Simulink直接序列擴頻系統(tǒng)設(shè)計

1、1、直接序列擴頻的基本原理直接序列擴頻（ Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式，簡稱直擴方式（ DS 方式）。就是用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴， 把展開的擴頻信號還原成原來的信號。 直接序列擴頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進行調(diào)制， 要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2 和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。 圖 1 示出了直接序列信碼 m(t)BPSK調(diào)制擴頻系統(tǒng)的原理方框圖。PN碼載波信息擴頻解調(diào)BPSK解調(diào)本地 PN 碼本地載波圖 1 直接序列擴頻系統(tǒng)的原理方框圖直擴系統(tǒng)的抗干擾能力是由接收機對干

2、擾的抑制產(chǎn)生的，如果干擾信號的帶寬與信息帶寬相同（即窄帶） ，此干擾信號經(jīng)過發(fā)送機偽噪聲碼調(diào)制后將展寬為與發(fā)送信號相同的帶寬， 而其譜密度卻降低了若干倍。 相反，直擴信號經(jīng)偽噪聲碼解擴后變成了窄帶信息， 從而使增益提高了若干倍。 此增益我們稱為直擴處理增益 GDS，也就是直擴系統(tǒng)的抗干擾能力，其定義式如下：GDS=10 lg（Rc/Rb）其中： Rc 為直擴碼速率； Rb 為信息碼速率，其比率即為擴頻碼長度，也稱擴頻信號的帶寬擴展因子。2、直接序列擴頻通信系統(tǒng)的特點(1)抗干擾性強抗干擾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

3、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。 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)。(2)隱蔽性好因為信號在很寬的頻帶上被擴展， 單位帶寬上的功率很小， 即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中， 別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在， 加之不知擴頻編碼，很難攝取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。(3)易

4、于實現(xiàn)碼分多址 (CDMA)直擴通信占用寬帶頻譜資源通信， 改善了抗干擾能力， 是否浪費了頻段呢其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。 正是由于直擴通信要用擴頻編碼進行擴頻調(diào)制發(fā)送， 而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關(guān)解擴才能得到， 這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼， 就可以區(qū)別不同的用戶的信號， 眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼， 就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信， 從而實現(xiàn)了頻率復(fù)用， 使擁擠的頻譜得到充分利用。 發(fā)送者可用不同的擴頻編碼， 分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)。 同樣，接收者用不同的擴頻編碼， 就

5、可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信，提高了頻譜利用率 3。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。(4)抗多徑干擾無線通信中抗多徑 (發(fā)射的信號經(jīng)多條不同路徑傳播 )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。(5)直擴通信速率高直擴通信速率可達 2M ，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。在通信標(biāo)準(zhǔn)中，要求的無線通信的速度是 250Kbps, 所以， cc2430 高頻部分也是使用這個通信速度。(6)有

6、很強的保密性能對于直擴系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。 由于直擴信號的頻譜密度很低， 直擴系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影響就很小。(7)精確測距在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬， 則意味著所采用的擴頻碼速率很高， 每個碼片占用的時間就很短。 當(dāng)發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來后， 在接收端解調(diào)出擴頻碼序列， 然后比較收發(fā)兩個碼序列相位之差， 就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。3、基于 Simulink 的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的仿真在 Simulink

7、 中對直接序列擴頻通信系統(tǒng)進行仿真是要用到擴頻與解擴、 BPSK 調(diào)制、編碼信道 AWGN 信道模塊，如圖所示。圖仿真用到的主要模塊1)Scope將輸入信號在示波器中顯示出來。2)Display將輸入信號以數(shù)字的形式顯示出來。3)Error Rate Calculation計算輸入信號的比特或符號錯誤率。4)AWGN channel AWGN信道。5)PN Sequence Generator生成 PN 序列。6)Bernoulli Binary Generator生成 Bernoulli 分部二進制數(shù)。7)BPSK Demodulator Basband BPSK解調(diào)。8)BPSK Modu

8、lator Basband BPSK調(diào)制。擴頻與解擴的 Simulink 仿真圖擴頻模塊包括偽隨機碼生成和相關(guān)運算兩個部分。 不同的偽隨機碼表示著不同的擴頻方式。常用的偽隨機碼有 m 序列 (最大長度移位寄存器序列 )、Gold 碼序列等。在直序擴頻序列通信系統(tǒng)中，每一用戶都分配到一固定的 PN 序列，用戶之間的 PN 序列都是互為正交的，以使得每一用戶不受到其他用戶的干擾。擴頻的過程可以簡而言之為在發(fā)送端用 PN 碼序列將載有信息的信號擴頻到某個較寬的帶寬上，然后在信道上進行傳輸。解擴過程與擴頻過程完全相同， 也是將輸入解擴模塊的信號用偽隨機碼進行擴頻處理。同時，要求接收端解擴頻用的偽隨機碼

9、與發(fā)送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同；否則，將會導(dǎo)致期望用戶的信號自身相互抵消。圖是擴頻的仿真模型，圖中一個隨機序列與 PN 碼序列異或相乘得一個新的序列，使隨機序列的頻譜被擴展。 圖的第一個波形輸入的隨機信號的波形， 第二個波形是擴頻后的波形，第三個波形是生成的PN 碼序列的波形。圖 擴頻的仿真模型圖 擴頻波形BPSK調(diào)制的 Simulink 仿真圖BPSK是二進制相移鍵控，在二進制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時， 則產(chǎn)生 BPSK信號。通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180° 分別表示二進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。理想的 BPSK調(diào)制可使載波相位瞬時變化 180°。 BPSK信號的調(diào)制原理圖如圖所示。開關(guān)電路cos ctebpsk(t)180°移相S（ t）圖 BPSK調(diào)制原理圖BPSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，解調(diào)器原理圖如圖所示，在相干解調(diào)過程中需要用到與接收到的 BPSK信號同頻同相的相干波。ebpsk(t)輸出相乘器cos ct圖 BPSK解調(diào)原