【正文】 直接序列擴頻的概念 .................................................. 14 擴頻通信的理論基礎(chǔ) .................................................. 14 擴頻增益和抗干擾容限 ................................................. 15 直接序列擴頻的基本原理 .................................................. 15 直擴系統(tǒng)的性能 ......................................................... 18 直擴系統(tǒng)的抗干擾性 .................................................. 18 直擴信號的抗截獲性 .................................................. 19 直擴碼分多址通信系統(tǒng) ................................................ 19 直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 ............................................ 20 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 III 直擴測距定時系統(tǒng) .................................................... 20 擴 頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 .............................................. 20 5. 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 .................................................................................................................22 MATLAB 的基本操作 ....................................................... 22 Simulink 仿真技術(shù) ....................................................... 23 Simulink 窗口環(huán)境 .................................................... 23 功能模塊的連接及設(shè)置 ................................................ 24 Simulink 對通信系統(tǒng)的仿真 ............................................ 27 MATLAB 源程序設(shè)計 ....................................................... 32 【參考文獻】 .................................................................................................................................................................................40 【致 謝】 ......................................................................................................................................................................................41 【附錄】 ............................................................................................................................................................................................42 英文文獻 .................................................................... 42 中文文獻 .................................................................... 46 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 1 1. 引言 1． 1 直序擴頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景 : 直接序列擴頻 (DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴頻技術(shù)之一。 這種 技術(shù) 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。 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(guān)擴頻通信技術(shù)的觀點是在 1941 年由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 Gee 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 。不幸的是，當(dāng)時該技術(shù)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(guān)注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。 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 (, , )和藍牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問題。擴頻技術(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。 直序擴頻通信系統(tǒng)的工作原理 如圖 11所示 。 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。 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)端相同的擴頻碼序列去相關(guān)解擴?；謴?fù)成原輸入的信息輸出。 信息 信息 擴 頻 射頻調(diào)制 射頻發(fā)生器 偽 碼 擴頻解調(diào) 本地偽碼 解調(diào) 本地射頻 發(fā)生器 圖 11 擴頻通信工作原理 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 2 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(yīng)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(yīng)的解擴和射頻解調(diào)。 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。 1． 2 直序擴頻系統(tǒng)的特 點 : ： 1） 抗干擾性強 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(guān)解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾，在不知道信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術(shù)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(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。 2） 隱蔽性好 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，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(shè)備構(gòu)成干擾。 3） 易于實現(xiàn)碼分多址（ CDMA） 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(guān)解擴才能得到，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頻編碼之間的相關(guān)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(fù)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問題。 4） 抗多徑干擾 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(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)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。 5） 直擴通信速率高 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(luò)性能好。 6） 有很強的保密性能。 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。 ： 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 3 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(guān)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。 直擴系統(tǒng)的發(fā)展 由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。在容 許無線設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時對附近其他設(shè)備有更高的抗擾性。上世紀 80 年代末，晶體電子技術(shù)的先進程度已經(jīng)足以提供商用的、成本效益好的直接序列擴頻系統(tǒng)。 現(xiàn)在直擴技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計算機無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。 擴頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實現(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。 隨著移動通信的迅猛發(fā)展 ，目前 3G 系統(tǒng)由研制開發(fā)逐步進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，世界各大電信公司聯(lián)盟均提出了自己的第三代移動 通信系統(tǒng)方案， 雖然 第三代移動通信系統(tǒng) 的標(biāo)準差異很大，但 采用碼分多址技術(shù)已經(jīng)達成共識 。直擴碼分多址 ，由于具備通信容量大、能充分利用話音的統(tǒng)計特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點 被作為 未來移動通信中最具競爭力、 最有前景的 無線 多址接入技術(shù) 。 無線擴頻通信作為另一種有效的補充通信手段 ,已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 發(fā)展到現(xiàn)在，擴頻技術(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)動一直是擴頻技術(shù)發(fā)展的強大動力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動通信、無線局域網(wǎng)、 全球個人通信等，擴頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。 隨著科技的發(fā)展，擴頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 4 2． CDMA 數(shù)字蜂窩移動通信的介紹 2． 1 CDMA 簡介 技術(shù)背景 CDMA 的英文全稱為 （ Code Division Multiple Access） ，中文意思是碼分多址。它是基于 IS95 標(biāo)準（雙模寬帶擴譜蜂窩系統(tǒng)的移動臺 — 基站兼容標(biāo)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(wù)、軟切換、國際漫游等要求而設(shè)計的一種 移動通訊技術(shù)。它是 20 世紀 60 年代由美國高通公司（ QUALCOMM）開發(fā)的移動通信技術(shù)，最早用于軍事領(lǐng)域。與使用時分多路的 GSM 技術(shù)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。 CDMA 系統(tǒng)是以擴頻調(diào)制技術(shù)和碼分 多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動通信 系統(tǒng)。 它為每個用戶分配各自特定的地址 碼，利用公共信道來傳輸信息。它的地址 碼通過相互間的正交性進行區(qū)別。也就是 說，每個用戶有自己的地址碼，地址碼彼 此之間是互相獨立、互相不影響的 。由于 有不同的地址碼來區(qū)分用戶，所以對頻率、 時間和空間沒有特定的限制，在這些方面 通信是可以重疊的。 CDMA 的示意圖如 21 所示，用戶信號是用 Ci來區(qū)分的。 ．幾種常見的 CDMA 技術(shù)。 1. N－ CDMA：窄帶碼分多址系統(tǒng)，在美國又稱為 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(shù)和特殊密碼主題的特點， 1993 年被電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會采用。 2. B－ CDMA：寬帶碼分多址系統(tǒng)，包括 W－ CDMA、 CDMA20xx 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(biāo)準。 3. CDMAOne：流行于日本的一個品牌，是應(yīng)用 IS― 95 CDMA 技術(shù)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)。 4. CDMA