基于IEEE80211的无线局域网直序扩频系统

1、HUNAN UNIVERSITY通信系统课程设计报告学生姓名 易权峰 学生学号 20070820125 专业班级 07级通信一班 指导老师 李运兰 基于IEEE802.11的无线局域网直序扩频系统 SystemView上的仿真一、课程设计目的及要求1、课程设计目的用Systemview通信系统访真软件作为设计工具，完成通信系统的动态设计与仿真，该设计将使学生在综合运用所学知识、解决本专业方向的实际问题方面得到系统性的训练。Ø 了解SystemView的运行环境及应用领域；Ø 逐步熟悉各种通信系统的仿真，由简到难；Ø 运用所学对几个实际系统的仿真进行分析和比较；2、

2、课程设计要求Ø 调制器和发射机子系统Ø 射频到中频变换子系统Ø 解扩子系统Ø 信息解调子系统二、实验内容1. 了解Systemview的运行环境及应用领域；2. 通过本课程设计掌握直接序列扩频的扩频原理及方法，掌握扩频信号在时域及频域上的变化。3. 掌握直接序列扩频的解扩原理即方法，掌握解扩前后信号在时域和频域上的变化。三、实验原理1 扩频通信的基本原理11扩频通信的理论基础扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF)，其比值称为处理增益Gp: Gp = W/DF . (1) 众所周知，任何信息

3、的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 - 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为 “宽带通信”。扩频通信的可行性， 是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为： C WLog2(1十P/N) . (2)

4、式中：C - 信道容量(用传输速率度量) W - 信号频带宽度 P - 信号功率 N - 白噪声功率 式(2)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比PN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比PN(SN)情况下，传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式： Powj » f(E/N。) . (3)式中：Powj - 差错概率 E - 信号能量 N。- 噪声功率谱密度 因为，信号功率 PET (T为信息持续时间) 噪声功率 NW

5、N。 (W为信号频带宽度) 信息带宽 D FlT 则式(3)可化为： Powj » f(TW.P/N) = f(P/N.W/D F ) . (4) 式(4)说明，对于一定带宽 DF的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下， 通信的安全可靠。 亦即式(4)与式(2)一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。 总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。12扩频通信的基本原理 扩频通信的基本原理如图4.1所示。信息数据D

6、先通过常规的载波调制变成带宽为B1的信号，然后用扩频序列发生器产生的伪随机PN码序列作扩频调制，形成带宽为B 2(B2B1)、功率谱密度极低的扩频信号后再发射。信息数据D也可先经伪随机码扩频。然后再经载波调制。众多的通信用户使用各自不同的伪随机码，可以在同一频带内同时传输。在接收端，须用与发送端相同的伪随机码作扩频解调处理，把宽带信号恢复成窄带信号，并用常规的信号处理方法解调出信息数据D。显然，当接收端不知道发送端使用的伪随机码时，要进行解扩是非常难甚至是不可能的。这样就实现了信息数据的保密通信。当接收端采用对应的伪随机码接收某一扩频信号时，通信信道中其它的扩频信号在该接收瑞的解扩相关处理器中

7、无信号输出，不会对该扩频信号的解扩解调产生干扰。这样，不同用户的接收端使用不同的伪随机码作解扩处理，就可得到相应的信息数据，实现多用户(或多址)通信。 直接序列扩频，即所谓的直扩(DS)方式。直接序列扩频(简称直序扩频)系统的基本结构如图42所示。输入的信息数据D，经过载波调制变成了带宽为B1的信号，再出伪随机码调制成带宽为B2的宽带信号后发射。在接收端，首先通过同步电路捕捉发送来的PN码的准确相位，产个与发送来的伪随机码同相的本地参考伪码，以供解扩使用。直序扩频方式是扩频应用中最典型、最常用的一种。13 直序扩频通信系统简介     所谓直接序列(DS)扩频，就

8、是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。图51为直扩系统的组成与原理框图。   图51 在图51(a)中，假定发送的是一个频带限于fin以内的窄带信息。将此信息在信息调制器中先对某一副载额fo进行调制(例如进行调幅或窄带调频)，得到一中心频率为fo而带宽为2fin的信号，即通常的窄带信号。一般的窄带通信系统直接将此信号在发射机中对射频进行调制后由天线辐射出去。 但在扩展频谱通信中还需要增加一个扩展频谱的处理过程。常用的一种扩展频谱的方法就是用一高码率fc的随机码序列对窄带信号进行二相相移键控调制见

9、图51(b)中发端波形。二相相移键控相当于载波抑制的调幅双边带信号。选择fc fo fin。这样得到了带宽为2fc的载波抑制的宽带信号。这一扩展了频谱的信号再送到发射机中去对射频fT进行调制后由天线辐射出去。 信号在射频信道传输过程中必然受到各种外来信号的干扰。因此，在收端，进入接收机的除有用信号外还存在干扰信号。假定干扰为功率较强的窄带信号，宽带有用信号与干扰信号同时经变频至中心频率为中频fI输出。不言而喻，对这一中频宽带信号必须进行解扩处理才能进行信息解调。 解扩实际上就是扩频的反变换，通常也是用与发端相同的调制器，并用与发端完全相同的伪随机码序列对收到的宽带信号再一次进行二相相移键控。

10、从图51(b)中收端波形可以看出，再一次的相移键控正好把扩频信号恢复成相移键控前的原始信号。从频谱上看则表现为宽带信号被解扩压缩还原成窄带信号。这一窄带信号经中频窄带滤波器后至信息解调器再恢复成原始信息。但是对于进入接收机的变窄带干扰信号，在收端调制器中同样也受到伪随机码的双相相移键控调制，它反而使窄带干扰变成宽度干扰信号。由于干扰信号频谱的扩展，经过中频窄带通滤波作用，只允许通带内的干扰通过，使干扰功率大为减少。由此可见，接收机输入端的信号与噪声经过解扩处理，使信号功率集中起来通过滤波器，同时使干扰功率扩散后被滤波器大量滤除，结果便大大提高了输出端的信号噪声功率比。 这一过程说明了直扩系统的

11、基本原理和它是怎样通过对信号进行扩频与解扩处理从而获得提高输出信噪比的好处的。它体现了直扩系统的抗干扰能力。综上所述，直扩系统的特点是： ² 频谱的扩展是直接由高码率的扩频码序列进行调制而得到的。 ² 扩频码序列多采用伪随机码，也称为伪噪声(PN)码序列。 ² 扩频调制方式多采用BPSK或QPSK等幅调制。扩频和解扩的调制解调器多采用平衡调制器，制作简单又能抑制载被。 ² 模拟信息调制多采用频率调制(FM)，而数字信息调制多采用脉冲编码调制(PCM)或增量调制(DM)。 ² 接收端多采用产生本地伪随机码序列对接收信号进行相关解扩，或采用匹配滤波

12、器来解扩信号。 ² 扩频和解扩的伪随机码序列应有严格的同步，码的搜捕和跟踪多采用匹配滤波器或利用伪随机码的优良的相关特性在延迟锁定环中实现。 ² 一般需要用窄带通滤波器来排除干扰，以实现其抗干扰能力的提高。1扩频序列扩展频谱通信系统是对信息数据频谱扩展的种通信系统。要对信息数据的频谱进行扩展，其扩频所采用的伪随机码须有极宽是均匀的频谱特性。这种伪随机码就叫做扩频序列。扩频通信要求扩频序列具有较好的自相关特性相互相关特性，属伪随机序列即PN序列。其中最常用的有m序列(即最大长度线性反馈移位寄存器序列)、Gold序列、M序列(结构型非线性移位寄存器序列)等。14直扩信号的发送与

13、接收在图5l中所示出的直扩系统发送接收系统的原理方框中，在发端输入信息要经过信息调制“扩频和射频调制”，在收端接收到的信号要经过变频、解扩和信息解调。与一般模拟或数字通信系统比较，信息识别与解调、射频的上变频和下变频，情况基本相同。 直扩通信系统的主要特点在于直扩信号的产生，即扩频调制和直扩信号的接收，即相关解扩。1.4.1 扩频调制 通过对扩频信号波形与频谱关系的分析和对PN码序列性能的了解，来说明获得扩频信号的调制方法就比较容易了。一般说来，都是用高码率的PN码脉冲序列去进行调制扩展信号的频谱的。通常采用的调制方式为BPSK，输入信号与PN 码在平衡调制器调制而输出展宽的扩频信号；图5-2

14、中已经表示出直扩扩频调制的原理图。图中平衡调制器的输出信号的中心频率位置决定于输入的载波频率，在这里是载频抑制的。而两个边带则为展宽的频谱，它决定于调制PN码脉冲的宽度。PN码码率越高，或脉冲宽度越窄，扩展的频谱越宽。那么这一扩频调制的原理是如何具体实现的呢?图5-7(a)中为一常见的二极管平衡调制器。它的作用原理是：左端上面输入为正弦载波信号，下面输入的是PN码脉冲信号。4个二极管起作开关的作用。当脉冲信号为正D2、D3导通，此时输出变压器中载波信号电流是向上的。脉冲输入信号变负时，Dl，D4导通，此时输出变压器中载波电流是向下的。换句话说，随着脉冲信号极性的不同，输出载波信号的相位改变18

15、0°。因此，平衡调制器起到了二相相移键控(BPSK)调制器的作用。输出正弦波相位改变的情况如图57(b)中所示。 平衡调制器的一个重要特性是输出的调制信号是载波抑制的。这对于扩频通信是很重要的。无载波发射，既可节省功率，又可使扩频信号更加隐蔽，不易被 发觉。平衡调制器对两个输入信号来说相当于乘法器。 如果载波信号用Acosvct表示，脉冲信号用m(t)表示，则输出信号为二者乘积： Am(t)cosvct 如果m(t)取值为土l，则输出信号根据三角公式可分解为相位相差180°的两个分量之和如图57(c)所示，它相当于只有两个边频而无载波。但在直扩系统 中，调制脉冲不是周期性的

16、规则脉冲，而是PN码脉冲序列。图5-7 除了BPSK调制获得扩频信号外，还可以采用QPSK及MSK调制来进行扩频调制。 1.4.2 相关解扩 一般采用相关检测或匹配滤波的方法来解扩。 所谓相关检测，当你想检测出所需要的有用信号，有效的方法是在本地产生一个相同的信号，然后用它与接收到的信号对比，求其相似性。换句话说，就是用本地产生的相同的信号与接收到的信号进行相关运算，其中相关函数最大的就最可能是所要的有用信号。图52中已表示出基本的解扩过程。也就是在收端产生与发端完全相同的PN码，对收到的扩频信号，在平衡调制器中再一次进行二相相移键控调制。在图51(b)中可以看出发端相移键控调制后的信号在收端

17、又被恢复成原来的载波信号。当然一个必要的条件是本地的PN码信号的相位必须和收到的相移后的信号在相移点对准，才能正确地将相移后的信号再翻转过来。由此可见，收发两端信号的同步十分重要。另外从图52(b)中的频谱图上也可以看出，平衡调制器把收到的展宽的信号解扩成信息调制的载波。最后经带通滤波器输出。以上所述就是所谓的相关解扩过程。通常为了处理方便，大多在中频进行。也就是接收到的扩频信号，先在变频器中先变换到中频，再进入到平衡调制器中解扩。其后接中频带通滤波器输出。有时为了避免强干扰信号从平衡调制器的输入端绕过它而泄漏到输出端去，可以来用外差相关解扩，如图59所示。   图59本地产生的PN

18、码先与本地振荡器产生的与接收信号差一个中频信号的本地振荡信号在下面一个平衡调制器进行调制，产生本地参考信号。它是一个展宽了的信号。然后，此本地参考信号与接收的信号在上面一个平衡调制器调制成中频输出信号。这时平衡调制器实际上起的是混频器的作用。由于它的输入信号与输出信号不同，也就不会发生强干扰信号直接绕过去的泄漏了。并且后面还有一个中频带通滤波器，可以起到滤除干扰的作用。相关解扩过程对扩频通信至关重要。正是这一解扩过程大大提高了系统的抗扰能力。 图510(a)示出一直扩接收机的简化框图。输入信号除直扩信号外，还有连续载波干扰和宽带信号干扰。图510(b)中示出三种信好的处理过程。由于解扩相关器对

19、连续载波起作扩频的作用，把它变换成展宽的直扩信号。同理，对输入的不是相同PN码调制的宽带信号也进一步展宽2倍。这两种信号经窄带滤波器后，只剩下一小部分干扰信号能量。与解扩出的信息调制载波相比较，输出的信噪比大大提高了。由此可见，频带展得越宽，功率谱密度越低，经窄带滤波后残余的干扰信号能量就更小了。这里也可以看出，在接收端，窄带滤波器对提高抗干扰性起作很关键的作用，因而在实际应用中，对其性能指标的要求也就很严格。   图510 相关解扩在性能上固然很好，但总是需要在接收端产生本地PN码。这一点有时带来许多不方便。例如，解决本地信号与接收信号的同步问题就很麻烦，还不能做到实时把有用信号检

20、测出来。因为匹配滤波和相关检测的作用在本质上是一样的，我们可以用匹配滤波器来解扩直扩信号。所谓匹配滤波器，就是与信号相匹配的滤波器，它能在多种信号或干扰中把与之匹配的信号检测出来。这同样是一种“用相片找人”的方法。对于视频矩形脉冲序列来说，无源匹配滤波器就是抽头延迟线上加上加法累加器。有时称为横向滤波器，其结构如图511(a)所示。   图511 但SAW匹配滤波器制作有一定难度。主要是插入损耗较大，且工艺要求很严，特别是在码位长时。一般情况，根据PN码序列结构做成固定的抽头，它就不能适应码序列需要改变的情况。如果在输出端加上控制电路，也可做成可编程的SAW匹配滤波器。这样应用起来就

21、很方便，但制作起来就更困难了，要求有VLSI制作艺的精密度。1.4.3 射频系统 上面详细讨论了扩频调制和相关解扩的问题。但是直扩系统总是离不开发射机把信号通过天线辐射出去，也离不开天从空间收到的信号经接收机再进行处理。射频系统就是指的发射机相接收机而言。现在的问题是常规的窄带通信系统的收发信机能不能用在直扩系统呢? 回答是否定的。不应忘记直扩信号是宽带信号。直扩系统就必须具有适应这种宽带PN码信号的特点。下面就是一些直扩射频系统的特点。 直扩发射机常见时中频是70MHz，此时调制信号的带宽不超过20MHz。射频频率由中频变频得到，而不用倍频。因为倍频能使相位关系产生变化，会改变或甚至完全去掉

22、DS调制。对于末级功率放大器，则要求其要有足够的带宽，以允许直扩信号可以顺利的通过。保持线性放大当然是希望的，但要求并不十分严格，因相位特性非线性不致引起大的问题。 射频系统阻抗匹配很重要，特别要注意使电压驻波比达到一定的要求，因为在宽带运用时频率范围很广，驻波比会随频率而变，应使阻抗在宽度范围内尽量匹配。直扩接收机的问题要复杂一些，因为除有用宽带信号外，还存在其他干扰信号。直扩系统接收机的线性很重要，限幅会引起6dB信噪比的损失。从接收机前端到相关器要求保持线性，不仅在信号范围内，也包含干扰。自动增益控制只能部分地解决问题。通常应尽量把相关器靠近前端，使相关器前高电平级尽量的少，这样做的结果

23、也降低了对本振信号电平的要求。另外，一般认为接收机前端最好能复盖整个宽频带，用改变本振频率经混频得到固定的中频信号。但由于干扰信好的存在，这会导致大量的干扰信号落入中频通带内，故一般最好不用宽带放大。一个理想的直扩接收系统应使有用信号得到放大，而干扰信号被滤除。故接收机前端应调谐在PN码钟率的两倍。当然，实际上有多种接收机的结构可供我们选择1.5 直扩系统的同步原理1.5.1发射参考信号法当接收系统必须尽可能简单时, 发射参考信号可以用于起始同步捕获、 跟踪或同时用于两者。 发射参考信号法的接收机既不用伪随机码发生器, 也不用其它的本地参考振荡器, 相应的伪随机码参考信号也是发射机产生的, 并

24、同所要的载有信息的信号同时发送。 跳频和直扩两种系统都适合发射参考信号法。 图为该系统的原理框图发送端把含有信息的已调信号与不含信息的fc1同伪随机码进行调制后, 合并、 放大, 然后发送出去。 在接收端, 两个频率的信号分别在两个通道中放大, 经过相关运算后, 取出中频, 解调后还原出信息。 设发送的两个信号分别为s1(t)和s2(t), 即 s1(t)=c(t) cosc1t (5 - 3) 和 s2(t)=a(t)c(t) cosc2t (5 - 4)式中c(t)和a(t)分别为伪随机码和传送的信息。 在接收端, r1(t)和r2(t)分别对应于s1(t)和s2(t )。 不考虑衰减问题

25、, r1(t)和r2(t)相乘后得 r(t)=r1(t)r2(t) =a(t)c2(t) cosc1t·cosc2t =a(t) cosc1t·cosc2t (5 - 5)经中频滤波后, 为 (5 - 6) 1.5.2. 载波同步同相正交环法（科斯塔斯环）利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图7-3所示。加于两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此，通常称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯（Costas）环。图 同相正交环法提取载波设输入的抑制载波双边带信号为，则（7-4）经低通后的输出分别为（7-5）乘法器的输出为（7-6）式中是压控振荡

26、器输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差。当较小时，式（7-6）可以近似地表示为（7-7）式（7-7）中的大小与相位误差成正比，因此，它就相当于一个鉴相器的输出。用去调整压控振荡器输出信号的相位，最后就可以使稳态相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需要提取的载波。1.6 扩展通信的主要特点由于扩频通信能大大扩展信号的频谱，发端用扩频码序列进行扩频调制，以及在收端用相关解调技术，使其具有许多窄带通信难于替代的优良性能，能在“军转民”后，迅速推广到各种公用和专用通信网络之中，主要有以下几项特点：² 易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率² 抗干扰性强，误码率低

27、² 隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小² 可以实现码分多址 ² 抗多径干扰² 能精确地定时和测距² 适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务² 安装简便，易于维护2 基于IEEE80211的无线局域网直序扩频系统21 IEEE802.11标准IEEE802.11是美国电机电子工程师协会（IEEE）为解决无线网路设备互连，于1997年6月制定发布的无线局域网标准。 802.11是IEEE制订的第一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，业务主要限于数据访问，速率最高只能达到2Mbit/s。由

28、于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE小组又相继推出了802.11b和802.11a两个新标准，前者已经成为目前的主流标准，而后者也被很多厂商看好。802.11a标准的传输优点是传输速度快，速度可达54Mbps，完全能满足语音、数据、图像等业务的需要。缺点是无法与802.11b兼容。802.11b 目前最流行的WLAN协议，使用2.4G赫兹频段。 最高速率11Mbps，实际使用速率根据距离和信号强度可变 （150米内1-2Mbps，50米内可达到11Mbps） 802.11b的较低速率使得无线数据网的使用成本能够被大众接受（目前接入节点 的成本仅为10-30美元）。 另外，

29、通过统一的认证机构认证所有厂商的产品，802.11b设备之间的兼容性得到了保证。兼容性促进了竞争和用户接受程度。 22 WLAN系统简介 无线局域网是采用无线传输媒介的计算机局部网络,是计算机网络与无线通信技术相结合的产物. 无线局域网利用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信,并为通信的移动化、个性化和多媒体应用提供了可能. 无线局域网的数据传输速率已达到11 Mbp s ,传输距离可远至20 km 以上.它是对有线联网方式的一种补充和扩展,能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题.该系统是一个用于无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network

30、)通信的直序扩顾系统，电路中部分参数参考了IKEK 80211标准。为了对实际的发射、接收设备以及信号进行仿真，在对射频的放大器、衰减器、混频器等仿真时，利用了射频模拟库的图标。射频模拟库的放大器、衰减器等图标与算子库或其它基本库小类似的国标相比，在参数设置上突出对射频电路的仿真增加了如噪声系数或噪声特性、1dB压缩点、干扰特性等参数，更加适用于对真实射频电路的仿真。四、实验思想本系统是采用参考信号直接序列扩频的实际例子，它实现了UHF频段（UHF全名为特高频无线电波，频率范围3003000MHz的）的带有参考信号的直接序列扩频系统，而利用SystemView软件进行了仿真。该系统是一个用于无

31、线局域网WLAN通信的直序扩频系统，电路中部分参数参考了IEEE 802.11标准。本系统应包含6个子系统：差分编码子系统、调制器和发射机子系统、一次变频子系统（高频到中频）、二次变频子系统（解扩子系统）、Costas环子系统、差分译码子系统。解扩的位同步采用发射参考信号法可以简化接收机端的码同步电路，参考法接收机的工作过程完全和使用本地参考信号的其它接收机一样。它不需要PN码序列发生器、码捕获、同步和跟踪电路，及任何与码相关的电路，但是由于参考信号和调制信号必须进行相同的处理，无形之间增加了系统的复杂程度，在实际应用中，应该根据实际情况进行选择。原理框图如下：数据源经过基带编码器处理后,系统

32、使用由M 序列发生器所产生的伪随机码对信息比特进行模2 相加得到扩频序列,然后用这个扩频序列对载波进行调制, 已调信号经过中心频率在130 Mb/ s 的声表面波带通滤波器, 参考信号经过中心频率在100 Mb/ s 的声表面波带通滤波器,以抑制带外干扰. 然后,将信号变频到220Mb/ s 的射频载波上. 两路信号变频到射频后,分别放大并经过发送滤波器叠加由天线发送到空中. 直扩系统的接收一般采用相关接收,并分成解扩和解调两步. 在接收端,接收信号经过压控振荡器放大混频后,用与发射端相同且同步的由M 序列发生器产生的伪随机码对中频信号进行相关解扩,把扩频信号恢复成窄带信号,然后再进行BPSK

33、 解调,最后恢复出原始信息序列. 系统中的电路参考了IEEE.802. 11 标准. 该WLAN 扩频系统可以工作在010dB 信号损耗的环境中. 系统数据的码速率为1Mb/ s ,伪随机码速率为11 Mb/ s ,因此系统的带宽约为11Mb/ s. 为了简化接收机的组成,将扩频码经PSK 调制后,同时发送作为解调参考信号的方法进行伪码同步. 被调制的信息信号与参考信号同时在信道的不同频段传输,其中心频率间隔为30 Mb/ s ,互相之间干扰很少;另外也降低了频带的利用率. 在接收端,天线收到的信号首先经过带通滤波器滤出有用信号,抑制带外干扰,然后与220 MHz 的本地信号混频成为中频信号.

34、 用中心频率分别为130MHz 和100 MHz 的两个带通滤波器,分别提取中频信号和中频参考信号. 两路信号分别经过各自的限带放大,再送到乘法器完成解扩. 乘法器的输出信号先经过中心频率为30 MHz 的带通滤波器,滤出有用信号,最后用一个Costas 环完成PSK 信号的解调,提取原始信息数据.五、详细设计1.1WLAN系统系统通过差分编码、扩频、PSK调制、射频、有损传输、变频、解扩、解调、差分译码等过程，模拟了无线局域网的传输过程，并通过SystemView软件进行了仿真，检验其性能。系统的组成原理框图如图发射机：PN序列产生信号先经过差分编码，分参考信号和调制信号两路进行传输，调制信

35、号与扩频码进行异或扩频，然后分别对两路信号进行PSK调制，再利用频分复用对两路信号在不同中频段信道中传输。有损信道：加入传输损耗以及热噪声，模拟现实系统中的传输。接收端：首先经过射频到中频变换子系统，然后经过解扩子系统，对调制信号进行解扩；接着经过Costas环对信息解调；最后通过差分编码译码器进行差分译码，得到原始信号。 电路图如下：该WLAN扩频通信系统可以工作在o一108dB信道损耗的环境中。系统信息数据的码速率为1Mbs伪随机扩频码速率为11Mbs，基带系统的带宽约为11 MHZ。为了简化接收机的组成，将扩频码经PSK调制后，同时发送作为解调参考信号。被调制的信息信号与参考信号同时在信

36、道的不同频段中传输，其中心频率间隔为30 MHz，互相之间干扰很少；但另一方面，这样降低了频带的利用率。 码速率为11Mb/s的扩频伪随机序列与码速率为1Mbs的待传送信息数据经异或运算完成扩频调制后，再经过一个低通滤波器以限制基带信号的带宽。为了发送解扩所需的参考信号，该伪随机序列也经过同样的低通滤波器。用130MHz中频信号对含信息的扩频信号和伪码序列进行P5K调制。用100MHz中频信号对参考信号进行P5K调制。调制后，已调信号经过中心频率为130 MHz的声表面波带通滤波器，参考信号经过中心频率为100 MHz的声表面波带通滤波器，以抑制带外干扰。然后，将信号变频到220 MHZ的射频

37、载波上。两个载波频率相差30 MH z。原系统本振频率分别为2162GH z和2132GH z，为了提高仿真效率，将其降低为220 MH z。两路信号变频到射频后，分别放大并经过中心频率分别为350 MHz和320 MH z的发送滤波器，叠加后内天线发送。信道噪声，产生相当于电阻为50欧、湿度为300 K的热噪声。 信号经过信道衰减到达接收端。在接收端，天线收到的信号首先经过中心频率为355MH2的带通滤波器滤出有用信号，抑制带外干扰，然后与220 MHz的本地信号混频成为中频信号。用中心频率分别为130 MHz和100 MHz的两个带通滤波器，分别提取中频信息信号(中心频率为130 MHz)

38、和中频参考信号(中心频率为100 MHz)。两路信号分别经各自的限幅放大，再送到乘法器，完成解扩。乘法器的输出信号先经过中心频率为30 MH z的带通滤波器，滤出有用信号，最后，用一个costas环完成PsK信号的解调，提取信息数据。并且进行差分译码。仿真电路主要由4 个子系统及其相关图标组成. 4 个子系统分别为1 个发射机(图标73)和3 级接收机(图标86 ,105和124) . 图标73 是调制和发射子系统,其输出信号为发射机发送的发射信号.图标0 为衰减器,它代表了信号在传输过程中的信道衰减. 图标1 为热噪声,代表信道噪声,产生相当于电阻为50 ,温度为300 K的热噪声. 图标8

39、6 ,105和124分别为接收端的3 级接收机. 其中第一级接收机子系统图标86 为射频到中频的变频器. 变频到中频后,进入第2 级接收机子系统图标105. 首先经过带通滤波器滤出信息信号及参考信号,然后两路信号分别经过限幅放大后相乘,完成解扩. 最后在第3 级接收子系统图标125 中完成信息解调. 在系统仿真过程中,所有的滤波器、放大器都参考了相关的IEEE802. 11 标准. 其中系统时钟中设置采样频率为1. 024 GHz ,采样点数为16 384 个.衰减器Attn-Fxd（图标0）1.增益损耗（3db）2.噪声开关固定增益损耗的增益衰减器热噪声Thermal（图标1）1.阻抗（50

40、欧姆）2.温度（300K）抽样器压缩Decimate（图标3）1.抽样系数（32）延迟Smpl Dly（图标4）1.延迟类型2.延迟时间（1.3e-6Hz）增益Gain（图标5）1. 单位选择2. 增益（2.5）对输入信号进行放大分析Analysis（图标6.7.8）1.2WLAN系统子系统1.2 调制器和发射机子系统1.2.1发射机子系统图标9和10均为伪随机序列产生器。图标10产生的伪随机序列的码速率为I Mbs作为整个系统的信号源(即待发送的信息数据)；而图标9产生的伪随机序列的码速率为11 Mbs，作为系统的扩频序列。待发送数据与扩频序列由图标11进行异或运算，完成扩频调制。系统发送的

41、信号有两路：上面一路经图标12、18等组成的信号通路是系统发送的参考信号，在接收端解扩时使用；下面一路经图标13、26等图标组成的信号通路，是系统发送的包含信息的信号。在系统仿真的时间参数设置下，在11Mbs的PN码的功率谱中，旁瓣比主瓣低大约13dB左右。为了限制发送信号的带宽(即主旁瓣比)以便于发射，参考有关标准，旁瓣应比主瓣低大约30 dB。因此，两路信号均经过低通滤波器图标12、13进行滤波。滤波器采用截止频率为77MHz、极点数为5的Butterworth滤波器，它可以使旁瓣降低到比主瓣低36dB左右。系统后续各种滤波器和放大器的非线性将使该值上升到30 dB左右，满足系统的要求。滤

42、波后，两路信号分别与图标15产生的100 MH 2的两路正交中频载波信号在调制器子系统图标16和22中完成中频PsK调制。上和下两条信号通路中的图标17和31、34和35的参数设置分别相同，各自仿真两个SAw滤波器。滤波器采用中心频率为130 MH z和100 MH z的FIR滤波器。一般SAw滤波器的衰减为20 dB。Systemview中FIR滤波器本身的衰减约为10 dB，为了仿真真实sAw滤波器的衰减和噪声，在滤波器前加上了一个10 dB的衰减器。在后面将会看到，这种在滤波器前面加上衰减器的模式在本系统中使用很多。滤波器后面的衰减器图标34和35都是为了将该滤波器的输出控制在18dBm

43、左右。子系统图标39和47分别为中频到射频的变频子系统。两路信号分别变频到不同的射频频率上。载波发生器图标53均产生幅度为2V的正弦信号，发送信号的本振频率为220 MHz，两路信号在不同的频带中同时传输。根据前面射频频率的不同，上下两条通路滤波器的中心频率分别为320 MHz和350 MHz。此处采用的是线性相移的LIR型滤波器，对应于图中的LC滤波器。一般LC滤波器衰减较小，故在该滤波器前面的衰减器图标54、55仅衰减3dB。滤波器后到发射端之间分别是前级功率放大(分别由图标56、58、60和图标57、59、61组成)和末级功率放大(分别由图标62、64、66和图标63、65、67组成)。

44、一般功率放大器都是谐振功放，因此，在每个放大器后都有各自对应的带通滤波器其带宽分别与混频器后的带通滤波器相同。上下两路信号出图标70进行叠加，作为发射机的输出信号，由输出端口图标72从本子系统输出。为随机序列PN Sep（图标9.10）1.幅度（250e-3Hz）2.频率（图标9：11e+6Hz 图标10：1e+6Hz）3.电平数（2）4.偏置5.相位产生一个按设定频率、由不同电平幅度脉冲组成的伪随机序列（PN）信号逻辑异或Xor（图标11）1.门限2.True值（250e-3Hz）3.False值（-250e-3Hz）对所有输入的信号作逻辑异或运算低通滤波器（图标12.13）1.Low Cu

45、ttoff（7.7e+6HZ）衰减器Attn-Fxd（图标17.31.34.35.54.55.60.61.66.67）1.增益损耗（图标17.31：10db图标17.31：10db图标34.35：8db图标54.55：5db 图标60.61.66.67：2db） 2.噪声开关固定增益损耗的增益衰减器带通滤波器（图标32.33）1.Rel Frep（图标32：124.7Hz图标33：94.7Hz）2. Rel Frep（图标32：136.8Hz图标33：106.8Hz）带通滤波器（图标56.57.62.63.68.69）1.Low Cuttoff（图标56.62.68：338e+6HZ图标57.

46、63.69：308e+6HZ）2.Hi Cuttoff（图标56.62.68：362e+6HZ图标57.63.69：332e+6HZ）正弦波（图标14.53.126）1.幅度（2V）2.频率（图标14：100e+6 图标53:220e+6 图标126：130e+6）产生一个正弦波：y（t）=Asin（2fct+）固定增益放大器（图标58.59）1.固定增益（13dB ）2. IP2（27.5dBm）3. IP3（17.5dBm）4. IP4（100dBm）5.Out P1dB（7.5dBm）6.噪声系数（8）包含非线性特性，可以根据要求自定义噪声特性及输出特性IP2/IP3/IP4的可变增益射

47、频放大器固定增益放大器（图标64.65）1.固定增益（27dB ）2. IP2（44.5dBm）3. IP3（34.5dBm）4. IP4（100dBm）5.Out P1dB（24.5dBm）6.噪声系数（8）1.2.2调制器子系统它主要包括一个固定增益放大器和一个乘法器。固定增益放大器（图标15）1.固定增益（-3dB ）2. IP2（27dBm）3. IP3（17dBm）4. IP4（100dBm）5.Out P1dB（7dBm）6.噪声系数（11）包含非线性特性，可以根据要求自定义噪声特性及输出特性IP2/IP3/IP4的可变增益射频放大器乘法器（图标16）对所有输入的信号作逻辑异或运算

48、（二进制）1.3接收机部分包括3个子系统，每个子系统完成一次频率变换。1.3.1射频到中频变换子系统第1级接收机子系统,信号经天线接收后，首先经过带通滤波器，带通滤波器的中心频率为335MHz，等于发射机两个射频频率的中间值，带宽则等于从较低射频信号的下边带频率到较高射频频率信号的上边带频率之间的频带宽度，约为54MHz。其后分别是两个衰减器和放大器。前级衰减器图标77的衰减为12dB。其后是固定增益放大器图标78，其增益为13dB，1dB压缩为3dBm噪声系数为19dB。第2级衰减器图标79的衰减为5dB。其后的固定增益放大器图标80的增益为156dB，1dB压缩为55dBln，噪声系数为3

49、8dB。随后，经过一个带通滤波器图标82，进入混频器。滤波器前也有3dB的衰减图标81。混频器的本振频率为220 MHz。衰减器Attn-Fxd（图标75.77.79.81）1.增益损耗（图标75：2db图标77：1.2db图标79：5db图标81：3db ） 2.噪声开关固定增益损耗的增益衰减器带通滤波器（图标76.82）1.Low Cuttoff（308e+6HZ）2.Hi Cuttoff（362e+6HZ）固定增益放大器（图标78.81）1.固定增益（13dB，15.6dB ）2.IP2（23dBm，25.5 dBm）3.IP3（13dBm，15.5 dBm）4. IP4（100dBm）

50、5.Out P1dB（3dBm，5.5 dBm）6.噪声系数（1.9dB，3.8 dB）包含非线性特性，可以根据要求自定义噪声特性及输出特性IP2/IP3/IP4的可变增益射频放大器正弦波（图标14.53.126）1.幅度（2V）2.频率（220e+6）3.相位产生一个正弦波：y（t）=Asin（2fct+）有源混频器（图标84）1.LO Min Pwr（-6dBm）2.IP3（-2dBm） 3.变频增益（3dB）4.隔离度（30dBc）5.直流偏置6.噪声系数（12dB）有源双平衡混频器，所有三个端口都工作在标准的50欧姆1.2.3 解扩子系统第2级接收机子系统是解扩部分。其内部仿真电路图。

51、信号进入子系统后首先经过功率分配器图标88分成功率和相位均相同的两路，然后分别进入两个FIR滤波器其中心频率分别为100 MHz和130 MHz，带宽略大于发送端滤波器的带宽，此处的滤波器是对sAw滤波器的仿真，因此，在滤波器的前面同样加了10 dB的衰减器。上、下两路信号从滤波器输出后，分别由图标93和94将采样频率降低为原来的1/2。这样，可以使仿真和绘图的速度提高，从而提高仿真效率。因为同样理由，在本子系统的输出端前面有一个降低采样频率的图标102。图标95和96代表了限幅放大器，其增益均为45dB，1dB压缩点为一5dBm，噪声系数为9dB。一般限幅放大器的增益较高，大约为45dB因此

52、，在其后的滤波器图标97和98前无衰减器。两个滤波器为线性相移的FIR型滤波器，中心频率分别为130 MH z和100 MHz。两路信号经固定增益放大器图标99和100放大后，在混频器图标101中进行混频，即完成解扩。混频输出经过中心频率为30 MHz的带通滤波器。双路功分器（图标88）1.额外损耗（500e-3）2.噪声开关将信号平均分成两路同相输出，并产生3dB的理论插入损耗，可以定义额外的损耗和噪声衰减器Attn-Fxd（图标89.90.102）1.增益损耗（图标89.90：10db图标102：2db）2.噪声开关固定增益损耗的增益衰减器带通滤波器（图标91.92）1.Rel Frep（

53、图标91：124.7Hz图标92：94.7Hz）2. Rel Frep（图标91：136.8Hz图标92：106.8Hz）抽样器压缩（图标93.94）1.抽样系数（2）带通滤波器（图标97.98.103）1.Low Cuttoff（118e+6HZ，88 e+6HZ，29 e+6HZ）2.Hi Cuttoff（142e+6HZ，112 e+6HZ，31 e+6HZ）有源混频器（图标101）1.LO Min Pwr（-6dBm）2.IP3（6dBm） 3.变频增益（11dB）4.隔离度（30dBc）5.直流偏置6.噪声系数（11dB）有源双平衡混频器，所有三个端口都工作在标准的50欧姆固定增益放大器（图标78.81）1.固定增益（45dB ）2.IP2（15 dBm）3.IP3（5dBm）4. IP4（100dBm）5.Out P1dB（-5dBm）6.噪声系数（9dB）包含非线性特性，可以根据要求自定义噪声特性及输出特性IP2/IP3/IP4的可变增益射频放大器1.2.4 信息解调子系统 第3级接收机子系统是完成最后信息解调的costas环，其内部仿真电路图如图。信号进入该子系统后，同样先经功率分配器图标107分成I、Q两路。图标109、111、119、110、112以及图标120、121、123、108组成一个载波提取Costas环。压控振荡器由调频器图标108仿