基于simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真研究(第4稿)

1、摘 要本文介紹了擴(kuò)展頻譜通信的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法，簡要介紹了計(jì)算機(jī)仿真的相關(guān)知識，通過MATLAB 提供的Simulink 仿真平臺對直擴(kuò)通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。并得到了預(yù)期的仿真結(jié)果。同時(shí)利用仿真模型研究了直擴(kuò)通信系統(tǒng)擴(kuò)頻增益、干擾容限與誤碼率及信道信噪比之間關(guān)系,為其抗干擾的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。結(jié)果表明，提高信噪比，系統(tǒng)可以有效抑制高斯白噪聲信號的干擾，進(jìn)一步降低誤碼率。關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信；信干比；誤碼率；抗干擾ABSTRACTAbstract :The basic theory and the method of implement of the spread spectrum is intr

2、oduced, the knowledge of thecomputer simulation is presented.The simulation model of the direct sequence spread spect rum(DSSS) communication system is built by using Simulink which is a visible tool of Matlab in this paper, each module design of simulation model is int roduced in detail. Under the

3、given simulation condition, the simulation module is run and detected, the result answers for t he anticipated effect . Meantime, this paper studies the relationship among the spread spectrum gain and interference tolerance of DSSS communication system, error ratio, SNR of channel by means of the si

4、mulation module,which establishes the base for the practical application of it s anti-jamming.Keywords: spread spect rum communication; SIR(Signal to Interference Ratio); BER(bit error ratio); anti-jamming.目 錄1 引言12 DS-CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)22.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡介22.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)32.2.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡介42.2.2 m序列52.2.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)8

5、3 基于Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真103.1 計(jì)算機(jī)仿真簡介103.2 Simulink簡介113.3 模型建立及主要模塊設(shè)計(jì)123.3.1 m序列反饋移位寄存器仿真模型123.3.2 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型133.4 仿真結(jié)果144 結(jié)論16參考文獻(xiàn)17致 謝18基于simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真研究1 引言無線通信起源于19世紀(jì)末期，經(jīng)過一個多世紀(jì)的發(fā)展，它已成為現(xiàn)代社會的一種重要的生活方式。迄今為止，移動通信作為一種無線通信方式已經(jīng)經(jīng)歷了兩代升級并向第三代發(fā)展。第一代是模擬通信系統(tǒng)，包括北美的AMPS(IS-19)系統(tǒng)，英國TACS系統(tǒng)和北歐的NMT系統(tǒng)，主要采用的是FDM

6、A技術(shù)。目前的第二代通信系統(tǒng)由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)變，包括北美的D-AMPS(IS-54)系統(tǒng)、Q-CDMA(IS-95)系統(tǒng)、日本的JDC系統(tǒng)和歐洲的GSM系統(tǒng)1，主要采用的是TDMA和CDMA技術(shù)。我們國家采用的是歐洲的GSM蜂窩系統(tǒng)，GSM提供的業(yè)務(wù)僅限于話音、傳真和低速率（遠(yuǎn)小于64kbps）的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著人們對通信業(yè)務(wù)的要求越來越高，對通信的安全性能的要求也越來越高。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)逐漸成為研究的重點(diǎn)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性能,其多址能力、保密、抗多徑等功能也倍受人們的關(guān)注,其在美空軍通信衛(wèi)星系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用充分顯示了它們的抗干擾能力。本文利用Matlab 的可視化工

7、具Simulink 對直接序列通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,對其擴(kuò)頻增益、干擾容限與誤碼率及信道信噪比的關(guān)系進(jìn)行了研究,為直接序列擴(kuò)頻電臺在干擾環(huán)境下的應(yīng)用提供了依據(jù)。第一章為緒論，簡要介紹本論文的基本構(gòu)成和主要工作。第二章介紹了敘述了直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA：Direct Sequence-Code Division Multiple Access)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及其基本原理。第三章介紹了Matlab及其的可視化工具Simulink，對直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)建立一個仿真模型來仿真，并對直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行分析。第四章對本論文進(jìn)行綜合和展望。22 DS-CDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

8、簡介擴(kuò)頻通信即擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum Communication），它與光纖通信和衛(wèi)星通信一起被譽(yù)為信息時(shí)代三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴(kuò)頻通信技術(shù)作為一種信息傳輸方式，它是以占有頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所傳輸信息必需的最小帶寬的帶寬來傳輸信號。頻帶的擴(kuò)展是通過一個獨(dú)立的碼序列來完成的，用編碼及調(diào)制的方法來實(shí)現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)是傳輸信號所占用的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需要的最小(有效)帶寬，其比值稱為處理增益： (2.1)眾所周知，任何信息的有效傳輸都需要一定的頻率寬度，如話音為1.73.

9、1kHz，電視圖像則寬到數(shù)兆赫茲。為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數(shù)目，人們廣泛選擇不同調(diào)制方式，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等)，和壓縮頻帶等措施，同時(shí)力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘栒加帽M量窄的帶寬。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼調(diào)制制式，值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴(kuò)頻通信的值，高達(dá)數(shù)百、上千，故稱為“寬帶通信”。擴(kuò)頻通信不是企圖分配互不相交的頻帶或時(shí)間資源，而是把所有的資源分配給同時(shí)接受服務(wù)的用戶共同使用，其中每個用戶所傳送的功率被控制在達(dá)到最低性能要求所要保持的信噪比上。每個用戶采用一個噪聲式的寬帶信號并可以任意長時(shí)間地占用整個給

10、定的頻帶。這樣一來，影響所有用戶的背景噪聲來自于每一個用戶，但是被控制在最低可能的程度上12。雖然容量受到這一噪聲的限制，因?yàn)闀r(shí)間和頻帶的資源沒有被限制，最終的容量要比傳統(tǒng)的容量大許多。擴(kuò)頻通信的可行性是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)(Shannon)公式為4： (2.2) 式中：是信道容量(用傳輸速率度量)、是信號頻帶寬度、是信號功率、是白噪聲功率。式(2.2)說明，在給定的傳輸速率不變的條件下，頻帶寬度和信噪比是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比情況下傳輸信息。用擴(kuò)展頻譜來換取對信噪比要求的降低，這也正是擴(kuò)頻通信的重要特點(diǎn)，并由此

11、為擴(kuò)頻通信的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)?？傊覀冇眯畔挼?00倍，甚至1000倍以上的寬帶信號來傳輸信息，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安全的通信。這就是擴(kuò)展頻通信的基本思想和理論依據(jù)。由于擴(kuò)頻通信能大大擴(kuò)展信號的頻譜，所以它具有一下的一些優(yōu)點(diǎn)：n 易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜的利用率；n 抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低；n 隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小；n 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址；n 抗多徑干擾；n 能精確定時(shí)和測距；n 適合數(shù)字語音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)；n 安裝簡便，易于維護(hù)等等。2.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，頻譜的擴(kuò)展是用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)的

12、。在一個二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)用一組新的多位長的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。這些新的碼型也叫偽隨機(jī)（PN）碼，碼位越長系統(tǒng)性能越高。通常，商用擴(kuò)頻系統(tǒng)PN碼碼長應(yīng)不低于12位，一般取32位，軍用系統(tǒng)可達(dá)千位。目前常見的碼型有以下三種：最長線性偽隨機(jī)系列（M序列），GOLD序列和WALSH函數(shù)正交碼。當(dāng)選取上述任意一個序列后，如M序列，將其中可用的編碼，即正交碼，兩兩組合，并劃分為若干組，各組分別代表不同用戶，組內(nèi)兩個碼型分別表示原始信息“1”和“0”。系統(tǒng)對原始信息進(jìn)行編碼、傳送，接收端利用相關(guān)處理器

13、對接收信號與本地碼型相關(guān)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，解出基帶信號( 即原始信息)實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，從而區(qū)分出不同用戶的不同信息。根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻（FH）、跳時(shí)（TH）、線性調(diào)頻以及以上幾種方法的組合。其中直接序列擴(kuò)頻是應(yīng)用最廣泛的擴(kuò)頻通信方式之一。本文以直接序列擴(kuò)頻為例，介紹擴(kuò)頻通信的基本原理。2.2.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡介所謂直接序列擴(kuò)頻（DS-Direct Scquency），就是用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端直接去擴(kuò)展信號的頻譜，在收端直接使用相同的擴(kuò)頻碼序列對擴(kuò)展的信號頻譜進(jìn)行解調(diào)，還原出原始的信息。圖1 為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成框圖。由信源輸出的信號與偽隨機(jī)

14、碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼（PN碼）進(jìn)行相加，產(chǎn)生速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列, 然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波。在接收端, 接收到的擴(kuò)頻信號經(jīng)高放和混頻后, 用與發(fā)端同步的偽隨機(jī)序列對中頻擴(kuò)頻調(diào)制信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，然后再進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰＳ蓤D1可見，一般的無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制。接收端有相應(yīng)的射頻解調(diào)，擴(kuò)頻解調(diào)和信息解調(diào)。圖1 直接序列擴(kuò)頻通信原理直接序列擴(kuò)頻的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)過程見圖2所示。在圖2上我們可以看出：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)頻信號經(jīng)同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被

15、恢復(fù)；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)頻信號解擴(kuò)以后，寬帶信號恢復(fù)成窄帶信息，功率譜密度上升；相對與信息信號，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。圖2 信息數(shù)據(jù)的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)對于干擾和噪聲而言，由于與偽隨機(jī)碼不相關(guān)，在相關(guān)解擴(kuò)器的作用下，相當(dāng)于進(jìn)行了一次擴(kuò)頻，其譜密度降低，這樣就大大降低了進(jìn)入信號通頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比和信干比提高，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。2.2.2 m序

16、列m序列是最長線性移位寄存器，是最重要的偽隨機(jī)序列之一，這種序列易于產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關(guān)特性。m序列是由移位寄存器加反饋后形成的，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中n-1 （ i=1，2，3， r）為移位寄存器中每位寄存器的狀態(tài)； ci（ i=1，2，3，r ）為第i位寄存器的反饋系數(shù)。當(dāng)i=0時(shí)，表示無反饋，將反饋線斷開；當(dāng)ci=1時(shí)表示存在反饋，將反饋線連起來。在此結(jié)構(gòu)中c0=cr=1，c0不能為0，c0為0就不能構(gòu)成周期性序列，因?yàn)?c0=0意味著無反饋，為靜態(tài)移位寄存器。cr也不能為0，即第r 位寄存器一定要參加反饋，否則，r級的反饋移位寄存器將減化為r-1級的或更低的反饋移位寄存器。不同的反饋邏

17、輯，即 ci（ i=1，2，3， r-1）取不同的值，將產(chǎn)生不同的移位寄存序列。圖3 反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)移存器的結(jié)構(gòu)用特征方程表示：若一個n次多項(xiàng)式滿足如下條件：（1）、是既約的（2）、可整除，（3）、除不盡，則稱為本原多項(xiàng)式。由本原多項(xiàng)式產(chǎn)生的序列一定是m序列。m序列的遞推方程如下：定義序列的自相關(guān)函數(shù)為 由m序列的性質(zhì)，移位相加后還是m序列，因此0的個數(shù)比1的個數(shù)少1個。所以，當(dāng)m序列的自相關(guān)函數(shù)連續(xù)的表示對上述自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換，得到m序列的功率譜密度：當(dāng)，可以看到m序列的噪聲功率譜密度為近似白噪聲功率譜。m序列具有如下的特性：1、平衡特性。在m序列的一個完整周期N=2m-1內(nèi)，0

18、的個數(shù)和1的個數(shù)總是相差為1。2、游程特性。m序列游程總數(shù)為(N+1)/2。長度為n的游程數(shù)等于游程總數(shù)的1/n。 3、相關(guān)特性。m序列的自相關(guān)函數(shù)是周期的二值函數(shù)?？梢宰C明，對長度為N的m序列都有結(jié)果： 其中和都是取離散值, 下圖4是N=7的自相關(guān)函數(shù)曲線：最上方是給定的m序列的直方圖，下半部分為該m序列的自相關(guān)函數(shù)的曲線圖。從圖4中可以看出，當(dāng)橫坐標(biāo)取0、7、14等7的整數(shù)倍時(shí)，其自相關(guān)函數(shù)取值為最大值1；取其他數(shù)值時(shí)都是1/7，從而驗(yàn)證了m序列的三個性質(zhì)。 圖4 反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)2.2.3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)直接擴(kuò)頻之后的信號為數(shù)字基帶信號，數(shù)字基帶信號是低通型信號，其功率譜集中在零頻附近，

19、它可以直接在低通型信道中傳輸。實(shí)際信道很多是帶通型的，數(shù)字基帶信號無法直接通過帶通型信道。因此，在發(fā)送端需要把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到帶通信道的通帶范圍內(nèi)，以便信號在帶通型信道中傳輸，這個頻譜的搬移過程稱為數(shù)字調(diào)制。相應(yīng)地在接收端需要將已調(diào)信號的頻譜搬移回來，還原為原數(shù)字基帶信號，這個頻譜的反搬移過程稱為數(shù)字解調(diào)。調(diào)制的目的是實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，而實(shí)現(xiàn)頻移搬移的方法是用基帶信號去控制正弦波的某個參量，使這個參量隨基帶信號的變化而變化。由于正弦波有幅度、頻率和相位三個參數(shù)，所以，和模擬調(diào)制技術(shù)相似，數(shù)字調(diào)制技術(shù)也有三種基本形式：數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制。由于數(shù)字信息只有離散的有限種取

20、值，所以調(diào)制后的載波參量也只有離散的有限種取值，數(shù)字調(diào)制的過程就像用數(shù)字信息去控制開關(guān)一樣，從幾個具有不同參量的獨(dú)立振蕩源中選擇參量，所以常把數(shù)字調(diào)制稱為“鍵控”。常用的數(shù)字調(diào)制方式有：1、振幅鍵控 (ASK)：用數(shù)字調(diào)制信號控制載波的通斷。如在二進(jìn)制中,發(fā)0時(shí)不發(fā)送載波,發(fā)1時(shí)發(fā)送載波。有時(shí)也把代表多個符號的多電平振幅調(diào)制稱為振幅鍵控。振幅鍵控實(shí)現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差。 2、移頻鍵控(FSK)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負(fù)控制載波的頻率。當(dāng)數(shù)字信號的振幅為正時(shí)載波頻率為f1，當(dāng)數(shù)字信號的振幅為負(fù)時(shí)載波頻率為 f2。有時(shí)也把代表兩個以上符號的多進(jìn)制頻率調(diào)制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力

21、不如移相鍵控和差分移相鍵控。 3、移相鍵控(PSK)：用數(shù)字調(diào)制信號的正負(fù)控制載波的相位。當(dāng)數(shù)字信號的振幅為正時(shí)，載波起始相位取0；當(dāng)數(shù)字信號的振幅為負(fù)時(shí),載波起始相位取180。有時(shí)也把代表兩個以上符號的多相制相位調(diào)制稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強(qiáng)，但在解調(diào)時(shí)需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調(diào)。當(dāng)基帶信號為二進(jìn)制數(shù)字信號時(shí)，三種數(shù)字調(diào)制分別稱為二進(jìn)制幅度鍵控（2ASK）、二進(jìn)制頻率鍵控(2FSK)和二進(jìn)制相位調(diào)制(2PSK)。如下圖所示。圖5 2ASK、2FSK和2PSK的波形圖3 基于Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真3.1 計(jì)算機(jī)仿真簡介在進(jìn)行系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計(jì)的過程中,人們

22、除了運(yùn)用理論知識對系統(tǒng)進(jìn)行理論上的分析計(jì)算以外，常要對系統(tǒng)的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，這種實(shí)驗(yàn)研究一般有兩種，一種是在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行，另一種則是計(jì)算機(jī)仿真，前者由于受到安全性和經(jīng)濟(jì)性等限制，往往不易辦到或不易采納，因此后者受到研究者的青睞。仿真就是將一個近似描述實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行二次模型變成一個仿真模型，然后將它放到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程。計(jì)算機(jī)仿真是在研究系統(tǒng)過程中，根據(jù)相似原理，利用計(jì)算機(jī)來逼真模仿研究對象。研究對象可以是真實(shí)的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)仿真三個基本活動包括：系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗(yàn)。聯(lián)系這個三個活動的系統(tǒng)仿真的三要素：系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)（軟硬件）。各種新技術(shù)的發(fā)展

23、使現(xiàn)代通信系統(tǒng)和設(shè)備日益復(fù)雜，在分析和設(shè)計(jì)階段，所需付出的時(shí)間和精力也日益增加，而通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真。省時(shí)省力，成本低，能夠縮短研制開發(fā)周期，僅僅通過觀察仿真所得結(jié)果無需硬件實(shí)現(xiàn)即可達(dá)到目的。因此，在計(jì)算機(jī)上建立通信系統(tǒng)的模型，通過模擬通信系統(tǒng)的工作過程和狀態(tài)來分析和評價(jià)通信系統(tǒng)的性能，在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、研制過程中起著越來越重要的作用。另外，通信系統(tǒng)研制過程中所需要的大量的計(jì)算和分析，如用傳統(tǒng)的基于公式的分析方法，既要對實(shí)際的通信系統(tǒng)進(jìn)行簡化和近似，又要對設(shè)計(jì)參數(shù)和系統(tǒng)之間的關(guān)系提供準(zhǔn)確的公式，這顯然使矛盾的，而借助于計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算功能能夠很好的解決這一矛盾，并且利用計(jì)算機(jī)的圖形顯示

24、技術(shù)，使得公式推導(dǎo)的結(jié)果形象逼真的顯示出來?？傊S著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)的仿真已成為設(shè)計(jì)和分析通信系統(tǒng)的重要工具并發(fā)揮著越來越重要的作用。通信系統(tǒng)的仿真一般有兩種途徑：一是基于波形的計(jì)算機(jī)模擬，即直接得到與系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)字波形序列，然后統(tǒng)計(jì)處理得到的性能參數(shù)。二是基于公式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。即通過模擬得到的公式所需的變量，然后用公式計(jì)算有關(guān)系統(tǒng)性能的參數(shù)。對通信系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的基本步驟可以歸納為：1、把整個通信系統(tǒng)簡化，得到源系統(tǒng)，然后將源系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行分塊，分成許多既互相聯(lián)系、又互相獨(dú)立的工作單元，從而使整個工作系統(tǒng)形成流程，繪出流程圖；2、確定每個單元的輸入輸出變量、常量與參量

25、的數(shù)據(jù)，如果是隨機(jī)變量的話，則給定其統(tǒng)計(jì)特性；3、根據(jù)整個系統(tǒng)和每個單元的工作原理，詳細(xì)推導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)量間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并將其形成數(shù)學(xué)模型；4、確定輸出判決方法與收集指標(biāo)；5、按確定之?dāng)?shù)學(xué)模型，尋找或編寫出相應(yīng)的目標(biāo)系統(tǒng)元件；6、將所確定的目標(biāo)系統(tǒng)元件連接起來，并按規(guī)定的時(shí)間和范圍，確定輸入輸出之?dāng)?shù)據(jù)，構(gòu)造整個目標(biāo)系統(tǒng)，進(jìn)行仿真運(yùn)算；7、最后是結(jié)果分析，將計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果對照、檢驗(yàn)，糾正仿真時(shí)的錯誤，調(diào)整參數(shù)，多次重復(fù)，直至獲得正確結(jié)果為止。在上述步驟中，關(guān)鍵是正確地確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，模型的正確合理與否直接影響仿真的結(jié)果。3.2 Simulink簡介MATLAB最初是Mathworks公司推

26、出的一種數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，開發(fā)了包括通信系統(tǒng)在內(nèi)的多個工具箱，從而成為目前科學(xué)研究和工程應(yīng)用的最流行的軟件包之一。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個集成環(huán)境，廣泛運(yùn)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。它包括一個復(fù)雜的接收器、信號源、線性和非線性組件以及連接組建的模塊庫，用戶也可以根據(jù)需要定制或者創(chuàng)建自己的模塊。Simulink的主要特點(diǎn)在于使用戶可以通過簡單的鼠標(biāo)操作和拷貝等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數(shù)，并可以馬上看到改變參數(shù)后的結(jié)果，從而達(dá)到方便、快捷地建模和仿真

27、的目的。3.3 模型建立及主要模塊設(shè)計(jì) 基于MATLAB /Simulink所建立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型，能夠反映擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，可進(jìn)行波形觀察、頻譜分析和性能分析等，同時(shí)能根據(jù)研究和設(shè)計(jì)的需要擴(kuò)展仿真模型，實(shí)現(xiàn)以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信的模擬仿真，為系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的平臺。3.3.1 m序列反饋移位寄存器仿真模型 圖6為基于MATLAB/Simulink的產(chǎn)生m序列反饋移位寄存器仿真模型。圖6 m序列產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)框圖本文利用本原多項(xiàng)式101100011（式中1代表寄存器有反饋，0則代表無反饋）構(gòu)建產(chǎn)生周期為255的m序列反饋移位寄存器。下面對圖6中的模塊進(jìn)行一下介紹：單

28、位寄存器（Unit Delay）：將信號進(jìn)行寄存，在時(shí)鐘到來時(shí)，將寄存的信號傳遞給下一個寄存器。邏輯器件（Logical Operator）：將從寄存器反饋的信號進(jìn)行異或邏輯運(yùn)算，再傳遞給第一個寄存器。零階采樣保持（Zero-Order Hold）：與頻譜儀的采樣時(shí)間保持一致，保證頻譜儀可以正常工作。頻譜儀（Spectrum Scope）：可以觀察到出入信號的頻譜。返回工作空間（To Workspace）：將產(chǎn)生的二進(jìn)制m序列返回MATLAB的工作空間，方便進(jìn)行類似求相關(guān)函數(shù)的信號處理。3.3.2 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型圖7為基于MATLAB/Simulink的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型。隨機(jī)

29、整數(shù)發(fā)生器（Random Integer generator）：仿真系統(tǒng)的信源，隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)信號，采樣時(shí)間、初始狀態(tài)可自由設(shè)置，從而滿足擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所需信源的要求。PN序列生成器模塊（PN Sequence Generator）：偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器，擴(kuò)頻過程通過信息碼與PN碼進(jìn)行雙極性變換后相乘加以實(shí)現(xiàn)。解擴(kuò)過程與擴(kuò)頻過程相同，即將接收的信號用PN碼進(jìn)行第二次擴(kuò)頻處理。采用QPSK解調(diào)解調(diào)技術(shù)，調(diào)制由正弦載波與雙極性擴(kuò)頻碼直接相乘實(shí)現(xiàn)，采用相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)。加性高斯白噪聲（AWGN Channel）：傳輸信道為加性高斯自噪聲信進(jìn)。在加性高斯自噪聲信道模塊中，可進(jìn)行信號功率和信噪比的設(shè)置。圖7 MATLAB/Simulink的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型3.4 仿真結(jié)果圖8是對m序列的相關(guān)函數(shù)的仿真結(jié)果圖。因?yàn)楸疚氖抢弥芷跒?55的m序列進(jìn)行相關(guān)仿真，所以可以看到在周期點(diǎn)處有很強(qiáng)的自相關(guān)特性，在其余點(diǎn)處有近似為0的互相管特性。在實(shí)際應(yīng)用中，我們希望序列的互相關(guān)幅度值越小越好。圖8 m序列的相關(guān)函數(shù)特性圖9是m序列頻