【正文】 要在人周圍的家庭、辦公室以及熱點地區(qū)建立一個通用的信息環(huán)境，使每個人都可以根據需要以各種方式獲得信息。前者關注新技術的應用，例如多載波調制技術，即OFDM，是一種傳輸高速數(shù)據的有效調制方案，被認為有望成為 4G 的標準調制技術。超寬帶（UWB ）技術以及軟件無線電（SDR）技術在無線網絡集成方面也起著重要的作用。 [1] 本課題研究的主要內容沈陽理工大學學士學位論文3擴頻通信技術是一種新的信息傳輸方式，原理是其信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數(shù)據。沈陽理工大學學士學位論文42 擴頻通信相關理論 擴頻通信的相關原理 擴頻通信的理論基礎擴頻通信與光纖通信和衛(wèi)星通信一起被譽為信息時代三大高技術通信傳輸方式。頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成的，用編碼及調制的方法來實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數(shù)據。例如人類的語言的信息帶寬為300Hz—3400Hz，為了充分利用頻率資源，通常都是盡量采用大體相當?shù)膸挼男盘杹韨鬏斝畔?。如用調幅信號來傳送語音信息，其帶寬為語言信息帶寬的兩倍；電視廣播射頻信號帶寬也只是其視頻信號帶寬的一倍多。一半的調頻信號，或脈沖編碼調制信號，它們的帶寬與信息帶寬之比也只有幾到十幾。采用擴頻碼序列調制的方式來展寬信號頻譜我們知道，在時間上有限的信號，其頻譜是無線的。信號的頻帶寬度與其持續(xù)時間近似成反比。因此，如果用限窄的脈沖序列被所傳信息調制，則可產生很寬頻帶的信號。這種很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列。擴頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用。在擴頻通信中接收端則用與發(fā)送端相同的擴頻碼序列與收到的擴頻信號進行相關解調，恢復所傳的信息。即把擴展以后的信號又恢復成原來所傳的信息。弄清楚擴頻和解擴處理的機制，是理解擴頻通信本質的關鍵所在。為什么要用這樣寬頻帶的信號來傳送信息呢? 簡單的回答就是主要為了通信的安全可靠。它表明了擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。因此，處理增益是擴頻系統(tǒng)的一個重要性能指標。為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數(shù)目，人們廣泛選擇不同調制方式，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等),和壓縮頻帶等措施,同時力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘栒加帽M量窄的帶寬。而擴頻通信的 Gp 值,高達數(shù)百、上千 ,稱為“寬帶通信”。信息論中關于信息容量的香農( Shannon)公式為:C=Wlog2 (1+P/N ) （）見式（），C 為信道容量(用傳輸速率度量)，W 為信號頻帶寬度，P 為信號功率, N 為白噪聲功率。即可通過增加頻帶寬度的方法,在較低的信噪比 P /N (S /N)情況下傳輸信息。 [3]沈陽理工大學學士學位論文6 擴頻通信主要性能指標處理增益和抗干擾容限是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要性能指標。因此，處理增益 G 反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。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。 [4] 數(shù)字調制技術直接擴頻之后的信號為數(shù)字基帶信號，數(shù)字基帶信號是低通型信號，其功率譜集中在零頻附近，它可以直接在低通型信道中傳輸。因此，在發(fā)送端需要把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到帶通信道的通帶范圍內，以便信號在帶通型信道中傳輸，這個頻譜的搬移過程稱為數(shù)字調制。調制的目的是實現(xiàn)頻譜的搬移，而實現(xiàn)頻移搬移的方法是用基帶信號去控制正弦波的某個參量，使這個參量隨基帶信號的變化而變化。由于數(shù)字信息只有離散的有限種取值，所以調制后的載波參量也只有離散的有限沈陽理工大學學士學位論文7種取值，數(shù)字調制的過程就像用數(shù)字信息去控制開關一樣，從幾個具有不同參量的獨立振蕩源中選擇參量，所以常把數(shù)字調制稱為“鍵控”。如在二進制中,發(fā) 0 時不發(fā)送載波,發(fā) 1 時發(fā)送載波。振幅鍵控實現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差。當數(shù)字信號的振幅為正時載波頻率為 f1，當數(shù)字信號的振幅為負時載波頻率為 f2。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控。當數(shù)字信號的振幅為正時，載波起始相位取 0；當數(shù)字信號的振幅為負時,載波起始相位取 180176。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調。圖 　數(shù)字擴頻通信系統(tǒng)基本框圖圖 所示為一個數(shù)字擴頻通信系統(tǒng)的基本框圖。在擴頻通信系統(tǒng)中除去了這些單元外, 應該用了相同的偽隨機序列發(fā)生器,分別作用在發(fā)送前端的調制器與接收前端的解調器。 擴頻通信實現(xiàn)方法擴頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)射端增加了擴頻調制，而在接收端沈陽理工大學學士學位論文8增加了擴頻解調的過程，擴頻通信按照其工作方式不同主要分為直接序列擴頻系統(tǒng)、跳頻擴頻系統(tǒng)、跳時擴頻系統(tǒng)、現(xiàn)行調頻系統(tǒng)和混合調頻系統(tǒng)。下圖 所示為直接序列擴頻系統(tǒng)的原理框圖。在接收端，接收到的擴頻信號經高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機序列對擴頻調制信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復為信息序列的頻帶，然后進行解調，恢復出所傳輸?shù)男畔ⅰ?[8] 擴頻通信系統(tǒng)的特點 性抗干擾強由于擴頻信號的不可預測性，擴頻系統(tǒng)具有很高的抗干擾能力。沈陽理工大學學士學位論文9 低截獲性擴頻信號的功率相當于均勻地被分布在很寬的頻帶上，以至于被傳輸信號的功率密度很低，使偵察接收機難以檢測到。 抗多路徑干擾性能好多路徑干擾是由于在電波傳播過程中，遇到各種非期望反射體（如電離層、高山、建筑物等）引起反射或散射。多路徑干擾在雷達和通信中都有嚴重影響。 保密性好在一定的發(fā)射功率下，由于擴頻信號分布在很寬的頻帶內，無線信道中有用信號功率譜密度極低，這樣信號可以再強噪聲背景下，甚至是有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，想進一步檢測出信號的特征參數(shù)就更難了。 [5]沈陽理工大學學士學位論文103 MATLAB 簡介MATLAB 語言是當今國際上科學界最具影響力、也是最有活力的軟件。它提供了強大的科學運算、靈活的程序設計流程、高質量的圖形可視化與界面設計、便捷的與其他程序和語言接口的功能。MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據可視化、數(shù)據分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境。 MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。MATLAB 提供了很多用于記錄和分享工作成果的功能。MATLAB 對整個數(shù)據分析過程提供支持，該過程從外部設備和數(shù)據庫獲取數(shù)據，通過對其進行預處理、可視化和數(shù)值分析，最后到生成質量達到演示要求的輸出。 EISPACK 是特征值求解的FOETRAN 程序庫，LINPACK 是解線性方程的程序庫。到 70 年代后期，身為美國 New Mexico 大學計算機系系主任的 Cleve Moler 在給學生講授線性代數(shù)課程時，想教學生使用 EISPACK 和 LINPACK 程序庫，但他發(fā)現(xiàn)學生用 FORTRAN 編寫接口程序很費時間，于是他開始自己動手,利用業(yè)余時間為學生編寫沈陽理工大學學士學位論文11EISPACK 和 LINPACK 的接口程序。在以后的數(shù)年里，MATLAB 在多所大學里作為教學輔助軟件使用，并作為面向大眾的免費軟件廣為流傳。John Little 敏銳地覺察到 MATLAB 在工程領域的廣闊前景。這一代的 MATLAB 語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據圖示化的功能。在當今 30 多個數(shù)學類科技應用軟件中，就軟件數(shù)學處理的原始內核而言，可分為兩大類。MathWorks 公司順應多功能需求之潮流，在其卓越數(shù)值計算和圖示能力的基礎上，又率先在專業(yè)水平上開拓了其符號計算、文字處理、可視化建模和實時控制能力，開發(fā)了適合多學科，多部門要求的新一代科技應用軟件 MATLAB。在 MATLAB 進入市場前，國際上的許多軟件包都是直接以 FORTRANC 語言等編程語言開發(fā)的。MATLAB 的出現(xiàn)，為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。時至今日，經過 MathWorks 公司的不斷完善，MATLAB 已經發(fā)展成為適合多學科，多種工作平臺功能強大的大型軟件。在歐美等高校，MATLAB 已經成為線性代數(shù)，自動控制理論，數(shù)理統(tǒng)計，數(shù)字信號處理，時間序列分析，動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生，碩士生，博士生的基本技能。MATLAB 的含義是矩陣實驗室（MATRIX LABORATORY） ，主要用于方便矩陣沈陽理工大學學士學位論文12的存取，其基本元素是無須定義維數(shù)的矩陣。MATLAB 進行數(shù)值計算的基本單位是復數(shù)數(shù)組（或稱陣列） ，這使得 MATLAB高度“向量化 ”。由于它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制、優(yōu)化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。MATLAB 的基本數(shù)據單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得 MATLAB 也加入了對 C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA 的支持。 MATLAB 的組成 MATLAB 是所有 mathworks 公司產品的基石，它提供了高級科學計算語言，是進行數(shù)據分析算法開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，具有數(shù)值計算，圖形繪制，程序設計等功能。 工具箱是針對解決特定種類問題而特別制作的一系列 MATLAB 函數(shù)庫，它只有開放性和可擴展性，用戶甚至可以加入自己的工具箱。它把模塊圖形界面和 MATLAB 主要數(shù)值、圖形和語言函數(shù)有效的組合起來，從而具有生動的建模能力。 Simulink 簡介沈陽理工大學學士學位論文13Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個集成環(huán)境，廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink 的主要特點在于使用戶可以通過簡單的鼠標操作和拷貝等命令建立起直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數(shù)，并可以馬上看到改變參數(shù)后的結果，從而達到方便，快捷地建模和仿真的目的。 這樣就可打開了 Simulink 的 Simulink Library Brower(庫模塊瀏覽器)，如圖 所示。在建立了空的模塊窗口后，用戶可以在此窗口中創(chuàng)建自己需要的 Simulink 模型。輸入模塊：即信號源模塊，包括常數(shù)字信號源和用戶自定義信號；狀態(tài)模塊：即被模擬的系統(tǒng)模塊，是系統(tǒng)建模的核心和主要部分；輸出模塊：即信號顯示模塊，它能夠以圖形方式、文件格式進行顯示。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件，其中部分工具采用的是圖形用戶界面。隨著MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調試系統(tǒng)，程序不必經過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序(M 文件)后再一起運行。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。 強大的科學計算機數(shù)據處理能力MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而且經過了各種優(yōu)化和容錯處理。在計算要求相同的情況下，使用沈陽理工大學學士學位論文15MATLAB 的編程工作量會大大減少。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。新版本的 MATLAB 對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據的表現(xiàn)等） ，MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。另外新版本的MATLAB 還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。一般來說，他們都是由特定領域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。 實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉換為獨立于 MATLAB 運行的 C 和 C++代碼。另外，MATLAB 網頁服務程序還容許在 Web 應用中使用自己的 MATLAB 數(shù)學和圖形程序。 語言簡潔緊湊庫函數(shù)極其豐富MATLAB 程序書寫形式自由，利用起豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務，壓縮了一切不必要的編程工作。可以說，用 MATLAB 進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。例如，如果用戶想求解一個線性代數(shù)方程，就得編寫一個程序塊讀入數(shù)據，然后再使用一種求解線性方程的