Simulink直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)

1、-. z.直接序列擴(kuò)頻的根本原理直接序列擴(kuò)頻Direct Sequence Spread Spectrum工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)直擴(kuò)方式DS方式。就是用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)，把展開(kāi)的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原來(lái)的信號(hào)。直接序列擴(kuò)頻方式是直接用偽噪聲序列對(duì)載波進(jìn)展調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過(guò)信道編碼后，與偽噪聲序列進(jìn)展模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。圖1示出了直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理方框圖。 圖1 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理方框圖信息信碼m(t)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 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力是由接收機(jī)對(duì)干擾的抑制產(chǎn)生的，如果干擾

2、信號(hào)的帶寬與信息帶寬一樣即窄帶，此干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)送機(jī)偽噪聲碼調(diào)制后將展寬為與發(fā)送信號(hào)一樣的帶寬，而其譜密度卻降低了假設(shè)干倍。相反，直擴(kuò)信號(hào)經(jīng)偽噪聲碼解擴(kuò)后變成了窄帶信息，從而使增益提高了假設(shè)干倍。此增益我們稱(chēng)為直擴(kuò)處理增益GDS，也就是直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力，其定義式如下： GDS=10 lgRc/Rb 其中：Rc為直擴(kuò)碼速率；Rb為信息碼速率，其比率即為擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度，也稱(chēng)擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬擴(kuò)展因子。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(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，如要保持原干擾強(qiáng)度，則需加大100倍總功率，這實(shí)

3、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(lèi)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(guó)軍方在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋來(lái)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(méi)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)通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了

4、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(hù)不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶(hù)的信號(hào)，眾多用戶(hù)，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(lái)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，擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時(shí)增加新用戶(hù)的

5、問(wèn)題。(4)抗多徑干擾無(wú)線(xiàn)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(wèn)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(lái)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(wú)須申請(qǐng)頻率資源，建網(wǎng)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)性能好。在802.15.4通信標(biāo)準(zhǔn)中，要求的無(wú)線(xiàn)通信的速度是 250Kbps, 所以，cc2430高頻局部也是使用這個(gè)通信速度。 (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(méi)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

6、譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。準(zhǔn)確測(cè)距 在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，則意味著所采用的擴(kuò)頻碼速率很高，每個(gè)碼片占用的時(shí)間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測(cè)物體反射回來(lái)后，在接收端解調(diào)出擴(kuò)頻碼序列，然后比擬收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差，就可以準(zhǔn)確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差，從而算出二者之間的距離。測(cè)量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬，精度越高?；赟imulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真 在Simulink中對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)展仿真是要用到擴(kuò)頻與解擴(kuò)、BPSK調(diào)制、編碼信道AWGN信道模塊，如圖3.1所示。圖3.1仿真用到的主要模塊1)Sco

7、pe將輸入信號(hào)在示波器中顯示出來(lái)。2)Display將輸入信號(hào)以數(shù)字的形式顯示出來(lái)。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。3.1 擴(kuò)頻與解擴(kuò)的Simulink仿真圖擴(kuò)頻模塊包括偽隨機(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)

8、頻方式。常用的偽隨機(jī)碼有m序列(最大長(zhǎng)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(hù)都分配到一固定的PN序列，用戶(hù)之間的PN序列都是互為正交的，以使得每一用戶(hù)不受到其他用戶(hù)的干擾。擴(kuò)頻的過(guò)程可以簡(jiǎn)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(guò)程與擴(kuò)頻過(guò)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(hù)的信號(hào)自身相互抵消。圖3.2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)

9、序列的頻譜被擴(kuò)展。圖3.3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。圖3.2 擴(kuò)頻的仿真模型圖3.3 擴(kuò)頻波形3.2 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(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3.4所示。ebpsk(t)開(kāi)關(guān)電路 Stcosct180移相圖3.4BPSK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3.5所示，在相干解調(diào)過(guò)程中需要用到與接收到的BPSK信號(hào)同頻同相的相干波。 cosct相乘器輸出ebpsk(t)圖3.5BPSK解調(diào)原理圖圖3.6是BPSK調(diào)