直接序列擴頻—２ＦＳＫ系統(tǒng)的ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真

摘 要：在簡單介紹SystemView仿真軟件和擴頻通信的基礎(chǔ)上，建立了直接序列擴頻—2FSK通信系統(tǒng)的模型，介紹了該系統(tǒng)的基本工作原理。為了驗證該系統(tǒng)的可行性以及在實際工程中的應(yīng)用價值，系統(tǒng)發(fā)射端利用SystemView先對信號進行31位直接序列擴頻仿真，再對此已擴頻后的信號進行2FSK調(diào)制仿真，與此對應(yīng)在接收端先對接收到的信號2FSK解調(diào)再進行解擴。仿真結(jié)果表明，通過用SystemView 軟件仿真，可以很方便地得到所設(shè)計電路的輸出結(jié)果與分析波形。

關(guān)鍵詞：直接序列擴頻系統(tǒng);擴頻碼;2FSK;SystemView;仿真軟件

中圖分類號：TN914.42文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)1913403

Simulation of DSSS-2FSK by SystemView Software

ZHOU Qing

(Changzhou Institute of Light Industry Technology，Changzhou，213164，China)

Abstract：On the basis of introducing the technology of SystemView and spread spectrum，a communication system model of DSSS-2FSK is built and the system principle is introduced in this paper.In order to verify the system is feasibile and it has application value in actual engineering，system spreads signals′spectrum (one bit to 31bit) and 2FSK modulates spread-spectrum signals on system transmitting terminal with SystemView.Corresponding with this，system 2FSK demodulats receiving signals and then de-spreads 2FSK demodulation signals on system receiving terminal.The result of simulation indicates that with SystemView is easy to find out the output of designed circuit and convenient to analyze the waveform.

Keywords：DSSS;spread spectrum sequence;2FSK;SystemView;simulation software

1 引 言

在實際的工程應(yīng)用中有時需要改進傳統(tǒng)的擴頻系統(tǒng)，重新設(shè)計符合工程要求的擴頻系統(tǒng)。新設(shè)計的系統(tǒng)是否可行，能否達到預(yù)期的性能，這都有待于實驗的驗證。傳統(tǒng)的方法只有構(gòu)建一個實驗系統(tǒng)，采用各種儀器進行測量得到所需的數(shù)據(jù)，這樣不僅需要花費大量的資金用于實驗系統(tǒng)的構(gòu)建，而且系統(tǒng)的構(gòu)建周期長，系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整也十分困難。這種方法對于工程領(lǐng)域的應(yīng)用顯然是不可行的。SystemView的出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠用計算機模擬實現(xiàn)，免去了構(gòu)建實驗系統(tǒng)的不便，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約了產(chǎn)品的成本。

ELANIX公司的SystemView是一個用于電路與通信系統(tǒng)設(shè)計、仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合及多速率系統(tǒng)，可用于信號處理、濾波器設(shè)計及復(fù)雜的通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立等不同層次的設(shè)計和仿真。

SystemView在界面友好而且功能齊全的Windows操作平臺上，為用戶提供了一個嵌入式的模塊化分析引擎。軟件的嵌套功能保證了系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模可以任意地大，用戶可以自己用高級語言(C/C++語言)編寫庫中沒有的模塊，因此該軟件功能強大，使用方便，是迄今為止專用于動態(tài)系統(tǒng)仿真的優(yōu)秀軟件，特別適用于通信系統(tǒng)分析和設(shè)計領(lǐng)域。

2 擴頻通信

2.1 擴頻通信定義

擴頻通信，即擴展頻譜通信，最早主要應(yīng)用于軍事通信，防止敵方干擾和竊密，后來開始用于民用。它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信方式。

擴頻通信是一種信息處理傳輸技術(shù)。擴頻通信技術(shù)是將一位碼元擴展為n位長的碼序列，使之占有遠遠超過被傳送信息所需的最小帶寬。在接收機中利用相同的碼序列對接收信號進行同步相關(guān)處理以解擴和恢復(fù)數(shù)據(jù)。

擴頻信號具有以下3個特性：

(1) 擴頻信號是由偽隨機序列產(chǎn)生的寬帶信號；

(2) 擴頻信號帶寬遠大于欲傳輸數(shù)據(jù)(信息)帶寬；

(3) 接收機中必須有與發(fā)送端相同的擴頻碼序列用于解擴。

由于擴頻信號的上述特性，使擴頻通信系統(tǒng)具有抗干擾性強、抗多徑衰落、高保密性、低功率譜密度、隱蔽性好、低截獲、多址復(fù)用、任意選址、高精度測量等優(yōu)點。

2.2 擴頻通信的分類

按擴頻方式的不同，可以將擴頻通信系統(tǒng)分為：直接序列擴頻(DS)、跳頻擴頻(FH)、跳時擴頻(TH)和線性調(diào)頻(Chirp Modulation)4種基本方式。其中目前比較常用的有DS和FH兩種。本篇主要討論直接序列擴頻的原理、特點以及仿真實現(xiàn)。

2.3 直接序列擴頻通信原理

直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)是直接利用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端對發(fā)送信號進行編碼，從而將占用頻帶較窄的原始信號擴展為占用頻帶較寬的信號；而在收端，用相同的擴頻碼序列進行解碼，把擴展寬的擴頻信號還原成原始的信息。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的PN碼(偽噪聲碼)進行模二加。例如，在發(fā)射端將“1”用11000100110代替，而將“0”用00110010110去代替，這個過程就實現(xiàn)了擴頻，而在接收端處只要把收到的序列11000100110恢復(fù)成“l(fā)”，00110010110恢復(fù)成“0”，就完成了解擴。這樣信源速率就被提高了11倍，同時也使處理增益達到10 dB以上，從而有效地提高了整機信噪比。

3 直接序列擴頻2FSK系統(tǒng)的SystemView仿真

本文采用31位PN碼進行擴頻，信息碼元“0”用PN碼的原碼代替，碼元“1”用PN碼的反碼代替，將每一位信息源碼擴展成31位，這樣理論上可獲得31倍的處理增益。系統(tǒng)框圖如圖1所示，圖2為系統(tǒng)的仿真圖。

數(shù)據(jù)信號源使用了一個較低速率(300 b/s)的脈沖序列(圖符0)。擴頻用的PN碼采用了31位9 300 b/s的m序列，這樣就能將每一位信息碼擴展成31位。擴頻調(diào)制使用了模2加法運算，擴頻后的信號通過f1=20 kHz，f2=30 kHz的2FSK調(diào)制模塊(圖符44)進行調(diào)制，射頻調(diào)制是用100 kHz的載波與2FSK信號直接相乘實現(xiàn)的。為了觀察擴頻2FSK系統(tǒng)的抗干擾性能，使用了一個90～120 kHz的寬帶掃頻脈沖信號模擬傳輸信道中的干擾。

接收端，通過本地載波和2FSK解調(diào)模塊(圖符56)解調(diào)后的擴頻信號與原擴頻PN碼相乘解擴，中間省略了有關(guān)本地PN發(fā)生器和相關(guān)碼同步電路。因為直接使用原PN碼，所以理論上可認為收發(fā)兩端是完全同步的。

31位的PN碼由圖符1生成，圖符1為31位PN序列生成模塊，如圖3所示，該仿真電路是由5級串聯(lián)雙態(tài)器件(圖符38，39，21，22，40)、時鐘脈沖產(chǎn)生器(圖符17)、全0啟動電路(圖符29)和模2加法器(圖符30)構(gòu)成，生成多項式為x5+x3+1，反饋抽頭為3(圖符21)、5(圖符40)，初始狀態(tài)為00001。該仿真電路產(chǎn)生的m序列an=0000 1001 0110 0111 1100 0110 1110 101。

圖4為各級仿真示波器的輸出波形，其中圖4(a)所示為擴頻后的信號波形，圖4(b)是2FSK調(diào)制后的輸出波形，圖4(c)是解擴、解調(diào)整形后的輸出信號波形圖。可以十分明顯地觀察到解擴后的信號與輸入的原信號基本一致，因未超過噪聲容限，故能正確接收。若不斷加大噪聲或干擾的幅度，超過噪聲容限時，則不能準確地恢復(fù)原始波形。在仿真中加大模擬噪聲后(在此噪聲加大掃頻信號至200 kHz)，輸出信號與原始信號波形就相差很大。

4 結(jié) 語

本文首先描述了Systemvie軟件的特點，接著介紹了擴頻通信系統(tǒng)中直擴系統(tǒng)的特點，最后介紹了利用該軟件實現(xiàn)直接擴頻2FSK通信系統(tǒng)的實例，試驗證明采用Systemvie可以很好地仿真一個通信系統(tǒng)，驗證了該系統(tǒng)的實際可行性，而且該仿真方便快捷，周期短，成本低，靈活性強。

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