1、基于MATLAB的擴頻通信仿真1.模擬原理擴頻通信具有很強的抗干擾能力，其多址接入能力、安全性、抗多徑等功能也引起了人們的關注，并廣泛應用于軍事和民用通信中。擴頻技術將信號擴展到非常寬的頻譜，并在接收端對擴頻信號進行相關處理，即帶寬壓縮，以恢復成窄帶信號。對于干擾信號，由于它們與擴頻信號無關，它們被擴展到非常寬的頻帶，這大大降低了信號通帶中的干擾功率，并且具有很強的對抗能力。MATLAB是美國mathworks公司發(fā)布的一個主要面向科學計算、可視化和交互式編程的高科技計算環(huán)境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化、非線性動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真等許多強大功能集成到一個易于使用的窗口環(huán)境中，為科學研

2、究、工程設計和許多需要有效數值計算的科學領域提供了一個全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式編程語言(如C和Fortran)的編輯模式。用MATLAB進行通信仿真有兩種方法，一種是用M文件編寫程序，另一種是用SIMULINK進行可視化建模。長期以來，人們一直試圖使信號占用的頻譜盡可能窄，以充分利用非常寶貴的頻譜資源。你為什么要用這樣的寬帶信號來傳輸信息？簡單的回答主要是為了通信的安全性和可靠性。擴頻通信的基本特征是發(fā)射信號占用的帶寬(w)遠大于原始信息本身實際需要的最小帶寬(有效)帶寬，其比率稱為處理增益Gp:Gp=W /F (1)眾所周知，任何信息的有效傳輸都需要一定的頻率寬度，例

3、如，聲音是1。7千赫 3.1千赫，而電視圖像寬達幾兆赫。為了充分利用有限的頻率資源，增加信道數量，人們廣泛選擇不同的調制方式，采用寬帶信道(同軸電纜、微波和光纖等)。)，并采取壓縮頻帶等措施，努力使傳輸介質中傳輸的信號占用盡可能窄的帶寬。因為在今天的電話和廣播系統(tǒng)中，無論采用調幅、調頻還是脈碼調制，Gp值一般都在十倍以上的范圍內，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。擴頻通信的Gp值為數百或數千，稱為“寬帶通信”。擴頻通信的可行性來源于信息論和抗干擾理論的基本公式。信息論中香農的信息容量公式是：C=Wlog2 (1 P /N ) (2)其中，C信道容量(以傳輸速率衡量)，W 信號帶寬，信號功率，N 白噪聲功率。

4、等式(2)示出了在給定傳輸速率C恒定的條件下，帶寬W和信噪比P /N是可互換的。也就是說，通過增加帶寬，可以以較低的信噪比傳輸信息。交換擴頻以降低信噪比是擴頻通信的一個重要特征，這為擴頻通信的應用奠定了基礎。與普通通信系統(tǒng)相比，擴頻通信主要包括發(fā)射端的擴頻調制和接收端的擴頻解調過程。根據工作模式不同，擴頻通信主要分為直接序列擴頻系統(tǒng)、跳頻擴頻系統(tǒng)、時跳擴頻系統(tǒng)、當前調頻系統(tǒng)和混合調頻系統(tǒng)。以直接序列擴頻系統(tǒng)為例，說明了擴頻通信的實現方法。圖1是直接序列擴頻系統(tǒng)的示意框圖。圖1直接序列擴頻系統(tǒng)示意圖從直接擴頻序列擴頻系統(tǒng)的示意圖可以看出，在發(fā)射端基于MATLAB/Simulink的擴頻通信系統(tǒng)仿

5、真模型能夠反映擴頻通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，可用于波形觀察、產品分析和性能分析。同時，仿真模型可以根據研究和設計的需要進行擴展，實現基于擴頻通信的現代通信仿真，為系統(tǒng)研究和設計提供了一個強大的平臺。圖2是基于MATLAB/Simulink的擴頻通信系統(tǒng)的仿真模型。圖2基于Simulink的擴頻通信系統(tǒng)仿真模型2.1隨機整數生成器隨機整數發(fā)生器被用作仿真系統(tǒng)的源。隨機整數發(fā)生器產生二進制隨機信號，時間和初始狀態(tài)可以自由設置，以滿足擴頻通信系統(tǒng)所需信源的要求。2.2 PN序列發(fā)生器偽隨機序列發(fā)生器用于產生偽隨機碼和擴展基帶信號。擴頻處理是通過雙極性轉換后的信息碼和偽碼相乘來實現的。解擴過程與擴頻過程

6、相同，即，接收信號經歷具有偽碼的第二擴頻過程。2.3最小相移鍵控調制基帶信號經過數字調制，頻譜從基帶移動到頻段，實現遠距離傳輸的效果。2.4加性高斯白噪聲信道(AWGN信道)信號通過加性高斯白噪聲信道，達到傳輸后信號解擴和解調的目的。將信道的信噪比參數改變?yōu)樨摂悼梢则炞C擴頻通信系統(tǒng)具有良好的抗噪聲能力。2.5最小相移鍵控解調(M-PSK解調器通帶)解調解擴信號以恢復基帶信號。2.6錯誤率計算在差錯率計算中，由于擴頻解擴、調制和解調、相關統(tǒng)計和其他處理，接收信號將具有延遲。應在錯誤代碼儀表模塊的對話框中設置適當的延遲。2.7其他設置2.7.1繼電器設置2.7.1產品設置2.7.3顯示設置2.7.

7、4光譜范圍的設置系統(tǒng)中有四種頻譜分析儀，分別命名為基帶分析儀、調制分析儀、擴頻分析儀和數字信號分析儀?；鶐Э梢杂^察基帶信號的頻譜。Mod可以觀察基帶信號調制到頻段后的頻譜；擴頻系統(tǒng)可以觀察擴頻信號；直接序列擴頻系統(tǒng)可以在解擴和解調后觀察接收機輸出信號的頻譜。這四臺頻譜分析儀的參數設置大致相同，前面零階保持器的采樣時間略有不同。光譜分析儀的名稱基帶Mod黨衛(wèi)軍決策支持系統(tǒng)采樣時間0.0011/300000.001/310.0013.m文件寫入模擬程序用m文件編寫的MATLBA語言程序來觀察系統(tǒng)在不同信噪比下的誤碼率變化。在該仿真中，將實現擴頻碼的生成、發(fā)射機、接收機、信道仿真和誤碼分析。此外，還

8、要進行循環(huán)模擬，繪制信噪比和誤碼率的函數圖。3.1擴頻碼的生成選擇M序列作為仿真系統(tǒng)的擴頻碼，生成函數如下：函數mout=mseq(stg，taps，inidata，n)%可變含義描述%序列順序線性移位寄存器的%抽頭系數初始化% inidata序列% n輸出序列的數量由% mout輸出的m序列if nargin 4n=1；目標zeros(n,2stg-1)；fpos=zeros，1)；fpos(抽頭)=1；對ii=1:2stg-1來說mout(1，ii)=ini data(stg)；輸出數據的存儲百分比num=mod(inidata*fpos，2)；反饋數據百分比的計算ini data(2:

9、stg)=ini data(1: stg-1)；%線性移位寄存器的一次移位ini data(1)=num；%返回反饋值目標如果n 1對于ii=2:nmout(ii，)=shift(mout(ii-1，)，1，0)；目標目標3.2變送器部分發(fā)射機包括擴頻和調制。3.2.1 QPSK調制部分這里采用QPSK調制，低于M-PSK調制在SIMULINK中的實現要求。函數iout，qout=qpskmod(paradata，para，nd，ml)每個變量含義的%描述% paradata輸入數據% iout輸出的實部數據% qout輸出的虛部數據% para并行信道數% nd輸入數據個數% ml調制階數m

10、2=ml ./2；paradata2=paradata .* 2-1；計數2=0；對于jj=1:ndisi=零（第1段)；isq=零（第1段)；對于ii=1 : m2isi=isi 2 .(m2 - ii).* paradata2(1:para)，ii計數2)；isq=isq 2 .(m2 - ii).* paradata2(1:para)，m2 ii計數2)；目標iout(1:para)，jj)=isi；qout(1:para)，jj)=isq；計數2=計數2ml目標3.2.2擴頻部分函數iout，qout=擴展(idata，qdata，code1)%變量含義說明% idata輸入序列實部%

11、 qdata輸入序列虛部% iout輸出序列實部% qout輸出序列虛部% code1擴頻碼序列開關納金案例 0，1 錯誤（缺少輸入參數)；案例2code1=qdataqdata=idata目標hn，vn=大小(idata ).hc，vc=大小（代碼1)；如果hn hc錯誤（缺少擴頻碼序列)；目標iout=零(hn，VN * VC)；qout=零(hn，VN * VC)；對于ii=1:hniout(ii，)=整形(rot90(代碼1(ii，)，3)*idata(ii，)，1，VN * VC)；qout(ii，)=整形(rot90(代碼1(ii，)，3)*qdata(ii，)，1，VN * VC

12、)；目標3.3信道仿真部分實現高斯白噪聲代碼函數函數iout，qout=comb2(idata，qdata，attn)%各變量含義說明% idata輸入序列實部% qdata輸入序列虛部% iout輸出序列實部% qout輸出序列虛部% attn根據信噪比得到的信號衰減水平v=長度(idata)；h=長度(Attn)；iout=零(h，v)；qout=零(h，v)；對于ii=1:hiout(ii，)=idata randn(1，v)* Attn(ii)；qout(ii，)=qdata randn(1，v)* Attn(ii)；目標3.4接收機部分3.4.1接收機的解擴部分函數函數iout，qout=解擴(idata，qdata，code1)%各變量含義說明% idata輸入序列實部% qdata輸入序列虛部% iout輸出序列實部% qout輸出序列虛部% code1擴頻碼序列開關納金案例 0，1 錯誤（缺少輸入參數)；案例2code1=qdataqdata=idata目標hn，vn=大小(idata ).hc，vc=大?。ùa1)；vn=固定(越南/維也納公約)；iout=0(HC，VN)；qout=零(hc，VN)；對于ii=1:hciout(ii，)=ro