移動(dòng)通信課程設(shè)計(jì)(基于simulink的擴(kuò)頻通信仿真與實(shí)現(xiàn)) (2)

1、<p><b>　　移動(dòng)通信</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目 基于Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn) </p><p>　　學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專

2、 業(yè) 通信工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 年級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 講

3、 師 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī) </p><p>　?。ò凑諆?yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定）</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語：</b></p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）

4、 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　說明：指導(dǎo)教師評(píng)分后，設(shè)計(jì)報(bào)告交院實(shí)驗(yàn)室保存。</p><p>　　基于Simulink的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　專 業(yè)：通信工程 學(xué) 號(hào)： </p><p&

5、gt;　　學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： </p><p>　　摘要：直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS-CDMA）因其抗干擾性強(qiáng)、隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中。針對(duì)擴(kuò)頻通信廣泛的應(yīng)用，用Matlab工具箱中的Simulink通信仿真模塊和Matlab函數(shù)對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真是快速有效的設(shè)計(jì)方法，可以事半功

6、倍。Matlab通信工具箱的Simulink仿真模塊和Matlab函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。且模塊可供直接使用，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(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。本文根據(jù)擴(kuò)頻通信的原理，利用Matlab提供的可視化仿真工具Simulink建立了擴(kuò)頻通信原理的系統(tǒng)仿真模型合與直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型。</p><p>　　關(guān)鍵詞：M

7、atlab；Simulink；碼分多址；擴(kuò)頻通信； </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1．1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景1</p><p>　　1．2 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)2</p><p&g

8、t;　　1.2.1直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)2</p><p>　　1.2.2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的不足3</p><p>　　1.3 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)展3</p><p>　　第2章 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)5</p><p>　　2.1直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1.1 直

9、接序列擴(kuò)頻的概念5</p><p>　　2.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1.3擴(kuò)頻增益和抗干擾容限6</p><p>　　2.2直接序列擴(kuò)頻的基本原理7</p><p>　　2.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能10</p><p>　　2.3.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性10</p>

10、<p>　　2.3.2 直擴(kuò)信號(hào)的抗截獲性12</p><p>　　2.3.3 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng)12</p><p>　　2.3.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能13</p><p>　　2.3.5 直擴(kuò)測(cè)距定時(shí)系統(tǒng)13</p><p>　　2.4擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理14</p><p>

11、;　　第3章 PN序列16</p><p>　　3.1 PN序列（偽隨機(jī)序列）概述16</p><p>　　3.1.1 偽隨機(jī)序列的一般定義16</p><p>　　3.1.2 偽隨機(jī)序列的數(shù)學(xué)定義16</p><p>　　3.1.3 偽隨機(jī)序列的相關(guān)特性17</p><p>　　3.2 m序列的產(chǎn)生原理1

12、8</p><p>　　第4章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真21</p><p>　　4.1 Simulink仿真技術(shù)21</p><p>　　4.2. Simulink對(duì)通信系統(tǒng)的仿真21</p><p>　　4.2.1擴(kuò)頻與解擴(kuò)的Simulink仿真圖23</p><p>　　4.2.2 BPSK

13、調(diào)制的Simulink仿真圖25</p><p>　　4.3 MATLAB程序設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果27</p><p>　　4.3.1程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.2 仿真波形34</p><p><b>　　結(jié)論37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38

14、</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1．1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景</p><p>　　直接序列擴(kuò)頻(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)是當(dāng)今人們所熟

15、知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。</p><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(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測(cè)到信號(hào)。即便探測(cè)到信號(hào)，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號(hào)重新匯編成原始的信號(hào)。有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀

16、點(diǎn)是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家George Antheil提出的?；趯?duì)魚雷控制的安全無線通信的思路，他們申請(qǐng)了美國專利#2.292.387。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒有引起美國軍方的重視，直到十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。</p><p>　　直序擴(kuò)頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、WLAN (IEEE802.

17、11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問題。擴(kuò)頻技術(shù)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><p>　　直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 擴(kuò)頻通信工作原理框圖</p><p>　　在發(fā)端輸入的數(shù)字信號(hào)信息，先由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼

18、序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，擴(kuò)頻碼序列一般采用PN碼。展寬后的信號(hào)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(hào)進(jìn)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(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)?；謴?fù)成原輸入的信息輸出。</p><p>　　由此可見，—般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行兩次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，二

19、次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的解擴(kuò)和射頻解調(diào)。 </p><p>　　與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 </p><p>　　1．2 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　1.2.1直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　?。?）抗干擾性強(qiáng)</b></p><

20、p>　　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(zhēng)等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在

21、不同區(qū)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　?。?）隱蔽性好</b></p><p>　　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(duì)于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。</p><p>　　（3）易于實(shí)現(xiàn)碼分多

22、址（CDMA）</p><p>　　直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)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。正是由于直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)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(duì)使

23、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，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。</p><p><b>　?。?）抗多徑干擾</b></p><p

24、>　　無線通信中抗多徑（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。</p><p><b>　?。?）速率高</b></p><p>　　直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)速率可達(dá) 2M，8M，11

25、M，無須申請(qǐng)頻率資源，建網(wǎng)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)性能好。</p><p>　?。?）有很強(qiáng)的保密性能。</p><p>　　對(duì)于直接序列擴(kuò)頻通信系統(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(hào)的存在。由于直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信號(hào)的頻譜密度很低，直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 </p><p>　　1.2.2直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的不足</

26、p><p>　　直接序列擴(kuò)頻通信系統(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(jī)碼的同步，以便接受機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)接受信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長。</p><p>　　1.3 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。在容

27、許無線設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對(duì)其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時(shí)對(duì)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(kuò)頻系統(tǒng)。現(xiàn)在直擴(kuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破，在此后的發(fā)展過程中主要是硬件的改善和性能的提高。</p><p>　　隨著移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，目前3G系統(tǒng)由研

28、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(dòng)通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動(dòng)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(shí)。直擴(kuò)碼分多址，由于具備通信容量大、能充分利用話音的統(tǒng)計(jì)特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點(diǎn)被作為未來移動(dòng)通信中最具競(jìng)爭(zhēng)力、最有前景的無線多址接入技術(shù)。無線擴(kuò)頻通信作為另一種有效的補(bǔ)充通信手段,已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。&l

29、t;/p><p>　　發(fā)展到現(xiàn)在，擴(kuò)頻技術(shù)理論和技術(shù)都已趨于完善，主要應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮總體性能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。因此，應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)一直是擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)、全球個(gè)人通信等，擴(kuò)頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。</p><p>　　第2章 直接序列擴(kuò)頻通

30、信技術(shù)</p><p>　　2.1直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1.1 直接序列擴(kuò)頻的概念</p><p>　　所謂直接序列(DS：Direct Sequence)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。</p><p>

31、;　　2.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)</p><p>　　長期以來，人們總是想方設(shè)法使信號(hào)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(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)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(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)出所傳信息數(shù)據(jù)。為什么要用寬頻帶信號(hào)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(diǎn)來說明：</p>&l

32、t;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></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C--信息的傳輸速率（信道容量） 單位b/s；</p><p>　　S--信號(hào)平均功率單

33、位W；</p><p>　　B--頻帶寬度 單位Hz；</p><p>　　N--噪聲平均功率 單位W。</p><p>　　由式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(shí)現(xiàn)，既加大帶寬B或提高信噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率C一定時(shí)，信號(hào)帶寬B和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)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

34、降低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)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(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　此公式指出，差錯(cuò)概率Pe是信號(hào)能量E與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。設(shè)信息持續(xù)時(shí)間

35、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(hào)功率S為</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號(hào)的寬度為B，則噪聲功率為</p&g

36、t;<p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　將式（2-3）~（2-5）代入式（2-2），可得</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　上面公式指出，差錯(cuò)概率Pe是輸入信號(hào)與噪聲功率之比（S/N）和信號(hào)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

37、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(kuò)展100倍，甚至用1000倍以上的帶寬信號(hào)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)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。</p><p>　　2.1.3擴(kuò)頻增益和抗干擾容限</p><p>　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信

38、號(hào)頻譜，在接收端解擴(kuò)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(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬比例有關(guān)。一般把擴(kuò)頻信號(hào)帶寬W與信息帶寬△F之比稱為處理增益，即</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與有關(guān)。因此，處理增

39、益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　式中：（S/N）= 輸出端的信噪比；</p><p><b>　　= 系統(tǒng)損耗；</b></p><p>　　由此可見，抗干擾

40、容限與擴(kuò)頻處理增益成正比，擴(kuò)頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號(hào)在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴(kuò)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>　　2.2直接序列擴(kuò)頻的基本原理</p><p>　　所謂直接序列擴(kuò)頻（DS），就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列

41、進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。圖2-1示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖，圖2-2為直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要相位和波形圖。</p><p>　　圖2-1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　在發(fā)送端輸入信息碼元m（t），它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為0、1兩個(gè)碼元，其碼元寬度為。加入擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中為模2加法器，擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼（PN碼），記作p（t）。偽碼的波形如圖 2-2 中的

42、第（2）個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率，即，也就是說，偽碼的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度，即，這樣才能展寬頻譜。模2加法器的運(yùn)算規(guī)則可用式2-9表示。</p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　當(dāng)m（t）與p（t）符號(hào)相同時(shí)，c（t）為0；而當(dāng)m（t）與p（t）不同時(shí)，則為1。c（t）的波形如圖2-2

43、所示中的第（3）個(gè)波形。由圖可見，當(dāng)信碼m（t）為0時(shí)，c（t）與p（t）相同；而當(dāng)信碼m（t）為1時(shí)，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(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。其擴(kuò)展處理增益也可用下式表示</p><p><b>　?。?—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(kuò)頻處理增

44、益越大。</p><p>　　經(jīng)過擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號(hào)在信道上有效的傳輸。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>　

45、　（2—12）</b></p><p>　　因此，經(jīng)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào)為</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　由上面討論可知，經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)c（t）可看作只取1的二進(jìn)制波形，然后對(duì)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

46、后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)。這里假定平衡調(diào)制器是理想對(duì)稱，碼序列取+1、1的概率相同，即調(diào)制信號(hào)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(jī)中推動(dòng)級(jí)、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(yuǎn)小于偽碼的周期，即滿足。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，否則要在一個(gè)期間內(nèi)畫幾十個(gè)甚至幾百個(gè)正弦波。對(duì)于P

47、SK來說，主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)之間的相位關(guān)系。圖2-2中的第（5）個(gè)圖為已調(diào)波 的波形。這里，當(dāng)c（t）為一碼時(shí)，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng)c（t）為0碼時(shí)，取同相。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖2-2中的第（6）個(gè)圖所示。</p><p><b>　　接收端的工作原理：</b></p><p>　　假設(shè)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯(cuò)，經(jīng)過接收機(jī)前端電路（包括輸

48、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?yàn)閷?duì)PSK調(diào)制信號(hào)而言，重要的是相位問題，這里的假定對(duì)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(kuò)。接收機(jī)中的本振信號(hào)頻率與載波相差為一個(gè)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(hào)是p（t），即調(diào)相器輸出信號(hào)的相位僅取決于p（t），當(dāng)p（t）=1時(shí)，的相位為；當(dāng)p（t）=0時(shí)，的相位為0。信號(hào)的相位如圖2-2中（7）

49、所示。</p><p>　　相關(guān)器的作用在這里可等效為對(duì)輸入相關(guān)器的、相位進(jìn)行模2加。對(duì)二元制的0、而言，同號(hào)模2加為0，異號(hào)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。</p><p>　　這一過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)

50、的抗干擾能力。</p><p>　　2.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能</p><p>　　2.3.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 </p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)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(kuò)頻處理增益，越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。下面就來分析直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾和抗窄帶干擾的原理。圖

51、2-3為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。</p><p>　　這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)的，在CDMA通信網(wǎng)中，其它用戶的信號(hào)就是一種寬帶干擾。相關(guān)處理前，信號(hào)頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，有用信息被解擴(kuò)，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(kuò)后必然連接窄帶濾波器，保證信號(hào)能順利通過，對(duì)信號(hào)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&g

52、t;<p>　　對(duì)單頻或窄帶干擾，直擴(kuò)系統(tǒng)有很強(qiáng)的抗干擾能力。圖2-4（a）為解擴(kuò)前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地?cái)U(kuò)頻碼（PN碼）是不相關(guān)的。對(duì)干擾來說，相關(guān)器起到擴(kuò)展頻譜的目的，功率譜密度就大大下降，其中對(duì)信號(hào)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(hào)能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。</p><p>　　2.3.2 直擴(kuò)信號(hào)的抗截獲性 <

53、;/p><p>　　截獲敵方信號(hào)的目的在于： </p><p>　?。?）發(fā)現(xiàn)敵方信號(hào)的存在； </p><p>　?。?）確定敵方信號(hào)的頻率； </p><p>　?。?）確定敵方發(fā)射機(jī)的方向； </p><p>　　理論分析表明，信號(hào)的檢測(cè)概率與信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號(hào)的頻帶寬度成反比。直擴(kuò)信號(hào)正好具

54、有這兩方面的優(yōu)勢(shì)，它的功率譜密度很低，單位時(shí)間內(nèi)的能量就很小，同時(shí)它的頻帶很寬。因此，它具有很強(qiáng)的抗截獲性。</p><p>　　如果滿足直擴(kuò)信號(hào)在接收機(jī)輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機(jī)本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機(jī)發(fā)現(xiàn)不了直擴(kuò)信號(hào)的存在。另外，由于直擴(kuò)信號(hào)的寬頻帶特性，截獲時(shí)需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測(cè)，也是困難之一。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來進(jìn)行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號(hào)的存在，和弄

55、清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)與估值問題。</p><p>　　2.3.3 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) </p><p>　　多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個(gè)通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個(gè)用戶都可以通信，而且許多對(duì)用戶同時(shí)通信時(shí)互不不擾。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一個(gè)多址通信系統(tǒng)(網(wǎng))。</p><p>　　具體的做法是給每一個(gè)用戶分配一個(gè)PN碼作為地址碼。首先，利用直擴(kuò)信號(hào)中

56、PN碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每個(gè)用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號(hào)，此時(shí)自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號(hào)。對(duì)于其他用戶發(fā)來的別的信號(hào)，因PN碼不同時(shí)互相關(guān)值很小，不會(huì)被解擴(kuò)出來。其次，利用直擴(kuò)信號(hào)中頻譜擴(kuò)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(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個(gè)用戶占用的頻寬很窄，相對(duì)說來，頻譜利用率也是高的。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多

57、址通信值得注意的問題有：</p><p>　?。?） 是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。 </p><p>　　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(shí)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。 </p><p>　　（2）是要注意克服“遠(yuǎn)－近”問題。</p><p>　　所謂“遠(yuǎn)

58、一近”問題指的是距離近的用戶的信號(hào)強(qiáng)，它會(huì)干擾距離遠(yuǎn)的弱信號(hào)的接收。解決的辦法是采用自動(dòng)功率控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá)到接收機(jī)時(shí)各用戶信號(hào)功率基本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件，才能正確地區(qū)分有用信號(hào)。</p><p>　?。?）是同時(shí)通話的用戶數(shù)，決定于整個(gè)網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 </p><p>　　因此，直擴(kuò)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

59、漸變壞。</p><p>　　2.3.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 </p><p>　　多徑信道就是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(duì)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(shí)間的延遲也不同。</p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。其它有延遲到達(dá)

60、的電波，由于相關(guān)解擴(kuò)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(gè)PN碼時(shí)片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來對(duì)待。另外，如果采用不同時(shí)延的匹配濾波器，把多徑信號(hào)分離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號(hào)在相位上對(duì)齊相加，起到增加接收信號(hào)能量的作用。</p><p>　　因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。</p><p>　　2.3.5 直擴(kuò)測(cè)距定時(shí)

61、系統(tǒng) </p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展是從測(cè)距開始的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。如果測(cè)定了電波傳播的時(shí)間，也就測(cè)定了距離。</p><p>　　用直擴(kuò)信號(hào)來測(cè)取和定時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用一個(gè)較長周期的PN碼序列作為發(fā)射信號(hào)、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(gè)碼序列相差的時(shí)片數(shù)，就可以看出其時(shí)間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。不難把碼片

62、選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的測(cè)距與定時(shí)，基本的分辨率即一個(gè)碼片。</p><p>　　此外，有了精確的測(cè)距的定時(shí)系統(tǒng)，不難形成一個(gè)精確的定位系統(tǒng)；按照簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系，已知兩個(gè)點(diǎn)的位置(座標(biāo))和距離，及其在某一平面上分別與第三點(diǎn)的距離，也就能確定第三點(diǎn)的座標(biāo)位置。</p><p>　　2.4擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理</p><p>　　任何數(shù)字通信系統(tǒng)

63、都是離散信號(hào)的傳輸，要求收發(fā)兩端信號(hào)在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。一個(gè)相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實(shí)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(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作?？梢哉f沒有同步就沒有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。</p><p>　　同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時(shí)鐘可以和PN碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來，有固定的關(guān)系，一個(gè)實(shí)現(xiàn)了同步，另一個(gè)自然也

64、就同步了。對(duì)于載頻同步來說，主要是針對(duì)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(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。 </p><p>　　一般說來，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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有以下一些：</p><p>　　1. 收發(fā)信機(jī)的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差; <

65、;/p><p>　　2. 收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差; </p><p>　　3. 收發(fā)信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移； </p><p>　　4. 以及多徑傳播也會(huì)影響中心頻率的改變。</p><p>　　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。 </p><p>　

66、　同步系統(tǒng)的作用就是要實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的PN碼與接收到的信號(hào)中的PN碼同步，即頻率上相同，相位上一致。同步過程一般說來包含兩個(gè)階段： </p><p>　　1. 接收機(jī)在一開始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過程，即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號(hào)。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對(duì)方發(fā)來的信號(hào)與本地信號(hào)在相位之差納入同步保持范圍內(nèi)，即在PN碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。 </p>&

67、lt;p>　　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(hào)仍然保持同步。</p><p>　　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(gè)同步過程是包含搜捕和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整過程。</p><p>　　圖2-5為同步系統(tǒng)搜捕

68、和跟蹤原理圖，圖中接收到的信號(hào)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(yùn)算。此時(shí)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(hào)。一旦捕獲到有用信號(hào)后，則起動(dòng)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(hào)保持同步。</p><p><b>　　第3章 PN序列</b></p><p>　　3.1 PN序列（偽隨機(jī)

69、序列）概述</p><p>　　3.1.1 偽隨機(jī)序列的一般定義</p><p>　　偽隨機(jī)序列作為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的一部分是十分關(guān)鍵的，它關(guān)系到擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能。四十年代末，信息論的奠基人香農(nóng)(C.E.Shannon)提出的編碼定理指出：只要信息速率Rb小于信道容量C，則總可以找到某種編碼方法，在碼周期相當(dāng)長的條件下，能夠幾乎無差錯(cuò)的從收到高斯噪聲干擾的信號(hào)中復(fù)制出原發(fā)信息。這里有兩個(gè)條件，

70、一是Rb<=C，二是編碼的碼周期足夠長。同時(shí)香農(nóng)在證明編碼定理的時(shí)候，提出用具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)來編碼。白噪聲是一種隨機(jī)過程，它的瞬時(shí)值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬頻帶內(nèi)都是均勻的。但是至今無法實(shí)現(xiàn)對(duì)白噪聲放大、調(diào)制、檢測(cè)、同步及控制等，而只能用具有類似于限帶白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的偽隨機(jī)序列信號(hào)來逼近它，并作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼。</p><p>　　3.1.2 偽隨機(jī)序列的數(shù)學(xué)定義</p><

71、;p>　　白噪聲是一種隨機(jī)過程，瞬時(shí)值服從正態(tài)分布，自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度有極好的相關(guān)性，偽隨機(jī)序列是針對(duì)白噪聲演化而來的，只有“0”和“1”兩種電平，因此偽隨機(jī)編碼概率分布不具備正態(tài)分布形式。但當(dāng)序列足夠長時(shí)，由中心極限定理可知，它趨近于正態(tài)分布，由此，偽隨機(jī)序列定義如下：</p><p>　　(1)凡自相關(guān)函數(shù)具有</p><p><b>　　(3-1)</b&g

72、t;</p><p>　　式的序列稱為狹義偽隨機(jī)序列。</p><p>　　(2)凡自相關(guān)函數(shù)具有</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　形式的序列，成為第一類廣義偽隨機(jī)序列。</p><p>　　(3)凡互相關(guān)系數(shù)具有</p><p>　　或

73、 (3-3)</p><p>　　形式的序列，稱為第二類廣義偽隨機(jī)序列。</p><p>　　(4)凡相關(guān)函數(shù)滿足(1)、(2)、(3)三者之一的序列，統(tǒng)稱為偽隨機(jī)序列。由上面的四種定義可以看出，狹義偽隨機(jī)序列是第一類廣義偽隨機(jī)序列的一種特例。</p><p>　　3.1.3 偽隨機(jī)序列的相關(guān)特性

74、</p><p>　　擴(kuò)頻系統(tǒng)中，對(duì)偽隨機(jī)序列而言，最關(guān)心的問題就是其相關(guān)特性，包括自相關(guān)性、互相關(guān)性及部分相關(guān)性。下面分別給出這些相關(guān)函數(shù)的定義。設(shè)有兩條長為N的序列{a}和，序列中的元素分別為ai，bi，(i=1,2,3,…,N)。則序列的自相關(guān)函數(shù)定義為：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　由于{a

75、}是周期為P的序列，故有ai+p=ai,其歸一化自相關(guān)函數(shù)ρa(bǔ)(τ)定義為：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　序列{a}和的互相關(guān)函數(shù)定義為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　歸一化互相關(guān)函數(shù)定義為：</p>

76、<p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　對(duì)于二進(jìn)制序列，可以表示為：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　其中，A為序列{a}和對(duì)應(yīng)碼元相同的數(shù)目，D為不相同的數(shù)目。</p><p>　　若ρa(bǔ)b(τ)=0，則序列{a}和序列{b

77、}正交，定義{a}的部分相關(guān)函數(shù)和歸一化部分相關(guān)函數(shù)為 (式中t為某一整數(shù)) ：</p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　定義序列{a}和序列的部分互相關(guān)函數(shù)和歸一化部分互相關(guān)函數(shù)分別為：</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　3.2

78、 m序列的產(chǎn)生原理</p><p>　　m序列是最長線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。它是由多級(jí)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。由于m序列容易產(chǎn)生、規(guī)律性強(qiáng)、有許多優(yōu)良的性能，在擴(kuò)頻通信中最早獲得廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　如圖2.1所示，m序列可由二進(jìn)制線性反饋移位寄存器產(chǎn)生。它主要由n個(gè)串聯(lián)的寄存器、移位脈沖產(chǎn)生器和模2加法器組成。 圖中第i級(jí)移存器的狀態(tài)ai表示

79、，ai=0 或ai=1，i=整數(shù)。反饋線的連接狀態(tài)用ci表示，ci=1表示此線接通（參加反饋），ci=0表示此線斷開。</p><p>　　由于反饋的存在，移存器的輸入端受控地輸入信號(hào)。不難看出，若初始狀態(tài)為全“0”,則移位后得到的仍為全“0”，因此應(yīng)避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài)，又因?yàn)閚級(jí)移存器共有2n-1種可能的不同狀態(tài)，除全“0”狀態(tài)外，剩下2n-1種狀態(tài)可用。每移位一次，就出現(xiàn)一種狀態(tài)，在移位若干次后，一定能重復(fù)

80、出現(xiàn)前某一狀態(tài)，其后的過程便周而復(fù)始了。反饋線位置不同將出現(xiàn)不同周期的不同序列，我們希望找到線性反饋的位置，能使移存器產(chǎn)生的序列最長，即達(dá)到周期P=2n-1。按圖中線路連接關(guān)系，可以寫為：</p><p>　?。?） （3-11）</p><p><b>　　該式稱為遞推方程。</b></p><p>　　圖3-1

81、 線性反饋移位寄存器</p><p>　　上面曾經(jīng)指出，ci的取值決定了移位寄存器的反饋連接和序列的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將它用下列方程表示：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　這一方程稱為特征多項(xiàng)式。式中xi僅指明其系數(shù)ci的值（1或0），x本身的取值并無實(shí)際意義，也不需要去計(jì)算x的值。例如，若特征方程為f(x)=1+

82、x+x4則它僅表示x0,x1和x4的系數(shù)c0=c1=c4=1,其余為零。經(jīng)嚴(yán)格證明：若反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式為本原多項(xiàng)式，則移位寄存器能產(chǎn)生m序列。只要找到本原多項(xiàng)式，就可構(gòu)成m系列發(fā)生器。</p><p>　　表1.1 部分本原多項(xiàng)式</p><p>　　m序列的基本性質(zhì)如下：</p><p>　　(1)周期性：m序列的周期p取決于它的移位寄存器的級(jí)數(shù), p=

83、2n-1</p><p>　　(2)平衡特性：m序列中0和1的個(gè)數(shù)接近相等；m序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多1個(gè)。</p><p>　　(3)游程特性：m序列中長度為1的游程約占游程總數(shù)的1/2，長度為2的游程約占游程總數(shù)的1/22 ,長度為3的游程約占游程總數(shù)的1/23 …</p><p>　　(4)線性疊加性：m序列和其移位后的序列逐位模2相加，所

84、得的序列還是m序列，只是相移不同而已。例如1110100與向右移3位后的序列1001110逐位模2相加后的序列為0111010，相當(dāng)于原序列向右移1位后的序列,仍是m序列。用公式表示為:</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　其中: u(i)、up(i)、uq(i)分別為原序列、平移p個(gè)元素后的序列及平移相加后得到的序列中的第i個(gè)元素。

85、</p><p>　　(5)二值自相關(guān)特性：碼位數(shù)越長越接近于隨機(jī)噪聲的自相關(guān)特性。m序列的自相關(guān)函數(shù)計(jì)算式為</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　其中:,為碼序列的最大長度,亦即m序列的周期； Tc為m序列碼的碼元寬度?？梢?相關(guān)函數(shù)是個(gè)周期函數(shù)。</p><p>　　(6)m序列發(fā)生

86、器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m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>　?。?-15）</b></p><p>　　其中Φ(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(gè)數(shù))。例如5級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的31位m序列只有6個(gè)。</p><p>　　第4章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真</

87、p><p>　　4.1 Simulink仿真技術(shù)</p><p>　　Simulink是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。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)畫模型就像用手和紙來畫一樣容易。它與傳

88、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包含有Sinks（輸入方式）、Sours（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connections（連接與接口）和Extar（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)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

89、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)模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或Matlab的命令窗口鍵入命令來對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)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(jìn)行的同時(shí)

90、，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的工作空間里做事后處理。</p><p>　　模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、Matlab的許多工具及Matlab的應(yīng)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(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。</p><p>　　4.

91、2. Simulink對(duì)通信系統(tǒng)的仿真</p><p>　　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。</p><p>　　一個(gè)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4-1所示</p><p>　　信源提供系統(tǒng)的輸入信號(hào)，如常量、正弦波、方波等

92、；系統(tǒng)是對(duì)仿真對(duì)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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行求和，還是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了一次調(diào)制；信宿是接收信號(hào)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。</p><p>　　通信系統(tǒng)仿真的基本步驟如下：</p><p>　　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(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)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

93、間的關(guān)系，畫出系統(tǒng)流程框圖模型。</p><p>　　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</p><p>　　Communication Toolbox SIMULINK Block Library）的各個(gè)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。</p>&

94、lt;p>　　3 設(shè)置、調(diào)整參數(shù)：參數(shù)設(shè)置包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（如系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、采樣速率等）和功能模塊運(yùn)行參數(shù)設(shè)置（正弦信號(hào)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）。</p><p>　　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(diǎn)處設(shè)置觀測(cè)輸出模塊，用于觀測(cè)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及時(shí)調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。</p><p>　　5 生成新的模塊：對(duì)于

95、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(shí)調(diào)用。</p><p>　　下面就對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)里的擴(kuò)頻與解擴(kuò)、BPSK調(diào)制、編碼信道AWGN信道進(jìn)行了Simulink模塊仿真。</p><

96、p>　　用到的主要模塊如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2仿真用到的主要模塊</p><p>　　（1）Scope——將輸入信號(hào)在示波器中顯示出來。</p><p>　?。?）Display——將輸入信號(hào)以數(shù)字的形式顯示出來。</p><p>　?。?）Error Rate Calculation——計(jì)算輸入信號(hào)的比特或符號(hào)錯(cuò)

97、誤率。</p><p>　?。?）AWGN channel——AWGN信道。</p><p>　　（5）PN Sequence Generator——生成PN序列。</p><p>　?。?）Bernoulli Binary Generator——生成Bernoulli分部二進(jìn)制數(shù)。</p><p>　?。?）BPSK Demodulator

98、 Basband ——BPSK解調(diào)。</p><p>　?。?）BPSK Modulator Basband——BPSK調(diào)制</p><p>　　4.2.1擴(kuò)頻與解擴(kuò)的Simulink仿真圖</p><p>　　擴(kuò)頻模塊包括偽隨機(jī)碼生成和相關(guān)運(yùn)算兩個(gè)部分。不同的偽隨機(jī)碼表示著不同的擴(kuò)頻方式。常用的偽隨機(jī)碼有m序列（最大長度移位寄存器序列）、Gold碼序列等。<

99、/p><p>　　在直序擴(kuò)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(kuò)頻的過程可以簡(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)頻到某個(gè)較寬的帶寬上，然后在信道上進(jìn)行傳輸。</p><p>　　解擴(kuò)過程與擴(kuò)頻過程完全相同，也是將輸入解擴(kuò)模塊的信號(hào)用偽隨機(jī)碼進(jìn)行擴(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)

100、頻用的偽隨機(jī)碼不僅碼字相同，而且相位相同；否則，將會(huì)導(dǎo)致期望用戶的信號(hào)自身相互抵消。</p><p>　　解擴(kuò)處理將擴(kuò)頻后的信號(hào)壓縮到信息頻帶內(nèi)，由寬帶信號(hào)恢復(fù)為窄帶信號(hào)；同時(shí)，解擴(kuò)處理的結(jié)果也擴(kuò)展了干擾信號(hào)，降低了干擾信號(hào)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。</p><p>　　圖4-3是用戶信息被擴(kuò)展的框圖，圖4-4是擴(kuò)頻的仿真

101、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)序列的頻譜被擴(kuò)展。圖4-5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。</p><p>　　圖4-4 擴(kuò)頻仿真模型</p><p>　　圖4-5 輸出的PN碼擴(kuò)頻波形圖</p><p>　　4.2.2 BPSK調(diào)制的Simulink仿真圖</p&

102、gt;<p>　　BPSK是二進(jìn)制相移鍵控，在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(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4-6所示。</p><p>　　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4-

103、7所示，在相干</p><p>　　解調(diào)過程中需要用到與接收到的BPSK信號(hào)同頻同相的相干波。</p><p>　　圖4-8是BPSK調(diào)制與解調(diào)框圖，圖4-9是BPSK調(diào)制與解調(diào)的Simulink模型，4-10是信源輸入的隨機(jī)數(shù)字信息的波形，圖4-11是隨機(jī)數(shù)字信息經(jīng)BPSK調(diào)制后的頻譜圖。</p><p>　　圖4-9 BPSK調(diào)制與解調(diào)模型</p>

104、<p>　　圖4-10 信源產(chǎn)生的隨機(jī)序列</p><p>　　圖4-11是隨機(jī)數(shù)字信息經(jīng)BPSK調(diào)制后頻譜圖</p><p>　　4.2.3編碼信道的Simulink仿真圖</p><p>　　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?cè)谝话闱闆r下是相同的數(shù)字序列。因此，從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及

105、傳輸媒質(zhì)可用一個(gè)完成數(shù)字序列變換的方框加以概括，這個(gè)方框就稱為編碼信道，如圖4-12。</p><p>　　AWGN信道，是指信號(hào)在信道中傳輸時(shí)加入了高斯白噪聲，如圖4-13的仿真波形中第一個(gè)圖形為輸入信息，第二個(gè)波形為加入高斯白噪聲后的波形。</p><p>　　圖4-12AWGN信道仿真</p><p>　　圖4-13 通過AWGN信道輸出前和輸出后的波形<

106、;/p><p>　　4.3 MATLAB程序設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果</p><p><b>　　4.3.1程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由圖4-14直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真框圖可知，系統(tǒng)主要組成分為七個(gè)部分，分別為信源部分、擴(kuò)頻部分、調(diào)制部分、信道傳輸部分、解調(diào)部分、解擴(kuò)部分和信宿部分。</p><p>　　信源部分：用戶把要

107、傳輸?shù)男畔⒔o定，用戶輸入的信息0101101。</p><p>　　調(diào)制部分：采用的是BPSK調(diào)制，數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制然后輸送出其調(diào)制之后的波形。調(diào)制后的傳輸信道選用的是高斯白噪聲信道，信噪比可任意設(shè)定，在本次仿真中信噪比設(shè)定為20。</p><p>　　擴(kuò)頻部分：數(shù)據(jù)要進(jìn)行擴(kuò)頻處理。這里選用的是利用PN碼與輸入的信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后等待送入信道。PN碼的產(chǎn)生是由一個(gè)PN碼發(fā)生器來完成的。PN碼

108、發(fā)生器如圖4-15所示。</p><p>　　在信道的接收端進(jìn)行的過程和輸入端剛好是相反的。</p><p>　　首先進(jìn)行解調(diào)，也是選擇BPSK的解調(diào)。</p><p>　　然后是解擴(kuò)，解擴(kuò)時(shí)使用的PN碼和擴(kuò)頻時(shí)使用的一致。這樣才能保證解擴(kuò)出相應(yīng)的信息。</p><p>　　整個(gè)仿真過程共設(shè)置了八個(gè)波形觀測(cè)設(shè)備，運(yùn)行后可以從這八個(gè)波形圖中較直

109、觀的看到DS-CDMA系統(tǒng)的每一個(gè)調(diào)制過程。在兩個(gè)用戶的信息中我們給定的是0和1的信息，為了在調(diào)制和擴(kuò)頻中容易計(jì)算，將數(shù)據(jù)中的0用－1來代替。在程序中，每一個(gè)過程都用％來注明，程序可以直接復(fù)制到M文件編輯框，在MATLAB的默認(rèn)界面的Commond Window窗口中輸入</p><p>　　》dscdmamodem</p><p>　　點(diǎn)擊“Enter”鍵，即可仿真出結(jié)果。</p

110、><p>　　DS-CD的MAMATLAB源程序如下：</p><p>　　function dscdmamodem(user,snr_in_dbs)</p><p>　　%建立模型：用戶信息，snr_in_dbs為信噪比</p><p><b>　　%設(shè)置初始參數(shù)</b></p><p>　　use

111、r=[0 1 0 1 1 0 1] ;</p><p><b>　　close all</b></p><p><b>　　%定義步長變量%</b></p><p>　　length_user=length(user); </p><p>　　%改變用戶數(shù)據(jù)中的0為-1</p>&l

112、t;p>　　for i=1:length_user </p><p>　　if user(i)==0</p><p>　　user(i)=-1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　% 用戶傳輸前

113、設(shè)置 </p><p>　　fc=3; % 載頻</p><p>　　eb=2; % 每個(gè)字符的能量</p><p>　　tb=1; % 每個(gè)信息比特所占的時(shí)間</p><p>　　%用戶輸入的數(shù)據(jù)信息</p><p>　　t=0.01:0.01:tb*length_user; </p&

114、gt;<p>　　basebandsig=[];</p><p>　　for i=1:length_user</p><p>　　for j=0.01:0.01:tb</p><p>　　if user(i)==1</p><p>　　basebandsig=[basebandsig 1];</p><p&g