《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基與Systemview 的直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基與Systemview 的直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn)（38頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 目 錄 中文摘要...................................................Ⅲ 英文摘要...................................................Ⅲ 引言........................................................1 1直序擴(kuò)頻概述 1.1 現(xiàn)代通信的安全需要......................................2 1.2 直序擴(kuò)頻的發(fā)展歷史......................................2

2、 1.3 本文的主要內(nèi)容和工作......................................2 2直序擴(kuò)頻的基本理論和概念 2.1擴(kuò)展頻譜通信概述.........................................3 2.2直序擴(kuò)頻通信概述 .........................................5 2.3直序擴(kuò)頻信號(hào)的發(fā)送與接收...................................6 2.3.1擴(kuò)頻調(diào)制.................................................7 2.3.

3、2相關(guān)解擴(kuò)...............................................7 2.4直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能.......................................8 2.5直序擴(kuò)頻在工程中的實(shí)際應(yīng)用...............................10 3 PN碼的產(chǎn)生 3.1擴(kuò)頻碼序列..............................................11 3.1.1偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生 .......................................11 3.2 m序列........

4、..........................................13 3.2.1自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)........................................15 3.2.2 m序列的平均功率譜密度.................................15 3.2.3 SSRG的................................................16 3.2.4 m序列生成表...........................................17 4 基與Systemview 的直序擴(kuò)頻

5、系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn) 4.1 Systemview仿真系統(tǒng)概述..................................17 4.2直序擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真.........................................19 4.2.1直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理仿真...................................19 4.2.2 MSK直序擴(kuò)頻相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)在Systemview上的仿真..........21 4.2.3 PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)在Systemview上的仿真......25 4.3 MSK與PSK仿真對(duì)比.............

6、..........................28 5 擴(kuò)頻技術(shù)的總結(jié)與展望 5.1工作總結(jié).................................................29 5.2擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).......................................29 5.3超寬帶技術(shù)................................................29 5.4多載波調(diào)制技術(shù)...........................................29 5.5軟件無(wú)線電................

7、.............................. .30 結(jié)論........................................................31 致謝 .......................................................32 參考文獻(xiàn)......................................................33 摘 要 擴(kuò)展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的

8、三大高技術(shù)通信傳輸方式。 在本文中主要研究了擴(kuò)頻通信中的直序擴(kuò)頻通信。直序擴(kuò)頻技術(shù)是目前使用比較廣泛的一種擴(kuò)頻技術(shù)，由于它在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端用相關(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。 本文主要闡述了直序擴(kuò)頻技術(shù)的基本原理以及實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的關(guān)鍵技術(shù)——偽隨機(jī)序列，并敘述了偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生、性質(zhì)，講述了直序擴(kuò)頻的調(diào)制與解調(diào)，同時(shí)研究了在Systemview系統(tǒng)下的仿真實(shí)現(xiàn)，以及它的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞　直序擴(kuò)頻； 偽隨機(jī)序列 ABSTRACT Expand the frequency chart correspondence ( Spread Spe

9、ctrum Communication), fiber optic Communication the and satellite Communication are three advanced transfer mode in communication in the information age Studied the keeping of Spread Spectrum correspondence inside preface Spread Spectrum correspondence primarily in this text.Keeping the preface Sp

10、read Spectrum technique is good function that more extensive a kind of Spread Spectrum technique in current usage, because of it is sending out to carry to proceed with the Spread Spectrum code preface row the Spread Spectrum makes, at receive to carry to use related the solution adjusts the techniq

11、ue, making its have many narrow take the correspondence difficult in act for. This text expatiates to keep the technical and basic principle in Spread Spectrum in preface and realizes the key technique —— of the Spread Spectrum primarily false with machine preface row, and describe false with the

12、creation, kind of the machine preface row, related to keep the preface Spread Spectrum make with solve to adjust, undering the system of Systemview studied at the same time of imitate true now, and it of future development trend. Keyword: Direct sequence spread spectrum，PN sequence 35 直序擴(kuò)頻技術(shù)的仿

13、真與應(yīng)用 引 言 隨著個(gè)人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，人們對(duì)信息傳輸安全性的要求越來(lái)越高，擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。擴(kuò)頻技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、易于實(shí)現(xiàn)多址通信等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。近年來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)、微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，以及一些新型元器件的應(yīng)用，擴(kuò)頻通信在技術(shù)上已邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，它不僅在軍事通信中占有相當(dāng)重要的地位，而且正迅速地滲透到個(gè)人通信和計(jì)算機(jī)通信等民用領(lǐng)域，成為新世紀(jì)最有潛力的通信技術(shù)之一。 到現(xiàn)在為止，使用擴(kuò)頻技術(shù)的用戶(hù)已經(jīng)超過(guò)一億 。無(wú)線通信已經(jīng)成為電信產(chǎn)業(yè)最大的部門(mén)之一?，F(xiàn)在在移動(dòng)通信

14、中得到廣泛的應(yīng)用，因此擴(kuò)頻技術(shù)的歷史經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段，而目前它在這兩個(gè)領(lǐng)域仍占據(jù)重要的地位。以后在衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)傳輸，定位，授時(shí)系統(tǒng)中都有使用。今后，在衛(wèi)星通信，移動(dòng)通信系統(tǒng)，定位系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)?huì)得到進(jìn)一步廣泛使用。 因此，研究擴(kuò)頻技術(shù)具有很大實(shí)用價(jià)值。在本文里研究了擴(kuò)頻的原理和它的關(guān)鍵技術(shù)PN碼，并通過(guò)仿真比較了不同方式調(diào)制解調(diào)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而展望到擴(kuò)頻在未來(lái)不同領(lǐng)域的應(yīng)用。 1 直序擴(kuò)頻技術(shù)概述 1.1 現(xiàn)代通信的安全需求 隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展應(yīng)用，人們對(duì)其的安全要求也越來(lái)越注重，希望信息能安全準(zhǔn)確的傳輸?shù)侥康牡?。人們常用的保密?/p>

15、式就是對(duì)信息進(jìn)行加密，但在信息的傳輸過(guò)程中信息可能被干擾、截獲或破譯。 擴(kuò)展頻譜技術(shù)在50年前第一次被軍方公開(kāi)介紹，用來(lái)進(jìn)行保密傳輸。從一開(kāi)始它就被設(shè)計(jì)成抗噪音、抗干擾、抗阻塞和抗未授權(quán)檢測(cè)。在擴(kuò)展頻譜方式中，信號(hào)可以跨越很寬的頻段,數(shù)據(jù)基帶信號(hào)的頻譜被擴(kuò)展至幾倍～幾十倍再被搬移至射頻發(fā)射出去。這一做法雖然犧牲了頻帶帶寬，但由于其功率密度隨頻譜的展寬而降低，甚至可以將通信信號(hào)淹沒(méi)在自然背景噪聲中，因此其保密性很強(qiáng)。要截獲或竊聽(tīng)、偵察這樣的信號(hào)是非常困難的，除非采用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼與之同步后再進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，否則對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)是無(wú)能為力的。正是由于擴(kuò)頻技術(shù)的這些特點(diǎn)使得它滿足了信息安全傳輸?shù)?/p>

16、要求，并得到快速發(fā)展。 1.2 直序擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展歷史 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是在50年代中期產(chǎn)生的，其最初的應(yīng)用包括軍事抗干擾通信、導(dǎo)航系統(tǒng)、抗多徑實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及其它方面。 擴(kuò)頻技術(shù)的最初構(gòu)想是在第二次世界大戰(zhàn)期間形成的。在戰(zhàn)爭(zhēng)后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負(fù)的重要因素。戰(zhàn)后得出了“最好的抗干擾措施就是好的工程設(shè)計(jì)和擴(kuò)展工作頻率”的結(jié)論。跳頻通信的思路就是在這段時(shí)期出現(xiàn)的：如果對(duì)窄帶信號(hào)使用編碼的頻率控制，則可以使其在任何時(shí)間占據(jù)寬頻段中的任何一部分，這樣敵人要進(jìn)行干擾就必須維持很寬的頻段。另一方面，直序擴(kuò)頻則起源于導(dǎo)航系統(tǒng)中高精度測(cè)距。 自從擴(kuò)頻通信的概念在50年代開(kāi)始成熟以后，此后的二

17、十多年擴(kuò)頻通信技術(shù)仍得到很大的發(fā)展，但都只是局部的發(fā)展，如硬件的改進(jìn)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。一直到80年代初期，擴(kuò)頻通信的概念都只是在軍事通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這種狀況到了80年代中期才得到改變。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）于1985年5月發(fā)布了一份關(guān)于將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用到民用通信的報(bào)告。從此，擴(kuò)頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。而個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS）的發(fā)展終于使擴(kuò)頻技術(shù)迎來(lái)了另一次大發(fā)展的機(jī)遇。 1.3 本文的主要內(nèi)容和工作 本文研究了擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)展背景和發(fā)展歷史，并在第二章和第三章中闡述了直序擴(kuò)頻通信的原理和核心技術(shù)PN碼的產(chǎn)生，在第四章中用Systemview系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的仿真，通過(guò)前面的

18、研究和了解，展望了直序擴(kuò)頻技術(shù)在未來(lái)的信息社會(huì)中的發(fā)展趨勢(shì)以及在新的領(lǐng)域中的新的應(yīng)用， 2 直序擴(kuò)頻的基本理論和概念 2.1 擴(kuò)展頻譜通信概述 2.1.1 擴(kuò)展頻譜通信的定義 所謂擴(kuò)展頻譜通信，可簡(jiǎn)單表述如下：“擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方 式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)”。 擴(kuò)頻 調(diào)制 信 道 載波調(diào)制 信道編碼 信源編碼 信源 解擴(kuò)頻 符號(hào)解調(diào)

19、信道譯碼 信源譯碼 信息輸 出 圖1典型擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)框圖 信號(hào)功率譜 干擾信號(hào) 噪聲 信號(hào) 由圖1可看出它主要由原始信息，信源編譯碼，信道編譯碼（差錯(cuò)控制），載波調(diào)制與解調(diào)，擴(kuò)頻調(diào)制與解擴(kuò)頻和信道六大部分組成。信源編碼的目的是去掉信息的冗余度，壓縮信源的數(shù)碼率，提高信道的傳輸效率。差錯(cuò)控制的目的是增加信息在信道傳輸中的冗余度，使其具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，提高信道傳輸質(zhì)量。調(diào)制部分是為使經(jīng)信道編碼后的符號(hào)能在適當(dāng)?shù)念l段傳輸，如微波頻段，短波頻段等。擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)是為了某

20、種目的而進(jìn)行的信號(hào)頻譜展寬和還原技術(shù)。 擴(kuò)頻通信一般分為直序擴(kuò)頻和跳頻。直序擴(kuò)頻和跳頻系統(tǒng)都有很強(qiáng)的保密性能。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)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 直擴(kuò)系統(tǒng)一般采用相干解調(diào)解擴(kuò)，其調(diào)制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等調(diào)制方式。而跳頻方式由于頻率不斷變化、頻率的駐留時(shí)間內(nèi)都要完成一次載波同步，隨著跳頻頻率的增加，要求的同步時(shí)間就越短。因此跳頻多采用非相干解調(diào)，采用的解調(diào)方式多為FSK或ASK，從性能上看，直擴(kuò)系統(tǒng)利用了頻率和相位的信息，性能優(yōu)于跳頻。 2.1.2

21、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是傳輸信號(hào)所占用的頻帶寬度(W)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(DF)，其比值稱(chēng)為處理增益Gp: Gp = W/DF ...... (1) 為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數(shù)目，人們廣泛選擇不同調(diào)制方式，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等)，和壓縮頻帶等措施，同時(shí)力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘?hào)占用盡量窄的帶寬。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無(wú)論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼調(diào)制制式，Gp值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱(chēng)為“窄帶通信”。而擴(kuò)頻通信的Gp值，高達(dá)數(shù)百、上千，稱(chēng)為 “寬帶通信”。

22、 擴(kuò)頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來(lái)的。 信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)(Shannon)公式為： C ＝ WLog2(1十P/N) ...... (2) 式中： C --- 信道容量(用傳輸速率度量) W --- 信號(hào)頻帶寬度 P --- 信號(hào)功率 N --- 白噪聲功率 式(2)說(shuō)明，在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比P／N是可以互換的。即可通過(guò)增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比P／N(S／N)情況下，傳輸信息。 該公式說(shuō)明在一定的信道容量條件下，可以用減少發(fā)送信號(hào)功率、增加信道帶寬的辦法達(dá)到提高信道容量的要

23、求；可以采用減少帶寬而增加信號(hào)功率的辦法來(lái)達(dá)到。信道容量可以通過(guò)帶寬與信噪比的互換而保持不變。 2.1.3 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) 處理增益和抗干擾容限是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要性能指標(biāo)。 ●處理增益G也稱(chēng)擴(kuò)頻增益(Spreading Gain) 它定義為頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬DF與頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬W之比： G＝W／DF 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中．接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為DF 的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶(hù)的通信影響。因此，處理增益G反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。 ●抗干擾容限 是指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大

24、干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為： Mj = G － [(S/N)out + Ls] 其中： Mj --- 抗干擾容 G --- 處理增益 (S／N)out --- 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比 Ls --- 接收系統(tǒng)的工作損耗 2.1.4 擴(kuò)頻通信的特點(diǎn) 擴(kuò)頻通信方式與常規(guī)的窄道通信方式是有區(qū)別的： 一是信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸； 二是相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。 正是由于這兩大持點(diǎn)，使擴(kuò)頻通信有如下的優(yōu)點(diǎn)： ①抗干擾 ②抗噪音 ③抗多徑衰落 ④具有保密性 ⑤功率譜密度低，具有隱蔽性和低的截獲概率 ⑥可多址復(fù)用和任意

25、選址 ⑦ 高精度測(cè)量 2.2 直序擴(kuò)頻概述 2.2.1直序擴(kuò)頻定義 直接序列擴(kuò)頻（Direct sequence spread spectrum）工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)直擴(kuò)(DS)方式，是擴(kuò)頻技術(shù)的一種，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)字調(diào)制方法，具體說(shuō)，就是將信源與一定的PN碼（偽噪聲碼）進(jìn)行摸二加。 2.2.2直序擴(kuò)頻通信原理 原理是用偽隨機(jī)編碼序列去調(diào)制載波。由于一般所使用的偽隨機(jī)序列速率遠(yuǎn)大于信碼，所以經(jīng)過(guò)調(diào)制以后，信號(hào)的能量被擴(kuò)散到一個(gè)很寬的頻帶上，它的功率

26、譜與噪聲相似。在接收端，用與發(fā)送端同步的相同的偽隨機(jī)序列解調(diào)接收信號(hào)，則最終有用信號(hào)可以恢復(fù)為窄帶的中頻信號(hào)，而干擾信號(hào)則仍然為寬帶信號(hào)，在通過(guò)一個(gè)濾波器之后其大部分能量可被濾除。下圖為直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理框圖 載波 發(fā)生器 數(shù)據(jù) 時(shí)鐘 功率 放大器 調(diào)制器 模2和 加法器 PN碼 發(fā)生器 （a）發(fā)射機(jī) 時(shí)鐘 同步 PN碼 發(fā)生器 本振 調(diào)制器 數(shù)據(jù)輸出 解調(diào)器 中放 混頻器 圖2（b）接收機(jī)

27、 2.2.3直擴(kuò)系統(tǒng)的特點(diǎn) l 頻譜的擴(kuò)展是直接由高碼率的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制而得到的。 l 擴(kuò)頻碼序列多采用偽隨機(jī)碼，也稱(chēng)為偽噪聲(PN)碼序列。 l 擴(kuò)頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制。擴(kuò)頻和解擴(kuò)的調(diào)制解調(diào)器多采用平衡調(diào)制器，制作簡(jiǎn)單又能抑制載波。 l 模擬信息調(diào)制多采用頻率調(diào)制(FM)，而數(shù)字信息調(diào)制多采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)或增量調(diào)制(DM)。 l 接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，或采用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)信號(hào)。 l 擴(kuò)頻和解擴(kuò)的偽隨機(jī)碼序列應(yīng)有嚴(yán)格的同步，碼的搜捕和跟蹤多采用匹配濾波器或利用偽隨機(jī)碼的優(yōu)良的相關(guān)特性在延遲鎖定環(huán)

28、中實(shí)現(xiàn)。 l 一般需要用窄帶通濾波器來(lái)排除干擾，以實(shí)現(xiàn)其抗干擾能力的提高。 2.3 直擴(kuò)信號(hào)的發(fā)送與接收 直擴(kuò)系統(tǒng)發(fā)送接收系統(tǒng)的原理方框中，在發(fā)端輸入信息要經(jīng)過(guò)信息調(diào)制“擴(kuò)頻和射頻調(diào)制”，在收端接收到的信號(hào)要經(jīng)過(guò)變頻、解擴(kuò)和信息解調(diào)。與一般模擬或數(shù)字通信系統(tǒng)比較，信息識(shí)別與解調(diào)、射頻的上變頻和下變頻，情況基本相同。 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于直擴(kuò)信號(hào)的產(chǎn)生，即擴(kuò)頻調(diào)制和直擴(kuò)信號(hào)的接收，即相關(guān)解擴(kuò)。 2.3.1 擴(kuò)頻調(diào)制 一般說(shuō)來(lái)，都是用高碼率的PN碼脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制擴(kuò)展信號(hào)的頻譜的。 通常采用的調(diào)制方式為BPSK，輸入信號(hào)與PN 碼在平衡調(diào)制器調(diào)制而輸出展寬的擴(kuò)頻信號(hào)；圖

29、3中已經(jīng)表示出直擴(kuò)擴(kuò)頻調(diào)制的原理圖。圖中平衡調(diào)制器的輸出信號(hào)的中心頻率位置決定于輸入的載波頻率，在這里是載頻抑制的。而兩個(gè)邊帶則為展寬的頻譜，它決定于調(diào)制PN碼脈沖的寬度。PN碼碼率越高，或脈沖寬度越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。 平衡調(diào)制器的一個(gè)重要特性是輸出的調(diào)制信號(hào)是載波抑制的。無(wú)載波發(fā)射，既可節(jié)省功率，又可使擴(kuò)頻信號(hào)更加隱蔽，不易被發(fā)覺(jué)。平衡調(diào)制器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于乘法器。 如果載波信號(hào)用Acosvct表示，脈沖信號(hào)用m(t)表示，則輸出信號(hào)為二者乘積： A[m(t)]cosvct 如果m(t)取值為土l，則輸出信號(hào)根據(jù)三角公式可分解為相位相差180的兩個(gè)分量之和，它相當(dāng)于只有兩

30、個(gè)邊頻而無(wú)載波。但在直擴(kuò)系統(tǒng) 中，調(diào)制脈沖不是周期性的規(guī)則脈沖，而是PN碼脈沖序列。 在圖3中已示出周期性的脈沖序列的頻譜，而是呈[(sinx/x)2型的分布。因此，實(shí)際PN碼調(diào)制載波獲得的功率譜邊呈[(sinx/x)2型分布， 除了BPSK調(diào)制獲得擴(kuò)頻信號(hào)外，還可以采用QPSK及MSK調(diào)制來(lái)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。 2.3.2 相關(guān)解擴(kuò) 一般采用相關(guān)檢測(cè)或匹配濾波的方法來(lái)解擴(kuò)。 所謂相關(guān)檢測(cè)，一個(gè)簡(jiǎn)單的譬喻就是用像片去對(duì)照找人。如果想在一群人中去尋找某個(gè)不相識(shí)的人，最簡(jiǎn)單有效的方法就是手里有一張某人的照片，然后用照片一個(gè)一個(gè)的對(duì)比，這樣下去，自然能夠找到某人。同理，當(dāng)你想檢測(cè)出所需要

31、的有用信號(hào)，有效的方法是在本地產(chǎn)生一個(gè)相同的信號(hào)，然后用它與接收到的信號(hào)對(duì)比，求其相似性。換句話說(shuō)，就是用本地產(chǎn)生的相同的信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其中相關(guān)函數(shù)最大的就最可能是所要的有用信號(hào)。 圖3中已表示出基本的解擴(kuò)過(guò)程。也就是在收端產(chǎn)生與發(fā)端完全相同的PN碼，對(duì)收到的擴(kuò)頻信號(hào)，在平衡調(diào)制器中再一次進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。發(fā)端相移鍵控調(diào)制后的信號(hào)在收端又被恢復(fù)成原來(lái)的載波信號(hào)。一個(gè)必要的條件是本地的PN碼信號(hào)的相位必須和收到的相移后的信號(hào)在相移點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，才能正確地將相移后的信號(hào)再翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。由此可見(jiàn)，收發(fā)兩端信號(hào)的同步十分重要。 另外從圖3(b)中的頻譜圖上也可以看出，平衡調(diào)制器把收到的

32、展寬的信號(hào)解擴(kuò)成信息調(diào)制的載波。最后經(jīng)帶通濾波器輸出。以上所述就是所謂的相關(guān)解擴(kuò)過(guò)程。通常為了 處理方便，大多在中頻進(jìn)行。也就是接收到的擴(kuò)頻信號(hào)，先在變頻器中先變換到中頻，再進(jìn)入到平衡調(diào)制器中解擴(kuò)。其后接中頻帶通濾波器輸出。有時(shí)為了避免強(qiáng)干擾信號(hào)從平衡調(diào)制器的輸入端繞過(guò)它而泄漏到輸出端去，可以來(lái)用外差相關(guān)解擴(kuò)。 本地產(chǎn)生的PN碼先與本地振蕩器產(chǎn)生的與接收信號(hào)差一個(gè)中頻信號(hào)的本地振蕩信號(hào)在下面一個(gè)平衡調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生本地參考信號(hào)。它是一個(gè)展寬了的信號(hào)。然后，此本地參考信號(hào)與接收的信號(hào)在上面一個(gè)平衡調(diào)制器調(diào)制成中頻輸出信號(hào)。這時(shí)平衡調(diào)制器實(shí)際上起的是混頻器的作用。由于它的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)

33、不同，也就不會(huì)發(fā)生強(qiáng)干擾信號(hào)直接繞過(guò)去的泄漏了。并且后面還有一個(gè)中頻帶通濾波器，可以起到濾除干擾的作用。 相關(guān)解擴(kuò)過(guò)程對(duì)擴(kuò)頻通信至關(guān)重要。正是這一解擴(kuò)過(guò)程大大提高了系統(tǒng)的抗擾能力。 圖4(a)示出一直擴(kuò)接收機(jī)的簡(jiǎn)化框圖。輸入信號(hào)除直擴(kuò)信號(hào)外，還有連續(xù)載波干擾和寬帶信號(hào)干擾。圖4(b)中示出三種信好的處理過(guò)程。由于解擴(kuò)相關(guān)器對(duì)連續(xù)載波起作擴(kuò)頻的作用，把它變換成展寬的直擴(kuò)信號(hào)。同理，對(duì)輸入的不是相同PN碼調(diào)制的寬帶信號(hào)也進(jìn)一步展寬2倍。這兩種信號(hào)經(jīng)窄帶濾波器后，只剩下一小部分干擾信號(hào)能量。與解擴(kuò)出的信息調(diào)制載波相比較，輸出的信噪比大大提高了。由此可見(jiàn)，頻帶展得越寬，功率譜密度越低，經(jīng)窄帶濾波

34、后殘余的干擾信號(hào)能量就更小了。這里也可以看出，在接收端，窄帶濾波器對(duì)提高抗干擾性起作很關(guān)鍵的作用，因而在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)其性能指標(biāo)的要求也就很?chē)?yán)格。 相關(guān)解擴(kuò)在性能上固然很好，但總是需要在接收端產(chǎn)生本地PN碼。這一點(diǎn)有時(shí)帶來(lái)許多不方便。因?yàn)槠ヅ錇V波和相關(guān)檢測(cè)的作用在本質(zhì)上是一樣的，可以用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)直擴(kuò)信號(hào)。 所謂匹配濾波器，就是與信號(hào)相匹配的濾波器，它能在多種信號(hào)或干擾中把與之匹配的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。這同樣是一種“用相片找人”的方法。對(duì)于視頻矩形脈沖序列來(lái)說(shuō)，無(wú)源匹配濾波器就是抽頭延遲線上加上加法累加器，時(shí)稱(chēng)為橫向?yàn)V波器。 2.4直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能 ◆ 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾

35、性 ◆ 直序擴(kuò)頻信號(hào)的抗截獲性 ◆ 直序擴(kuò)頻碼分多址通信系統(tǒng) ◆ 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 ◆ 直序擴(kuò)頻測(cè)距定時(shí)系統(tǒng) 圖3 (a), (b), (c) 圖4 2.5直序擴(kuò)頻在工程中的實(shí)際應(yīng)用 擴(kuò)頻技術(shù)最初在無(wú)繩電話中獲得成功應(yīng)用，因?yàn)楫?dāng)時(shí)已經(jīng)沒(méi)有可用的頻段供無(wú)繩電話使用，而擴(kuò)頻通信技術(shù)允許與其它通信系統(tǒng)共用頻段，所以擴(kuò)頻技術(shù)在無(wú)繩電話的通信系統(tǒng)中獲得了其在民用通信系統(tǒng)中應(yīng)用的第一次成功經(jīng)歷。而真正使擴(kuò)頻通信技術(shù)成為當(dāng)今通信領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的原因是碼分多址（CDM

36、A）的應(yīng)用。 90年代初，在第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了PCS研究的熱潮。要實(shí)現(xiàn)PCS并考慮其長(zhǎng)期發(fā)展，需要FCC為其分配100~200 MHz的帶寬，而與頻譜分配相關(guān)的一個(gè)重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)。當(dāng)時(shí)頻譜資源的分配已經(jīng)是非常擁擠，不存在還未分配且可用的一段寬達(dá)100 MHz的頻譜資源。要為PCS分配可用的頻段就只有2種方案：一是為PCS分配一段專(zhuān)用頻譜，使正在使用該頻譜的用戶(hù)換到其它的頻段；另一種辦法就是讓PCS與其它用戶(hù)共享一段頻譜。采取第一種方案將要遇到巨大的政治和經(jīng)濟(jì)阻礙：當(dāng)時(shí)只有政府使用的一些頻段還比較寬松，因此只能是讓政府用戶(hù)換用其它頻段來(lái)為PCS騰出頻譜資源；同時(shí)

37、換用頻段意味著已有設(shè)備的射頻部分需要改造。因此第二種方案成為合理的選擇。 擴(kuò)頻技術(shù)為共享頻譜提供了可能。使用擴(kuò)頻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)碼分多址，即在多用戶(hù)通信系統(tǒng)中所有用戶(hù)共享同一頻段，但是通過(guò)給每個(gè)用戶(hù)分配不同的擴(kuò)頻碼實(shí)現(xiàn)多址通信。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定用戶(hù)信號(hào)的正確接收；將其他用戶(hù)的信號(hào)看作干擾，利用擴(kuò)頻碼的互相關(guān)特性，能夠有效抑制用戶(hù)之間的干擾。此外由于擴(kuò)頻用戶(hù)具有類(lèi)似白噪聲的寬帶特性，它對(duì)其它共享頻段的傳統(tǒng)用戶(hù)的干擾也達(dá)到最小。由于采用CDMA技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)用戶(hù)共享頻譜，因此它也就成為PCS首選的多址方案。 隨著PCS以及蜂窩移動(dòng)通信的發(fā)展，CDMA技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)

38、鍵技術(shù)。擴(kuò)頻通信技術(shù)也在民用通信中找到更為廣闊的應(yīng)用空間,而關(guān)于CDMA技術(shù)的研究熱潮也一直延續(xù)到現(xiàn)在. 同時(shí)直序擴(kuò)頻在全球定位系統(tǒng)、電力載波通信、藍(lán)牙技術(shù)等領(lǐng)域也的到廣泛的應(yīng)用。 3 PN碼的產(chǎn)生 3.1 擴(kuò)頻碼序列 l 在擴(kuò)展頻譜通信中需要用高碼率的窄脈沖序列?，F(xiàn)在實(shí)際上用得最多的是偽隨機(jī)碼，或稱(chēng)為偽噪聲(PN)碼。這類(lèi)碼序列最重要的特性是具有近似于隨機(jī)信號(hào)的性能。因?yàn)樵肼暰哂型耆碾S機(jī)性，也可以說(shuō)具有近似于噪聲的性能。但是，真正的隨機(jī)信號(hào)和噪聲是不能重復(fù)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(hào)來(lái)近似隨機(jī)噪聲的性能，故

39、稱(chēng)為偽隨機(jī)碼或PN碼。 l 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中對(duì)發(fā)端PN碼的同步是個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，沒(méi)有對(duì)發(fā)端PN碼的捕獲和同步就根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，也就無(wú)法獲得擴(kuò)頻通信的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。 3.1.1偽隨機(jī)序列（PN碼）的產(chǎn)生： 擴(kuò)頻碼中應(yīng)用最廣理論研究最深入的是m序列,又稱(chēng)最大長(zhǎng)度序列 移位寄存器序列 移位寄存器序列是指由移位寄存器輸出的由“1”和“0”構(gòu)成的序列。相應(yīng)的時(shí)間波形是指由“1”和“-1”構(gòu)成的時(shí)間函數(shù)，如圖6所示。 移位寄存器序列的產(chǎn)生如圖7 。主要由移位寄存器和反饋函數(shù)構(gòu)成。移位寄存器內(nèi)容為或1，反饋函數(shù)的輸入端通過(guò)系數(shù)與移位寄存器的各級(jí)狀態(tài)相聯(lián)（）輸出通過(guò)反饋線作為的輸入。移位寄存器

40、在時(shí)鐘的作用下把反饋函數(shù)的輸出存入，在下一個(gè)時(shí)鐘周期又把新的反饋函數(shù)的輸出存入而把原的內(nèi)容移入，依次循環(huán)下去，不斷輸出。 根據(jù)反饋函數(shù)對(duì)移位寄存器序列產(chǎn)生器分類(lèi)： （1）性反饋移位寄存器序列產(chǎn)生器（LFSRSG）：如果為的模2加。 （2）反饋移位寄存器序列產(chǎn)生器（NLFSRSG）：如果不是的模2加。 擴(kuò)頻碼中應(yīng)用最廣理論研究最深入的是m序列,又稱(chēng)最大長(zhǎng)度線性反饋移位寄存器序列. 圖5偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器 (b) 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 (a)

41、 圖6（a）移位寄存器序列 （b）移位寄存器波形 …… 反饋線 輸出 … 移位寄存器 時(shí)鐘 圖7 移位寄存器序列生成器 3.2 m序列 m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱(chēng)。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。 顧名思義，m序列是由多級(jí)移位寄存器或其他延遲元件通過(guò)線性反饋產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。在二進(jìn)制移位寄存器發(fā)生器中，若n為級(jí)數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為2n－1位。 m序列的一些基本性質(zhì)： 在m序列中一

42、個(gè)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(gè)“1”和3個(gè)“0”。 在15位碼中有8個(gè)“l(fā)”和7個(gè)“0”。 在下表中列出長(zhǎng)為15位的游程分布。 111101011001000游程分布 游程長(zhǎng)度(比特) 游程數(shù)目 所包含的比特?cái)?shù) “1”的 “0”的 1 2 2 4 2 1 1 4 3 0 1 3 4 1 0 4 游程總數(shù)8 合計(jì)15 一般說(shuō)來(lái)，m序列中長(zhǎng)為R(1 R n －2)的游程數(shù)占游程總數(shù)的l／2k。 m序列和其移位后的序列逐位模二相

43、加，所得的序列還是m序列，只是相移不同而已。 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。 m序列發(fā)生器中，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： F(2n － 1) / n 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(gè)數(shù)) m序列的產(chǎn)生 m序列產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu) 在設(shè)備中，m序列可以用硬件產(chǎn)生，也可以用軟件產(chǎn)生，然后存在ROM中。在硬件中可使用移位寄存器，也可用聲表面濾波器件等延遲線來(lái)產(chǎn)生。用移位寄存器產(chǎn)生m序列，從結(jié)構(gòu)上又有兩種方式，一種是簡(jiǎn)單線性碼序列發(fā)生器(SSRG)，另

44、一種是模塊式碼序列發(fā)生器(MSRG)，前一種結(jié)構(gòu)如圖8 a，參加反饋的各級(jí)輸出經(jīng)多次模二加后把最后結(jié)果送入第一級(jí)。第二種結(jié)構(gòu)如圖8 b，多級(jí)的輸出都可能與反饋信號(hào)模二和后送入下一級(jí)，因?yàn)閚級(jí)碼產(chǎn)生器是由幾個(gè)相同模塊構(gòu)成，因而稱(chēng)為模塊式結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊中包括一級(jí)觸發(fā)器和一級(jí)模二加構(gòu)成。不管哪種結(jié)構(gòu)都需有全“0”起動(dòng)電路，否則由于某種原因（如啟動(dòng)）發(fā)生器可能死在全“0”狀態(tài)。 (a) SSRG 輸出 (b) MSRG

45、圖8 m序列產(chǎn)生器結(jié)構(gòu) 3.2.1 自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù) 在擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中，不管是通信系統(tǒng)還是測(cè)距系統(tǒng)，都非常注重研究擴(kuò)頻碼的自相關(guān)和互相關(guān)特性。特別是在碼分多址通信系統(tǒng)中，碼序列的過(guò)大的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)峰值會(huì)使碼捕獲的虛警概率增加，對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)（擴(kuò)頻方式）也是類(lèi)似影響。 自相關(guān)函數(shù)定義為 為捕獲序列，也常用表示 互相關(guān)函數(shù)定義為 其中、為兩個(gè)碼序列。 對(duì)二進(jìn)制時(shí)間離散碼序列，自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的計(jì)算可簡(jiǎn)化如下: 把兩個(gè)碼序列進(jìn)行逐對(duì)和逐比特比較（模2加），則自相關(guān)（或互相關(guān)）值為一致比特?cái)?shù)減不一致比特?cái)?shù)，逐次改變從—，則可得到自相關(guān)（或互相

46、關(guān)）函數(shù)，如圖9。 0 N+1 N-1 N -1 1 -1 圖9 m序列自相關(guān)函數(shù) 3.2.2 m序列的平均功率譜密度 m序列是一種偽隨機(jī)序列，根據(jù)平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程理論，它的平均功率譜密度為其自相關(guān)函數(shù)的付氏變換，即 其中為自相關(guān)函數(shù)，在一個(gè)周期內(nèi)，即0≤τ≤PTC. M序列功率譜密度 由上圖可見(jiàn)m序列譜特點(diǎn)： ①譜是離散的，因?yàn)槭侵芷谛缘?。譜線間隔為，如N很大，則譜線間隔很小，近似為連續(xù)譜。 ②第一個(gè)零點(diǎn)在處，主瓣寬度為。 ③時(shí)，。N很大時(shí)，

47、3.2.3 SSRG的反饋系數(shù) 首先，對(duì)移位寄存器狀態(tài)和它的運(yùn)轉(zhuǎn)特性，可以通過(guò)n維矢量矩陣的運(yùn)算來(lái)表示。如對(duì)n=4 其中(j)表示第j次移位，(j+1)表示第j+1次移位，矩陣中表示反饋系數(shù)即為的第j+1時(shí)刻的輸出，以下第i行的1表示在j+1時(shí)刻的輸出為j時(shí)刻的輸出。 對(duì)n級(jí) 在中第一行：完全表明了反饋函數(shù)與各級(jí)寄存器的關(guān)系，其它各行只是表明下一級(jí)輸入是前一級(jí)的輸出，只是狀態(tài)的延時(shí)，所以能否構(gòu)成最大長(zhǎng)度序列，完全取決于。換句話說(shuō)，完全表達(dá)了寄存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 特征方程和特征多項(xiàng)式： 特征多項(xiàng)式對(duì)研究移位寄存器序列的產(chǎn)生起到非常重要的作用，是一個(gè)重要工具。對(duì)于的A矩陣

48、，將行列式定義為的特征多項(xiàng)式，稱(chēng)方程為特征方程，記為，其中I為單位矩陣為參數(shù)。 3.2.4 m序列生成表 在給定n之后找出本原多項(xiàng)式，從而確定，即確定了具體反饋連接方式，利用反商（逆）可使具體實(shí)現(xiàn)方式加倍。 若給定的反饋邏輯,則利用反商得到的系數(shù)形式為，稱(chēng)為鏡像序列。 SSRG與MSRG序列之間關(guān)系：與為同一序列，但相位不同。 例： n=4，表給出 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1

49、 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1

50、1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1

51、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (a) (b) (c) 可見(jiàn)，(a)與(c)為同一m序列，但相移不同，二者與(b)碼互為鏡像。 從表中看出，反饋抽頭的數(shù)目為偶數(shù)，不可為奇數(shù)。很容易理解，如為奇數(shù)則會(huì)靜止在全1狀態(tài)。 4 基與Systemview的直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真與實(shí)現(xiàn) 4.1 Systemview仿真系統(tǒng)概述 4.1.1 Systemview仿真系統(tǒng)的基本功能 SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)，到復(fù)雜的

52、通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。SystemView借助大家熟悉Windows窗口環(huán)境，以模塊化和交互式的界面，為用戶(hù)提供了一個(gè)嵌入式的分析引擎。使用SystemView時(shí)，用戶(hù) 只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模、設(shè)和測(cè)試，而不必花費(fèi)太多的時(shí)間和精力通過(guò)編程來(lái)建立系統(tǒng)仿真模型。 4.1.2 Systemview仿真系統(tǒng)的特點(diǎn) (1) 能仿真大量的應(yīng)用系統(tǒng) (2) 快速方便的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真使用了用戶(hù) (3) 在報(bào)告中方便地加入SystemView的結(jié)論 (4) 提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設(shè)計(jì) (5) 多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng) (6)

53、 完備的濾波器和線性系統(tǒng)設(shè)計(jì) (7) 先進(jìn)的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)塊處理 (8)可擴(kuò)展性 (9) 完善的自我診斷功能 下圖為SystemView仿真系統(tǒng)的仿真界面 4.1.3 Systemview仿真系統(tǒng)的基本流程 進(jìn)入SystemView 設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間 添加圖標(biāo)，設(shè)置圖標(biāo)屬性 連接圖符 運(yùn)行系統(tǒng) 可在分析窗口中顯示信號(hào) 對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析 結(jié)束仿真2 4.2直序擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 4.2.1

54、直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理仿真 圖4.1直序擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真電路圖 在上圖中數(shù)據(jù)信號(hào)源使用了一個(gè)較低頻率（圖符0）的隨機(jī)序列通過(guò)一個(gè)1HZ的低通濾波器來(lái)代替。擴(kuò)頻用的PN碼采用了10KHZ的PN碼（圖符2）。擴(kuò)頻調(diào)制是通過(guò)乘法器直接用PN碼調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)，合成后的擴(kuò)頻復(fù)合信號(hào)同樣是直接用更高的載波（圖符12）進(jìn)行調(diào)制發(fā)射。同時(shí)在上圖中還使用了干擾信號(hào)源。

55、 上圖為直序擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真原理圖 以下為仿真結(jié)果： 圖4.2經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的輸入信號(hào)波形 圖4.3 經(jīng)過(guò)整形后的輸出信號(hào)波形 圖4.4 未加干擾前的已調(diào)信號(hào)頻譜圖 圖4.5 加入干擾后的已調(diào)信號(hào)頻譜圖 從以

56、上四個(gè)圖可觀察到，在100KHZ附近有較強(qiáng)的干擾存在，而解擴(kuò)后的信號(hào)與輸入的信號(hào)波形基本一致，完全未受干擾影響，當(dāng)不斷加大噪聲或干擾的幅度，使起達(dá)到系統(tǒng)的抗干擾門(mén)限時(shí)，則不能準(zhǔn)確地恢復(fù)原始波形。 4.2.2 MSK直序擴(kuò)頻相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)在SystemView上的仿真 信息數(shù)據(jù) 擴(kuò)頻調(diào)制 信息 解調(diào) 卷積器 相關(guān)峰 處理器 信息 解調(diào) MSK調(diào)制 本地 信號(hào)發(fā)生器 偽碼發(fā)生器 MSK直序擴(kuò)頻相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)原理框圖 圖4.6 MSK直序擴(kuò)頻相關(guān)解調(diào)的仿真電路圖 圖標(biāo)49是信號(hào)源庫(kù)中的用戶(hù)自定義輸

57、出圖標(biāo)，子系統(tǒng)圖標(biāo)51為擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列發(fā)生器和擴(kuò)頻調(diào)制器子系統(tǒng)，子系統(tǒng)12完成MSK調(diào)制，發(fā)送的MSK信號(hào)可由觀察窗50來(lái)觀察，子系統(tǒng)圖標(biāo)25是本地碼產(chǎn)生模塊，由圖標(biāo)7、8、9組成的時(shí)間窗截取兩個(gè)周期的M序列，由子系統(tǒng)圖標(biāo)100進(jìn)行MSK調(diào)制，作為本地參考信號(hào)。通過(guò)相關(guān)峰處理子系統(tǒng)圖標(biāo)133，完成相關(guān)峰頂點(diǎn)時(shí)刻的提取，最后由圖標(biāo)子系統(tǒng)136完成信息的解調(diào)。 MSK直序擴(kuò)頻相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置 圖標(biāo)序號(hào) 圖標(biāo)名稱(chēng) 參數(shù)設(shè)置 1 信號(hào)源庫(kù)，階躍信號(hào)發(fā)生器 Amp= -1V, Start= -6.4μs, Offset=0 V 2，9 信號(hào)源庫(kù)，階躍信號(hào)發(fā)生器 Amp

58、= 0 V, Start=0 s, Offset=0 V, 4 DSP庫(kù)，格式轉(zhuǎn)換器 Data Type Out=IEEE General,Register Out=64bit, Exponent Out=11bits 5 DSP庫(kù)，格式轉(zhuǎn)換器 Data Type Out=IEEE General,Register Out=64bit, Exponent Out=11bits 6 DSP庫(kù)，卷積器 Operation=Convolve, FFT Size=8.192E+3 sample 8 信號(hào)源庫(kù)，階躍信號(hào)發(fā)生器 Amp= -1V, Start= 12.8μs,

59、Offset=0 V 49 信號(hào)源庫(kù)，自定義信號(hào)源 No of Assigned Outputs=5,Algebra p(0)=1, p(1)=1, P(2)=0, p(3)=0, p(4)=0 12，100 子系統(tǒng) PSK轉(zhuǎn)換法MSK調(diào)制器子系統(tǒng) 25 子系統(tǒng) 本地參考信號(hào)發(fā)生器 51 子系統(tǒng) 偽碼發(fā)生器和擴(kuò)頻調(diào)制器子系統(tǒng) 133 子系統(tǒng) 相關(guān)峰處理子系統(tǒng) 136 子系統(tǒng) 十進(jìn)制到二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換子系統(tǒng) 113 子系統(tǒng) 信息解調(diào)子系統(tǒng) 0，7 加法器 無(wú) 3，10 乘法器 無(wú) 48，50，132，143 觀察窗庫(kù)，分析型觀察窗 無(wú)

60、 以下為MSK仿真結(jié)果 W0:解調(diào)輸出(t48) W1:擴(kuò)頻數(shù)據(jù)(t50) W2:發(fā)送MSK信號(hào)(t132) W3:視頻相關(guān)峰 (t142) W4:中頻相關(guān)峰 W5:相關(guān)峰負(fù)微分結(jié)果(t144) 接收的MSK信號(hào)與本地參考信號(hào)直接進(jìn)行卷積運(yùn)算可以得到中頻相關(guān)峰。中頻相關(guān)峰頂點(diǎn)信號(hào)與幅度閘門(mén)進(jìn)行“與”運(yùn)算，就可以得到唯一的視頻相關(guān)峰。中頻相關(guān)峰進(jìn)入相關(guān)峰子系統(tǒng)可的到幅度均為正的相關(guān)峰包絡(luò)。為了提取相關(guān)峰的頂點(diǎn)，首先

61、將該包絡(luò)進(jìn)行負(fù)微分，最后可得到相關(guān)峰包絡(luò)負(fù)微分結(jié)果波形。 從上圖視頻相關(guān)峰波形可以看出，在第一主峰前旁瓣較大，主瓣比大約為3.9，著是非循環(huán)相關(guān)的結(jié)果。在第1主峰和第二主峰之間，旁瓣比約為7，這是循環(huán)相關(guān)的結(jié)果。 4.2.3 PSK直序擴(kuò)頻信號(hào)數(shù)字相關(guān)解調(diào)在SystemView上的仿真 低通 濾波器 Sin2πfot 數(shù)字 相關(guān)器 擴(kuò)頻調(diào)制后的序列 PSK信號(hào) PSK調(diào)制器 相關(guān)峰 低通 濾波器 cos2πfot PSK直序擴(kuò)頻數(shù)字相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)原理圖

62、圖4.7 PSK直序擴(kuò)頻數(shù)字相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖 待發(fā)送的擴(kuò)頻碼序列與正弦信號(hào)源圖標(biāo)15產(chǎn)生的載波信號(hào)相乘完成PSK調(diào)制。PSK擴(kuò)頻信號(hào)可由觀察窗圖標(biāo)12觀察。在接收端，首先用正弦信號(hào)源圖標(biāo)190產(chǎn)生的與調(diào)制載波相干的本地載波與接收的信號(hào)相乘來(lái)進(jìn)行相干解調(diào)。相干解調(diào)后的I路和Q路信號(hào)分別經(jīng)圖表193、94進(jìn)行低通濾波。為了后面進(jìn)行采樣處理，信號(hào)先經(jīng)過(guò)增益圖標(biāo)195、196進(jìn)行一定增益的放大，是信號(hào)幅度限制在+2V以?xún)?nèi)。經(jīng)過(guò)限幅的I路和Q路信號(hào)進(jìn)入數(shù)字相關(guān)峰子系統(tǒng)圖標(biāo)20進(jìn)行數(shù)字相關(guān)解擴(kuò)處理。最后輸出3個(gè)信號(hào)，分別是I路信號(hào)的相關(guān)峰、Q路信號(hào)的相關(guān)峰、整個(gè)系統(tǒng)采用正交檢測(cè)法得到的相關(guān)峰。

63、PSK直序擴(kuò)頻數(shù)字相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)仿真電路圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置 圖標(biāo)序號(hào) 圖標(biāo)名稱(chēng) 參數(shù)設(shè)置 8 信號(hào)源庫(kù)，階躍信號(hào)發(fā)生器 Amp= -1V, Start= 3.2μs, Offset=0 V 9 信號(hào)源庫(kù)，階躍信號(hào)發(fā)生器 Amp= 1V, Start=0 s, Offset=0 V, 15,190 信號(hào)源庫(kù)，正弦信號(hào)發(fā)生器 Amp= 1V, Freq=60 M Hz, Phase=00 193,194 算子庫(kù)，線性系統(tǒng)與濾波器 Linear Phase Lowpass IIR,8 Poles, Fc=15 MHz 195,196 算子庫(kù)，增益放大器 Gain Unit

64、s =Linear,Gain=4 20 子系統(tǒng) 數(shù)字相關(guān)器子系統(tǒng) 197 子系統(tǒng) 擴(kuò)頻偽碼發(fā)生器子系統(tǒng) 7 加法器 無(wú) 11,19,191,192 乘法器 無(wú) 10,12,13,14,201,202 觀察窗庫(kù)，分析型觀察窗 無(wú) 以下為PSK方式的仿真結(jié)果： 圖4.8 Q路相干解調(diào)濾波器輸出波形 圖 4.9 I路相干解調(diào)濾波器輸出波形 圖4.10 I相關(guān)峰 圖4.11 Q相關(guān)峰

65、 圖4.12 中頻相關(guān)峰 從上面五個(gè)圖可以看出，隨著本地載波初相位的變化，I路和Q路的解調(diào)輸出以及I路和Q路的相關(guān)峰幅度均有變化。當(dāng)本地載波與調(diào)制載波正交時(shí)，I路輸出相關(guān)峰幅度幾乎為0；當(dāng)本地載波與調(diào)治載波同相時(shí)，Q路輸出相關(guān)峰幅度幾乎為0。但經(jīng)過(guò)I、Q兩路相關(guān)峰的合成，最后輸出的相關(guān)峰的幅度變化不大。 4.3 MSK與PSK的仿真對(duì)比 根據(jù)不同用戶(hù)需求不同，直序擴(kuò)頻系統(tǒng)在調(diào)制、解調(diào)和解擴(kuò)各部分可以采用多種方案。PSK方式易于調(diào)制和解

66、調(diào)，但PSK信號(hào)帶寬較寬，頻帶利用率低，頻譜特性不好。相比于PSK信號(hào)，MKS信號(hào)具有帶窄、頻譜主瓣能量集中、旁瓣滾降衰減快、頻帶利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，在很多保密通信要求較高的直序擴(kuò)頻系統(tǒng)中，大多采用MSK調(diào)制方式。 5 擴(kuò)頻技術(shù)的總結(jié)與展望 5.1 工作總結(jié) 經(jīng)過(guò)收集資料研究了解直序擴(kuò)頻的相關(guān)原理知識(shí)，了解了直序擴(kuò)頻有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使它在無(wú)論軍事還是民用領(lǐng)域方面都有著廣泛的應(yīng)用。 5.2 擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 從擴(kuò)頻技術(shù)的歷史可以看出，每一次技術(shù)上的大發(fā)展都是由巨大的需求驅(qū)動(dòng)的。軍事通信抗干擾的驅(qū)動(dòng)以及個(gè)人通信業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)使得擴(kuò)頻技術(shù)的抗干擾性能和碼分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未來(lái)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）的驅(qū)動(dòng)無(wú)疑會(huì)使擴(kuò)頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。 3G設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要是支持多媒體業(yè)務(wù)的高速數(shù)據(jù)傳輸，因此其研究主要集中在新標(biāo)準(zhǔn)和新硬件的開(kāi)發(fā)。而對(duì)于3G以后的發(fā)展，不同的研究者有不同的觀點(diǎn)。但是從用戶(hù)的觀點(diǎn)看，4G應(yīng)該具備以下的主要特