直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究—畢業(yè)論文

1、直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 第一章 緒 論21.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)展概述21.2 仿真軟件MATLAB概述32.1 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)32.2擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分類52.2.1 直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)52.2.2 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)62.2.3頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)7第3章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分析83.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型83.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾性能分析9第4章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能分析仿真104.1 抗正弦干擾仿真及結(jié)果分析104.1.1 建立抗正弦干擾仿真模型104.2 抗窄帶干擾仿真及結(jié)果分析114.2.1 建立抗窄帶干擾仿真模型114.2.2 仿真結(jié)果及其分析1

2、2 人類社會(huì)進(jìn)入到了信息社會(huì)，通信現(xiàn)代化是人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代的重要標(biāo)志。擴(kuò)頻通信技術(shù)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的一種新興的通信方式，其較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能以及頻譜利用率高、多址通信等諸多優(yōu)點(diǎn)越來越為人們所認(rèn)識(shí)，并被廣泛地應(yīng)用于軍事通信和民用通信的各個(gè)領(lǐng)域，從而推動(dòng)了通信事業(yè)的發(fā)展。文中主要闡述了擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論依據(jù)和基本概念，結(jié)合擴(kuò)頻通信技術(shù)的分類和原理簡(jiǎn)單介紹了直接序列擴(kuò)展頻譜、跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)。并以偽隨機(jī)碼序列作為擴(kuò)頻函數(shù)的直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的模型為例，重點(diǎn)討論其抗干擾能力，并在此理論基礎(chǔ)上建立起直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗正弦干擾、抗窄帶干擾的仿真模型。

3、最后，簡(jiǎn)單概述了擴(kuò)頻通信的發(fā)展趨勢(shì)，及它的兩個(gè)主要應(yīng)用。關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信, 直接序列擴(kuò)頻通信, 抗干擾, 仿真 第一章 緒 論1.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)發(fā)展概述擴(kuò)頻通信(spread spectrum communication)是近幾年內(nèi)迅速發(fā)展起來的一種通信技術(shù)。在早期研究這種技術(shù)的主要目的是為提高軍事通信的保密和抗干擾的性能，因此這種技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用一直是處于保密狀態(tài)。美國在20世紀(jì)50 年代中期，就開始了對(duì)擴(kuò)頻通信的研究，當(dāng)時(shí)主要側(cè)重在空間探測(cè)、衛(wèi)星偵察和軍用通信等方面。以后，隨著民用通信的頻帶擁擠日益嚴(yán)重，又由于近代微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，與擴(kuò)頻通信

4、有關(guān)的器件的成本大大地降低，從而進(jìn)一步推動(dòng)了擴(kuò)頻通信在民用領(lǐng)域的發(fā)展金額應(yīng)用，而且也使擴(kuò)頻通信的理論和技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。目前在軍事上，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)通信的系統(tǒng)中，成為電子戰(zhàn)中反干擾的一種重要的手段。擴(kuò)頻技術(shù)在軍事應(yīng)用上的最成功的范例可以以美國和俄國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS和GLONASS)以及美軍的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)分布系統(tǒng)(JTIDS)為代表；GPS和GLONASS在民用上也都得到了廣泛的應(yīng)用，這些系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)就是擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻的碼分多址技術(shù)應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信中時(shí)，大大降低了噪聲和衰落的影響，同時(shí)還避免了復(fù)雜的頻率分配和時(shí)隙劃分等技術(shù)上的困難，并可以省去保護(hù)頻帶或時(shí)隙，極大

5、地提高了蜂窩通信系統(tǒng)中小區(qū)的頻率復(fù)用度，使信號(hào)頻譜利用率得到提高。1990年1月，國際無線電咨詢委員會(huì)(CCIR,現(xiàn)為ITUR)在研究未來民用陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的計(jì)劃報(bào)告中已明確地建議采用擴(kuò)頻通信技術(shù)。美國已制定出了基于CDMA蜂窩技術(shù)的IS-95標(biāo)準(zhǔn)，Samsung、Motorola等公司也已相繼推出了各自的CDMA移動(dòng)通信商用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)已開通運(yùn)行，并取得了良好的效果。擴(kuò)頻技術(shù)由于其本身具備的優(yōu)良性能而得到廣泛應(yīng)用，到目前為止，其最主要的兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域仍是軍事抗干擾通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)，而跳頻系統(tǒng)與直擴(kuò)系統(tǒng)則分別是在這兩個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式。一般而言，跳頻系統(tǒng)主要在軍事通信中對(duì)抗故意干擾，在衛(wèi)星通

6、信中也用于保密通信，而直擴(kuò)系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。面對(duì)全世界范圍內(nèi)對(duì)移動(dòng)通信日益增加的要求，CDMA將是無線通信中最主要的多址介入手段。在本世紀(jì)，擴(kuò)頻技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。從擴(kuò)頻技術(shù)的歷史可以看出，每一次技術(shù)上的大發(fā)展都是由巨大的需求驅(qū)動(dòng)的。軍事通信抗干擾的驅(qū)動(dòng)以及個(gè)人通信業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)使得擴(kuò)頻技術(shù)的抗干擾性能和碼分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未來，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)的驅(qū)動(dòng)無疑會(huì)使擴(kuò)頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。1.2 仿真軟件MATLAB概述MATLAB原意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室MATrixLABoratory”，它是目前控制界國際上最流行的軟件，它除了傳統(tǒng)的交互式編程之外，

7、還提供了豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)和圖象處理、Windows編程等便利工具。MATLAB還配備了大量工具箱，特別是還提供了仿真工具軟件SIMULINK。MATLAB在80年代一出現(xiàn)，首先是在控制界得到研究人員的矚目。隨著MATLAB軟件的不斷完善，特別是仿真工具SIMULINK的出現(xiàn)，使MATLAB的應(yīng)用范圍越來越廣。隨著MATLAB庫函數(shù)和仿真工具箱的不斷擴(kuò)充，使其在系統(tǒng)仿真與分析、信號(hào)處理、圖像處理等方面的應(yīng)用越來越廣泛。MATLAB 具有 3 大特點(diǎn)：（1）功能強(qiáng)大，包括數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果和編程可視化，數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理，離線和在線皆可計(jì)算；（2）面友好，語言自然。MA

8、TLAB 以復(fù)數(shù)矩陣為計(jì)算單元，指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近；（3）開放性強(qiáng)。MATLAB 有很好的可擴(kuò)充性，可以把它當(dāng)作一種更高級(jí)的語言去使用，可容易地編寫各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序。正是由于 MATLAB 的這些特點(diǎn)，使它獲得了對(duì)應(yīng)用學(xué)科（特別是邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科）的極強(qiáng)適應(yīng)力，并很快成為應(yīng)用學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)、仿真、教學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件，成為歐美高等院校、科研機(jī)構(gòu)教學(xué)與科研必備的基本工具。在 MATLAB 中，Simulink 是一個(gè)比較特別的工具箱，它具有兩個(gè)顯著的功能：Simu（仿真）與 Link（鏈接），是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個(gè)集成環(huán)境。具有模塊化、

9、可重載、可封裝、面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點(diǎn)，可大大提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性；同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展了 MATLAB 的功能，可實(shí)現(xiàn)多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink 提供了友好的圖形用戶界面（GUI），模型由模塊組成的框圖來表示，用戶建模通過簡(jiǎn)單的單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)的動(dòng)作就能完成。Simulink 的模塊庫為用戶提供了多種多樣的功能模塊，其中有連續(xù)系統(tǒng)（Continuous）、離散系統(tǒng)（Discrete）、非線性系統(tǒng)（Nonlinear）等幾類基本系統(tǒng)構(gòu)成的模塊，以及連接、運(yùn)算模塊。而輸入源模塊（Sources）和接收模塊（Sinks）則為模型仿真提供了信號(hào)源和結(jié)果輸出設(shè)備。本文就是利用

10、編制MATLAB仿真m文件進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能仿真及其分析。 第2章 擴(kuò)頻通信及其分類2.1 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)在傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)中，信號(hào)的格式的設(shè)計(jì)是：在保證通信質(zhì)量的前提下，為了在系統(tǒng)所能使用的射頻頻帶中能盡可能多地傳輸信息，所以要求信號(hào)的帶寬不要過寬，一般信號(hào)帶寬與信息的帶寬是接近的，傳統(tǒng)的無線電通信系統(tǒng)就是采用這種窄帶信號(hào)(Sn)概念的系統(tǒng)，稱之為窄帶系統(tǒng)。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，信號(hào)格式的設(shè)計(jì)思想與窄帶概念是信息論的奠基者Claude E.Shannon在20世紀(jì)40年代提出的。根據(jù)無線傳輸信道容量的理論公式：式中：C是信道可能傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾剩葱诺廊萘?；W為信道帶寬；N

11、為白噪聲的平均功率；P是信號(hào)的平均功率。從上式中可以看出：在信噪比很小的條件下，可以用增加帶寬的辦法來提高系統(tǒng)的抗干擾性能，以保證信道容量不變。換句話講，在信道容量相同的條件下，寬帶系統(tǒng)比窄帶系統(tǒng)的抗干擾性能要好，所以當(dāng)信噪比太小而且不能保證通信質(zhì)量時(shí)，可以采用增加帶寬的方法來改善通信質(zhì)量。由于擴(kuò)頻技術(shù)在傳輸擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，并不增加發(fā)射信號(hào)的平均功率，僅是將要傳輸?shù)男盘?hào)的頻帶擴(kuò)展后，再進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｒ虼藬U(kuò)頻通信系統(tǒng)在信道上傳輸?shù)男盘?hào)功率譜密度就很低。這種系統(tǒng)可以在信噪比很小的情況下，甚至在信號(hào)已被噪聲淹沒的情況下，仍可保持可靠的通信。另外，根據(jù)柯捷爾尼可夫關(guān)于信息差錯(cuò)傳輸概率的公式為：式中：為差錯(cuò)概

12、率，E為信號(hào)能量，N0為噪聲功率譜密度。式中：為T為信息持續(xù)時(shí)間，F(xiàn)為信息帶寬因此，可通過提高處理增益GP降低對(duì)S/N的要求，在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)是傳輸信息所用的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬，也因?yàn)槿绱?，擴(kuò)頻通信具有一些其它通信方式無法比擬的優(yōu)越性：（1）擴(kuò)頻通信最為顯著的優(yōu)越性是其極強(qiáng)的抗干擾性。理論上講它可以在信噪比為負(fù)值，即信號(hào)被噪聲淹沒的情況下，將信號(hào)提取出來。對(duì)于單頻及多頻都有比較強(qiáng)的抑制作用，即使采用同類型的信號(hào)干擾，也由于擴(kuò)頻碼序列之間的不相關(guān)性，干擾不起太大作用。（2）擴(kuò)頻通信的另一個(gè)優(yōu)越性是其隱蔽性好。由于擴(kuò)頻信號(hào)的頻帶較寬，所以信號(hào)的功率譜密

13、度很低，敵方不容易發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，在戰(zhàn)爭(zhēng)中，擴(kuò)頻信號(hào)的被截獲率很低，可以進(jìn)行隱蔽通信。從民用通信方面來說，由于擴(kuò)頻信號(hào)的隱蔽性好，它對(duì)目前使用的各中窄帶通信系統(tǒng)干擾很小。理論和實(shí)驗(yàn)證明，在原有的窄帶通信的頻帶內(nèi)同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)頻通信，不需要分配另外的頻段，即可實(shí)現(xiàn)。（3）擴(kuò)頻通信可以很容易地實(shí)現(xiàn)碼分多址，提高頻帶的利用率。由于擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，利用不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)越的自相關(guān)性和互相關(guān)性，對(duì)不同的用戶分配不同的碼型，使多個(gè)用戶公用一個(gè)寬頻帶，提高了系統(tǒng)的容量。同時(shí)還有利于組網(wǎng)、選呼、增加保密性及解決新用戶隨時(shí)入網(wǎng)的問題。除此之外，擴(kuò)頻通信還具有良好的抗多經(jīng)干擾的能力，使無線

14、通信的性能變得更加可靠。除通信以外，擴(kuò)頻系統(tǒng)還可用于定時(shí)、定位及測(cè)距，應(yīng)用在導(dǎo)航、雷達(dá)等系統(tǒng)中。2.2擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分類擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是在發(fā)信機(jī)部分如何產(chǎn)生寬帶的擴(kuò)頻信號(hào)，在收信機(jī)部分如何解調(diào)擴(kuò)頻信號(hào)。根據(jù)通信系統(tǒng)產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)的方式，可以分為下列幾種。2.2.1 直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常簡(jiǎn)稱為直接序列系統(tǒng)或直擴(kuò)系統(tǒng)，是用待傳輸?shù)男畔⑿盘?hào)與高速率的偽隨機(jī)碼波形相乘后，去直接控制射頻信號(hào)的某個(gè)參量，來擴(kuò)展傳輸信號(hào)的帶寬。用于頻譜擴(kuò)展的偽隨機(jī)序列稱為擴(kuò)

15、頻碼序列。直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖參見圖2-1。在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，通常對(duì)載波進(jìn)行相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）調(diào)制。為了節(jié)約發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)的工作效率，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)常采用平衡調(diào)制器。抑制載波的平衡調(diào)制對(duì)提高擴(kuò)頻信號(hào)的抗偵破能力也有利。在發(fā)信機(jī)端，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)與偽隨機(jī)碼(擴(kuò)頻碼)波形相乘(或與偽隨機(jī)碼序列模2加)，形成的復(fù)合碼對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后由天線發(fā)射出去。在收信機(jī)端，要產(chǎn)生一個(gè)和發(fā)信機(jī)中的偽隨機(jī)碼同步的本地參考偽隨機(jī)碼，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，這一相關(guān)處理過程通常常稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的信號(hào)送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳送的信息。 時(shí)鐘源 乘法器

16、 調(diào)制器 發(fā)射機(jī) 載波 發(fā)生器 偽碼 發(fā)生器 混頻器 本地 振蕩器 時(shí)鐘源偽碼 發(fā)生器 調(diào)制器 解調(diào)器 中頻 濾波器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(a)(b)圖2-5 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖(a) 發(fā)射系統(tǒng)；(b) 接收系統(tǒng)2.2.2 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是頻率跳變擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，F(xiàn)H-SS）的簡(jiǎn)稱，或更簡(jiǎn)單地稱為跳頻通信系統(tǒng)，確切地說應(yīng)叫做“多頻、選碼和頻移鍵控通信系統(tǒng)”。它是用二進(jìn)制偽隨機(jī)碼序列去離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號(hào)的頻率隨偽隨機(jī)碼的變化而跳變。跳頻系統(tǒng)可供隨

17、機(jī)選取的頻率數(shù)通常是幾千到個(gè)離散頻率，在如此多的離散頻率中，每次輸出哪一個(gè)是由偽隨機(jī)碼決定的。頻率跳變擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖參見圖2-6。 調(diào)制器 混頻器 解調(diào)器 中頻 濾波器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 頻率 合成器 偽碼 發(fā)生器 時(shí)鐘源(a)(b) 混頻器 發(fā)射機(jī) 時(shí)鐘源偽碼 發(fā)生器 指令 譯碼器發(fā)中頻振蕩器 指令 譯碼器 頻率 合成器圖2-6 頻率跳變擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖(a) 發(fā)射系統(tǒng)；(b) 接收系統(tǒng)頻率跳變擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比較，最大的差別在于發(fā)射機(jī)的載波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器。在常規(guī)通信系統(tǒng)中這二者輸出信號(hào)的頻率是固定不變的，然而在跳頻通信系統(tǒng)中這二者輸出信號(hào)的頻率是跳變的。

18、在跳頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的載波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器主要由偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器兩部分組成?？焖夙憫?yīng)的頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。跳頻通信系統(tǒng)發(fā)信機(jī)的發(fā)射頻率，在一個(gè)預(yù)定的頻率集內(nèi)由偽隨機(jī)碼序列控制頻率合成器(偽)隨機(jī)的由一個(gè)跳到另一個(gè)。收信機(jī)中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)頻率只差一個(gè)中頻頻率的參考本振信號(hào)，經(jīng)混頻后得到一個(gè)頻率固定的中頻信號(hào)，這一過程稱為對(duì)跳頻信號(hào)的解跳。解跳后的中頻信號(hào)經(jīng)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)男畔ⅰＴ谔l通信系統(tǒng)中，控制頻率跳變的指令碼(偽隨機(jī)碼)的速率，沒有直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的偽隨機(jī)碼速率高，一般為幾十b/s幾kb/

19、s。由于跳頻系統(tǒng)中輸出頻率的改變速率就是擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼的速率，所以擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼的速率也稱為跳頻速率。根據(jù)跳頻速率的不同，可以將跳頻系統(tǒng)分為頻率慢跳變系統(tǒng)和頻率快跳變系統(tǒng)兩種。2.2.3頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)可看作是一個(gè)載波頻率作周期性跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成方框圖見圖1-11。乘法器數(shù)據(jù)混頻器(b)解調(diào)器中頻濾波器數(shù)據(jù)(a)調(diào)制器混頻器發(fā)射機(jī)射頻濾波器時(shí)鐘源直擴(kuò)碼發(fā)生器本地振蕩器混頻器調(diào)制器頻率合成器時(shí)鐘源跳頻碼發(fā)生器直擴(kuò)碼發(fā)生器發(fā)中頻振蕩器頻率合成器跳頻碼發(fā)生器指令譯碼器指令譯碼器圖1-11頻率跳變-直接序列混合擴(kuò)頻系統(tǒng)方框圖(a) 發(fā)射系統(tǒng)；(b) 接

20、收系統(tǒng)采用這種混合方式能夠大大提高擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能，并且有通信隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、頻率跳變系統(tǒng)的載波頻率難于捕捉，便于適應(yīng)于多址通信或離散尋址和多路復(fù)用等特點(diǎn)，尤其在要求擴(kuò)頻碼速率過高或跳頻數(shù)目過多時(shí)，采用這種混合系統(tǒng)特別有利。 第3章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分析3.1 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型以偽隨機(jī)碼序列作為擴(kuò)頻函數(shù)的直接序列擴(kuò)展頻譜通信為例，來研究其系統(tǒng)模型，圖3-1為其基本組成框圖，由信號(hào)源輸出的信號(hào)a(t)是碼元持續(xù)為時(shí)間Ta的信息流，偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生高速偽隨機(jī)碼C(t)，碼元寬度為Tc將信息碼a(t)與偽隨機(jī)碼C(t)進(jìn)行相乘或模二加，產(chǎn)生一個(gè)速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻信號(hào)，信

21、號(hào)的頻帶得到擴(kuò)展，再去調(diào)制載波，這樣就可以得到已擴(kuò)頻的射頻信號(hào)s(t)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)高頻放大和混頻后(圖中已經(jīng)略去)，用與發(fā)端同步的、且完全相同的偽隨機(jī)碼對(duì)中頻擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)(相乘)，將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信息碼a(t)的頻帶，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔(t)，完成信息的傳輸。對(duì)于干擾和噪聲，由于與偽隨機(jī)碼不相關(guān)，接收機(jī)的相關(guān)解擴(kuò)相當(dāng)于又進(jìn)行了一次擴(kuò)頻，將干擾信號(hào)和噪聲的頻譜擴(kuò)展，降低了功率譜密度，這樣就大大降低了進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。信 源擴(kuò)頻調(diào)制PN碼振蕩器帶通濾波器基帶濾波器信息解調(diào)器相位調(diào)制器本地振蕩器PN碼產(chǎn)生器

22、同步C(t)帶寬 B=2R帶寬r(t)接受端發(fā)送端圖3-1 直接序列擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)基本組成框圖3.2 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾性能分析我們從擴(kuò)頻信號(hào)的頻域來討論它的抗干擾性，首先討論下在沒有干擾情況下擴(kuò)頻信號(hào)的功率密度譜函數(shù)。設(shè)擴(kuò)頻以后的信號(hào)是強(qiáng)度為1的雙極性矩形脈沖隨機(jī)序列，其碼元寬度即為偽隨機(jī)碼的寬度T，發(fā)1碼和發(fā)0碼的概率p相等，都是1/2, 直接系列擴(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度：得： 式中：和是0碼和1碼信號(hào)頻譜。信號(hào)占用帶寬為R=1/Tc，當(dāng)偽隨機(jī)碼速越高，信號(hào)帶寬越寬。如果用隨機(jī)碼對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，得到相位鍵控信號(hào)P(t)，根據(jù)調(diào)制定理，已調(diào)信號(hào)的功率譜密度可寫成：式中：A是數(shù)字信號(hào)與載

23、波相乘后的總振幅；為發(fā)端載波頻率，調(diào)制后信號(hào)占用頻帶為2R?？汕蟪鲭S機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)。在圖3-1擴(kuò)頻接收機(jī)中，PN碼發(fā)生器發(fā)出的偽碼為K(t)，相位調(diào)制器輸出(系數(shù)2是為了使輸出信息信號(hào)完全恢復(fù))。為接收端本振頻率?；鶐V波器帶寬為r(等于信息速率)。如果接收到有用信號(hào)： 式中：S為信號(hào)功率；C(t)為信息碼；m(t)為發(fā)送擴(kuò)頻隨機(jī)碼；為發(fā)端信號(hào)載波頻率；為發(fā)端信號(hào)載波頻率相位。很容易看出，當(dāng)K(t)=m(t)即收發(fā)偽碼相同時(shí)，且達(dá)到同步,K(t)m(t)=1。若此時(shí)收發(fā)載波同步,則：基帶濾波器濾除高頻分量，則接收信號(hào)：信息全部恢復(fù)出來，功率等于S。收信號(hào)的能量全部恢復(fù)出來。如果輸入信號(hào)是各

24、種干擾信號(hào)，則形成干擾。第4章 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能分析仿真4.1 抗正弦干擾仿真及結(jié)果分析4.1.1 建立抗正弦干擾仿真模型我們?cè)谏厦娴睦碚摶A(chǔ)上建立起直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗正弦干擾仿真模型如圖4-1所示。模型中隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一系列二進(jìn)制(1)信息數(shù)據(jù),每個(gè)信息比特重復(fù)Lc次,Lc對(duì)應(yīng)每個(gè)信息比特所包含的偽碼碼片數(shù)。包含每一比特Lc次重復(fù)的序列與另一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的PN序列c(n)相乘，相當(dāng)對(duì)信息進(jìn)行了擴(kuò)頻調(diào)制。由于我們討論的是在加性白噪聲環(huán)境下的信道，所以用WGN產(chǎn)生高斯白噪聲。然后加入方差為的高斯白噪聲和形式為的正弦干擾,其中0,且正弦干擾信號(hào)的振幅滿足條件ALc,在解調(diào)器進(jìn)行與PN序列的互相關(guān)運(yùn)算, 并且將組成各信息比特的Lc個(gè)樣本進(jìn)行求和(積分運(yùn)算)。加法器的輸出送到判決器,將信號(hào)和門限值0進(jìn)行比較,確定傳送的數(shù)據(jù)為+1還是-1,計(jì)數(shù)器用來記錄判決器的錯(cuò)判數(shù)目。仿真結(jié)果如圖4-2所示，誤碼率用對(duì)數(shù)表示。 均勻RNG 重復(fù)Lc次檢測(cè)器PN碼比較差錯(cuò)計(jì)數(shù)器WGN正弦發(fā)生器圖4-1 直擴(kuò)系統(tǒng)抗正弦干擾仿