【導(dǎo)讀】人們的生活充滿了各類信息的交互需求，從貝爾實(shí)驗(yàn)室電話接通的時(shí)刻起，有線通信進(jìn)入人們的視野，而到了現(xiàn)在無線通信方式成了我們當(dāng)今生活的必需品。中不可或缺的部分。主要有跳頻擴(kuò)頻技術(shù)和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)展信號頻譜，接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，得到原始信息。源，經(jīng)過BPSK調(diào)制后發(fā)射至高斯白噪聲信道進(jìn)行傳輸。率并進(jìn)行相關(guān)分析。同步和信道部分做了理想處理，在假設(shè)系統(tǒng)已準(zhǔn)確同步的情況下進(jìn)行了仿真。給定的條件下，對Simulink仿真模型進(jìn)行了運(yùn)行測試，得到了預(yù)期的仿真結(jié)果。

　　

【正文】 ink（連接）。用戶可以利用鼠標(biāo)在工作窗口中 ―畫 ‖出自己所需的系統(tǒng)模型并利用 Simulink 提供的功能對系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，避免了代碼的繁瑣和易出錯(cuò)，減少了用戶的編程壓力。 Simulink 讓用戶把精力從編程轉(zhuǎn)向模型的構(gòu)造，為用戶省去許多重復(fù)代碼的編寫工作。 Simulink 提供了兩種開發(fā)模塊的方法：一是利用現(xiàn)有的模塊搭建子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多層次模塊；二是編寫 S 函數(shù)（系統(tǒng)函數(shù)）開發(fā)模塊。多層次模塊是 Simulink層次化設(shè)計(jì)的理念，建立多層次模塊可以直接利用已有的模塊，將重點(diǎn)放在利用它們趨勢線新的功能，而不必關(guān)心這些模塊底層的具體算法實(shí)現(xiàn)。而 S 函數(shù)擴(kuò)展了 Simulink 的功能，通過編程的方式完善模塊不如代碼算法自由的不足，它可以用 Matlab、 Ada、 C 或者 Fortran 語言編寫，有很友好的語言支持。 第二節(jié) 直擴(kuò)系統(tǒng)仿真及分析 一、擴(kuò)頻調(diào)制仿真 （ 1）仿真簡介 如圖 所示為擴(kuò)頻調(diào)制部分，本設(shè)計(jì)采用伯努利二進(jìn)制發(fā)生器模塊生成由0 和 1 組成的二進(jìn)制序列作為信號源，并用 PN 碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生 m序列作為擴(kuò)頻碼。兩者均需通過極性轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 1 和 1 組成的序列。然后通過乘法器模塊重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 進(jìn)行兩個(gè)序列相乘也即完成擴(kuò)頻調(diào)制，得到高速率的調(diào)制后序列。 圖 直接序列擴(kuò)頻 Simulink 模型圖 通過外接的示波器可以觀察到擴(kuò)頻調(diào)制過程中序列波形的變化。各模塊介紹及參數(shù)設(shè)置如下： 表 擴(kuò)頻調(diào)制模塊介紹及參數(shù)設(shè)置 模塊名稱 功能 仿真參數(shù)設(shè)置 備注 Bernoulli Binary Generator 伯努利二進(jìn)制發(fā)生器 產(chǎn)生由 0 和 1 組成的序列 采樣時(shí)間 = PN Sequence Generator PN 碼產(chǎn)生器 產(chǎn)生擴(kuò)頻碼 反饋系數(shù) =[100011101] 初始狀態(tài) =[00000001] 采樣時(shí)間 =1/ 初始狀態(tài)不能為全 0 Unipolar to Bipolar Converter 極性轉(zhuǎn)換器 將 {0,1}碼轉(zhuǎn)換為雙極性碼{1,1} M 進(jìn)制參數(shù) =2 輸出數(shù)據(jù)類型 double Product 乘法器 數(shù)據(jù)相乘 無 Scope 示波器 顯示數(shù)據(jù)波形 無 ZeroOrder Hold 零階保持器 將輸入的連續(xù)信號離散輸出 采樣時(shí)間 =1/1e5[4] 部分情況可設(shè) 1 Spectrum Scope 頻譜示波器 顯示數(shù)據(jù)頻譜 無 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 說明： ① 二進(jìn)制發(fā)生器中采樣時(shí)間設(shè)為 ，也即數(shù)碼率為 1kb/s，原始基帶信號帶寬 1kHz。 ② 本設(shè)計(jì)中采用 8 位 m序列作為擴(kuò)頻碼，我們知道 8 階 m碼發(fā)生器一個(gè)周期有 255bit，所以此處碼速率設(shè)定為 255kb/s，換算成采樣時(shí)間就是 1/。 （ 2）仿真結(jié)果展示分析 觀察示波器 ―Spread spectrum modulation pare‖結(jié)果。如圖 ，第一行為待調(diào)制信息序列，第二行為擴(kuò)頻碼 8 階 m序列，可看出 m序列具有周期性，并且用 255 個(gè)碼片調(diào)制一位信息碼，這與參數(shù)設(shè)置所應(yīng)得出結(jié)果相符。 第三行為擴(kuò)頻調(diào)制后序列，此序列將送入 BPSK 調(diào)制模塊進(jìn)行載波調(diào)制。 圖 擴(kuò)頻調(diào)制結(jié)果圖 觀察頻譜示波器結(jié)果。如圖 和圖 分別為擴(kuò)頻調(diào)制前的基帶信號的頻譜和擴(kuò)頻后的信號頻譜，可看出原本信號帶寬近似 1kHz,經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制后約為225kHz，這與參數(shù)設(shè)置所應(yīng)得出結(jié)果相符，信號被成功擴(kuò)展。 圖 基帶信號頻譜圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 擴(kuò)頻調(diào)制后頻譜圖 二、載波調(diào)制（ BPSK） （ 1）仿真簡介 圖 載波調(diào)制 Simulink 模型圖 為了構(gòu)圖整潔，對 BPSK 調(diào)制部分采用了子模塊的方式。如圖 所示 左右兩端分別為輸入信號（經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制后的信號）和輸出信號（經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制載波調(diào)制將被送入信道中的信號）。輸入的信號與一個(gè)中心頻率為 510kHz 的正弦載波相乘，完成載波調(diào)制，輸出信號送入信道。具體參數(shù)見下表（未寫出模塊參數(shù)設(shè)置同上）： 表 載波調(diào)制模塊介紹及參數(shù)設(shè)置 模塊名稱 功能 仿真參數(shù)設(shè)置 備注 Sine wave 產(chǎn)生正弦載波 幅度 =1V 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 正弦波發(fā)生器 中心頻率 =510kHz 采樣時(shí)間 = 1/ ZeroOrder Hold 零階保持器 將輸入的連續(xù)信號離散輸出 采樣時(shí)間 =1/ 三個(gè)設(shè)置均相同 （ 2）仿真結(jié)果展示分析 觀察示波器 ―BPSK modulation pare‖（見圖 ）結(jié)果。第一行為擴(kuò)頻調(diào)制后的信息序列，第二行為中心頻率為 510kHZ 的正弦載波，第三行為載波調(diào)制結(jié)果，可以明顯觀察到相位在相應(yīng)位置的翻轉(zhuǎn)，說明載波調(diào)制成功。 圖 BPSK 調(diào)制波形圖 圖 BPSK 調(diào)制頻譜圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 將圖 與圖 對比可見，經(jīng)過 BPSK 調(diào)制，信號頻率被搬移到 510kHz 附近。 三、信道部分 圖 信道 Simulink 模型 信道部分也采用子模塊方式。基于作者能力，信道設(shè)計(jì)為高斯白噪聲加窄帶干擾的模式，較為簡單。具體參數(shù)見下表： 表 信道模塊介紹及參數(shù)設(shè)置 模塊名稱 功能 仿真參數(shù)設(shè)置 備注 AWGN Channel 高斯白噪聲信道 產(chǎn)生高斯白噪聲 信噪比 SNR=10dB 參數(shù)根據(jù)情況需要改動 Sine wave 正弦波發(fā)生器 產(chǎn)生窄帶干擾 幅度 =1V；中心頻率 =510kHz 采樣時(shí)間 = 1/ Add 加法器 疊加兩路信號 無 經(jīng)過高斯信道前后的信號對比如圖 所示，原本光滑的具有相位翻轉(zhuǎn)的信號在經(jīng)過高斯白噪聲信道后變成不規(guī)則很毛糙的信號。 圖 信號經(jīng)過高斯信道前后對比 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 四、解擴(kuò)部分 圖 解擴(kuò)部分 Simulink 模型圖 如上圖所示，經(jīng)過信道輸入到接收端的信號與同步 PN 碼相乘得到解擴(kuò)后信號。為降低設(shè)計(jì)難度，本設(shè)計(jì)中未單獨(dú)設(shè)計(jì) PN 碼同步模塊和載波同步模塊，均直接使用本地 PN 碼和載波進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào)。 圖 與圖 兩圖比較可看出解擴(kuò)后頻譜變窄，但仍在 510kHz的頻點(diǎn)上。 圖 解擴(kuò)后信號頻譜圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 五、解調(diào)部分 圖 BPSK 解調(diào)部分 Simulink 模型圖 通過與載波調(diào)制模塊的對比，可以看出在 BPSK 解調(diào)子模塊中，多了低通濾波器和抽樣判決器，其他基本相同。在信號同正弦載波相乘后得到了解調(diào)后的波形，可以看到仍有很多噪聲形成的毛刺，同時(shí)也能看到明顯的信號包絡(luò)。經(jīng)過低通濾波器后，噪聲帶來的毛刺被濾除獲得光滑的信號包絡(luò)，再經(jīng)過抽樣判決器就可以得到恢復(fù)出的原始信息。這里要注意的是，抽樣判決器的采樣時(shí)間應(yīng)與信號發(fā)生器采樣時(shí)間相同，即應(yīng)設(shè)為 ，才能較好的得到解調(diào)信號。下表為主要模塊介紹及參數(shù)設(shè)置： 表 BPSK 解調(diào)部分 模塊簡介及參數(shù)設(shè)置 模塊名稱 功能 仿真參數(shù)設(shè)置 備注 Analog Filter Design 模擬濾波器 低通濾波器 階數(shù) =1 角頻率 =2020*pi 選用低通型濾波器 Sign 抽樣判決器 抽樣判決 采樣時(shí)間 =1/1000 觀察示波器 ―BPSK demodulation pare‖可以看到 BPSK 解調(diào)部分各階段波形的變化，見圖 。 （見下頁） 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 BPSK 解調(diào)過程各部分波形 圖為信號在 BPSK 解調(diào)后的頻譜圖，可以看到帶寬為 1kHZ，頻率被搬移至低頻。 圖 BPSK 解調(diào)后信號頻譜圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 六、誤碼統(tǒng)計(jì) 將二進(jìn)制信號發(fā)生器即信源與解調(diào)恢復(fù)出的信號連入誤碼率統(tǒng)計(jì)器和示波器，用來統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在整個(gè)過程中的誤碼個(gè)數(shù)和觀察恢復(fù)出的信號與原有信號的相似度和差別。用以衡量系統(tǒng)的工作質(zhì)量。 將仿真時(shí)間設(shè)為 時(shí)，示波器最后顯示如下圖，顯示了 秒中 100 位信息碼元的對比，可以看出，信源波形與解擴(kuò)解調(diào)后波形完全一致，但是后者有一個(gè)延遲，這是因?yàn)樵谡`碼率統(tǒng)計(jì)器中有設(shè)置延遲參數(shù)為一位，否則誤碼率統(tǒng)計(jì)會出現(xiàn)錯(cuò)誤。且此時(shí)誤碼率為 0，即完全正確，系統(tǒng)沒有誤碼。 圖 信源與解調(diào)后信 息波形圖 圖 誤碼率統(tǒng)計(jì) 當(dāng)更改系統(tǒng)仿真時(shí)間，改為 1 秒后，仿真時(shí)間更長，采樣的 1000 位碼元仍然正確恢復(fù)，誤碼率依舊為 0。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第三節(jié) 系統(tǒng)性能分析 一、處理增益 本仿真中，基本參數(shù)設(shè)置為： 8階 m序列擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)碼速率 Rc=255kbit/s，信碼速率 Rb=1kbit/s,系統(tǒng)射頻帶寬 510kHz。我們已知高斯白噪聲的功率譜近似于均勻分布，故可用擴(kuò)頻前后帶寬的比值來近似估計(jì)系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益，則有（ B 代表已擴(kuò)頻信號的射頻帶寬， f? 代表原始信號帶寬）： 5101 0 l o g [ ] 2 4 . 0 72p kHzBG d Bf k H z? ? ?? 二、系統(tǒng)抗干擾能力分析 （ 1）無窄帶干擾時(shí)的抗干擾能力 表 不同信噪比下的誤碼率 SNR（ dB） ?? ~25 28 30 35 40 45+ 誤碼率 均為 0 + 由此可見，擴(kuò)頻通信技術(shù)使得 系統(tǒng)在 有用信號很微弱，淹沒在噪聲的強(qiáng)干擾環(huán)境下 仍可以 保證通信質(zhì)量，有較強(qiáng)的抗干擾能力。 （ 2）抗窄帶干擾能力 表 抗窄帶干擾（ SNR=10dB，有擴(kuò)頻部分） 幅度 （ V） 4 10 13 14 15+ 誤碼率 0 0 0 + 表 抗窄帶干擾（ SNR=10dB，無擴(kuò)頻部分） 幅度 （ V） 0 1 2+ 誤碼率 0 0 1 如上表可見，有擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)，系統(tǒng)在窄帶干擾幅度為 13 時(shí)仍可以正?；謴?fù)出原始信息，而沒有擴(kuò)頻調(diào)制的情況下，當(dāng)窄帶干擾幅度達(dá)到 1 時(shí)，就已經(jīng)有了 的誤碼率。通過對有擴(kuò)頻部分和無擴(kuò)頻部分兩種系統(tǒng)的比較可以看出，擴(kuò)頻系統(tǒng)能有效的地抗窄帶干擾。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 第四節(jié) 本章小結(jié) 這一章集中講解了本設(shè)計(jì)的整個(gè)仿真模型，并對用到的各個(gè)基礎(chǔ)模塊的的功能和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了簡單介紹。通過對擴(kuò)頻調(diào)制、 BPSK 調(diào)制、信道部分、解擴(kuò)解調(diào)部分的仿真和仿真結(jié)果分析， 驗(yàn)證擴(kuò)頻系統(tǒng)達(dá)到基本設(shè)計(jì)要求，且對誤碼率進(jìn)行了簡單的分析。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 結(jié) 論 通過對擴(kuò)頻知識的了解和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)要點(diǎn)的掌握后，進(jìn)行了系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì) ，就設(shè)計(jì)需求和作者實(shí)際情況的考慮選用 Matlab 中的 Simulink 作為仿真平臺。本設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在于直接序列擴(kuò)頻調(diào)制和 BPSK 調(diào)制，故對系統(tǒng)的兩個(gè)部分做了理想化處理：一是信道部分，選用了簡單的高斯白噪聲加窄帶干擾的信道；二是同步部分，假設(shè)系統(tǒng)已精準(zhǔn)同步，未單獨(dú)設(shè)計(jì)此模塊。搭建仿真模型后根據(jù)需求設(shè)置各個(gè)模塊基本參數(shù)，并在適當(dāng)?shù)牡胤郊尤胧静ㄆ骱皖l譜示波器以便進(jìn)行波形和頻譜的觀察。設(shè)置適當(dāng)?shù)姆抡鏁r(shí)間開始仿真，得到各項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)的分析。 可以看出擴(kuò)頻通信系統(tǒng)較傳統(tǒng)通信系統(tǒng)有更強(qiáng)的抗寬帶干擾能力和抗窄帶干擾能力，具有明顯優(yōu)勢，更符合實(shí)際情況中傳輸環(huán)境下的通信要求。 雖然本系統(tǒng)有些 理想化，無同步部分和復(fù)雜的信道，相對實(shí)際系統(tǒng)而言缺少參考意義，但是在直接序列擴(kuò)頻調(diào)制過程和載波調(diào)制過程中，信息序列成功被擴(kuò)寬并被頻譜搬移到高頻段，得到了預(yù)期的結(jié)果。經(jīng)過無線傳輸信道后，在接收端被解擴(kuò)解調(diào)，通過低通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出與信源一致的信號。達(dá)到了仿真直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本要求，模擬完成了系統(tǒng)整個(gè)過程，具有實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證意義。不足之處在于信道設(shè)計(jì)的簡單和同步模塊的空白。希望在以后的仿真中可以得到豐富和完善。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師李兆玉老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo) 下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。李老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向李老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。與此同時(shí)，我還要感謝和我同做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同小組同學(xué)，特別是劉淵同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長 大含辛茹苦的父母，謝謝你們 ! 最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示