毕业设计说明书-扩频通信中PN码捕获的SIMULINK仿真实现

1、冻”电力*橹毕业设计说明书（论文）作者：李伟学号:0806220125学院：信息工程学院专业：通信工程题目:扩频通信中PN码捕获的SIMULINK仿真实现指导者：李楠副教授评阅者：（姓名）（专业技术职务）（姓名）（专业技术职务）2008年6月 吉林毕业论设计说明书（论文）中文摘要- I -毕业论设计说明书（论文）中文摘要- # -毕业设计说明书（论文）中文摘要扩频通信系统与普通通信系统相比，具有很强的抗干扰、抗多径性能，并且 具有信息隐蔽、高精度测量、多址保密通信等特点。扩频码的同步和捕获问题是 扩频通信系统进行正确传输的关键问题，即只有在接收部分与发送部分的扩频码 相位保持完全相同时，扩频码

2、调制的信息才能被正确解扩。保持发送、接收部分 扩频码的同步是扩频通信系统中的一项重点和难点技术。文分析扩频通信系统的性能特点，研究扩频码的产生与相关性，对扩频通信 系统中扩频码的捕获时间问题进行深入研究。 研究捕获方法思想并在SIMULINK平 台上予以实现。拟采用滑动相关法实现捕获阶段的扩频码的捕获。通过仿真结果表明，相比较其它方法，该方法在扩频码捕获上具有硬件简单， 易于实现等优点。关键词：扩频通信；扩频码；滑动相关东北电力大学信息工程学院毕业论文- # -东北电力大学信息工程学院毕业论文- II -毕业设计说明书（论文）外文摘要Title SIMULINK Implementation

3、of PN Code AcquisitioninSpread-Spectrum Communi cati onsAbstractCompared with other regular com muni cati on systems, Spread Spectrum(SS) tech no logy has the adva ntages of low probability to in tercepti ng, a highimmun ity toin terfere nee,hidi ngthe usefulin formati onandmultiple-accesscom muni c

4、ati on ability.Acquisiti onand synchroni zati onofexpand frequently code iscom muni cati on-specificcriticalproblemofaccurate tran smissi on. Only if the codes of receiver parts are ide nticalwith the transmitterpart,informationmodulated by codes could bede-spread or demodulated right. Keep the send

5、 part and receiver parts Synchronism is an importa nt and challe nging tech nique in SS com muni catio n. This paper an alyzes the performa nee characteristics of spread spectrumcom muni cati on system. To research the spreadi ngcode gen erati onandcorrelation.In-depth study on the acquisition time

6、of spreading codes inspread spectrum com muni cati on system and acquisiti on method of ideological to Simulation in SIMULINKplatform. Use the Sliding correlation method to achieve the acquisiti on of the acquisiti on phase of the spread ing code.Through the simulatio n results show that compared to

7、 other methods, this method in spread spectrum code acquisiti on has the feature that hardware is simple, easy to impleme nt and so on.Keywords: Spread Spectrum com muni cati on ； Spread spectrum codes ； slipp in g-acquisiti on- method目 录-iii -目 录-iii -目 录 TOC o 1-5 h z 摘要 I HYPERLINK l bookmark10 o

8、 Current Document ABSTRACT II目录 III HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第1章绪论 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 课题研究意义 1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 1.2扩频码捕获的研究现状 1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3扩频码捕获方法简介 3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.4 本文

9、所做的主要工作 4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第 2 章 MATLAB/SIMULINK简介 5MATLAB真软件介绍 5MATLAB 简介 5MATLAB 语言特点 6SIMULINK简介 7SIMULINK模块库介绍 7SIMULINK模型的建立过程 9SIMULINK 仿真过程 10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第3章扩频通信系统及PN码捕获系统模型建立 113.1引言 11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 扩频通信系统及P

10、N码同步的理论基础 11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 伪随机码与同步的关系 12 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 扩频与解扩过程 14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.3扩频通信系统仿真的整体架构 16 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.4扩频通信系统仿真总模型架构的各部分介绍 17 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 信源部分 1

11、7 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 调制部分 17 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 信号极型转换 18 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 3.4.3伪随机信号产生模块 19东北电力大学信息工程学院毕业论文- # -东北电力大学信息工程学院毕业论文- IV - HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 信道部分 20 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 扩

12、频模块 21 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 解调部分 22 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 结果分析部分 22 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.5滑动相关捕获子系统构建 23 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 捕获原理 23 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 滑动相关子系统模型 24 HYPERLINK l bookmark60 o C

13、urrent Document 本地可控PN码产生子系统 25 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 积分判决模块 26 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 相位搜索控制模块 28 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 第4章 扩频通信中PN码捕获仿真结果及分析 314.1引言 31 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.2捕获阶段通用参数分析 31 HYPERLINK l bookmark74 o Cur

14、rent Document 4.3影响误码率的相关因素分析 33 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 4.4 匹配问题分析 35结论 37 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 参考文献 38附录A扩频通信系统总模型 39 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 附录B滑动相关捕获子系统模型 40致谢 41第1章绪 论- -东北电力大学信息工程学院毕业论文- -第1章绪 论课题研究意义在数字通信信号传输过程当中，扩频系统的接收端对信号的正确接收是通信系统性能

15、 的重要标准，传输的数据信号能否快速的接收是一个关键的问题。因为扩频信号具有随机 性能，所以只有在接收到的扩频信号相位和本地参考扩频信号的相位相同时，接收端才能 将扩频信号所传递的信息数据准确的解扩出来。扩频接收系统中的捕获阶段时间长短决定 着完成捕获所需要的时间，因此在扩频通信系统当中，一个快速和高效的捕获方案是非常 重要的，这是目前同步系统中研究的热点和难点问题。扩频码捕获的研究现状扩频码的捕获阶段是一个统计变量不断进行变化并有效接收的动态过程，统计的变量 经历了接收过程中的各种情况，因此捕获阶段也常常被称为扩频码的搜索阶段或者拦截阶 段。当前，扩频码的捕获问题是扩频系统中重要和关键的研究

16、课题之一，扩频码序列的捕 获算法种类非常多，各种算法都各有其优势和不足之处，很多学者都对这一问题进行了详 细深入的研究。目前，扩频码的捕获方法主要有以下三个方面 ：第一方面是从捕获的方式上进行划分，扩频码的捕获方式可以细分为串行方式、并行 方式以及串/并行结合的捕获方式。1956年，G.F.Sage就对串行捕获的方式进行了深入的 探讨，并最早提出扩频码的串行捕获方法，其特点是结构比较简单、可靠性高、容易实现， 并且能够很容易的数学建模，能够在构建模型的基础上对其进行深入的理论分析和仿真， 在工程应用上也容易实现。1960年，W.R.Brow对扩频码串行捕获方式中的平均捕获需要时 间和扩频码的概

17、率分布近似方法进行深入研究，研究发现串行捕获方式在每次进行滑动搜 索时只能搜索出一个码相位，如果积分器输出值未达到预先设定的门限值，那么就对本地 码的相位进行改变，改变的幅度为半个码元相位，逐一的对整个相位区间进行滑动搜索， 一直达到设定的门限值才停止搜索2 o现在利用串行捕获方法的应用也很多，目前国内外对 于串行搜索方式的性能及理论分析也都比较详细，很多科学家都提出自己对串行捕获方式 的研究成果。比如J.K.Honers就提出了扩频码捕获的单次停留算法在统计学上进行应用的 方法；D.M.Diceruodui对扩频码的多次停留时间串行捕获方式进行了详细的探讨；C.M.Victor同R.W.Do

18、naldson曾探讨过针对使用包络相关器的扩频码同步的捕获及保持时间的估算方法。这种搜索的方式虽然容易理解，但也存在不足之处，如果扩频码的码长（周期） 非常长，滑动捕获的范围会非常大，范围扩大之后相应地搜索时间将会不断延长3。并行的捕获方式是通过同时使用多个相关器及多个积分器组合后对接收到的扩频信号进行频谱的 解扩处理，这种并行的方法只需要占用一个积分器的积分时间就可以将接收到的扩频序列 快速的实现捕获，因而并行捕获方式的捕获时间非常短，捕获速度较串行滑动捕获方式快 的多，这是并行捕获方式的优势，但是并行捕获方式需要非常大的硬件设备量，设备量如 果过多，那么具体实现起来就会存在相当大的难度，所

19、以并行捕获的方式一般情况下不常 使用。经常使用的捕获方式是串/并结合的捕获方式，串/并结合的捕获方式能够对串行、 并行捕获方式中存在的优缺点进行有效互补，该方案可以在捕获的平均时间及硬件电路的 多少中间找到一个合理的方式，是目前经常使用的一种捕获方式0第二方面为检测器件的研究，影响系统捕获性能的主要原因之一为产生判决信号的判 决相关器件，一直以来人们经常使用的判决相关器件的类型为“积分/清零”型，它能够使待判决数据信息的“有效信噪比”降低。利用光电相关器件来进行扩频码捕获是一种硬件 和软件相结合的方案有效的利用光电相关器进行傅立叶变换时间短的优势，把数据信息进 行的相关解扩运算转变成为傅氏变换

20、后进行相乘，再进行傅氏逆变换，通过这种变换可以 有效的缩短平均捕获时间，同时在频域上也很容易的消除多普勒频移及接收机的频移。A.Pely dores于1982年提出了使用匹配滤波器进行捕获的方式，滤波器的输出判决信号可以 按照码片速率或者是码片速率的整数倍进行，使用该方法对扩频码定时相位的搜索和判决 的速度比使用滑动相关器的串行搜索方法要快，因此采用匹配滤波器来作为产生判决信号 的设备，是一种快速高效的扩频码捕获方法，比如使用声表面波器件作为匹配滤波器来实 现扩频码捕获使用匹配滤波器的优势为捕获时间短、精度高、捕获速度较快，但是其缺点 是器件的长度要受到技术水平、工艺水平的约束，捕获扩频码的位

21、数比少，如果对长扩频 码匹配，就会存在相当大的困难。通常，进入数字匹配滤波器的信号已经是基带信号，对 于信号的同步捕获，其极性比幅度更重要，因此通常对输入的信号进行1bit的量化，也就是只需考虑输入信号的极性，这样一个 N位的量化后的数字滤波器性能与一个 2N位的bit 量化数字匹配滤波器性能大约相当。此外，一些针对匹配滤波器的性能分析，都是应用匹 配滤波器到频率选择性信道上的捕获性能分析 o另外，现在有一些使用现代信号处理技术 的软件捕获的方案，不需使用检测器件而只需使用软件的仿真即可以实现分析，例如利用 自适应滤波器码捕获的LMS算法，该算法通过对接收到信号的自适应滤波，利用滤波后的 信号

22、和本地扩频码的误差信号提取定时的信息，来判断接收信号和本地扩频码间的时延偏 移量。第三方面从检测判决方式上进行划分，扩频码的捕获有固定积分时间检测，多次驻留 检测以及序贯检测的方式。从门限设置方式上划分，贝U有自适应门限及固定门限判决方式 。固定积分时间检测通常又称为单驻留检测，带通滤波器的信号是解扩射频调制器发射的数 据信号和扩频信号。在本地参考扩频码序列和接受的扩频信号相位同步时，带通滤波器和 本地参考扩频码相乘后的输出是信号 S(t)和N(t)之和。输出扩频信号经平方、低通滤波然 后送入积分时间为T1的积分器，如果积分器的输出值超过设定的门限值Vt时，即做出信号存在的判决，否则，做出信号

23、不存在的判决。固定积分时间检测器因在工程上的易实现， 在技术上的成熟而备受人们的青睐。扩频码捕获方法简介对于直接扩频系统(DSSS中的扩频码捕获方法问题，目前国内外提出了很多种，其中较为成熟的有以下几种方法：第一种方法为顺序估计快速捕获(RASE)法，该方法对于扩频码序列，在任意时刻移位 寄存器所处的状态在它产生的扩频序列中都可以找到。若接收的信号能精确判断出接收时 移位寄存器的状态，并对应得产生扩频码序列，则这一扩频码序列就会和接收到的序列进 行匹配。第二种方法为频域基于FFT的捕获算，为减少捕获时间即引入 FFT谱分析捕获算法， 当本地参考扩频码和接收的扩频码相位一致时，本地参考扩频码和接

24、收的数据信号相乘， 只剩下载波，对载波再做FFT频谱分析后即能得到多普勒频移值，可以将原来的频率搜索、 相位搜索过程变为一个搜索过程，与传统匹配滤波器捕获算法相比，基于FFT的捕获算法大多应用在高动态、高精度的捕获中。第三种方法为匹配滤波捕获法，利用匹配滤波器来进行捕获的最大特点是捕获时间短 在不考虑噪声和其它信号干扰的情况下，利用匹配滤波器法得接收数据信号只需经过一个 或者是几个周期就可实现捕获，捕获速度较快。第四种方法为滑动相关捕获法，其原理为因本地参考码产生器和发送码的产生器在相 位上存在一定差，在捕获的过程中相位需要相同，所以这样两个码序列为了相位相同需要 进行滑动比较，就好像相对滑动

25、一样，因此当两个码序列相位相同时滑动终止，滑动相关 捕获法的优点是简单容易。但如果接收码和本地参考码的信号失配量较大，那么搜索捕获 的时间会非常长。第五种方法为数字差动捕获法，数字差动匹配滤波器捕获法与传统的数字匹配滤波器 相比较，该捕获法能有效的降低乘法器及累加器的个数，如果把它的应用和软件平台进行 有效结合，那么取得的捕获效果会非常好，既能实现扩频码的快速捕获，又能够有效的节 约资源。本文所做的主要工作在扩频通信系统中，扩频码的捕获性能是影响扩频接收机性能的主要因素之一，本论 文主要围绕直接序列扩频码的捕获方法展开研究，主要研究以下几个方面：分析直接扩频通信系统的性能特点，研究扩频码的产生

26、与相关性，对直接扩频通信 系统中扩频码的捕获时间问题进行深入研究；采用研究滑动捕获方法，深入研究其捕获思想；在SIMULINK平台上予以实现；分析仿真结果并总结结论。第 2 章 MATLAB/SIMULINK 简介- -东北电力大学信息工程学院毕业论文- -第 2 章 MATLAB/SIMULINK简介MATLAB仿真软件介绍MATLAB 简介MATLA是矩阵实验室(Matrix Laboratory )的简称。除具备卓越的数值计算能力外， 它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB和Mathematical、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科

27、技应用软件中在数值计算方 面首屈一指。MATLA列以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、 信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。 附加的工具箱(单独提供的专用 MATLAB函数集)扩展了 MATLAB环境，可以解决这些应 用领域内特定类型的问题。The Math Works公司在1984年推出了第一个 MATLAB的商业版本。 当时的MATLAB 版本已经用C语言作了完全

28、的改写，其后又增添了丰富多彩的图形图像处理、多媒体功能、 符号运算和它与其他流行软件的接口功能，使得MATLAB的功能越来越强大。1992年推出了具有划时代意义的MATLAB 4.0版本，并于1993年推出了其微机版，可以配合Microsoft Windows 起使用， 使之应用范围越来越广。1994年推出的4.2 版本扩充 了 4.0版本的功能，尤其在图形界面设计方面更提供了新的方法，1997年推出的MATLAB5.0版允许了更多的数据结构，如单元数据、数据结构体、多维矩阵、对象与类等，使其 成为一种更方便编程的语言。1999年初推出的MATLAB 5.3版在很多方面又进一步改进了 MATL

29、AB语言的功能。2000年10月底推出了其全新的 MATLAB6.0正式版(Release 12)， 在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。时至今日， 经过Math Works公司的不断完善，MATLABS经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能 强劲的大型软件。在国外，MATLABS经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高 级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。 在设计研究单位和工业部门，MATLA也被广泛用于科学研究和解决各种具体问

30、题当中。MATLAB语言特点MATLAB被称为第四代计算机语言，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序 代码中解放出来。MATLA的最突出的特点就是简洁。MATLA用更直观的、符合人们思维习 惯的代码，代替了 C和FORTRA语言的冗长代码。MATLAB合用户带来的是最直观、最简洁 的程序开发环境。以下简单介绍一下 MATLAB勺主要特点：语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB?序书写形式自由，利用其丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。运算符丰富。由于MATLA是用C语言编写的，MA

31、TLA提供了和C语言几乎一样多的 运算符，灵活使用MATLAB勺运算符将使程序变得极为简短。MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环、while循环、break语句和if语句）， 又有面向对象编程的特性。语法限制不严格，程序设计自由度大。例如，在 MATLA里，用户无需对矩阵预定义 就可使用。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运 行。MATLAB勺图形功能强大。在FORTRA和 C语言里，绘图都很不容易，但在MATLABI, 数据的可视化非常简单。MATLA还具有较强的编辑图形界面的能力。MATLAB勺缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢

32、。这是由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。功能强劲的工具箱是MATLAB勺另一重大特色。MATLA包含两个部分：核心部分和各 种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：功能性工 具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱能用于多种学科。而学科性工具箱 是专业性比较强的，女口 con trol、toolbox、sig nal process ing toolbox 、com muni cati on toolbox等。这些工具箱都是

33、由该领域内的学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。源程序的开放性。开放性也许是 MATLA最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所 有MATLAB勺核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以 及加入自己的文件构成新的工具箱。2.2 SIMULINK 简介SIMULINK是 MATLA软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持 具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。提供了丰富的仿真模块。其主 要功能是实现

34、动态系统建模、方针与分析，可以预先对系统进行仿真分析，按仿真的最佳 效果来调试及整定控制系统的参数。SIMULINK仿真与分析的主要步骤按先后顺序为：从模 块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观 看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。SIMULINK莫块库提供了丰富的描述系统特性的典型环节，有信号源模块库 (Source)， 接收模块库(Sinks )，连续系统模块库(Continuous )，离散系统模块库(Discrete )，非 连续系统模块库(Signal Routing )，信号属性模块库(Signal Attributes )，数学运算模

35、块库(Math Operations )，逻辑和位操作库(Logic and Bit Operations ，等等，此外还 有一些特定学科仿真的工具箱。SIMULINK为用户提供了一个图形化的用户界面(GUI)。对于用方框图表示的系统，通 过图形界面，利用鼠标单击和拖拉方式，建立系统模型就像用铅笔在纸上绘制系统的方框 图一样简单，它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真软件包相比，具有更直观、更方 便、更灵活的优点。不但实现了可视化的动态仿真，也实现了与MATLABC或者FORTRAN语言，甚至和硬件之间的数据传递，大大扩展了它的功能。2.2.1 SIMULINK模块库介绍SIMILINK模块库

36、按功能分为以下8类子库：连续模块(Continuous ) continuous.mdlIn tegrator :输入信号积分Derivative :输入信号微分State-Space :线性状态空间系统模型Transfer-Fcn :线性传递函数模型Zero-Pole :以零极点表示的传递函数模型Memory存储上一时刻的状态值Tran sport Delay :输入信号延时一个固定时间再输出Variable Tran sport Delay:输入信号延时一个可变时间再输出离散模块(Discrete ) discrete.mdlDiscrete-time In tegrator:离散时间积分

37、器Discrete Filter : IIR 与 FIR 滤波器Discrete State-Space :离散状态空间系统模型Discrete Tran sfer-Fc n:离散传递函数模型Discrete Zero-Pole :以零极点表示的离散传递函数模型First-Order Hold:阶采样和保持器Zero-Order Hold :零阶采样和保持器Unit Delay : 一个采样周期的延时函数和平台模块（Function&Tables） function.mdlFen：用自定义的函数（表达式）进行运算MATLAB Fcn利用matlab的现有函数进行运算S-Function :调用

38、自编的S函数的程序进行运算Look-Up Table :建立输入信号的查询表（线性峰值匹配）Look-Up Table（2-D）:建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配）数学模块（Math ） math.mdlSum加减运算Product :乘运算Dot Product :点乘运算Gai n：比例运算Math Function :包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数Trigono metric Function:三角函数，包括正弦、余弦、正切等MinMax最值运算Abs：取绝对值Sign :符号函数Logical Operator :逻辑运算Relatio nal Operat

39、or:关系运算Complex to Mag ni tude-A ngle :由复数输入转为幅值和相角输出Mag nitude-A ngle to Complex :由幅值和相角输入合成复数输出Complex to Real-Imag :由复数输入转为实部和虚部输出Real-Imag to Complex :由实部和虚部输入合成复数输出非线性模块（Nonlinear ） nonlinear.mdlSaturation :饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和。Relay :滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。Switch :开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个输入端而来，否则 输

40、出由第三个输入端而来。Manual Switch :手动选择开关信号和系统模块(Signal&Systems ) sigsys.mdlIn1 ：输入端。Out1:输出端。Mux将多个单一输入转化为一个复合输出。Demux将一个复合输入转化为多个单一输出。Grou nd:连接到没有连接到的输入端。Terminator :连接到没有连接到的输出端。SubSystem 建立新的圭寸装(Mask)功能模块接收器模块(Sinks ) sinks.mdlScope：示波器。XY Graph：显示二维图形。To Workspace :将输出写入 MATLAB勺工作空间。To File(.mat):将输出写入

41、数据文件。输入源模块(Sources ) sources.mdlConstant :常数信号。Clock :时钟信号。From Workspace :来自MATLAB勺工作空间。From File(.mat):来自数据文件。Pulse Generator :脉冲发生器。Repeating Sequenee :重复信号。Sig nal Gen erator :信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。Sine Wave :正弦波信号。Step :阶跃波信号。2.2.2 SIMULINK模型的建立过程建立模型窗口；将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口；对模块进行连接，从而构成需要的系统模型。

42、223 SIMULINK仿真过程1初始化阶段：（1）对模型的参数进行估计，得到它们实际计算的值；（2）展开模型的各个层次；（3）按照更新的次序对模型进行排序；（4）确定那些显式化的信号属性，并检查每个模块是否能够接受连接它们输入端的 信号；（5）确定所有非显式的信号采样时间模块的采样时间；（6）分配和初始化存储空间，以便存储每个模块的状态和当前值的输出。2 模型执行阶段：模型仿真是通过数值积分来进行完成的，计算数值积分可以采用以下两步来进行：（1）按照秩序计算每个模块的积分；（2）根据当前输入和状态来决定状态的微分，得到微分矢量，然后把它返回给解法器，以计算下一个采样点的状态矢量。在每一个时间

43、步中，SIMULINK依次解决下列问题:按照秩序更新模块的输出； 按照秩序更新模块的状态； 检查模块连续状态的不连续点； 计算下一个仿真时间的步长。第3章扩频通信系统及PN码捕获系统模型建立- -东北电力大学信息工程学院毕业论文- -第3章 扩频通信系统及PN码捕获系统模型建立引言扩频通信系统中最重要的就是伪随机码的同步，PN码同步包括捕获和跟踪两个步骤 是扩频通信的关键。本文主要针对捕获过程进行仿真研究。滑动相关捕获法（相位搜索法） 的硬件实现最简单，在短 PN码捕获时有很大的优势，是最简单、最实用的方法。这里借 助MATLAB/SIMULINI仿真平台构建了滑动相关法 PN码捕获的交互可视

44、化仿真系统，可观 察仿真结果并作出分析。扩频通信系统及 PN码同步的理论基础扩频通信系统的原理框图如图3-1，是通过将基带信号（即信息序列）的频谱扩展到很宽 的频带然后再进行传输的一种通信系统。这种通信系统需要占用的带宽比基带信号的带宽 宽得多。发射接收图3-1扩频通信系统的原理框图初看起来扩频系统似乎违反通信系统的压缩频带的设计准则，但是，信息论充分证明， 使用宽带通信系统是正确的，也是解决目前无线通信中多址、抗干扰、高密级通信的较好 途径。上个世纪40年代，在信息论的研究中香农得出计算信道容量的重要公式，被称为香 农公式，它可以表示为：C 二 Blog2 S/N）（3-1）式（3-1 ）中

45、：C为系统的信道容量（bit/s）； B为系统信道带宽（Hz）;S为信号的平均功率；N为噪声功率；由式中可以看出：为了提高信息的传输速率 C,可以从两种途径实现，既加大带宽 B或 提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽B和信噪比S/N是可以 互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比 进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是 用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。香农公式表明了一个信道无误差地传输信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于 传输信息的信道带宽之间的关

46、系，即在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比下降时， 可用增加系统传输带宽的办法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信号噪声功率比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。这就是扩频通信的理论基础。扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统 带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息 频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。 一般把扩频信号带宽B与信息带宽F之比称为处理 增益Gp即：Gp 二BF(3-2)B-为系统信道带宽（Hz）;Gp-扩频处理增益； F-信息带宽；由式（3-2 ）可以看出，B与厶F差别越大，Gp越大，也就是说，

47、扩频的增益越大。它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与 Gp有关。 因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常 通信。通常的扩频设备总是将用户信息（待传输信息）的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千 倍，以尽可能地提高处理增益。321伪随机码与同步的关系扩频序列编码是扩频通信系统的核心内容之一。在扩频通信中，抗干扰、抗多径、抗 截获、保密、多址通信、实现同步等都与所采用的扩频序列密切相关。抗干扰、抗截获、 保密、需要扩频序列的线性复杂度大，若扩频序列是平衡的，则其抗截获和保密性能更佳; 抗

48、多径需扩频序列的周期长、相关性好；多址通信需要扩频序列的族序列数多且相关性好。当一个数据码元时间长度等于扩频序列一个周期时间长度，用此扩频序列作扩频码所得扩 频增益即为此扩频序列周期。扩频序列周期越长，扩频增益越大。扩频序列最基本的要求 是序列应具有随机性。然而，随机信号的产生、复制、控制难以实现。伪随机序列具有类 似于随机信号的一些统计特性，但又是有规律的，容易产生、复制。因此，它们是扩频序 列的当然选择。由扩频通信系统模型知道，系统中有一个伪随机序列发生器，它是构成扩 频通信系统不可缺少的一部分。伪随机码是一种可以预先确定并可重复地产生和复制，具 有类似白噪声随机统计特性的二进制码序列，简

49、称为PN码。根据香农定理，具有白噪声统计特性的信号对充分利用信道的容量、抗各种干扰和测定距离等具有明显的优势。因此， 伪随机序列具有良好的抗干扰性和抗衰落能力。由于利用伪随机码信号可以实现低信噪比 接收，可实现码分多址通信，具有良好的保密性，伪随机码已广泛应用于通信等领域。总的来说，理想的扩频序列应具有如下特性：具有尖锐的自相关函数，以利于捕获跟踪，快速实现同步；互相关函数接近于零，减少码间干扰，提高系统容量；3有足够长的码周期和尽可能的复杂度，确保抗侦破、抗干扰的要求；有足够多的独立地址数，确保多个用户对码的需求；在工程上易于产生、加工、复制和实现。m序列：线性反馈移位寄存器的最大长度序列，

50、简称 m序列。m序列具有良好的伪随机性。其特 点有：良好的平衡性。在每一个周期 p =2n -1内，“I ”和“ 0”出现的次数基本 相等，准确地说“1”的个数比“ 0”的个数多一个。满足游程特性。长度为1的游程占游程总数的1/2，长度为2的游程占游程总数的 1/4，长为n-1的游程只有一个，为0的游程；长为n的游程也只有一个，为1的游程。具有类似白噪声的自相关函数一双值自相关函数，即归一化自相关函数为：1j=0 ；mod pR(j)=(3-3)-1/ p j=1.2 p-1 ； mod p从公式(3-3) m序列的自相关函数可以看出，m序列是一个狭义伪随机码.当m序列的移位值为其周期的整数倍

51、时，其自相关值取得最大值为2n -1，移位值取其他值时，其自相关值恒为一 1。其归一化后的自相关函数如图 3-2所示。图3-2 m序列自相关函数3.2.2扩频与解扩过程扩频调制的目的是形成频谱较宽的扩频信号，经宽带放大后进行发射。接收机接收到 信号后，要根据发送端采用载波调制方式和扩频码进行相应的解调和解扩处理。接收端可 根据需要，选择先解调后解扩或者先解扩后解调的方式。根据发送端采用的调制方式不同，接收端的解调方式也有所不同。例如，对于采用先 调制后扩频的调制的直序扩频系统，由于MSK信号的载波提取十分困难，所以，一般采用相关解调方式；而对于采用BPSK调制的系统，在接收端可选择相关解调方法

52、，也可提取本 地载波进行相干解调，下面主要讨 BPSK直序扩频的数字相关解调方案。要实现正确的解扩，必须保证接收机的参考扩频序列与发送端采用的扩频序列相同且 同相，因此，扩频序列的同步捕获是扩频通信系统接收机的最重要组成部分。直接序列扩频(DS-Direct Sequenee)的频谱扩展过程见图3-3，由上到下分别为调制 后的待传信号、PN码、待传信息。y/v调制后的 待传信号PN码待传信息x/t图3-3调制过程解扩过程如图3-4所示，自上到下分别为原信息、PN码、调制后的接收信号。直接序 列扩频就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的 扩频码序列对扩展的信号频

53、谱进行解扩，还原出原始的信息。y/v原信息PN码调制后的接收信号x/t图3-4解调过程由图3-3和图3-4可以看出：1.在发端，信息码经码率较高的PN码调制以后，频谱被扩展了。在收端，扩频信号经 同样的PN码解调以后，信息码被恢复；2信息码经调制、扩频传输、解调然后恢复的过程，类似与PN码进行了二次模二相加的过程；待传信息的频谱被扩展了以后，能量被均匀地分布在较宽的频带上，功率谱密度下 降；扩频信号解扩以后，宽带信号恢复成窄带信息，功率谱密度上升；相对与信息信号，脉冲干扰只经过了一次被模二相加的调制过程，频谱被扩展，功 率谱密度下降，从而使有用信息在噪声干扰中被提取出来。扩频通信系统仿真的整体

54、架构扩频通信系统的在SIMULINK平台的总模型架构如图3-5，其中包括最核心的部分：PN 码滑动相关捕获子系统图3-5扩频通信系统的总模型架构扩频通信系统仿真总模型架构的各部分介绍3.4.1信源部分该仿真框图的 Random Integer Generator （图3-6）是一个随机整数序列产生器，主 要用于产生一个范围为0, M 一 1的随机整数。由于在本系统中需要的信号是一个二进制 信号，因此可以将整数的范围设置为二进制，即将M设为2。为了便于观测结果，在这里图3-6信源模块及参数选项可以将二进制数据的抽样速率设置为1 （表3-1）。RandomIntegerRandom Integar

55、Gen电怕忆r表3-1信源模块参数设定参数名初始参数设定M-ary nu mber2In itial seed37Sample time1Sample per frame1M-ary数为2表示产生包含0、1的二进制序列。Initial seed（初始状态）的设定用来得到不同的二进制序列输出，Sample time （输出采样时间）为1。调制部分本文采用的调制和解调手段是BPSK基带调制和解调，分别用 BPSK ModulatorBaseband与BPSKDemodulator Baseband （图3-7）实现。这两个模块的设置参数必须保持 一致。传输信道可以选择高斯白噪声信道，其中的参数（表

56、 3-2）可以选择默认值。角-L_r-|WXMBPSKBPSKModblsta*BasebandBPSKemodutatofwWtj-spskBPSK Xodulat-QT Saei:and (uaEk (link)Xc dLlste the input eierhI lie ins the binary phase shift keyiiig Heth-d-iFqt sszrpl：batd inputj ths： input sueI he a scalar. Fot fxstbaa；td inputi th鬻 input must 匕t 旦 coluan. victor,.Ififras-

57、fcas&d incutr th* width of th antDut 士凸色 色艮：呂 tn& productof the niLZ-ter of EyzabslE acd the Eazpies per zyzab-ol value.In case of 5aspl.&_ta5ed inputj the output sapl tise equals the 麻yatol pexiGd divided by thft Suples pt Ersfcl valu-a.FaraetersPhast offEt (rad)i1S=nples psr syzzhol:|10000Block Pa

58、rameters： BP$K Modulator BasebandOKCancelHelpApply图3-7调制与解调模块及参数选项表3-2调制模块参数设定参数名初始参数设定Phase offset ( rad)0Sample per symbol10000343 信号极型转换产生的二进制信号送入单极性信号到双极性信号转换器中（图 3-8）,主要是将单极性信号转换成双极性，目的是将模 2加算法变成乘法实现。参数设定见（表 3-3）Unipolar toEipolaT ConverterUnipolar toBipolar图3-8数据类型转换模块表3-3数据类型转换模块参数设定参数名初始参数设定

59、M-ary nu mber2PolarityPositive3.4.3伪随机信号产生模块扩频系统中的伪随机序列的产生则由SIMULINK中的PN Sequenee Generator （图3-9）功能模块产生。伪随机序列的生成多项式和初始状态可以选择默认值，或者是自己设定也 行，本文为了简单选择默认值。抽样速率是一个关键，它决定了最后信号的传输带宽，同样，为了便于观察，可以选择抽样时间为0.01s。为了实现为随机序列和二进制数据的相 乘，伪随机序列也要经过信号极性的变化，即将单极性信号变为双极性信号。Gen eratorpoly no mial 设置为1 0 0 1 0 1，initial s

60、tates设置为0 0 0 1 0，米样周期 sampletime设置为0.01。可以得到周期为0.31s的PN码序列（表3-4）PN Sequ&n oePN SequnoeGenerator图3-9 PN序列发生器模块表3-4初始PN序列发生器参数设定参数名初始参数设定Gen erator polyno mial1 0 0 1 0 1In itial states0 0 0 1 0Shift (or mask)0Sample time0.01Sample per frame1图3-10为发端PN码发生器，可产生级数为5,周期为0.31s的PN码序列。图3-11为 示波器中观察到的PN码序列，