觀察理想無(wú)噪聲狀態(tài)下的解調(diào)情況，此時(shí)噪聲源參數(shù)的設(shè)置如圖3-12所示。 圖3-12 噪聲源的參數(shù)設(shè)置圖帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置如圖3-13所示。 圖3-13 帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置如

18、圖3-14所示。 圖3-14 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置如圖3-15所示。 圖3-15 抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置圖（2） 結(jié)果分析PSK解調(diào)后的信號(hào)頻譜如圖3-16所示，可以看到與PSK調(diào)制前的信號(hào)頻譜相差不大，說(shuō)明解調(diào)過(guò)程順利。 圖3-16 解調(diào)信號(hào)的頻譜圖觀察解調(diào)過(guò)程中的示波器波形，其中入口3為擴(kuò)頻信號(hào)，即PSK調(diào)制的基帶信號(hào)，入口4為PSK解調(diào)后的信號(hào)，可以看到入口3和入口4波形一樣，只是稍有延遲，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)延遲了兩個(gè)PN碼元的時(shí)間，從示波器的觀察結(jié)果可說(shuō)明解調(diào)過(guò)程順利。 圖3-15 抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置圖3.3 解擴(kuò)頻模塊經(jīng)過(guò)調(diào)制模塊的觀察可發(fā)現(xiàn)，在信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程中

19、，延時(shí)了兩個(gè)PN碼元的時(shí)間，因此，在解擴(kuò)頻過(guò)程中，要加兩個(gè)單位的延時(shí)。將延時(shí)后的PN碼與解調(diào)后的碼元異或即可得到原始信號(hào)，即完成了解擴(kuò)頻。解擴(kuò)頻模塊的連線圖如圖3-16所示，此圖亦即整個(gè)系統(tǒng)的連線圖。 圖3-16 解擴(kuò)頻模塊連線圖（1） 元件參數(shù)的設(shè)置因?yàn)镻N碼的碼元寬度為0.01s，根據(jù)前面的分析，在調(diào)制和解調(diào)過(guò)程中，解后的擴(kuò)頻碼與調(diào)制前的擴(kuò)頻碼延時(shí)了兩個(gè)PN碼的寬度，因此將用來(lái)解擴(kuò)頻的偽碼也延時(shí)單元時(shí)間設(shè)為0.01s。如圖3-17所示。圖3-17 延時(shí)單元時(shí)間設(shè)置 在解擴(kuò)頻量化時(shí)延時(shí)了一個(gè)信息碼元時(shí)間，所以在計(jì)算誤碼率時(shí)，需延時(shí)1個(gè)單元的時(shí)間，參數(shù)設(shè)置如圖3-18所示。圖3-18 誤碼率分

20、析延時(shí)時(shí)間設(shè)置（2） 結(jié)果分析原始信號(hào)與解擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜分析結(jié)果分別如圖3-19和圖3-20所示，從兩者對(duì)比可知，解擴(kuò)頻后的信號(hào)與原始信號(hào)時(shí)域和頻域都相同，因?yàn)榻鈹U(kuò)頻后的碼即為原始信號(hào)，說(shuō)明解擴(kuò)頻順利完成。 圖3-19 原始信號(hào)頻譜圖 圖3-20 解擴(kuò)頻信號(hào)頻譜圖用示波器觀測(cè)原始信號(hào)與解擴(kuò)頻信號(hào)，如圖3-21所示，其中入口1為原始信號(hào)輸入，入口2為解擴(kuò)頻信號(hào)輸入，可以看到還原出來(lái)的碼元和原始信號(hào)只是延時(shí)了0.31s，即一個(gè)原始信號(hào)碼元得得寬度，說(shuō)明解擴(kuò)頻過(guò)程是成功的。圖3-21 解擴(kuò)頻模塊示波器觀測(cè)圖 3.4 總模塊（1）整個(gè)系統(tǒng)的連線圖如圖3-22所示，該模塊包括原始信號(hào)的擴(kuò)頻，PSK調(diào)制

21、，PSK解調(diào)和解擴(kuò)頻，原始信號(hào)與解擴(kuò)頻信號(hào)的誤碼率分析模塊。 圖3-22 總模塊連線圖（2）對(duì)整個(gè)模塊的頻譜圖進(jìn)行分析，可看到原始信號(hào)頻譜如圖3-23所示，擴(kuò)頻信號(hào)頻譜如圖3-24所示，PSK調(diào)制信號(hào)頻譜如圖3-25所示，PSK解調(diào)信號(hào)頻譜如圖3-26所示，解擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜如圖3-27所示。 圖3-23 原始信號(hào)頻譜圖 圖3-24 擴(kuò)頻信號(hào)頻譜圖 圖3-25 PSK調(diào)制信號(hào)頻譜圖 圖3-26 PSK解調(diào)信號(hào)頻譜圖 圖3-27 解擴(kuò)頻信號(hào)（即還原信號(hào)）分析原始信號(hào)與擴(kuò)頻信號(hào)，可看到擴(kuò)頻后得到的信號(hào)帶寬增加；分析擴(kuò)頻信號(hào)與PSK解調(diào)信號(hào)，可看到經(jīng)過(guò)PSK解調(diào)后，信號(hào)還原為基帶信號(hào)，這里即為擴(kuò)頻信

22、號(hào)；分析原始信號(hào)與解擴(kuò)頻信號(hào)（即還原信號(hào)），可看到此時(shí)兩者相同，說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)是正確的。（3）對(duì)總模塊的示波器觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，示波器觀測(cè)結(jié)果如圖3-28所示。其中入口1為原始信號(hào)，入口2為擴(kuò)頻信號(hào)，入口3為PSK調(diào)制信號(hào)，入口4為PSK解調(diào)信號(hào)入口，入口5為解擴(kuò)頻信號(hào)（還原信號(hào)）入口。圖3-28 總模塊的示波器觀測(cè)圖分析入口1和入口2，可看到擴(kuò)頻后即對(duì)原始碼元進(jìn)行了編碼，這時(shí)每個(gè)碼元寬度與PN偽碼寬度相同；入口3為PSK調(diào)制信號(hào)，放大后即可看到相位的變化，分析入口2和入口4，可看到這時(shí)PSK解調(diào)出來(lái)的信號(hào)與調(diào)制信號(hào)是相同的，說(shuō)明PSK解調(diào)與調(diào)制過(guò)程是正確的；分析入口1與入口5，說(shuō)明還原出來(lái)的信

23、號(hào)與原始要傳輸?shù)牡男盘?hào)是一樣的，說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)是正確的。3.5 抗噪聲性能的分析（1） 在前面的設(shè)計(jì)中，我們討論的是理想狀態(tài)下的系統(tǒng)分析，此時(shí)的誤碼率為理想狀態(tài)下的0，如圖3-29所示。 圖3-29 理想狀態(tài)下的誤碼率圖（2） 加入高斯白噪聲，即噪聲源模塊參數(shù)設(shè)置如圖3-30所示，此時(shí)誤碼率如圖3-31所示，可觀察出此時(shí)50s內(nèi)傳輸了161個(gè)碼中錯(cuò)了0個(gè)，誤碼率為0，說(shuō)明小噪聲時(shí)傳輸可靠性很高。圖3-30 噪聲源的設(shè)置參數(shù)圖圖3-31 加入噪聲后的誤碼率注：Variance(差額)為噪聲的均值，值越小出現(xiàn)的誤碼率越小；Sample time為抽樣時(shí)間，值越小出現(xiàn)的誤碼率越小。（3） 改變?cè)肼曉碫

24、ariance(差額)的值，觀察誤碼率隨噪聲功率的變化，這里我們觀測(cè)50s內(nèi)的數(shù)據(jù)，載波的幅值設(shè)為1V，噪聲源Sample time設(shè)為1/600是，根據(jù)理論知識(shí)可知此時(shí)信號(hào)功率為0.5w,結(jié)果如表3-1所示。 表3-1 誤碼率與噪聲功率的關(guān)系表噪聲源Variance(差額)的值誤碼率 0 0 0.1 0 0.2 0.012420.3 0.03106 0.50.09317 1 0.1988 從表3-1可看出，當(dāng)噪聲功率小于信號(hào)功率時(shí)，誤碼率十分低，當(dāng)噪聲功率等于信號(hào)功率時(shí)，誤碼率為0.09317，當(dāng)噪聲功率大于信號(hào)功率時(shí)，該系統(tǒng)還能保證一定的正確率。這意味著，在傳輸過(guò)程中，就算信號(hào)功率被噪聲功

25、率所覆蓋，擴(kuò)頻系統(tǒng)還是能夠保證傳輸?shù)目煽啃?，并且，我們還可以增大信號(hào)的功率來(lái)減小誤差?？偠灾?，通過(guò)對(duì)信號(hào)的擴(kuò)頻，可以降低對(duì)信噪比的要求， 4 問(wèn)題與分析在本次課程設(shè)計(jì)中，雖然最終順利的出來(lái)了結(jié)果，但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還是遇到了許多問(wèn)題，遇到問(wèn)題后，首先自己查閱相關(guān)資料，上網(wǎng)咨詢查閱，實(shí)在不懂的就去請(qǐng)教老師和同學(xué)，因此也是順利的完成了課程設(shè)計(jì)，并且從中收獲了知識(shí)，現(xiàn)將遇到的問(wèn)題與分析歸納如下：（1整個(gè)模塊的連接問(wèn)題。開始拿到課題時(shí)，對(duì)于PN5碼擴(kuò)頻概念感到陌生，不知從何入手，上網(wǎng)查閱資料后，大致了解了課程設(shè)計(jì)需要用到哪方面的知識(shí)，再查閱本學(xué)期所學(xué)的數(shù)字通信原理里面擴(kuò)頻通信的知識(shí)點(diǎn)，回顧PSK調(diào)制

26、與解調(diào)的基本原理，終于解決了每個(gè)模塊的連線問(wèn)題。（2）對(duì)于元器件“XOR”和“Product”選擇的問(wèn)題。開始時(shí)不知道用這兩個(gè)元器件的區(qū)別，因?yàn)榫W(wǎng)上找到的資料都是用的“Product”相乘器件，但是教材上用的是“XOR”異或的器件。帶著這個(gè)困惑，我將兩個(gè)信號(hào)源單獨(dú)提取出來(lái)測(cè)試相乘和異或的區(qū)別，連線如圖4-1所示，示波器的結(jié)果如圖4-2所示，可以看到異或進(jìn)行的是邏輯運(yùn)算，輸出的是布爾型的變量，而“Product”輸出的是”double”型的變量，所以，在幫助其他同學(xué)調(diào)試的過(guò)程中，假如用來(lái)擴(kuò)頻的碼為雙極性的話，最后計(jì)算誤碼率時(shí)需要用到” Data Type Conversion”來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)

27、換。 圖4-1 檢驗(yàn)“XOR”與“Product”區(qū)別的連線圖（3）用“product”和“XOR”兩個(gè)元件都試過(guò)后，發(fā)現(xiàn)兩種方法都是可以的，因?yàn)樽罱K的目的都是為了為PSK調(diào)制做準(zhǔn)備，即擴(kuò)頻后的信號(hào)必須為雙極性的“+1”和“-1”，這樣才能實(shí)現(xiàn)PSK調(diào)制信號(hào)“0”和“PI”相位的不同，因?yàn)楸敬握n程設(shè)計(jì)PN碼的信號(hào)源本身為單極性的，所以采用了“XOR”來(lái)進(jìn)行擴(kuò)頻和解擴(kuò)頻，并且在與載波相乘之前要進(jìn)行單極性到雙極性的轉(zhuǎn)換，如圖4-2所示。 圖4-2 檢驗(yàn)“XOR”與“Product”區(qū)別的示波器觀測(cè)圖圖4-3 PSK調(diào)制信號(hào)極性的轉(zhuǎn)換 （3）濾波器參數(shù)的設(shè)置。根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，擴(kuò)頻其實(shí)就是擴(kuò)寬信號(hào)的帶

28、寬，并且擴(kuò)頻信號(hào)帶寬應(yīng)擴(kuò)為PN偽碼的帶寬，而PSK調(diào)制從頻譜上來(lái)看，其實(shí)進(jìn)行了擴(kuò)頻信號(hào)頻譜的搬移，以此為根據(jù)來(lái)設(shè)置濾波器的參數(shù)。（4）延時(shí)的判斷。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，開始在理想狀態(tài)下總是達(dá)不到0的誤碼率，并且誤碼率相當(dāng)大，在用示波器逐個(gè)模塊的觀測(cè)分析中，最后發(fā)現(xiàn)在調(diào)制和解調(diào)過(guò)程中，解調(diào)后的擴(kuò)頻信號(hào)與調(diào)制前的擴(kuò)頻信號(hào)相比，延時(shí)了0.02s，即兩個(gè)PN碼的碼元寬度，因此最后在進(jìn)行解擴(kuò)頻時(shí)，插入了兩個(gè)延時(shí)單元，每個(gè)單元延時(shí)0.01s，在誤碼率分析儀中接受端也延時(shí)兩個(gè)碼元，因此得到了理想狀態(tài)下的為”0”的誤碼率。（5）關(guān)于抽樣量化器的使用。開始設(shè)計(jì)的時(shí)候不知道抽樣量化器時(shí)間的含義，尤其是在做解擴(kuò)頻的時(shí)候，將解調(diào)后的擴(kuò)頻信號(hào)與本地偽碼信號(hào)作異或后，雖然得出的還原信號(hào)還是和原始信號(hào)是一樣的，但是此時(shí)就失去了傳輸?shù)囊饬x，現(xiàn)在得到的還原信號(hào)是PN偽碼的寬度而不是原始信號(hào)的寬度。這個(gè)通過(guò)誤碼率分析儀可以觀測(cè)出來(lái)，當(dāng)不加量化器時(shí)，如圖4-4所示，此時(shí)10s內(nèi)傳輸了999個(gè)碼，實(shí)際應(yīng)只傳輸32個(gè)碼，加上抽樣量化器，并將參數(shù)改為0.31s，結(jié)果如圖4