cdma系統(tǒng)擴頻地址碼性能仿真畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.引言- 2 -</p><p>　　1.1 直序擴頻系統(tǒng)的應用背景- 2 -</p><p>　　1.2 直序擴頻系統(tǒng)的特點- 3 -</p><p>　　2．CDMA數(shù)字蜂窩移動通信的介紹- 4 -</p><p>

2、;　　2.1 CDMA簡介- 4 -</p><p>　　2.1.1 CDMA技術背景- 4 -</p><p>　　2.1.2 幾種常見的CDMA技術- 5 -</p><p>　　2.1.3 CDMA的特點- 5 -</p><p>　　2.2 CDMA通信技術的基本原理- 6 -</p><p>　　

3、2.2.1 CDMA通信技術的基礎- 6 -</p><p>　　2.2.2 CDMA通信技術的基本原理- 6 -</p><p>　　3. 擴頻碼序列- 7 -</p><p>　　3.1 碼序列的相關性- 7 -</p><p>　　3.2 m序列- 9 -</p><p>　　3.3 GoId碼序列-

4、 11 -</p><p>　　4．直接序列擴頻通信技術- 13 -</p><p>　　4.1直接序列擴頻的概念及理論基礎- 13 -</p><p>　　4.1.1 直接序列擴頻的概念- 13 -</p><p>　　4.1.2 擴頻通信的理論基礎- 14 -</p><p>　　4.1.3擴頻增益和抗干擾

5、容限- 15 -</p><p>　　4.2 直接序列擴頻的基本原理- 16 -</p><p>　　4.3 直擴系統(tǒng)的性能- 18 -</p><p>　　4.3.1 直擴系統(tǒng)的抗干擾性- 18 -</p><p>　　4.3.2 直擴信號的抗截獲性- 19 -</p><p>　　4.3.3 直

6、擴碼分多址通信系統(tǒng)- 20 -</p><p>　　4.3.4 直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能- 21 -</p><p>　　5. 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真- 21 -</p><p>　　5.1 MATLAB的基本操作22 -</p><p>　　5.2 Simulink仿真技術- 22 -</p>&

7、lt;p>　　5.2.1 Simulink窗口環(huán)境- 23 -</p><p>　　5.2.2功能模塊的連接及設置- 24 -</p><p>　　5.2.3 Simulink對通信系統(tǒng)的仿真- 27 -</p><p>　　5.3 MATLAB源程序設計- 32 -</p><p><b>　　1. 引言<

8、;/b></p><p>　　1．1 直序擴頻系統(tǒng)的應用背景:</p><p>　　直接序列擴頻(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術是當今人們所熟知的擴頻技術之一。這種技術是將要發(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)端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出發(fā)送的信息。</p&g

9、t;<p>　　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, 是美軍重要的無線保密通信技術。這種技術使敵人很難探測到信號。即便探測到信號，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。有關擴頻通信技術的觀點是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家George Antheil提出的?；趯︳~雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利#2.292.387。不幸的是，當時該技術

10、并沒有引起美國軍方的重視，直到十九世紀八十年代才引起關注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。</p><p>　　直序擴頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、3G移動通信系統(tǒng)、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和藍牙技術等應用的關鍵問題。擴頻技術也為提高無線電頻率的利用率(無線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源)提供幫助。</p>

11、<p>　　直序擴頻通信系統(tǒng)的工作原理如圖1-1所示。</p><p>　　在發(fā)端輸入的數(shù)字信號信息，先由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜，擴頻碼序列一般采用PN碼。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。調(diào)制多采用BPSK、DPSK、MPSK等調(diào)制方式。</p><p>　　在接收端收到的信號進行解調(diào)（一般采用相干解調(diào)）。然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻

12、碼序列去相關解擴?；謴统稍斎氲男畔⑤敵?。</p><p>　　由此可見，—般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行兩次調(diào)制和相應的解調(diào)。一次調(diào)制為擴頻調(diào)制，二次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應的解擴和射頻解調(diào)。 </p><p>　　與一般通信系統(tǒng)比較，擴頻通信就是多了擴頻調(diào)制和解擴部分。 </p><p>　　1．2 直序擴頻系統(tǒng)的特點:</p><p>　　1

13、.直序擴頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點：</p><p><b>　　1）抗干擾性強</b></p><p>　　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。因信號接收需要擴頻編碼進行相關解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾，在不知道信號

14、的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡。</p><p><b>　　2）隱蔽性好</b></p><p>　　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，

15、加之不知擴頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設備構(gòu)成干擾。 </p><p>　　3）易于實現(xiàn)碼分多址（CDMA）</p><p>　　直擴通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費了頻段？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解擴才能得到，這就給頻率復用和

16、多址通信提供了基礎。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關特性，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。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的

17、問題。</p><p><b>　　4）抗多徑干擾</b></p><p>　　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特性，在接收端可以用相關技術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，從而達到有效的抗多徑干擾。</p><p><

18、b>　　5）直擴通信速率高</b></p><p>　　直擴通信速率可達 2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡性能好。</p><p>　　6）有很強的保密性能。</p><p>　　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。 &

19、lt;/p><p>　　2.直擴通信系統(tǒng)的不足：</p><p>　　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行相關解擴。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。</p><p>　　2．CDMA數(shù)字蜂窩移動通信的介紹</p><p>　　2．1

20、 CDMA簡介</p><p>　　2.1.1CDMA技術背景 </p><p>　　CDMA的英文全稱為（Code Division Multiple Access），中文意思是碼分多址。它是基于IS-95標準（雙模寬帶擴譜蜂窩系統(tǒng)的移動臺—基站兼容標準）的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。CDMA是根據(jù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務、軟切換、國際漫游等要求而設計的一種移動通訊技術。它是

21、20世紀60年代由美國高通公司（QUALCOMM）開發(fā)的移動通信技術，最早用于軍事領域。與使用時分多路的GSM技術不同，CDMA并不給每一個通話者分配一個確定的頻率，而是讓每一個通信都使用全部的頻率，使大量用戶能夠共享同一個無線頻率。</p><p>　　CDMA系統(tǒng)是以擴頻調(diào)制技術和碼分</p><p>　　多址接入技術為基礎的數(shù)字蜂窩移動通信</p><p>　

22、　系統(tǒng)。它為每個用戶分配各自特定的地址</p><p>　　碼，利用公共信道來傳輸信息。它的地址</p><p>　　碼通過相互間的正交性進行區(qū)別。也就是</p><p>　　說，每個用戶有自己的地址碼，地址碼彼</p><p>　　此之間是互相獨立、互相不影響的。由于</p><p>　　有不同的地址碼來區(qū)分用戶，所

23、以對頻率、</p><p>　　時間和空間沒有特定的限制，在這些方面</p><p>　　通信是可以重疊的。CDMA的示意圖如</p><p>　　2-1所示，用戶信號是用Ci來區(qū)分的。 </p><p>　　2.1.2．幾種常見的CDMA技術。 </p><p>　　1. N－CDMA：窄帶碼分多址系統(tǒng)，在美國又稱為

24、IS－95。由高通公司創(chuàng)立，具有大容量、小蜂窩半徑、運用寬波技術和特殊密碼主題的特點，1993年被電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會采用。</p><p>　　2. B－CDMA：寬帶碼分多址系統(tǒng)，包括W－CDMA、CDMA2000和TD－SCDMA，它們分別是歐洲、美國（高通）和中國（大唐電信與西門子合作）所提出并開發(fā)的第三代移動通信標準。 </p><p>　　3. CDMAOne：流行于日本的一個品牌，是

25、應用IS―95 CDMA技術的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)。</p><p>　　4. CDMAPCS： CDMA個人通訊服務系統(tǒng)。與運行在800MHz的CDMA進行比較，具有系統(tǒng)容量大、收費低，適用于人口稠密地區(qū)等特點。</p><p>　　2.1.3 CDMA的特點：</p><p>　　1.系統(tǒng)容量大：理論上，CDMA移動網(wǎng)的容量比模擬網(wǎng)大20倍。實際要比模擬網(wǎng)大10倍

26、，比GSM要大4-5倍。 </p><p>　　2. 系統(tǒng)容量配置靈活：這是由CDMA的原理決定的。CDMA是一個自擾系統(tǒng)， 所有移動用戶都占用同一個帶寬和頻率，傳輸信號之間就會有干擾。這就好像系統(tǒng)的帶寬是一間大房子，所有的人都將進入這個大房子。如果他們使用不同的語言, 他們就可以清楚地聽到同伴的聲音，而其他人的談話在他們聽來只是干擾。我們可以不斷地增加用戶直到整個背景噪音限制住我們的通話。如果能控制住用戶的信號

27、強度, 在保持通話的質(zhì)量同時，我們就可以容納更多的用戶。</p><p>　　3.CDMA系統(tǒng)的軟切換和自動跟蹤多徑信號技術，降低切換時通話中斷的可能性，這便于用戶在移動中進行通話和數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　4.頻率規(guī)劃簡單：用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡規(guī)劃靈活，擴展簡單。</p><p>　　5.話音質(zhì)量好：CDM

28、A系統(tǒng)話音質(zhì)量很高，其通話質(zhì)量已經(jīng)接近了固定電話的效果。 </p><p>　　6.接通率高：CDMA的擴頻技術和頻率復用技術，充分利用信道容量，提高了網(wǎng)絡接通率。</p><p>　　7.保密性好：CDMA系統(tǒng)中的通話保護措施可提供最佳的保密特性，防止通信過程中被竊聽和手機密碼被盜。</p><p>　　8.發(fā)射功耗?。篊DMA系統(tǒng)的發(fā)射功率非常小，最大只有200

29、毫瓦，正常通話時僅需0.１毫瓦，因此移動電話功耗小，無線輻射能量低。所以又被稱為“綠色手機”。</p><p>　　9.支持多種業(yè)務：CDMA采用寬帶技術，支持短消息、語音信箱、自動漫游、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、三方會談、主叫號碼顯示、傳真和數(shù)據(jù)通信等多項業(yè)務</p><p>　　2.2 CDMA通信技術的基本原理</p><p>　　2.2.1 CDMA通信技術

30、的基礎</p><p>　　CDMA系統(tǒng)是以擴頻調(diào)制技術和碼分多址接入技術為基礎的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。目前擴頻通信系統(tǒng)可分為：</p><p>　　1. 直接序列（DS）擴頻</p><p>　　所謂直接序列擴頻（DS：Ddirect Sequence），就是使用具有高碼率的擴頻序列，在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還

31、原成原來的信號。 </p><p>　　2. 跳頻（FH）擴頻</p><p>　　跳頻（FH：Frequence Hopping），它是用一定的碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。</p><p><b>　　3. 跳時（TH）</b></p><p>　　跳

32、時（TH：Time Hopping）是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。我們先把時間軸分成許多時片，在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制。即：用一定的碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。</p><p>　　4. 線性調(diào)頻（Chirp）</p><p>　　如果發(fā)射的射頻脈沖信號脈沖在一個周期內(nèi)，其載頻的的頻率做線性變化，則稱為線性調(diào)頻。因為其頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了。

33、這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達中，在通信中也有應用。</p><p>　　2.2.2 CDMA通信技術的基本原理</p><p>　　發(fā)送端將話音數(shù)據(jù)通過通過偽隨機碼進行擴頻，然后再進行高頻調(diào)制，送到天線發(fā)射出去。接收端經(jīng)過解調(diào)、解擴恢復出話音數(shù)據(jù)。</p><p>　　在發(fā)送端將待傳的的話音，通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬話音成二進制數(shù)據(jù)信息，通過高速率的偽隨機擴頻調(diào)制，

34、從原理上講，兩者相乘，擴展到一個很寬的頻帶，因而在在信道中傳輸信號的帶寬遠遠大于原始信號本身帶寬。在接收端，接收機不但接收到有用的信號，同時還接收到各種干擾和噪聲。利用本地產(chǎn)生的偽隨機序列進行相關的解擴。本地偽隨機碼與擴頻信號中中的偽隨機碼一致，因此可以還原成原始窄帶信號，能順利通過窄帶濾波器，恢復話音數(shù)據(jù)，再通過D/A轉(zhuǎn)換器恢復原始話音。接收機接收到的干擾和噪聲，由于與本地偽隨機序列不相關，經(jīng)過接收解擴（實質(zhì)是相乘過程），將干擾和噪聲

35、頻譜大大的擴展，頻譜功率密度大大的下降（類似于發(fā)送端將信號頻譜擴展），落入窄帶濾波器的干擾和噪聲分量大大下降，因此在窄帶濾波器輸出端的信噪比得到了極大的改善，其改善程度就是擴頻的處理增益。</p><p><b>　　3． 擴頻碼序列</b></p><p>　　3.1 碼序列的相關性</p><p>　　在擴展頻譜通信中需要用高碼率的窄脈

36、沖序列。這是指擴頻碼序列的波形而言。并未涉及碼的結(jié)構(gòu)和如何產(chǎn)生等問題。</p><p>　　那么究竟選用什么樣的碼序列作為擴頻碼序列呢? 它應該具備哪些基本性能呢? 現(xiàn)在實際上用得最多的是偽隨機碼，或稱為偽噪聲(PN)碼。這類碼序列最重要的特性是具有近似于隨機信號的性能。因為噪聲具有完全的隨機性，也可以說具有近似于噪聲的性能。但是，真正的隨機信號和噪聲是不能重復再現(xiàn)和產(chǎn)生的。我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號來近似

37、隨機噪聲的性能，故稱為偽隨機碼或PN碼。</p><p>　　為什么要選用隨機信號或噪聲性能的信號來傳輸信息呢？許多理論研究表明，在信息傳輸中各種信號之間的差別性能越大越好。這樣任意兩個信號不容易混淆，也就是說，相互之間不易發(fā)生干擾，不會發(fā)生誤判。理想的傳輸信息的信號形式應是類似噪聲的隨機信號，因為取任何時間上不同的兩段噪聲來比較都不會完全相似。用它們代表兩種信號，其差別性就最大。</p><

38、p>　　在數(shù)學上是用自相關函數(shù)來表示信號與它自身相移以后的相似性的。隨機信號的自相關函數(shù)的定義為下列積分：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 f(t)為信號的時間函數(shù)，為時間延遲。</p><p>　　上式的物理概念是f(t)與其相對延遲的的來比較:</p><p>　　如二

39、者不完全重疊，即，則乘積的積分為0；</p><p>　　如二者完全重疊，即；則相乘積分后為一常數(shù)。</p><p>　　因此，的大小可用來表征 f(t)與自身延遲后的的相關性，故稱為自相關函數(shù)。</p><p>　　現(xiàn)在來看看隨機噪聲的自相關性。圖3-1(a)為任一隨機噪聲的時間波形及其延遲一段 t 后的波形。圖3-1(b)為其自相關函數(shù)。當t＝0時，兩個波形完全

40、相同、重疊，積分平均為一常數(shù)。如果稍微延遲一 t，對于完全的隨機噪聲，相乘以后正負抵消，積分為0。因而在以t 為橫座標的圖上應為在原點的一段垂直線。在其他 t 時，其值為0。這是一種理想的二值自相關特性。利用這種特性，就很容易地判斷接收到的信號與本地產(chǎn)生的相同信號復制品之間的波形和相位是否完全一致。相位完全對準時有輸出，沒有對準時輸出為0。遺憾的是這種理想的情況在現(xiàn)實中是不能實現(xiàn)的。因為我們不能產(chǎn)生兩個完全相同的隨機信號。我們所能做到的

41、是產(chǎn)生一種具有類似自相關特性的周期性信號。</p><p>　　PN碼就是一種具有近似隨機噪聲這種理想二值自相關特性的碼序列。例如二元碼序列1110l00為碼長為7位的PN碼。如果用＋1，－1脈沖分別表示“l(fā)”和“0”，則在圖3-1 (c)中示出其波形和它相對延遲 個時片的波形。這樣我們很容易求出這兩個脈沖序列波形的自相關函數(shù)，如圖3-1 (d)中。自相關峰值在 ＝0時出現(xiàn)，自相關函數(shù)在± 0/2范圍內(nèi)

42、呈三角形。0為脈沖寬度。而其它延遲時，自相關函數(shù)值為－1/7, 即碼位長的倒數(shù)取負值。</p><p>　　當碼長取得很大時，它就越近似于圖3-1(b)中所示的理想的隨機噪聲的自相關特性。自然這種碼序列就被稱為偽隨機碼或偽噪聲碼。由于這種碼序列具有周期性，又容易產(chǎn)生，它就是下面即將介紹的m序列，成為直擴系統(tǒng)中常用的擴頻碼序列。</p><p>　　擴頻碼序列除自相關性外，與其他同類碼序列的

43、相似性和相關性也很重要。例如有許多用戶共用一個信道，要區(qū)分不同用戶的信號，就得靠相互之間的區(qū)別或不相似性來區(qū)分。換句話說，就是要選用互相關性小的信號來表示不同的用戶。兩個不同信號波形f(t)與g(t)之間的相似性用互相關函數(shù)來表示：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　如果兩個信號都是完全隨機的，在任意延遲時間 t 都不相同，則上式為0

44、。如果有一定的相似性，則不完全為0。兩個信號的互相關函數(shù)為0，則稱之為是正交的。通常希望兩個信號的互相關值越小越好，則它們越容易被區(qū)分，且相互之間的干擾也小。</p><p><b>　　3.2 m序列</b></p><p>　　m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱。二進制的m序列是一種重要的偽隨機序列，有優(yōu)良的自相關特性。容易產(chǎn)生、規(guī)律性強，但其隨機性接近于噪聲

45、和隨機序列。m序列在擴展頻譜及碼分多址技術中有著廣泛的應用，并在m序列基礎上還能夠成其它碼序列，因此無論從m序列直接應用還是從掌握偽隨機序列基本理論而言，應該熟悉m序列的產(chǎn)生及其主要特性。</p><p>　　顧名思義，m序列是由多級移位寄存器或其他延遲元件通過線性反饋產(chǎn)生的最長的碼序列。在二進制移位寄存器發(fā)生器中，若n為級數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為2n－1位。</p><p>　

46、　現(xiàn)在來看看如何由多級移位寄存器經(jīng)線性反饋產(chǎn)生周期性的m序列。</p><p>　　圖3-2 (a)為一最簡單的三級移位寄存器構(gòu)成的m序列發(fā)生器。</p><p>　　圖中Dl、D2、D3為三級移位寄存器，為模二加法器。移位寄存器的作用為在時鐘脈沖驅(qū)動下，能將所暫存的“1”或“0”逐級向右移。模二加法器的作用為圖中(b)所示的運算，即0十0＝0，0十1＝1，1十0＝l，l十1＝0。圖(a)

47、中D2、D3輸出的模二和反饋為Dl的輸入。在圖(c)中示出，在時鐘脈沖驅(qū)動下，三級移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。D3的變化即輸出序列。如移位寄存器各級的初始狀態(tài)為111時，輸出序列為1110010。在輸出周期為－1＝7的碼序列后，D1、D2、D3又回到111狀態(tài)。在時鐘脈沖的驅(qū)動下，輸出序列作周期性的重復。因7位為所能產(chǎn)生的最長的碼序列，1110010則為m序列。</p><p>　　這一簡單的例子說明：m序列的

48、最大長度決定于移位寄存器的級數(shù)，而碼的結(jié)構(gòu)決定于反饋抽頭的位置和數(shù)量。不同的抽頭組合可以產(chǎn)生不同長度和不同結(jié)構(gòu)的碼序列。有的抽頭組合并不能產(chǎn)生最長周期的序列。對于何種抽頭能產(chǎn)生何種長度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進行了大量的研究工作?，F(xiàn)在已經(jīng)得到3 -100級m序列發(fā)生器的連接圖和所產(chǎn)生的m序列的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　例如4級移位寄存器產(chǎn)生的15位的m序列之一為111101011001000。同理我們不難得到31、

49、63、127、255、511、l023…位的m序列。</p><p>　　一個碼序列的隨機性由以下三點來表征：</p><p>　　1. 一個周期內(nèi)“l(fā)”和“0”的位數(shù)僅相差1位。</p><p>　　2. 一個周期內(nèi)長度為 l 的游程(連續(xù)為“0”或連續(xù)為“l(fā)”)占1／2，長度為2的游程占l／4，長度3的游程占l／8。只有一個包含n個“l(fā)”的游程，也只有一個包含(

50、n—1)個“0”的游程。“l(fā)”和“0”的游程數(shù)相等。</p><p>　　3. 一個周期長的序列與其循環(huán)移位序列比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差l位。</p><p>　　在m序列中一個周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多 l位。例如上述7位碼中有4個“1”和3個“0”。在15位碼中有8個“l(fā)”和7個“0”。</p><p>　　在表3-2中列出長為15位的游程

51、分布。</p><p>　　一般說來，m序列中長為R的游程數(shù)占游程總數(shù)的l／2k。　　</p><p>　　m序列的自相關函數(shù)由下式計算：</p><p>　　A-“0”的位數(shù)；D-“1”的位數(shù) （3-3）</p><p>　　令p =A + D = 2n －1 則：</p><p&g

52、t;<b>　?。?-4）</b></p><p>　　設n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 則：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　它正是圖3-1 (d)中所示的二值自相關函數(shù)。</p><p>　　m序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列還是m序

53、列，只是相移不同而已。例如1110100與向右移三位后的序列1001110逐位模二相加后的序列為0111010，相當于原序列向右移一位后的序列，仍是m序列。</p><p>　　m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0狀態(tài)外，其他狀態(tài)只在m序列中出現(xiàn)一次。如7位m序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為111，110，101，010，100，00l和011，然后再回到初始狀態(tài)111。 m序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m

54、序列。理論分析指出，產(chǎn)生的m序列數(shù)由下式?jīng)Q定</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　其中由F(X)為歐拉數(shù)(即包括1在內(nèi)的小于X并與它互質(zhì)的正整數(shù)的個數(shù))。例如5級移位寄存器產(chǎn)生的 31位m序列只有6個。　</p><p>　　3.3 GoId碼序列</p><p>　　m序列雖然性能優(yōu)良

55、，但同樣長度的m序列個數(shù)不多，且序列之間的互相關值并不都好。R·Gold提出了一種基于m序列的碼序列,稱為Gold碼序列。這種序列有較優(yōu)良的自相關和互相關特性，構(gòu)造簡單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因而獲得了廣泛的應用。</p><p>　　如有兩個m序列，它們的互相關函數(shù)的絕對值有界，且滿足以下條件：</p><p><b>　　（3-7）</b></p>

56、<p>　　我們稱這一對m序列為優(yōu)選對。它們的互相關函數(shù)如圖3-3(實線)，由小于某一極大值的旁瓣構(gòu)成。</p><p>　　如果把兩個m序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對序列模二相加，則產(chǎn)生一個新的碼序列，即Gold 序列。</p><p>　　圖3－4(a)中示出Gold碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖。圖中碼發(fā)生器1和碼發(fā)生器2為m序列優(yōu)選對。每改變兩個m序列相對位移就可得到一個新的Gold

57、序列。因為總共有個不同的相對位移，加上兩個n級移位寄存器可以產(chǎn)生個Gold序列。因此，Gold序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。例如n=5，m序列只有6個，而Gold序列數(shù)為。</p><p>　　圖3－4(b)中為兩個5級m序列優(yōu)選對構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器。這兩個m序列雖然碼長</p><p>　　相同，但相加以后并不是m序列，也不具備m序列的性質(zhì)。</p><p>　　G

58、old序列的主要性質(zhì)有以下幾點：　</p><p>　　Gold序列具有三值自相關特性，類似圖3-3中的自相關與互相關特性。其旁辯的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對的條件。</p><p>　　兩個m序列優(yōu)選對不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列。因為總共有2n－1個不同的相對位移，加上原來的兩個m序列本身，所以，兩個m級移位寄存器可以產(chǎn)生2n＋1個Gold序列。</p>&l

59、t;p>　　采用Gold碼族作為地址碼，其地址數(shù)大大超過了用m序列做地址碼的數(shù)量，所以Gold碼序列在多址技術中，特別是在碼序列長度較短的情況下，得到了廣泛的應用。</p><p>　　4． 直接序列擴頻通信技術</p><p>　　4.1直接序列擴頻的概念及理論基礎</p><p>　　4.1.1 直接序列擴頻的概念</p><p>

60、;　　所謂直接序列(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。而在接收端，用相同的擴頻碼序列去進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。</p><p>　　4.1.2 擴頻通信的理論基礎</p><p>　　長期以來，人們總是想方設法使信號所占的頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源利用率。但擴頻通信在發(fā)送端用擴頻碼調(diào)制，使

61、信號所占的頻帶寬度遠大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴頻碼進行相關解擴以恢復出所傳信息數(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：</p><p>　　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：</p><p><b>　?。?-1）</b></

62、p><p>　　式中：C--信息的傳輸速率（信道容量） 單位b/s； S--信號平均功率單位W； B--頻帶寬度 單位Hz； N--噪聲平均功率 單位W。</p><p><b>　　由式中可以看出：</b></p><p>　　為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬B或提高信噪比S/N。換句話說，當信號的傳輸速率C一定時，信號帶

63、寬B和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，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來換取信噪比上的好處。</p><p>　　柯捷爾尼可夫在其潛在抗干擾性理論中得到如下關于信息傳輸差錯概率的公式</p><p><b>　?。?-2）</b></p&g

64、t;<p>　　此公式指出，差錯概率Pe是信號能量E與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。設信息持續(xù)時間為T，或數(shù)字信息的碼元寬度為T，則信息的帶寬Bm為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　信號功率S為</b></p><p><b>　?。?-4）</b>

65、;</p><p>　　已調(diào)（或已擴頻）信號的寬度為B，則噪聲功率為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　將式（4-3）~（4-5）代入式（4-2），可得</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　上面公式指出，差錯概

66、率Pe是輸入信號與噪聲功率之比（S/N）和信號帶寬與信息帶寬之比（B/Bm）二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。它同樣指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處。</p><p>　　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)。</p><p>　　

67、4.1.3擴頻增益和抗干擾容限</p><p>　　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，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。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</p><p><b>　　(4-7)</b></p><

68、;p>　　它表明了擴頻系統(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。因此，處理增益是擴頻系統(tǒng)的一個重要性能指標。</p><p>　　系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下：</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　式中：（S/N）。= 輸出端的信噪比， = 系統(tǒng)損耗</p><p&

69、gt;　　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，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。通常的擴頻設備總是將用戶信息(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。</p><p>　　4.2直接序列擴頻的基本原理</p><p>　　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

70、接收端，用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始信息。圖4-1示出了直擴通信系統(tǒng)的原理方框圖</p><p>　　在發(fā)送端輸入信息碼元m（t），它是二進制數(shù)據(jù)，圖中為0、1兩個碼元，其碼元寬度為。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），記作p（t）。偽碼的波形如圖 4-2 中的第（2）個波形，其碼元寬度為，且取=16。通常在DS系統(tǒng)中，偽碼的速率遠遠大于信碼速率，即，也就是

71、說，偽碼的寬度遠遠小于信碼的寬度，即，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 </p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　當m（t）與p（t）符號相同時，c（t）為0；而當m（t）與p（t）不同時，則為1。c（t）的波形如圖4-2所示中的第（3）個波形。由圖可見，當信碼m（t）為0時，c（t）與p（t）相同；而當信碼m（t）為1

72、時，則c（t）為p（t）取反既是。顯然，包含信碼的c（t）其碼元寬度已變成了，即已進行了頻譜擴展。其擴展處理增益也可用下式表示</p><p><b>　　（4—10）</b></p><p>　　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，則擴頻處理增益越大。</p><p>　　經(jīng)過擴頻，還要載頻調(diào)制，以便信號在信道上有效的

73、傳輸。圖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c（t）與載頻相乘，輸出為。即</p><p><b>　?。?—11）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　?。?—12）</b></p><p>　　因此，經(jīng)過擴頻和相位

74、調(diào)制后的信號為</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　由上面討論可知，經(jīng)過擴頻調(diào)制信號c（t）可看作只取1的二進制波形，然后對載頻進行調(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)

75、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、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。</p><p>　　通常載波頻率較高，或者說載波周期較小，它遠小于偽碼的周期，即滿足。但圖4-2中（4）示出的載波波形=寬度為，這是為了便于看清楚一些，否則要在一個期間內(nèi)畫幾十個甚至幾百個正弦波。對于PSK來說，主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號之間的相位關系。圖4-2中的第（5）個圖為已調(diào)波 的波形。這里

76、，當c（t）為一碼時，已調(diào)波與載波取反相；而當c（t）為0碼時，取同相。已調(diào)波與載波的相位關系如圖4-2中的第（6）個圖所示。</p><p><b>　　接收端的工作原理：</b></p><p>　　假設發(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)制信號而言，重要的是相位問題

77、，這里的假定對分析工作原理是不受影響的。相關器完成相干解調(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p（t），即調(diào)相器輸出信號的相位僅取決于p（t），當p（t）=1時，的相位為；當p（t）=0時，的相位為0。信號的相位如圖4-2中（7）所示。</p><p>　　相關器的作用在這里可等效為對輸入相關器的、相位進

78、行模2加。對二元制的0、而言，同號模2加為0，異號模2加為。因此相關器的輸出的中頻相位如圖4-2中的（8）所示。然后通過中頻濾波器。濾除不相關的各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復出原始信息。</p><p>　　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行擴頻與解擴處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。</p><p>　　4.3  直擴系統(tǒng)的性能<

79、;/p><p>　　4.3.1 直擴系統(tǒng)的抗干擾性 </p><p>　　直擴系統(tǒng)最早應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)抗寬帶干擾和抗窄帶干擾的原理</p><p>　　圖4-3為直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。<

80、/p><p>　　這里的寬帶干擾是泛指的與擴頻信號不相關的，在CDMA通信網(wǎng)中，其它用戶的信號就是一種寬帶干擾。相關處理前，信號頻譜是很寬的，經(jīng)相關處理后，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。</p><p>　　對單頻或窄帶干

81、擾，直擴系統(tǒng)有很強的抗干擾能力。圖4-4（a）為解擴前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地擴頻碼（PN碼）是不相關的。對干擾來說，相關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。</p><p>　　4.3.2 直擴信號的抗截獲性 </p><p>　　截獲

82、敵方信號的目的在于： </p><p>　　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</p><p>　　理論分析表明，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。<

83、/p><p>　　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行搜索和監(jiān)測，也是困難之一。因此，直擴信號可以用來進行隱藏通信。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。</p><p>　　4.3.3 直擴碼分多址通信

84、系統(tǒng) </p><p>　　多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個通信網(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))。</p><p>　　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，此時自相關特性出現(xiàn)峰值，可以判別出

85、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。</p><p>　　實現(xiàn)直擴碼分多址通信值得注意的問題有： </p><p>　　1. 是要選擇有優(yōu)良互相關特性的碼。 &

86、lt;/p><p>　　一般多采用有二值或三值相關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)良的相關特性，也有足夠的數(shù)量可供選。 </p><p>　　2. 是要注意克服“遠－近”問題。 </p><p>　　所謂“遠一近”問題指的是距離近的用戶的信號強，它會干擾距離遠的弱信號的接收。解決的辦法是采用自動功率控制，自動調(diào)節(jié)各用

87、戶的發(fā)射功率，使達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。 </p><p>　　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。 </p><p>　　因此，直擴碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。 </p><p>　　4.3.4 直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 &

88、lt;/p><p>　　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，到達時間的延遲也不同。</p><p>　　直擴系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強的直達路徑的電波上。其它有延遲到達的電波，由于相關解擴的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用PN碼的自相關特性，只要延遲超過半個

89、PN碼時片，其相關值就很小，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，起到增加接收信號能量的作用。</p><p>　　因此，直擴系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。</p><p>　　5. 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真</p><p>　　矩陣實驗室（MATLAB:Ma

90、trix Laboratory）是一種以矩陣運算為基礎的交互式的程序語言。與其它計算機語言相比，具有簡潔和智能化程度高的特點，而且適應科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。</p><p>　　目前MATLAB已經(jīng)成為國際上最流行的軟件之一，除了可提供傳統(tǒng)的交互式的編程方法之外，還能提供豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、圖像處理和方便的Windows編程工具等。因而出

91、現(xiàn)了各種以MATLAB為基礎的工具箱，應用于自動控制、圖像信號處理、生物醫(yī)學工程、語音處理、信號分析、時序分析與建模、優(yōu)化設計等廣泛的領域，表現(xiàn)出了一般高級語言難以比擬的優(yōu)勢。較為常見的MATLAB工具箱有：控制系統(tǒng)工具箱、系統(tǒng)辯識工具箱、多變量頻率設計工具箱、分析與綜合工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡工具箱、最優(yōu)化工具箱、信號處理工具箱、模糊推理系統(tǒng)工具箱，以及通信工具箱等。</p><p>　　在MATLAB通信工具箱中有S

92、IMULINK仿真模塊和MATLAB函數(shù)，形成一個運算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進行通信領域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設計和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來十分方便，因而完全可以滿足使用者設計和運算的需要。</p><p>　　MATLAB通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用SIMULINK模塊框圖進行仿真和用MATLAB函數(shù)進行的仿真兩種。在用SIMULINK模塊框圖的仿真中，每個模塊，在每個時間

93、步長上執(zhí)行一次，就是說，所有的模塊在每個時間步長上同時執(zhí)行。這種仿真被稱為時間流的仿真。而在用MATLAB函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過一個運算階段，然后再激活下一個階段，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。某些特定的應用會要求采用兩種仿真方式中的一種，但無論是哪種，仿真的結(jié)果是相同的。</p><p>　　5.1 MATLAB的基本操作</p><p>

94、;　　在桌面上雙擊MATLAB7.0的“啟動”圖標后將啟動MATLAB。圖5-1便是啟用后的默認界面。 </p><p>　　從圖5-1中可以看到MATLAB的啟動界面主要包括六部分：標題欄、菜單欄、工具條、Command Window（命令窗口）、Workspace（工作窗口）、Command History（歷史命令窗口）及Start（項目啟動菜單）。</p><p>　　其中

95、，標題欄用于顯示打開文件的名稱：菜單欄包括“File”、“Edit”、“Web”、“Window”、</p><p>　　和“Help”5個菜單；工具欄包括了一些常用的操作圖標，單擊它們MATLAB可立即執(zhí)行相應操作。菜單欄和工具欄操作方法和其它應用程序中的操作方法相同。</p><p>　　5.2 Simulink仿真技術</p><p>　　Simulink是一

96、個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在SIMULINK環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像用手和紙來畫一樣容易。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。SIMULINK包含有SINKS（輸入方式）、SOURCE（輸

97、入源）、LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、CONNECTIONS（連接與接口）和EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊，用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。</p><p>　　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。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，

98、以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關系。在定義完一個模型后，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行一大類仿真非常有用。采用SCOPE模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結(jié)果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到MATLAB的工作空間里

99、做事后處理。</p><p>　　模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、MATLAB的許多工具及MATLAB的應用工具箱。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行仿真、分析和修改。</p><p>　　5.2.1 Simulink窗口環(huán)境</p><p>　　在MATLAB窗口工具欄中單擊“ ”圖標，或在Com

100、mand window窗口中鍵入命令：</p><p>　　>>simulink</p><p>　　即可啟動Simulink的模塊庫瀏覽器，如圖5-2所示</p><p>　　Simulink的模塊庫瀏覽器主要用于瀏覽及選擇模塊，MATLAB為模型的搭建、仿真提供了一個專用的Simulink模型編輯窗口。執(zhí)行Simulink的模塊庫瀏覽器的菜單“Fil

101、e”/“New”/“Model”命令，或單擊工具欄上的“”圖標，或采用快捷鍵[Ctrl+N]都可打開模型編輯窗口，如圖5-3所示</p><p>　　5.2.2功能模塊的連接及設置</p><p>　　1. 功能模塊的連接</p><p>　　根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖，用鼠標點擊并移動所需功能模塊到合適的位置，將鼠標移到有關功能模塊的輸出端(有一個向外的箭頭)，選中該輸出端

102、并移動鼠標到另—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．到達所需輸入端時，釋放鼠標左鍵，相應的連接線出現(xiàn)，表示該連接已完成。重復上述連接過程，直到完成全部連接，組成仿真系統(tǒng)。</p><p>　　連接時，應注意下列幾點：</p><p>　　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；</p>&l

103、t;p>　　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，可在連接線交點處按下“Shift”鍵，再釋放鼠標左鍵；</p><p>　　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，鼠標選中所需方塊，拖動到合適位置后釋放鼠標左鍵；</p><p>　　4）增加連接線轉(zhuǎn)折

104、點的方法是，選中連接線，鼠標移到所需增加轉(zhuǎn)折點處，按下“Shift”鍵，點擊鼠標左鍵，移動轉(zhuǎn)折點到所需位置；</p><p>　　3）連接線的復制、粘貼和剪切等操作方法與Windows對應的操作方法相同； </p><p>　　2．功能模塊的參數(shù)設置</p><p>　　使用者需設置功能模塊參數(shù)后，方可進行仿真操作。不同功能模塊的參數(shù)是不相同的，用鼠標雙擊該功能模塊

105、自動彈出相應的參數(shù)設置對話框。</p><p>　　圖5-4 傳遞函數(shù)模型參數(shù)設置對話框</p><p>　　例如，圖5-4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

106、項式框中，輸入系統(tǒng)模型的分母多項式等。設置功能模塊的參數(shù)后，點擊OK軟鍵進行確認，將設置參數(shù)送仿真操作畫面，并關閉對話框。</p><p>　　3.仿真系統(tǒng)操作參數(shù)設置</p><p>　　在仿真操作前，應設置仿真操作的參數(shù)。包括仿真器參數(shù)和示波器參數(shù)的設置。</p><p>　　1) 仿真器參數(shù)設置 </p><p>　　點擊圖5-3操作

107、畫面“Simulation”下拉式菜單“Simulation Parameters…”選項，彈出如圖5-6所示的仿真參數(shù)設置畫面。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(Real—Time Workshop)等5個頁面。</p><p>　　圖5-5 仿真器參數(shù)設置對話框</p><p

108、>　　解算器頁面用于設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)、輸出方式和精細因子設置等。通常，仿真操作時可根據(jù)仿真曲線設置終止時間和最大步長，以便得到較光滑的輸出曲線。</p><p>　　工作空間輸入輸出頁面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

109、出現(xiàn)的異常情況進行診斷。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置系統(tǒng)目標文件、暫存構(gòu)成文件和構(gòu)成命令，建立目錄等。</p><p>　　2) 示波器參數(shù)設置 </p><p>　　當采用示波器顯示仿真曲線時，需對示波器參數(shù)進行設置。示波器有單蹤和雙蹤示波器兩種。單蹤示被器指顯示輸入信號(可以有多個輸入信號)與時間關系的設備，雙蹤示波器指顯示兩個輸入信號之間關系

110、的設備。</p><p>　　（1）單蹤示波器參數(shù)設置操作 點擊圖5-3中已存在的示波器，彈出如圖5-6所示的單蹤示波器顯示畫面，點擊畫面的圖標“”，彈出如圖5-7所示的示波器屬性對話框，分2個頁面。用于設置顯示坐標窗口數(shù)、顯示時間范圍、標記和顯示頻率或采樣時間等。時間范圍應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“”，