【正文】 基礎(chǔ) ................................................... 5 CDMA 通信技術(shù)的基本原理 ............................................... 6 CDMA 的應(yīng)用前景 ........................................................... 6 3. 擴(kuò)頻碼序列 .................................................................. 7 碼序列的相關(guān)性 ........................................................... 7 M序列 .................................................................... 8 GoId 碼序列 .............................................................. 11 4．直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù) ....................................................... 13 直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ) ............................................ 13 直接序列擴(kuò)頻的概念 .................................................. 13 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) .................................................. 13 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限 ................................................. 14 直接序列擴(kuò)頻的基本原理 .................................................. 15 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能 ......................................................... 18 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 .................................................. 18 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 III 直擴(kuò)信號的抗截獲性 .................................................. 19 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) ................................................ 19 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑 干擾性能 ............................................ 20 直擴(kuò)測距定時(shí)系統(tǒng) .................................................... 20 擴(kuò) 頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 .............................................. 20 5. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 .......................................... 21 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(jì) ....................................................... 32 【參考文獻(xiàn)】 .................................................................. 40 【致 謝】 .................................................................... 41 【附錄】 ...................................................................... 42 英文文獻(xiàn) .................................................................... 42 中文文獻(xiàn) .................................................................... 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(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景 : 直接序列擴(kuò)頻 (DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。 直序擴(kuò)頻 解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS)、 3G 移動通信系統(tǒng)、 WLAN (, , )和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問題?；謴?fù)成原輸入的信息輸出。 3） 易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（ CDMA） 直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了頻段？其實(shí)正相反，擴(kuò)頻通信提高了頻帶的利用率。 對于直擴(kuò)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。 擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實(shí)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。 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。也就是 說，每個(gè)用戶有自己的地址碼，地址碼彼 此之間是互相獨(dú)立、互相不影響的。 4. CDMAPCS： CDMA 個(gè)人通訊服務(wù)系統(tǒng)。我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住我們的通話。所以又被稱為“綠色手機(jī)”。 4. 線性調(diào)頻（ Chirp） 如果發(fā)射的射頻脈沖信號脈沖在一個(gè)周期內(nèi)，其載頻的的頻率做線性變化，則稱為線性調(diào)頻。本地偽隨機(jī)碼與擴(kuò)頻信號中中的偽隨機(jī)碼一致，因此可以還原成原始窄帶信號，能順利通過窄帶濾波器，恢復(fù)話音數(shù)據(jù)，再通過 D/A 轉(zhuǎn)換器恢復(fù)原始話音。并未涉及碼的結(jié)構(gòu)和如何產(chǎn)生等問題。理想的傳輸信息的信號形式應(yīng)是類似噪聲的隨機(jī)信號，因?yàn)槿∪魏螘r(shí)間上不同的兩段噪聲來比較都不會完全相似。圖 31(b)為其自相關(guān)函數(shù)。遺憾的是這種理想的情況在現(xiàn)實(shí)中是不能實(shí)現(xiàn)的。 ? 0/2 范圍內(nèi)呈中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 8 三角形。換句話說，就是要選用互相關(guān)性小的信號來表示不同的用戶。 m 序列在擴(kuò)展頻譜及碼分多址技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，并在 m序列基礎(chǔ)上還能夠成其它碼序列，因此無論從 m序列直接應(yīng)用還是從掌握偽隨機(jī)序列基本理論而言，應(yīng)該熟悉 m序列的產(chǎn)生及其主要特性 。圖 (a)中 D D3 輸出的模二和反饋為 Dl的輸入。不同的抽頭組合可以產(chǎn)生不同長度和不同結(jié)構(gòu)的碼序列。只有一個(gè)包含 n個(gè) “l(fā)” 的游程，也只有一個(gè)包含 (n— 1)個(gè)“0” 的游程。 m序列的自相關(guān)函數(shù)由下 式計(jì)算： ? ? ADR AD? ?? ? ， A“ 0”的位數(shù)； D“ 1”的位數(shù) （ 33） 令 p =A + D = 2n － 1 則： ? ? 1 , 01 ,0RP?????????????????? ????? ? ?????????? ??? （ 34） 設(shè) n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 則： ? ? 1 , 01 ,07R ?? ???????????????? ???? ? ? ?????????? ??? （ 35） 它正 是圖 31 (d)中所示的二值自相關(guān)函數(shù)。 GoId 碼序列 m序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長度的 m 序列個(gè)數(shù)不多，且序列之間的互相關(guān)值并不都好。 圖中碼發(fā)生器 1 和碼發(fā)生器 2 為 m 序列優(yōu)選對。其旁辯的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對的條件。為什么要用寬頻帶信號來傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的安全可靠性。 綜上所述：將信息帶寬擴(kuò)展 100 倍，甚至用 1000 倍以上的帶寬信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。 = 輸出端的信噪比， SL = 系統(tǒng)損耗 由此可見，抗干擾容限 jM 與擴(kuò)頻處理增益 pG 成正比，擴(kuò)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。模 2 加法器的運(yùn)算規(guī)則可用下式表示 ? ? ? ? ? ?c t m t p t?? （ 4— 9） 當(dāng) m（ t）與 p（ t）符號相同時(shí)， c（ t）為 0；而當(dāng) m（ t）與 p（ t）不同時(shí)，則為 1。即 ? ? ? ?11c o ss t c t A t?? （ 4— 11） 式中， ? ? 1011ct ????????????? ? ? ?????????? 當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼 （ 4— 12） 因此，經(jīng)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號 ??1st為 ? ? ? ? 1111c o sc o sc o sAts t A c t tAt??????????? ???????? （ 4— 13） 由上面討論可知，經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制信號 c（ t）可看作只取 ? 1 的二進(jìn)制波形，然后對載頻進(jìn)行調(diào)制，這里是采用調(diào)相（ BPSK）。這里，當(dāng) c（ t）為一碼時(shí)，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng) c（ t）為 0 碼時(shí)，取同相。 信號 ??2st的相位如圖 42 中（ 7）所示。 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 直擴(kuò)系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。對干擾來說，相關(guān)器起到擴(kuò)展頻譜的目的，功率譜密度就大大下降，其中對信號有害的干擾分量只有落入信息帶寬部分，從而抑制了大部分干擾。因此，直擴(kuò)信號可以用來進(jìn)行隱藏通信。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。解決的辦法是采用自動功率控制，自動調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá)到接收機(jī)時(shí)各用戶信號功率基本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件，才能正確地區(qū)分有用信號。其它有延遲到達(dá)的電波，由于相關(guān)解擴(kuò)的作用，只起到噪聲干擾的作用。當(dāng)采用一個(gè)較長周期的 PN碼序列作為發(fā)射信號、用它于目的地反射回來或轉(zhuǎn)發(fā)回來的 PN 碼序列的相位進(jìn)行比較，即比較兩個(gè)碼序列相差的時(shí)片數(shù)，就可以看出其時(shí)間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。 同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 3. 收發(fā)信機(jī)相對運(yùn)動引起的多普勒頻移； 4. 以及多徑傳播也會影響中心頻率的改變。因此，整個(gè)同步過程是包含搜捕和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動控制和調(diào)整過程。 在 MATLAB 通信工具箱中有 SIMULINK 仿真模塊和 MATLAB 函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。圖 51便是 啟用后的默認(rèn)界面。 SIMULINK 包含有 SINKS（輸入方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊 ， 用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。 模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、 MATLAB 的許多工具及 MATLAB 的應(yīng)用工具箱。 圖 54 傳遞函數(shù)模型參數(shù)設(shè)置對話框 例如，圖 54 是傳遞函數(shù)模型功能模塊的對話框。共有解算器 (Solver)、工作空間輸人輸出 (Workspace I/O)、診斷 (Diagnostics)、高級屬性 (Advanced)和實(shí)時(shí)工作室 (Real— Time Workshop)等 5 個(gè)頁面。示波器有單蹤和雙蹤示波器