擴(kuò)頻通信系統(tǒng)MATLAB仿真研究目錄TOC\o"1-2"\u1緒論 圖4.24中給出了擴(kuò)頻和解擴(kuò)前后信號功率譜的變化情況，觀察仿真圖可以發(fā)現(xiàn)，帶限基帶信號進(jìn)行擴(kuò)頻處理后，信號的頻譜得到明顯的展寬，信號淹沒在噪聲里面，而經(jīng)過解擴(kuò)之后，信號從噪聲中恢復(fù)出來。圖4.25高斯信道下的誤比特率（信噪比為10）圖4.26高斯信道下的誤比特率（信噪比為8）圖4.27高斯信道下的誤比特率（信噪比為6）圖4.28高斯信道下的誤比特率（信噪比為4）圖4.29高斯信道下的誤比特率（信噪比為2）圖4.30高斯信道下的誤比特率（信噪比為0）圖4.31高斯信道下的誤比特率趨勢圖圖4.32瑞利信道下的誤比特率圖4.33萊斯信道下的誤比特率經(jīng)過仿真后我們可以觀察到其誤比特率，信噪比越高，數(shù)值越低，表明性能越好。如圖4.25至4.30，則為高斯信道的誤比特率，分別展示了信噪比為10、8、6、4、2、0時的誤比特率。將展示出來的誤比特率進(jìn)行整理，繪制出了高斯信道下的誤比特率的趨勢（如圖4.31）。可以看出，隨著信噪比的增加，誤比特率也在下降，在信噪比為10dB的時候誤比特率達(dá)到最低。這也就說明了在信噪比為10db的時候，高斯信道的性能最好。圖4.32與圖4.33分別為瑞利信道和萊斯信道下的誤比特率,。從上往下來看，第三行為總的比特，第二行為差錯比特，第三行為誤比特率，而誤比特率=差錯比特/總的比特，可以準(zhǔn)確的反映其性能。瑞利信道衰減是無線傳輸過程中由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落模型，相對于高斯信道的噪聲影響，瑞利信道對于信號的影響更加嚴(yán)重了。因此在許多的工程中也需要克服這個問題。萊斯信道與瑞利信道的衰落的區(qū)別在于，當(dāng)接受信號中多徑分量中不存在一個主要靜態(tài)信號分量時，則為瑞利信道，否則為萊斯信道。綜上所述，根據(jù)圖片可以觀察到，首先發(fā)送比特流與接收比特流幾乎完全一致，因此在直擴(kuò)系統(tǒng)中其穩(wěn)定性很高且具有強(qiáng)大的抗干擾功能。其次我們也可以發(fā)現(xiàn)，在高斯信道中，其性能最好。而瑞利信道相比較而言性能就差了很多。瑞利信道衰減是由無線傳輸中的多徑效應(yīng)引起的衰落模型。與純加性噪聲相比，瑞利通道對信號的影響更為嚴(yán)重，這也是實際工程中必須解決的問題。從圖中也可以對比得出由于沒有直射分量，萊斯信道的性能要好于瑞利信道。 第5章第五章跳頻系統(tǒng)MATLAB仿真5.1跳頻系統(tǒng)的原理跳頻通信也是擴(kuò)頻通信的一種。將其與固定的頻率相比，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較低的攔截概率，使其難以檢測，攔截和攔截信息，并確保了通信的隱蔽性和可靠性。另外，發(fā)射和接收頻率變化很快，可以有效地消除由信號衰落和多徑干擾引起的信號延遲。跳頻也就是在寬頻帶內(nèi)用特定的序列進(jìn)行的載波跳頻。信息數(shù)據(jù)正確編碼后就成為Bd帶寬的基帶信號，Bd帶寬的基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制。跳頻系統(tǒng)當(dāng)中的載波頻率也會被偽隨機(jī)碼的發(fā)生器控制住。為了實現(xiàn)頻譜擴(kuò)展，載波頻率需要在具有BSS帶寬的頻帶中隨機(jī)跳變。跳頻系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒋a和偽隨機(jī)碼序列構(gòu)成跳躍指令也就是跳頻模式，而載波頻率也會隨時變化。接收機(jī)會接收來自射頻濾波器的跳頻信號，然后提取到與其同步信號。然而我們知道，跳頻的同步信號就是來自發(fā)送到這里來的跳頻信號。接下來就是獲得同步的本地載波，在這個過程中我們的目的是讓接收到的跳頻信號和由偽隨機(jī)序列碼控制的跳頻相同步。只要只要發(fā)送者和接收者的偽隨機(jī)碼同步，我們就可以得到一個恒定頻率的信號。然后再將信號進(jìn)行解調(diào)，最后就是恢復(fù)發(fā)送的信息。在跳頻系統(tǒng)中，有一個非常重要的參數(shù)，我們稱作為是跳頻增益，常用字母G來表示。在通信系統(tǒng)中，它也可以稱作擴(kuò)頻增益。如果我們假設(shè)跳頻的次數(shù)為N次，換句話說也就是在跳頻系統(tǒng)中，可變頻率合成器假設(shè)給我們提供了N個互不相同的頻率。那么在跳頻系統(tǒng)中，BSS帶寬為N個最小跳頻間隔?f=Bd。通過這樣的一個關(guān)系我們就可以得到這個跳頻系統(tǒng)中的一個擴(kuò)頻增益，有以下式子來進(jìn)行表示：G=B我們可以總結(jié)來說，跳頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益等于系統(tǒng)中最大的跳頻數(shù)。擴(kuò)頻增益G的也顯示了該跳頻的抗衰落和抗干擾特性的大小。5.2跳頻系統(tǒng)的性能跳頻通信具抗干擾的功能，可以共同享用頻譜資源。因此，跳頻通信在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中有著非常突出的優(yōu)勢。除此以外，跳頻通信也常常被應(yīng)用于民用通信中，用來抵抗衰落，抗多通，抗互聯(lián)網(wǎng)干擾并且還能提高頻譜的利用率。5.3跳頻系統(tǒng)的實現(xiàn)方法跳頻系統(tǒng)是一種根據(jù)特定規(guī)則同時跳變發(fā)送方和接收方的載波頻率的通信系統(tǒng)。在跳頻通信系統(tǒng)中，可以被用的信道帶寬會劃分成許多個相鄰的頻率間隔，我們將它稱之為頻率間隙。在每一個信號傳輸?shù)拈g隔之中，傳輸?shù)男盘栒加靡粋€或多個可用的頻率時隙。圖5.1整體實現(xiàn)流程圖創(chuàng)建跳頻信號的方法有多種，在本次畢業(yè)設(shè)計中用了如下的一種方法：首先是由PN序列產(chǎn)生一個采樣速率為1/500s的二進(jìn)制的碼流。然后經(jīng)過兩次緩存器，再進(jìn)行二進(jìn)制到整數(shù)的一個變化，并且是五個比特為一組，這樣就轉(zhuǎn)化成了0-31個電壓值來控制VCO，這樣就可以使得輸出的頻率隨著整數(shù)值跳變的正弦信號。5.4仿真結(jié)果與分析圖5.2所示為基于simulink的跳頻系統(tǒng)仿真框圖，主要分析了在高斯信道下跳頻通信的誤碼率。圖5.3則為跳頻子系統(tǒng)仿真流程圖。信號的帶寬是100Hz，如圖5.4所示，為跳頻信號頻譜可以觀察到跳頻的寬度，也就是頻譜的范圍。如圖用紅色方框標(biāo)注的地方則為展頻譜后的信號總帶寬。因此可以計算得到跳頻增益為：15.34。圖5.5至圖5.9則展現(xiàn)了高斯信道下的誤比特率，分別是信噪比為10、8、4、0、-2下的誤比特率。經(jīng)過仿真我們可以發(fā)現(xiàn)，信噪比越高誤比特率越低，在信噪比為10的時候誤比特率可以達(dá)到零，說明在我仿真的這個跳頻通信系統(tǒng)中，信噪比為10dB時，跳頻通信系統(tǒng)的性能非常好，甚至達(dá)到了最好。下面我們再觀察圖5.10，這張圖體現(xiàn)了在該系統(tǒng)中高斯信道下誤比特率隨信噪比的變化趨勢。將所得到的的數(shù)據(jù)繪制成折線圖就會非常直觀的看到誤比特率的變化趨勢。當(dāng)信噪比下降，誤比特率越大的時候說明系統(tǒng)的性能下降。圖5.2高斯信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖5.3跳頻子系統(tǒng)仿真流程圖圖5.4跳頻信號頻譜圖5.5高斯信道誤比特率（信噪比10）圖5.6高斯信道誤比特率（信噪比8）圖5.7高斯信道誤比特率（信噪比為4）圖5.8高斯信道誤比特率（信噪比為0）圖5.9高斯信道誤比特率（信噪比為-2）圖5.10跳頻系統(tǒng)高斯信道誤比特率趨勢圖圖5.11則是我在跳頻系統(tǒng)中所用到的PN序列發(fā)生器。PN序列因為可以重復(fù)生成和處理，所以也被大家稱作是偽隨機(jī)噪聲序列。PN序列還有其他許多種類，比如說最常見的m序列，一般都是由反饋移位寄存機(jī)產(chǎn)生的。在這個模塊中，我設(shè)置了采樣時間是1/500，也就是說其擴(kuò)頻碼片速率是500chip/s圖5.11PN序列發(fā)生器圖5.12為，Buffer緩存模塊，就是基于幀的信號創(chuàng)建模塊，通過buffersize，overlapsize，initialvalue等來創(chuàng)建幀格式信號。幀格式相當(dāng)于每個采樣點批處理一些數(shù)據(jù)，其波形觀察通過vectorscope來查看。圖5.12Buffer緩存模塊簡單來說這個子模塊的作用就是：首先是PN序列會產(chǎn)生一個采樣速率是1/500s的二進(jìn)制碼流。然后會經(jīng)過兩個緩存器，并且進(jìn)行二進(jìn)制變?yōu)檎麛?shù)的一個變換，這樣就會生成一個五進(jìn)制的隨機(jī)的整數(shù)碼流，采樣的速率則為1/100s。用其控制壓控振蕩器VCO，使得其輸出隨著整數(shù)值跳變的正弦信號的一個頻率。然后再使得跳頻的頻率集合得到其控制，五進(jìn)制隨機(jī)整數(shù)碼流，轉(zhuǎn)成了整數(shù)且最大為32。通過此模塊我們可以得到一個偽隨機(jī)序列，如圖5.13，就是本次得到的跳頻控制序列。圖5.13跳頻控制序列圖5.14跳頻信號時域波形圖5.15發(fā)送信號和接收信號的波形對比在給定下列信息的情況下，以偽隨機(jī)整數(shù)信號（最大為32）控制系統(tǒng)的跳頻載波。數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣速率為1/500s的PN序列產(chǎn)生的二進(jìn)制碼流，數(shù)據(jù)調(diào)制采用BPSK調(diào)制，圖5.14則展示了跳頻信號的時域波形，從圖中我們也可以觀察到發(fā)送信號的波形、跳頻載波以及跳頻信號。圖5.15則展現(xiàn)了跳頻系統(tǒng)收發(fā)波形的比較，可以看出幾乎是同步且一致的。因此我們也不難總結(jié)出跳頻系統(tǒng)也有非常好的抗干擾功能。圖5.16跳頻圖案圖5.17跳頻點對應(yīng)頻率詳細(xì)圖除此以外我也利用了MATLAB編碼，來展現(xiàn)跳頻系統(tǒng)跳頻的一個圖案，在圖5.16中，我們可以觀察到當(dāng)時間在變化時，跳頻圖案也在有規(guī)律的重復(fù)，但是在頻率集合里是偽隨機(jī)的。由于跳頻點圖案較小不方便觀察其變化，我將其跳變頻點標(biāo)在相應(yīng)的跳頻點旁邊，如圖5.17。可以看出一個周期有32個跳頻點。圖5.18萊斯信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖5.19瑞利信道跳頻系統(tǒng)仿真流程圖圖5.18展示了萊斯信道的跳頻系統(tǒng)仿真，此時的信噪比為10，也可以看出其誤比特率為0。因此在跳頻系統(tǒng)中，萊斯信道的性能也是不錯的。具有強(qiáng)大的抗干擾功能。而相對于圖5.19的瑞利信道來說誤比特率就大大增加了，所以我們也不難看出萊斯信道的性能是要比瑞利信道更加好的。我嘗試了幾種方法，也沒有調(diào)試出誤比特率較小的瑞利信道的辦法。對此我進(jìn)行了一個思考，我猜想可能是因為在信號傳輸?shù)恼麄€過程中，會遇到各種各樣的緣由從而導(dǎo)致在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中出現(xiàn)了誤碼的情況。這樣的話我們在接收端就會遇到一些圖像跳躍或者是有馬賽克甚至是圖像不連續(xù)的狀況。而瑞利信道中，信號幅度是隨機(jī)的，這也可以看出它的一個衰落的特性。那么從這個現(xiàn)象，我總結(jié)得出這樣一個結(jié)論，如果是從發(fā)射機(jī)發(fā)射信號再到接收機(jī)接收信號這一過程中，沒有直射信號的情況存在，那么我們可以使用瑞利信道進(jìn)行信息傳輸。否則的話，萊斯信道更加適合作為傳輸信息的信道模型。 第6章第六章期望與總結(jié)以上就是我對擴(kuò)頻通信系統(tǒng)性能的研究，對于上述研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行了一個簡短的總結(jié)。以下則是對于跳頻系統(tǒng)與直擴(kuò)系統(tǒng)這兩個通信系統(tǒng)的系統(tǒng)特點的對比與總結(jié)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有一定程度的干擾保護(hù)。跳頻系統(tǒng)雖然可以處理增益，但是對于超出干擾容限的干擾它確實是有些無能為力的，然而跳頻系統(tǒng)會使用回避方法來抵抗干擾。所以，我們可以得到這樣一個結(jié)論：在抵抗強(qiáng)的固定頻率干擾信號時，跳頻系統(tǒng)的性能比直擴(kuò)系統(tǒng)的性能要更加好一些。除此以外，因為在直擴(kuò)系統(tǒng)中，射頻帶寬會相對來說比較寬一些，所以在頻譜的一小部分上也不會引起信號的明顯失真。而相對于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，跳頻系統(tǒng)則會影響某些頻率。因此我們可以得到第二個結(jié)論：在抗衰落方面，尤其是抗選擇性衰落方面，直擴(kuò)系統(tǒng)的性能要比跳頻系統(tǒng)好。 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