【正文】 從周老師身上，我不僅學(xué)到了許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，更重要的是學(xué)到堅(jiān)持不懈、積極進(jìn)去的學(xué)習(xí)態(tài)度，是我在今后學(xué)習(xí)和工作中的一筆巨大的財(cái)富。對(duì)提出的每一個(gè)問(wèn)題都細(xì)心、認(rèn)真的講解。致 謝本文的研究工作是在導(dǎo)師周順勇老師的悉心指導(dǎo)下完成的。擴(kuò)頻技術(shù)是一個(gè)蓬勃發(fā)展和十分活躍的研究領(lǐng)域，而直接序列擴(kuò)頻技術(shù)是其中運(yùn)用最廣泛、最簡(jiǎn)單的一種技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展。鑒于擴(kuò)頻通信的抗干擾、抗衰落、抗多徑的性能，可以廣泛應(yīng)用于對(duì)抗干擾行和保密性要求較高的軍用或民用通信。文中對(duì)WCDMA的發(fā)展歷程和基本原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，也對(duì)移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。擴(kuò)頻系統(tǒng)對(duì)正弦干擾有良好的抗干擾性，增大信噪比可以有效抑制正弦信號(hào)的干擾。單頻正弦波干擾是一類(lèi)特殊的干擾，可作為帶寬為0的窄帶干擾來(lái)處理。由于它的頻率遠(yuǎn)小于信源的頻率，所以他對(duì)信號(hào)的干擾可以忽略不計(jì)。當(dāng)繼續(xù)增大其值時(shí)結(jié)果都不再發(fā)生變化，即通過(guò)改進(jìn)達(dá)到了預(yù)期的效果。當(dāng)SNR增加到6時(shí)，強(qiáng)干擾條件下與理想條件下的波形仿真結(jié)果達(dá)到吻合，但是誤碼率任然還是存在。經(jīng)過(guò)以上的分析，在某一信號(hào)中加入高斯白噪聲的條件下，提高系統(tǒng)的可靠性和有效性的最簡(jiǎn)單辦法就是在保證用于傳輸信息的帶寬不變的條件下，只要提高信噪比就可以實(shí)現(xiàn)。香農(nóng)指出在高斯白噪聲的干擾下，在平均功率受限的信道上，實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。根據(jù)香農(nóng)公式： (51)一個(gè)信道無(wú)誤差的傳輸信息的能力取決于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬。所謂高斯白噪聲中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù)，而白噪聲是指他的二階矩不相關(guān)，一階矩為常數(shù)。 圖520 系統(tǒng)的誤碼率統(tǒng)計(jì) 在強(qiáng)干擾條件下擴(kuò)頻系統(tǒng)的改進(jìn) 在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，它會(huì)不可避免地受到各種干擾，這些干擾統(tǒng)稱(chēng)為“噪聲”。誤碼率不再是0而存在了一定的數(shù)值。對(duì)比兩個(gè)波形，可以發(fā)現(xiàn)輸入波形與輸出波形不一致，這證明擴(kuò)頻調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)、解擴(kuò)后沒(méi)有恢復(fù)到初始狀態(tài)，這可以說(shuō)明加入高斯白噪聲后，與理想條件下存在這差異，信號(hào)沒(méi)有從中提取出來(lái)。圖513 信源頻譜圖圖514 擴(kuò)頻輸出頻譜圖圖515 調(diào)制輸出頻譜圖圖516 加入噪聲后輸出頻譜圖圖517 解擴(kuò)輸出頻譜圖圖518 解調(diào)輸出頻譜圖仿真結(jié)束后，雙擊模塊的示波器，即可觀察到輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形。其操作跟理想條件一樣。引起無(wú)碼產(chǎn)生的因素有很多，如噪音、交流電火三點(diǎn)造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障等，誤碼率越低表示系統(tǒng)的傳輸準(zhǔn)確性越高。誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度。圖512 系統(tǒng)的誤碼率統(tǒng)計(jì)上述模塊的三個(gè)數(shù)字分別代表的含義為誤碼率、傳輸過(guò)程中錯(cuò)誤的碼元數(shù)、總傳輸碼元數(shù)。以前只有一個(gè)顯示“0”的Display模塊上經(jīng)過(guò)仿真后，出現(xiàn)了三個(gè)數(shù)字。對(duì)比兩個(gè)波形，可以發(fā)現(xiàn)輸入波形與輸出波形一致，這證明擴(kuò)頻調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)、解擴(kuò)后又回復(fù)到了初始狀態(tài)，即證明在理想條件下，系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果，此設(shè)計(jì)可用。設(shè)置完仿真參數(shù)之后，從Simulation中選擇start菜單項(xiàng)或單擊模型編輯窗口中的start simulation命令按鈕，便可啟動(dòng)對(duì)當(dāng)前模型的仿真。在系統(tǒng)仿真前，事先必須對(duì)仿真算法、輸出模式等各種仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。所以我們?cè)诜治隼硐霠顟B(tài)下的仿真時(shí)，應(yīng)該不存在信道噪聲的影響和單頻正弦干擾。圖52 AWGN信道參數(shù)設(shè)置圖示波器：如圖554為示波器參數(shù)的具體設(shè)置。次模塊可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對(duì)信噪比進(jìn)行設(shè)置。表53 BPSK模塊參數(shù)設(shè)置BPSKPhase offset(rad) 0Samples per symbol1信道部分：傳輸信道為加性高斯白噪聲信道。調(diào)制由正弦載波與雙極性擴(kuò)頻碼直接相乘實(shí)現(xiàn)，采用相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)。Convert模塊參數(shù)設(shè)置如圖51截圖所示：圖51 Convert參數(shù)設(shè)置圖調(diào)制部分：使用BPSK方式進(jìn)行調(diào)制、解調(diào)。表51 Bermoulli Binary模塊參數(shù)設(shè)置Bermoulli BinaryProbability of a zero sample timeInitial seed 61擴(kuò)頻部分：從原理圖中可以看出本設(shè)計(jì)將PN序列生成器模塊（PN Sequence Generator）作為為隨機(jī)碼產(chǎn)生器，擴(kuò)頻過(guò)程通過(guò)信源碼與PN碼進(jìn)行雙極性變換后相乘加以實(shí)現(xiàn)。在模塊參數(shù)設(shè)置中將參數(shù)“Probability of a zero”；將“sample time”。 下面接受WCDMA仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程的主要模塊的參數(shù)設(shè)置情況，如圖445的擴(kuò)頻系統(tǒng)模型框圖?；贛ATLAB/Simulink所建立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)波形觀察可以動(dòng)態(tài)地反映擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作過(guò)程，同時(shí)可以進(jìn)行頻譜分析和性能分析等功能。Rate Transition——速率轉(zhuǎn)換器在本設(shè)計(jì)中，用到的伯努力二進(jìn)制發(fā)生器和PN發(fā)生器的速率并不相同，然而在擴(kuò)頻過(guò)程中要求相乘時(shí)數(shù)據(jù)率的傳輸速率要與擴(kuò)頻碼片序列相同，因此用到一個(gè)模塊就是速率轉(zhuǎn)換器。Variance：加性高斯白噪聲信道模塊產(chǎn)生的高斯白噪聲信號(hào)的方差。Symbol period(s)：加性高斯白噪聲信道模塊每個(gè)輸入符號(hào)的周期，單位為秒。Input signal power(watts)：加性高斯白噪聲信道模塊輸入信號(hào)的平均功率，單位為瓦特。SNR(dB)：加性高斯白噪聲信道模塊的信噪比SNR，單位為dB。Mode：加性高斯白噪聲信道模塊中的模式設(shè)定。因此具有良好的可重復(fù)性，便于多次重復(fù)仿真。Initial seed；加性高斯白噪聲信道模塊的初始化種子。加性高斯白噪聲是最簡(jiǎn)單的一種噪聲，它表現(xiàn)為信號(hào)圍繞平均值的一種偽隨機(jī)波動(dòng)過(guò)程。Output data type：決定模塊輸出的數(shù)據(jù)類(lèi)型，默認(rèn)為double。Interpret bitpacked values as signed：有符號(hào)整數(shù)與無(wú)符號(hào)整數(shù)判斷項(xiàng)。Enable bitpacked outputs：選定后激活“umber of packed bits”“Interpret bitpacked values as signed”兩項(xiàng)。Reset on nonzero input：選擇該項(xiàng)之后，PN序列產(chǎn)生器提供一個(gè)輸入端口，用于輸入復(fù)位信號(hào)。 Samples per frame：該參數(shù)用來(lái)確定每幀的抽樣點(diǎn)的數(shù)目。輸入的整數(shù)或二進(jìn)制向量決定了生成的PN序列相對(duì)于初始時(shí)刻的延遲。如果選定Dialog parameter，則可在“Output mask vector(or scalar shift value)”項(xiàng)中輸入；如果選定Input port，則需要在彈出的對(duì)話框中輸入。 Initial states：PN序列產(chǎn)生器中各寄存器的初始狀態(tài)，表示成二進(jìn)制向量。PN序列產(chǎn)生器中包含多個(gè)參數(shù)項(xiàng)。 Interpret vector parameters as 1D：選中該項(xiàng)后，模塊產(chǎn)生一維的輸出序列，否則輸出二維向量。 Framebased outputs：選中該項(xiàng)后，某塊的輸出為幀格式，否則輸出數(shù)據(jù)流，如果選擇了該選項(xiàng)，就不能再選擇對(duì)話框下面的參數(shù)“Interpret vector parameters as 1D”。當(dāng)使用相同的隨機(jī)數(shù)種子時(shí)，二進(jìn)制伯努力序列產(chǎn)生器每次都會(huì)產(chǎn)生相同的二進(jìn)制序列，不同的隨機(jī)數(shù)種子通常產(chǎn)生不同的序列。 Probability of a zero：模塊產(chǎn)生的二進(jìn)制序列中出現(xiàn)0的概率，是介于0~1的某個(gè)實(shí)數(shù)，該參數(shù)可以是向量的形式。模塊的輸出可以是幀結(jié)構(gòu)的矩陣，也可以是數(shù)據(jù)流形式的行或列向量或一維數(shù)組。 +1 1（a）信息 1 1 1 +1 1 +1 +1 1 1 1 +1 1 +1 +1（b）PN序列（c）擴(kuò)頻序列（d）本地PN序列（e）輸出數(shù)據(jù)圖46 信息數(shù)據(jù)的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)對(duì)于干擾和噪聲信號(hào)，由于與為隨機(jī)碼不相關(guān)，在相關(guān)解擴(kuò)器的作用下，相當(dāng)于進(jìn)行了一次擴(kuò)頻，其頻譜密度降低，這樣就大大降低了進(jìn)入信號(hào)同頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比和信干比提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。在收端，擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被恢復(fù)；信息碼經(jīng)調(diào)制、擴(kuò)頻傳輸、解調(diào)然后恢復(fù)的過(guò)程，類(lèi)似與PN碼進(jìn)行了二次“模二相加”的過(guò)程。其仿真模型如圖43所示：圖43 擴(kuò)頻部分的仿真模型擴(kuò)頻后的信號(hào)經(jīng)由BPSK模塊調(diào)制，然后經(jīng)過(guò)AWGN信道，如圖44所示：圖44 AWGN信道模型最后經(jīng)過(guò)解擴(kuò)得到原來(lái)的波形，整個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)總圖的模型如圖45所示：圖45 擴(kuò)頻系統(tǒng)總圖 解擴(kuò)與檢波直接序列擴(kuò)頻的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)過(guò)程見(jiàn)圖46所示。為了保證解擴(kuò)出相應(yīng)的信息，要求解擴(kuò)時(shí)使用的PN碼和擴(kuò)頻時(shí)使用的一致。鑒于噪聲的為隨機(jī)性，我們可以說(shuō)它具有近似噪聲的性能。擴(kuò)頻通信正是利用帶寬的擴(kuò)展來(lái)降低對(duì)信噪比的要求，如此一來(lái)就可以大大提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。即可以通過(guò)增加頻帶寬度來(lái)降低信噪比。香農(nóng)公式為： （41）其中，C為信道容量，W為信號(hào)頻譜帶寬，P為信號(hào)功率，N為白噪聲功率。最終經(jīng)信息解調(diào)，回復(fù)成原始的信息輸出。展寬以后的信號(hào)被調(diào)制到射頻發(fā)送出去。 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)模型擴(kuò)頻通信系統(tǒng)主要組成分為7個(gè)部分，分別為信源部分、擴(kuò)頻部分、調(diào)制部分、信道傳輸部分、解調(diào)部分、解擴(kuò)部分和信宿部分。 對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。Simulink可以連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率 系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。如圖41所示：模型構(gòu)建和定義+模型的分析