【正文】 此接收端只有知道正確的擴(kuò)頻碼才能進(jìn)行正確的接收，進(jìn)而增加了傳輸?shù)目煽啃?。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的pn碼（偽隨機(jī)碼、chip）進(jìn)行同或運(yùn)算。例如，在發(fā)射端用11000100110代替1，用00110010110代替0，這個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻。上述過程如圖4所示。圖4 擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)過程前面板：圖6 dsss前面板 dsss程序框圖：圖7 dsss程序框圖實(shí)驗(yàn)步驟：首先產(chǎn)生所需長度的偽隨機(jī)序列（pn序列）： pn序列（pseudonoise sequence）即偽噪聲序列，這類序列具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但和真正的隨機(jī)信號(hào)不同，它可以重復(fù)產(chǎn)生和處理，故稱作pn碼最見的用途是在擴(kuò)頻系統(tǒng)中用來擴(kuò)展信號(hào)頻譜；偽隨機(jī)噪聲序列。此外pn 碼也可以用來作為信源信息。圖8 mt generate bits輸入輸出其中total bits為生成的偽隨機(jī)序列的總長度、pn sequence order用來設(shè)定pn序列的循環(huán)周期（如果pn sequence order設(shè)為n，則周期為）、seed in指定pn序列生成器移位寄存器的初始狀態(tài)（默認(rèn)為0xd6bf7df2）；output bit stream為偽隨機(jī)序列的輸出。此外mt generate bits函數(shù)還有user defined模式，在此模式下函數(shù)可以 根據(jù)用戶自定義的輸入序列生成所需長度的循環(huán)序列。其輸入輸出如圖9所示：圖9 user defined模式的輸入輸出 其中user base bit pattern為用戶指定的序列，控件會(huì)不斷循環(huán)用戶指定的序列output bit stream為生成序列的直到輸出序列的長度達(dá)到total bits所設(shè)定的值。輸出。本例中用到了三個(gè)mt generate bits函數(shù)，分別用來生成保護(hù)序列、同步序列和信息序列。利用產(chǎn)生的序列對(duì)信源序列進(jìn)行擴(kuò)展：圖10 擴(kuò)頻模塊輸入信源bit碼、pn擴(kuò)頻碼、誤差；輸出擴(kuò)頻碼、誤差。7dedsss子程序的作用是在接收端實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的解擴(kuò)。解擴(kuò)操作即擴(kuò)頻操作的逆過程。繼續(xù)使用上面的例子，當(dāng)你在發(fā)射端用11000100110代替1，而用00110010110代替0后，在接收機(jī)處只要把收到的序列是11000100110恢復(fù)成1，而00110010110恢復(fù)成0，這就是解擴(kuò)。上述過程如圖0所示。圖11 解擴(kuò)的實(shí)現(xiàn)過程前面板：圖12 dedsss前面板 dedsss程序框圖：圖13 dedsss程序框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟：產(chǎn)生所需長度的并與發(fā)射端相同偽隨機(jī)序列（pn序列），同dsss；然后利用產(chǎn)生的序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)：輸入：將信源與pn序列通過“數(shù)組大小”模塊返回其長度，相除得到的商作為搜索深度；輸入經(jīng)信道傳輸后的擴(kuò)頻碼、與發(fā)送端同步的擴(kuò)頻序列以及誤差。輸出得解擴(kuò)后碼序列以及誤差。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在dsss子程序中，你可以手動(dòng)輸入一串0/1作為信源序列，并設(shè)置好pn序列的長度（設(shè)為n）。單獨(dú)運(yùn)行dsss子程序，觀察輸出的序列長度是否擴(kuò)展了n倍，并注意輸出序列中pn碼是否與相應(yīng)的0或者1對(duì)應(yīng)。驗(yàn)證成功的話便表明你的dsss子程序編寫正確。并利用類似的方法驗(yàn)證dedsss子程序的正確性。然后驗(yàn)證發(fā)射端主程序是否能正確的發(fā)射我們想要的擴(kuò)頻信號(hào)。首先正確的連接usrp并合理的配置發(fā)射端的各項(xiàng)參數(shù)，運(yùn)行程序。然后你可能會(huì)看到如圖9至圖所示的發(fā)射信號(hào)時(shí)域波形和頻域波形。圖14不擴(kuò)頻的時(shí)域信號(hào)圖16擴(kuò)頻后的時(shí)域信號(hào)圖17擴(kuò)頻后的頻域信號(hào) 圖15不擴(kuò)頻的頻域信號(hào)10可以看出經(jīng)過擴(kuò)頻的發(fā)射信號(hào)與不經(jīng)過擴(kuò)頻的發(fā)射信號(hào)相比，在頻域上進(jìn)行了展寬，在時(shí)域上變得更加密集。這與擴(kuò)頻的基本原理相符，說明發(fā)射端的設(shè)計(jì)基本正確。在接收端，我們需要使得參數(shù)能夠與發(fā)射端匹配，這樣才能正常的接收。特別需要注意capture time、packet length和rx sample rate這幾個(gè)參數(shù)，你首先需要理解它們的意義，這樣才能夠正確的配置它們。如果你在發(fā)射端沒有修改默認(rèn)參數(shù)的話，接收端的默認(rèn)參數(shù)恰好能夠與發(fā)射端匹配。你需要同時(shí)運(yùn)行發(fā)射端和接收端程序，在發(fā)射端正確運(yùn)行時(shí)觀察接收端能否正確接收。程序會(huì)計(jì)算當(dāng)前信噪比下的誤碼率，并逐漸增大信噪比、最終得出一條信噪比/誤碼率曲線，如圖3411所示。你可能需要稍等一段時(shí)間才能夠看到程序運(yùn)行完成的結(jié)果。在接收端程序運(yùn)行的同時(shí)，你可以進(jìn)入receiver子程序中的ber detected子程序，在里面觀察當(dāng)前信噪比接收到的數(shù)據(jù)數(shù)和誤碼數(shù)，如圖3412所示。圖18誤碼率曲線 圖19運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)顯示然后你可以嘗試改變收發(fā)端的各項(xiàng)參數(shù)，觀察不同參數(shù)對(duì)運(yùn)行結(jié)果的影響。最后你需要按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 qpsk: 將usrp連接電腦，更改ip地址等參數(shù)。頻率使用915mhz避免干擾。如下圖20： 11 發(fā)送端前面板調(diào)制參數(shù)以及發(fā)送星座圖發(fā)送時(shí)域波形如下圖21：發(fā)送端眼圖和發(fā)送端頻域波形如下，眼圖的尖銳程度和發(fā)送頻率有關(guān)，如圖22：接收端的硬件參數(shù)和誤碼率如下圖，如圖23：接收端眼圖如圖24所示： bpsk： 調(diào)制參數(shù)如下： 14bpsk:發(fā)送端硬件參數(shù)發(fā)送端星座圖：接收端眼圖：接收端星座圖及誤碼率曲線（信噪比較低）：五、實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展解釋接收端同步模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式及其利用的基本原理。（1）初始同步，或稱粗同步、捕獲。它主要解決載波頻率和碼相位的不確定性，保證解擴(kuò)后的信號(hào)能通過相關(guān)器后面的中頻濾波器，這是所有問題中最難解決的問題。（2）跟蹤，或稱精同步。接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)，首先進(jìn)行搜索，對(duì)收到的信號(hào)與本地碼相位差的大小進(jìn)行判斷，若不滿足捕獲要求，即收發(fā)相位差大于一個(gè)碼元，則調(diào)整時(shí)鐘再進(jìn)行搜索。直到使收發(fā)相位差小于一個(gè)碼元時(shí)，停止搜索，轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。圖345同步流程圖圖346跟蹤流程圖擴(kuò)頻通信技術(shù)除了有較強(qiáng)的抗干擾能力外，還具有哪些優(yōu)點(diǎn)？逐一例舉出來并簡述擴(kuò)頻技術(shù)具有這些優(yōu)點(diǎn)的原因。（1）易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到微波都得到了開發(fā)利用，仍然滿足不了社會(huì)17的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來防止信道之間發(fā)生干擾。為此，世界各國都設(shè)立了頻率管理機(jī)構(gòu)，用戶只能使用申請(qǐng)獲準(zhǔn)的頻率。擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低，采用了相關(guān)接收技術(shù)，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與各種窄道通信共享同一頻率資源。所以，在美國及世界絕大多數(shù)國家，擴(kuò)頻通信無須申請(qǐng)頻率，任何個(gè)人與單位都可以無執(zhí)照使用。（2）抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)所占用的帶寬相對(duì)較寬，而接收端又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法來解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，而把非所需信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后通過窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號(hào)。這樣，對(duì)于各種干擾信號(hào)，因其在接收端的非相關(guān)性，解擴(kuò)后窄帶信號(hào)中只有很微弱的成分，信噪比很高，因此抗干擾性強(qiáng)。在商用的通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻通信是唯一能夠工作在負(fù)信噪比條件下的通信方式。（3）隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小由于擴(kuò)頻信號(hào)在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號(hào)湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)如偽隨機(jī)編碼序列就更加困難，因此說其隱蔽性好。再者，由于擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的功率譜密度，它對(duì)使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。（4）可以實(shí)現(xiàn)碼分多址擴(kuò)頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價(jià)。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大大提高頻帶的利用率。由于在擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，提取出有用信號(hào)。這樣一來，在一寬頻帶上許多對(duì)用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。（5）抗多徑干擾這兩種技術(shù)在擴(kuò)頻通信中都易于實(shí)現(xiàn)。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來的同一碼序列的波形相加合成，這相當(dāng)于梳狀濾波器的作用。另外，在采用頻率跳變擴(kuò)頻調(diào)制方式的擴(kuò)頻系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用。（6）能精確地定時(shí)和測(cè)距電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速，人們自然會(huì)想到如果能夠精確測(cè)18量電磁波在兩個(gè)物體之間的傳播時(shí)間，也就等于測(cè)量兩個(gè)物體之間的距離。在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，則意味著所采用的擴(kuò)頻碼速率很高，每個(gè)碼片占用的時(shí)間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測(cè)量物體反射回來后，在接收端解調(diào)出擴(kuò)頻碼序列，然后比較收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差，就可以精確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差，從而算出兩者之間的距離。測(cè)量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬，精度越高。（7）適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)擴(kuò)頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)，適用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，適合于數(shù)據(jù)和圖像傳輸。（8）安裝簡便，易于維護(hù)擴(kuò)頻通信設(shè)備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術(shù)，因此，十分可靠、小巧，大量運(yùn)用后成本低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。偽隨機(jī)序列有許多種，例如m序列、gold序列、m序列等。嘗試使用不同的方法來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，并用其實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的擴(kuò)頻。（1）m序列是目前廣泛應(yīng)用的一種偽隨機(jī)序列，m序列每一周期中 1 的個(gè)數(shù)比 0 的個(gè)數(shù)多 1 個(gè)。狀態(tài)“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)的段稱為游程。游程中“0”或“1” m序列的一個(gè)周期(p=2^n1)中，的個(gè)數(shù)稱為游程長度。游程總數(shù)為 2^n1，“0”、“1”各占一半。2個(gè)彼此移位等價(jià)的相異m序列，按模2相加所得的序列仍為m序列，并與原m序列等價(jià)。（2）gold序列g(shù)old碼序列是一種基于m序列的碼序列，具有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，產(chǎn)生的序列數(shù)多。gold碼的自相關(guān)性不如m序列，具有三值自相關(guān)特性；互相關(guān)性比m序列要好，但還沒有達(dá)到最佳。是由兩個(gè)碼長相等、碼時(shí)鐘速率相同的m序列優(yōu)選對(duì)通過模2相加而構(gòu)成的。適當(dāng)?shù)脑谙到y(tǒng)中添加干擾，以驗(yàn)證擴(kuò)頻的良好的抗干擾能力。強(qiáng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強(qiáng)。簡單地說，如果信號(hào)頻譜展寬10倍，那么干擾方面需要在更寬的頻帶上去進(jìn)行干擾，分散了干擾功率，從而在總功率不變的條件下，其干擾強(qiáng)度只有原來的1/10。另外，由于接收端采用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，空中即使有同類信號(hào)進(jìn)行干擾，如果不能檢測(cè)出有用信號(hào)的碼序列，干擾也起不了太大作用，因此抗干擾性能強(qiáng)是擴(kuò)頻通信的最突出的優(yōu)點(diǎn)。19 20