基于MATLAB的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、擴(kuò)頻通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：直接擴(kuò)頻系統(tǒng)仿真班級：0110910 和 0110911姓名： 詹曉丹(2009210432)姜微(2009210503)張建華(2009210336)指導(dǎo)老師：李兆玉精選1 .課程設(shè)計(jì)目的(1) 了解、掌握直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的組成、工作原理；(2) 了解、熟悉擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)方法，并分析其性能；(3) 學(xué)習(xí)、掌握Matlab相關(guān)編程知識并用其實(shí)現(xiàn)仿真的直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)；2 .課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)工作原理：直接序列擴(kuò)頻，就是直接用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜，在收端用相同的擴(kuò)頻碼去解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的基帶信號。在發(fā)端輸入的信

2、息與擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼序列(這里使用的是m序列)進(jìn)行波形相乘，得到復(fù)合信號，實(shí)現(xiàn)信號頻譜的展寬，展寬后的信號再調(diào)制射頻載波發(fā)送出去。由 于采用平衡調(diào)制可以提高系統(tǒng)抗偵波的能力，所以直接序列擴(kuò)頻調(diào)制一般都采用二相平衡調(diào) 制方式。一般擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)一個(gè)信息碼包含一個(gè)周期的偽碼，用擴(kuò)頻后的復(fù)合信號對載波進(jìn)行 二相相移監(jiān)控(BPSK調(diào)制，當(dāng)gt從“0”變成“1”或從“1”變到“0”時(shí)，載波相位發(fā) 生180度相移。接收端的本振信號與發(fā)射端射頻載波相差一個(gè)中頻，接收端收到的寬帶射 頻信號與本振信號混頻、低頻濾波后得到中頻信號，然后與本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同并且同步 的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行波形相乘，實(shí)現(xiàn)相關(guān)解擴(kuò)，

3、再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信號。3.建立模型描述(1)直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)組成框圖：(2)直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)波形圖:4.(1)a(t)c(t)d(t)CS(t)WWWWWWWWWWWWWl n i i n i lWVWWWWWVWWWVWM wwwwwww%模塊功能分析直擴(kuò)系統(tǒng)的調(diào)制功能模塊：(都包含模塊框圖和不同調(diào)制、解調(diào)方式介紹、分析)(a)擴(kuò)頻調(diào)制模塊信涯信息碼序列或復(fù)合彳言等 KV .pn '玲J擴(kuò)場碼 發(fā)生器+用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)碼 pn (這里用的是m序列)，與信源信息碼序 列xt相乘，實(shí)現(xiàn)頻譜的展寬(b) BPSK調(diào)制模塊調(diào)制的方式可以有二相相移監(jiān)控BPSK四相相移鍵控Q

4、PSK偏移四相相移監(jiān)控OQPSK最小頻移監(jiān)控 MSK QPSKS制的目的是節(jié)省頻譜，但在擴(kuò)頻系統(tǒng)中有時(shí)候帶寬的利用并不是最重要的；OQPSK勺優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)制信號的相位改變沒有倒冗現(xiàn)象；MSKS制信號時(shí)可以避免相位突變，由于以上調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，所以我們選用擴(kuò)頻系統(tǒng)中最常用 的BPSKM制方式。(2)直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)功能模塊:信號，不管是絕對相移還是差分相移。其載波分量都被抑制了幾十分貝，并且直擴(kuò)信號譜密 度都很低，而大氣噪聲及接收機(jī)內(nèi)部噪聲又很大，有用信號常淹沒在噪聲中，所以用一般的鎖相環(huán)難以提取載波。而平方環(huán)雖然便于載波提取，但環(huán)路工作在二倍頻后的頻率上，工作頻率高，環(huán)路穩(wěn)定性較差。我們選用

5、的是科斯塔斯環(huán)，因?yàn)樗耐怀鰞?yōu)點(diǎn)是能夠解調(diào)移相鍵 控信號和抑制了載波的信號，且環(huán)路的工作頻率與輸入信號載波頻率完全相同。(b)擴(kuò)頻解調(diào)模塊寺廣頻石馬pn解擴(kuò)方式有相關(guān)解擴(kuò)、直接式相關(guān)器解擴(kuò)、外差式相關(guān)器解擴(kuò)、序列匹配濾波器解擴(kuò)直接式相關(guān)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是對干擾信號有直通和碼速率泄露現(xiàn)象外差式相關(guān)器 的抗干擾能力較低；由于相關(guān)解擴(kuò)在性能上很好，在接收端產(chǎn)生的本地pn'碼，可以用科斯塔斯環(huán)實(shí)現(xiàn)與發(fā)端的pn碼精確的同步。5.模塊源代碼及調(diào)試過程(1)直擴(kuò)系統(tǒng)的調(diào)制模塊(a)信息碼生成模塊code_length=20; %信息碼元個(gè)數(shù)N=1:code_length;rand('

6、seed',0);x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息碼從 0、1 序列變成-1、1 序列x1=rectpulse(x,800);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣800個(gè)點(diǎn)plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列);grid on;生成信息碼的波形圖(b)偽隨機(jī)碼生成模塊function y = mgen(g,state,N)%輸入g:m序列生成多項(xiàng)式(10進(jìn)制輸入)%state寄存器初始狀態(tài)(10進(jìn)制輸入)%N:輸出序列長度figure(1)g=19;state=8;N=2000;gen = dec2bi

7、n(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-1) - 48;for k =1:Ny(k) = curState(M-1);a = rem(sum( gen(2:end).*curState),2);curState = a curState(1:M-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%®個(gè)偽碼元內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn) plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title('偽隨機(jī)碼序列);grid on;生成偽隨機(jī)碼的波形圖(c)擴(kuò)頻調(diào)制模塊gt=x

8、1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);title('復(fù)合碼序列');grid on;生成的復(fù)合碼波形圖復(fù)合碼序列-0,SC IIIIIIIII0100200300400500600700500900 1QOO(d) BPSK調(diào)制模塊%用BPSK調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;fo門=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk(1+(i-1)*8):i*8)=gt(1+(i-1)*8):i*8)*cI end plot(x_bpsk)

9、;axis(0 200 -2.5 2.5);title('BPSK調(diào)制后的波形');grid on;生成BPSK調(diào)制后的波形圖(2)加噪模塊sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;fo門=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8)=gt1(1+(i-1)*8):i*8).*cI end plot(x_bpsk1);axi

10、s(0 200 -2.5 2.5);title('加噪后已調(diào)波的波形');grid on;生成加噪后已調(diào)波的波形圖(3)直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)模塊(a) BPSK解調(diào)模塊AI=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個(gè)載波周期內(nèi)采樣八個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);fo門=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*cI; end plot(s)；axis(0 200 -2.5 2.5);title('解調(diào)后的波形');grid on;生成BPSK解調(diào)后的波形圖(b)解擴(kuò)模塊 %相關(guān)

11、解擴(kuò) jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1000000; %截止頻率 wn=fn/(fs/2),這里fn為擴(kuò)頻碼的帶寬5M b=fir1(16,wn);H=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('解擴(kuò)并濾波后的波形');grid on;生成解擴(kuò)后的波形圖6.調(diào)試分析及結(jié)論(1)調(diào)試分析(a)信源信息碼與收端恢復(fù)出的波形的比較(b)頻譜分析信源信息科后列的頻譜圖4000300U200010000 aI或411 p - 11 luk0 ;而L機(jī)偽隨機(jī)由

12、序列的頻譜圖b pg k已調(diào)波的頰語噪已調(diào)波的頻譜圖解調(diào)后的頻譜圖2000q 一廠丁 寧15口U： j rj r1000 -jL- -.150002解獷后收端恢復(fù)出的信號的頻譜圖(2)調(diào)制過程中出現(xiàn)的問題及解決方式：1)在調(diào)試程序中出現(xiàn)“ undefined function or variable 'mgen'"，后來檢測是子函 數(shù)調(diào)用格式出現(xiàn)錯(cuò)誤，經(jīng)改正后得以修改；2) 復(fù)合碼產(chǎn)生程序中，出現(xiàn)“vector must be the same lengths ”，后檢測得出 原因是信息碼和偽隨機(jī)碼長度不相同時(shí)不能直接相乘；3)由于所加噪聲為

13、高斯白噪聲，是用 randn函數(shù)產(chǎn)生的，具有隨機(jī)性，所以不同時(shí) 刻加噪了的已調(diào)波具有不同波形；(3)結(jié)論通過調(diào)試分析及研究，我們發(fā)現(xiàn)直擴(kuò)系統(tǒng)具有較多的特點(diǎn)，將其運(yùn)用于通信系統(tǒng)能發(fā)揮其很大的優(yōu)勢。首先， 直擴(kuò)系統(tǒng)具有很高的處理增益， 因此直擴(kuò)系統(tǒng)具有抗寬帶干擾、 抗多頻干擾及單頻干擾的能力；其次， 直擴(kuò)信號的功率譜密度低， 具有隱蔽性和低的截獲概率， 從而抗截獲的能力強(qiáng)，另外功率污染少；第三， 直擴(kuò)偽隨機(jī)序列的偽隨機(jī)性和密鑰量具有保密性， 即系統(tǒng)本身具有加密的能力；第四，利用直擴(kuò)偽隨機(jī)序列碼型的正交性，可構(gòu)成直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)；第五，利用直擴(kuò)信號的相關(guān)接收，具有抗多徑干擾的能力；第六，利用直擴(kuò)信號

14、可實(shí)現(xiàn)精確的測距定位。7. 心得體會通過這次直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)， 我們加深了對擴(kuò)頻理論知識的理解。 懂得了直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理所在，并且經(jīng)過分析，自己應(yīng)用 MATLAB 實(shí)現(xiàn)了直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真，掌握了一定的軟件仿真能力。 通過頻譜分析， 更使我們了解到了直接擴(kuò)頻的抗干擾性能。 在實(shí)踐過程中， 我們小組也遇到了一些問題， 但是我們通過討論以及查閱資料， 解決了難題。 同時(shí)，也激發(fā)了我們對擴(kuò)頻這門課程學(xué)習(xí)的積極性。 在此次直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)中， 我們收獲頗豐，記憶深刻，并全面培養(yǎng)了我們的能力。8. 參考文獻(xiàn)劉煥淋 . 擴(kuò)展頻譜通信M. 北京：北京郵電大學(xué)出版社， 2008田日才 . 擴(kuò)頻通

15、信 M. 北京：清華大學(xué)出版社， 2007曾一凡，李暉. 擴(kuò)頻通信原理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005附件一：程序源代碼function y = mgen(g,state,N)%輸入g:m 序列生成多項(xiàng)式( 10進(jìn)制輸入)%state寄存器初始狀態(tài)(10進(jìn)制輸入)%N:輸出序列長度figure(1)g=19;state=8;N=2000;gen = dec2bin(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-1) - 48;for k =1:Ny(k) = curState(M-1);a = rem(sum( gen(2:end).*

16、curState),2);curState = a curState(1:M-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%5個(gè)偽碼元內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn)plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title('偽隨機(jī)碼序列)；grid on;figure(2)code_length=20; %信息碼元個(gè)數(shù)N=1:code_length;rand('seed',0);x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息碼從 0、 1 序列變成 -1、 1 序列x1=rectpulse(x,8

17、00);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣800個(gè)點(diǎn)plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列)；grid on;figure(3)gt=x1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);title('復(fù)合碼序列)；grid on;figure(4);%用 BPSK 調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk(1+(i-1)*8):i*8)=gt(1+(i-1)*8)

18、:i*8).*cIendplot(x_bpsk);axis(0 200 -2.5 2.5);title('BPSK 調(diào)制后的波形');grid on;figure(5)sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000AI=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個(gè)載波周期內(nèi)采樣8個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8)=gt1(1+(i-1)*8):i*8).*cIendplo

19、t(x_bpsk1);axis(0 200 -2.5 2.5);title('加噪后已調(diào)波的波形)；grid on;figure(6)%解調(diào)AI=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個(gè)載波周期內(nèi)采樣八個(gè)點(diǎn)cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs);for i=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*cI;endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);title('解調(diào)后的波形');grid on;figure(7)%相關(guān)解擴(kuò)jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1

20、000000; %截止頻率 wn=fn/(fs/2) ，這里 fn 為擴(kuò)頻碼的帶寬 5M精選b=fir1(16,wn);H=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('解擴(kuò)并濾波后的波形)；grid on;%信源信息碼與收端恢復(fù)出的波形的比較figure(8)subplot(2,1,1);plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title('信源信息碼序列)；grid on;subplot(2,1,2);plot(xx);axis(0 160

21、00 -1.5 1.5);title('收端接收到的波形');grid on;%頻譜圖figure(9);T=1;N=20;N_sample=800;df=1/(N*T);f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,1);plot(f,abs(fftshift(fft(x1);axis(-100 100 0 2000);title('信源信息碼序列的頻譜圖');grid on;T=1;N=2000;N_sample=8;df=1/(N*T);f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,2);plot(f,abs(fftshift(fft(pn);axis(-4 4 0 4000);title('偽隨機(jī)碼序列的頻譜圖');grid on;T=1;N=2000;N_sample=8;df=1/(N*T);f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,3);plot(f,abs(fftshift(fft(gt);axis(-4 4 0 2000);title('擴(kuò)頻碼序列的頻譜圖)；gr