【正文】 （ 2） 雙蹤示波器參數(shù)設(shè)置操作 雙蹤。鼠標(biāo)右鍵點擊示波器顯示窗口，從彈出菜單選擇“ Autoscale”，或直接點擊圖標(biāo)“ ”，可在響應(yīng)曲線顯示后自動調(diào)整縱坐標(biāo)范圍；從彈出的菜單選擇“ Save current axes settings”，或直接點擊圖標(biāo)“ ”，將當(dāng)前坐標(biāo)軸范圍的設(shè)置數(shù)據(jù)存儲。用于設(shè)置顯示坐標(biāo)窗口數(shù)、顯示時間范圍、標(biāo)記和顯示頻率或采樣時間等。單蹤示被器指顯示輸入信號 (可以有多個輸入信號 )與時間關(guān)系的設(shè)備，雙蹤示波器指顯示兩個輸入信號之間關(guān)系的設(shè)備。 2) 示波器參數(shù)設(shè)置 當(dāng)采用示波器顯示仿真曲線時，需對示波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。高級屬性頁面用于模型參數(shù)的在線組態(tài)和優(yōu)化操作。 工 作空間輸入輸出頁面用于將仿真操作窗口的仿真結(jié)果送 (寫 )到 MATLAB 工作空間，或?qū)?shù)據(jù)從工作空間讀到仿真操作窗口。 圖 55 仿真器參數(shù)設(shè)置對話框 解算器頁面用于設(shè)置仿真開始和終止時間，解算器類型 (定步長和變步長兩類 )和具體的解算算法、最大最小步長和初始步長、容許誤差 (相對和絕對誤差 )、輸出方式和精細(xì)因子設(shè)置等。 1) 仿真器參數(shù)設(shè)置 點擊圖 53 操作畫面“ Simulation”下拉式菜單“ Simulation Parameters… ”選項，彈出如圖 56 所示的仿真參數(shù)設(shè)置畫面 。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 26 在仿真操作前，應(yīng)設(shè)置仿真操作的參數(shù)。例如傳遞函數(shù)參數(shù)框由分子和分母多項式兩個編輯框組成，在分子多項式框中，用戶可輸入系統(tǒng)模型的分子多項式，在分母多項式框中，輸入系統(tǒng)模型的分母多項式等。功能模塊對話框由功能模塊說明和參數(shù)設(shè)置框組成。不同功能模塊的參數(shù)是不相同的，用鼠標(biāo)雙擊該功能模塊自動彈出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對話框 。 連接時，應(yīng)注意下列幾點： 1） 從功能模塊輸出端連接 到另一功能模塊的輸入端，也可從一個功能模塊輸入端反向連接到另一個功能模塊的輸出端； 2） 一個輸出端連接多個輸入端時，可采用從 — 個功能模塊輸入端連接到另一個功能模塊輸出端的方法，或直接與該功能模塊輸出端的引出線連接。執(zhí)行 Simulink 的模塊庫瀏覽器的菜單“ File” /“ New”/“ Model”命令，或單擊工具欄上的“ ”圖標(biāo)，或采用快 捷鍵 [Ctrl+N]都可打開模型編輯窗口，如圖 53 所示 1. 功能模塊的連接 圖 52 Simulink 的模塊庫瀏覽器 圖 53 模型編輯窗口 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 25 根據(jù)仿真系統(tǒng)框圖，用鼠標(biāo)點擊并移動所需功能模塊到合適的位置，將鼠標(biāo)移到有關(guān)功能模塊的輸出端 (有一個向外的箭頭 )，選中該輸出端并移動鼠標(biāo)到另 — 個功能模塊的輸入端(有 — 個向內(nèi)的箭頭 )，移動時出現(xiàn)虛線．到達(dá)所需輸入端時，釋放鼠標(biāo)左鍵，相應(yīng)的連接線出現(xiàn)，表示該連接已完成。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。仿真的結(jié)果還可以存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時，就可觀看到仿真結(jié)果。在定義完一個模型后，用戶可以通過 SIMULINK 的菜單或 MATLAB的命令窗口 鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。在 SIMULINK 環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地 “畫 ”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。菜單欄和工具欄操作方法和其它應(yīng)用程序中的操作方法相同。 從圖 51 中可以看到 MATLAB 的啟動界面主要包括六部分：標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、Command Window（命令窗口）、 Workspace（工作窗口）、 Command History（歷史命令窗口）及 Start（項目啟動菜單）。 MATLAB 的基本操作 在桌面上雙擊 的“啟動”圖標(biāo)后將啟動 MATLAB。而在用MATLAB 函數(shù)的仿真中，函數(shù)按照數(shù)據(jù)流的順序依次執(zhí)行，意味著所處理的數(shù)據(jù)，首先要經(jīng)過一個運算階段，然后再激活下一個階段，這種仿真被稱為數(shù)據(jù)流仿真。在用 SIMULINK 模塊框圖的仿真中，每個模塊，在每個時間步長上執(zhí)行一次，就是說，所有 的模塊在每個時間步長上同時執(zhí)行。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來十分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計和運算的需要。較為常見的 MATLAB 工具箱有：控制系統(tǒng)工具箱、系統(tǒng)辯識工具箱、多變量頻率設(shè)計工具箱、分析與綜合工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、最優(yōu)化工具箱 、信號處理工具箱、模糊推理系統(tǒng)工具箱，以及通信工具箱等。 目前 MATLAB 已經(jīng)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。一旦捕獲到有用信號后，則起動跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN碼發(fā)生器與外來信號保持同步 5. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 矩陣實驗室（ MATLAB:Matrix Laboratory）是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式的程序語接收信號 圖 45 同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖 輸出出 寬帶濾波器 碼跟蹤器 PN碼發(fā)生器 壓控鐘源 搜捕器件 解調(diào)器 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 22 言。 圖 45 為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖，圖中接收到的信 號經(jīng)寬帶濾波器后，在乘法器中與本地 PN 碼進(jìn)行相關(guān)運算。 如果由于采種原因引起失步，則重新開始新的一輪搜捕和跟蹤過程。 2. 一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。同步過程一般說來包含兩個階段： 1. 接收機在一開始并不知道對方是否發(fā)送了信號，因此，需要有一個搜捕過程，即在一定的頻率和時間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號。 因此，只靠提高頻率源的穩(wěn)定度是不夠的，需要采取進(jìn)一步提高同步速率和精度的方法。 2. 收發(fā)信 機相對不穩(wěn)定性引起的頻差 。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 21 一般說來，在發(fā)射機和接收機中采用精確的頻率源，可以去掉大部分頻率和相位的不確定性。常見的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環(huán)來實現(xiàn)載頻同步。信息碼元時鐘可以和 PN 碼元時鐘聯(lián)系起來，有固定的關(guān)系，一個實現(xiàn)了同步，另一個自然也就同步了?？梢哉f沒有同步就沒有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。一個相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實現(xiàn)信息碼元同步、 PN 碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。 擴(kuò) 頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號的傳輸，要求收發(fā)兩端信號在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。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。 用直擴(kuò)信號來測取和定時有獨特的優(yōu)點。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。 因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。這就是利用 PN 碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過半個PN碼時片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來對待。 直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強的直達(dá)路徑的電波上。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。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。 3. 是同時通話的用戶數(shù)，決定于整個網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 所謂“遠(yuǎn)一近”問題指的是距離近的用戶的信號強，它會干擾距離遠(yuǎn)的弱信號的接收。 Gold 碼就 可以作為地址碼來用，它既有較優(yōu)良的相關(guān)特性，也有足夠的數(shù)量可供選。 一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。另外，每個用戶占用的頻寬很窄，相對說來，頻譜利用率也是高的。其次，利用直擴(kuò)信號中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻帶。首先，利用直擴(kuò)信號中 PN碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每 個用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來的信號，此時自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一個多址通信系統(tǒng) (網(wǎng) )。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號的檢測與估值問題。另外，由于直擴(kuò)信號的寬頻帶特性，截獲時需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測，也是困難之一。因此，它具有很強的抗截獲性。 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。由于有用信號能順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。圖 44（ a）為解擴(kuò)前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地擴(kuò)頻碼（ PN 碼）是不相關(guān)的。由于解擴(kuò)后必然連接窄帶濾波器，保證信號能順利通過， 對信號頻帶之外的各種干擾起到很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。 這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號不相關(guān)的，在 CDMA 通信網(wǎng)中，其它用戶的信號就是一種寬帶干擾。直擴(kuò)系統(tǒng)對窄帶干擾、寬帶干擾等，都具有抗干擾能力，其抗干擾能力大小就是前面提出 的擴(kuò)頻處理增益 PG ， PG 越大，抗干擾能力就越強。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。濾除不相關(guān)的各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出原始信息。因此相關(guān)器的輸出的中頻相位如圖 42 中的（ 8）所示。 相關(guān)器的作用在這里可等效為對輸入相關(guān)器的 ??1st 、 ??2st相位進(jìn)行模 2 加。接收端本地調(diào)相情況與發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號是 p（ t），即調(diào)相器輸出信號 ??2st的相位僅取決于 p（ t），當(dāng) p（ t） =1 時， ??2st的相位為 ? ；當(dāng) p（ t） =0 時， ??2st的相位為0。接收機中的本振信號頻率與載波相差為一個固定的中頻。這里不考慮信道衰減問題，因為對 PSK 調(diào)制信號而言，重要的是相位問題，這里的假定對分析工作原理是不受影響的。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 42 中的第（ 6）個圖所示。圖 42 中的第（ 5）個圖為已調(diào)波 ??1st 的波形。但圖 42 中（ 4）示出的載波波形 cT =寬度為 pT ，這是為了便于看清楚一些，否則要在一個 pT期間內(nèi)畫幾十個甚至幾百個正弦波。 ??1st 通過發(fā)射機中推動級、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。所謂調(diào)制，就是指相乘過程，可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器（或平衡調(diào)制器），最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將 c（ t）與載頻 1cosAt? 相乘，輸出為 ??1st 。 經(jīng)過擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號在信道上有效的傳輸。顯然，包含信碼的 c（ t）其碼元寬度已變成了 pT ，即已進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。 c（ t）的波形如圖 42 所示中的第（ 3）個波形。通常在 DS 系統(tǒng)中，偽碼的速率 pR 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率 mR ，即 ? ? ? ? ? ?c t m t p t??pR mR ，也就是說，偽碼的寬度 pT 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度 bT ，即 pT bT ，這樣才能展寬頻譜。加入擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中為模 2 加法器，擴(kuò)頻碼為一個偽隨機碼（ PN 碼），記作 p（ t）。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始信息。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息 )的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍 、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。 系統(tǒng)的抗干擾容限 jM 定義如下： 0j P SSM G LN????? ? ????????? (48) 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 15 式中：（ S/N）。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與 PG有關(guān)。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號帶寬比例有關(guān)。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。它同樣指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好 處。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 14 柯捷爾尼可夫在其潛在抗干擾性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式 0ef Ep n??? ???? （ 42） 此公式指出，差錯概率 Pe 是信號能量 E與噪聲功率譜密度 on 之比的函數(shù)。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率 C一定時，信號帶寬 B 和信噪比 S/N 是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率 甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點來說明： 根據(jù) 香 農(nóng) ()在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式， 香 農(nóng)公式： 2l o g (1 )SCB N?? （ 41） 式中： C信息的傳輸速率 （信道容量） 單位 b/s； S信號 平均 功率 單位 W； B頻帶寬度 單位 Hz； N噪聲 平均 功率 單位 W。但擴(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴(kuò)頻