【文章內(nèi)容簡介】 。 直接序列擴頻通信系統(tǒng)性能的分析 抗干擾能力 直接擴頻通信系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，通常工作在強干擾環(huán)境，這些干擾可分為自然干擾和人為干擾。自然干擾主要有多路徑干擾、雨雪干擾、信道衰落和多用戶干擾等。接收機內(nèi)部噪聲也歸于自然干擾。人為干擾是敵方故意施放的干擾，例如部分頻帶干擾、脈沖干擾、單頻連續(xù)波干擾等。 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頻系統(tǒng)頻帶。本小節(jié)只討論這種情況。接收信號 u(t)為： u(t)=Ad(t)pn(t)cosω 0t+n(t) （ 22） 設 n(t)是獨立的、 0 均值帶限 fd 平穩(wěn)隨機過程 ,功率譜密度為 S n (f),噪聲功率為： E(|n(t)| 2 )=???? dffSn )(=Pn （ 23） 在系統(tǒng)同步后，基帶濾波器濾除ω 0 及以上的高頻分量，噪聲輸出成分為： 佳木斯大學學士學位論文 5 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 N(t)=???? ? daapnanath )()()( (24) 其中 h(t)為基帶濾波器的傳輸函數(shù)。 由于擴頻碼 pn(t)和噪聲 n(t)相互獨立， n(t)為 0 均值的隨機過程，所以噪聲輸出成分的均值為 0。 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 )],是噪聲的自相關函數(shù)，等于它的功率譜密度 Sn (f)的付氏變換。而 Rpn=EPn(tα)Pn(tβ] ，是擴頻編碼的自相關函數(shù)，為擴頻編碼功率譜密度 Spn (f)付氏變換。因此式 244 寫成付氏變換形式為： 2? = ? ??? dffSfSfH npn ))(*)((|)(| （ 26） 這里， H(f)是理想基帶濾波器的頻率特性， h(t)付氏變換。因此， |H(f)| 2 在基帶濾波器的通帶 (f d ,fd )內(nèi)為 1，其他頻帶范圍均為 0。 fd 為基帶信息的速率，這樣，式 25 可寫為： 2? =???? dffSfS npn )(*)( （ 27） 我們定義反映擴頻通信特征的重要參數(shù) 擴頻增益 G，在擴頻通信中，接收機作解擴解調(diào)后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為 B1 的信號成分，而排除掉擴展到寬頻帶 B2 中的外部干擾、噪聲等其他影響。擴頻增益 G 準確反映了擴頻通信的這種能力。所以根據(jù) G 的定義，系統(tǒng)噪聲輸出功率可表示為： 佳木斯大學學士學位論文 6 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 2? ? PnNPn? Pn21BB = Pn /G （ 28） 由上式可知，噪聲輸出功率與擴頻增益成反比。因此系統(tǒng)擴頻增益越大，對噪聲干擾的抑制能力越強。 對于式 245，擴頻碼 pn(t)對噪聲 n(t)在頻域上做卷積，實際上是擴頻碼對基帶噪聲干擾作頻譜擴展，擴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，實現(xiàn)了對噪聲干擾的抑制，體現(xiàn)了擴頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力。 需要指出的是，上述結(jié)果是在噪聲干擾為基帶 B1 的廣義平穩(wěn)隨機過程，即噪聲功率譜分布在 (f d ,fd )內(nèi)的情況下得出的?？梢宰C明，當噪聲帶寬非常寬時，擴頻通信系統(tǒng)對噪聲功率不再有明顯的抑制能力。因此，擴頻通信系統(tǒng)對象熱噪聲這樣的帶寬無限寬的干擾是無能為力的。 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，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)的準確性，這里開始分析直接擴頻系統(tǒng)的信噪比和誤碼率?；鶐V波器是 0T 的積分器和在 T 時刻的門限判決，載波信號和本地載波信號幅值在這里都用 P2 來表示， P 是信號功率， T 時刻為判決時刻。擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)射信號： S(t)= P2 d(t)pn(t)cosω 0t （ 29） 忽略傳輸時延和衰減，其接收信號為： u(t)=S(t)+n(t) （ 210） 佳木斯大學學士學位論文 7 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 這里， n(t)是 0 均值的高斯白噪聲，在擴頻通信的整個頻帶上有 N 0 /2 的雙邊功率譜密度。在系統(tǒng)收發(fā)兩端已完全同步的情況下，并且積分器在積分期間， d(t)是不變的，要么是 +1，要么是 1，仍用 d 表示，那么經(jīng)解調(diào)后的接收信號送往積分器輸出為： v(t)=PT*d+ ?T tdtptpntn0 0co s2)()( ? （ 211） 式中第一項是有用信號， PT 為在信息數(shù)據(jù)脈寬 T 內(nèi)的信號能量， d 是信息數(shù)據(jù)的正、負狀態(tài)，即發(fā)送來的信息數(shù)據(jù)。式中第二項為噪聲，在 T 時刻積分器的噪聲輸出為： n(T)= ?T tdtPtpntn0 0co s2)()( ? （ 212） 它的準確積分結(jié) 果很難給出，但 n(t)是與 pn(t)獨立的 0 均值高斯白噪聲，因此 n(T)的統(tǒng)計特性為： 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，對 N 0 /2 的雙邊 功率譜密度的白噪聲，則 R n (0)= N 0 /2。 R pn (0)是擴頻碼的自相關 , Rpn (0)=1,RCOS (0)是信號功率為 P 的載波自相關 ,有 RCOS (0)=P。 作為通信技術(shù)標準參量的信噪比 ,是有用信號功率與噪聲功率之比。對隨機變量檢測的場合，信噪比也是該隨機 變量的均值的平方與它的方差之比。因此，擴佳木斯大學學士學位論文 8 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 頻通信系統(tǒng)的接收機對發(fā)送來的擴頻信號作相關解調(diào)處理時，當與發(fā)送來的信號的擴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)作為隨機變量時，它的均值的平方。積分器輸出的噪聲信號功率為20NPT? ，即 v(t)的方差。因此，擴頻通信的輸出信噪比為： outNS)(＝2/* )( 02NPTPT＝02NPT （ 215） 式中， P 為接收的有用信號功率， T 為信息數(shù)據(jù)脈碼寬度， PT=E b 為１ bit 信息數(shù)據(jù)的信號能量。 由于信道 和接收機中的高斯白噪聲和通常來自信到外部的窄帶隨機過程是完全獨立的，在這兩種噪聲干擾存在的情況下，擴頻通信的輸出信噪比為： outNS)( ＝干擾功率噪聲功率 有用信號功率 ?＝有用信號功率干擾功率有用信號功率噪聲功率 ?1 ＝NPPPTN n?210 （ 216） 那么此時，誤碼率為 : Pe =erfc )21(0 NPPPTN n? （ 217） 佳木斯大學學士學位論文 9 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 Pe 10 1? 10 2? 10 4? 10 5? 10 0 10 20 圖 21 擴頻通信系統(tǒng)誤碼率特性曲線 論文主要研究內(nèi)容與思路 本論文主要討論和實現(xiàn) 基于 SystemView 的擴頻通信系統(tǒng)設計與仿真 ,主要內(nèi)容如下： (1)介紹擴頻通信所涉及的一些理論背景極其主要技術(shù)，重點研究現(xiàn)在廣泛使用的直序擴頻通信系統(tǒng)。 (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。 (3)根據(jù)工作原理設計 仿真模型 , 在設置好系統(tǒng)、模塊參數(shù)后運行上述電路 ,借助 SystemView 分析視窗和接收計算器可直接給出各點信號的時域波形、功率譜等 , 并分析系統(tǒng)的抗噪聲能力。 佳木斯大學學士學位論文 10 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 第 3 章 SYSTEMVIEW 簡介 通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復雜，因此，在通信系統(tǒng)的設計開發(fā)過程中，在進行實際硬件系統(tǒng)試驗之前，軟件仿真己成為必 不可少的一部分。目前，電子設計自動化 EDA(Electronic Design Automatic)技術(shù)已經(jīng)成為電子設計的潮流。為了使繁雜的電子設計過程更加便捷，出現(xiàn)了許多針對不同層次應用的EDA 軟件。美國 Elanix 公司推出的基于 PC 機 Windwos 平臺的 SystemView 動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是其中一個非常優(yōu)秀的 EDA 軟件。 SystemView 軟件介紹 SystemView 是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設計、仿真，是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具， 能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設計、仿真要求。 S ystemview 以模塊化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個嵌入式的分析引擎。使用 SystemView 你只需要關心項目的設計思想和過程，而不必花費大量的時間去編程建立系統(tǒng)仿真模型。用戶只需使用鼠標器點擊圖標即可完成復雜系統(tǒng)的建模、設計和測試，而不會花費過多的時間和精力通過編程來建立系統(tǒng)的仿真模型 ,也不必擔心程序中是否存在編程錯誤 . SystemView 是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設計、分析 和仿真的可視化開發(fā)環(huán)境它可以構(gòu)造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌霞岸嗨俾氏到y(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。尤具特色的是，它可以很方便地進行各種濾波器的設計。系統(tǒng)備有通信、邏輯、數(shù)字信號處理 (DSP)、射頻 /模擬、碼分多址個人通信系統(tǒng) (CDMA/PCS)、數(shù)字視頻廣播 (DVB)系統(tǒng)、自適應濾波器、第三代無線移動通信系統(tǒng)等專業(yè)庫可供選擇，適合于各種專業(yè)設計人員。該系統(tǒng)支持外部數(shù)據(jù)的輸入佳木斯大學學士學位論文 11 佳木斯大學信息電子技術(shù) 學院 和輸出，支持用戶自己編寫代碼 (C/C++)，兼容 Matlab 軟件。同時，提供了與硬件設計工具的接口，支持 Xilinx 公司的 FPGA 芯片和 TI 公司的 DSP 芯片，它已大量地應用于現(xiàn)代數(shù)字信號處理、通信系統(tǒng)及控制系統(tǒng) 設計與仿真等領域。 SystemView 主要特點 SystemView 仿真軟件相對于其它軟件來說 ,具有如下主要優(yōu)點 : (1)能仿真大量的應用系統(tǒng)。能在 DSP、通訊和控制系統(tǒng)應用中構(gòu)造復雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。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。特別適合無線電話 (GSM、 CDMA、 FDMA、TDMA、 DSSS)、無繩電話、尋呼機 和調(diào)制解調(diào)器以及衛(wèi)星通信系統(tǒng) (GPS、 DVBS、LEOS)等的設計 。能夠仿真 DSP 結(jié)構(gòu) 。各種系統(tǒng)時域 /頻域分析和譜分析 。對射頻 /模擬電路 (混合器，放大器， RLC 電路和運放電路 )進行理論分析和失真分析。 (2)快速方便的動態(tài)系統(tǒng)設計與仿真。使用熟悉的 Windows 界面和功能鍵，SystemView 可以快速建立和修改系統(tǒng)，并在對話框內(nèi)快速訪問和調(diào)整參數(shù)，實時修改實時顯示。不用寫一行代碼即可建立用戶習慣的子系統(tǒng)庫 (MetaSystem)。SystemView 圖標庫包括幾百種信號源、接收端、操作符和功 能塊。信號源和接收端圖標允許在 SystemView 內(nèi)部生成和分析信號，并提供可外部處理的各種文件格式和輸入 /輸出數(shù)據(jù)接口。 (3)在報告中方便地加入 SystemView 的結(jié)論。 S ystemView 通過 Notes(注解 )很容易在屏幕上描述系統(tǒng) 。生成的 SystemView 系統(tǒng)和輸出的波形圖可以很方便地使用復制和粘貼命令插入 word 等文字處理器。 (4)提供基于組織結(jié)構(gòu)圖方式的設計。通過利用 SystemView 中的圖符和Met