【導讀】真軟件MATLAB/SIMULINK的特點和使用方法，最后詳細介紹了擴頻通信在SIMULINK環(huán)境下。的仿真實現(xiàn)及結果分析，詳細講解各種波形產生的機理以及特點分析。要求作出演示界面，演示界面可以用其它語言實現(xiàn)。第四周~第五周：深入理解擴頻通信系統(tǒng)的生成機理，建立數(shù)學模型；第六周~第十周：進一步對擴頻通信系統(tǒng)中的同步問題進行分析思考和調試；第十一周~第十三周：進行性能測試，將誤碼率控制在規(guī)定范圍，對系統(tǒng)進一步修改完善；第十四周~第十五周：撰寫畢業(yè)設計論文；程序，得到了預期的結果。本文具體介紹了擴頻通信的國內外發(fā)展背景和發(fā)展趨勢，各個領域的應用，說明了其重要性所在。

　　

【正文】 我不難得到 3 6 12 25 51 l023… 位的 m序列。 一個碼序列的隨機性由以下三點來表征： （ 1） 一個周期內 ―1‖和 ―0‖的位數(shù)僅相差 1 位。 （ 2） 一個周期內 長度為 1 的游程 (連續(xù)為 ―0‖或連續(xù)為 ―1‖)占 1／ 2，長度為 2 的游程占 1／ 4，長度 3 的游程占 1／ 8。只有一個包含 n 個 ―1‖的游程，也只有一個包含 (n—1)個 ―0‖的游程。 ―1‖和 ―0‖的游程數(shù)相等。 （ 3） 一個周期長的序列與其循環(huán)移位序列遠位比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差 1 位。 M 序列的一些基本性質： 沈陽理工大學學士學位論文 23 在 m序列中一個周期內 ―1‖的數(shù)目比 ―0‖的數(shù)目多 1 位。例如上述 7 位碼中有 4個 ―1‖和 3 個 ―0‖。在 15 位碼中有 8 個 ―1‖和 7 個 ―0‖。 在表 5－ 1 中列出長為 15 位的游程分布。 表 31 111101011001000 游程分布 游程長度（比特） 游程數(shù)目 所包含的比特數(shù) “ 1”的 “ 0”的 1 2 2 4 2 1 1 4 3 0 1 3 4 1 0 4 游程總數(shù) 8 合計 15 一般說來， m序列中長為 － 2)的游程數(shù)占游程總數(shù)的 l／ 2k。 m序列的自相關函數(shù)由下式計算： R(τ)= DA DA?? ,的位數(shù)的位數(shù)1 0????DA （ ） 令 p =A + D = 2n － 1 則 ： R(τ)= {0,/1 0,1 ?? ?ττP （ ） 設 n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 則 ： R(τ)= {0,7/1 0,1 ?? ?ττ （ ） 它正是圖 5－ 3(d)中所示的二值自相關函數(shù)。 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。 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，相當于原序列向右移一位后的序列，仍是 m序列。 沈陽理工大學學士學位論文 24 m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全 0 狀態(tài)外，其他狀態(tài)只在 m序列中出現(xiàn)一次。 如 7 位 m序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為 111， 110， 101， 010， 100， 00l 和 011，然后再回到初始狀態(tài) 111。 m序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產生 m序列。理論分析指出，產生的 m序列數(shù)由下式決定： n － 1) / n （ ） 其中由 為歐拉數(shù) (即包括 1 在內的小于 X 并與它互質的正整數(shù)的個數(shù) )。例如5 級移位寄存器產生的 31 位 m序列只有 6 個。 擴頻增益和抗干擾容限 擴頻通 信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴展了信號頻譜，在接收端解擴還原了信息，這樣的系統(tǒng)帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，各種擴頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴展后的擴頻信號帶寬比例有關。一般把擴頻信號帶寬 W 與信息帶寬△ F 之比稱為處理增益 GP，即： Gp=W/△ F （ ） 它表明了擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與 GP 有關。因此，處理增益是擴頻系 統(tǒng)的一個重要性能指標。 系統(tǒng)的抗干擾容限 MJ 定義如下： 式 中：（ S/N）。 = 輸出端的信噪比， LS = 系統(tǒng)損耗 Mj=Gp[（ S/N）。 +Ls] （ ） 式 中： Pe 為誤碼率， F 為信號頻率， E 為信號能量， No 為噪聲功率譜密度 Pe=F（ E/No） （ ） 由此可見，抗干擾容限 MJ 與擴頻處理增益 GP 成正比，擴頻處理增 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。在相同信噪比下，處理增益越大，誤碼率越小（特別是在大信噪比時尤為明顯）而在處理增益不變時，正弦干擾信號振幅增加，誤碼率則增大。通常的擴頻設備總是將用戶信息 (待傳輸信息 )的帶寬擴展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。 沈陽理工大學學士學位論文 25 對于寬帶噪聲，經過解擴中與本地 PN 相乘以后相關輸出仍然是寬帶噪聲，且噪聲功率譜密度不變。但是經窄帶濾波的作用后，輸出信息的信噪比，仍改善了處理增益的分貝數(shù)。故直擴系統(tǒng)有足夠高的 GP 時，對寬帶噪聲是有很好的抗干擾作 用的。 對于部分頻帶噪聲干擾，由于能量相對集中，對直擴系統(tǒng)的危害比寬帶噪聲要大一些。換句話說，直擴系統(tǒng)對其抗干擾性低于對寬帶噪聲的抗干擾性。 對于單頻及多頻載波干擾，干擾信號被展寬成 (sinx/x)2形狀的頻譜。經帶通濾波器濾除大量干擾。故直擴系統(tǒng)對這類干擾有很好的抗干擾性。多頻時為單頻時幾個干擾信號能量的疊加而已。 對于脈沖干擾，由于能量在時間上相對集中，類似于部分頻帶干擾時能量在頻譜上相對集中，對直擴系統(tǒng)的危害較大。故對這類干擾的抗干擾性較差。 在實際應用中，應根據(jù)干擾情況，確定直擴系統(tǒng)的處理增益 和其他參數(shù)，使之達到可靠通信的程度。 直擴信號的抗截獲性 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)射機的方向。 理論分析表明，信號的檢測概率與信號能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號的頻帶寬度成反比。直擴信號正好具有這兩方面的優(yōu)勢，它的功率譜密度很低，單位時間內的能量就很小，同時它的頻帶很寬。因此，它具有很強的抗截獲性。 如果滿足直擴信號在接收機輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機發(fā) 現(xiàn)不了直擴信號的存在。另外，由于直擴信號的寬頻帶特性，截獲時需要在很寬的頻率范圍進行搜索和監(jiān)測，也是困難之一。因此，直擴信號可以用來進行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴信號的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴信號的檢測與估值問題。 直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 沈陽理工大學學士學位論文 26 多徑信道就是發(fā)射機和接收機之間電波傳播的路徑不止一條。例如由于大氣層的反射和折射，以及由于建筑物等對電波的反射都是形成多徑信道的原因。不同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達時間的延遲也不同。 直擴系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強的直達路徑的電波上。 其它有延遲到達的電波，由于相關解擴的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用 PN 碼的自相關特性，只要延遲超過半個 PN 碼時片，其相關值就很小，可作為噪聲來對待。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，類似梳狀濾波器 (RAKE)的作用那樣，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，直擴系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。 直擴測距定時系統(tǒng) 直擴系統(tǒng)的發(fā)展是從測距開始的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。如果測定了電波傳播的時間，也就測定了距離 。 用直擴信號來測取和定時有獨特的優(yōu)點。當采用一個較長周期的 PN 碼序列作為發(fā)射信號、用它于目的地反射回來或轉發(fā)回來的 PN 碼序列的相位進行比較，即比較兩個碼序列相差的時片數(shù)，就可以看出其時間差，也就能換算出發(fā)射機與目的地之間的距離。不難把碼片選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的測距與定時，基本的分辨率即一個碼片。 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)；按照簡單的幾何關系，已知兩個點的位置 (坐標 )和距離，及其在某一平面上分別與第三點的距離，也就能確定第三點的坐標位置。 擴 頻通信的應用領域 （ 1）金融服務。銀行和證券、期貨交易業(yè)務都需要無線網絡的支持，把一個城市的銀行與其分布在城市各處的下屬機構相連。即使已經有了有線計算機網，為了避免由于線路等出現(xiàn)的故障，仍需要使用無線網做備份。在證券和期貨交易業(yè)務中價格以及 買 和 賣 的信息變化極為迅速、頻繁，利用手持通信器輸入信息，通過計算機無線網絡迅速傳遞到計算機、報價服務系統(tǒng)和交易大廳的顯示版，管理員、經紀人和交易者可以迅速利用信息進行管理和胳手持通信器直接進行交易。避免了用手勢、送話沈陽理工大學學士學位論文 27 器和人工錄入及報價而產生的不準確和時間延誤所造成 的損失。 （ 2）石油工業(yè)。油礦的地形起伏不平，敷設電纜后不易傳導，而且電纜穿過煉油廠可能是潛在的危險。無線網連接可提供從鉆井臺到壓縮機房的數(shù)據(jù)鏈路以便顯示和輸入由鉆井獲取的重要數(shù)據(jù)。海上鉆井平臺由于寬大的水域阻隔，數(shù)據(jù)和資料的傳輸比較困難。敷設光纜費又用很高，施工難度很大。使用無線網技術，費用不及敷設光纜的十分之一，效率高，質量好。 （ 3）貨場管理。鐵路運輸貨場和碼頭貨場，由于大型吊車、運輸?shù)缆泛拓浳锿ǖ啦荒芊笤O電纜，使用步話機報告貨位和貨號極易產生差錯，無線計算機網絡可以使貨物情況和資料直接傳輸?shù)接嬎銠C中 進行處理大大提高工作效率和服務質量，避免了不必要的差錯。 （ 4）醫(yī)護管理現(xiàn)在很多醫(yī)院都有了計算機管理系統(tǒng)、大量的計算機病人監(jiān)護設備、計算機控制的醫(yī)療裝置和藥品等庫存計算機管理系統(tǒng)。計算機無線網絡可以使醫(yī)療專家和管理者在醫(yī)院內的任何地方使用移動和手持計算機設備能極力方便的存取這些信息。利用計算機無線網醫(yī)生和護士在設置計算機專線的病房、診室或急救中進行匯診、查房、手術時可以不必帶著沉重的病例，而使用筆記本電腦實時記錄醫(yī)囑，并傳遞處置意見，查詢病人病例和檢索藥品。還可以訪問中央專家系統(tǒng)以幫助診斷或預測藥物的相互作 用和反應。 （ 5）工廠的技術處理，工廠往往不能敷設連到計算機的電纜，在加固混凝土的地板下面也無法敷設計算機電纜，空中起重機使人很難在空中布線，零備件及貨物運通道使得也不便在地面布線。這種情況使用數(shù)字化制造設備、數(shù)字采集裝置、機器人設備時應用無線計算機是很合適的工程師和技術人員在進行檢修、更改產品設計、討論工程方案以及其他技術處理時，可以利用計算機無線網在工廠車間或廠區(qū)的任何地方查閱技術檔案、工作工藝和工程圖，發(fā)出技術指令、請求技術支援，甚至和廠外專家討論問題。 （ 6）庫存控制倉庫零、備件和貨物的發(fā)送和貯存 注冊可以使用無線鏈路直接為條形碼閱覽器、筆記本計算機和中央處理計算機連接，進行清查貨物、更新存儲記錄和出據(jù)清單。 （ 7）展覽和會議在大型會議和展覽等臨時場合可在極短的時間方便的得到計算機網絡的服務?？梢酝ㄟ^計算機無線網和世界互聯(lián)網 Inter 連接并獲得所需要的資料。也可以使用移動計算機在網絡范圍內互通信息、傳遞稿件和制作報告。 沈陽理工大學學士學位論文 28 （ 8）飲食、交通旅游服務很多餐廳的服務員已經使用步話機或尋呼技術把餐廳中顧客需要的菜通知廚房，廚房也用同樣的辦法通知餐廳，顧客所需要的菜已經準備好了。這實際只是整個過程的一部分 。計算機無線網絡可以進一步做到，由餐廳中走來走去的點菜服務員通過手持終端機把顧客的需求送入計算機，把菜單立即打印給廚房并且把做好的菜立即通知給服務員，當然也可以在手持終端機屏幕顯示的菜單上直接點菜，結帳時可通過同一個系統(tǒng)及時打印結帳單。 （ 9）競賽記分系統(tǒng)計算機無線網可以用來完成場、館進行的各種競賽記分的處理、統(tǒng)計、發(fā)送和記錄存儲工作。也適合于一些文藝及其它競賽的比賽計分系統(tǒng)，特別是在那些多用途并進行多種比賽的場合。由于比賽場地與總記分臺或大記分牌之間相隔有相當?shù)牟槐惴笤O電纜的場地 (如體育場的跑道 )，往往只 能采取由服務員將記分單人工傳遞，然后進行處理、統(tǒng)計、錄入并發(fā)送數(shù)據(jù)和顯示出來，時間較長，易出差錯。用計算機無線網系統(tǒng)來完成處理、統(tǒng)計、發(fā)送和顯示工作，可以不必花昂貴的錢安裝管道、敷設專用線路 (而且今后還不能移動 )，效率高、質量好。 擴頻通信因其具有眾多優(yōu)勢，必然在這些無線通信領域有其用武之地。 沈陽理工大學學士學位論文 29 4 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的 Simulink仿真 Simulink 的介紹 矩陣實驗室（ MATLAB:Matrix Laboratory）是一種以矩陣運算為基礎的交互式的程序語言。與其它計算機語言相比 ，具有簡潔和智能化程度高的特點，而且適應科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習慣，因而用其編程和調試，可以大大提高工作的效率。 目前 MATLAB 已經成為國際上最流行的軟件之一，除了可提供傳統(tǒng)的交互式的編程方法之外，還能提供豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、圖像處理和方便 的 Windows 編程 工具等。因而出現(xiàn)了各種以 MATLAB 為基礎的 工具箱，應用于自動控制、