1、.擴頻通信原理課程設計報告題目：直接擴頻系統(tǒng)仿真班級： 0110910 和 0110911姓名：詹曉丹（ 2009210432）姜微（ 2009210503）張建華（ 2009210336）指導老師：李兆玉;.1. 課程設計目的（1） 了解、掌握直接擴頻通信系統(tǒng)的組成、工作原理；（2） 了解、熟悉擴頻調制、解調、解擴方法，并分析其性能；（3） 學習、掌握 matlab 相關編程知識并用其實現(xiàn)仿真的直接擴頻通信系統(tǒng)；2. 課程設計實驗原理直接擴頻通信系統(tǒng)工作原理：直接序列擴頻， 就是直接用高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜， 在收端用相同的擴頻碼去解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的基帶信號

2、。在發(fā)端輸入的信息與擴頻碼發(fā)生器產生的偽隨機碼序列 （這里使用的是 m序列）進行波形相乘，得到復合信號，實現(xiàn)信號頻譜的展寬，展寬后的信號再調制射頻載波發(fā)送出去。由于采用平衡調制可以提高系統(tǒng)抗偵波的能力， 所以直接序列擴頻調制一般都采用二相平衡調制方式。一般擴頻調制時一個信息碼包含一個周期的偽碼， 用擴頻后的復合信號對載波進行二相相移監(jiān)控（ bpsk）調制，當 gt 從“ 0”變成“ 1”或從“ 1”變到“ 0”時，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， 然后與本地產生的與發(fā)端相同并且同步的

3、擴頻碼序列進行波形相乘，實現(xiàn)相關解擴，再經信息解調，恢復出原始信號。3. 建立模型描述（1） 直接擴頻通信系統(tǒng)組成框圖：（2） 直接擴頻通信系統(tǒng)波形圖：;.4. 模塊功能分析（1） 直擴系統(tǒng)的調制功能模塊： （都包含模塊框圖和不同調制、解調方式介紹、分析）（a） 擴頻調制模塊用擴頻碼發(fā)生器產生一個偽隨機碼pn（這里用的是m 序列），與信源信息碼序列 xt 相乘，實現(xiàn)頻譜的展寬（b） bpsk 調制模塊;.調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調制的目的是節(jié)省頻譜，但在擴頻系統(tǒng)中有時候帶寬的利用并不是最重要的；

4、 oqpsk的優(yōu)點就是調制信號的相位改變沒有倒 現(xiàn)象； msk調制信號時可以避免相位突變，由于以上調制方式實現(xiàn)比較復雜，所以我們選用擴頻系統(tǒng)中最常用的 bpsk調制方式。（2） 直擴系統(tǒng)的解調功能模塊：（a） bpsk 解調模塊在常規(guī)數(shù)字通信中，解調可以用鎖相環(huán)解調器、平方環(huán)解調器、科斯塔斯環(huán)解調器。在直擴系統(tǒng)中，一般擴頻調制方式是用抑制載波雙平衡調制來產生 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，并且直擴信號譜密度都很低，而大氣噪聲及接收機內部噪聲又很大，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

5、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)，因為它的突出優(yōu)點是能夠解調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。（b） 擴頻解調模塊;.解擴方式有相關解擴、直接式相關器解擴、外差式相關器解擴、序列匹配濾波器解擴。直接式相關器的優(yōu)點是結構簡單，缺點是對干擾信號有直通和碼速率泄露現(xiàn)象外差式相關器的抗干擾能力較低；由于相關解擴在性能上很好，在接收端產生的本地pn碼，可以用科斯塔斯環(huán)實現(xiàn)與發(fā)端的pn 碼精確的同步。5. 模塊源代碼及調試過程（1）直擴系統(tǒng)的調制模塊（a）信息碼生成模塊code_length=20;%信息碼元個數(shù)

6、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);%每個碼元內采樣 800 個點plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(信源信息碼序列 );grid on;生成信息碼的波形圖（b）偽隨機碼生成模塊;.function y = mgen(g,state,n)%輸入 g:m 序列生成多項式（ 10 進制輸入）%state:寄存器初始狀態(tài)（ 10 進制輸入）%n:輸出序列長度figure(1)g=19;st

7、ate=8;n=2000;gen = dec2bin(g)-48;m = length(gen);curstate = dec2bin(state,m-1) - 48;for k =1:ny(k) = curstate(m-1);a = rem(sum( gen(2:end).*curstate),2);curstate = a curstate(1:m-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個偽碼元內采樣8 個點plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title(偽隨機碼序列 );grid on;生成偽隨機碼的

8、波形圖（c）擴頻調制模塊gt=x1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);title(復合碼序列 );grid on;生成的復合碼波形圖;.（d）bpsk 調制模塊%用 bpsk 調制fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000ai=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個載波周期內采樣8 個點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(0 200 -2.5 2.5);title(bpsk 調制后的波形

9、);grid on;生成 bpsk 調制后的波形圖;.（ 2）加噪模塊sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000ai=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個載波周期內采樣8 個點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(0 200 -2.5 2.5);title( 加噪后已調波的波形 );grid

10、on;生成加噪后已調波的波形圖;.（ 3）直擴系統(tǒng)的解調模塊（ a）bpsk 解調模塊ai=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個載波周期內采樣八個點ci=ai*cos(2*pi*f0*n/fs);for i=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*ci;endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);title( 解調后的波形 );grid on;生成 bpsk 解調后的波形圖（ b）解擴模塊%相關解擴;.jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1000000;%截止頻率 wn=fn/(fs/

11、2) ，這里 fn 為擴頻碼的帶寬 5mb=fir1(16,wn);h=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title( 解擴并濾波后的波形 );grid on;生成解擴后的波形圖6. 調試分析及結論（1） 調試分析（a）信源信息碼與收端恢復出的波形的比較;.（b）頻譜分析（2） 調制過程中出現(xiàn)的問題及解決方式：1） 在調試程序中出現(xiàn)“ undefinedfunction or variable mgen”，后來檢測是子函數(shù)調用格式出現(xiàn)錯誤，經改正后得以修改；2） 復合碼產生程序中， 出

12、現(xiàn)“vectormustbethesamelengths ”,后檢測得出原因是信息碼和偽隨機碼長度不相同時不能直接相乘；3） 由于所加噪聲為高斯白噪聲，是用randn 函數(shù)產生的，具有隨機性，所以不同時;.刻加噪了的已調波具有不同波形；（3） 結論通過調試分析及研究，我們發(fā)現(xiàn)直擴系統(tǒng)具有較多的特點，將其運用于通信系統(tǒng)能發(fā)揮其很大的優(yōu)勢。首先，直擴系統(tǒng)具有很高的處理增益， 因此直擴系統(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，另外功率污染少；第三，直擴偽隨機序列的偽隨機性和密鑰量具有保密性， 即系統(tǒng)本身具有加密的

13、能力；第四，利用直擴偽隨機序列碼型的正交性，可構成直擴碼分多址系統(tǒng)；第五，利用直擴信號的相關接收，具有抗多徑干擾的能力；第六，利用直擴信號可實現(xiàn)精確的測距定位。7. 心得體會通過這次直接擴頻系統(tǒng)的仿真實驗， 我們加深了對擴頻理論知識的理解。 懂得了直接擴頻系統(tǒng)的原理所在，并且經過分析，自己應用 matlab 實現(xiàn)了直接擴頻系統(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頻的抗干擾性能。 在實踐過程中，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，也激發(fā)了我們對擴頻這門課程學習的積極性。 在此次直接擴頻系統(tǒng)的仿真實驗中， 我們收獲頗豐

14、，記憶深刻，并全面培養(yǎng)了我們的能力。8. 參考文獻劉煥淋 . 擴展頻譜通信 m. 北京：北京郵電大學出版社， 2008 田日才 . 擴頻通信 m. 北京：清華大學出版社， 2007曾一凡，李暉 . 擴頻通信原理 m. 北京：機械工業(yè)出版社，2005;.附件一：程序源代碼function y = mgen(g,state,n)%輸入 g:m 序列生成多項式（ 10 進制輸入）%state:寄存器初始狀態(tài)（ 10 進制輸入）%n:輸出序列長度figure(1)g=19;state=8;n=2000;gen = dec2bin(g)-48;m = length(gen);curstate = dec

15、2bin(state,m-1) - 48;for k =1:ny(k) = curstate(m-1);a = rem(sum( gen(2:end).*curstate),2);curstate = a curstate(1:m-2);endx_code=sign(y-0.5);pn=rectpulse(x_code,8);%每個偽碼元內采樣8 個點plot(pn);axis(0 600 -1.5 1.5);title(偽隨機碼序列 );grid on;figure(2)code_length=20;%信息碼元個數(shù)n=1:code_length;rand(seed,0);x=sign(ran

16、d(1,code_length)-0.5); %信息碼從 0、1 序列變成 -1、 1 序列x1=rectpulse(x,800);%每個碼元內采樣 800 個點plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(信源信息碼序列 );grid on;figure(3)gt=x1.*pn;plot(gt);axis(0 1000 -1.5 1.5);title(復合碼序列 );grid on;.figure(4);%用 bpsk 調制fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000ai=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個載波周期內采樣8 個點ci

17、=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(0 200 -2.5 2.5);title(bpsk 調制后的波形 );grid on;figure(5)sigma=0.1;nt=sigma*randn(1,20);nt1=rectpulse(nt,800);gt1=gt+nt1;fs=20e6;f0=30e6;for i=1:2000ai=2;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt;%一個載波周期內采樣8 個點ci=ai*cos(2*pi*f0*n/fs);x_b

18、psk1(1+(i-1)*8):i*8)=gt1(1+(i-1)*8):i*8).*ciendplot(x_bpsk1);axis(0 200 -2.5 2.5);title(加噪后已調波的波形 );grid on;figure(6)%解調ai=1;dt=fs/f0;n=0:dt/7:dt; %一個載波周期內采樣八個點ci=ai*cos(2*pi*f0*n/fs);for i=1:2000s(1+(i-1)*8):i*8)= x_bpsk1(1+(i-1)*8):i*8).*ci;endplot(s);axis(0 200 -2.5 2.5);.title(解調后的波形 );grid on;f

19、igure(7)%相關解擴jk_code=s.*pn;%低通濾波wn=5/1000000; %截止頻率 wn=fn/(fs/2) ，這里 fn 為擴頻碼的帶寬 5m b=fir1(16,wn);h=freqz(b,1,16000);xx=filter(b,1,jk_code);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(解擴并濾波后的波形 );grid on;%信源信息碼與收端恢復出的波形的比較figure(8)subplot(2,1,1);plot(x1);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(信源信息碼序列 );grid on;subpl

20、ot(2,1,2);plot(xx);axis(0 16000 -1.5 1.5);title(收端接收到的波形 );grid on;%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(-100 100 0 2000);title(信源信息碼序列的頻譜圖);grid on;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(-4 4 0 4000);title(偽隨機碼序列的頻譜圖);grid on;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(-4 4 0 2000);title(擴頻碼序列的頻譜圖 );gr