基于Matlab的直序列和跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真

1、基于Matlab的直序列和跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真一、實驗?zāi)康母鶕?jù)通信理論知識熟練的運用MATLAB進(jìn)行直序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻的仿真研究。二、實驗內(nèi)容1.Matlab/simulink通信系統(tǒng)仿真。2.用matlab實現(xiàn)直序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻。三、實驗平臺硬件平臺：筆記本電腦軟件平臺：windows XP操作系統(tǒng)、Matlab R2014a四、擴(kuò)頻通信（一）理論基礎(chǔ)通信技術(shù)和通信理論的研究，是圍繞著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性這兩個基本問題開展的。所以，有效性和可靠性是設(shè)計和評價一個通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。有效性，是指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。這個問題是討論怎樣以最合理、最經(jīng)濟(jì)的方法傳輸最大數(shù)量的信息。

2、在模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。顯然，信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性就越好。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此傳輸?shù)挠行允怯脗鬏斔俾蕘砗饬康摹？煽啃?，是指通信系統(tǒng)可靠地傳輸信息。由于信息在傳輸過程中受到干擾，收到的與發(fā)出的信息并不完全相同?？煽啃跃褪怯脕砗饬渴盏叫畔⑴c發(fā)出信息的符合程度。因此，可靠性決定于系統(tǒng)抵抗干擾的性能，也就是說，決定于通信系統(tǒng)的抗干擾性。在模擬通信系統(tǒng)中，傳輸可靠性是用整個系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量的。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸可靠性是用差錯率來衡量的。擴(kuò)展頻譜通信由于具有很強(qiáng)的抗干擾能力，首先在軍用通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。近年來，擴(kuò)展頻譜通信

3、技術(shù)的理論和應(yīng)用發(fā)展非常迅速。擴(kuò)頻通信是擴(kuò)展頻譜通信的簡稱。我們知道，頻譜是電信號的頻域描述。承載各種信息(如語音、圖象、數(shù)據(jù)等)的信號一般都是以時域來表示的，即表示為一個時間的函數(shù)。信號的時域表示式可以用傅立葉變換得到其頻域表示式。頻域和時域的關(guān)系由式(1-1)確定： (1-1)函數(shù)的傅立葉變換存在的充分條件是滿足狄里赫萊(Dirichlet)條件，或在區(qū)間(-，+)絕對可積，即必須為有限值。擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個特定的擴(kuò)頻函數(shù)（與待傳輸?shù)男畔⒋a無關(guān)）擴(kuò)展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)的手段將其壓縮，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。也就是說在傳輸同樣信息時所需要

4、的射頻帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被傳輸信息所必需的最小的帶寬。擴(kuò)頻后射頻信號的帶寬至少是信息帶寬的幾十倍、幾百倍甚至幾萬倍。信息已不再是決定射頻信號帶寬的一個重要因素，射頻信號的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來決定。由上述可知，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個特點： 傳輸信號的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘柕膸挘?傳輸信號的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)通常是偽隨機(jī)(偽噪聲)編碼信號。以上兩個特點有時也稱為判斷擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最大的特點是其具有很強(qiáng)的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。這里我們先定性地說明一下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論依據(jù)。擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)公式，即信道的理論容量公式為

5、： (1-2)式（1-2）中，為信道容量，單位為bps；W微信道帶寬；為信噪比。擴(kuò)頻通信將信道上帶寬擴(kuò)展許多倍以換取信噪比上的好處，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。假設(shè)是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(1-2)式進(jìn)行變換 (1-3)對于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)時，對式(1-3)用冪級數(shù)展開，并略去高次項得 或 (1-4)由式(1-4)可看出，對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬，理論上就可以增加在信道中無誤差地傳輸?shù)男畔⒙省；蛘哒f在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬的辦法來保持信道容量不變。對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬

6、來獲得較低的信息差錯率。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來達(dá)到擴(kuò)展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信體制大幾百倍乃至幾萬倍，所以在相同信噪比的條件下，具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。香農(nóng)公式指出，在高斯噪聲的干擾下，在限平均功率的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。這是因為高斯白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜為 (1-5)它的自相關(guān)函數(shù)為： (1-6)其中：為時延，當(dāng)時趨于無窮，當(dāng)時。白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有函數(shù)的特點，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對于白噪聲信號的產(chǎn)生、加工和復(fù)制，迄今為止仍存在著許多技術(shù)問題和困難。然而人們已經(jīng)

7、找到一些易于產(chǎn)生又便于加工和控制的偽噪聲碼序列，它們的統(tǒng)計特性逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計特性。假設(shè)某種偽噪聲序列的周期為，且碼元都是二元域上的元素。一個周期為，碼元為的偽噪聲二元序列的歸一化自相關(guān)函數(shù)為 (1-7)式中，1，2，3，當(dāng)偽噪聲序列周期取足夠長或時，式(1-7)可簡化為 (1-8)比較式(1-6)和式(1-8)，看出它們比較接近，當(dāng)序列周期(長度)足夠長時，式(1-8)就逼近式(1-6)。偽噪聲序列具有和白噪聲類似的統(tǒng)計特性，也就是它逼近于高斯信道要求的最佳信號形式。用偽噪聲碼擴(kuò)展待傳輸基帶信號頻譜的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，優(yōu)于常規(guī)通信體制。（二）實現(xiàn)方法擴(kuò)頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比，主要是在發(fā)

8、射端增加了擴(kuò)頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)的過程，擴(kuò)頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳時擴(kuò)頻系統(tǒng)、線性調(diào)頻系統(tǒng)和混合調(diào)頻系統(tǒng)。直接序列擴(kuò)頻（DirectSequenceSpreadSpectrum，DS-SS）跳頻擴(kuò)頻（FrequencyHoppingSpreadSpectrum，F(xiàn)H-SS）跳時擴(kuò)頻（TimeHoppingSpreadSpectrum，TH-SS）直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)采用高碼速率的直接序列（DirectSequence，DS），偽隨機(jī)碼在發(fā)端進(jìn)行擴(kuò)頻，在收端用相同的碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，然后將展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始信息。所謂跳頻是指發(fā)送信號的載波按照

9、某一隨機(jī)跳變圖樣在跳變，跳頻信號具有時變、偽隨機(jī)的載頻。跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)在很多方面類似于將帶寬為多個用戶劃分為多個信道的FDMA系統(tǒng)。在某個時間點上，某一用戶的跳頻信號只占用單個頻率信道。跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)和FDMA系統(tǒng)的區(qū)別在于：跳頻信號在很短的周期間隔內(nèi)改變載頻。跳頻系統(tǒng)又分為快跳頻和慢跳頻兩種。如果信號跳頻的速率等于或接近于符號速率，則該系統(tǒng)稱為快跳頻系統(tǒng)；如果信號跳頻的速率低于符號速率，則稱為慢跳頻系統(tǒng)。跳時是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。先把時間軸分成許多時片，在一幀內(nèi)的哪個時片發(fā)射信號由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制。由于用了很窄的時片去發(fā)送信號，所以信號的頻譜被展寬了，達(dá)到了擴(kuò)頻的效果。圖1為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

10、的模型框圖。圖4-2為理想擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)波形。圖1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型Tb(a) d(t)+1 -1Tb(e) d(t) +1 -1s(t)=d(t)c(t)cos2pf0t+j(t)(d) s(t)(b) c(t)+1-1Tc(c) d(t)c(t) +1-1圖2 理想擴(kuò)頻系統(tǒng)波形早在50年代，哈爾凱維奇已從理論上證明：要克服多徑衰落干擾的影響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘栃问綉?yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號形式。采用偽噪聲碼的擴(kuò)頻函數(shù)逼近白噪聲的統(tǒng)計特性，因而擴(kuò)頻通信系統(tǒng)又具有抗多徑干擾的能力?，F(xiàn)在我們以直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)為例，來研究擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理。它的原理框圖如圖1所示。信源產(chǎn)生的信息流通過

11、編碼器輸出二進(jìn)制碼流。二進(jìn)制碼流中所含的兩個符號的先驗概率相同，均為，且兩個符號相互獨立，其波形圖如圖2(a)所示，二進(jìn)制數(shù)字信號與一個高速率的二進(jìn)制偽噪聲碼的波形（如圖2(b)所示，偽噪聲碼為m序列）相乘，得到如圖2(c)所示的復(fù)合信號，這就擴(kuò)展了傳輸信息的帶寬。一般偽噪聲碼的速率是Mb/s的量級，有的甚至達(dá)到幾百Mb/s。而待傳輸?shù)男畔⒘鹘?jīng)編碼器編碼后的碼速率較低。擴(kuò)頻后的復(fù)合信號對載波進(jìn)行調(diào)制(直接序列擴(kuò)頻一般采用PSK調(diào)制)，然后通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸。發(fā)射機(jī)輸出的擴(kuò)頻信號用表示，如圖2(d)所示。擴(kuò)頻信號的帶寬取決于偽噪聲碼的碼速率。在PSK調(diào)制的情況下，射頻信號的帶寬等于偽

12、噪聲碼速率的2倍，而幾乎與數(shù)字信息流的碼速率無關(guān)。以上處理過程就達(dá)到了擴(kuò)展數(shù)字信息流頻譜的目的。Rcf0fffBbfIFfIFBb多徑信號窄帶干擾白噪聲白噪聲有用信號有用信號多徑信號多徑信號窄帶干擾有用信號白噪聲窄帶干擾(a) 接收機(jī)輸入(b) 混頻器輸出(c) 中頻濾波器輸出 圖3 擴(kuò)頻接收機(jī)中頻濾波器輸出頻譜在接收端用一個和發(fā)射端同步的偽噪聲碼所調(diào)制的本地振蕩信號，與接收到的進(jìn)行相關(guān)處理。相關(guān)處理是將兩個信號相乘，然后求其數(shù)學(xué)期望(均值)，或求兩個信號瞬時值相乘的積分。當(dāng)兩個信號完全相同時(或相關(guān)性很好)，得到最大的相關(guān)峰值，經(jīng)數(shù)據(jù)檢測器恢復(fù)發(fā)射端的信號。若信道中存在著干擾，這些干擾包括窄

13、帶干擾、人為瞄準(zhǔn)式干擾、單頻干擾、多徑干擾和碼分多址干擾，它們和有用信號同時進(jìn)入接收機(jī)，如圖3(a)所示。圖3中，為偽噪聲碼速率，為射頻頻率，為中頻頻率，為被基帶數(shù)字信息調(diào)制的已調(diào)波信號的帶寬。由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地擴(kuò)頻信號不相關(guān)，所以在進(jìn)行相關(guān)處理時被削弱，實際上干擾信號和本地擴(kuò)頻信號相關(guān)處理后，其頻帶被擴(kuò)展，也就是干擾信號的能量被擴(kuò)展到整個傳輸頻帶之內(nèi)，降低了干擾信號的電平(單位頻率內(nèi)的能量)，如圖3(b)所示。由于相關(guān)器后的中頻濾波器通頻帶很窄，所以中頻濾波器只輸出被基帶信號調(diào)制的中頻信號和落在濾波器通頻帶內(nèi)的那部分干擾和噪聲，而絕大部分的干擾和噪聲能量被中頻濾波器濾除，這樣就大大

14、地改善了系統(tǒng)的輸出信噪比。2.1直序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)直序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)框圖如圖4所示。擴(kuò)頻通信有兩個重要參數(shù)：處理增益和干擾容限。圖4 直序列擴(kuò)頻的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)2.1.1擴(kuò)頻增益為衡量擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣，接收機(jī)相關(guān)器輸出信噪比和接收機(jī)相關(guān)器的輸入信噪比之比定義為擴(kuò)頻增益，即： （2-1）式中，和分別為接收機(jī)相關(guān)器的輸入/輸出信號功率；和分別為相關(guān)器的輸入/輸出端干擾功率。假設(shè)系統(tǒng)中有K個通信用戶，分別用不同的擴(kuò)頻碼來調(diào)制信息數(shù)據(jù)。假設(shè)理想功率控制(各個用戶到達(dá)接收端的功率相同)的情況,設(shè)是接收的每一個用戶的信號功率，系統(tǒng)的擴(kuò)頻帶寬為，噪聲功率譜密度為，則接收端接收到的有用信號

15、功率為，接收到的其他干擾用戶的干擾功率為,該通信用戶的輸入信噪比為： (2-2)經(jīng)接收機(jī)擴(kuò)頻解調(diào)后，該通信用戶的信號被全部接收但信號帶寬已變換到基帶內(nèi)（變?yōu)檎瓗盘枺?，設(shè)基帶信號的信息速率為，此時有用信號的功率譜為，其他用戶或者干擾噪聲信號與用戶信號的地址碼不相關(guān)，不能得到解調(diào)，因此，它們的功率譜密度保持不變，輸出信噪比為： （2-3）所以，很容易得到擴(kuò)頻解調(diào)前后的擴(kuò)頻增益，即： （2-4）2.1.2 干擾容限為了描述擴(kuò)頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能，引入干擾容限的概念，干擾容限定義為; (2-5)式中，為輸出信噪比；微系統(tǒng)損耗；為擴(kuò)頻增益。干擾容限可以解釋為當(dāng)干擾功率超過信號功率時，系統(tǒng)不能正

16、常工作。在實驗中，以M序列擴(kuò)頻碼進(jìn)行仿真,擴(kuò)頻后的數(shù)據(jù)通過脈沖成型濾波器后通過信道同時到達(dá)接收端,在接收端分別對不同用戶信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò),恢復(fù)各個用戶的原始信息。圖5 DS-CDMA通信系統(tǒng)原理圖%直接序列擴(kuò)頻主程序代碼function ber = dscdma(user,seq)%user 同時進(jìn)行擴(kuò)頻通信的用戶數(shù)%seq 擴(kuò)頻碼1:M-序列 2:Gold序列 3:正交Gold序列%ber 該用戶數(shù)下的誤碼率 %* 初始化部分 *sr=256000.0; % 符號速率nSymbol=10000; %每種信噪比下發(fā)送的符號數(shù)M=4; % 4-QAM調(diào)制br=sr*log2(M); % 比特速率

17、graycode=0 1 3 2; % Gray編碼規(guī)則 EbNo=0:2:10; % Eb/No 變化范圍 %* 脈沖成形濾波器參數(shù)*delay=10; % 升余弦濾波器時延Fs=8; % 濾波器過采樣數(shù)rolloff=0.5; % 升余弦濾波器滾降因子rrcfilter=rcosine(1,Fs,fir/sqrt,rolloff,delay);%設(shè)計根升余弦濾波器%* 擴(kuò)頻碼產(chǎn)生參數(shù) *stage=3; % m序列的階數(shù)ptap1=1 3; % m序列1的寄存器連接方式ptap2=2 3; % m序列2的寄存器連接方式regi1=1 1 1 ; % m序列1的寄存器初始值regi2=1 1

18、 1; % m序列2的寄存器初始值%* 擴(kuò)頻碼的生成 * *code=mseq(stage,ptap1,regi1,user);code=code*2-1;clen=length(code);%* 衰落信道參數(shù) *ts=1/Fs/sr/clen; %信道采樣時間間隔t=(0:nSymbol*Fs*clen-1+2*delay*Fs)*ts; %每種信噪比下的符號傳輸時間fd=160; %多普勒頻移Hzh=rayleigh(fd,t); %生成衰落信道%* 仿真開始 *%* 發(fā)射端 *for indx=1:length(EbNo)indx data=randsrc(user,nSymbol,0

19、:3); % 產(chǎn)生各個用戶的發(fā)射數(shù)據(jù) data1=graycode(data+1); % Gray編碼 data1=qammod(data1,M); % 4-QAM 調(diào)制 out=spread(data1,code); % 擴(kuò)頻 out1=rcosflt(out.,sr,Fs*sr,filter,rrcfilter); % 通過脈沖成形濾波器 spow=sum(abs(out1).2)/nSymbol; % 計算每個用戶信號功率 if user1 % 用戶數(shù)大于1時，所有用戶數(shù)據(jù)相加 out1=sum(out1.); else out1=out1.;end%* 接收端*sigma = sqrt

20、(0.5 * spow * sr / br * 10(-EbNo(indx)/10);%根據(jù)信噪比計算高斯白噪聲方差 y=; for ii=1:user y(ii,:)=out1+sigma(ii).*(randn(1,length(out1)+j*randn(1,length(out1);%加入高斯白噪聲（AWGN） end y=rcosflt(y.,sr,Fs*sr,Fs/filter,rrcfilter); %通過脈沖成形濾波器濾波 y=downsample(y,Fs); %降采樣 for ii=1:user y1(:,ii)=y(2*delay+1:end-2*delay,ii); e

21、nd yd=despread(y1.,code); % 數(shù)據(jù)解擴(kuò) demodata=qamdemod(yd,M); % 4-QAM 解調(diào) demodata=graycode(demodata+1); % Gray編碼逆映射 err,ber(indx)=biterr(data,demodata,log2(M); % 統(tǒng)計誤比特率end假設(shè)同時進(jìn)行擴(kuò)頻通信的用戶數(shù)分別為1、4和7個時，M序列DS-CDMA在AWGN下的性能如圖6所示：圖6 M序列DS-CDMA在AWGN下的性能 如圖看可以看出，由于M序列即使在完全同步的情況下，相互之間的互相關(guān)值也不為0，因此隨著用戶數(shù)的增加，干擾越來越大，導(dǎo)致系

22、統(tǒng)的誤碼率增大，系統(tǒng)的性能下降。2.2. 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2.2.1.基本原理及數(shù)學(xué)模型跳頻通信是指傳輸信號的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式。也就是說，通信使用的載波頻率被一組高速變化的碼控制而隨機(jī)跳變。這種控制載波變化的規(guī)律，又叫“跳頻圖案”。從實現(xiàn)通信的技術(shù)角度來說，“跳頻”是一種用碼序列進(jìn)行多頻、選碼、頻移鍵控的通信方式，即用偽碼序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器，并在多個頻率中進(jìn)行選擇的頻移鍵控，是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。我們熟悉的二元移頻鍵控BFSK只有兩個頻率、，分別代表傳號和空號。而跳頻系統(tǒng)則要求提供幾百個、甚至上千萬個頻率。它由所傳信息碼與偽隨機(jī)碼序列模2加（或波

23、形相乘）的組合來構(gòu)成跳頻指令（圖案），由它來隨機(jī)選擇發(fā)送頻率。跳頻系統(tǒng)簡單原理圖如圖7所示。在發(fā)送端信息碼序列與偽隨機(jī)碼序列調(diào)制后，按不同的跳頻圖案或指令去控制不同的頻率合成器，使其輸出頻率在信道里隨機(jī)跳變的變化。如圖8（a）所示。在接收端，為了對輸入信號解調(diào)，需要有與發(fā)端相同的本地偽碼序列發(fā)生器構(gòu)成的跳頻指令去控制本地頻率合成器。經(jīng)中頻放大器放大及帶通濾波后，送到數(shù)字信息解調(diào)器恢復(fù)出原始信息。從時頻域來看，多頻率的移頻鍵控信號由時頻矩陣組成，每個頻率持續(xù)時間T，并按跳頻指令的規(guī)定在時頻矩陣內(nèi)跳變，如圖8（b）所示。 調(diào)制器 頻率 合成器 偽碼 產(chǎn)生器 混頻器 時鐘源 偽 碼 產(chǎn)生器 頻率 合

24、成器 解調(diào)器 中頻 放大器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 時鐘源圖7 跳頻系統(tǒng)簡單原理圖為了盡可能減少鄰近干擾，頻率間隔應(yīng)選擇為，這樣頻率的譜狀零值正好處于的峰值處，即為構(gòu)成了頻率的正交關(guān)系，如圖8（c）所示。因此，若取跳頻頻率數(shù)為N，則跳頻信號帶寬等于。理想的跳頻器輸出頻譜呈矩形形狀，并且每個頻道均具有相同的功率，如圖8（a）中的跳頻頻譜所示。圖8 跳頻時頻矩陣圖（a）跳頻圖案；（b）跳頻時頻矩陣；（c）跳頻頻率間隔圖9是跳頻系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)為發(fā)送的跳頻信號， （2-6）其中，n=0,1,2，,N-1；為輸出的FH信號（令振幅A=1）;為FH合成器跳變間隔，每跳持續(xù)時間T，一般??；是待傳數(shù)字信息流；為初相。在信

25、道中與其他地址信號、噪聲以及干擾組合后進(jìn)入接收機(jī)的信號為 （2-7）圖9 跳頻系統(tǒng)模型圖進(jìn)入本地信號相乘后得 （2-8）式中，為本地頻率合成器的中心頻率，與差一個中頻。假設(shè)收發(fā)兩端跳頻圖案已同步，把式（2-6）代入（2-8）得 （2-9）式中，是中頻；是本地跳頻信號的初相；。式（2-9）中，的每次跳變使混頻器輸出一個固定中頻，經(jīng)中頻濾波器濾除其和頻分量就得到有用信號分量為 （2-10）再把上式中的信號送入解調(diào)器中，即可解調(diào)出信息。而其它地址調(diào)頻信號、干擾信號、噪聲不能在每次跳頻時隙內(nèi)都與本地輸出信號混頻成固定中頻。這樣，相乘后就落在中頻帶通濾波器的通帶之外，自然就不會對有用信號的解調(diào)發(fā)生影響。

26、從上述跳頻系統(tǒng)的物理概念可以看出，調(diào)頻系統(tǒng)也占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。從每一瞬間來看，它只是在單一射頻載波上通信。但從總體上來看，它所占用帶寬,提供了抗干擾能力。 FH必須有大量按指令碼可供選用的頻率，所需的頻率數(shù)取決于系統(tǒng)差錯率。例如，有1000個頻率儲備的系統(tǒng)，即使干擾或其他噪聲均勻分布在每個可用頻率上也無關(guān)緊要。如果干擾或其他噪聲均勻地分布在每個頻道上，若要阻塞整個跳頻帶寬內(nèi)的通信，則要求噪聲功率比有用信號功率至少大100倍，即干擾容限為30dB，也就是干擾臺釋放1000W均勻分布的干擾功率對準(zhǔn)跳頻系統(tǒng)。2.2.2. 藍(lán)牙跳頻技術(shù)藍(lán)牙跳頻技術(shù)，是實現(xiàn)藍(lán)牙擴(kuò)譜的關(guān)鍵技術(shù)。ISM頻段是

27、對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻段，使用ISM頻段的系統(tǒng)容易受干擾。藍(lán)牙跳頻系統(tǒng)，使得系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘柟ぷ髟谝粋€很寬的頻帶上，傳統(tǒng)的窄帶干擾只能影響到擴(kuò)頻信號的一小部分，這使得信號不容易受到其它無線電波和信號的影響，從而更加穩(wěn)定。另外，如果在一個頻道上遇到干擾，就可以迅速跳到可能沒有干擾的另一個頻道上工作，從而加強(qiáng)了信號的可靠性和安全性。藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)包括：信號傳輸部分、信號接收部分、頻譜分析部分、誤碼分析部分。藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號傳輸主要包含兩個部分：信號序列產(chǎn)生和在跳頻頻率上映射該序列。藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號接收部分利用相同的隨機(jī)跳頻序列將接收信號進(jìn)行解調(diào)，按照預(yù)處理的逆序進(jìn)行解調(diào)，包含F(xiàn)H-C

28、PM Demulator子系統(tǒng)和Dis-assemble Packet子系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。發(fā)送端在時鐘控制下，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列去控制頻率合成至生成跳頻載波系列，稱做跳頻圖案。跳頻通信系統(tǒng)的原理框圖見圖7。圖中接收端的預(yù)調(diào)制濾波器是一種中心頻率隨信號跳頻式樣而同步跳變的窄帶濾波器（通頻帶允許所需信號通過），目的在于增加接收機(jī)的時間選擇性，減少強(qiáng)干擾對接收機(jī)可能引起的阻塞現(xiàn)象。 接收的跳頻載波序列若與本地產(chǎn)生的跳頻序列圖案一致，則經(jīng)混頻后可得到一個固定的中頻信號，再經(jīng)解調(diào)獲得輸出。若外來跳頻圖案與本地圖案不一致，則得不到一個固定的中頻信號，解調(diào)后只是一些噪聲而得不到有用的輸出。因此時間同步是

29、跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。 調(diào)制方式可根據(jù)跳頻信號的特征進(jìn)行選擇。在跳頻系統(tǒng)中不宜采用對相位要求嚴(yán)格的調(diào)制方式。因為在跳頻通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的本地載波要做到與外來信號的載波在相位上保持相干是很困難的。因此，宜用非相干檢測方式。頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的重要組成部分。頻率合成器的性能將制約跳頻速率。對頻率合成器的要求是跳頻速率快、雜散電平低和功耗小。頻率合成器進(jìn)行頻率跳變時，一般有2個階段：一個是過渡期（暫態(tài)時間），一個是滯留期（穩(wěn)態(tài)時間）。要求過渡期盡量的要短，以實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換。2.2.3. Matlab/Simulink仿真模型藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)仿真模型圖如下所示：圖10 藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)仿真模型圖

30、藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)包括四個部分：藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號傳輸部分、藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號接收部分、藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)頻譜分析部分、藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)誤碼分析部分。圖11 藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號傳輸部分藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號傳輸主要包含兩個部分：信號序列產(chǎn)生和在跳頻頻率上映射該序列。信號產(chǎn)生采用Bernoulli隨機(jī)信號生成模塊產(chǎn)生幀采樣率為10、采樣時間為1.5e-6的隨機(jī)信號。信號經(jīng)預(yù)處理在1600/s的跳頻上進(jìn)行映射。圖12 FH-CPM Modulaor子系統(tǒng)跳頻調(diào)制方式采用FH-CPM制式調(diào)制，輸入int1將原始信號進(jìn)行CPM調(diào)制得到脈沖長度為1的Binary符號序列，在另一輸入端將跳頻速率為1600

31、/s的跳頻信號進(jìn)行M-FSK調(diào)制，得到-39MHZ39MHZ的跳頻序列，將二者相乘得到輸出信號進(jìn)入傳輸信道。圖13 藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號接收部分藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號接收部分利用相同的隨機(jī)跳頻序列將接收信號進(jìn)行解調(diào)，按照預(yù)處理的逆序進(jìn)行解調(diào)，包含F(xiàn)H-CPM Demulator子系統(tǒng)和Dis-assemble Packet子系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。FH-CPM Demulator子系統(tǒng)如圖14所示，圖14 FH-CPM Demulator子系統(tǒng)輸入int1是經(jīng)傳輸信道接收的擴(kuò)頻信號。輸入int2是隨機(jī)序列產(chǎn)生器輸入的隨機(jī)跳頻序列，該序列與發(fā)送端保持同步，經(jīng)M-FSK調(diào)制后與int1中的擴(kuò)頻信號相乘再進(jìn)行

32、M-FSK解調(diào)，得到輸出out1。Dis-assemble Packet子系統(tǒng)如圖15所示，圖15 Dis-assemble Packet子系統(tǒng)由于經(jīng)信道傳輸產(chǎn)生延遲，因此在Dis-assemble Packet子系統(tǒng)中增加延遲Integer Delay,采樣延遲設(shè)置為10。如圖16所示，信號通過選擇器Selector，在頻譜儀Spectrum Scope中顯示出來。圖16 藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)頻譜分析部分圖17 藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)誤碼分析部分如圖17所示，將傳輸信號Int1和接收信號Int2送入Error Rate Calculation(差錯校驗)進(jìn)行檢測，并將結(jié)果使用Display模塊顯示出來

33、。2.2.4仿真以及運行情況圖18 Bernoulli隨機(jī)信號生成模塊產(chǎn)生隨機(jī)信號圖18表示的是Bernoulli隨機(jī)信號生成模塊產(chǎn)生幀采樣率為10、采樣時間為1.5e-6的隨機(jī)信號。圖19 20分貝的隨機(jī)跳頻脈沖圖19 顯示的是在頻帶范圍-39MHZ39MHZ內(nèi)，產(chǎn)生20分貝的隨機(jī)跳頻脈沖。圖20 Bernoulli隨機(jī)信號經(jīng)過加性高斯白噪聲信道傳輸誤碼率圖20顯示的為經(jīng)過加性高斯白噪聲信道傳輸?shù)男盘栴l譜，其產(chǎn)生的誤碼率約為0。五 實驗結(jié)論擴(kuò)頻通信以其較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落、抗多徑性能而成為第三代通信的核心技術(shù)，本文闡述了擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)和實現(xiàn)方法，利用MATLAB提供的可視化工具箱Simu

34、link建立了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真模型，詳細(xì)講述了各模塊的設(shè)計，并給出了仿真建模中需注意的問題。在給定仿真條件下，運行了仿真系統(tǒng)，驗證了所建仿真模型的正確性。通過仿真研究了擴(kuò)頻增益和輸出端信噪比的關(guān)系，結(jié)果表明，在相同誤碼率下，增大擴(kuò)頻增益，可以提高系統(tǒng)輸出端的信噪比，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。本文作者創(chuàng)新點：通過MATLAB/Simulink建立的仿真平臺，研究了擴(kuò)頻增益與誤碼率、信噪比之間的關(guān)系，為以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的衛(wèi)星信號設(shè)計提供依據(jù)。參考文獻(xiàn)1 曾興雯，劉乃安，孫獻(xiàn)璞.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.2 美Richard A.Poisel.現(xiàn)代通信干擾原理與技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2005.3 李建新，劉乃安，劉繼平.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATALAB通信工具箱M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.4 劉學(xué)勇.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2011.5 樊昌信，曹麗娜.通信原理教程(第6版)M.北京：國防工業(yè)出版社，2006.百度文庫 中文IT社區(qū) 程序員開發(fā)網(wǎng)附錄1.%m序列產(chǎn)生函數(shù)代碼function mout = mseq(n, taps, inidata, num)if nargin 1 %如果要輸出多