【導(dǎo)讀】了通信系統(tǒng)的多址干擾和符號(hào)間干擾的大小，從而直接影響到系統(tǒng)的性能。接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)就顯得十分重要。計(jì)運(yùn)用仿真軟件對(duì)三種不同的偽隨機(jī)序列碼進(jìn)行性能分析。外文文獻(xiàn)不少于3篇。1月10日─3月20日：查閱資料，完成外文翻譯原文和開題報(bào)告。3月21日——4月20日：完成直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本仿真設(shè)計(jì)并提交中期檢查報(bào)告。4月21日——5月20日：進(jìn)一步完善直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備作品驗(yàn)收。5月21日——6月15日：撰寫、修改畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備并完成答辯。中的抗噪性能最好，高斯信道對(duì)偽隨機(jī)碼的性能影響最小。

　　

【正文】 算出互相關(guān)系數(shù)。在把互相關(guān)系數(shù)與 m 序列優(yōu)選對(duì)的條件相 比較，看是否滿足進(jìn)而判斷這兩個(gè) m 序列是否是優(yōu)選對(duì)。 以上分析表明， m 序列的優(yōu)選對(duì)的選取就是一個(gè)計(jì)算 m 序列互相關(guān)系數(shù)的過程。因而， m 序列優(yōu)選對(duì)的選取的程序及實(shí)例在此就不做過多的說明了。優(yōu)選對(duì)的計(jì)算核心是計(jì)算兩個(gè) m 序列互相關(guān)系數(shù)。有所不同的是選優(yōu)選對(duì)每計(jì)算一次結(jié)果就和判別條件做一次比較，若滿足條件繼續(xù)計(jì)算，若不滿足判別條件的，便可停止計(jì)算，因?yàn)檫@已經(jīng)能夠說明這兩個(gè) m 序列不是優(yōu)選對(duì)。另外，也可以直接像上一章中的計(jì)算 m 序列的互相關(guān)系數(shù)那樣把已經(jīng)得到的兩個(gè) m序列拿來用這樣可以使程序得到簡(jiǎn)化。 Gold 碼的 產(chǎn)生 在上一節(jié)，已經(jīng)對(duì) Gold 碼的產(chǎn)生原理做了一些簡(jiǎn)單的論述，了解了 Gold 碼是由兩個(gè)碼長(zhǎng)相同、碼時(shí)鐘速率相同的 m 序列優(yōu)選對(duì)模二加和產(chǎn)生。圖 是 Gold 碼產(chǎn)生的原理方框圖，通過圖 我們可以更直觀的看到 Gold 碼產(chǎn)生的機(jī)理。 圖 中的兩個(gè) m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的兩個(gè) m 序列必須是 m序列優(yōu)選對(duì)，并且兩個(gè) m序列發(fā)生器要同時(shí)鐘控制即碼元速率要相同。兩個(gè) m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的 m 序列要有相同的周期，這樣才能保證兩個(gè) m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的 m 序列有相同的位數(shù)。否則位數(shù)不同的 m 序列將無法進(jìn)行模 2加。通過圖 及上一節(jié)對(duì) Gold 碼產(chǎn)生的說明，可得，每次改變兩個(gè) m 序列的相對(duì)位移就可以得到一個(gè)新的Gold 序列。 m 序 列 發(fā) 生 器 1時(shí) 鐘m 序 列 發(fā) 生 器 2G o l d 碼 輸 出控 制 信 號(hào) 圖 Gold 序列發(fā)生原理方框圖 Gold 碼的性質(zhì) 平衡性：前面我們已經(jīng)對(duì) Gold 碼的這個(gè)性質(zhì)有所涉及，但限于論文的整體性，在此，重新說明一下。 Gold 碼主要分為平衡 Gold 碼和非平衡 Gold 碼。當(dāng) m 序列發(fā)生器的基數(shù) n 為奇數(shù)時(shí)，平陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15頁共 52頁 衡 Gold 碼和非平衡 Gold 碼出現(xiàn)的概率各占二分之一；當(dāng) n 為偶數(shù)時(shí)（但不為 4的倍數(shù)）時(shí)，平衡碼出現(xiàn)的概率是 75℅，非平衡碼出現(xiàn) 的概率為 25℅。 自 相關(guān)性： Gold 碼序列的自相關(guān)函數(shù)的所有非最高峰的取值為三值，其非最高峰的取值 R 通過式（ ）來說明。 12ptRptp?????????? ??? （ ） 式中 p=Gold 碼的碼長(zhǎng)度，且滿足 p=21n? 。 在相對(duì)位移 ? 為 0 時(shí)，自相關(guān)函數(shù) R 取得最大值為 1，此時(shí)它具有尖銳的自相關(guān)峰值?？梢钥闯觯珿old 序列的自相關(guān)系數(shù)共有 4 個(gè)取值。式（ ）中 t 的取值隨著 n 的值的不同而不相同。式（ ）給出了在 n 為不同值時(shí) t 的計(jì)算公式。 從 式（ 210）可以看到， n 分為奇 數(shù)和不是 4 的倍數(shù)的偶數(shù)，當(dāng) n 為奇數(shù)時(shí) t 可用表達(dá)式 1221n?? 給出，而當(dāng) n 是偶數(shù)且不是 4 的倍數(shù)時(shí)， t 要用表達(dá)式 2221n? ? 給出。 12222 1 ,2 1 , 4nnntn??? ???? ??? ??為 奇 數(shù)為 偶 數(shù) 且 不 是 的 倍 數(shù) （ ） Gold 碼的互相關(guān)特性： Gold 序列具有良好的互相關(guān)特性， Gold 碼的互相關(guān)函數(shù)值小于等于形成它的兩個(gè)原 m 序列優(yōu)選對(duì)的互相關(guān)函數(shù)值。式（ ）給出了 m 序列的自相關(guān)值函數(shù)值，其實(shí)Gold 序列的互相關(guān)函數(shù)值也具有三值互相關(guān)特性，與（ ）式相同。并且它的取值有一定的規(guī)律性，當(dāng) n 為奇數(shù)時(shí) Gold 碼序列族中約有一半的碼序列的互相關(guān)函數(shù)值是 1/p，而當(dāng) n 為偶數(shù)時(shí)，卻 有 75℅的碼序列的互相關(guān)函數(shù)值為 1/p。 本章的開始就已經(jīng)對(duì) Gold 序列的相關(guān)性做出了詳細(xì)的介紹，同 樣， Gold 碼和 m 序列一樣也有自相關(guān)和互相關(guān)之分，定義也基本相同，在此不做過多的敘述。偽隨機(jī)序列的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法基本相同，因此， Gold 碼的相關(guān)性系數(shù)的計(jì)算實(shí)現(xiàn)不管是從理論上還是從方法上都 和 m 序列的 基本相同。在本章我們不對(duì) Gold 碼的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算方法和理論做過多的敘述。 Kasami 碼的特性 隨 著擴(kuò)頻通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用 ,對(duì)它進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真非常有意義。而擴(kuò)頻碼的選擇對(duì)系統(tǒng)性能有很大影響。 Kasami 序列是長(zhǎng)度 2N1，其中 N 是偶整數(shù)的二進(jìn)制序列。 Kasami 序列具有良好的互相關(guān)值接近韋爾奇下界。有兩類 Kasami 序列 小集和大集 。 產(chǎn)生 Kasami 序列的過程是通過產(chǎn)生一個(gè)最大長(zhǎng)度的序列 A（ N），其中 n=2N1啟動(dòng)。最大長(zhǎng)度序列是一個(gè)周期正好 2N1的周期序列。接著，次級(jí)序列從初始序列通過循環(huán)抽取采樣推導(dǎo) B（ N） =A（ Q*N），其中 q=2N/2+1。 修飾的序列，然后通過添加（ n）的形成，并且使用模 2運(yùn)算，其也被稱為異或（ XOR）操作循環(huán)時(shí)間移位的 B 版本（ n）的。從 B 的所有 2N/2獨(dú)特的時(shí)移（ n）的計(jì)算修飾的序列形成 Kasami組代碼序列。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16頁共 52頁 3 仿真分析 m 序列的仿真 將已擴(kuò)信號(hào)與高頻載波相乘得到擴(kuò)頻已調(diào)信號(hào)，完成 BPSK 調(diào)制。系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 m 序列調(diào)制部分原理圖 將 解擴(kuò)信號(hào) 與原載 序列 信號(hào)進(jìn)行乘法 完成解擴(kuò)，在 對(duì)信號(hào)進(jìn)行 BPSK 相干解調(diào) 得到解調(diào)信號(hào) ，解調(diào)系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 m 序列解調(diào)部分原理圖 m 序列加高斯信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 調(diào)用模塊產(chǎn)生隨機(jī)分布的二進(jìn)制信號(hào)，利用 5 級(jí) m 序列碼碼 為擴(kuò)頻碼，經(jīng)過 速率提升和 極性轉(zhuǎn)換后將二進(jìn)制信 號(hào)與擴(kuò)頻碼相乘得到已擴(kuò)信號(hào) ，將已擴(kuò)信號(hào)加入高斯信道，在系統(tǒng)的接收端嘴對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解擴(kuò)，得到輸出信號(hào)，計(jì)算偽隨機(jī)序列的誤碼率，在擴(kuò)頻序列加噪前后分別加入頻譜儀觀察 m 序列的頻譜特點(diǎn)， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17頁共 52頁 圖 m 序列加高斯信道擴(kuò)頻仿真原理圖 m 序列加瑞利信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 把圖 中的高斯信道換成瑞利信道，其余部分不變，對(duì) m 序列加瑞利信道進(jìn)行擴(kuò)頻仿真， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 m 序列加瑞利信道擴(kuò)頻仿真原理圖 m 序列加萊斯信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18頁共 52頁 把圖 中的 高斯信道換成萊斯信道，其余部分不變，對(duì) m 序列加瑞利信道進(jìn)行擴(kuò)頻仿真， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 m 序列加萊斯信道擴(kuò)頻仿真原理圖 m 序列擴(kuò)頻系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置 信號(hào)源參數(shù)的設(shè)置：其信號(hào)源努伯利信號(hào)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置是：取 0 和 1 的可能性都是 ；初始種子取值是 61；采樣時(shí)間取值是 ， ,輸出數(shù)據(jù)類型選 double 類型。 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置： 在解調(diào)模塊中，為了使信號(hào)失真小加入帶通濾波器。其參數(shù)設(shè)置是：中心頻率是 Fs=48000Hz, 下頻帶頻率是 Fc1=480Hz,上頻帶是 Fc2=520Hz，采用的窗是漢明窗。 高斯信道參數(shù)的設(shè)置： 高斯信道的參數(shù)設(shè)置是：方差設(shè)置為 ；起始種子設(shè)置為 67；采樣時(shí)間設(shè)置是 1e5，信噪比設(shè)為 10。 瑞利信道參數(shù)設(shè)置和萊斯信道參數(shù)設(shè)置與高斯信道保持一致。 誤碼率計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置：其模塊延時(shí)設(shè)置為 0；其他為默認(rèn)模式。 三種信道下運(yùn)行結(jié)果顯示 圖 為 m 序列在三種不同信道下的擴(kuò)頻仿真圖。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19頁共 52頁 圖 三種信道運(yùn)行結(jié)果 運(yùn)行以上 simulink 文件得到 m 序列在三種信道下擴(kuò)頻前后的波形圖、頻譜圖和誤碼率，對(duì)比m 序列在三種不同信道下的波形、頻譜和誤碼率 。 圖 擴(kuò)頻前后高斯信道下 m 序列波形對(duì)比 圖 擴(kuò)頻前后瑞利信道下 m 序列波形對(duì)比 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20頁共 52頁 圖 擴(kuò)頻前后萊斯信道下 m 序列波形對(duì)比 由上面的圖可以看出：在三種噪聲信道下， m 序列在信號(hào)的發(fā)送端即就是調(diào)制解調(diào)過程中，調(diào)制后的波形經(jīng)過三種信道，其高斯信道對(duì)調(diào)制之后的波形影響最大，萊斯信道次之，瑞利信道影響比較小點(diǎn)。在接受端沒有發(fā)生誤碼的情況 頻譜分析時(shí)，把信道中高斯噪聲、瑞利噪聲和萊斯噪聲的方差值設(shè)置相同，這樣方便比較。 圖 m 序列頻譜 當(dāng)信道中加方差為 ，解調(diào)后恢復(fù)的基帶信號(hào)頻譜和原來的基帶信號(hào)頻譜有明顯的失真。三種信道下，它的頻譜不太容易看出有太大的變化。不過查閱大量資料之后，在相同的方差下，瑞利和萊斯比高斯信道下的失真程度大一些。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21頁共 52頁 . 圖 m 序列頻譜 由上面的圖可以看出： m 序列在高斯信道下 顯示模塊顯示 20xx個(gè)碼元里面出現(xiàn)了 978個(gè)誤碼，誤碼率為 ；在瑞利信道下 顯示模塊顯示 20xx個(gè)碼元里面出現(xiàn)了 1357個(gè)誤碼，誤碼率為；在萊斯信道下 顯示模塊顯示 20xx個(gè)碼元里面出現(xiàn)了 1189個(gè)誤碼，誤碼率為 ， 在三種噪聲信道下，在信號(hào)的發(fā)送端即就是調(diào)制解調(diào)過程中，調(diào)制后的波形經(jīng)過三種信道，其瑞利信道對(duì)調(diào)制之后的誤碼率最大，萊斯信道次之，高斯信道影響比較小點(diǎn)。 Gold 序列的仿真 將已 擴(kuò)信號(hào)與高頻載波相乘得到擴(kuò)頻已調(diào)信號(hào)，完成 8PSK 調(diào)制。系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 Gold 序列調(diào)制部分原理圖 將 解擴(kuò)信號(hào) 與原載 序列 信號(hào)進(jìn)行乘法 完成解擴(kuò)，在 對(duì)信號(hào)進(jìn)行 8PSK 相干解調(diào) 得到解調(diào)信號(hào) ，解調(diào)系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 Gold 序列解調(diào)部分原理圖 Gold 序列加高斯信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 調(diào)用模塊產(chǎn)生隨機(jī)分布的二進(jìn)制信號(hào)，利用 兩個(gè) 5 級(jí) m 序列碼進(jìn)行模 2 加得到 Gold碼作為擴(kuò)頻碼 ，經(jīng)過 速率提升和 極性轉(zhuǎn)換后將二進(jìn)制信號(hào)與擴(kuò)頻碼相乘得到已擴(kuò)信號(hào) ，將已擴(kuò)信號(hào)加入高 斯信道，在系統(tǒng)的接收端嘴對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解擴(kuò)，得到輸出信號(hào)，計(jì)算偽隨機(jī)序列的誤碼率，在擴(kuò)頻序列加噪前后分別加入頻譜儀觀察 Gold 序列的頻譜特點(diǎn)， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22頁共 52頁 圖 Gold 序列加高斯信道擴(kuò)頻仿真原理圖 Gold 序列加瑞利信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 把圖 中的高斯信道換成瑞利信道，其余部分不變，對(duì) Gold 序列加瑞利信道進(jìn)行擴(kuò)頻仿真， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 圖 Gold 序列加瑞利信道擴(kuò)頻仿真原理圖 Gold 序列加萊斯信道擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真 把圖 中的高斯信道換成萊斯信道，其余部分不變，對(duì) Gold 序列加萊斯信道進(jìn)行擴(kuò)頻仿真， 系統(tǒng)模型如下圖 所示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23頁共 52頁 圖 Gold 序列加萊斯信道擴(kuò)頻仿真原理圖 Gold 序列擴(kuò)頻系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置 在上面的模型中 Bernoulli Binary Generator 即伯努力二進(jìn)制發(fā)生器，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流相當(dāng)于信源，其采樣時(shí)間（ sample time）設(shè)置為 1/100，及數(shù)據(jù)流的傳輸速率為 100bps。 Gold Sequence Generator 用于產(chǎn)生 Gold 序列，設(shè)置其采樣時(shí)間（ sample time）為 1/20xx，即擴(kuò)頻碼片速率為20xxchip/s。由于相乘時(shí)數(shù)據(jù)流的傳輸速率要與擴(kuò)頻碼片序列相同，因此可用 Rate Transition 提升數(shù)據(jù)流的傳輸速率，將其 out put sample time 設(shè)置為 1/20xx。 Unipolar to Bipolar Converter 模塊用于將單極性碼變?yōu)殡p極性碼， Bipolar to Unipolar Converter 則剛好相反。乘法器輸出的就是擴(kuò)頻序列。通過示波器 Scope 可以觀察原信息序列、 Gold 序列和擴(kuò)頻序列。 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置：在解調(diào)模 塊中，為了使信號(hào)失真小加入帶通濾波器。其參數(shù)設(shè)置是：中心頻率是 Fs=48000Hz, 下頻帶頻率是 Fc1=480Hz,上頻帶是 Fc2=520Hz，采用的窗是漢明窗。 高斯信道、瑞利信道和萊斯信道參數(shù)的設(shè)置：方差均設(shè)置為 ；起始種子均設(shè)置為 67；采樣時(shí)間設(shè)置是 1e5，信噪比設(shè)置為 10。 三種信道下運(yùn)行結(jié)果顯示 圖 為 Gold 序列在三種不同信道下的擴(kuò)頻仿真圖。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24頁共 52頁 圖 三種信道運(yùn)行結(jié)果 運(yùn)行 simulink 文件得到 Gold 序列在三種信道下擴(kuò)頻前后波形圖、頻譜圖和誤碼率，對(duì)比Gold 序列在三種不同信道下的波形、頻譜和誤碼率。 圖 擴(kuò)頻前后高斯信道下 Gold 序列波形對(duì)比 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25頁共 52頁 圖 擴(kuò)頻前后瑞利信道下 Gold 序列波形對(duì)比