畢業(yè)論文基于matlab的擴頻通信系統(tǒng)仿真

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于MATLAB的擴頻通信系統(tǒng)仿真</p><p>　　2015年4月30日</p><p>　　基于MATLAB的擴頻通信系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文闡

2、述了擴展頻譜通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)方法，利用MATLAB提供的可視化工具SIMULINK建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型，詳細講述了各模塊的設(shè)計，并指出了仿真建模中要注意的問題。在給定仿真條件下，運行了仿真程序，得到了預(yù)期的仿真結(jié)果。同時，利用建立的仿真系統(tǒng)，研究了擴頻增益與輸出端信噪比的關(guān)系，結(jié)果表明，在相同誤碼率下，增大擴頻增益，可以提高系統(tǒng)輸出端的信噪比，從而提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　　關(guān)鍵

3、詞　擴頻通信,　信噪比， 誤碼率 </p><p>　　Simulation of the Spread Spectrum Communication System Based on MATLAB</p><p><b>　　Author: </b></p><p><b>　　Tutor: </b></p>

4、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The theory base and realizing methods of the spread spectrum communication technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum

5、 communication system was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In addition, each module of the simulation model was introduced in detail，and pointed out the problems that must be pay attention to in the

6、system simulation. On the basis of the designed simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant r</p><p>　　Keywords: spread spectrum communication, Signal-to-Noise, error rate</p&

7、gt;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1 擴展頻譜簡介1</p><p>　　1.2 擴展頻譜技術(shù)特點1</p><p>　　1.3 研究擴頻通信的目的和意義2</p><p>

8、　　1.4 本文的主要內(nèi)容2</p><p>　　2.擴展頻譜技術(shù)3</p><p>　　2.1 理論基礎(chǔ)3</p><p>　　2.2 頻譜的擴展實現(xiàn)4</p><p><b>　　2.3 m序列5</b></p><p>　　2.5 本章小結(jié)8</p><p&g

9、t;　　3.SIMULINK模型建立9</p><p>　　3.1 隨機整數(shù)發(fā)生器（Random Integer genarator）9</p><p>　　3.2 PN序列發(fā)生器（PN Sequence Generator）10</p><p>　　3.3 最小相移鍵控調(diào)制（M-PSK Modulator Passband）11</p>&l

10、t;p>　　3.4 加性高斯白噪聲信道（AWGN Channel）11</p><p>　　3.5 最小相移鍵控解調(diào) （M-PSK Demodulator Passband）12</p><p>　　3.6 誤碼率分析儀（Error Rate Calculation）12</p><p>　　3.7 其他設(shè)置13</p><p>

11、;　　3.7.1 RELAY 的設(shè)置13</p><p>　　3.7.2 product的設(shè)置14</p><p>　　3.7.3 display 的設(shè)置14</p><p>　　3.7.4 頻譜分析儀（spectrum scope）的設(shè)置14</p><p>　　4.仿真結(jié)果與分析16</p><p>　　

12、4.1 Simulink仿真結(jié)果16</p><p>　　4.2 Simulink仿真結(jié)果分析18</p><p>　　4.3 m文件的仿真結(jié)果19</p><p>　　4.4 m文件的仿真結(jié)果分析20</p><p><b>　　5.結(jié)論21</b></p><p><b&g

13、t;　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　附錄24</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1 擴展頻譜簡介</p><p>　　擴展頻

14、譜通信具有很強的抗干擾性能，其多址能力、保密、抗多徑等功能也倍受人們的關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事通信和民用通信中。擴頻通信系統(tǒng)利用了擴展頻譜技術(shù)，將信號擴展到很寬的頻帶上，在接收端對擴頻信號進行相關(guān)處理即帶寬壓縮，恢復(fù)成窄帶信號。對干擾信號而言，由于與擴頻信號不相關(guān)，則被擴展到一個很寬的頻帶上，使之進入信號通頻帶內(nèi)的干擾功率大大降低，相應(yīng)增加了相關(guān)器輸出端的信號/干擾比，對大多數(shù)人為干擾而言，擴頻通信系統(tǒng)都具有很強的對抗能力。本文利用MA

15、TLAB對擴頻系統(tǒng)中的m序列的產(chǎn)生、頻譜、相關(guān)函數(shù)，以及整個擴頻系統(tǒng)工作原理進行了仿真，為今后擴頻通信系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和研究提供了依據(jù)。</p><p>　　1.2 擴展頻譜技術(shù)特點</p><p>　　由于擴頻通信能大大擴展信號的頻譜，發(fā)端用擴頻碼序列進行擴頻調(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，能在“軍轉(zhuǎn)民”后，迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中

16、，主要有以下幾項特點：</p><p>　　1． 易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率 </p><p>　　無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到微波都得到了開發(fā)利用，仍然滿足不了社會的需求。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。 為此，世界各國都設(shè)立了頻率管理機構(gòu)，用戶只能使用申請獲準的頻率。 </p><p>　　2 抗干擾性強，誤碼率低 <

17、/p><p>　　擴頻通信在空間傳輸時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，使有用寬帶信息信號恢復(fù)成窄帶信號，而把非所需信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號。這祥，對于各種干擾信號，因其在收端的非相關(guān)性，解擴后窄帶信號中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強。</p><p>　　在目前商用的通信系統(tǒng)中，擴頻通信是唯一能夠工作于負信噪比條件下的通信方式

18、。</p><p>　　1.3 研究擴頻通信的目的和意義</p><p>　　擴頻通信是通信的一個重要分支和信道通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。采用擴頻信號進行通信的優(yōu)越性在于用擴展頻譜的方法可以換取信噪比的好處，即接收機輸出的信噪比相對于輸入的信噪比有很大改善，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。擴頻技術(shù)還具有保密性好、易于實現(xiàn)多址通信等優(yōu)點，因此該技術(shù)越來越受到人們的重視。</p><

19、;p>　　近年來，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，擴頻通信在技術(shù)上已邁上了一個新的臺階，不僅在軍事通信中占有重要地位，而且正迅速地滲透到了個人通信和計算機通信等民用領(lǐng)域，成為新世紀最有潛力的通信技術(shù)之一。因此研究擴頻通信具有很深遠的意義。</p><p>　　1.4 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　本文第一章對擴展頻譜進行了簡介，并對擴

20、展頻譜技術(shù)的特點，研究擴頻通信的目的和意義進行了闡述。第二章對擴展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)，擴展頻譜的理論來系統(tǒng)的介紹擴展頻譜技術(shù)，并在此簡單介紹了m序列移位寄存器。第三章主要內(nèi)容為直序擴頻通信系統(tǒng)，通過對直序擴頻通信的簡化框圖以及擴展和解擴過程圖來介紹直序擴頻，并介紹了直序擴頻的特點及其應(yīng)用，最后利用程序得出直序擴頻通信系統(tǒng)的仿真結(jié)果。第四章通過擴頻通信的應(yīng)用及未來發(fā)展方向來得出結(jié)論，并附上參考文獻，方便查找相關(guān)資料。最后附錄為直接序列擴展

21、頻譜仿真程序，以便更好的驗證直接序列擴展頻譜。</p><p><b>　　2.擴展頻譜技術(shù)</b></p><p><b>　　2.1 理論基礎(chǔ)</b></p><p>　　擴頻通信的基本特點是其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身的帶寬。除此以外，擴頻通信還具有如下特征:1是一種數(shù)字傳輸方式；2帶寬的展寬是利用與被傳信

22、息無關(guān)的函數(shù)(擴頻函數(shù))對被傳信息進行調(diào)制實現(xiàn)的；3在接收端使用相同的擴頻函數(shù)對擴頻信號進行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。Shannon定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率（或稱信道容量）為</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C―

23、―為系統(tǒng)的信道容量（bit/s）； B――為系統(tǒng)信道帶寬（Hz）；</p><p>　　S――為信號的平均功率； N――為噪聲功率由式中可以看出。</p><p>　　若白噪聲的功率譜密度為n0，噪聲功率N=n0B ，則信道容量C可表示為： </p><p><b>　?。?-2）</b></p><p&g

24、t;　　由上式可以看出，B、n0、S確定后，信道容量C就確定了。由Shannon第二定理知，若信源的信息速率 小于或等于信道容量C，通過編碼，信源的信息能以任意小的差錯概率通過信道傳輸。為使信源產(chǎn)生的信息以盡可能高的信息速率通過信道，提高信道容量是人們所期望的。</p><p>　　由Shannon公式可以看出：</p><p>　?。?）信道容量C為常數(shù)時，帶寬B與信噪比S/N可以互換，

25、即可以通過增加帶寬B來降低系統(tǒng)對信噪比S/N 的要求。</p><p>　　（2）要增加系統(tǒng)的信息傳輸速率，則要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通過增加傳輸信號帶寬B，或增加信噪比S/N來實現(xiàn)。由式（1）可知， B與C成正比，而C與S/N成對數(shù)關(guān)系，因此，增加B比增加S/N更有效。</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

26、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(guān)。一般把擴頻信號帶寬B與信息帶寬△F之比稱為處理增益GP，即：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　B――為系統(tǒng)信道帶寬（Hz）； Gp――擴頻處理增益； △F――信息帶寬；</p><p>　　由上式可以看

27、出，B與△F差別越大，Gp越大，也就是說，擴頻的增益越大。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Gp有關(guān)。因此，處理增益是擴頻系統(tǒng)的一個重要性能指標。系統(tǒng)的抗干擾容限Mj定義如下：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>

28、;　　S/N ―― 輸出端的信噪比； Ls ―― 系統(tǒng)損耗；</p><p>　　Gp――擴頻處理增益； Mj――系統(tǒng)的抗干擾容限；</p><p>　　由此可見，抗干擾容限Mj與擴頻處理增益Gp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(shè)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

29、提高處理增益【1】。</p><p>　　2.2 頻譜的擴展實現(xiàn)</p><p>　　頻譜的擴展是用數(shù)字化方式實現(xiàn)的。在一個二進制碼位的時段內(nèi)用一組新的多位長的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠遠高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠遠高出原碼的帶寬，從而將信號的帶寬進行了擴展。這些新的碼型也叫偽隨機（PN）碼，碼位越長系統(tǒng)性能越高。通常，商用擴頻系統(tǒng)PN碼碼長應(yīng)不低于12位，一般取

30、32位，軍用系統(tǒng)可達千位。</p><p>　　當選取上述任意一個序列后，如M序列，將其中可用的編碼，即正交碼，兩兩組合，并劃分為若干組，各組分別代表不同用戶，組內(nèi)兩個碼型分別表示原始信息"1"和"0"。系統(tǒng)對原始信息進行編碼、傳送，接收端利用相關(guān)處理器對接收信號與本地碼型相關(guān)進行相關(guān)運算，解出基帶信號( 即原始信息)實現(xiàn)解擴，從而區(qū)分出不同用戶的不同信息。微波無線擴頻通信

31、的原理見圖1。</p><p>　　圖1擴頻系統(tǒng)基本原理圖</p><p>　　根據(jù)擴展頻譜的方式不同，擴頻通信系統(tǒng)可分為：直接序列擴頻（DS）、跳頻（FH）、跳時（TH）、線性調(diào)頻以及以上幾種方法的組合（混頻）[3]。</p><p><b>　　2.3 m序列</b></p><p>　　Shannon在證明編碼定理

32、的時候，提出了用具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號來編碼。白噪聲是一種隨機過程，它的瞬時值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬的頻帶內(nèi)都是均勻的，它有及其優(yōu)良的相關(guān)特性。但是至今無法實現(xiàn)對白噪聲的放大、調(diào)制、檢測、同步及控制等，而只能用具有類似帶限白噪聲統(tǒng)計特性的偽隨機碼來逼近它，并作為擴頻系統(tǒng)的擴頻碼。</p><p>　　m序列是最長線性移位寄存器，是最重要的偽隨機序列之一，這種序列易于產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關(guān)特性。m序列是由移位寄

33、存器加反饋后形成的，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中αn-1 （ i=1，2，3，…， r）為移位寄存器中每位寄存器的狀態(tài)； ci（ i=1，2，3，…，r ）為第 n位寄存器的反饋系數(shù)。當n =0時，表示無反饋，將反饋線斷開；當ci=1時表示存在反饋，將反饋線連起來。在此結(jié)構(gòu)中c0=cr=1，c0不能為0，c0為0就不能構(gòu)成周期性序列，因為 c0=0意味著無反饋，為靜態(tài)移位寄存器。cr也不能為0，即第r 位寄存器一定要參加反饋，否則，r級的反饋

34、移位寄存器將減化為r-1級的或更低的反饋移位寄存器。不同的反饋邏輯，即 ci（ i=1，2，3，…， r-1）取不同的值，將產(chǎn)生不同的移位寄存序列[2]。</p><p><b>　　2.4 直序擴頻</b></p><p>　　擴頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴頻調(diào)制，而在接收端增加了擴頻解調(diào)的過程，擴頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴頻系統(tǒng)

35、、跳頻擴頻系統(tǒng)、跳時擴頻系統(tǒng)、線性調(diào)頻系統(tǒng)和混合調(diào)頻系統(tǒng)?，F(xiàn)以直接序列擴頻系統(tǒng)為例說明擴頻通信的實現(xiàn)方法。</p><p>　　直接序列擴頻工作方式，簡稱直擴方式（DS方式）。就是用高速率的擴頻序列在發(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原成原來的信號。 直接序列擴頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2和生成復(fù)合碼去

36、調(diào)制載波。</p><p>　　圖2直接序列擴展頻譜系統(tǒng)簡化框圖</p><p>　　由上圖看出，在發(fā)射端，信源輸出的信號與偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機碼進行模2加，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調(diào)制載波，這樣得到已擴頻調(diào)制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機序列對擴頻調(diào)制信號進行相關(guān)解擴，將信號的頻帶恢復(fù)為信息序列的頻帶，

37、然后進行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?lt;/p><p>　　圖3 直序擴頻的頻譜擴展過程</p><p>　　直接序列擴頻（DS-Direct Scquency）的頻譜擴展和解擴過程見圖3和圖4所示。直接序列擴頻就是用高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端直接去擴展信號的頻譜，在收端直接使用相同的擴頻碼序列對擴展的信號頻譜進行解調(diào)，還原出原始的信息。</p><p>　　圖4 直接

38、序列的頻譜解擴過程</p><p>　　在圖上我們可以看出：1，在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的PN碼調(diào)制以后，頻譜被擴展了。在收端，擴頻信號經(jīng)同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被恢復(fù)；2，信息碼經(jīng)調(diào)制、擴頻傳輸、解調(diào)然后恢復(fù)的過程，類似與PN碼進行了二次"模二相加"的過程。</p><p>　　直序擴頻系統(tǒng)的內(nèi)容十分廣泛。根據(jù)需要不同，實際直序擴頻系統(tǒng)的擴頻、調(diào)制、解擴、解調(diào)等部

39、分可以采用不用的方案[4]。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum）系統(tǒng)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(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。直序擴頻系統(tǒng)的特點有：</

40、p><p><b>　　抗干擾性強 </b></p><p><b>　　隱蔽性好</b></p><p>　　易于實現(xiàn)碼分多址（CDMA）</p><p><b>　　抗多徑干擾</b></p><p><b>　　直擴通信速率高<

41、;/b></p><p><b>　　抗衰落</b></p><p><b>　　遠－近"效應(yīng)"</b></p><p><b>　　組網(wǎng)能力</b></p><p><b>　　窄帶系統(tǒng)的兼容</b></p>&l

42、t;p>　　3.SIMULINK模型建立</p><p>　　基于MATLAB/Simulink所建立的擴頻通信系統(tǒng)的仿真模型，能夠反映擴頻通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，可進行波形觀察、品剖分析和性能分析等，同時能根據(jù)研究和設(shè)計的需要擴展仿真模型，實現(xiàn)以擴頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信的模擬仿真，為系統(tǒng)的研究和設(shè)計提供強有力的平臺。圖2為基于MATLAB/Simulink的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的仿真模型。</p&g

43、t;<p>　　圖5 基于Simulink 的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　3.1 隨機整數(shù)發(fā)生器（Random Integer genarator）</p><p>　　隨機整數(shù)發(fā)生器(Randon Integer generator)作為仿真系統(tǒng)的信源，隨機整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生二進制隨機信號，采用時間、初始狀態(tài)可自由設(shè)置，從而滿足擴頻通信系統(tǒng)所需信源的要求

44、。</p><p>　　3.2 PN序列發(fā)生器（PN Sequence Generator）</p><p>　　用PN序列發(fā)生器（PN Sequence Generator）產(chǎn)生偽隨機碼，對基帶信號進行擴頻。擴頻過程通過信息碼與PN碼進行雙極性變換后相乘加以實現(xiàn)。解擴過程與擴頻過程相同，即將接收的信號用PN碼進行第二次擴頻處理。</p><p>　　3.3 最小相

45、移鍵控調(diào)制（M-PSK Modulator Passband）</p><p>　　對基帶信號進行數(shù)字調(diào)制，將頻譜從基帶搬移至頻帶，以實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)男Ч?lt;/p><p>　　3.4 加性高斯白噪聲信道（AWGN Channel）</p><p>　　信號通過加性高斯白噪聲信道，以達到對信號的傳輸后進行再進行解擴解調(diào)的目的。改信道信噪比參數(shù)設(shè)置為負數(shù)，可驗證擴頻通

46、信系統(tǒng)具有良好的抗噪聲能力。</p><p>　　3.5 最小相移鍵控解調(diào) （M-PSK Demodulator Passband）</p><p>　　對解擴后的信號進行解調(diào)，恢復(fù)基帶信號。</p><p>　　3.6 誤碼率分析儀（Error Rate Calculation）</p><p>　　在誤碼率計算中，接收到的信號，由于經(jīng)過擴

47、頻解擴、調(diào)制解調(diào)、相關(guān)統(tǒng)計等處理，會存在一個延遲，在誤碼儀模塊的對話框中要設(shè)置一個合適的延遲。</p><p><b>　　3.7 其他設(shè)置</b></p><p>　　3.7.1 RELAY 的設(shè)置</p><p>　　3.7.2 product的設(shè)置</p><p>　　3.7.3 display 的設(shè)置</p

48、><p>　　3.7.4 頻譜分析儀（spectrum scope）的設(shè)置</p><p>　　系統(tǒng)中有四個頻譜分析儀器，分別命名為：baseband、mod、SS和DSS。其中，baseband能觀察基帶信號的頻譜；mod能觀察到基帶信號調(diào)制到頻帶后的頻譜；SS能觀察擴頻后的頻譜；DSS能觀察解擴解調(diào)后的接受端輸出信號的頻譜。這四個頻譜分析儀的參數(shù)設(shè)置大致一致，其前方的零階保持器的采樣時間略

49、有不同。</p><p><b>　　4.仿真結(jié)果與分析</b></p><p>　　4.1 Simulink仿真結(jié)果</p><p><b>　　基帶信號的頻譜如下</b></p><p><b>　　經(jīng)調(diào)制后頻譜如下</b></p><p><

50、b>　　擴頻后頻譜如下</b></p><p>　　接收端恢復(fù)后的輸出信號頻譜如下</p><p><b>　　誤碼計算儀的結(jié)果</b></p><p>　　4.2 Simulink仿真結(jié)果分析</p><p>　　可以看出，基帶信號的頻率分量主要是在-100Hz到100Hz，這與信號源所設(shè)置的頻率相符

51、合?；鶐盘栠M過M-PSK調(diào)制后，正頻域的頻率分量集中在2.9KHz-3.1KHz處，可看出載波頻率為3KHz，這個結(jié)果與M-PSK調(diào)制器所設(shè)置的載波頻率一致。頻帶信號經(jīng)過與PN碼相乘擴頻后，觀察其信號的頻譜可以看出，正頻域的頻率分量主要集中在0Hz到20KHz這主瓣中，帶寬擴展了約20倍。此時信號將經(jīng)過模擬信道的AWGN信道模塊，來到接收端。在接收端處，先經(jīng)過解擴（即與擴頻PN碼同步的PN碼相乘），得到解擴后的頻帶信號，再經(jīng)過解調(diào)模塊

52、，恢復(fù)成基帶信號。觀察恢復(fù)后的信號的頻譜，與信源處的信號基本一致。</p><p>　　再看系統(tǒng)的誤碼率計算分析。 輸出的數(shù)據(jù)是一個n 行（與輸入數(shù)據(jù)數(shù)目相等）3列的矩陣。 第1列是差錯率， 第2列是差錯碼的數(shù)量， 第3列是碼元總數(shù)即前述的n。 可看出，差錯率為0.002，差錯碼的數(shù)量為2，碼元總數(shù)為1000。由此可見，系統(tǒng)具有較好的抗噪聲性能。企抗噪聲原理如圖3所示。</p><p>　

53、　圖6 擴頻系統(tǒng)抗噪聲原理示意圖</p><p>　　4.3 m文件的仿真結(jié)果</p><p>　　仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。其中，</p><p>　　圖4是信號比和誤碼率的值；圖5 是繪制</p><p><b>　　的函數(shù)關(guān)系圖像。</b></p><p>　　圖7 仿真結(jié)果的值<

54、;/p><p>　　圖8 信噪比和誤碼率的關(guān)系函數(shù)圖象</p><p>　　4.4 m文件的仿真結(jié)果分析</p><p>　　通過觀察可知，信噪比越大，系統(tǒng)的誤碼率越小。這符合通信原理的規(guī)律。從圖中還可得知，在負的信噪比條件下，擴頻通信系統(tǒng)還能有比較小的誤碼率。可知擴頻系統(tǒng)的抗干擾性能很好，能在負信噪比條件下工作。這是因為擴頻系統(tǒng)特有的頻譜擴展特點和特有的解擴技術(shù)，能

55、使有用信號淹沒在偽噪聲之中，通過相關(guān)解擴將之還原。</p><p><b>　　5.結(jié)論</b></p><p>　　擴頻通信技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用：在軍事上，在現(xiàn)代科技的許多領(lǐng)域中，擴頻技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。如空間系統(tǒng)通信、航空及航海電子系統(tǒng)等等。</p><p>　　在民用通信中：90年代以來，擴頻通信開始向民用通信領(lǐng)域發(fā)展。一是隨著國際形

56、勢的變化，原來從事軍品開發(fā)的部門與企業(yè)都紛紛轉(zhuǎn)入民用開發(fā)，以尋找出路；二是數(shù)字蜂窩移動通信、個人通信等新興通信方式，要求采用能節(jié)約頻帶的技術(shù)，解決頻帶擁擠問題，使人們考慮到擴頻通信可以與現(xiàn)有通信并存，是提高頻帶利用率的有效途徑；三是市場需求的推動，采用新技術(shù)是為了占有國內(nèi)市場，競爭國際市場。</p><p>　　擴頻通信的未來發(fā)展方向：隨著擴頻通信的迅速發(fā)展，特別是2.4GHz頻段擴頻系統(tǒng)的大量使用，擴頻系統(tǒng)之間

57、的干擾問題越來越突出總的來說，擴頻通信是當代通信技術(shù)的重大突破，是當今高新科技的熱點之一，發(fā)展變化非?？欤袝r真是：山窮水復(fù)疑無路，柳暗花明又一春。大概這也是擴頻通信的魅力所在【6】。</p><p>　　擴頻通信以其較強的抗干擾、抗衰落、抗多徑性能而成為第三代通信的核心技術(shù)，結(jié)果表明，擴頻系統(tǒng)對正弦干擾有著良好的抗干擾性，增大信噪比可以有效抑制正弦信號的干擾。可以廣泛應(yīng)用于對抗干擾性和保密性要求較高的軍用或民用

58、通信。本人通過課程設(shè)計，進行深入地研究學習擴頻通信技術(shù)及對它進行仿真應(yīng)用，將所學的知識進行歸納與總結(jié)，從而鞏固通信專業(yè)基礎(chǔ)知識，為以后的個人學習和工作打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　非常感謝老師，老師在我大學的最后學習階段——畢業(yè)論文階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私

59、的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她放棄了自己的休息時間，她的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，唐老師對學科前沿的敏銳把握能力、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和豐富的實踐經(jīng)驗以及一絲不茍的工作作風，使我受益匪淺。無論是在平時學習階段，還是在論文寫作過程中，唐老師對我的教誨和對我在做論文時各方面的支持，我會永遠記在心里。她嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和治學態(tài)度，深刻地影響著我，是我今后學習和工作的楷模。在此我向唐老師表示我誠摯的謝意。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的

60、進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！參考文獻</p><p>　　[1]曾興雯，劉乃安，孫獻璞.擴展頻譜通信及其多址技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004</p><p>　　[2]李建新，劉乃安，劉繼平.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真-MATALAB通信工具箱[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001</p><

61、;p>　　[3]徐明遠，邵玉斌.MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2005</p><p>　　[4]劉樹棠.現(xiàn)代通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[5] 張蕾，鄭實勤. 基于MATLAB的直接序列擴頻通信系統(tǒng)性能仿真分析研究[J]. 電氣傳動自動化，2007年第3期.</p><p&g

62、t;　　[6] 張蕾，鄭實勤.基于MATLAB的直接序列擴頻通信系統(tǒng)性能仿真分析研究[M].電氣傳動自動化，2007</p><p>　　[7] 張大亮，黎勇.擴頻通信系統(tǒng)及MATLAB仿真.自然科學報.2008.3.</p><p>　　[8] 查光明，熊賢祚. 擴頻通信[M]. 西安電子科技大學出版社，1990年.</p><p>　　[9] 邵保華. 軟件無線

63、電在擴頻通信發(fā)射中的應(yīng)用研究[D]. 哈爾濱工程大學，2004年.附錄</p><p>　　選取m序列作為仿真系統(tǒng)的擴頻碼，產(chǎn)生函數(shù)如下：</p><p>　　function [mout] = mseq(stg, taps, inidata, n) </p><p><b>　　%變量含義說明 </b></p><p>

64、;　　% stg m序列階數(shù)</p><p>　　% taps 線性移位寄存器的系數(shù)</p><p>　　% inidata 序列的初始化</p><p>　　% n 輸出序列的數(shù)目 </p><p>　　% mout 輸出的m序列</p><p>　　if narg

65、in < 4 </p><p><b>　　n = 1; </b></p><p><b>　　end </b></p><p>　　mout = zeros(n,2^stg-1); </p><p>　　fpos = zeros(stg,1); </p><p>　　

66、fpos(taps) = 1; </p><p>　　for ii=1:2^stg-1 </p><p>　　mout(1,ii) = inidata(stg); % 輸出數(shù)據(jù)的存儲 </p><p>　　num = mod(inidata*fpos,2); % 反饋數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　inidata(2

67、:stg) = inidata(1:stg-1); % 線形移位寄存器的一次移位</p><p>　　inidata(1) = num; % 返回反饋值 </p><p><b>　　end </b></p><p><b>　　if n > 1 </b></p>&l

68、t;p>　　for ii=2:n </p><p>　　mout(ii,:) = shift(mout(ii-1,:),1,0); </p><p><b>　　end </b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　發(fā)射機部分</b>&

69、lt;/p><p>　　發(fā)射機部分包括擴頻和調(diào)制兩部分。</p><p><b>　　QPSK調(diào)制部分</b></p><p>　　此處采用QPSK調(diào)制，相比SIMULINK的M-PSK調(diào)制的實現(xiàn)要求要低一些。</p><p>　　function [iout,qout]=qpskmod(paradata,para,nd,m

70、l) </p><p><b>　　%各變量含義說明 </b></p><p>　　% paradata 輸入數(shù)據(jù)</p><p>　　% iout 輸出的實部數(shù)據(jù)</p><p>　　% qout 輸出的虛部數(shù)據(jù)</p><p>　　% para

71、 并行信道數(shù)</p><p>　　% nd 輸入數(shù)據(jù)個數(shù)</p><p>　　% ml 調(diào)制階數(shù) </p><p>　　m2=ml./2; </p><p>　　paradata2=paradata.*2-1; </p><p>　　count2=0; </p&g

72、t;<p>　　for jj=1:nd </p><p>　　isi = zeros(para,1); </p><p>　　isq = zeros(para,1); </p><p>　　for ii = 1 : m2 </p><p>　　isi = isi + 2.^( m2 - ii ) .* paradata2((1

73、:para),ii+count2); </p><p>　　isq = isq + 2.^( m2 - ii ) .* paradata2((1:para),m2+ii+count2); </p><p><b>　　end </b></p><p>　　iout((1:para),jj)=isi; </p><p>　

74、　qout((1:para),jj)=isq; </p><p>　　count2=count2+ml; </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　擴頻部分</b></p><p>　　function [iout, qout] = spread(idata, qda

75、ta, code1) </p><p><b>　　%變量含義說明 </b></p><p>　　% idata 輸入序列實部 </p><p>　　% qdata 輸入序列虛部 </p><p>　　% iout 輸出序列實部 </p><p>　　% qout

76、 輸出序列虛部</p><p>　　% code1 擴頻碼序列</p><p>　　switch nargin </p><p>　　case { 0 , 1 } </p><p>　　error('lack of input argument'); </p><p><b>　　c

77、ase 2 </b></p><p>　　code1 = qdata; </p><p>　　qdata = idata; </p><p><b>　　end </b></p><p>　　[hn,vn] = size(idata); </p><p>　　[hc,vc] = siz

78、e(code1); </p><p>　　if hn > hc </p><p>　　error('lack of spread code sequences'); </p><p><b>　　end </b></p><p>　　iout = zeros(hn,vn*vc); </p>

79、;<p>　　qout = zeros(hn,vn*vc); </p><p>　　for ii=1:hn </p><p>　　iout(ii,:) = reshape(rot90(code1(ii,:),3)*idata(ii,:),1,vn*vc); </p><p>　　qout(ii,:) = reshape(rot90(code1(ii,

80、:),3)*qdata(ii,:),1,vn*vc); </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　信道仿真部分</b></p><p>　　實現(xiàn)高斯白噪聲代碼函數(shù)</p><p>　　function [iout, qout] = comb2(idata, qdata

81、, attn) </p><p><b>　　%各變量含義說明</b></p><p>　　% idata 輸入序列實部</p><p>　　% qdata 輸入序列虛部 </p><p>　　% iout 輸出序列實部 </p><p>　　% qout 輸出序列虛部

82、</p><p>　　% attn 根據(jù)信噪比得到的信號衰減水平 </p><p>　　v = length(idata); </p><p>　　h = length(attn); </p><p>　　iout = zeros(h,v); </p><p>　　qout = zeros(h,v); <

83、/p><p>　　for ii=1:h </p><p>　　iout(ii,:) = idata + randn(1,v) * attn(ii); </p><p>　　qout(ii,:) = qdata + randn(1,v) * attn(ii); </p><p><b>　　end </b></p>

84、;<p>　　接收機的解擴部分函數(shù)</p><p>　　function [iout, qout] = despread(idata, qdata, code1) </p><p><b>　　%各變量含義說明</b></p><p>　　% idata 輸入序列實部 </p><p>　　% qd

85、ata 輸入序列虛部 </p><p>　　% iout 輸出序列實部 </p><p>　　% qout 輸出序列虛部 </p><p>　　% code1 擴頻碼序列</p><p>　　switch nargin </p><p>　　case { 0 , 1 } </

86、p><p>　　error('lack of input argument'); </p><p><b>　　case 2 </b></p><p>　　code1 = qdata; </p><p>　　qdata = idata; </p><p><b>　　end

87、</b></p><p>　　[hn,vn] = size(idata); </p><p>　　[hc,vc] = size(code1); </p><p>　　vn = fix(vn/vc); </p><p>　　iout = zeros(hc,vn); </p><p>　　qou

88、t = zeros(hc,vn); </p><p>　　for ii=1:hc </p><p>　　iout(ii,:) = rot90(flipud(rot90(reshape(idata(ii,:),vc,vn)))*rot90(code1(ii,:),3)); </p><p>　　qout(ii,:) = rot90(flipud(rot90(re

89、shape(qdata(ii,:),vc,vn)))*rot90(code1(ii,:),3)); </p><p><b>　　end</b></p><p>　　接收機解調(diào)部分的函數(shù)</p><p>　　function [demodata]=qpskdemod(idata,qdata,para,nd,ml) </p><

90、;p><b>　　%各變量含義說明</b></p><p>　　% idata 輸入數(shù)據(jù)的實部 </p><p>　　% qdata 輸入數(shù)據(jù)的虛部</p><p>　　% demodata 解調(diào)后的數(shù)據(jù)</p><p>　　% para 并行的信道數(shù)</p><p&

91、gt;　　% nd 輸入數(shù)據(jù)個數(shù)</p><p>　　% ml 調(diào)制階數(shù)</p><p>　　demodata=zeros(para,ml*nd); </p><p>　　demodata((1:para),(1:ml:ml*nd-1))=idata((1:para),(1:nd))>=0; </p><p>

92、;　　demodata((1:para),(2:ml:ml*nd))=qdata((1:para),(1:nd))>=0; </p><p><b>　　%誤碼率分析 </b></p><p>　　noe2 = sum(sum(abs(data-demodata))); </p><p>　　nod2 = user * nd * ml;

93、</p><p>　　noe = noe + noe2; </p><p>　　nod = nod + nod2; </p><p>　　% fprintf('%d\t%e\n',ii,noe2/nod2); </p><p><b>　　end </b></p><p&g

94、t;<b>　　%數(shù)據(jù)文件 </b></p><p>　　ber = noe / nod; </p><p>　　fprintf('%d\t%d\t%d\t%e\n',ebn0,noe,nod,noe/nod); </p><p>　　fid = fopen('BER.dat',

95、'a'); </p><p>　　fprintf(fid,'%d\t%e\t%f\t%f\t\n',ebn0,noe/nod,noe,nod); </p><p>　　fclose(fid); </p><p>　　err_rate_final(ebn0+6)=ber;</p><p>&l

96、t;b>　　end</b></p><p><b>　　%性能仿真圖 </b></p><p><b>　　figure</b></p><p>　　semilogy(SNR,err_rate_final,'b-*'); </p><p>　　xlabel('

97、;信噪比/dB')</p><p>　　ylabel('誤碼率')</p><p>　　axis([-5,10,0,1])</p><p><b>　　grid on</b></p><p>　　初始化設(shè)置以及仿真循環(huán)設(shè)置</p><p><b>　　Main函數(shù)

98、為</b></p><p>　　clear all;</p><p><b>　　clc </b></p><p>　　sr = 256000.0; % 符號速率</p><p>　　ml = 2; % 調(diào)制階數(shù) </p><p&g

99、t;　　br = sr * ml; % 比特速率 </p><p>　　nd = 100; % 符號數(shù)</p><p>　　SNR=-5:1:10; % Eb/No </p><p>　　%**************************擴頻碼初值設(shè)定**************

100、</p><p>　　user = 1; % 用戶數(shù)</p><p>　　stage = 3; % 序列階數(shù) </p><p>　　ptap1 = [1 3]; % 第一個線性移位寄存器的系數(shù)</p><p>　　disp('-------------

101、-start-------------------');</p><p>　　%******************擴頻碼的產(chǎn)生******************</p><p>　　for ebn0=-5:1:10 % m序列</p><p>　　code = mseq(stage,ptap1,regi1,user);

102、</p><p>　　code = code * 2 - 1; </p><p>　　clen = length(code); </p><p>　　%******************仿真運算開始****************** </p><p>　　nloop = 1000; %

103、仿真循環(huán)次數(shù)</p><p>　　noe = 0; </p><p>　　nod = 0; </p><p>　　for ii=1:nloop </p><p>　　%******************發(fā)射機******************</p><p>　　data = rand(user,nd*ml

104、) > 0.5; </p><p>　　[ich, qch] = qpskmod(data,user,nd,ml); % QPSK 調(diào)制</p><p>　　[ich1,qch1] = spread(ich,qch,code); % 擴頻 <

105、/p><p>　　ich2 = ich1; </p><p>　　qch2 = qch1; </p><p>　　%******************接收機****************** </p><p>　　[ich3,qch3] = comb2(ich2,qch2,attn); % 添加高斯白噪聲(AWGN) <

106、;/p><p>　　sampl = irfn * IPOINT + 1; </p><p>　　ich4 = ich3(:,sampl:IPOINT:IPOINT*nd*clen+sampl-1); </p><p>　　qch4 = qch3(:,sampl:IPOINT:IPOINT*nd*clen+sampl-1); </p><p>

107、　　[ich5 qch5] = despread(ich4,qch4,code); % 解擴</p><p>　　demodata = qpskdemod(ich5,qch5,user,nd,ml); % QPSK解調(diào)</p><p>　　%******************誤碼率分析******************</p><

108、p>　　noe2 = sum(sum(abs(data-demodata))); </p><p>　　nod2 = user * nd * ml; </p><p>　　noe = noe + noe2; </p><p>　　nod = nod + nod2; </p><p>　　%******************數(shù)據(jù)文

109、件****************** </p><p>　　ber = noe / nod; </p><p>　　fprintf('%d\t%d\t%d\t%e\n',ebn0,noe,nod,noe/nod); </p><p>　　fid = fopen('BER.dat','a

110、9;); </p><p>　　fprintf(fid,'%d\t%e\t%f\t%f\t\n',ebn0,noe/nod,noe,nod); </p><p>　　fclose(fid); </p><p>　　err_rate_final(ebn0+6)=ber;</p><p>　　%********

111、**********性能仿真圖******************</p><p><b>　　figure</b></p><p>　　semilogy(SNR,err_rate_final,'b-*');</p><p>　　xlabel('信噪比/dB')</p><p>　　yla