通信工程畢業設計外文翻譯_擴頻通信系統及matlab仿真-資料下載頁

【導讀】所屬院（系）電子信息工程系

　　

【正文】 展寬信號頻譜。 我們知道，在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈沖信號，其頻譜則很寬。信號的頻帶寬度與其持續時間近似成反比。 1微秒的脈沖的帶寬約為 1MHz。因此，如果用限窄的脈沖序列被所傳信息調制，則可產生很寬頻帶的信號。如下面介紹的直接序列擴頻系統就是采用這種方法獲得擴頻信號。這種很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列。這里需要說明的一點是所采用的擴頻碼序列與所傳信息數據是 無關的，也就是說它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸的透明性。擴頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用。 3）在接收端用相關解調來解擴。 正如在一般的窄帶通信中，已調信號在接收端都要進行解調來恢復所傳的信息。在擴頻通信中接收端則用與發送端相同的擴頻碼序列與收到的擴頻信號進行相關解調，恢復所傳的信息。換句話說，這種相關解調起到解擴的作用。即把擴展以后的信號又恢復成原來所傳的信息。這種在發端把窄帶信息擴展成寬帶信號，而在收端又將其解擴成窄帶信息的處理過程，會帶來一系列好處。弄清楚擴頻和解擴處理過程的機制，是 理解擴頻通信本質的關鍵所在。 14 擴頻通信的理論基礎 長期以來，人們總是想法使信號所占領譜盡量的窄，以充分利用十分寶貴的頻譜資源。為什么要用這樣寬頻帶的信號來傳送信息呢 ? 簡單的回答就是主要為了通信的安全可靠。擴頻通信的基本特點是傳輸信號所占用的頻帶寬度 (W)遠大于原始信息本身實際所需的最小 (有效 )帶寬 (DF)，其比值稱為處理增益 Gp: FWGP ?? / (1) 眾所周知，任何信息的有效傳輸都需要一定的 頻率寬度，如話音為 ，電視圖像則寬到數兆赫。為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數目，人們廣泛選擇不同調制方式，采用寬頻信道 (同軸電纜、微波和光纖等 )，和壓縮頻帶等措施，同時力求使傳輸的媒介中傳輸的信號占用盡量窄的帶寬。因現今使用的電話、廣播系統中，無論是采用調幅、調頻或脈沖編碼調制制式， Gp 值一般都在十多倍范圍內，統稱為“窄帶通信”。而擴頻通信的 Gp 值，高達數百、上千，稱為 “寬帶通信”。擴頻通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。信息論中關于信息容量的香農 (Shannon)公式為： ）（ NPWLC /1og 2 ?? (2) （ 2） 式中： C 信道容量 (用傳輸速率度量 ) W 信號頻帶寬度 P 信號功率 N 白噪聲功率 式 (2)說明，在給定的傳輸速率 C 不變的條件下，頻帶寬度 W 和信噪比 NP/ 是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比 NP/ ( NS/ )情況下，傳輸信息。擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。 擴頻通信可行性的另一理論基礎，為柯捷爾尼可夫關于信息傳輸差錯概率的公式： ）（ 0j /fow NEP ? （ 3） 式中： jPow 差錯概率 E 信號能量 0N 噪聲功率譜密度 信號功率 TEP /? (T 為信息持續時間 ) 噪聲功率 0WNN? (W 為信號頻帶寬度 ) 15 信息帶寬 TDF /1? 則式 (3)可化為： )//(/ow FWNPfNPTWfP ????? ）（ （ 4） 式 (4)說明，對于一定帶寬 DF 的信息而言，用 PG 值較大的寬帶信號來傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強干擾條件下，通信的安全可靠。亦即式 (4)與式 (2)一樣，說明信噪比和帶寬是可以互換的 。 總之，我們用信息帶寬的 100 倍，甚至 1000 倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據。 擴頻通信的主要性能指標 1）處理增益和抗干擾容限是擴頻通信系統的兩個重要性能指標。 處理增益 G 也稱擴頻增益 (Spreading Gain) 它定義為頻譜擴展前的信息帶寬 DF 與頻帶擴展后的信號帶寬W之比： FWGP ?? / （ 5） 在擴頻通信系統中．接收機作擴頻解調后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為DF 的信息，而排除掉寬頻帶 W 中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益 G反映了擴頻通信系統信噪比改善的程度。 2）抗干擾容限 是指擴頻通信系統能在多大干擾環境下正常工作的能力，定義為： ]s)/[( outj LNSGM ??? （ 6） 其中： jM 抗干擾容 G 處理增益 out)/( NS 信息數據被正確解調而要求的最小輸出信噪比 sL 接收系統的工作損耗 擴頻通信系統的工作原理 數字擴頻通信的一般工作原理如圖 1 所示。 16 圖 1 數字擴頻通信系統基本框圖 圖 1 所示為一個數字擴頻通信系統的基本框圖。其中信道編碼器、信道解碼器、調制器和解調器是傳 統數字通信系統的基本構成單元。在擴頻通信系統中除去了這些單元外，應該用了相同的偽隨機序列發生器，分別作用在發送前端的調制器與接收前端的解調器。這兩個序列發生器產生偽隨機噪聲（ PN）二值序列，在調制端將傳送信號在頻域進行擴展，在解調端解擴該擴頻發送信號。 3 擴頻通信系統的特點 擴頻信號是不可預測的偽隨機的寬帶信號 ,其帶寬遠大于欲傳輸數據 (信息 ) 帶寬 ,同時 ,接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。由于擴頻信號的上述特點 ,擴頻系統具有以下特點 : 抗干擾性強 由于擴頻信號的不可預測性 ,擴頻系統具有很高的抗干 擾能力。因為干擾者難以通過觀察改善其干擾性能 ,而只能采用發射同被干擾信號不匹配的干擾技術 ,因此 ,干擾起不了太大作用 。由于擴頻通信系統在傳輸過程中擴展了信號帶寬 ,所以即使信噪比很低 ,甚至是有用信號功率低于干擾信號功率的情況下仍能夠高質量地不受干擾地進行通信 ,擴展的頻譜越寬 ,其抗干擾性越強。 低截獲性 擴頻信號的功率相當于均勻地被分布在很寬的頻帶上 ,以至于被傳輸信號的功率密度很低 ,使偵察接收機難以監測到。因此 ,擴頻通信系統具有低截獲概率性。 抗多路徑干擾性能好 多路徑干擾是由于在電波傳播過程中 ,遇到各種非期望反射體 (如電離層、高山、建筑物等 ) 引起反射或散射。這些反射或散射信號同直達路徑信號在接收端相互干涉造成干擾。多路徑干擾在雷達和通信中都有嚴重影響。由于在擴頻通信系統中增加了擴頻調制與解擴過程 ,這樣可以利用擴頻碼序列間的相關特性 ,在接收端解擴時用相關技術從多徑信號中分離出最強的有用信號 ,或將多徑信號中的相同碼序列信號疊加 ,這樣就可以有效地消除無線通信中多徑干涉造成的信號衰落現象 ,因而擴頻通信系統具有良好的抗多徑衰落 17 特性。 保密性好 在一定的發射功率下 ,由于擴頻信號分布在很寬的頻帶內 ,無 線信道中有用信號功率譜密度極低 ,這樣信號可以在強噪聲背景下 ,甚至是有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信 ,使外界很難截獲傳送的信息 ,想進一步檢測出信號的特征參數就更難了。所以 ,擴頻系統可實現隱蔽通信 。同時 ,對不同用戶使用不同的碼 ,旁人無法竊聽他們的通信 ,因而擴頻系統具有高的保密性。 4 擴頻通信在 MATLAB 仿真中的應用 直接序列擴頻系統誤碼率的仿真 根據香農定理可知 : ）（ NSWLC /1og ?? （ 7） 式中 :W 為傳輸帶寬 。C 為信息容量 .式 (7) 含義是在給定信號功率 S 和噪聲功率 N的條件下 ,用一種編碼系統 ,以很小的誤碼率 ,接近 C 的傳輸速率傳送信息 .根據柯捷爾尼可夫理論可知 : )/( 0e NEFP ? （ 8） 式中 : eP 為誤碼率 。 F 為信號的頻率 。 E 為信號能量 。 0N 為噪聲功率譜密度 .將傳輸帶寬 W ,信號功率 TES /? ,噪聲功率 0WNN? ,信號持續時間 T ,信息信號帶寬TF /1?? ,代入式 (8) ,得 FWNSNST WNE ???0 (9) 式 (9) 說明 , eP 是由 FWNS? 決定的 ,就是說 ,傳輸一定帶寬 F? 的信息 ,信噪比 NS 可以和帶寬 W 互換 . 對于二進制信息序列的擴頻通信 ,假設信息速率為 R , 碼元間隔為 SRT /1b? , 傳輸信息的有效帶寬為 )m( RBB CC .在直擴系統中 ,采用 MatLab 工具箱中的偽隨機序列函數來生成偽隨機碼序列 . 此中的 PN碼是具有多個碼位的 0,1 序列 ,它們是經過嚴格挑選的 ,具有良好的自相關性 ,但彼此之間 卻近似是相互正交 ,與線性無關 ,在眾多碼型中 ,它們很容易識別出與自己相同的碼型 ,而不容易與其它碼型混淆 . 利用在發射機中 PN 序列 ,將窄帶的信息序列擴展為寬帶信號送入信道傳輸 ,在接收端將接收的寬帶信號與發送端同步的PN 序列相乘 ,解擴出窄帶的信息序列 ,而各種干擾信號被與 PN 序列的相乘處理擴展為寬帶形式 ,最終將干擾信號的能量削弱 W/R 倍 .在調制器中 ,信息序列的帶寬擴展為 CBW? ,由于傳輸中普遍存在干擾 ,因此在仿真時必須考慮到干擾信號對判決器判決結果的影響 . 18 假設在信 號傳輸過程中受到干擾信號為余弦形式作用 ,則該信號電流為 )2co s()( tfAti jj ?? (10) 式 (10)中 : jf 為發送信號帶寬內的干擾頻率 . )(ti 與 )(tc 相乘使余弦形式的干擾變為寬帶干擾 ,其能量譜密度為 WPJ J /0 ? ,式中 : 2/2JJ AP ? 為干擾信號的平均能量 .為了更直觀地分析直擴信號抑制正弦干擾的效果 ,建立了 Monte Carlo 仿真模型 , 圖 2 直擴系統 Monte Carlo 仿真模型 由圖 2可以看出 ,由隨機數發生器產生一系列二進制 (177。 1) 信息數據 , 每個信息重復CL 次 , CL 對應于每個信息所包含的偽碼碼片數 ,一個隨機數發生器產生的 PN 序列 )(nc相乘 ,然后在 該序列上疊加方差為 2/02 N?? 的高斯白噪聲和形式為 nAni 0sin)( ?? 的正弦干擾信號 ,其中 ?? ?? 00 且 CLA? .在解調器中，進行與 PN 序列互相關運算 , 并且將組成各信息的 CL 個樣本求和 .將加法器的輸出送到判決器 ,對信號和門限值 0 比較 , 以確定傳送的數據為 +1還是 1,圖 2中的計數器用來記錄判決器的 錯判數目。 仿真結果分析 加入噪聲和干擾后 ,取 CL = 10 ,用 3 個不同的正弦信號干擾 ,其振幅分別為 2 ,3 ,7. 在誤碼率運算中加性噪聲的方差是固定的 ,總共進行了 1萬次運算 ,而且在每次運算中 ,信號能量取值都滿足所需的信噪比要求 ,從而得到了圖 3 所示的仿真曲線 . 可見 ,正弦干擾信號的振幅越大 ,誤碼率越大 .同樣，在相同信噪比下 ,處理增益越大 ,誤碼率越小 ,而在大信噪比時 ,這種差別尤為明顯。 19 圖 3 蒙特卡羅仿真的擴頻通信系統不同振幅正弦干擾下的誤碼率仿 真曲線 5 結束語 作者在本文中，建立并優化了 Monte Carlo 仿真模型 ,可對各種直接序列擴頻通信系統的誤碼率進行仿真分析 ,仿真結果表明 ,直擴系統的判決器能以較小的差錯概率恢復出原始信號 ,判決器具有優良的性能 . 在相同信噪比下 ,處理增益越大 ,誤碼率越小 ,特別是在大信噪比時 ,這種差別尤為明顯 。而在處理增益不變時 ,正弦干擾信號振幅增加 ,誤碼率則增大。 1 原文已完。下文為附加文檔，如不需要，下載后可以編輯刪除，謝謝！ 施工組織設計 本施工組織設計是本著“一流的質量、一流的工期、科學管理”來進行 編制的。編制時，我公司技術發展部、質檢科以及項目部經過精心研究、合理組織、充分利用先進工藝，特制定本施工組織設計。 一、 工程概況： 西夏建材城生活區 2 30住宅樓位于銀川市新市區 ，橡膠廠對面。 本工程由寧夏燕寶房地產開發有限公司開發，銀川市規劃建筑設計院設計。 本工程耐火等級二級，屋面防水等級三級，地震防烈度為 8度，設計使用年限 50 年。 本工程建筑面積 :27樓 。30樓 m2。室內地坪177。 以絕對標高 m 為準，總長 27樓 ； 30樓 m。總寬 27樓 ； 30樓 m。設計室外地坪至檐口高度 00m，呈長方形布置，東西向，三個單元。 本工程設計屋面為坡屋面防水采用防水涂料。外墻水泥砂漿抹面，外刷淺灰色墻漆。內墻