基于SYSTEMVIEW的直序扩频通信系统仿真

1、 III题目 基于System View的直序扩频通信系统仿真 摘要 扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗干扰能力，如抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰等，并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点，已从军事应用向民用通信应用迅速发展。利用System View软件作为平台，对扩频通信中最典型的扩频工作方式直接序列扩频系统(DSSS)进行了仿真分析；通过时域波形对比发送端和接收终端两个波形图，可明显观察到，解扩后的信号与输入的原始信号波形基本一致，并注意到接收端有一些毛刺， 这是由于时间脉冲信号的脉宽有误差而造成的。通过对频谱波形的分析可知，扩频系统抗噪声能力很强，当不断加大噪声的幅度，达到

2、系统的干扰门限时， 则不能准确地恢复原始信息。结果证明随着扩频增益的增大，系统的误码率越小，同时扩频系统性能的好坏很大程度上还取决于扩频码的特性。关键词 扩频通信 仿真 System View Title Based on The System View Direct Sequence Spread Spectrum Communication System Simulation Abstrac The spread spectrum communication system and the conventional communication system, have very strong

3、 compared the anti-interference ability, such as HIV human interference, fight narrowband interference, fight multipath interference, etc, and has the information hiding, multiple address secret communication and other characteristics, already from military application to civil communication applica

4、tion developing rapidly. Use System View software platform to spread spectrum communication, as the most typical spread spectrum work-way direct sequence spread spectrum system (DSSS) are analyzed; Through the time domain waveform contrast the sending end and receiving terminal two waveform figure,

5、can obviously observed after the expansion, solution and the input signal of the original signal waveform, and pay attention to the same at the receiving end has some burr, this is due to the time pulse signal pulse width is caused by the error. Through the analysis of the waveform of frequency spec

6、trum, it is known that spread spectrum system anti-noise ability is very strong, when rising of the amplitude, achieve system noise interference threshold, it cant accurately restored the original message. Results show that with the increase of spread spectrum gain, the system ber is smaller, and sp

7、read spectrum system the performance to a large extent depends on the characteristics of the code is spread spectrum. Keyword spread spectrum communication simulation System View 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc20784 1.前言 1.前言1.1选题背景、意义扩频通信(spread spectrum communication)是近几年内迅速发展起来的一种通信技术。在早期研究这种

8、技术的主要目的是为提高军事通信的保密和抗干扰的性能，因此这种技术的开发和应用一直是处于保密状态。美国在20世纪50 年代中期，就开始了对扩频通信的研究，当时主要侧重在空间探测、卫星侦察和军用通信等方面。以后，随着民用通信的频带拥挤日益严重，又由于近代微电子技术、信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展，与扩频通信有关的器件的成本大大地降低，从而进一步推动了扩频通信在民用领域的发展金额应用，而且也使扩频通信的理论和技术也得到了进一步的发展。1990年1月，国际无线电咨询委员会(CCIR,现为ITUR)在研究未来民用陆地移动通信系统的计划报告中已明确地建议采用扩频通信技术。从扩频技术的历

9、史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未来，第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。这种通信方式与常规

10、的窄道通信方式是有区别的： 一是信息的频谱扩展后形成宽带传输； 二是相关处理后恢复成窄带信息数据。1.2国内外现状 扩频通信技术诞生得较早，从20世纪40年代起，人们就开始了对扩频技术 的研究，其抗干扰性、抗窃听、自50年代中期美国军方开始研究，扩频通信技术一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。进入20世纪60年代后，随着科学技术的迅猛发展，许多新型器件的出现，特别是大规模、超大规模集成电路、微处理器、数字信号处理(DSP)器件、扩频专用集成电路(ASIC)以及FPGA等这样的新型器件的问世，使扩频通信技术有了重大的突破和发展。到本世纪80年代初扩频通信技

11、术开始被应用于民用通信领域。为了满足目益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 从国内来看，近十多年来，出于民用通信特别是陆地移动通信的迅速发展，扩频通信的研究也在不断深入。各大高校及一些科研机构都在进行这方面的工作，如清华大学、天津大学、北京邮电大学、西安电子科技大学、南京邮电大学等都在积极地开展扩频通信系统的研究。 从国外来看，军事通信技术的进步和发展，军工产品向民用产品的转化，直接推动了扩频通信理论、方法、技术等方

12、面的研究发展和应用普及。抗测向等方面的能力早己被人们熟知。但由于扩频系统的设备复杂等多方面的原因，致使扩频通信技术一直都发展得较为缓慢。 2.直序扩频通信系统2.1 定义直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持12Mb/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而传输过程中则以宽带方式通信。扩频技术在具体实施时由多种方案，但思路相同：把索引(也称为码或序列)加入到通信信道，插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语“

13、扩频”指将信号带宽扩展几个数量级，在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是：扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益(dB)，典型的扩频处理增益可以从10dB到60dB。采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。显然，在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码。2.2 基本原理扩展频谱通信(

14、Spread Spectrum Communication)简称扩频通信。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。香农(Shannon)在信息论的研究中得出了信道容量的公式：C=Blog2(1+S/N) 式（2-1）这个公式指示出：如果信息传输速率C不变，则带宽B和信噪比S/N是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息率来可靠的传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽，仍然保持可靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。2.3

15、 扩频通信系统的主要特点扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性：(1)抗干扰性强 抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。表示扩频通信

16、特性的一个重要参数是扩频增益G(Spreading Gain),其定义为扩频前的信号带宽B1与扩频后的信号带宽B2之比。G=B2/B1扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成份，而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了G倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗，可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为：M=G-输出端信噪比一系统损耗公式中的M叫做抗干扰容限。(2)隐蔽性强、干扰小 因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不

17、知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。(3)易于实现码分多址 扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同接收者发送数据；同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到

18、不同的发送者送来的数据，实现了多址通信。(4)抗多径干扰在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性；在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。2.4扩频通信的方式扩频系统包括下面几种扩频方式:1)直接序列扩频，记为DS (Direct Sequence)；2)跳频，记为FH (Frequency Hopping)；3)跳时，记为TH (Time Hopping)；4)线性调频，记为Chirp。除了上面四种基本方式外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS，TH/D

19、S，FH/TH等6。本论文主要是针对直接序列扩频系统干扰性能的研究，下面对其进行简单介绍。2.5伪随机序列-m序列在扩频系统中，信号的频谱扩展是通过扩频码实现的，扩频码对整个系统的性能起着决定性的作用。系统的抗干扰、抗噪声、抗衰落、抗截获、信息的隐蔽和保密、多址通信以及实现同步与捕获等都是与扩频码的设计密切相关的8。能满足上述要求的扩频编码应具有如下理想特性:1）伪随机码应必需具有尖锐的自相关函数，而互相关函数应接近于零；2）具有足够长的码周期，以确保抗侦破、抗干扰的要求；3）有足够多的独立地址数，以实现码分多址的要求；4）工程上易于产生、加工、复制和控制。理论上白噪声具有瞬时值服从正态分布，

20、功率谱在很宽频带内都是均匀的。它具有优良的相关特性，但是至今无法实现对白噪声放大、调制、检测、同步及控制等。因此，我们必需选用类似于带限白噪声统计特性的伪随机码信号来逼近它，并用做扩频系统的扩频码。m序列是最长线性移位寄存器序列，是伪随机序列中最重要的一种。这种序列易于产生，有优良的自相关特性9-12。它的产生是由移位寄存器加反馈形成的，其结构如图2-1所示。图2-1反馈移位寄存器结构Am序列的性质主要有以下几点:1）序列的平衡性：m序列一个周期中“1”的个数比“0” 多1，且1的个数为2n-1，0的个数为2n-1-1。2）移位可加性：某个m序列同相移为任意值的同一m序列的模2和是另一相移的m

21、序列。 3）在周期为p=2-1的m序列中，总共有2个游程，有一个长度为n的1游程，一个长度为n-1的0游程。Bm序列信号的产生1）序列多项式与特征多项式设线性移位寄存器产生的序列为 a=a,a,a,定义以二元有限域的元素a(n=0,1,2,)为系数多项式叫序列多项式。 G(x)= a+ax+a2x2+ = (模2加) 式（2-1）式中a取0，1两个值，符号x的幂次表示序列元素的位置。若r级线性移位寄存器的初始状态为 a,a,a且满足线性反馈逻辑 a=ca+ca+ca (模2加) 式（2-2）可得序列多项式G(x)与反馈逻辑函数关系： G(x)= 式（2-3）如果把模2加法器反馈到第一级的连线c

22、=1考虑进去，式2-12的分母就是反馈逻辑。令 F(x)=1+= 式（2-4） 为特征多项式。因c=1,所以上式变为 G(x)=1/F(x) 式（2-5）上式说明序列多项式是特征多项式的倒数。知道了特征多项式，通过长除就可以求出G(x).2）本原多项式设F(x)=,c=1,c=1 是F域上的特征多项式，以G(F)代表由特征多项式所产生的所有非零序列的集合。于是G(F)中之非零序列均为m序列的充要条件是F(x)为F上的本原多项式。所谓本原多项式是指F(x)是不可约的，F(x)可整除1+x，p=2-1，F(x)除不尽1+x，qT的积分器和在T时刻的门限判决，载波信号和本地载波信号幅值在这里都用来表

23、示，P是信号功率，T时刻为判决时刻。扩频通信系统的发射信号：S(t)= d(t)pn(t)cos0t 式（2-13）忽略传输时延和衰减，其接收信号为： u(t)=S(t)+n(t) 式（2-14）这里，n(t)是0均值的高斯白噪声，在扩频通信的整个频带上有N/2的双边功率谱密度。在系统收发两端已完全同步的情况下，并且积分器在积分期间，d(t)是不变的，要么是+1，要么是-1，仍用d表示，那么经解调后的接收信号送往积分器输出为：v(t)=PT*d+ 式（2-15）式中第一项是有用信号，PT为在信息数据脉宽T内的信号能量，d是信息数据的正、负状态，即发送来的信息数据。式中第二项为噪声，在T时刻积分

24、器的噪声输出为： n(T)= 式（2-16）它的准确积分结果很难给出，但n(t)是与pn(t)独立的0均值高斯白噪声，因此n(T)的统计特性为：均值： En(T)=0 式（2-17）方差： = 式 （2-18）式中R(0)是噪声自相关，对N/2的双边功率谱密度的白噪声，则R(0)= N/2。R(0)是扩频码的自相关, R(0)=1,R(0)是信号功率为P的载波自相关,有R(0)=P。作为通信技术标准参量的信噪比,是有用信号功率与噪声功率之比。对随机变量检测的场合，信噪比也是该随机变量的均值的平方与它的方差之比。因此，扩频通信系统的接收机对发送来的扩频信号作相关解调处理时，当与发送来的信号的扩频

25、码完全同步的情况下，积分器输出的有用信号功率为(PT*d)=(PT),这也就是把v(t)作为随机变量时，它的均值的平方。积分器输出的噪声信号功率为，即v(t)的方差。因此，扩频通信的输出信噪比为： 式（2-19）式中，P为接收的有用信号功率，T为信息数据脉码宽度，PT=E为bit信息数据的信号能量。由于信道和接收机中的高斯白噪声和通常来自信到外部的窄带随机过程是完全独立的，在这两种噪声干扰存在的情况下，扩频通信的输出信噪比为： 式（2-20）那么此时，误码率为:P=erfc 式（2-21） P 10 10 10 10 -10 0 10 20图2-3 扩频通信系统误码率特性曲线3.System

26、View简介通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计开发过程中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真己成为必不可少的一部分。目前，电子设计自动化 EDA(Electronic Design Automatic)技术已经成为电子设计的潮流。为了使繁杂的电子设计过程更加便捷，出现了许多针对不同层次应用的EDA 软件。美国 Elanix公司推出的基于 PC 机 Windwos 平台的 System View 动态系统仿真软件，是其中一个非常优秀的 EDA 软件。3.1 System View 软件介绍System View 是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统

27、的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。System View 以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。使用System View 你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不会花费过多的时间和精力通过编程来建立系统的仿真模型,也不必担心程序中是否存在编程错误.System View 是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境它可以构造各种复

28、杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。尤具特色的是，它可以很方便地进行各种滤波器的设计。系统备有通信、逻辑、数字信号处理(DSP)、射频/模拟、码分多址个人通信系统(CDMA/PCS)、数字视频广播(DVB)系统、自适应滤波器、第三代无线移动通信系统等专业库可供选择，适合于各种专业设计人员。该系统支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C/C+)，兼容 Matlab软件。同时，提供了与硬件设计工具的接口，支持 Xilinx 公司的 FPGA 芯片和 TI 公司的 DSP 芯片，它已大量地应用于现代数字信号处理、通信系统及控制系统设计与仿真等领

29、域。3.2 System View 主要特点System View 仿真软件相对于其它软件来说,具有如下主要优点:(1)能仿真大量的应用系统。能在 DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。具有大量可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP和射频/模拟功能模块。特别适合无线电话(GSM、CDMA、FDMA、TDMA、DSSS)、无绳电话、寻呼机和调制解调器以及卫星通信系统(GPS、DVBS、LEOS)等的设计;能够仿真 DSP 结构;各种系统时域/频域分析和谱分析;对射频/模拟电路(混合器，放大器，RLC 电路和运放电路)进行理论分析和失真分析。(2)快速方便

30、的动态系统设计与仿真。使用熟悉的 Windows 界面和功能键，System View 可以快速建立和修改系统，并在对话框内快速访问和调整参数，实时修改实时显示。不用写一行代码即可建立用户习惯的子系统库(MetaSystem)。System View 图标库包括几百种信号源、接收端、操作符和功能块。信号源和接收端图标允许在 System View 内部生成和分析信号，并提供可外部处理的各种文件格式和输入/输出数据接口。(3)在报告中方便地加入 System View 的结论。System View 通过 Notes(注解)很容易在屏幕上描述系统;生成的System View系统和输出的波形图可

31、以很方便地使用复制和粘贴命令插入 word 等文字处理器。(4)提供基于组织结构图方式的设计。通过利用 System View 中的图符和MetaSystem(子系统)对象的无限制分层结构功能，System View 能很容易地建立复杂的系统。首先可以定义一些简单的功能组，再通过对这些简单功能组的连接进而实现一个大系统。这样，单一的图符就可以代表一个复杂系统。MetaSystem 的连接使用也与系统提供的其他图符同样简单，它可以在另一窗口中单独显示，也可以展开到主窗口中。(5)多速率系统和并行系统。System View 允许合并多种数据采样率输入的系统，以简化 FIR 滤波器的执行。这种特性

32、尤其适合于同时具有低频和高频部分的通信系统的设计与仿真，有利于提高整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度。同时还可降低对计算机硬件配置的要求。（6)完备的滤波器和线性系统设计。System View 包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计模拟和数字以及离散和连续时间系统的环境，包含大量的FIR滤波类型和 FFT 类型，并提供易于用 DSP 实现滤波器或线性系统的参数。(7)先进的信号分析和数据块处理。System View 提供的分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供一个能对仿真生成数据进行先进的块处理操作的接收计算器。System View 还

33、提供了一个真实而灵活的窗口用以检查系统波形。(8)可扩展性。System View 允许用户插入自己用 C/C+写的用户代码库，插入的用户库自动集成到 System View 中，如同系统内建的库一样使用。同时，它兼容 Matlab 可以与 Matlab 进行数据交换。(9)完善的自我诊断功能。System View 能自动执行系统连接检查，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效。4.直扩系统System View仿真4.1 直扩系统的原理框图直接序列调制就是载波直接被伪随机码序列调制。在发射机端, 要传送的信息先转换成二进制数据或符号, 与伪随机码( P

34、N 码)进行模2 和运算后形成复合码，再用该复合码去直接调制载波。在接收机端, 用与发射机端完全同步的PN 码对接收信号进行解扩后经解调器还原输出原始数据信息。调制方式可以是调幅、调频、调相和其他任何形式的振幅或角度调制。因PSK性能最佳, 现代DS -SS中载波调制一般都采用BPSK 或DPSK。其基本原理如图2-1所示。（b）接收机模2和加法器PN码发生器功率放大器载波发生器调制器调制器调制器（a）发射机混频器调频器调解调器数据输出本振中放时钟PN码发生器同步图4-1 直序扩频系统原理图直序扩频通信系统仿真（无噪声情况）4.2.1 系统模块及主要模块参数System view是一个信号级的

35、系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计和仿真,是一个强有力的动态系统分析工具,能满足从数字信号处理,滤波器设计,到复杂的通信系统等不同层次的设计仿真要求。利用System view建立的直扩系统的仿真原理图,如4-2-1图所示。图4-2 直扩系统仿真原理图为了对扩频通信有一个初步认识,直接序列扩频系统为例来进行仿真,并进一步说明扩频通信的优点。直接序列扩频是目前应用最广的一种扩频技术,图4-2-2是直序扩频系统的仿真模型图。作为一个仿真来说明直序扩频在抗干扰方面的优越性,所以直接采用了简单而直接的方式来构造模型。数据信号源使用了一个低频率(1KHz)的随机序列(图符0),通过一个1kHz的

36、低通滤波器(图符3)来代替。扩频用的PN码采用10kHz的PN码(图符2),这样,理论上可获得10倍的扩频增益。扩频调制在本例中未使用通常的模2和加法运算,而是通过乘法直接用PN码调制数据信号,合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波(图符12,100kHz)调制发射。为了观察扩频系统的抗干扰性能,使用了一个干扰信号源。该干扰信号可以是单频率窄带干扰,也可以是宽带的扫频信号,或是高斯噪声。接收端,通过本地载波解调后的复合信号直接原扩频PN码相乘后解扩,中间省略了有关本地PN发生器和相关的码同步电路。因为直接使用原PN码,所以理论上可认为收发2端完全同步。需要说明的是,实际工程中的码同步是一

37、个十分复杂的问题,其复杂程度以及在此问题上付出的代价往往比扩频本身要多得多。图4-3 直序扩频系统的仿真模型图部分主要参数设置：采样点：16384个 ， 采样频率：1000MHzToken 0：基带信号PN 码序列（频率=1KHz，电平=2Level，振幅=1V，偏移=0V）Token 1：乘法器Token 2：基带信号PN码序列（频率=10KHz，电平=2Level，振幅=1V，偏移=0V）Token 3：模拟低通滤波器（频率=1000Hz，极点个数=3）Token 4：观察窗Token 5：观察窗Token 7：乘法器Token 8：扫频信号（幅度=1.5V，开始频率=90KHz,终值频率

38、120KHz，扫频周期0.015s）Token 9：观察窗Token 10：模拟低通滤波器（频率=1000Hz，极点个数=3）Token 11：乘法器Token 12：正弦波（幅度=1V，频率=100KHz，相位=0）Token 13：正弦波（幅度=1V，频率=100KHz，相位=0）Token 14：乘法器4.2.1 主要输出点波形根据以上仿真模型, 在设置好系统、模块参数后运行电路, 借助SystemView 分析视窗和接收计算器可直接给出各点信号的时域波形、功率谱等, 并分析系统的抗噪声能力。调制以前的信号与调制以后波形信号比较：图4-4 调制前后信号如上图所示，上面的波形为调制前即扩频

39、后的信号，下面的波形为解调后即解扩前的信号。2调制后的信号功率谱密度。图4-5 调制后信号功率谱密度发送波形、低通滤波输出波形、接收波形比较图4-6 发送波形、接收波形、低通滤波器输出波形如上图所示，第一个波形为发送信号（sink5），第二个波形为恢复出的信号（sink9），第三个波形为接收端低通滤波器输出信号（sink19）。恢复出的信号和发送信号有一段时延。4.3 直接扩频通信系统抗干扰性分析4.3.1 加入高斯白噪声后系统模型图4-7 直接扩频通信系统（加入白噪声后）如上图所示，(Token 21)为高斯白噪声，(Token 24和26)是计算误码率的模块。当发送信息码元和接收到的信息码

40、元对齐时，(Token 24)模块统计在设定的时间内的错误的比特数和总比特数的比率，(Token 24和26)模块把所计算的误码率显示出来。其他模块与图4-3对应模块相同。4.3.2 系统误码率的理论值与测量值的比较直接扩频系统在高斯白噪声的情况下的误码率为P=Q=Q，其中为系统输出信噪比，P为信号功率，T为信息码元的周期。N0/2为高斯白噪声双边带功率谱密度。 对于本设计的系统来说，接收端收到的信号幅度为1，所以信号功率为P=1/2，信息码的速率为2K，所以T=1/2K。通过修改(Token 21)模块的参数来修改N0，计算误码率的理论值并运行系统得到测量值。下表即为在不同高斯白噪声的情况下

41、的各参数：表4-1 参数表N0/2(S/N)out10log(S/N)outPe1logPe1Pe2logPe20.000012514.02.87e-7-6.53.69e-5-4.40.0000212.5111.84e-4-3.78.76e-4-3.10.000038.339.21.93e-3-2.75.84e-3-2.20.000046.258.06.21e-3-2.20.0112-1.950.000055.007.00.0125-1.90.0266-1.60.000064.176.20.0207-1.70.0333-1.50.000073.535.50.0294-1.50.0412-1.4

42、0.000083.134.90.0384-1.40.0499-1.30.000092.784.40.0480-1.30.0627-1.20.00012.504.00.0571-1.20.0758-1.10.00021.250.970.1314-0.880.1429-0.840.00030.833-0.800.1814-0.740.1923-0.710.00040.625-2.00.2148-0.670.2208-0.660.00050.500-3.00.2389-0.620.2459-0.610.00060.416-3.80.2588-0.590.2643-0.580.00070.357-4.

43、50.2743-0.560.2832-0.550.00080.313-5.10.2877-0.540.2966-0.530.00090.278-5.60.2981-0.530.3130-0.500.0010.250-6.00.3085-0.510.3200-0.49 如上表所示，第一列N0/2为高斯白噪声的双边带功率谱密度。(S/N)out为系统输出信噪比，由前面的讨论可知(S/N)out=2PT/N0，Pe1为对应高斯白噪声的系统误码率的理论值，logPe1为其对数值。Pe2为运行系统后的测量值，logPe2为其对数值。根据表4-1可得误码率的理论值和测量值同系统输出信噪比的关系如下：图4-

44、8 系统误码率的理论值和测量值如图4-8所示，横坐标为系统输出信噪比分贝数，其值从-6.0db到14.0db，纵坐标为误码率的对数值。下面的曲线为误码率理论值和输出信噪比的关系，上面的曲线为误码率测量值和输出信噪比的关系。由两条曲线的分布可以得出，当误码率比较高的时候，两曲线基本重合，说明测量值和理论值很接近；当误码率比较低的时候，两曲线差别很大。因为理论值是码元错误接收的概率值，而测量值只是一个统计值，而仿真系统只是在所设定的时间内计算误码率，这个设定时间包含的码元周期是有限的，只有在取无限长的周期的情况下，计算出来的误码率才是理论值，由于计算机内存容量的限制，这样做是不可能的。当误码率越低的时候，系统所要求的取样周期就越长，计算出的误码率和理论值差别就越大，但从两曲线的走向是大致相同的，总体来说测量值要比理论值要大一些，这是因为系统设计的不完整性造成的，所以仿真得出的数据和理论值有差别是难免的。5.总结直接序列扩频通信系统是一个复杂的通信系统，凭个人能力无法完成如此繁重的工作，从本设计目的出发，只是从实验的角度完成了一个功能实现演示系统。直接扩频系统，在发送端的设计一般都采用先扩频后调制，既先用扩频码和信息码进行模2运算，产生扩频信号，然后用此信号去调制载波，采用二相移频键控（BPSK）方式