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1、 移動(dòng)通信 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的 SIMULINK仿真 學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 指導(dǎo)教師 職稱 講 師 二〇一四年一月三日 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的SIMULINK仿真 摘要：本文介紹了直接序列擴(kuò)

2、頻通信技術(shù)，利用Matlab/Simulink對直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并對仿真結(jié)果做了詳細(xì)的講解分析。同時(shí)為了方便理解也對其原理進(jìn)行了相關(guān)的說明，做到每個(gè)環(huán)節(jié)每個(gè)步驟都透徹明了。本文也做了基于Simulink的發(fā)射機(jī)的仿真， Simulink的接收機(jī)的仿真，也介紹了在加入干擾后擴(kuò)頻通信仿真。讀者可以通過對本文的閱讀對直接序列擴(kuò)頻的相關(guān)原理有一定的了解，同時(shí)也會(huì)了解到直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的各種應(yīng)用其中最重要的是可以用來抗干擾，從而提高通信性能。 關(guān)鍵字： 擴(kuò)頻通信；SIMULINK；直接序列擴(kuò)頻 目錄 第1章 緒論 1 1.1 擴(kuò)頻通信的應(yīng)用及仿真的意義 1 1.2 擴(kuò)頻

3、通信的背景 1 1.4 擴(kuò)頻通信主要特點(diǎn) 2 第2章 MATLAB/SIMULINK簡介 3 2.1 Matlab的簡介 3 2.2 Simulink的簡介 3 第3章 直接序列擴(kuò)頻的原理 5 3.1 擴(kuò)頻通信的定義 5 3.2 擴(kuò)頻通信的分類 5 3.3 直接序列擴(kuò)頻的定義與原理 5 3.4 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)： 7 第4章 基于Simulink的發(fā)射機(jī)的仿真設(shè)計(jì) 9 4.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì) 9 4.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)的設(shè)計(jì) 9 第5章 仿真的系統(tǒng)與結(jié)果 12 5.1 基于Simulink的發(fā)射機(jī)的仿真 12 5.2 基于Si

4、mulink的接收機(jī)的仿真 14 5.3 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能分析 17 第6章 結(jié)束語 20 參考文獻(xiàn) 21 II 成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第1章 緒論 1.1 擴(kuò)頻通信的應(yīng)用及仿真的意義 目前，我國電網(wǎng)中應(yīng)用的通信方式主要有明線、電力線載波、電纜和新興起的一點(diǎn)多址微波等。然而，在傳輸遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)及通信方面，卻顯不足，可靠性、適用性差，甚至投資很高(如光纖)，縣級(jí)電力企業(yè)難以承受。 由于無線擴(kuò)頻通信技術(shù)傳輸方式獨(dú)特，抗干擾性強(qiáng)，保密性好，數(shù)據(jù)傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，維護(hù)簡便，數(shù)、話并傳互不影響，可在無呼損條件下提供足夠電網(wǎng)需用的數(shù)字電話和數(shù)字傳

5、輸通道，對遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸可直接用數(shù)字接口(不需調(diào)制解調(diào)器)，誤碼率低(達(dá)到10-12)；另外，其使用的低功率無線頻率不需要許可證，所以深受電力用戶青睞。 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)變得越來越復(fù)雜，技術(shù)更新的周期也越來越短。對于大部分學(xué)者，特別是我們學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)通信技術(shù)時(shí)，若對每一個(gè)系統(tǒng)都要實(shí)體研究是不現(xiàn)實(shí)的。此時(shí)通信系統(tǒng)仿真對我們來說可以說是必不可少的。通過建立相應(yīng)的通信系統(tǒng)的模型，對其進(jìn)行仿真，可以使我們把瑣碎的知識(shí)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)個(gè)通信系統(tǒng)的概念，可以讓我們對各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的原理有更加深刻的理解和掌握。 1.2 擴(kuò)頻通信的背景 擴(kuò)展頻譜通信是建立在Claude E．Shannon

6、的信息論基礎(chǔ)之上的一種新型的通信體制。由于擴(kuò)頻通信體制具有抗干擾能力強(qiáng)、截獲率低、碼分多址、信號(hào)隱蔽、測距和易于組網(wǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，自從問世之后便引起了世界各國的極大關(guān)注，并率先應(yīng)用在軍事通信中。隨著近年來大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微處理器技的廣泛應(yīng)用，以及一些新型器件的應(yīng)用，擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用形成了新的高潮。事實(shí)上，擴(kuò)頻通信已成為電子對抗環(huán)境下提高通信設(shè)備抗干擾能力的最有效的手段，并在近十幾年來爆發(fā)的幾場現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中發(fā)揮了巨大的威力。隨著CDMA擴(kuò)頻通信技術(shù)在民用通信中的深入應(yīng)用和不斷滲透，以及在衛(wèi)星通信、深空通信、武器制導(dǎo)、GPS全球定位系統(tǒng)和跳頻通信等民用和國防民事通信的強(qiáng)烈需求下，擴(kuò)譜通信的

7、地位越來越重要了。 1.3直接序列擴(kuò)頻通信原理理論 直接序列擴(kuò)頻（DSSS）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)行解擴(kuò)，把擴(kuò)展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的PN碼（偽噪聲碼）進(jìn)行摸二加。例如說在發(fā)射端將"1"用11000100110，而將"0"用00110010110去代替，這個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在接收機(jī)處只要把收到的序列是11000100110就恢復(fù)成"1"是00110010110就恢復(fù)成"0"，這就是解擴(kuò)。這樣信源速率就被提高了11倍，同時(shí)也使處理增益達(dá)到 10D

8、B以上，從而有效地提高了整機(jī)倍噪比。 1.4 擴(kuò)頻通信主要特點(diǎn) 由于擴(kuò)頻通信能大大擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，發(fā)端用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，以及在收端用相關(guān)解調(diào)技術(shù)，使其具有許多窄帶通信難于替代的優(yōu)良性能，主要有以下幾項(xiàng)特點(diǎn)： （1）重復(fù)使用頻率。提高了無線頻譜利用率 無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到微波都得到開發(fā)利用，仍然滿足不了社會(huì)的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來防止信道之間發(fā)生干擾。擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低(1—65Om) ，采用了相關(guān)接收技術(shù)，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與現(xiàn)今各種窄帶通信共享同一頻率資源。 （2） 抗干擾性強(qiáng)。誤碼率低 擴(kuò)頻

9、通信在空間傳輸時(shí)所占有的帶寬相對較寬，而收端又采用相關(guān)檢測的辦法來解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，而把非所需信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后通過窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號(hào)。這樣，對于各種干擾信號(hào)，因其在收端的非相關(guān)性，解擴(kuò)后窄帶信號(hào)中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強(qiáng)。 （3）隱蔽性好 對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小由于擴(kuò)頻信號(hào)在相對較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號(hào)湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測信號(hào)的參數(shù)(如偽隨機(jī)編碼序列)就更加困難，因此說其隱蔽性好。 第2章 MATLAB/SIMULINK簡介 2.1 Matlab的簡介 美國Mathwor

10、ks公司于1967年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“Matrix Laboratory”（縮寫為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。Matlab是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫?？梢院敛豢鋸埖恼f，如果你想真正理解了一個(gè)工具箱，那么就是要理解一門非常重要的科學(xué)知識(shí)?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^Matlab來學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是Matlab真正在全世界推廣開來的原因。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語言

11、一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,Matlab和其他高級(jí)語言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力?？梢哉f，Matlab已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。 2.2 Simulink的簡介 Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，也是目前在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一 。確切的說，Simulink是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，

12、連續(xù)、離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。 Simulink工作環(huán)境經(jīng)過幾年的發(fā)展，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)和工業(yè)界用來建模和仿真的主流工具包。在Simulink環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進(jìn)行簡單的點(diǎn)擊和拖動(dòng)就能完成建模，并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結(jié)果。它的主要特點(diǎn)在于： （1）建模方便、快捷；（2）易于進(jìn)行模型分析；（3）優(yōu)越的仿真性能。 它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。Simulink模塊庫（或函數(shù)

13、庫）包含有Sinks（輸出方式）、Sources（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connection（連接與接口）和Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運(yùn)算的Simulink庫模塊（或庫函數(shù)），而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級(jí)開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個(gè)模型

14、后，用戶可以通過Simulink的菜單或MATLAB的命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運(yùn)行仿真的批處理非常有用。采用Scope模塊和其他的顯示模塊，可以在仿真進(jìn)行的同時(shí)就可立即觀看到仿真結(jié)果，若改變模塊的參數(shù)并再次運(yùn)行即可觀察到相應(yīng)的結(jié)果，這適用于因果關(guān)系的問題研究。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的應(yīng)用工具箱都包含這些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改模型。但是Si

15、mulink不能脫離MATLAB而獨(dú)立工作。 第3章 直接序列擴(kuò)頻的原理 3.1 擴(kuò)頻通信的定義 擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列：Spread Sequence)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸而接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信具有抗干擾能力強(qiáng)、抗噪聲、保密性強(qiáng)、功率譜密度低，具有隱蔽性和較低的截獲概率、可多址復(fù)用和任意選址、高精度測量等優(yōu)點(diǎn)。 3.2 擴(kuò)頻通信的分類 根據(jù)擴(kuò)展頻譜方式的不同，可以將擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分為直接序列擴(kuò)頻(Direct Seque

16、nce Spread Spectrum)工作方式，簡稱直擴(kuò)(DS)方式；跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式；跳變時(shí)間(Time Hopping)工作方式，簡稱跳時(shí)(TH)方式；寬帶線性調(diào)頻(Chirp Modulation)工作方式，簡稱Chirp方式和各種混合方式。 3.3 直接序列擴(kuò)頻的定義與原理 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。它是一種數(shù)

17、字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的PN碼（偽噪聲碼）進(jìn)行摸二加。例如說在發(fā)射端將“1”用11000100110，而將“0”用00110010110去代替，這個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在接收機(jī)處只要把收到的序列是11000100110就恢復(fù)成“1”是00110010110就恢復(fù)成“0”，這就是解擴(kuò)。這樣信源速率就被提高了11倍，同時(shí)也使處理增益達(dá)到10dB以上，從而有效地提高了整機(jī)倍噪比。 假設(shè)信源序列對應(yīng)的雙極性波形為a(t)，其電平取值為±1?，碼元速率為Rabps，碼元寬度為Ta=1/Ra/秒。擴(kuò)頻所使用的偽隨機(jī)序列c(t)也是電平取值為±1?的雙極性波形，偽隨機(jī)序列（PN序列）的碼元也

18、稱為碼片（chip），碼片速率設(shè)為Rcchip/s，對應(yīng)的碼片寬度就是Tc=1/Rc/秒。對于雙極性波形而言，擴(kuò)頻過程等價(jià)于數(shù)據(jù)流a(t)與偽隨機(jī)序列c(t)相乘的過程，擴(kuò)頻輸出序列設(shè)為d(t)，也是取值為±1?的雙極性波形，其速率等于碼片速率。擴(kuò)頻序列經(jīng)過調(diào)制后得到調(diào)制輸出信號(hào)s(t)送入信道。對于BPSK調(diào)制，發(fā)送的信號(hào)就相當(dāng)于是數(shù)據(jù)流與偽隨機(jī)序列相乘后再乘于一個(gè)高頻的余弦信號(hào)。在接收端，接收到的信號(hào)中有包含了有用信號(hào)s(t)及各種干擾J(t)和噪聲n(t)。由于接收端采用相關(guān)解擴(kuò)，即將s(t)J(t)n(t)和本地PN序列c(t)相乘，只有有用信號(hào)的頻譜能夠被還原為窄帶信號(hào)，其他的噪聲和

19、干擾的頻譜只會(huì)被展寬，當(dāng)信號(hào)通過窄帶濾波器后只有一小部分被展寬了的頻譜會(huì)混進(jìn)有用信號(hào)中，由此大大增強(qiáng)了其抗干擾的能力。 直接序列擴(kuò)頻（direct sequence spread spectrum）直接用具有高碼片（chip）速率的擴(kuò)頻碼序列去擴(kuò)展數(shù)字信號(hào)的頻譜。簡稱直擴(kuò)（DS）。在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列將頻譜展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信號(hào)。 圖3-1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖 圖3-1是直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理框圖。欲傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與碼片速率很高的擴(kuò)頻碼進(jìn)行調(diào)制，其輸出為頻譜帶寬被擴(kuò)展的信號(hào)，這個(gè)過程稱為擴(kuò)頻。擴(kuò)展頻譜信號(hào)再變換為射頻信號(hào)發(fā)射出去。 在接收端，射頻信號(hào)經(jīng)

20、過變頻后輸出中頻信號(hào)，通常是N個(gè)發(fā)射信號(hào)和干擾及噪聲的混合信號(hào)。它與發(fā)端相同的本地?cái)U(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻解調(diào)（解擴(kuò)），使寬帶信號(hào)變?yōu)檎瓗盘?hào)。再經(jīng)信息解調(diào)器恢復(fù)成原始數(shù)字信號(hào)。擴(kuò)展頻譜的特性取決于所采用的擴(kuò)頻碼序列的碼型和碼片速率。為了獲得具有近似噪聲的頻譜，采用偽噪聲（PN）序列作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼。 擴(kuò)頻和解擴(kuò)的頻譜變化過程如圖3-2所示。 圖3-2 擴(kuò)頻和解擴(kuò)的頻譜變化 采用碼片速率很高的PN碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬可達(dá)1~100MHz。通過擴(kuò)頻解擴(kuò)處理能夠提高抗干擾能力。擴(kuò)展頻譜信號(hào)在接收端做相關(guān)解擴(kuò)處理，有用信號(hào)被解擴(kuò)為窄帶譜信號(hào)；寬帶無用信號(hào)與本地偽碼不相關(guān)，因此不能解

21、擴(kuò)，仍為寬帶譜；窄帶干擾信號(hào)則被本地偽碼擴(kuò)展成為寬帶譜。用一個(gè)窄帶濾波器排除帶外的干擾，這樣窄帶內(nèi)的信噪比就大大提高了。 3.4 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)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，比如信號(hào)擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用，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)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)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號(hào)進(jìn)行干擾，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)，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連

22、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，很難拾取有用信號(hào)，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(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)了頻段？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)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號(hào)接收需要用相同的擴(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基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不

23、同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號(hào)，眾多用戶，只要配對使用自己的擴(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)送者送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信。美國國家航天管理局（NASA)的技術(shù)報(bào)告指出：采用擴(kuò)頻通信提高了頻譜利用率。另外，擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時(shí)增加新用戶的問題。 （4） 抗多徑干擾 無線通信中抗多徑干擾一直是難以解決的問題，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)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來的

24、同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。 第4章 基于Simulink的發(fā)射機(jī)的仿真設(shè)計(jì) 4.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì) 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。其中設(shè)數(shù)據(jù)序列{}對應(yīng)的雙極性波形為，其電平取值為，碼元速率為，碼元寬度為s。擴(kuò)頻所使用的偽隨機(jī)序，也是電平取值為的雙極性波形，偽隨機(jī)序列的碼元也稱之為碼片（chip），碼片速率設(shè)為chip/s，對應(yīng)的碼片寬度就是s。碼片速率通常是數(shù)據(jù)速率的整數(shù)倍。對于雙極性的波形而言，擴(kuò)頻過程等價(jià)于數(shù)據(jù)流與偽隨機(jī)序列相乘的過程，擴(kuò)頻輸出序列設(shè)為，也是取值為的雙極性波形，其速率等于碼片速率。擴(kuò)頻序

25、列經(jīng)過調(diào)制后得到調(diào)制輸出信號(hào)送入信道。 所以有 （4-1） 圖4-1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖 QPSK 和BPSK一樣，傳輸信號(hào)包含的信息都存在于相位之中。QPSK（四相相移鍵控）具有兩條通道，四個(gè)相位變換，所以能大大提高通信系統(tǒng)的可靠性傳輸效率。所以本文采取QPSK調(diào)制器來調(diào)制信號(hào)。由于QPSK調(diào)制器內(nèi)部有兩條通道，I通道和Q通道兩條正交的通道，兩條通道的輸入信號(hào)可以是相同的，也可以不同。本文兩通道都將用于調(diào)制同一數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過QPSK調(diào)制后，輸出信號(hào)有 （4-

26、2） 4.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)的設(shè)計(jì) 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的接收器采用相干接收原理在第一章已有介紹。這里主要研究直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的相干接收方式。 圖4-2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4-2所示：信號(hào)在信道中被疊加了干擾和噪聲。這里干擾是指敵方惡意干擾或通信用戶之間的相互干擾等，噪聲則是指個(gè)種微小的隨機(jī)因素所造成的綜合結(jié)果。設(shè)信道中傳輸?shù)臄U(kuò)頻調(diào)制信號(hào)為，與之等效的噪聲為，干擾為，則接收機(jī)接收到的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)后為，則有 （4-3） 同步系統(tǒng)負(fù)責(zé)向接收機(jī)解擴(kuò)、解調(diào)、解碼等部分提供所需要

27、的時(shí)鐘和同步信號(hào)，以保證接收端的本地?cái)U(kuò)頻序列同步、載波同步、定時(shí)時(shí)針同步、數(shù)據(jù)幀同步等。當(dāng)接收機(jī)達(dá)到同步要求時(shí)，其本地解擴(kuò)序列與發(fā)射機(jī)擴(kuò)頻序列相同。解擴(kuò)也是由乘法器完成的，因此解擴(kuò)輸出信號(hào)為 （4-4） 由于擴(kuò)頻序列取值為，故，而且擴(kuò)頻序列與噪聲和干擾是不相關(guān)的,因此解擴(kuò)輸出分量分為窄帶分量和寬帶分量，而噪聲和干擾是寬帶分量，即 （4-5） 解擴(kuò)輸出信號(hào)通過窄帶濾波器可以濾除掉兩部分，大大抑制噪聲和干擾部分，得到解調(diào)輸出信號(hào)，即完全恢復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)波形。

28、 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能分析 本章前兩節(jié)已經(jīng)完成了直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)。并在Simulink平臺(tái)上對設(shè)計(jì)好的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都分別進(jìn)行了仿真測試。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)功能完整。這一節(jié)將集中研究信號(hào)在整個(gè)擴(kuò)頻調(diào)制、信道傳輸、解擴(kuò)調(diào)制過程中的變化，以及人為在擴(kuò)頻系統(tǒng)中加入特定的干擾后，來進(jìn)行仿真測試，根據(jù)仿真結(jié)果來研究整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性能。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理圖如圖4-1所示。由于本章在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)，主要想研究該仿真模塊的解擴(kuò)、解調(diào)功能，所以AWGN信道的噪聲參數(shù)被設(shè)置為一個(gè)很溫和的情況下。圖4-3很直觀的反映了，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)解擴(kuò)、解

29、調(diào)功能，且該系統(tǒng)具有不錯(cuò)的抗干擾性能。在這里為了更好的研究該系統(tǒng)的抗干擾性能，我們將把信噪比繼續(xù)降低，同時(shí)外加一些干擾成分，來研究該系統(tǒng)對不同干擾和噪聲所反映出來的的抗干擾能力?；赟imulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型如圖4-3所示。 圖4-3 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型 Sine Wave ——單頻信號(hào)干擾源：用于產(chǎn)生單頻干擾信號(hào)，其采樣率為1/300，其碼片速率為100chip/s 。 Error Rate Calculation—— 誤碼檢測模塊：用于測量解擴(kuò)輸出信號(hào)的誤碼率。 ++(and)——加法模塊：用于將干擾信號(hào)加入信道輸出的混合信號(hào)中。 AWGN

30、 Channel模塊中的中SNR設(shè)置為10dB。其余所有模塊的參數(shù)設(shè)置參照5.3節(jié)接收機(jī)的相應(yīng)模塊設(shè)置參數(shù)。表示這次信道中噪聲功率增大，同時(shí)還疊加了一些100HZ的單頻干擾。這樣信號(hào)經(jīng)過信道之后過來的就是一個(gè)混合的多路復(fù)雜信號(hào)，有寬頻的信號(hào)，單頻的干擾，以及信道噪聲等。 第5章 仿真的系統(tǒng)與結(jié)果 5.1 基于Simulink的發(fā)射機(jī)的仿真 此處是對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真。假設(shè)該系統(tǒng)以BPSK方式調(diào)制，數(shù)據(jù)傳輸率為100bps，擴(kuò)頻碼片速率為2000chip/s，信號(hào)通過AGWN信道后受到了頻率為200Hz的正弦信號(hào)的干擾，建立系統(tǒng)模型并觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形與頻譜，測試傳輸信號(hào)的誤碼

31、率。 圖5-1 發(fā)射端的仿真模型 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(shí)間（sample time）設(shè)置為1/100，及數(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(shí)間（sample time）為1/2000，即擴(kuò)頻碼片速率為2000chip/s。由于相乘時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸速率要與擴(kuò)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 B

32、ipolar 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(kuò)頻序列。通過示波器Scope1可以觀察原信息序列、PN序列和擴(kuò)頻序列。為了方便觀察原來信號(hào)和擴(kuò)頻后信號(hào)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(hào)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(hào)的采樣率達(dá)到16000次/s。 圖5-2 原數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜 圖5-3 擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜 圖5-4 三路信號(hào)的時(shí)域波形 由頻譜圖可見，原數(shù)據(jù)信號(hào)的頻譜被展寬了，功

33、率峰值下降，增強(qiáng)了抗干擾的能力，降低了被截獲率。 5.2 基于Simulink的接收機(jī)的仿真 圖5-5 接收端的模型 接收機(jī)是以本章5.1節(jié)設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為信號(hào)源來構(gòu)建擴(kuò)頻傳輸和接收系統(tǒng)的，為了更好的研究系統(tǒng)的抗干擾性能，本文將傳輸系統(tǒng)納入接收機(jī)一起設(shè)計(jì)。本文信道采用AWGN信道來傳輸信號(hào)，信道中會(huì)有高斯噪聲產(chǎn)生并混入信號(hào)之中。數(shù)據(jù)源采用的是發(fā)射機(jī)發(fā)送出來的擴(kuò)頻信號(hào)。解擴(kuò)碼序列采用的還是PN序列，由于Simulink仿真平臺(tái)上的模塊是可復(fù)制的，本文直接采用復(fù)制發(fā)射機(jī)的PN序列產(chǎn)生器以產(chǎn)生和擴(kuò)頻碼序列一樣的解擴(kuò)碼序列，這樣本次接收機(jī)的設(shè)計(jì)就省略了時(shí)間同步系統(tǒng)，但是不會(huì)影響該仿真系

34、統(tǒng)的性能。 其中從解擴(kuò)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(hào)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(jī)中的PN序列完全相同的。從加法器出來的信號(hào)即為接收到的信號(hào)，其中包含有有用信號(hào)，噪聲和干擾，該信號(hào)和本地PN序列相乘進(jìn)行解擴(kuò)，Scope1頻譜儀中的頻譜就是解擴(kuò)后的接收信號(hào)的頻譜，其中有用信號(hào)被還原為窄帶信號(hào)，噪聲和干擾的頻譜反而被展寬。利用Error Rate Calculation 模塊對誤碼率進(jìn)行測試，其中Tx為發(fā)送端，Rx為接收端，中間加入2個(gè)數(shù)據(jù)碼元的延遲是為了補(bǔ)償接收延遲。BPSK

35、Demodulator Baseband1為BPSK解調(diào)器。 圖5-6 接收機(jī)波形 圖5-7 接收到的信號(hào)頻譜 圖5-8 解擴(kuò)后信號(hào)的頻譜 圖5-9 解調(diào)后信號(hào)的頻譜 圖5-10 發(fā)送序列和解調(diào)之后的序列 結(jié)合發(fā)送端擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜，可以看到，發(fā)送端信號(hào)的功率峰值在接收信號(hào)功率峰值之下，說明有用信號(hào)淹沒在了噪聲之中，大大增強(qiáng)了抗干擾能力。從解擴(kuò)后的頻譜可以看出，只有有用信號(hào)的頻譜被還原成窄帶信號(hào)，其他信號(hào)的頻譜反而被展寬。從誤碼率的統(tǒng)計(jì)來看，當(dāng)信號(hào)受到200Hz單頻正弦信號(hào)和噪聲均值為10的噪聲的干擾時(shí)，誤碼率約為0.025，在實(shí)際通信中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)

36、達(dá)不到要求的。 5.3 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能分析 本章前兩節(jié)已經(jīng)完成了直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)。并在Simulink平臺(tái)上對設(shè)計(jì)好的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都分別進(jìn)行了仿真測試。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)功能完整。這一節(jié)將集中研究信號(hào)在整個(gè)擴(kuò)頻調(diào)制、信道傳輸、解擴(kuò)調(diào)制過程中的變化，以及人為在擴(kuò)頻系統(tǒng)中加入特定的干擾后，來進(jìn)行仿真測試，根據(jù)仿真結(jié)果來研究整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性能。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理圖如圖所示。由于本章5.3節(jié)在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)，主要想研究該仿真模塊的解擴(kuò)、解調(diào)功能，所以AWGN信道的噪聲參數(shù)被設(shè)置為一個(gè)很溫和的情況下。圖5-7很直觀的反映了，該

37、系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)解擴(kuò)、解調(diào)功能，且該系統(tǒng)具有不錯(cuò)的抗干擾性能。在這里為了更好的研究該系統(tǒng)的抗干擾性能，我們將把信噪比繼續(xù)降低，同時(shí)外加一些干擾成分，來研究該系統(tǒng)對不同干擾和噪聲所反映出來的的抗干擾能力。基于Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型如圖所示。 圖5-11 基于Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型 Sine Wave ——單頻信號(hào)干擾源：用于產(chǎn)生單頻干擾信號(hào)，其采樣率為1/300，其碼片速率為100chip/s 。 Error Rate Calculation—— 誤碼檢測模塊：用于測量解擴(kuò)輸出信號(hào)的誤碼率。 ++(and)——加法模塊：用于將干擾信號(hào)

38、加入信道輸出的混合信號(hào)中。 AWGN Channel模塊中的中SNR設(shè)置為10dB。其余所有模塊的參數(shù)設(shè)置參照5.3節(jié)接收機(jī)的相應(yīng)模塊設(shè)置參數(shù)。表示這次信道中噪聲功率增大，同時(shí)還疊加了一些100HZ的單頻干擾。這樣信號(hào)經(jīng)過信道之后過來的就是一個(gè)混合的多路復(fù)雜信號(hào)，有寬頻的信號(hào)，單頻的干擾，以及信道噪聲等。 圖5-12 加干擾前后的系統(tǒng)仿真波形圖 圖5-13 擴(kuò)頻調(diào)制輸出信號(hào)頻譜圖 圖5-14 解調(diào)輸出信號(hào)頻譜圖 第6章 結(jié)束語 此次課程設(shè)計(jì)，我們的任務(wù)是用Simulink來了解各通信模塊，根據(jù)原理圖完成擴(kuò)頻通信仿真系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)，分為發(fā)射機(jī)、接收機(jī)部分；設(shè)計(jì)誤

39、碼率分析模塊部分，完成前后擴(kuò)頻解擴(kuò)頻譜波形比較及收發(fā)誤碼率分析；對設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)加入干擾源，完成對系統(tǒng)抗干擾性能的分析。 首先，我意識(shí)到自己的知識(shí)還很欠缺，做設(shè)計(jì)的時(shí)候有遇到了很多困難，不管是在知識(shí)的具備方面還是在動(dòng)手操作上，都還要進(jìn)一步的提高。此次課程設(shè)計(jì)又一次讓我深刻體會(huì)到，學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，點(diǎn)點(diǎn)滴滴的累積才會(huì)有質(zhì)的突變，不管是做什么只有自己親自做過之后才會(huì)有大的收獲。在以后的學(xué)習(xí)生活中我們都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力增加自己知識(shí)和提升自身的綜合素質(zhì)。另外課程設(shè)計(jì)提高了自己快速學(xué)習(xí)的能力，也督促我們更加自覺的自主學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)效果越來越好。在如今信息化快速發(fā)展的社會(huì)，快速學(xué)習(xí)的能力顯的越

40、來越重要，否則在別人進(jìn)步的同時(shí)你原地踏步那就是倒退。 課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)?；仡櫰鸫苏n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，

41、從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 最后，我明白了在學(xué)習(xí)中一定要多想、多問、多思考、謙虛的重要性，遇到問題首先要自己解決，解決不了的找老師和同學(xué)幫忙。對擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以幫助我們更加理解相關(guān)技術(shù)的原理、特點(diǎn)等相關(guān)知識(shí)，幫助我們建立起系統(tǒng)的概念，通過將一個(gè)個(gè)模塊結(jié)合起來形成一個(gè)系統(tǒng)，可以提高我們搭建系統(tǒng)模型的能力。通過對直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真，使我們更加理解了直接序列擴(kuò)頻的相關(guān)原理，對其特點(diǎn)有了更加深刻的體會(huì)。在今后的學(xué)習(xí)研究中，在實(shí)際條件不允許的情況下，我們應(yīng)該多利用系統(tǒng)仿真的方法來學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容，加深對原理的理解，提高自己的能力。 參考文獻(xiàn) [1] 邵玉斌．MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2008 [2] 郭梯云，鄔國揚(yáng)，張厥盛，移動(dòng)通信 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1993 [3] 唐向宏，岳恒立．MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006 [4] 王士林.現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù).北京：人民郵電出版社，1987 [5] 邵佳，董辰輝．MTALAB、Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009 29