【正文】 聲能力很強(qiáng)，當(dāng)不斷加大噪聲的幅度 ， 達(dá)到系統(tǒng)的干擾門限時(shí) ， 則不能準(zhǔn)確地恢復(fù)原始信息。t accurately restored the original message. Results show that with the increase of spread spe ctrum gain, the system ber is smaller, and spread spectrum system the performance to a large extent depends on the characteristics of the code is spread spectrum. Key words： Spread spectrum munication。美國在 20 世紀(jì) 50 年代中期，就開始了對擴(kuò)頻通信的研究，當(dāng)時(shí)主要側(cè)重在空間探測、衛(wèi)星偵察和軍用 通信等方面。一般而言，跳頻系統(tǒng)主要在軍事通信中對抗故意干擾，在衛(wèi)星通信中也用于保密通信，而直擴(kuò)系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 2 章 直序 擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 基本原理 擴(kuò)展頻譜通信 (Spread Spectrum Communication)簡稱擴(kuò)頻通信。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的 主要特點(diǎn) 擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信，這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性： (1)抗干擾性強(qiáng) 表示擴(kuò)頻通信特性的一個(gè)重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益 G(Spreading Gain),其定義為擴(kuò)頻前的信號帶寬 B1 與擴(kuò)頻后的信號帶寬 B2 之比。信號淹沒在白噪聲之中，別人難于發(fā)現(xiàn)信號的存在，再加之不知擴(kuò)頻編碼，就更難拾取有用信號。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同接收者發(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。要傳送的信息經(jīng)數(shù)字化后變成二元數(shù)字序列，它和偽隨機(jī)序列模二相加后變成復(fù)合碼去調(diào)制載波。 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能的分析 抗干擾能力 直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，通常工作在強(qiáng)干擾環(huán) 境，這些干擾可分為自然干擾和人為干擾。 比較常見的是噪聲干擾，可以用高斯白噪聲作為其模型 ,其功率譜密度覆蓋擴(kuò)頻系統(tǒng)頻帶。 而噪聲輸出成分的方差，即噪聲輸出成分的平均功率為： 2? = ???????? ddRRhhpnn )()()()( ??????? （ 25） 式中， Rn (β α )=E[n(α )n(β )],是噪聲的自相關(guān)函數(shù)，等于它的功率譜密度 Sn (f)的付氏變換。 f d 為基帶信息的速率，這樣，式 25 可寫為： 2? =???? dffSfS npn )(*)( （ 27） 我們定義反映擴(kuò)頻通信特征的重要參數(shù) 擴(kuò)頻增益 G，在擴(kuò)頻通信中，接收機(jī)作解擴(kuò)解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為 B1 的信號成分，而排除掉擴(kuò)展到寬頻帶 B2 中的外部干擾、噪聲等其他影響。 對于式 245，擴(kuò)頻碼 pn(t)對噪聲 n(t)在頻域上做卷積，實(shí)際上是擴(kuò)頻碼對基帶噪聲干擾作頻譜擴(kuò)展，擴(kuò)展后的噪聲功率譜密度既然明顯降低，為原譜密度的1/G，而能 經(jīng)基帶濾波器輸出的噪聲功率也就僅為原噪聲功率的 1/G，實(shí)現(xiàn)了對噪聲干擾的抑制，體現(xiàn)了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力。 信噪比和誤碼率 信噪比和誤碼率是數(shù)據(jù)通信最 重要的性能指標(biāo)，它充分反映了數(shù)據(jù)通信的抗噪聲能力和傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這里開始分析直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的信噪比和誤碼率。式中第二項(xiàng)為噪聲，在 T 時(shí)刻積分器的噪聲輸出為： n(T)=?T tdtPtpntn0 0c os2)()( ? （ 212） 它的準(zhǔn)確積分結(jié)果很難給出，但 n(t)是與 pn(t)獨(dú)立的 0 均值高斯白噪聲，因此 n(T)的統(tǒng)計(jì)特性為： 均值： E[n(T)]=0 （ 213） 方差： )(2tn? =?TC O Spnn dtRRR0 )0(*)0(*)0( （ 214） 式中 R n (0)是噪聲自相關(guān)，對 N 0 /2 的雙邊功率譜密度的白噪聲，則 R n (0)= N0 /2。因此，擴(kuò)佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 頻通信系統(tǒng)的接收機(jī)對發(fā)送來的擴(kuò)頻信號作相關(guān)解調(diào)處理時(shí)，當(dāng)與發(fā)送來的信號的擴(kuò)頻碼完全同步的情況下，積分器輸出的有用信號功率為 (PT*d) 2 =(PT) 2 ,這也就是把 v(t)作為隨機(jī)變量時(shí)，它的均值的平方。 (2)以系統(tǒng)框圖形式介紹系統(tǒng)構(gòu)成以及系統(tǒng)的工作原理。為了使繁雜的電子設(shè)計(jì)過程更加便捷， 出現(xiàn)了許多針對不同層次應(yīng)用的EDA 軟件。使用 SystemView 你只需要關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過程，而不必花費(fèi)大量的時(shí)間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。該系統(tǒng)支持外部數(shù)據(jù)的輸入佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 和輸出，支持用戶自己編寫代碼 (C/C++)，兼容 Matlab 軟件。具有大量可選擇的庫，允許用戶有選擇地增加通訊、邏輯、 DSP 和射頻 /模擬功能模塊。對射頻 /模擬電路 (混合器，放大器， RLC 電路和運(yùn)放電路 )進(jìn)行理論分析和失真分析。SystemView 圖標(biāo)庫包括幾百種信號源、接收端、操作符和功能塊。生成的 SystemView 系統(tǒng)和輸出的波形圖可以很方便地使用復(fù)制和粘貼命令插入 word 等文字處理器。這樣，單一的圖符就可以代表一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。這種特性尤其適合于同時(shí)具有低頻和高頻部分的通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的仿真速度，而在局部又不會降低仿真的精度。 (7)先進(jìn)的信號分析和數(shù)據(jù)塊處理。 (8)可擴(kuò)展性。 SystemView 能自動執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，通知用戶連接出錯(cuò) 并通過顯示指出出錯(cuò)的圖符。在接收機(jī)端 , 用與發(fā)射機(jī)端完全同步 的 PN 碼對接收信號進(jìn)行解擴(kuò)后經(jīng)解調(diào)器還原輸出原始數(shù)據(jù)信息。 圖 41 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)原理圖 （ b） 接收 機(jī) 模 2 和加法器 PN 碼 發(fā)生器 功率 放大器 載波 發(fā)生器 調(diào)制器 調(diào)制器 調(diào)制器 （ a）發(fā)射機(jī) 混頻器 調(diào)頻器 調(diào)解調(diào)器 數(shù)據(jù)輸出 本振 中放 時(shí)鐘 PN 碼 發(fā)生器 同步 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 直序擴(kuò)頻 通信 系統(tǒng)仿真 （無噪聲情況） 系統(tǒng)模塊及主要模塊參數(shù) Systemview 是一個(gè)信號級的系統(tǒng)仿真軟件 ,主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真 ,是一個(gè)強(qiáng)有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具 ,能滿 足從數(shù)字信號處理 ,濾波器設(shè)計(jì) ,到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)仿真要求。 作為一個(gè)仿真來說明直序擴(kuò)頻在抗干擾方面的優(yōu)越性 ,所以直接采用了簡單而直接的方式來構(gòu)造模型。為了觀察擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能 ,使用了一個(gè)干擾信號源。需要說明的是 ,實(shí)際工程中的碼同步是一個(gè)十分復(fù)雜的問題 ,其復(fù)雜程度以及在此問題上付出的代價(jià)往往比擴(kuò)頻本身要多得多。 圖 45 調(diào)制后信號功率譜密度 3．發(fā)送波形、低通濾波輸出波形、接收波形比較： 圖 46 發(fā)送波形、接收波形、低通濾波器輸出波形 如上圖所示，第一個(gè)波形為發(fā)送信號（ sink5），第二個(gè)波形為恢復(fù)出的信號（ sink9），第三個(gè)波形為接收端低通濾波器輸出信號（ sink19）。其他模塊與圖 43 對應(yīng)模塊相同。通過修改 (Token 21)模塊的參數(shù)來修改 N0，計(jì)算誤碼率的理論值并運(yùn)行系統(tǒng)得到測量值。 根據(jù)表 41 可得誤碼率的理論值和測量值同系統(tǒng)輸出信噪比的關(guān)系如下： 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 765432106 3 2 4 7 8 11 1410l og( S /N) outlogPe 圖 48 系統(tǒng)誤碼率的理論值和測量值 如圖 48 所示，橫坐標(biāo)為系統(tǒng)輸出信噪比分貝數(shù)，其值從 到 ，縱坐標(biāo)為 誤碼率的對數(shù)值。 當(dāng)誤碼率越低的時(shí)候，系統(tǒng)所要求的取樣周 期就越長，計(jì)算出的誤碼率和理論值差別就越大，但從兩曲線的走向是大致相同的，總體來說測量值要比理論值要大一些，這是因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)的不完整性造成的，所以仿真得出的數(shù)據(jù)和理論值有差別是難免的。但為了和發(fā)送端相對應(yīng)，本設(shè)計(jì)采用后者，但在解擴(kuò)之前不能把解調(diào)器輸出信號恢復(fù)成數(shù)字信號。在軟件方面，學(xué)會了用 System View 仿真并分析系統(tǒng)。 在這里還要感謝佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院的其他老師對我學(xué)習(xí)和生活上給予的關(guān)心和幫助。 感謝各位評委對論文評審并提出寶貴意見。1/8 are of length 3。 當(dāng)雙極性的數(shù)據(jù)調(diào)制信號被一個(gè)特別的平衡擴(kuò)頻相關(guān)器線性調(diào)制的時(shí)候，生成直接擴(kuò)頻序列 (DSSS) 。 被用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的最大長度序列碼的，通常叫做 m 序列碼或 Gold 碼。 CDMA 通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是人造衛(wèi)星站的頻道或系統(tǒng)的整個(gè)帶寬可能被用作傳輸每一個(gè)來自地球站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。因此，在 TDMA 系統(tǒng)所要求的時(shí)間同步性的缺點(diǎn)也同樣表現(xiàn)在 CDMA 系統(tǒng)中。 PN 序列不是任意的，它們是確定的周期序列。 PN 序列是由一個(gè)級聯(lián)的移位反饋寄存器的輸出端來生成的。各級的初始狀態(tài)和反饋邏輯電路決定了各級連續(xù)變化的狀態(tài)的規(guī)律。每作用一次脈沖，移位寄存器的每一級的狀態(tài)將由此向右邊移一位，即變成了下一級的狀態(tài)。 然后，我們通過脈沖的作用進(jìn)行移位，相加以及反饋?zhàn)屢莆患拇嫫鞴ぷ?，在?1 中，我們列出了一個(gè)周期后的結(jié)果。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 佳木斯。根據(jù)表 1 所示，被生成的輸出序列為 000100110101111 ，而最左邊的序列是最早的，因?yàn)榍耙患壍臓顟B(tài)總是要比后一級的快一個(gè)時(shí)鐘周期，所一第一級輸出的序列應(yīng)該是早的。第四級寄存器輸出比特作為移位寄存器的輸出序列。 為了要說明 PN 二進(jìn)位的序列特性，我們考慮一個(gè)線性的移位寄存器 ( 見圖1) ，它具有用來移位和存儲的四級寄存器，還有一個(gè)模 2 加法器以及和一個(gè)從寄存器的輸入端到加法器的反饋抽頭。二進(jìn)制的序列在時(shí)鐘脈沖的作用下通過移寄存器來轉(zhuǎn)移。 （ 2） 游程長度 ( 連 0 或連 1) 是：游程長度為 1 的占總游程數(shù)的 1/2；游程長度為 2 的占總游程數(shù)的 1/4；游程長度為 3 的占總游程數(shù)的 1/8；如此類推，游程長為 n 的占總游程數(shù)的 1/2 n。 PN 序列 在 CDMA 系統(tǒng)中， PN 序列通常用于： 將被調(diào)制信號的帶寬擴(kuò)展到一個(gè)較大的傳輸帶寬。因?yàn)閺拇a片到比特的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致編碼效率的降低，喪失了部分更大帶寬所帶來的好處，因此優(yōu)勢被減弱了， 因此這同時(shí)也是一個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)橐苿佑脩舻膶?shí)際數(shù)量，想得到完全正交的碼序列是不可能的。 而擴(kuò)頻碼速要比原始數(shù)字信息的速率高 100 到 1000 倍，因此原始的數(shù)字信息的單一比特的時(shí)間要比擴(kuò)頻碼的的周期長100 到 1000 倍。 ., the initial state of the register is 0 0 0 1. Next, we perform the shifting, adding , and feeding operations, where we obtain the results after each cycle that is shown in Table 1. We notice that the contents of the registers repeat after 241=15 cycles. The output sequence is given as 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 ,where the leftmost bit is the earliest bie. In the output sequence, the total number of 0s is 7 and total number of 1s is 8。 they are deterministic, periodic sequences. The following are the three key properties of an ideal PN sequence: The relative frequencies of 0 and 1 are each 1/2. The run length(of 0s or 1s)are: 1/2 of all run lengths are of length 1。 感謝我的父親和母親在我求學(xué)多年的無私的理解、關(guān)心和照顧，讓我在求學(xué)道路上充滿了自信和前進(jìn)的動力。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 致 謝 本項(xiàng)研究工