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、貞眉內(nèi)容丑柞$核息，花普院擴(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(jí)：0110910 1 0110911貝腳內(nèi)容16姓名:詹曉丹(2009210432)姜 微(2009210503) 張建華(2009210336)指導(dǎo)老師：李兆玉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(shí)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(hào)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(hào)

2、還原成原始的基帶信號(hào)。在發(fā)端輸入的信息與擴(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(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的展寬，展寬后的信號(hào)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(hào)對(duì)載波進(jìn)行 二相相移監(jiān)控（BPSK）調(diào)制，當(dāng)gt從“0”變成 T 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(hào)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(hào)與本振信號(hào)混頻、低頻濾波后得到中頻信號(hào)，然后與本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同并且同步

3、的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行波形相乘，實(shí)現(xiàn)相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)出原始信號(hào)。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:a(t) c(t) I d(,) mnu蚪VW刪M恤側(cè)冊(cè)VWWWMM冊(cè)WWWM c(t)I_I | I|_| | _WVWWVWWWWWWWWWM 訕 wwwywwwyv a(t)4.模塊功能分析（1）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BPS

4、K、四相相移鍵控QPSK、偏移四相相移監(jiān)控OQPSK、最小頻移監(jiān)控MSK。QPSK調(diào)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的優(yōu)點(diǎn)就是調(diào)制信號(hào)的相位改變沒(méi)有倒n現(xiàn)象；MSK調(diào)制信號(hào)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BPSK調(diào)制方式。(2)直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)功能模塊:(a) BPSK解調(diào)模塊相乘器Q"在常規(guī)數(shù)字通信中，解調(diào)可以用鎖相環(huán)解調(diào)器、平方環(huán)解調(diào)器、科斯塔斯環(huán)解調(diào)器。在 直擴(kuò)系統(tǒng)中，一般擴(kuò)頻調(diào)制方式是用抑制載波雙平衡調(diào)制來(lái)產(chǎn)生BPSK信號(hào)的，而對(duì)于BPSK 信號(hào)，不管是絕對(duì)相移還是差分相移。其載波

5、分量都被抑制了幾十分貝，并且直擴(kuò)信號(hào)譜密 度都很低，而大氣噪聲及接收機(jī)內(nèi)部噪聲乂很大，有用信號(hào)常淹沒(méi)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(hào)和抑制了教波的信號(hào)，且環(huán)路的工作頻率與輸入信號(hào)載波頻率完全相同。(b)擴(kuò)頻解調(diào)模塊貝的內(nèi)容解擴(kuò)后的信號(hào)丁如解擴(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(jiǎn)單，缺點(diǎn)是對(duì)干擾信號(hào)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

6、，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(guò)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('seed',O);x=sign(rand( 1 ,code_length)-0.5); %信息碼從 0、1 序列變成-1、1 序列 xl=rectpulse(x,800);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣800個(gè)點(diǎn)plot(xl);axis(0 16000-1.5 1.5);title('信源信息碼序列')；grid on;生成信息碼的

7、波形圖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(zhǎng)度f(wàn)igure( 1)g=19;state=8;N=2000;gen = dec2bin(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-l ) - 48;for k =1:Ny(k) = curState(M-l);a = rem(sum( gen(2:end).*curState),2);curState = a curState(l:M-2);endx_code=sign(y&

8、gt;0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個(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=xl.*pn;plot(gt);axis(0 1000-1.5 1.5);titleC復(fù)合碼序列上grid on;生成的復(fù)合碼波形圖復(fù)合碼序列(d) BPSK調(diào)制模塊%用BPSK調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;for i=l:2000AI=2;dt=fs/fO;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*p

9、i*fO*n/fs);x_bpsk( 1 +(i-1 )*8):i*8)=gt(l +(i-1 )*8):i*8).*cl endplot(x_bpsk);axis(O 200 -2.5 2,5);titleCBPSK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=O. 1;nt=sigma*randn( 1,20);nt 1 =rectpulse(nt,800);gtl=gt+ntl;fs=20e6;f0=30e6;for i= 1:2000AI=2;dt=fs/fO;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*fO*n

10、/fs);x_bpsk 1 (1 +(i-1 )*8):i*8)=gt 1 (1 +(i-1 )*8):i*8).*cl endplot(x_bpskl);axis(0 200 -2.5 2.5);title(咖噪后已調(diào)波的波形);grid on;生成加噪后已調(diào)波的波形圖貝腳內(nèi)容16頁(yè)的內(nèi)容(3)直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)模塊(a) BPSK解調(diào)模塊AI=1;dt=fs/fO;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*fO*n/fs);for i= 1:2000s(l +(i- l)*8):i*8)= x_bpsk 1(1 +(i- l)*8):i*8).*cl;

11、endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);titleC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)解擴(kuò)貝腳內(nèi)容16蟲(chóng)M內(nèi)容（b）頻譜分析信源信息碼序列的頻譜圖40000-4血而疝J,1 L 卜此岫加偽隨機(jī)碼序列的頻譜圖300020001000-202復(fù)合碼序列的頻譜圖bpsk已調(diào)波的頻譜圖4貞腳內(nèi)容16（2）調(diào)制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方式：I ）在調(diào)試程序中出現(xiàn)"undefined function or variable *mgen'后來(lái)檢測(cè)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)“vect

12、or must be the same lengths ”，后檢測(cè)得出 原因是信息碼和偽隨機(jī)碼長(zhǎng)度不相同時(shí)不能直接相乘；3）由于所加噪聲為高斯白噪聲，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(guò)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(shì)。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(hào)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

13、，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(hào)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(hào)可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)距定位。7 .心得體會(huì)通過(guò)這次直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，我們加深了對(duì)擴(kuò)頻理論知識(shí)的理解。懂得了直接擴(kuò) 頻系統(tǒng)的原理所在，并且經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)程中，我們小組也遇到了一些問(wèn)題，但是我們通過(guò)討論以及查閱資料，解決了難題。同時(shí), 也激發(fā)了我們對(duì)擴(kuò)頻這門(mén)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

14、培養(yǎng)了我們的能力。8 .參考文獻(xiàn)劉煥淋.擴(kuò)展頻譜通信刈.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2008田日才.擴(kuò)頻通信國(guó).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貞眉內(nèi)容附件一：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(zhǎng)度f(wàn)igure(l)g= 19 ;state=8 ;N=2000;gen = dec2bin(g)-48;M = length(gen);curState = dec2bin(state,M-l) - 48;for

15、k =1:Ny(k) = curState(M-l);a = rem(sum( gen(2:end).*curState),2);curState = a curState(l:M-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個(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)codejength=20; %信息碼元個(gè)數(shù)N=l:code_length;rand(,seed0);x=sign(rand( 1 ,code_length)-0.5); %信

16、息碼從 0、1 序列變成-1、1 序列xl=rectpulse(x,800);%每個(gè)碼元內(nèi)采樣800個(gè)點(diǎn)plot(xl)；axis(0 16000-1.5 1.5);出1式信源信息碼序列');grid on;figure(3)gt=xl.*pn;plot(gt)；axis(0 1000-1.5 1.5);title(復(fù)合碼序歹lj);grid on;figure(4);%用BPSK調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;for i= 1:2000AI=2;dt=fs/fO;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(l+(

17、i- l)*8):i*8)=gt(l +(i-l)*8):i*8).*cl endplot(x_bpsk);axis(0 200 -2.5 2.5);titleCBPSK調(diào)制后的波形);grid on;figure(5)sigma=0.1;nt=sigma*randn( 1,20);nt 1 =rectpulse(nt,800);gtl=gt+ntl;fs=20e6;f0=30e6;for i= 1:2000AI=2;dt=fs/fO;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*fO*n/fs);x_bpsk 1 (1 +(i-1 )*8):i*8)=gt

18、1(1 +(i-1 )*8):i*8).*cl endplot(x_bpskl);axis(0 200 -2.5 2.5);titleC加噪后已調(diào)波的波形)；grid on;figure(6)%解調(diào)AI=1;dt=fs/fO;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*fO*n/fs);for i= 1:2000s( l+(i-1 )*8):i*8)= x_bpsk 1 (1 +(i-1 )*8):i*8).*cl;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

19、_code=s.*pn;%底通濾波wn=5/1000000; %截止頻率wn=fn/(fs/2),這里fn為擴(kuò)頻碼的帶寬5M b=firl(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(2J J);plot(xl);axis(0 16000-1.5 1.5);出1式信源信息碼序列);grid on;subplot(2,l,2);plot(xx);axis(0

20、16000-1.5 1.5);title。收端接收到的波形);grid on;%頻譜圖figure(9);T=l;N=20;N_sample=800;df=l/(N*T);f=-(N*N_sample/2)*df+df:df:(N*N_sample/2)*df;subplot(2,2,l);plot(f,abs(fftshift(fft(x 1);axis(-100 100 0 2000);titleC信源信息碼序列的頻譜圖);grid on;T=l;N=2000;N_sample=8;df=l/(N*T);貝腳內(nèi)容16貞帶內(nèi)容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);titleC偽隨機(jī)碼序列的頻譜圖)；grid on;T=l;N=2000;N_sample=8;df=l/(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);grid on;T=l;N=