基于SystemView的MSK仿真

1、最新資料推薦基于System View 的MSK仿真基于System View的MSK直序擴頻系統(tǒng)設(shè)計與仿真 2019 年 6月 6 日1M1S直序擴頻相關(guān)解調(diào)系統(tǒng)在SystemView上的仿真 移動通信中， 由于電磁波惡劣的傳播條件、快衰落的影響， 使得接收信號的質(zhì)量急劇下降；同時，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，業(yè)務(wù)量急劇增加，頻帶資源日趨緊張， 因而調(diào)制技術(shù)及調(diào)制信號應(yīng)具 有較強的抗干擾能力，信號占用帶寬小，以提高頻譜利用率，在有限的帶寬內(nèi)盡可能地提高傳輸數(shù)據(jù)的比特率，以適應(yīng)通信系統(tǒng)的窄帶數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊?。基于這兩方面的因素，最小移頻鍵控 （MS）等現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)在數(shù)字移動通信中得到廣泛的應(yīng)

2、用。通信系統(tǒng)的設(shè)計，不可避免地涉及到分析通信系統(tǒng)的有效性、 可靠性以及組成系統(tǒng)各元器件參數(shù)的選取等一系列問題。對一個硬件設(shè)備逐步完備、功能結(jié)構(gòu)又相當(dāng)復(fù)雜的實際通信系統(tǒng)，對其做出的任何改變都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性； 為減少人力資源和經(jīng)費的浪費，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期， 有必要在根據(jù)設(shè)計思想將系統(tǒng)設(shè)計出來之前，對該系統(tǒng)先進行仿真分析2, 分析它的設(shè)計參數(shù)， 從而有助于較全面地認識和研究硬件系統(tǒng)，降低系統(tǒng)設(shè)計失敗的可能性，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能， 并從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置，然后再應(yīng)用于實際系統(tǒng)設(shè)計。ELANIX 公司的SystemView系統(tǒng)級通信仿真軟件，為研發(fā)人 員能迅速測試其設(shè)計

3、思想，綜合評測系統(tǒng)性能提供了一種快捷的工 具。本文在給出最小移頻鍵控通信系統(tǒng)實現(xiàn)原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用SystemView軟件對MSK調(diào)制解系統(tǒng)進行設(shè)計實現(xiàn)。調(diào)22.1 MSK直序擴頻系統(tǒng)簡介本節(jié)中介紹了一種用 SAV卷積/ 相關(guān)其對MSK自序擴頻信號進行相關(guān)解調(diào)解擴的方法， 并介紹了用 SystemView對該系統(tǒng)進行原理仿真的方法。該系統(tǒng)采用的是32位M序列8FA6E560H（下標(biāo)H表示16進 制）作為擴頻偽隨機序列， 每個字符可以傳輸5位的信息，信息 就隱含在M序列的32種不同的循環(huán)移位狀態(tài)中。5 位的信息數(shù)據(jù)一共有32種，每種對應(yīng)于M序列的一種循環(huán) 移位狀態(tài)。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。圖中

4、省略了射頻鏈路，僅在中頻回路上進行原理仿真和分析。圖1 系統(tǒng)的原理框圖 待發(fā)送的5位信息數(shù)據(jù)首先須經(jīng)過擴 頻調(diào)制。32 位M序列存放在PROM中，根據(jù)不同的信息數(shù)據(jù)，輸出不同的循環(huán)移位狀態(tài)序列。擴頻調(diào)制后的序列采用PSK轉(zhuǎn)換法完成MSK調(diào)制。在接收端，將反序偽隨機序列經(jīng)過MSK調(diào)制作為本地參考信 號，收到的MSK擴頻信號與本地參考信號進行相關(guān)運算， 得到中 頻相關(guān)峰，發(fā)送的信息隱藏在相關(guān)峰出現(xiàn)的時刻里， 對相關(guān)峰進行最新資料推薦處理提取相關(guān)峰的頂點后，再與某一基準(zhǔn)時間相比較，通過技術(shù)就可以解調(diào)出原來的信息數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在SystemView上的仿真電路圖如圖2。圖2仿真電路圖2. 2擴頻調(diào)制及M

5、SK調(diào)制 如圖2，圖標(biāo)178是信號源庫中的用戶自定義輸出圖標(biāo)。利用該圖標(biāo)，用戶可以自定義該圖標(biāo)的輸出個數(shù)和各輸出的信 號形式。其輸出信號可以是某一常量或某些系統(tǒng)時間參數(shù)（如當(dāng)前系統(tǒng) 時間、循環(huán)運行次數(shù)、系統(tǒng)時間步長） 運算結(jié)果。這里將該圖標(biāo)定義為5個輸出，分別代表5位信息數(shù)據(jù)。子系統(tǒng)圖標(biāo)182位擴頻偽隨機序列發(fā)生器和擴頻調(diào)制器子系 統(tǒng)。并行輸入的5位信息輸入后，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十進制信息并完 成相應(yīng)的擴頻調(diào)制。擴頻調(diào)制器子系統(tǒng)的輸出是32位的M序列8FA6E560H按輸入 5位信息進行循環(huán)移位后的序列。仿真時，為了減少仿真時間以提高仿真效率，用由圖標(biāo)185、145、146組成的時間窗截取了一個23

6、系統(tǒng)中各圖標(biāo)的參數(shù)設(shè)置如 表1所列。圖標(biāo)序號圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置周期的 M序列。這并不影響系統(tǒng)的仿真原理。截取后包含信息的一個周期 M序列可由觀察窗圖標(biāo)132來觀 察，并在子系統(tǒng)圖標(biāo)158中完成MSK調(diào)制。發(fā)送的MSK言號可由觀察窗圖標(biāo)186來觀察。子系統(tǒng)圖標(biāo)161是本地碼產(chǎn)生模塊。循環(huán)移位狀態(tài)固定的M序列存放在PROM中，從子系統(tǒng)158輸 出，有圖標(biāo)7、147、148組成的時間窗截取兩個周期的 M序列， 由子系統(tǒng)圖標(biāo)163進行MSK調(diào)制，作為本地參考信號。本地參考信號與接收到的信號分別經(jīng)過圖標(biāo)187、190完成格式轉(zhuǎn)換后， 進行卷積運算， 完成解擴解調(diào)。卷積器圖標(biāo)6是DSP中的圖標(biāo)。為了卷積運算

7、能得到正確的結(jié)果，一般DSP圖標(biāo)要求的信號格 式，如有/無符號整型量、 制定長度的浮點量等。為了后面進行相關(guān)峰處理方便，本地為隨機碼用時間窗截取了兩個周期的時間寬度。因為在進行相關(guān)運算時兩個信號都是時間有限的，發(fā)送的信息數(shù)據(jù)只有一個偽隨機碼周期的長度，因此，如果本地偽隨機碼也只有一個周期， 那么在與某些循環(huán)移位狀態(tài)的發(fā)送信號進行相關(guān)時， 兩個偽隨機碼沒有完全重疊時信號就結(jié)束了，因此不能出現(xiàn)一個全相關(guān)峰，并且相關(guān)峰幅度的大小也同時發(fā)送信號的循環(huán)移位狀態(tài)有 關(guān)。如果本地碼采用兩個周期長度，那么就可以保證在進行相關(guān)運 算時兩個信號至少完全重疊一次，從而出現(xiàn)一個全相關(guān)峰， 以便后最新資料推薦面對相關(guān)峰

8、進行判決時的門限設(shè)定。通過相關(guān)峰處理子系統(tǒng)166，完成相關(guān)峰頂點時刻的提取，最后由子系統(tǒng)圖標(biāo)169完成信息的解調(diào)。系統(tǒng)的輸出與信號源圖標(biāo)178中的5位二進制信息相對應(yīng)的 十進制信息，由觀察窗圖標(biāo)177來觀察。146 信號源庫， 階躍信號發(fā)生器Amp=- 1V,Start=6.4s,Offset=OV145,148 信號源庫， 階躍信號發(fā)生 器 Amp=OV,Start=6.4s,Offset=OV187DSP 庫， 格式轉(zhuǎn)換器 DataTypeOut=IEEEGe neral,tRegisterOut=64bits,Expo nenO ut=11bi ts190DSP 庫，格 式 轉(zhuǎn) 換 器D

9、ataTypeOut=IEEEGe neral,tRegisterOut=64bits,Expo nenO ut=11bi ts6DSP庫，卷積器Operatio n=Co nvolve,FFTSize=8.192E+3samples147 信號源庫，階躍發(fā)生器Amp- 1V,Start=12.8s,Offset=0V4178信號源庫，自定義發(fā)生器No.ofAssig nedOutputs=5,Algebrap(O)=1,p(1)=1,p(2)=O,p(3)=O,p =0158,163子系統(tǒng)PSK轉(zhuǎn)換法MSK調(diào)制器子系統(tǒng)161子系統(tǒng)本地 參考信號發(fā)生器182子系統(tǒng)偽碼發(fā)生器和擴頻調(diào)制器子系統(tǒng)1

10、66子系統(tǒng)相關(guān)峰處理子系統(tǒng)169子系統(tǒng)信息解調(diào)子系統(tǒng)173子系統(tǒng)信息解調(diào) 子系統(tǒng)185, 7加法器無188, 10乘法器無132,186,189,177觀察 窗庫，分析型觀察窗無表1各圖標(biāo)的參數(shù)設(shè)置2. 3 解調(diào)解擴仿 真及實驗波形對波本節(jié)介紹的系統(tǒng)是通過接收信號與本地參考信號 在卷積器中卷積得到相關(guān)峰來完成解調(diào)解擴的。在圖1中，子系統(tǒng)圖標(biāo)161為本地碼發(fā)生器， 其輸出經(jīng)過 由圖標(biāo)7、147、148組成的時間窗截取后， 在子系統(tǒng)圖標(biāo)163中 完成MSK調(diào)制后，即作為本地參考信號。子系統(tǒng)圖標(biāo)163 （即MSK調(diào)制器） 的內(nèi)部組成電路與前面的 MSK調(diào)制子系統(tǒng)圖標(biāo)158相同。擴頻偽隨機序列發(fā)生器和

11、擴頻調(diào)制器子系統(tǒng)圖標(biāo)182的內(nèi)部電路圖圖3 182的內(nèi)部電路圖 圖標(biāo)196產(chǎn)生的方波序列作為作為 計數(shù)器圖標(biāo)52的時鐘，為了使52正常計數(shù)， 經(jīng)過了圖標(biāo)95， 197,195進行相印的電平轉(zhuǎn)換，并且有自定義圖標(biāo)198提供低電平作為計數(shù)器的控制信號。兩個十進制信號經(jīng)過加法器相加，再經(jīng)圖標(biāo)58轉(zhuǎn)化為二進制信號作為PROM和多路選擇器的地址信號。自定義圖標(biāo)56有兩個輸出即1和0,以作為PROM圖標(biāo)54 和多路選擇器圖標(biāo)53的片選等控制信號。圖標(biāo)179的內(nèi)部電路圖如圖4所示圖4 179 的內(nèi)部電路 圖 截取后一個周期的擴頻序列在 MSK調(diào)制系統(tǒng)中圖標(biāo)158完成 MSK調(diào)制。5 圖5 MSK調(diào)制子系統(tǒng)仿

12、真電路圖 在圖6中，子系統(tǒng)圖 標(biāo)161為本地碼產(chǎn)生器， 其輸出經(jīng)過由圖標(biāo)7, 147, 148 組成的 時間窗截取后， 在子系統(tǒng)圖標(biāo)163完成MSK調(diào)制后，即作為本地 5 / 10介廿./宀口.參考信號。圖6本地碼偽隨機產(chǎn)生子系統(tǒng)內(nèi)部電路圖圖7 圖標(biāo)169信息解調(diào)子系統(tǒng)內(nèi)部電路圖 6圖8 圖標(biāo)173信息轉(zhuǎn)換及提 取子系統(tǒng)內(nèi)部電路圖 在系統(tǒng)解調(diào)解擴時， 接收的MSK信號在本地 參考信號的相關(guān)運算時通過卷積來實現(xiàn)的。將相關(guān)運算和卷積運算的公式對比可知，兩個時間有限的信號進行相關(guān)運算與將其中一個信號的鏡像與另一個信號卷積所得到的 結(jié)果是相同的。根據(jù)實驗系統(tǒng)SAW卷積/相關(guān)器所得到的實際情況，此處采用

13、了卷積運算；因此，在PROM中存放的偽隨機序列與原來的序列是反序的。本地碼產(chǎn)生器子系統(tǒng)內(nèi)部各圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置如表2所列。圖標(biāo)序號圖標(biāo)名稱參數(shù)設(shè)置26邏輯庫，雙向計數(shù)器GateDelay=Os,Threshold=0.5V,TrueOutput=1V,FalseOutput=OV,Ri seTime=0s,FallTime=0s27 邏輯庫， 多路數(shù)據(jù)選擇器 GateDelay=Os,Threshold=0.5V,TrueOutput=1V,FalseOutput二 -1V, RiseTime=0s,FallTime=0s28 邏 輯 庫，PROMGateDelay=Os,Threshold=0.5

14、V,TrueOutput=1V,FalseOutput=OV,He xDo=58F9H,D 仁 E9AH,D2=0H,D3=0H,RiseTime=0s2 信號源庫，方波 脈沖發(fā)生器 Amp=1V,Freq=5MHz,PulseW=50ns,Offset=OV,Phase=O 30, 31,32 信號源庫，自定義信號源No.ofAssig nedOutputs=2,Algebrap(0)=0,p(1)=17833 輸入輸出端口子系統(tǒng)輸出窗口 3 3.1 結(jié)果分析從附圖的視頻相關(guān)峰波形可以 看出，在第一主峰前旁瓣較大，主旁瓣比大約為3.9，這是非循 環(huán)相關(guān)的結(jié)果。在第一主峰和第二主峰之間， 旁瓣

15、較小，主旁瓣比約為7，這 是循環(huán)相關(guān)的結(jié)果， 這表明在設(shè)計本地信號格式時， 應(yīng)該保證信號 在進入SAW相關(guān)器期間進行循環(huán)相關(guān)運算。在以上仿真的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)可進行進一步的仿真與分析，研究擴頻信號相關(guān)峰包絡(luò)與 M序列自相關(guān)曲線的關(guān)系。在SystemView中，利用接收計算出所用擴頻 M序列的自相 關(guān)曲線，經(jīng)在時間軸上的適當(dāng)平移后，對該曲線及視頻相關(guān)峰曲線 均進行歸一化處理，再將兩條曲線用接收計算器重疊， 以進行對比。實驗結(jié)果表明， 視頻相關(guān)峰曲線與 M序列自相關(guān)曲線(絕對 值)的形狀基本相同，主旁瓣比近似相等， 不同的是主峰的形狀和 底寬。視頻相關(guān)峰曲線的主峰頂部平坦面滑。M 序列自相關(guān)曲線的主

16、峰頂部尖銳，底寬較窄。該結(jié)果可作為中頻相關(guān)峰帶寬濾波器帶寬設(shè)計的依據(jù)。此外，由于相關(guān)峰主峰頂部圓滑，底部變寬，在進行相關(guān)峰頂點檢測時，要用負微分過零檢測與幅度門限相結(jié)合的方法，以減少頂點檢測的誤差， 提高碼元同步的精度， 減小測距誤差和系統(tǒng)的 誤碼率。9 / 10最新資料推薦3. 2發(fā)展趨勢直接序列擴頻（DSSS）,（Directseqcuencespreadspectrdm ）是直接利用具有高碼率的擴頻 碼系列采用各種調(diào)制方式在發(fā)端與擴展信號的頻譜，而在收端，用相同的擴頻碼序去進行解碼，把擴展寬的擴頻信號還原成原始的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法， 具體說，就是將信源與一定的PN碼 （偽噪聲碼）

17、進行摸二加。例如說在發(fā)射端將 1用11000100110， 而將0用00110010110 去代替，這個過程就實現(xiàn)了擴頻，而在接收機處只要把收到的序列是11000100110就恢復(fù)成1是00110010110就恢復(fù)成0， 這就是 解擴?？垢蓴_是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用， 而寬帶干擾的強度降低了 100倍， 如要保持原干擾強度， 則需加大100倍總功率， 這實質(zhì)上是難以 實現(xiàn)的2。因信號接收需要擴頻編碼進行相關(guān)解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾， 在不知道信號的擴頻碼的情況下， 由于 不同擴頻編碼之間的不同的相關(guān)性， 干擾也不起作用。正因為擴9頻技術(shù)抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛 采用擴頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。無線通信中抗多徑干擾一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關(guān)特性， 在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離 出最強的有用信號， 也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使 之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。直擴通信速率可達2M, 8M, 11M,無須申請頻率資源， 建 網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。直擴系統(tǒng)，即DS- CDMA系統(tǒng)，在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用則 成為擴頻技術(shù)的主流。歐洲的GSM標(biāo)準(zhǔn)和北美的以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)