.PAGE.基于Matlab的直序列和跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)通信理論知識(shí)熟練的運(yùn)用MATLAB進(jìn)行直序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻的仿真研究。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.Matlab/simulink通信系統(tǒng)仿真。2.用matlab實(shí)現(xiàn)直序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻。三、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件平臺(tái)：筆記本電腦軟件平臺(tái)：windowsXP操作系統(tǒng)、MatlabR2014四、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(gè)基本問題開展的。所以,有效性和可靠性是設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)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(gè)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。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(hào),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。可靠性就是用來衡量收到信息與發(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(gè)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(cuò)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(jiǎn)稱。我們知道,頻譜是電信號(hào)的頻域描述。承載各種信息<如語音、圖象、數(shù)據(jù)等>的信號(hào)一般都是以時(shí)域來表示的,即表示為一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。信號(hào)的時(shí)域表示式可以用傅立葉變換得到其頻域表示式。頻域和時(shí)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(duì)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(gè)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(hào),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(shí)所需要的射頻帶寬,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(hào)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(hào)帶寬的一個(gè)重要因素,射頻信號(hào)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(gè)特點(diǎn)：①傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘?hào)的帶寬；②傳輸信號(hào)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(hào)。以上兩個(gè)特點(diǎn)有時(shí)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(diǎn)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：<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(duì)<1-2>式進(jìn)行變換<1-3>對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況,當(dāng)時(shí),對(duì)式<1-3>用冪級(jí)數(shù)展開,并略去高次項(xiàng)得 或<1-4>由式<1-4>可看出,對(duì)于任意給定的噪聲信號(hào)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(hào)噪聲功率比下降時(shí),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(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲功率比,可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯(cuò)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(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。這是因?yàn)楦咚拱自肼曅盘?hào)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(shí)延,當(dāng)時(shí)趨于無窮,當(dāng)時(shí)。白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有函數(shù)的特點(diǎn),說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對(duì)于白噪聲信號(hào)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)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(jì)特性逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)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(gè)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(zhǎng)或→∞時(shí),式<1-7>可簡(jiǎn)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(zhǎng)度>足夠長(zhǎng)時(shí),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(jì)特性,也就是它逼近于高斯信道要求的最佳信號(hào)形式。用偽噪聲碼擴(kuò)展待傳輸基帶信號(hào)頻譜的擴(kuò)頻通信系統(tǒng),優(yōu)于常規(guī)通信體制。〔二實(shí)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)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(shí)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,FH-SS跳時(shí)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(hào)還原成原始信息。所謂跳頻是指發(fā)送信號(hào)的載波按照某一隨機(jī)跳變圖樣在跳變,跳頻信號(hào)具有時(shí)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(gè)用戶劃分為多個(gè)信道的FDMA系統(tǒng)。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上,某一用戶的跳頻信號(hào)只占用單個(gè)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(hào)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(hào)跳頻的速率等于或接近于符號(hào)速率,則該系統(tǒng)稱為快跳頻系統(tǒng)；如果信號(hào)跳頻的速率低于符號(hào)速率,則稱為慢跳頻系統(tǒng)。跳時(shí)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片,在一幀內(nèi)的哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制。由于用了很窄的時(shí)片去發(fā)送信號(hào),所以信號(hào)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)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TTb<a>d<t>+1-1Tb<e>d’<t>+1-1s<t>=d<t>c<t>cos[2f0t+<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?hào)形式應(yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)形式。采用偽噪聲碼的擴(kuò)頻函數(shù)逼近白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,因而擴(kuò)頻通信系統(tǒng)又具有抗多徑干擾的能力。現(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)生的信息流通過編碼器輸出二進(jìn)制碼流。二進(jìn)制碼流中所含的兩個(gè)符號(hào)的先驗(yàn)概率相同,均為,且兩個(gè)符號(hào)相互獨(dú)立,其波形圖如圖2<a>所示,二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)與一個(gè)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(hào),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(jí),有的甚至達(dá)到幾百M(fèi)b/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(hào)對(duì)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(hào)用表示,如圖2<d>所示。擴(kuò)頻信號(hào)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(hào)的帶寬等于偽噪聲碼速率的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。Rcf0Rcf0fffBbfIFfIFBb多徑信號(hào)窄帶干擾白噪聲白噪聲有用信號(hào)有用信號(hào)多徑信號(hào)多徑信號(hào)窄帶干擾有用信號(hào)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(gè)和發(fā)射端同步的偽噪聲碼所調(diào)制的本地振蕩信號(hào),與接收到的進(jìn)行相關(guān)處理。相關(guān)處理是將兩個(gè)信號(hào)相乘,然后求其數(shù)學(xué)期望<均值>,或求兩個(gè)信號(hào)瞬時(shí)值相乘的積分。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)完全相同時(shí)<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(cè)器恢復(fù)發(fā)射端的信號(hào)。若信道中存在著干擾,這些干擾包括窄帶干擾、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(hào)同時(shí)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(hào)的帶寬。由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)不相關(guān),所以在進(jìn)行相關(guān)處理時(shí)被削弱,實(shí)際上干擾信號(hào)和本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)相關(guān)處理后,其頻帶被擴(kuò)展,也就是干擾信號(hào)的能量被擴(kuò)展到整個(gè)傳輸頻帶之內(nèi),降低了干擾信號(hào)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(hào)調(diào)制的中頻信號(hào)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(gè)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)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(hào)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(gè)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(gè)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(gè)用戶的信號(hào)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(hào)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(hào)被全部接收但信號(hào)帶寬已變換到基帶內(nèi)〔變?yōu)檎瓗盘?hào),設(shè)基帶信號(hào)的信息速率為,此時(shí)有用信號(hào)的功率譜為,其他用戶或者干擾噪聲信號(hào)與用戶信號(hào)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(hào)功率時(shí),系統(tǒng)不能正常工作。在實(shí)驗(yàn)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(shí)到達(dá)接收端,在接收端分別對(duì)不同用戶信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò),恢復(fù)各個(gè)用戶的原始信息。圖5DS-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(shí)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(hào)速率nSymbol=10000;%每種信噪比下發(fā)送的符號(hào)數(shù)M=4;%4-QAM調(diào)制br=sr*log2<M>;%比特速率graycode=[0132];%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(shí)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(jì)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=[13];%m序列1的寄存器連接方式ptap2=[23];%m序列2的寄存器連接方式regi1=[111];%m序列1的寄存器初始值regi2=[111];%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(shí)間間隔t=<0:nSymbol*Fs*clen-1+2*delay*Fs>*ts;%每種信噪比下的符號(hào)傳輸時(shí)間fd=160;%多普勒頻移[Hz]h=rayleigh<fd,t>;%生成衰落信道%****************************仿真開始****************************%******************************發(fā)射端********************************forindx=1:length<EbNo>indxdata=randsrc<user,nSymbol,[0:3]>;%產(chǎn)生各個(gè)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(jì)算每個(gè)用戶信號(hào)功率ifuser>1%用戶數(shù)大于1時(shí),所有用戶數(shù)據(jù)相加out1=sum<out1.'>;elseout1=out1.';end%******************************接收端*******************************sigma=sqrt<0.5*spow*sr/br*10^<-EbNo<indx>/10>>;%根據(jù)信噪比計(jì)算高斯白噪聲方差y=[];forii=1:usery<ii,:>=out1+sigma<ii>.*<randn<1,length<out1>>+j*randn<1,length<out1>>>;%加入高斯白噪聲〔AWGNendy=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forii=1:usery1<:,ii>=y<2*delay+1:end-2*delay,ii>;endyd=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(jì)誤比特率end假設(shè)同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)頻通信的用戶數(shù)分別為1、4和7個(gè)時(shí),M序列DS-CDMA在AWGN下的性能如圖6所示：圖6M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).基本原理及數(shù)學(xué)模型跳頻通信是指?jìng)鬏斝盘?hào)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(shí)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(gè)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(gè)頻率、,分別代表傳號(hào)和空號(hào)。而跳頻系統(tǒng)則要求提供幾百個(gè)、甚至上千萬個(gè)頻率。它由所傳信息碼與偽隨機(jī)碼序列模2加〔或波形相乘的組合來構(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(jiǎn)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(duì)輸入信號(hào)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(shí)頻域來看,多頻率的移頻鍵控信號(hào)由時(shí)頻矩陣組成,每個(gè)頻率持續(xù)時(shí)間T,并按跳頻指令的規(guī)定在時(shí)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(shí)鐘源偽碼產(chǎn)生器頻率合成器解調(diào)器中頻放大器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘源圖7跳頻系統(tǒng)簡(jiǎn)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(hào)帶寬等于。理想的跳頻器輸出頻譜呈矩形形狀,并且每個(gè)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(shí)頻矩陣圖〔a跳頻圖案；〔b跳頻時(shí)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(hào),〔2-6其中,n=0,1,2,…,N-1；為輸出的FH信號(hào)〔令振幅A=1;為FH合成器跳變間隔,每跳持續(xù)時(shí)間T,一般取；是待傳數(shù)字信息流；為初相。在信道中與其他地址信號(hào)、噪聲以及干擾組合后進(jìn)入接收機(jī)的信號(hào)為〔2-7圖9跳頻系統(tǒng)模型圖進(jìn)入本地信號(hào)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(gè)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(hào)的初相；。式〔2-9中,的每次跳變使混頻器輸出一個(gè)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(hào)分量為〔2-10再把上式中的信號(hào)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(hào)、干擾信號(hào)、噪聲不能在每次跳頻時(shí)隙內(nèi)都與本地輸出信號(hào)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(huì)對(duì)有用信號(hào)的解調(diào)發(fā)生影響。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(cuò)率。例如,有1000個(gè)頻率儲(chǔ)備的系統(tǒng),即使干擾或其他噪聲均勻分布在每個(gè)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(gè)頻道上,若要阻塞整個(gè)跳頻帶寬內(nèi)的通信,則要求噪聲功率比有用信號(hào)功率至少大100倍,即干擾容限為30dB,也就是干擾臺(tái)釋放1000W均勻分布的干擾功率對(duì)準(zhǔn)跳頻系統(tǒng)。2.2.2.藍(lán)牙跳頻技術(shù),是實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙擴(kuò)譜的關(guān)鍵技術(shù)。ISM頻段是對(duì)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?hào)工作在一個(gè)很寬的頻帶上,傳統(tǒng)的窄帶干擾只能影響到擴(kuò)頻信號(hào)的一小部分,這使得信號(hào)不容易受到其它無線電波和信號(hào)的影響,從而更加穩(wěn)定。另外,如果在一個(gè)頻道上遇到干擾,就可以迅速跳到可能沒有干擾的另一個(gè)頻道上工作,從而加強(qiáng)了信號(hào)的可靠性和安全性。藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)包括：信號(hào)傳輸部分、信號(hào)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(hào)傳輸主要包含兩個(gè)部分：信號(hào)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(hào)接收部分利用相同的隨機(jī)跳頻序列將接收信號(hào)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-CPMDemulator子系統(tǒng)和Dis-assemblePacket子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。發(fā)送端在時(shí)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(hào)跳頻式樣而同步跳變的窄帶濾波器〔通頻帶允許所需信號(hào)通過,目的在于增加接收機(jī)的時(shí)間選擇性,減少強(qiáng)干擾對(duì)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(gè)固定的中頻信號(hào),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(gè)固定的中頻信號(hào),解調(diào)后只是一些噪聲而得不到有用的輸出。因此時(shí)間同步是跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。調(diào)制方式可根據(jù)跳頻信號(hào)的特征進(jìn)行選擇。在跳頻系統(tǒng)中不宜采用對(duì)相位要求嚴(yán)格的調(diào)制方式。因?yàn)樵谔l通信系統(tǒng)中,接收機(jī)的本地載波要做到與外來信號(hào)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(cè)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(duì)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(shí),一般有2個(gè)階段：一個(gè)是過渡期〔暫態(tài)時(shí)間,一個(gè)是滯留期〔穩(wěn)態(tài)時(shí)間。要求過渡期盡量的要短,以實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換。2.2.3.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)仿真模型圖藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)包括四個(gè)部分：藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸部分、藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號(hào)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(hào)傳輸部分藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸主要包含兩個(gè)部分：信號(hào)序列產(chǎn)生和在跳頻頻率上映射該序列。信號(hào)產(chǎn)生采用Bernoulli隨機(jī)信號(hào)生成模塊產(chǎn)生幀采樣率為10、采樣時(shí)間為1.5e-6的隨機(jī)信號(hào)。信號(hào)經(jīng)預(yù)處理在1600/s的跳頻上進(jìn)行映射。圖12FH-CPMModulaor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(hào)進(jìn)行CPM調(diào)制得到脈沖長(zhǎng)度為1的Binary符號(hào)序列,在另一輸入端將跳頻速率為1600/s的跳頻信號(hào)進(jìn)行M-FSK調(diào)制,得到-39MHZ~39MHZ的跳頻序列,將二者相乘得到輸出信號(hào)進(jìn)入傳輸信道。圖13藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號(hào)接收部分藍(lán)牙跳頻通信系統(tǒng)信號(hào)接收部分利用相同的隨機(jī)跳頻序列將接收信號(hào)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-CPMDemulator子系統(tǒng)和Dis-assemblePacket子系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。FH-CPMDemulator子系統(tǒng)如圖14所示,圖14FH-CPMDemulator子系統(tǒng)輸入int1是經(jīng)傳輸信道接收的擴(kuò)頻信號(hào)。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(hào)相乘再進(jìn)行M-FSK解調(diào),得到輸出out1。Dis-assemblePacket子系統(tǒng)如圖15所示,圖15Dis-assemblePacket子系統(tǒng)由于經(jīng)信道傳輸產(chǎn)生延遲,因此在Dis-assemblePacket子系統(tǒng)中增加延遲IntegerDelay,采樣延遲設(shè)置為10。如圖16所示,信號(hào)通過選擇器Selector,在頻譜儀SpectrumScope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(hào)Int1和接收信號(hào)Int2送入ErrorRateCalculation<差錯(cuò)校驗(yàn)>進(jìn)行檢測(cè),并將結(jié)果使用Display模塊顯示出來。2.2.4圖18Bernoulli隨機(jī)信號(hào)生成模塊產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)圖18表示的是Bernoulli隨機(jī)信號(hào)生成模塊產(chǎn)生幀采樣率為10、采樣時(shí)間為1.5e-6的隨機(jī)信號(hào)。圖1920分貝的隨機(jī)跳頻脈沖圖19顯示的是在頻帶范圍-39MHZ~39MHZ內(nèi),產(chǎn)生20分貝的隨機(jī)跳頻脈沖。圖20Bernoulli隨機(jī)信號(hào)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?hào)頻譜,其產(chǎn)生的誤碼率約為0。五實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)方法,利用MATLAB提供的可視化工具箱Simulink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(jì),并給出了仿真建模中需注意的問題。在給定仿真條件下,運(yùn)行了仿真系統(tǒng),驗(yàn)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(diǎn)：通過MATLAB/Simulink建立的仿真平臺(tái),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(hào)設(shè)計(jì)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］.XX：XX電子科技大學(xué)出版社,2004.[2][美]RichardA.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］.XX：XX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(guó)防工業(yè)出版社,2006.百度文庫/r/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>ifnargin<4num=1;endmout=zeros<num,2^n-1>;fpos=zeros<n,1>;fpos<taps>=1;forii=1:2^n-1mout<1,ii>=inidata<n>;%寄存器的輸出值temp=mod<inidata*fpos,2>;%計(jì)算反饋數(shù)據(jù)inidata<2:n>=inidata<1:n-1>;%寄存器移位一次inidata<1>=temp;%更新第1個(gè)寄存器的值endifnum>1%如果要輸出多個(gè)m序列,生成其他m序列forii=2:nummout<ii,:>=shift<mout<ii-1,:>,1>;endend2.%循環(huán)移位shift代碼function[outregi]=shift<inregi,shiftr>v=length<inregi>;outregi=inregi;shiftr=rem<shiftr,v>;ifshiftr>0