基于SIMULINK直接擴頻序列通信系統(tǒng)的設(shè)計

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計基于 Simulink 直接序列擴頻通信系統(tǒng)設(shè)計Direct Sequence Spread Spectrum Communication Systems Design Based on Simulink摘要直接序列擴頻通信系統(tǒng)(DSSS)因其抗干擾性強、 隱蔽性好、易于實現(xiàn)碼分多址(CDMA)、抗多徑干擾、直擴通信速率高等眾多優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中。本文設(shè)計了一種基于 Simulink 的直接序列擴頻通信系統(tǒng)。首先對直接序列擴頻通信系統(tǒng)從應(yīng)用背景、特點、意義和發(fā)展幾個方面進(jìn)行了研究，然后從直接序列擴頻通信系統(tǒng)的基本理論、基本原理、性能和擴頻通信系統(tǒng)的同步

2、原理等方面闡述了直接序列擴頻通信系統(tǒng)，并對直接擴頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究和理論分析，達(dá)到了預(yù)期的效果。本文從理論上分析了直接序列擴頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能。本系統(tǒng)包括信號生成部分、發(fā)送部分、接收部分、調(diào)制和解調(diào)、加擴與解擴五個部分。并以 BPSK 系統(tǒng)為例，給出了誤碼率理論分析結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期的效果。本文研究的直接序列擴頻通信系統(tǒng)，為以后的頻譜通信系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：直接序列擴頻通信系統(tǒng)MATLAB 仿真Simulink 模塊仿真AbstractDirect sequence spread spectrum communication system (DSSS) because of it

3、s strong anti-interference, easy to conceal and easy to realize code division multiple access (CDMA), fight multipath interference, straight expansion communication rate higher numerous advantages, is widely used in many fields.This paper introduces a design of Simulink based on the direct sequence

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

5、ormance and spread spectrum communication system of synchronous principle, this paper describes direct sequence spread spectrum communication system, and the directly spread spectrum communication system simulation and theory analysis, achieve the expected effect. The paper theoretically analyzes th

6、e direct sequence spread spectrum communication system of anti-jamming performance. This system includes signal generation part, sending part, receiving part, modulation and demodulation, add expansion and solution expansion of five parts. And with BPSK system as an example, the theoretical analysis

7、 results are ber, achieve the expected effect. This paper studies the direct sequence spread spectrum communication system, for the following spectrum communication system laid a foundation. Keywords: Direct sequence spread spectrum communication systemSimulink MATLABSimulation 目錄第 1 章緒論11.1直接擴頻通信系統(tǒng)

8、的應(yīng)用背景11.2直接擴頻通信系統(tǒng)的意義11.3直接擴頻通信系統(tǒng)的特點11.4直接擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)展3第 2 章直接擴頻通信系統(tǒng)技術(shù)42.1直接序列擴頻基本理論42.1.1擴頻通信的理論基礎(chǔ)42.1.2擴頻增益和抗干擾容限52.2直接序列擴頻的基本原理62.3 直接序列擴頻的基本原理92.3.1直擴系統(tǒng)的抗干擾性92.3.2直擴系統(tǒng)的抗截獲性102.3.3直擴碼分多址通信系統(tǒng)112.3.4直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能112.3.5直擴測距定時系統(tǒng)122.3.6擴頻序列通信系統(tǒng)的同步原理12第 3 章基于 Simulink 的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的仿真143.1直接序列擴頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)

9、置143.1.1功能模塊的連接143.1.2直接序列擴頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置173.2直接序列擴頻通信系統(tǒng)功能的實現(xiàn)233.3總結(jié)28第 4 章直接擴頻通信系統(tǒng)性能分析294.1直接序列擴頻系統(tǒng)誤碼率的仿真294.2仿真結(jié)果分析314.3結(jié)論32第 5 章應(yīng)用33參考文獻(xiàn)34致謝35附錄36附錄 A外文資料36石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計0第 1 章緒論1.1直接擴頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用背景直接序列擴頻技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼(PN 碼)擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴展用的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息

10、。它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供安全保障，是美軍重要的無線通信保密技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測到信號。即探測到信號，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號重新會變成原始的信號。有關(guān)擴頻通信技術(shù)的觀點是在 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，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。1.2直接擴頻通信系統(tǒng)的意義直接擴頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機如：衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GPS)、3G 移動通信系統(tǒng)、WLAN 和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問題。擴頻技術(shù)也為提高無線電頻率的利用率提供幫助。直接擴頻通信系統(tǒng)具有抗干

11、擾性強、隱蔽性好、易于實現(xiàn)碼分多址、抗多徑干擾、直擴通信速率高、有很強的保密性能等優(yōu)點2?？梢?，對直接序列擴頻通信系統(tǒng)的研究具有非常重大的意義。但也有不足，直擴系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機碼的同步，以便接受機用此同步后的偽隨機碼去對接受信號進(jìn)行相關(guān)解擴。所以，設(shè)計一個能夠克服這些缺點的直接擴頻通信系統(tǒng)相當(dāng)重要。1.3直接擴頻通信系統(tǒng)的特點1、 直序擴頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(1)抗干擾性強抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了 100 倍，如要保持原干擾強度，則需加大100 倍總功率，這實質(zhì)上是難以實現(xiàn)的。

12、因信號接收需要擴頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進(jìn)行干擾，在不知道信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術(shù)抗干擾石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計1性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。(2)隱蔽性好因為信號在很寬的頻帶上被擴展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，加之不知擴頻編碼，很難攝取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。 (3)易于實現(xiàn)碼分多址(CDMA)直擴通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾

13、能力，是否浪費了頻段呢？其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴通信要用擴頻編碼進(jìn)行擴頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關(guān)解擴才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼，就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實現(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，接收者用不同的擴頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信，提高了頻譜利用率3。另外，擴頻碼分多址還易于解決

14、隨時增加新用戶的問題。(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)從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。(5)直擴通信速率高直擴通信速率可達(dá) 2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。(6)有很強的保密性能。對于直擴系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。由于直擴信號的頻譜密度很低，直擴系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影響就很小。 2、直擴通信系統(tǒng)的不足直擴系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求

15、的同步以外，還必須完成偽隨機碼的同步，以便接收機用此同步后的偽隨機碼去對接受信號進(jìn)行相關(guān)解擴。直擴系統(tǒng)隨著偽隨機碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時間就長。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計21.4直接擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)展由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴頻技術(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，它對其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時對附近其他設(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、成本效益好的直接序列擴頻系統(tǒng)?，F(xiàn)在直擴技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計算機無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破，在此后

16、的發(fā)展過程中主要是硬件的改善和性能的提高。隨著移動通信的迅猛發(fā)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發(fā)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通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動通信系統(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。直擴碼分多址，由于具備通信容量大、能充分利用話音的統(tǒng)計特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點被作為未來移動通信中最具競爭力、最有前景的無線多址接入技術(shù)4。無線擴頻通信作為另一種有效的補充通信手段，已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。發(fā)展到現(xiàn)在，擴頻技術(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

17、能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。因此，應(yīng)用的驅(qū)動一直是擴頻技術(shù)發(fā)展的強大動力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動通信、無線局域網(wǎng)、全球個人通信等，擴頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。隨著科技的發(fā)展，擴頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計3第 2 章直接擴頻通信系統(tǒng)技術(shù)2.1直接序列擴頻基本理論2.1.1擴頻通信的理論基礎(chǔ)直接序列(DS：Direct Sequence)擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。在接收端，用相同的擴頻碼序列去進(jìn)行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。人們總是想方設(shè)法使信號所占的頻譜盡量窄，以獲得頻率資源利用率的提高。但擴頻通信在發(fā)送端

18、用擴頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴以恢復(fù)出所傳信息數(shù)據(jù)。為什么要用寬頻帶信號來傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的安全可靠性。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點來說明：根據(jù)香農(nóng)(C.E.Shannon)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) )1 (log2NSBC式中：C-信息的傳輸速率(信道容量)單位； S-信號平均功率 單位 W； sbB-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，可以從兩種途徑實現(xiàn)，即加大帶寬 B 或提高信噪比。換句話說，當(dāng)信號

19、的傳輸速率 C 一定時，信號帶寬 B 和信噪比是可以NSNS互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴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)于信息傳輸差錯概率的公式 (2-2)0nEfPe此公式指出，差錯概率是信號能量與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。設(shè)信ePEon息持續(xù)時間為，或數(shù)字信息的碼元寬度為，則信息的帶寬為TTmB (2-3)TBm1石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計4信號功率 S 為 (2-4)TS1已調(diào)(或已擴頻)信號的寬度為 B，則噪

20、聲功率為 (2-5)BnN0將式（2-3）、（2-4）、（2-5）代入式（2-2），可得 (2-6) meBBNSfBNSTfP公式(2-6)指出，差錯概率是輸入信號與噪聲功率之比()和信號帶寬與信ePNS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mBB/用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處。綜上所述，將信息帶寬擴展 100 倍，甚至用 1000 倍以上的帶寬信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全的通信。這就是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。2.1.2擴頻增益和抗干擾容限擴頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴展了信號頻譜，在接收端解擴還原了信息

21、，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，各種擴頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴展后的擴頻信號帶寬比例有關(guān)。一般把擴頻信號帶寬 W 與信息帶寬F 之比稱為處理增益，即PG (2-7)FWGP式(2-7)表明了擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與有關(guān)。因此，處理增益是擴頻系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。PG系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下：jM (2-8)SPjLNSGM0式(2-8)中：（S/N）= 輸出端的信噪比， = 系統(tǒng)損耗SL由此可見，抗干擾容限與擴頻處理增益成正比，擴頻處理增益提高后，jMPG抗干擾容限大大提高，甚至信號在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通

22、常的擴頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計52.2直接序列擴頻的基本原理所謂直接序列擴頻(DS)，就是直接用具有高速率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。而接收端，用相同的擴頻碼序列進(jìn)行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始信息6。圖 2-1 示出了直擴通信系統(tǒng)的原理方框圖。圖 2-1 直擴通信系統(tǒng)的組成框圖信息信碼 m(t)BPSK 調(diào)制載波PN 碼擴頻解調(diào)本地 PN 碼BPSK 解調(diào)本地載波石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計6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 兩個碼元，其碼元)(tm寬度為。

23、加入擴頻解調(diào)器，圖中為模 2 加法器，擴頻碼為一個偽隨機碼(PN 碼)，bT記作。偽碼的波形如圖 2-2 中的第(2)個波形，其碼元寬度為，且取 。通)(tpPT常在 DS 系統(tǒng)中，偽碼的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率，即，PRmRmpRR （），也就是說，偽碼的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度， c tm tp tmPRR PTbT這樣才能展寬頻譜。模 2 加法器的運算規(guī)則可用下式表示 (2-9)()()(tptmtc當(dāng)與符號相同時，為 0；而當(dāng)與不同時，則為 1。的)(tm)(tp)(tc)(tm)(tp)(tc波形如圖 2-2 所示中的第（3）個波形。由圖可見，當(dāng)信碼為 0 時，與)(tm)(tc)(tp相

24、同；而當(dāng)信碼為 1 時，則為取反既是。顯然，包含信碼的)(tm)(tm)(tc)(tp其碼元寬度已變成了，即已進(jìn)行了頻譜擴展。其擴展處理增益也可用下式表)(tcpT示 (2-10)PbPTTGlg10在一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度(碼片寬度)越窄，則擴頻bTpT處理增益越大。經(jīng)過擴頻，還要載頻調(diào)制，以便信號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)(tctA1cos為。即)(1ts (2-11)tAtcts11cos)()(石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計7式(2-11)中， (2-12)碼當(dāng)二進(jìn)制序列為碼當(dāng)二進(jìn)制序列為1

25、011)(tc因此，經(jīng)過擴頻和相位調(diào)制后的信號為)(1ts (2-13)tAtAttActs1111coscoscos)()(由上面討論可知，經(jīng)過擴頻調(diào)制信號可看作只取1 的二進(jìn)制波形，然后對)(tc載頻進(jìn)行調(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。這里假定平衡調(diào)制器是理想對稱，碼序列取+1、1 的概率相同，即調(diào)制信號無直流分量，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)射機中推動級、)(1ts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

26、cTpT。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，pcTT cTpT否則要在一個期間內(nèi)畫幾十個甚至幾百個正弦波。對于 BPSK 來說，主要是看清pT楚已調(diào)波與調(diào)制信號之間的相位關(guān)系。圖 2-2 中的第(5)個圖為已調(diào)波的波形。)(1ts這里，當(dāng)為 1 碼時，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng)為 0 碼時，取同相。已調(diào)波)(tc)(tc與載波的相位關(guān)系如圖 2-2 中的第(6)個圖所示。接收端的工作原理：假設(shè)發(fā)射的信號經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯，經(jīng)過接收機前端電路(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，因為對 PSK 調(diào)制)(1ts信號而言，重要的是相

27、位問題，這里的假定對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。接收機中的本振信號頻率與載波相差為一個固定的中頻。假定收端的偽碼(PN)與發(fā)端的 PN 碼相同。接收端本地調(diào)相情況與發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號是，即調(diào)相器輸出信號的相位僅取決于，當(dāng)=1 時，)(tp)(2ts)(tp)(tp的相位為；當(dāng)=0 時，的相位為 0。信號的相位如圖 2-2 中(7)(2ts)(tp)(2ts)(2ts所示。相關(guān)器的作用在這里可等效為對輸入相關(guān)器的、相位進(jìn)行模 2 加。對)(1ts)(2ts二元制的 0、而言，同號模 2 加為 0，異號模 2 加為。因此相關(guān)器的輸出的中頻相位如圖 2-2 中的(8)所

28、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系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對信號進(jìn)行擴頻與解擴處石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計8理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直擴系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3 直接序列擴頻的基本原理2.3.1直擴系統(tǒng)的抗干擾性直擴系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強抗干擾性的通信手段。直擴系統(tǒng)對窄帶干擾、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頻處理增益，越大，抗干擾能力就越強。下面就來分析直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾PGPG和抗窄帶干擾的原理。圖 2-3 為直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。這里的寬帶干擾是泛指的與擴頻信號不

29、相關(guān)的，在 CDMA 通信網(wǎng)中，其它用戶的信號就是一種寬帶干擾。相關(guān)處理前，信號頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，有用信息被解擴，其功率譜集中于信息帶寬內(nèi)，而寬帶干擾通過相關(guān)器，其功率譜密度基本不變。由于解擴后必然連接窄帶濾波器，保證信號能順利通過，對信號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。解擴后的有用信號信息帶寬 BA 有用信號干擾電平白限熱噪聲電平cRcR功率頻譜干擾信號 cffcRf(a)接收機輸入的信號及干擾的功率譜 (b)相關(guān)器輸出的信號及干擾的功率譜對單頻或窄帶干擾，直擴系統(tǒng)有很強的抗干擾能力。圖 2-4(a)為解擴前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地擴

30、頻碼(PN 碼)是不相關(guān)的。對干擾來說，相關(guān)器起到擴展頻譜的目的，功率譜密度就大大下降，其中對信號有害的干擾分量只有落入信息帶寬部分，從而抑制了大部分干擾。由于有用信號能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。A A解擴后的有用信號干擾被擴展頻譜有用信號窄帶干擾信號 2cRf iffcfcf(a)未解擴的功率譜（b）解擴后的功率譜圖 2-4直擴系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖(b)解擴后的功率譜圖 2-3直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計92.3.2直擴系統(tǒng)的抗截獲性截獲敵方信號的目的在于： (1)發(fā)現(xiàn)敵方信號的存在， (2)確定敵方信號的頻率， (3)確定敵方發(fā)射機的方向。 理

31、論分析表明，信號的檢測概率與信號能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號的頻帶寬度成反比。直擴信號正好具有這兩方面的優(yōu)勢，它的功率譜密度很低，單位時間內(nèi)的能量就很小，同時它的頻帶很寬。因此，它具有很強的抗截獲性。如果滿足直擴信號在接收機輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機發(fā)現(xiàn)不了直擴信號的存在。另外，由于直擴信號的寬頻帶特性，截獲時需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測，也是困難之一。因此，直擴信號可以用來進(jìn)行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴信號的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴信號的檢測與估值問題7。2.3.3直擴碼分多址通信系統(tǒng)多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的

32、一個通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個用戶都可以通信，而且許多對用戶同時通信時互不不擾。應(yīng)用直擴系統(tǒng)就很容易組成這樣一個多址通信系統(tǒng)(網(wǎng))。具體的做法是給每一個用戶分配一個 PN 碼作為地址碼。首先，利用直擴信號中 PN 碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每個用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號，此時自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號。對于其他用戶發(fā)來的別的信號，因 PN 碼不同時互相關(guān)值很小，不會被解擴出來。其次，利用直擴信號中頻譜擴展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻帶。此時相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個用戶占用的頻寬很窄，相對說來，頻譜利用率也是高的8。實現(xiàn)直擴碼

33、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。同時還需要有一定的數(shù)量。Gold 碼就可以作為地址碼來用，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、是要注意克服“遠(yuǎn)近”問題。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計10所謂“遠(yuǎn)一近”問題指的是距離近的用戶的信號強，它會干擾距離遠(yuǎn)的弱信號的接收。解決的辦法是采用自動功率控制，自動調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá)到接收機時各用戶信號功率基本相等，也就是滿足接收機輸入端等功率的條件，才能正確地區(qū)分有用信號。 3、是同時通話的用戶數(shù)，決定于整個網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 因此，直擴碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲

34、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直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能多徑信道就是發(fā)射機和接收機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電波的反射都是形成多徑信道的原因。不同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達(dá)時間的延遲也不同。直擴系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強的直達(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 PN 碼時片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來對待。另外，如果采用不同時延的匹配濾波器，把多徑信號分離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號在相位上對齊相加，起到增加

35、接收信號能量的作用。因此，直擴系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。2.3.5直擴測距定時系統(tǒng)直擴系統(tǒng)的發(fā)展是從測距開始的。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間，也就測定了距離。用直擴信號來測取和定時有獨特的優(yōu)點。當(dāng)采用一個較長周期的 PN 碼序列作為發(fā)射信號、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)行比較，即比較兩個碼序列相差的時片數(shù)，就可以看出其時間差，也就能換算出發(fā)射機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，基本的分辨率即一個碼片。此外，有了精確的測距的定時系統(tǒng)，不難形成一個精確的定位系統(tǒng)；按照簡單的幾何關(guān)系

36、，已知兩個點的位置(坐標(biāo))和距離，及其在某一平面上分別與第三點的距離，也就能確定第三點的坐標(biāo)位置。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計112.3.6擴頻序列通信系統(tǒng)的同步原理任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號的傳輸，要求收發(fā)兩端信號在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴頻通信系統(tǒng)也不例外。一個相干擴頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實現(xiàn)信息碼元同步、PN 碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實現(xiàn)了這些同步，直擴系統(tǒng)才能正常的工作?？梢哉f沒有同步就沒有擴頻通信系統(tǒng)。同步系統(tǒng)是擴頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時鐘可以和 PN 碼元時鐘聯(lián)系起來，有固定的關(guān)系，一個實現(xiàn)了同步，另一個自然也就同步了。對于載

37、頻同步來說，主要是針對相干解調(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)來實現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論 PN 碼碼元和序列的同步。 一般說來，在發(fā)射機和接收機中采用精確的頻率源，可以去掉大部分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)信機的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差；2、收發(fā)信機相對不穩(wěn)定性引起的頻差； 3、收發(fā)信機相對運動引起的多普勒頻移； 4、以及多徑傳播也會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)的作用就是要實現(xiàn)本地產(chǎn)生的 PN 碼與接收到的信號中的 PN 碼同步，即頻

38、率上相同，相位上一致9。同步過程一般說來包含兩個階段： 1、接收機在一開始并不知道對方是否發(fā)送了信號，因此，需要有一個搜捕過程，即在一定的頻率和時間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對方發(fā)來的信號與本地信號在相位之差納入同步保持范圍內(nèi)，即在PN 碼一個時片內(nèi)。 2、一旦完成這一階段后，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)信號仍然保持同步。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計12如果由于采種原因引起失步，則重新開始新的一輪搜捕和跟蹤過程。因此，整個同步過程是包含搜捕和跟蹤兩

39、個階段閉環(huán)的自動控制和調(diào)整過程。圖 2-5 為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖，圖中接收到的信號經(jīng)寬帶濾波器后，在乘法器中與本地 PN 碼進(jìn)行相關(guān)運算。此時搜捕器件，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。一旦捕獲到有用信號后，則起動跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN 碼發(fā)生器與外來信號保持同步。接收信號圖 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)器石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計13第 3 章基于 Simulink 的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的仿真3.1直接序列擴頻通信系統(tǒng)功能模塊的連接及設(shè)置3.1.1功能模

40、塊的連接根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖，用鼠標(biāo)點擊并移動所需功能模塊到合適的位置，將鼠標(biāo)移到有關(guān)功能模塊的輸出端(有一個向外的箭頭)，選中該輸出端并移動鼠標(biāo)到另個功能模塊的輸入端(有個向內(nèi)的箭頭)，移動時出現(xiàn)虛線。到達(dá)所需輸入端時，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，應(yīng)注意下列幾點：1)從功能模塊輸出端連接到另一功能模塊的輸入端，也可從一個功能模塊輸入端反向連接到另一個功能模塊的輸出端；2)一個輸出端連接多個輸入端時，可采用從個功能模塊輸入端連接到另一個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，可在連接線

41、交點處按下“Shift”鍵，再釋放鼠標(biāo)左鍵；3)移動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，拖動到合適位置后釋放鼠標(biāo)左鍵；4)增加連接線轉(zhuǎn)折點的方法是，選中連接線，鼠標(biāo)移到所需增加轉(zhuǎn)折點處，按下“Shift”鍵，點擊鼠標(biāo)左鍵，移動轉(zhuǎn)折點到所需位置；5)連接線的復(fù)制、粘貼和剪切等操作方法與 Windows 對應(yīng)的操作方法相同； 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，方可進(jìn)行仿真操作。不同功能模塊的參數(shù)是不相同的，用鼠標(biāo)雙擊該功能模塊自動彈出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對話框。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計14圖 3-1傳遞函數(shù)模型參數(shù)設(shè)置對話框例如，圖 3-

42、1 是傳遞函數(shù)模型功能模塊的對話框。功能模塊對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式兩個編輯框組成，在分子多項式框中，用戶可輸入系統(tǒng)模型的分子多項式，在分母多項式框中，輸入系統(tǒng)模型的分母多項式等10。設(shè)置功能模塊的參數(shù)后，點擊 OK 軟鍵進(jìn)行確認(rèn)，將設(shè)置參數(shù)送仿真操作畫面，并關(guān)閉對話框。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 點擊圖 3-1 操作畫面“Simulation”下拉式菜單“Simulation P

43、arameters”選項，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)、高級屬性(Advanced)和實時工作室(RealTime Workshop)等 5 個頁面。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計15圖 3-2仿真器參數(shù)設(shè)置對話框解算器頁面用于設(shè)置仿真開始和終止時間，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(相對和絕對誤差)、輸出方式和精細(xì)因子設(shè)置等。通常，仿真操作時可根據(jù)仿真曲線設(shè)置終止時間和最大步長，以便得到較光滑的輸出曲線。工作空間輸入輸出頁面

44、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。診斷頁面用于對仿真中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行診斷。高級屬性頁面用于模型參數(shù)的在線組態(tài)和優(yōu)化操作。實時工作室頁面用于設(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，需對示波器參數(shù)進(jìn)行設(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(可以有多個輸入信號)與時間關(guān)系的設(shè)備，雙蹤示波器指顯示兩個輸入信號之間關(guān)系的設(shè)備。(1)單蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 點擊已存在的示波器，彈出如圖 3-3 所示的單蹤示波器顯示畫面，點擊畫面的圖標(biāo)“” ，彈出如

45、圖 3-4 所示的示波器屬性對話框，分 2 個頁面。用于設(shè)置顯示坐標(biāo)窗口數(shù)、顯示時間范圍、標(biāo)記和顯示頻率或采樣時間等。時間范圍應(yīng)與仿真器終止時間一致，以便最大限度顯示仿真操作數(shù)據(jù)。鼠標(biāo)右鍵點擊示波器顯示窗口，從彈出菜單選擇“Autoscale” ，或直接點擊圖標(biāo)“” ，可在響應(yīng)曲線顯示后自動調(diào)整縱坐標(biāo)范圍；從彈出的菜單選擇“Save current axes settings” ，或直接點擊圖標(biāo)“” ，將當(dāng)前坐標(biāo)軸范圍的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲。此外，還有石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計16打印和對 X、Y 或同時放大或恢復(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 X和

46、Y 坐標(biāo)的范圍和采樣時間設(shè)置。圖 3-3單蹤示波器顯示畫面圖 3-4單蹤示波器屬性對話框3.1.2直接序列擴頻通信系統(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部分構(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。一個典型的 Simulink 模塊由信源、系統(tǒng)及信宿等三部分組成。他們的關(guān)系如圖3-5 所示。 信源系統(tǒng)信宿圖 3-5Simulink 模型的典型結(jié)構(gòu)信源提供系統(tǒng)的輸入信號，如常量、正弦波、方波等；系統(tǒng)是對仿真對象的數(shù)學(xué)抽象，比如是連續(xù)線性系統(tǒng)，還是非連續(xù)線性系統(tǒng)？對輸入信號進(jìn)行求和，還是石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計17對

47、輸入信號進(jìn)行了一次調(diào)制？信宿是接收信號的部分，用戶可以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)仿真的基本步驟如下：1)建立數(shù)學(xué)模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理，將整個系統(tǒng)簡化到源系統(tǒng)，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分之間的關(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 Communication Toolbox SIMULINK Block Library)的各個子庫中，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

48、參數(shù)：參數(shù)設(shè)置包括運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置(如系統(tǒng)運行時間、采樣速率等)和功能模塊運行參數(shù)設(shè)置(正弦信號的頻率、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)鍵點處設(shè)置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。5)生成新的模塊：對于 Communication Toolbox 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 MEX 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，以便隨時調(diào)用。下面就對直接序列擴頻通信

49、系統(tǒng)里的擴頻與解擴、BPSK 調(diào)制、編碼信道AWGN 信道進(jìn)行了 Simulink 模塊仿真。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將輸入信號在示波器中顯示出來。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計18擴頻后的信息PN 碼序列用戶信息圖 3-7 擴頻框圖2)Display將輸入信號以數(shù)字的形式顯示出來。3)Error Rate Calculation計算輸入信號的比特或符號錯誤率。4)AWGN channelAWGN 信道。5)PN Sequence Generator生成 PN 序列。6)Bernoulli Binary Generator生成 Bernoull

50、i 分部二進(jìn)制數(shù)。7)BPSK Demodulator Basband BPSK 解調(diào)。8)BPSK Modulator BasbandBPSK 調(diào)制。1、擴頻與解擴的 Simulink 仿真圖擴頻模塊包括偽隨機碼生成和相關(guān)運算兩個部分。不同的偽隨機碼表示著不同的擴頻方式。常用的偽隨機碼有 m 序列(最大長度移位寄存器序列)、Gold 碼序列等。在直序擴頻序列通信系統(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擴頻到某個較寬的帶寬上，然后在信道上進(jìn)行傳輸。解擴過

51、程與擴頻過程完全相同，也是將輸入解擴模塊的信號用偽隨機碼進(jìn)行擴頻處理。同時，要求接收端解擴頻用的偽隨機碼與發(fā)送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同；否則，將會導(dǎo)致期望用戶的信號自身相互抵消。解擴處理將擴頻后的信號壓縮到信息頻帶內(nèi)，由寬帶信號恢復(fù)為窄帶信號；同時，解擴處理的結(jié)果也擴展了干擾信號，降低了干擾信號的功率譜密度，使之進(jìn)入到信息頻帶內(nèi)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 是用戶信息被擴展的框圖。圖 3-8 是擴頻的仿真模型，圖中一個隨機序列與 PN 碼序列異或相乘得一個新的序列，使隨機序列的頻譜被擴展。圖 3-9 的第一個波形輸入的隨機信號的波形

52、，第二個波形是擴頻后的波形，第三個波形是生成的 PN 碼序列的波形。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計19圖 3-8擴頻仿真模型圖 3-9輸出的 PN 碼擴頻波形圖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)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生 BPSK 信號。通常用已調(diào)信號載波的 0和 180分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。理想的 BPSK 調(diào)制可使載波相位瞬時變化180。BPSK 信號的調(diào)制原理圖如圖 3-10 所示。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計20ebpsk(t)開關(guān)電路 S（t）cosct180移相圖 3-10B

53、PSK 調(diào)制原理圖BPSK 信號的解調(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，3-14 是信源輸入的隨機數(shù)字信息的波形，圖 3-15 是隨機數(shù)字信息經(jīng) BPSK 調(diào)制后的頻譜圖。隨機數(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 cosct相乘器輸出ebpsk(t)圖 3-11BPSK 解調(diào)原理圖石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計21圖

54、 3-14信源產(chǎn)生的隨機序列圖 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，編碼器的輸出是某一數(shù)字序列，而譯碼器輸入同樣也是一數(shù)字序列，它們在一般情況下是相同的數(shù)字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計22輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)可用一個完成數(shù)字序列變換的方框加以概括，這個方框就稱為編碼信道。如圖 3-16 所示。本設(shè)計中采用 AWGN 作為編碼信道，所謂AWGN 信道，是指信號在信道中傳輸時加入了高斯白噪聲，如圖 3-17 的仿真波形中第一個圖形為輸入信息，第二個波形為加入高斯白噪聲后的波形。 圖 3-16AWGN

55、信道仿真 圖 3-17通過 AWGN 信道輸出前和輸出后的波形3.2直接序列擴頻通信系統(tǒng)功能的實現(xiàn)假設(shè)該系統(tǒng)以 BPSK 方式調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸率為 100bps，擴頻碼片速率為 2000，信號通過 AGWN 信道后受到了頻率為 200Hz 的正弦信號的干擾，建立系統(tǒng)schip模型并觀察各個階段信號的波形與頻譜，測試傳輸信號的誤碼率。發(fā)射端的仿真模型如圖 3-18 所示：石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計23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)于信源，其采樣時間(sample time)設(shè)置為 1/100

56、，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)置其采樣時間(sample time)為 1/2000，即擴頻碼片速率為 2000chip/s。由于相乘時數(shù)據(jù)流的傳輸速率要與擴頻碼片序列相同，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頻序列。通過示波器 Scope1 可以

57、觀察原信息序列、PN 序列和擴頻序列。為了方便觀察原來信號和擴頻后信號的頻譜變化，我們希望頻譜觀察范圍達(dá)到 8kHz，需要被觀察信號的采樣率達(dá)到 16000 次/s，因此在模型中使用 Rate Transition 模塊是需要觀測的信號的采樣率達(dá)到 16000 次/s。圖 3-19原數(shù)據(jù)信號的頻譜石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計24圖 2-20擴頻信號的頻譜圖 3-21三路信號的時域波形接收端的仿真模型如圖 3-22 所示。偽 偽 偽偽 偽 偽 偽 偽 偽 偽 偽偽 偽 偽 偽 偽 偽偽 偽 偽 偽 偽偽 偽 偽 偽 偽BPSK偽 偽Unipolar toBipolarConverterUnip

58、olar toBipolarConverter3Unipolar toBipolarConverterUnipolar toBipolarConverterUnipolar toBipolarConverterUnipolar toBipolarConverterB-FFTSpectrumScope偽 偽 偽 偽B-FFTSpectrumScope2偽 偽 偽 偽B-FFTSpectrumScope1偽 偽 偽 偽Sine Wave偽 偽 偽 偽 偽Scope1Scope1/zRate Transition31/zRate Transition21/zRate Transition11/zRa

59、te TransitionProduct1偽 偽Product偽 偽PN SequenceGeneratorPN SequenceGenerator1PN SequenceGeneratorPN SequenceGeneratorz-2Integer Delay Error Rate CalculationTxRx0.0217812551Bipolar toUnipolarConverterBipolar toUnipolarConverterBernoulliBinaryBernoulli BinaryGeneratorBPSKBPSKModulatorBasebandBPSKBPSKDem

60、odulatorBaseband1AWGNAWGNChannel圖 3-22接收端仿真模型石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計25其中從解擴開始為接收端。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，是與發(fā)射機中的 PN 序列完全相同的。從加法器出來的信號即為接收到的信號，其中包含有有用信號，噪聲和干擾，該信號和本地 PN 序列相乘進(jìn)行解擴，Scope1 頻譜儀中的頻譜就是解擴后的接收信號的頻譜，其中有用信號被還原為窄帶信號，噪聲和干擾的頻譜反而被展寬。利用 Error Rate C