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

./《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：李兆玉課程設(shè)計(jì)目的了解、掌握直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的組成、工作原理；了解、熟悉擴(kuò)頻調(diào)制、解調(diào)、解擴(kuò)方法,并分析其性能；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)；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),再經(jīng)信息解調(diào),恢復(fù)出原始信號。建立模型描述直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)組成框圖：直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)波形圖：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)制信號的相位改變沒有倒π現(xiàn)象；MSK調(diào)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BPSK調(diào)制方式。直擴(kuò)系統(tǒng)的解調(diào)功能模塊：BPSK解調(diào)模塊在常規(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)制來產(chǎn)生BPSK信號的,而對于BPSK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。擴(kuò)頻解調(diào)模塊解擴(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。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<'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<[016000-1.51.5]>;title<'信源信息碼序列'>;gridon;生成信息碼的波形圖〔b偽隨機(jī)碼生成模塊functiony=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;fork=1:Ny<k>=curState<M-1>;a=rem<sum<gen<2:end>.*curState>,2>;curState=[acurState<1: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<[0600-1.51.5]>;title<'偽隨機(jī)碼序列'>;gridon;生成偽隨機(jī)碼的波形圖〔c擴(kuò)頻調(diào)制模塊gt=x1.*pn;plot<gt>;axis<[01000-1.51.5]>;title<'復(fù)合碼序列'>;gridon;生成的復(fù)合碼波形圖〔dBPSK調(diào)制模塊%用BPSK調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;fori=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>.*cIendplot<x_bpsk>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'BPSK調(diào)制后的波形'>;gridon;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;fori=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>.*cIendplot<x_bpsk1>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'加噪后已調(diào)波的波形'>;gridon;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〔aBPSK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>;fori=1:2000s<<1+<i-1>*8>:i*8>=x_bpsk1<<1+<i-1>*8>:i*8>.*cI;endplot<s>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'解調(diào)后的波形'>;gridon;生成BPSK解調(diào)后的波形圖〔b解擴(kuò)模塊%相關(guān)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5Mb=fir1<16,wn>;H=freqz<b,1,16000>;xx=filter<b,1,jk_code>;plot<xx>;axis<[016000-1.51.5]>;title<'解擴(kuò)并濾波后的波形'>;gridon;生成解擴(kuò)后的波形圖調(diào)試分析及結(jié)論調(diào)試分析〔a信源信息碼與收端恢復(fù)出的波形的比較〔b頻譜分析調(diào)制過程中出現(xiàn)的問題及解決方式：在調(diào)試程序中出現(xiàn)"undefinedfunctionorvariable‘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；復(fù)合碼產(chǎn)生程序中,出現(xiàn)"vectormustbethesamelengths",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；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；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)信號可實(shí)現(xiàn)精確的測距定位。心得體會(huì)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(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。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functiony=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;fork=1:Ny<k>=curState<M-1>;a=rem<sum<gen<2:end>.*curState>,2>;curState=[acurState<1: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<[0600-1.51.5]>;title<'偽隨機(jī)碼序列'>;gridon;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,800>;%每個(gè)碼元內(nèi)采樣800個(gè)點(diǎn)plot<x1>;axis<[016000-1.51.5]>;title<'信源信息碼序列'>;gridon;figure<3>gt=x1.*pn;plot<gt>;axis<[01000-1.51.5]>;title<'復(fù)合碼序列'>;gridon;figure<4>;%用BPSK調(diào)制fs=20e6;f0=30e6;fori=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>.*cIendplot<x_bpsk>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'BPSK調(diào)制后的波形'>;gridon;figure<5>sigma=0.1;nt=sigma*randn<1,20>;nt1=rectpulse<nt,800>;gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;fori=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>.*cIendplot<x_bpsk1>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'加噪后已調(diào)波的波形'>;gridon;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>;fori=1:2000s<<1+<i-1>*8>:i*8>=x_bpsk1<<1+<i-1>*8>:i*8>.*cI;endplot<s>;axis<[0200-2.52.5]>;title<'解調(diào)后的波形'>;gridon;figure<7>%相關(guān)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5Mb=fir1<16,wn>;H=freqz<b,1,16000>;xx=filter<b,1,jk_code>;plot<xx>;axis<[016000-1.51.5]>;title<'解擴(kuò)并濾波后的波形'>;gridon;%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<[016000-1.51.5]>;title<'信源信息碼序列'>;gridon;subplot<2,1,2>;plot<xx>;axis<[016000-1.51.5]>;title<'收端接收到的波形'>;gridon;%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<[-10010002000]>;title<'信源信息碼序列的頻譜圖'>;gridon;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<[-4404000]>;title<'偽隨機(jī)碼序列的頻譜圖'>;gridon;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<[-4402000]>;title<'擴(kuò)頻碼序列的頻譜圖'>;gridon;T=1;N=2000;N_sam