【正文】 語言相比，具有簡潔和智能化程度高的特點(diǎn)，而且適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。這種仿真被稱為時間流的仿真。 Simulink 仿真技術(shù) Simulink 是一個用來對動態(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)。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運(yùn)行一大類仿真非常有用。重復(fù)上述連接過程，直到完成全部連接，組成仿真系統(tǒng)。設(shè)置功能模塊的參數(shù)后，點(diǎn)擊 OK 軟鍵進(jìn)行確認(rèn)，將設(shè)置參數(shù)送仿真操作畫面，并關(guān)閉對話框。通常，仿真操作時可根據(jù)仿真曲線設(shè)置終止時間和最大步長，以便得到較光滑的輸出曲線。功能模塊說明框用于說明該功能模塊使用方法和功能；參數(shù)框用于設(shè)置該功能模塊的參數(shù)。 Simulink 窗口環(huán)境 在 MATLAB 窗口工具欄中單擊“ ”圖標(biāo)，或在 Command window 窗口中鍵入命令： simulink 即可啟動 Simulink 的模塊庫瀏覽器，如圖 52所示 學(xué)士學(xué)位論文 24 Simulink 的模塊庫瀏覽器主要用于瀏覽及選擇模塊， MATLAB 為模型的搭建、仿真提供了一 個專用的 Simulink 模型編輯窗口。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此 類推，從而可以看到整個模型的細(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。 其中，標(biāo)題欄用于顯示打開文件的名稱：菜單欄包括“ File”、“ Edit”、“ Web”、“ Window” 、 和“ Help” 5 個菜單 ；工具欄包括了一些常用的操作圖標(biāo)，單擊它們 MATLAB 可立即執(zhí)行相應(yīng)操作。 MATLAB 通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為 用 SIMULINK 模塊框圖進(jìn)行仿真和用 MATLAB 函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。此時搜捕器件，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。 同步系統(tǒng)的作用就是要實現(xiàn)本地產(chǎn)生的 PN 碼與接收到的信號中的 PN 碼同步，即頻率上相同，相位上一致。對于載頻同步來說，主要是針對相干解調(diào)的相位同步而言。 此外，有了精確的測距的定時系統(tǒng)，不難形成一個精確的定位系統(tǒng)；按照簡單的幾何關(guān)系，已知兩個點(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。另外，如果采用不同時延的匹配濾波器，把多徑信號分離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號在相位上對齊相加，起到增加接收信號能量的作用。 因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。 A A 解擴(kuò)后的有用信號 干擾被擴(kuò)展頻譜 有用信號 窄帶干擾 信號 2cR f if f cf cf （ a） 未解擴(kuò)的功率譜 （ b） 解擴(kuò)后的功率譜 圖 44 直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄 帶干擾示意圖 學(xué)士學(xué)位論文 20 實現(xiàn)直擴(kuò)碼分 多址通信值得注意的問題有： 1. 是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) 多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個用戶都可以通信，而且許多對用戶同時通信時互不不擾。 直擴(kuò)信號的抗截獲性 截獲敵方信號的目的在于： 1. 發(fā)現(xiàn)敵方信號的存在， 2. 確定敵方信號的頻率， 3. 確定敵方發(fā)射機(jī)的方向。 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 43 為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖 。對二元制的 0、 ? 而言，同號模 2 加為 0，異號模 2 加為 ? 。 學(xué)士學(xué)位論文 18 接收端的工作原理： 假設(shè)發(fā)射的信號經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯，經(jīng)過接收機(jī)前端電路（包括輸入電路、高頻放大器等），輸出仍為 ??1st 。這里假定平衡調(diào)制器是理想對稱 ，碼序列取 + ? 1 的概率相同，即調(diào)制信號無直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中，無載波分量。由圖可見，當(dāng)信碼 m（ t）為 0 時， c（ t）與 p（ t）相同；而當(dāng)信碼 m（ t）為 1 時，則 c（ t）為 p（ t）取反既是。 直接序列擴(kuò)頻的基本原理 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)展信號的頻譜。 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號頻譜，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。 由式中可以看出： 為了提高信息的傳輸速率 C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬 B或提高信噪比 S/N。因為總共有 2n－ 1個不同的相對位移，加上原來的兩個 m 序列本身，所以，兩個 m 級移位寄存器可以產(chǎn)生 2n＋ 1個 Gold序列。因為總共有 21n? 個不同的相對位移，加上兩個 n 級移位寄存器可以產(chǎn)生 21n? 個 Gold 序列。Gold 提出了一種基于 m 序列的碼序列 ,稱為 Gold 碼序列。例如 1110100 與向右移三位后的序列 1001110 逐位模二相加后的序列為 0111010，相當(dāng)于原序列向右移一位后的序列，仍是 m 序列。 3. 一個周期長的序列與其循環(huán)移位序列 比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差 l位。對于何種抽頭能產(chǎn)生何種長度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作。 D3 的變化即輸出序列。在二進(jìn)制移位寄存器發(fā)生器中，若 n 為級數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為 2n－ 1位。如果有一定的相似性，則不完全為 0。而其它延遲時，自相關(guān)函數(shù)值 為－ 1/7, 即碼位長的倒數(shù)取負(fù)值。我們所能做到的是產(chǎn)生一種具有類似自相關(guān)特性的周期性信號。如果稍微延遲一 t，對于完全的隨機(jī)噪聲，相乘以后正負(fù)抵消，積分為 0。 在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來表示信號與它自身相移以后的相似性的。這類碼序列最重要的特性是具有近似于隨機(jī)信號的性能。 CDMA 的應(yīng)用前景 CDMA 以其本身所具有的特點(diǎn)及優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動通信和個人通信系統(tǒng)中。這種擴(kuò)頻調(diào)制方式主要用在雷達(dá)中，在通信中也有應(yīng)用。目前擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為： 1. 直 接 序 列（ DS） 擴(kuò)頻 所謂直接序列擴(kuò)頻 （ DS： Ddirect Sequence） ，就是使用具有高碼率的擴(kuò)頻序列，在發(fā)射端擴(kuò)展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號還原成原來的信號。 系統(tǒng)的軟切換和自動跟蹤多徑信號技術(shù)，降低切換時通話中斷的可能性，這便于用戶在移動中進(jìn)行通話和數(shù)據(jù)傳輸。 CDMA 的特點(diǎn)： ：理論上， CDMA 移動網(wǎng)的容量比模擬網(wǎng)大 20 倍。 CDMA 的示意圖如 21 所示，用戶信號是用 Ci 來區(qū)分的。 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)。 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通信系統(tǒng)方案， 雖然 第三代移動通信系統(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 。 ： 學(xué)士學(xué)位論文 3 直擴(kuò)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)碼去對接受信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。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，眾多用戶，只要配對使用自己的擴(kuò)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。一次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，二次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的解擴(kuò)和射頻解調(diào)。 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理 如圖 11所示 。 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) 是 將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（ PN 碼）擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對接收到的擴(kuò) 頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。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。 信息 信息 擴(kuò) 頻 射頻調(diào)制 射頻發(fā)生器 偽 碼 擴(kuò)頻解調(diào) 本地偽碼 解調(diào) 本地射頻 發(fā)生器 圖 11 擴(kuò)頻通信工作原理 學(xué)士學(xué)位論文 2 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)。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號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)。由于直擴(kuò)信號的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影響就很小。 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(jìn)入商用并且向第四代無線多媒體通信飛速發(fā)展。它是基于 IS95 標(biāo)準(zhǔn)（雙模寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動臺 — 基站兼容標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。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。與運(yùn)行在 800MHz 的 CDMA 進(jìn)行比較，具有系統(tǒng)容量大、收費(fèi)低，適用于 人口稠密地區(qū)等特點(diǎn)。 如果能控制住用戶的信號強(qiáng)度 , 在保持通話的質(zhì)量同時，我們就可以容納更多的用戶。 ： CDMA 采用寬帶技術(shù)，支持短消息、語音信箱、自動漫游、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、三方會談、主叫號碼顯示、傳真和數(shù)據(jù)通信等多項業(yè)務(wù) CDMA 通信技術(shù)的基本原理 CDMA 通信技術(shù)的基礎(chǔ) CDMA 系統(tǒng)是以擴(kuò)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)。因為其頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了。接 收機(jī)接收到的干擾和噪聲，由于與本地偽隨機(jī)序列不相關(guān)，經(jīng)過接收解擴(kuò)（實質(zhì)是相乘過程），將干擾和噪聲頻譜大大的擴(kuò)展，頻譜功率密度大大的下降（類似于發(fā)送端將信號頻譜擴(kuò)展），落入窄帶濾波器的干擾和噪聲分量大大下降，因此在窄帶濾波器輸出端的信噪比得到了極大的改善，其改善程度就是擴(kuò)頻的處理增益。 那么究竟選用什么樣的碼序列作為擴(kuò)頻碼序列呢 ? 它應(yīng)該具備哪些基本性能呢 ? 現(xiàn)在實際上用得最多的是偽隨機(jī)碼，或稱為偽噪聲 (PN)碼。用它們代表兩種信號，其差別性就最大。當(dāng) t＝ 0 時，兩個波形完全相同、重疊，積分平均為一常數(shù)。因為我們不能產(chǎn)生兩個完全相同的隨機(jī)信號。 ? 0 為脈沖寬度。兩個不同信號波形 f(t)與 g(t)（ a） f（ t? ） ???? ? t t ? f（ t） （ b） f（ t） 圖 31 隨機(jī)噪聲的自相關(guān)性 ? rf ???? ???? 2t? 02? （ d） t t f（ t ? ） ?? （ c） 02?? 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 學(xué)士學(xué)位論文 9 之間的相似性用互相關(guān)函數(shù)來表示： ? ? ? ? ? ?/2/21l im Tc TT f t g t d tT? ? ??????? （ 32） 如果兩個信號都是完全隨機(jī)的，在任意延遲時間 t 都不相同，則上式為 0。 顧名思義， m 序列是由多級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。在圖 (c)中示出，在時鐘脈沖驅(qū)動下，三級移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。有的抽頭組合并 不能產(chǎn)生最長周期的序列。 “l(fā)” 和 “0” 的游程數(shù)相等。 m序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列還是 m序列，只是相移不同而已。R178。每改變兩個 m序列相對位移就可得到一個新的 Gold 序列。 兩個 m序列優(yōu)選對不同 移位相加產(chǎn)生的新序列都是 Gold 序列。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點(diǎn)來說明： 根 據(jù) 香 農(nóng) ()在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式， 香 農(nóng)公式： 2l o g (1 )SCB N?? （ 41） 式中： C信息的傳輸速率 （信道容量） 單位 b/s； S信號 平均 功率 單位 W； B頻帶寬度 單位 Hz； N噪聲 平均 功率 單位 W。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。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。 c（ t）的波形如圖 42 所示中的第（ 3）個波形。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），最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 42 中的第（ 6）個圖所示。 相關(guān)器的作用在這里可等效為對輸入相關(guān)器的 ??1st 、 ??2st相位進(jìn)行模 2 加。直擴(kuò)系統(tǒng)對窄帶干擾、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 PG ， PG 越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。由于有用信號能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號的檢測與估值問題。另外，每個用戶占用的頻寬很窄，相對說來，頻譜利用率也是高的。 3. 是同時通話 的用戶數(shù)，決定于整個網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。這就是利