扩频跳频报告

一．设计的目的
通过课程设计进一步理解扩展频谱通信的基本概念及其系统模型；重点是伪随机编码的基本原理，m序列、Gold序列的性质及特点；扩展频谱信号的相关解扩、基带解调与载波同步，跳频信号的解跳和解调等等。

要求学生在课程设计中建立基本的扩频系统模型，仿真计算出伪随机编码的相关特性，通过扩频调制的解扩仿真系统的抗干扰性能。

二．设计中主要完成的内容摘要
在本次实训中主要任务就是扩频系统的原理及仿真，包括了学习伪随机码的产生，（这其中又分为 1.线性反馈移位寄存器的结构和多项式的表示，2.最大周期线性线性移位寄存器序列-M序列，3.伪随机序列的相关函数以及GOLD序。

）；直接序列扩频系统；
调频扩频系统；
完成了实例一到实例八8个例题，如m序列的产生，m序列的自相关系数，GOLD序列的产生，CDMA系统的构造等。

完成了课程设计中要求完成任务二的内容，包括：
1. 完成课程设计指导书中的全部实例。

2. 学习伪随机序列原理，设计伪随机序列的计算机产生方法并用Simulink实现（PN序
列、Gold序列等）
2.1 给定本原多项式，设置实现对应m序列的Simulink模块，并验证
2.3 学习Gold序列的产生原理，设置产生Gold码的Simulink模块，并给出运行结果（序列
的波形）
3. 设计出直接序列扩频系统模型，并进行仿真验证
3.1 设计直接序列扩频发信机的结构并用Simulink模型实现
3.2 设计加性高斯信道，并添加单频干扰
3.3 设计接收机系统。

观察系统传输各点的波形和频谱。

得出波形图和频谱图。

4. 用所设计的直接序列扩频发信机和接收机构造一个CDMA系统。

三．设计内容陈述
具体内容如下：
任务二
1. 完成课程设计指导书中的全部实例。

实例一判断特征多项式F(x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 是否可生成m 序列，并建模验证。

F(x) 对应的系数二进制表示为1001011001，相应的十进制数是601。

测试模型如图
结果如下：
PN序列用图中的Simulink 通信模块库中提供的“PN Sequence Generator”用来产生线性移位寄存器序列，其设置参数为特征多项式（Generator Polynomial），寄存器初始状态，输出偏移量，采样时间隔以及输出数据格式和是否具有复位端等，其中特征多项式可用两种形式之一表达，例如本例的特征多项式表达为
[1,0,0,1,0,1,1,0,0,1] 或[9,6,4,3,0]这是伪随机序列的计算机产生方法并用Simulink 实现模型。

例二计算特征多项式为F(x) = x9 + x6 + x4 + x3 + 1 的m 序列的自相关系数。

程序如下：
结果如下：
实例三〕计算r = 6 本原多项式（八进制表示）103 和147 对应的两个m 序列的互相关函数序列。

编写程序及结果截图
如下：
程序运行后得出互相关函数序列，所示，其绝对值的最大值为17。

相同周期的不同m 序列之间的互相关函数绝对值的最大值jR ab j max 是不同的，我们希望 互相关值越小越好，如果一对同周期的m 序列的互相关值满足如下不等式，称这对m 序列
构成一优选对，
显然，对于实例三中的两个m 序列的互相关函数满足上式，故构成一个优选对。

m 序列 优选对一般是通过计算机进行数值计算来寻找的。

实例四（GOLD 序列的产生）
以r = 11 的m 序列优选对特征多项式4005 和7335（八进制表示）产生Gold
码，并验证当第一个m 序列（4005）初始状态fa n¡1; :::; a n¡r g 为[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]，第二个m 序列（7335）初始状态为任意但不全为零。

变化第二个m 序列的初始状态，试计算出一个周期内“1”和“0”的个数差分布以及平衡码的个数。

两个m 序列的特征多项式分别为：
4005 : F a(x) = x11 + x2 + 1
7335 : F b(x) = x11 + x10 + x9 + x7 + x6 + x4 + x3 + x2 + 1
实验程序如下
程序调用执行后结果是：
diff_of_1_0=ch7example24func;
banlanceGoldNum = 1023
Num65 = 496
NumNeg63 = 528
如图所示
实例五设数据传输率为R a = 100bps，扩频码片速率为R c = 2000chip/s，R c=R a = 20，
采用m 序列作为扩频序列，以BPSK 为调制方式。

试建立扩频系统仿真模型并仿真观察其数
据波形、扩频输出波形以及扩频调制输出的频谱。

原理图如下：
直接扩频发射机仿真系统模型
“Bernoulli Binary Generator”产生数据流，其采样时间设置
为0.01 秒，这样输出的数据速率为100bps。

“PN Sequence Generator”产生伪随机扩频序列，其采样时间设置为0.0005 秒，这样输出的码片速率为2000chip/s。

为了使得扩频模块（乘法器）上的数据采样速率相同，需要对数据流进行升速率处理。

“Unipolar to Bipolar Converter”完成数据和扩频序列的双极性变换。

乘法器输出即为扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。

扩频输出信号以BPSK 方式进行调制。

模型中采用了调制的等效低通模型来实现，调制输出信号是复信号，采样率为2000 次/秒。

调制也可采用通带模型实现。

为了使得频谱观察范围达到4KHz，需要被观察信号的采样率达到8000 次/秒，为此，以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样率提高到8000 次/秒。

示波器及仿真结果如下：
直接扩频发射机扩频前后的信号频谱仿真结果
实例六 以实例五的扩频发射机为信号源，构建扩频传输和接收系统，设传输信
道为AWGN 信道，在信道中加入300Hz 的单频正弦干扰信号。

设扩频接收机的
同步系统是理想的。

要求观察信道传输后的信号频谱、解扩后和解调后的信号频谱和波形，并测试传输误码率。

实验仿真图如下
其中发射机子系统“CDMA Trans.”是实例五系统的封装，信道由“AWGN Channel”模块、采样率为2000 次/秒的300Hz 离散正弦波
源以及加法器模块组成。

接收机的本地PN 序列由和发射机中完全相同参数的“PN SequenceGenerator”模块和单双极性转换模块构成，其同步的双极性伪随机码送入解扩器（乘法器）中与接收信号相乘进行解扩，然后送入BPSK 解调器等效基带模型进行解调和解码。

由于解扩信号的采样率为2000 次/秒，而BPSK 基带数据信号速率为100bps，其采样率亦为100次/秒，故BPSK 解调器中应设置“Samples per symbol”参数为20。

BPSK 解调输出是单极性的二进制数据，经过单双极性变换并进行升速率采样后送入频谱仪观察功率谱。

接收机中“Bernoulli Binary Generator”产生同发送数据的数据流，并延迟2 个数据码元宽度以补偿接收延时，然后对比接收解调数据流，显示数据波形并统计误码率。

结果图如下：
〔实例七〕仿真码分多址（CDMA）系统的原理
两个CDMA trains模块结构如下：
实验结果如下：
示波器展示波形如下：
实例八设数据速率为100bps，数据调制采用2FSK方式，频率间隔为100Hz。

跳频频点为32 个，跳频频率间隔为50Hz，跳频速率为50 跳/秒。

设以伪随机整数控制跳频的载频，接收机中解跳所用的本地恢复载波理想地跟踪了发送载波频率变化。

试建立跳频传输的等效低通仿真模型，信道设为AWGN 信道。

实验结果如图
跳频扩频前后信号的频谱
经过AWGN 信道传输并受到单频正弦干扰的跳频接收信号的频谱和跳频解跳输出信号的频谱
2. 学习伪随机序列原理，设计伪随机序列的计算机产生方法并用Simulink实现（PN序列、Gold序列等）
2.1 给定本原多项式，设置实现对应m序列的Simulink模块，并验证
本题解决思路及方法见实例一
2.3 学习Gold序列的产生原理，设置产生Gold码的Simulink模块，并给出运行结果（序列的波形）
Gold 码序列是m 序列的复合码，两个码长相等、采样时间相同的序列优选对，模2 加以后合成。

它的周期与原m序列等长
根据自己理解及查资料所得
用Gold Sequence Generater产生Gold码的系统仿真模型如下
但参数的设置及波形图的显示由于能力有限，没有做出来，请老师谅解。

3. 设计出直接序列扩频系统模型，并进行仿真验证
3.1 设计直接序列扩频发信机的结构并用Simulink模型实现
本题见实例五内容及仿真模型
3.2 设计加性高斯信道，并添加单频干扰（具体做法如例六）
在实例六中，AWGN 信道中噪声方差设置为10，加入了单频干扰源Sine Wave
模块。

可见，经过信道传输并添加单频干扰后，扩频信号被淹没在噪声和干扰之中
3.3 设计接收机系统。

观察系统传输各点的波形和频谱。

得出波形图和频谱图。

在实例七中，Product与BPSK模块构成了接收系统，实例七中波形图即是本题波形图。

4. 用所设计的直接序列扩频发信机和接收机构造一个CDMA系统。

实例七中的仿真码分多址（CDMA）系统的原理结构图即是本题的构造的CDMA 系统
5. （较高要求）测量出系统传输信噪比与解调误码率之间的曲线关系。

四．设计体会
这次实训给我主要感觉就是难度较大，一开始看了一下这个内容，感觉云里雾里，扩频系统以前接触的好像不多，只好耐着性子慢慢去查阅资料和理解。

其次，这次实训带给我的收获就是做什么事情都得仔仔细细，亲力亲为。

后来了解些内容后，在设计simulink仿真结构图时，一个连线的错误，一个参数的不准确，往往就会影响整个实训结果，而这次实训最头疼的事情就是那些模块参数的确定，指导书上的内容只是部分，每个参数的数值的确定都有它的合理性，因此只好慢慢摸索规律。

耐心和坚持是这次实训的关键，我了解到了做任何事都要有耐心、更是要细心做事，而且，细节决定成败，这句话不仅适用于这次实训，对以后的工作、生活都会带来巨大的好处。

最近忙于备战考研，时间大部分都花在了那上面，加之能力和专业知识有限，这次实训部分内容做的不太理想，但是还是从实训中学到了平时没有学到过的内容。

通过这次的实训，意识到自己的原理知识还是不够好，在今后的学习中我们需要更努力的学习专业知识，才能更好的服务于实践中。

最后，在这次的实训中我感谢赵老师、李老师及同学们的大力帮助。