實驗三、直接序列擴頻通信技術的仿真一、實驗目的了解m序列產生及相關性原理。了解直接序列擴頻通信模型。了解應用m序列進行擴頻通信的原理。擴頻增益與擴頻因子的概念及與m序列長度的關系。了解直接序列擴頻頻譜擴展原理。了解解擴同步和判決的方法。了解不同擴頻增益對系統抗干擾能力的影響。了解不同信道條件下的系統性能。二、實驗內容搭建GNURadio中m序列相關性檢測流程圖，掌握GNURadio產生m序列的方法。利用代碼生成新的GRCblock。搭建單機擴頻通信流程圖，檢測相關性，檢測最終獲得的數據與信號源數據是否一致，檢測信號的BER并分析結果。搭建雙機通過USRP進行擴頻通信流程圖，檢測相關性，檢測最終獲得的數據與信號源數據是否一致，檢測信號的BER并分析結果。三、實驗原理3.1擴頻原理將軟件無線電思想引入直擴系統的可行性方案是：在發射端，基帶部分由軟件實現擴頻調制和信息調制以形成數字中頻信號，在經D/A轉換和模擬載波調制進行發射；在接收端,首先對模擬下變頻得到的中頻信號進行A/D轉換后，再由軟件實現信息解調和擴頻解調。顯然，通過軟件模塊來實現調制方式的改變將給系統帶來極大的靈活性。直接序列擴頻：擴頻通信是在信號發送端，首先將信息調制形成數字信號，該數字信號經擴頻發生器產生的擴頻碼序列調制后，信號的頻帶被展寬，展寬后的信號再調制到射頻發送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，經變頻至中頻，然后由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴，再經過信息解調，恢復成原始信息輸出。直接序列擴頻系統是將要發送的信息用偽隨機（PN）序列擴展到一個很寬的頻譜上去,在接收端，用與發端擴展用的相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出原來的信息。干擾信號由于與偽隨機序列不相關,在接收端被擴展,使落入信號頻帶內的干擾信號功率大大降低,從而提高了系統的輸出信噪比,達到抗干擾的目的。下圖是擴頻通信的原理圖：圖2擴頻通信原理圖3.2實驗平臺本次實驗采用的是一個在Linux環境下運行的軟件無線電軟件——NURadio和硬件收發裝置USRP組合的一個實驗平臺。軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托,通過軟件編程來實現無線電臺的各種功能,從基于硬件、面向用途的電臺設計方法中解放出來。功能的軟件化實現勢力要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路,尤其是減少模擬環節，把數字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。軟件無線電平臺GNURadioGNURadio是一個通過最小程度地結合硬件（主要是USRP），用軟件來定義無線電波發射和接收的方式，搭建無線電通信系統的開源軟件系統。也就是說，現在那些高性能的無線電設備中所遇到的數字調制問題將變成軟件問題。硬件電路USRPUSRP（UniversalSoftwareRadioPeripheral,通用軟件無線電外設）旨在使普通計算機能像高帶寬的軟件無線電設備一樣工作。從本質上講，它充當了一個無線電通訊系統的數字基帶和中頻部分oUSRP背后的基本設計理念是在主機CPU上完成所有波形相關方面的處理，比如調制和解調。所有諸如數字上下變頻、抽樣和內插等高速通用操作都在FPGA上完成。圖形化操作界面GRCGRC是我們這次實驗主要的工具，它是GNURadio提供的一個圖形化操作界面，其功能類似于MATLAB中的Simulink。GRC提供了一些常用的Block，包括各種信源、信宿、濾波器、示波器、調制解調模塊等等，方便操作，簡單明了，便于直觀的感受無線通信系統工作流程。3.3可行性分析將軟件無線電思想引入直擴系統的可行性方案是：在發射端，基帶部分由軟件實現擴頻調制和信息調制以形成數字中頻信號，再經D/A轉換和模擬載波調制進行發射；在接收端，首先對模擬下變頻得到的中頻信號進行A/D轉換后，再由軟件實現信息解調和擴頻解調。顯然，通過軟件模塊來實現調制方式的改變將給系統帶來極大的靈活性。四、實驗步驟（一）單機GRC仿真1、選擇適當模塊連接成所需的電路。調整各個模塊參數，如圖3所示。

ininout[-Multlplyinout]-*4Eout]-tablemprate:32kThrottleSampleRate:32kNoiseSourceNoiseType:GaussianAmplitude:0ScopeSinkTitle:inandoutDPSKDemodType:DBPSKSamples/Symbol:2ExcessBW:350mCostasAlpha:175mGainMu:175mininout[-Multlplyinout]-*4Eout]-tablemprate:32kThrottleSampleRate:32kNoiseSourceNoiseType:GaussianAmplitude:0ScopeSinkTitle:inandoutDPSKDemodType:DBPSKSamples/Symbol:2ExcessBW:350mCostasAlpha:175mGainMu:175mMu:500mOmegaRelativeUmlt:5mGrayCode:YesNumberSinkTitle:NumberPlotUnits:%SampleRate:32kMlnValue:100MaxValue:100Factor:100DecimalPlaces:10ReferenceLevel:0NumberRate:15ShowGauge:Showom| inPacketEncoderSamples/Symbol:2Bits/Symbol:1AccessCode:PadforUSRP:YiesPayloadLength:0DPSKModType:DBPSKSamples/Symbol:2ExcessBW:350mGrayCode:YesScopeSinkTitle:pnSampleRate:32kVScale:0TScale:0ScopeSinkTitle:inandoutSampleRate:32kVScale:0TScale:0GLFSRSourceDegree:3Repeat:YesMask:0Seed:1FloatToComplexPacketDecoderAccessCode:Threshold:1PNCorrelatorSeed:1Degree:3Mask:0FileSinkFile:/home/ee70/l(uopin.datPacketDecoderout]~~?[m_AccessCode:Threshold:*1VectorSourceVictor:-1,1Repeat:YesMultiplyRepeatInterpolation:7 ?{in~FloatToChar■^fin"FloatToChar圖3單機擴頻實驗流程圖2、點 按鈕運行，觀察示波器輸出。3、 加入多徑模塊，重復2步驟。4、 截圖并分析結果，具體結果與分析見下。（二）利用USRP進行實際收發實驗1、選取兩臺電腦，分別連接成所需的電路，調整各個模塊參數。如圖4、5所示。圖4雙機擴頻實驗發送端流程圖圖5雙機擴頻實驗接收端流程圖2、調整USRPSink和USRPSource的頻率與設備一致，組裝好設備，分別連至兩臺電腦上,使兩臺設備的天線盡量靠近。

3、先后點擊發送端、接收端的運行按鈕運行，觀察示波器輸出。4、截圖并分析結果，具體內容見下。五、實驗結果及分析5.1單機實驗檢測結果如圖6所示：TopBlocksumDuCounts/Div：+YOffset:+TOffset:AxesOptionsSecs/Div：0Autorange.8.6.4.2aaaaosumDuCounts/Div：+YOffset:+TOffset:AxesOptionsSecs/Div：0Autorange.8.6.4.2aaaao.20.4.600.80CDChannelOptions—chich2TrigXY1Coupling：DC 0Marker：LineLink0slunooCounts/Div：YOffset:AxesOptionsSecs/Div:30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Time(ms)TOffset:CD9)AutorangeslunouAxesOptionsSecs/Div:Counts/Div:YOffset：+CDTOffset:9)AutorangeChannelOptionsStopslunooCounts/Div：YOffset:AxesOptionsSecs/Div:30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Time(ms)TOffset:CD9)AutorangeslunouAxesOptionsSecs/Div:Counts/Div:YOffset：+CDTOffset:9)AutorangeChannelOptionsStop圖6單機實驗檢測結果波形結果分析：兩個信號完全相同（或相關性很好）時，相關峰值應如上圖檢測到的波形所示b．發送與接收信號波形及相關性檢測，這里根據設置的噪聲幅度來分，分別為以下圖7系列圖。當噪聲幅度為0時HopBlocl圖7.1信號波形及相關性檢測結果分析：由圖可知，接收到的信號波形與發送信號一致；相關性也相對好一些。當噪聲幅度為0.18時S4U3OUChannelOptionsAxesOptionsStopS4U3OUChannelOptionsAxesOptionsStoppn chi|ch230.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Time(ms)TOffset:￡1Autorange.8.6pn chi|ch230.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Time(ms)TOffset:￡1Autorange.8.6.4.2O.2.4.6.8slunouAxesOptionsSecs/Div： +Counts/Div：YOffset:ChannelOptionsChlCh2TrigXYCoupling:DC 0Marker:LineLink0Stop圖7.2信號波形及相關性檢測結果分析：由圖可知，接收到的信號波形與發送信號一致；但相關性并不好當噪聲幅度為0.20時slunouAxesOptionsSecs/Div：Counts/Div：YOffset：TOffset:剛Autorangepn ChlCh2.8slunou.8

-O.30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125slunouAxesOptionsSecs/Div：Counts/Div：YOffset：TOffset:剛Autorangepn ChlCh2.8slunou.8

-O.30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Time(ms)6.4.2O.2460.66000HnBnJSStopChannelOptionsChi|ch2TrigXY圖7.3信號波形及相關性檢測結果分析：由圖可知，接收到的信號波形與發送信號一致；但相關性很差。c.誤碼率曲線圖，同樣的，與上面各個情況對應，如圖8系列所示。當噪聲幅度為0時圖8.1誤碼率曲線結果分析：誤碼率為0，與理論值相符當噪聲幅度為0.18時圖8.2誤碼率曲線結果分析：誤碼率在300%上下波動，且波動幅度較大。誤碼率很大，其測試結果并不準確是由誤碼率模塊ErrorRate性能不完善造成的。5.2雙機實驗1.發送端信號波形如圖9所示：ScopePlotZ-5X5O5-1510^1Hlun口uScopePlotZ-5X5O5-1510^1Hlun口u30-9375 31.25 31-5625 31.B75 32.1B75 32.5 32.B125 33.125Tim?(nwlAxesoptionsStop圖9雙機實驗發送端波形接收端信號波形及相關性檢測，同樣的，這里按誤碼率分為幾種情況，各個波形及相關性檢測如圖10系列所示：當誤碼率為0當誤碼率為0圖10.1雙機實驗接收端波形及相關性檢測當誤碼率為175.0%TapBl&ekktTapBl&ekktSNR175.0SNR175.0%Options口PeakHold匚iAverageStopScopePlot30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Tim*(ms}YOffsetTOffset：INIAutorangeAxesOptions5ecs/Div：Counts/Div:ChannelOptionsChiIIngStopScopePlotScopePlot30.9375 31.25 31.5625 31.875 32.1875 32.5 32.8125 33.125Tim*(ms}YOffsetTOffset：INIAutorangeAxesOptions5ecs/Div：Counts/Div:ChannelOptionsChiIIngStopScopePlot圖10.2雙機實驗接收端波形及相關性檢測當誤碼率為262.5%圖10.2雙機實驗接收端波形及相關性檢測當誤碼率為262.5%TopBlockSNR262.5%OptionsPeakHoldAveragestopAxesOptionsSecs/Div:Counts/Div：丫Offset：TOffset：0AutorangehhhhStopAxesOptionsSecs/Div:stopAxesOptionsSecs/Div:Counts/Div：丫Offset：TOffset：0AutorangehhhhStopAxesOptionsSecs/Div:Coun(s/Div：□HuYOffset：TOffset：SAutorangeChannelOptions圖10.3雙機實驗接收端波形及相關性檢測當誤碼率為437.5%SNR437.5%Options匚iPeakHol