【文章內容簡介】 保持不變。直接序列擴頻技術正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來擴展待傳輸數字信息的帶寬。擴展帶寬 與初始信號之比稱為處理增益 (dB) ，典型的擴頻處理增益可以從 20 dB 到 60 dB 。故在相同的情況下，與其它通信方式相比，擴頻通信具有較強的抗噪聲干擾的能力。 直接序列擴頻系統(tǒng)的組成 直接序列擴頻 (DSSS)是目前應用最廣泛的一種擴頻方式。它是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼 (PN) 碼擴展到很寬的一個頻帶上去，在接收端，用與發(fā)送端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的信號進行相關處理，恢復出發(fā)送的信息。對于干擾信號而言，由于與偽隨機碼不相關，在接收端被擴展，使落入信號通頻帶內的干擾信號功率大大降低 ，從而提高了相關器的輸出信噪比，達到了抗干擾的目的。直接序列擴展頻譜通信系統(tǒng)發(fā)射部分和接受部分的簡化方框圖如圖 25，圖 26 所示 信源 調制器 發(fā)射機 本質 擴頻 PN 碼產生器 圖 25 直接序列擴頻通信系統(tǒng)發(fā)射部分 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 直接序列擴頻系統(tǒng)的信號分析 信號源產生的信號 a(t)為信息流，其碼元速率為 Ra，碼元寬度為 Ta， T2=1/Ra，則 a(t)為 式中， a 為信息碼，以概率 P 取 +1 和以概率 1P 取 1，即為門函數 偽隨機序列產生器產生的偽隨機序列 c(t)，其速率 為 Rc，切普寬度為 Tc， Tc=1/Rc，則 式 25中， 為為隨機碼碼元，取值 +1 或 1； gc(t)為門函數。 擴頻過程實質上是信息流 a(t)與偽隨機序列 c(t)的模 2 加或相乘的過程。偽隨機碼速率 Rc比信息速率 Ra 大得多，一般 Rc/Ra 的比值為整數，且 Rc/Ra高放 混頻器 解擴 解調器 本振 PN 碼 同步 圖 26 直接序列擴頻通信系統(tǒng)接收部分 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 遠大于 1，所以擴展后的序列的速率仍為偽隨機碼速率 Rc，擴展的序列 d(t)為 用此擴展后的序列去調制載波，將信號搬移到載頻上去。本文中采用 PSK 調制。調制后得到的信號 s(t)為 錯誤 !未找到引用源。 式中， w0為載波頻率。在接收端，先經過解擴處理得到 r(t)為 然后再經過 PSK 解調得到原始信號 a(t)。以上就是擴頻系統(tǒng)的基本信號分析過程。 BPSK psk 是用信息信號對載波信號的相位進行控制的一種調制方式，也就是用載波的相位來裝載信息。假設載波信號是正弦信號 sin(2πfct+φ)，如果是連續(xù)信號對載波進行 psk 調制，假設信息信號為 s(t)，則調制后的信號為 sin(2πfct+ s(t))。這時調制信號的相位是隨著信息進行連續(xù)的變化，相位所提供的信息也就是無限個取值。如果用離散的 信號進行調制，則相位所裝載的信息就是離散的幾個取值。如果信息是用兩個離散的信號表示就是 bpsk，就是二進制相移檢控。如果二進制信號調制后的載波的相位是 0 和 π 兩種相位，調制后的信號就是 sin(2πfct)和 sin(2πfct+π)兩種信號所組成的。因為 sin(2πfct+π)= sin(2πfct)。所以 bpsk 調制實際上就是用 +1， 1 兩種矩形脈沖信號對正弦信號進行類似與幅度調制的方法進行調制。 循環(huán)冗余校驗 循環(huán)冗余校驗（ CRC， Cyclic Redundancy Check），它是應用非常廣泛的一種檢錯編碼。由于循環(huán)碼的碼字多項式 c(x)能夠被生成多項式 g(x)整除，哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 如果接收到的 y(x)不能被 g(x)整除，則可以料定 y(x)中存在差錯的比特。 CRC的編碼一般采用系統(tǒng)碼的形式如圖 27 是 CRC 編碼的一個例子 。 此例的生成多項式是 x8+x7+x4+x3+x+1。編碼器為 32 個信息比特后綴了 8個校驗比特，因此這是一個（ 40， 32）線性碼組。圖 28 是相應的譯碼器，它在第 41 個比特 周期指 示剛接收到的 40 個比特幀中是否發(fā)生了錯誤。 CRC 生成多項式的次數 r 就是校驗位的個數，信息分組的比特數 k 并無限制。 CRC 的編碼效率是 錯誤 !未找到引用源。 ，一般也是用 錯誤 !未找到引用源。 來描述 CRC 的效率，稱作 CRC 的開銷。通常，較長的信息分組使用較長 CRC 生成多項式。 x2 x1 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x0 0 0 信息輸入 輸出 前 32 比特期間開關置上后 8 比特期間開關置下 圖 27 CRC 編碼器 或 門 輸入 錯誤指示 在第 41 比特周期閉合 圖 28 CRC 譯碼器 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 13 CRC 的編碼結果有 2k 種，它們都是 g(x)的倍數。信道中可能發(fā)生的非全0 錯誤圖樣共有 2n1=2k+r1 種。當錯誤圖樣能被 g(x)整除，也即錯誤圖樣自身是一個碼字時，這樣的錯誤將騙過接收端，使譯碼器報告無錯，稱此情形為發(fā)生漏檢。 不同的錯誤圖樣的個數有 2n=2k+r 個，其中能被 g(x)整除的錯誤圖樣個數是 2k 個，除去一個全 0 錯誤圖樣表示無錯外，其余的錯誤圖樣都能導致漏檢，這些錯誤圖樣個數是 2k1 個占總錯誤圖樣的比例為 錯誤 !未找到引用源。 。例如： CRC16 不能檢出的錯誤圖樣只占總可能圖樣的 錯誤 !未找到引用源。 。在許多應用中，出錯本身是個小概率事件，出錯時錯誤圖樣恰好是 g(x)的倍數的概率更小。因而一般來說 CRC 是個強有力的檢錯碼。 CRC位數越長，檢錯能力也越強，不過編碼效率也越低。 交織 交織就是把集中出現的錯 誤打散，讓錯誤均勻分散在各處。我們不能真正打散信道，但可以用一個交織器把像洗牌一樣把發(fā)送數據的次序弄亂，經過信道后，接收端再用一個反交織器把次序給洗回來，這樣做的效果等價于把信道中的差錯打散了。發(fā)端用連續(xù)的 L 個 (n , k )碼碼字組成一個包含 N=L n 比特的分組 c={c1, c2, ? ,cN,}。稱 c 為交織塊， N 為交織長度。交織器對序列 c 洗牌，得到 c’=a(c)={ ci1, ci2, ? ,ciN,},(i1,i2,? ,iN)是對（ 1， 2， ? ， N）的一種排列。通過二元信道實際傳送的是 c’=a(c)。收 端收到 N 個比特后，先通過解交織（或者叫反交織）恢復到原來的比特次序，然后譯碼器逐個譯出L 個碼字。 理論上每一種排列都可以成為一個交織器。實際中最常用的是矩形交織器。矩形交織的實現如圖 210 所示。圖中矩形表示一個存儲器，每格存一個比特。輸入的數據 X=(x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9)按行寫入，按列讀出， X’=(x1, x4, x7, x2, x5, x8, x3, x6, x9)。解交織器則是相反，如圖 211 它把收到的 N 個比特按列寫入，再按行讀出回復 X。 按行讀出 按列寫入 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 14 本章小結 本章敘述了本次設計用的一些主要的技術作了闡述。第一節(jié)闡述了擴頻技術的基本原理，擴頻就是用更高頻率的擴頻序列（本次設計用 m 序列）對信號進行調制，對其進行頻率的擴展。隨機序列的概念，就是隨機過程的一個樣本，如果是二進制隨即序列就是伯努利序列。偽隨即序列，在性質上接近隨機序列，但是為隨即序列是可以確定，因此可以用來進行擴頻和解擴。m 序列就是一種為隨即序列。 m 序列的全稱是 最長線性移位寄存器序列的簡稱 ， m 序列可以用 線性移位寄存器生成。直接序列擴頻的原理，直擴是擴頻的一種，它是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼 (PN) 碼擴展到很寬的一個頻帶上去，在接收端，用與發(fā)送端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的信號進行相關處理，恢復出發(fā)送的信息。對于干擾信號而言，由于與偽隨機碼不相關，在接收端被擴展，使落入信號通頻帶內的干擾信號功率大大降低，從而提高了相關器的輸出信噪比，達到了抗干擾的目的。循環(huán)冗余校驗和交織的基本技術都是信道編碼技術，用來控制傳輸過程中的差錯。 按行寫入 按列寫入 圖 210 交織與解交織 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 15 第 3 章 系統(tǒng)設計及 Matlab 仿真 總體方案選擇 根據上面的技術原理 以及本次設計的要求和目的，設計系統(tǒng)如圖 31 輸入的是二進制的數字信號。編碼部分包括三部分，分組、加 CRC 校驗、交織。與編碼想對應的解碼則是相反過程解交織、 CRC 校驗、將分組組合恢復原數字信號。信道只包含高斯白噪聲。 Matlab 仿真程序采用主程序和子程序的結構如圖 32。 數字信號 編碼 BPSK調制 擴頻 數字信號 解碼 BPSK解調 解擴 信道 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 編碼 解碼 主程序 BPSK 與 DSSS 圖 32 系統(tǒng)仿真程序結構 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 16 編碼 分組 分組 分組主要為后面的 CRC 與交織服務。分組數據每組的結構如圖 33。 每個分組一共 24 位。把輸入的原始數字信息分成了 16 位一組，放到每組的數據位。如果原始信息不是 16 的倍數，則在最后一組中在 16 位數據中加入 0 補足 16 位。在每組的開始加入 4 位的信息位，為后面將分組重新組合成原始信息提供信息，這 4 位信息位就提供給接收端本組的數據的位數。 分組程序是在主程序調用子程序 packup。 function [transp,addcrc,num]=packup(x_in) 程序首先將數據比特數量分成 16 比特一組，并計算出最后一 組的數量。 lenu = length(x_in)。 %信息長度 remp = rem(lenu,16)。 %最后小組長度 numop = (lenuremp)/16。 %小節(jié)數 然后將數據按上面的信息分組，按信息長度是否為 16 的倍數（也就是最后小組是否是 16）分兩種情況，第一種情況，是 16 的倍數則平均分組；第二種情況，將最后的一組之前的數據平均分組在將最后一組補足 16 位分為一組。在分組的程序中再將每組的末尾加上 CRC 校驗位，這也是用調用子程序的辦法 信息位 數據位 CRC 位 4 位 16 位 4 位 圖 33 分組幀格式 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院畢業(yè)設計（論文） 17 if remp == 0 %最后一組是否為 0 pack = zeros(numop,20)。 %按分組定義 0 矩陣 for m = 1:numop %將每組前 4 位賦 0 for n = 1:4 pack(m,n) = 0。 end for n=5:1: %將每 16 位一組的數據寫入分組矩陣每組的 520位 pack(m,n)=x_in((m1)*16+n4)。 end addcrc(m,:) = crc_add(pack(m,:),4)。 %加 CRC 校驗 end else %如果最后組個數不為 0 numop=numop+1。 pack=zeros(numop,20)。 for m=1:numop1 %將除最后組外的每組前 4 位賦 0 pack(m,1:4)=0。 for n=5:1:20 pack(m,n)=x_in((m1)*16+n4)。 end addcrc(m,:) = crc_add(pack(m,:),4)。 end ln=Binary(remp,4)。 %子程序 Binary 將最后組的數據位數變?yōu)槎M制 for n=1:4 %將最后組的數據位數賦給最后分組的前 4位 pack(numop,n)=ln(n)。 end for n=5:1:remp+4 %將最后組的數據賦給最后分組 4 位之后 pack(numop,n)=x_in((numop1)*16+n4)。 end for n=5+remp:20 %將最后組的數據不足 16 位的位置賦 0 pack(numop,n)=0。 end addc