图3.27
图3.28
为正确地在MATLAB和SystemView之间交换数据、传递参数，必须对M-LINK中关于数据、参数传递的一些规定作一些了解。例如，定义一个对信号进行直流偏置的函数，要将一个输入信号x叠加一个直流成份（常数c）后输出为y[11]。
为了对利用M-Link进行仿真有一个具体的感性认识，作者以一个实例进行简要的说明。作为对比，同时使用SystemView算子库中的相应图符和一个由MATLAB定义的外部函数。
本例中的SystemView图符和M-link调用函数的方式的作用都是滤波。所用信号源为一方波。
所调用MATLAB函数即为之前在MATLAB滤波器仿真中已实现过的椭圆带通滤波器。此时直接调用之前已经编好的程序即可。
仿真界面如图3.29所示。
图3.29 仿真界面
在此例中，sink5输出的是通过M-link调用MATLAB函数得到的波形，而sink2输出的是直接使用SystemView的相应图符实现的相同的滤波器。在此例中作者使用的是方波信号。在图3.30和图3.31中我们可以看到这两种方式在分析窗口所得到的结果。
由结果我们可以看到，两种方式实现的结果是一模一样的。
图3.30 Sink5输出波形（调用MATLAB函数实现）
图3.31 Sink3输出波形（直接使用SystemView图符）
第四章 仿真应用–直接序列扩频仿真
在实际应用中，滤波器有很多不同的作用。它主要是在频域中对输入信号进行滤波，只允许一定条件的频率通过。通常用作滤波整形和预处理等作用。比如最典型的抽样定理的仿真中就会用到两个巴特沃斯低通滤波器，前一个低通滤波器是为了滤除频率过高的输入信号，防止出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的信号质量。后面一低通滤波器是为了从抽样序列中恢复出信号，滤除抽样信号中的高次谐波分量。
在本章节中，作者就将以抽样定理的仿真为实例，详细讲述SystemView的仿真应用，以及SystemView所仿真的滤波器在各系统中的广泛使用。
4.1 抽样定理
4.1.1 抽样定理的理论基础
模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。从信息传输的角度考虑，对抽样的要求应是用时间离散的抽样序列来代替原来的时间连续的模拟信号，并要求能完全表示原信号的全部信息，也就是离散的抽样序列能不失真地恢复出原模拟信号。在本次仿真中，作者所要表示的即是抽样过程和恢复原模拟信号过程，以阐述无失真的条件。
连续信号在时间上离散化的抽样过程如图4.1所示。具体地说，就是某一时间连续信号f(t)，仅取f(t0)、 f(t1)、 f(t2)…f(tn)等各离散点数值，就变成了时间离散信号fs(t)。这个取时间连续信号离散点数值的过程就叫做抽样。
4.1.2 直接序列扩频原理
直接序列扩频通信系统是直接序列扩频方式构成的扩展频谱通信系统，又称伪噪声系统，通常简称为直扩系统，它是在发送端用比信息比特率高许多的一组伪噪声码序列直接去调制载波，进行扩展频谱，即其载波被一个数码率远离于信息带宽的数字序列调制，然后在接收端用相同的本地伪噪声码序列解调。它是目前最典型、应用最广泛的一种扩展频谱系统。其特点是：
1） 扩频和解扩调制器多采用结构简单且能抑制载波的平衡调制器。
2） 接收端多采用本地伪码序列对接收的信号相关解调，或用匹配滤波器来解扩信息信号。
3） 指定的接收机很容易区分通信信号和干扰信号，如果扩频信号带宽远大于数据信号带宽，则扩频系统传输带宽由扩频信号决定，而几乎与数据信号无关。
4） 发射信号容易被指定的接收机解调，而用其他不相关的接收机检测这种信号非常困难。
5） 解扩时，载有信息的中频信号再用窄带滤波器来滤除干扰，提取有用信息信号，以达到提高扩频系统抗干扰能力的要求[12]。
直接序列扩频通信系统由发射机和接收机两部分组成。在发射端，发射机将输入信息（基带信息）调制形成数字信号–二进制的数字序列信码，当对载波进行幅度键控时，二进制的”0″码使载波抑制，而”1″码使载波输出，经过一次调制的信号再经过由扩频码发生器产生的高速率扩频码序列相位键控调制。由于信码和扩展用的地址伪码都是二进制序列，又是对同一载波进行相位键控的，所以调制器实际上是将两路编码序列进行模2加以展宽信号的频谱，展宽后的信号再经过载波调制器调制到射频发送出去。直接序列系统常用双相平衡调制，以抑制载波，载波抑制的程度取决于调制器的平衡性。调制方式可以用模拟调幅、调频或相位调制，但最常见的是采用数字相位调BPSK。由此可见，一般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调：一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制。
在接收端，对接收信号的解扩有两种方法，一种方法是中频解扩，即先对收到发射来的有相当宽频谱的射频信号进行混频，将其变为中频信号，经前置放大后由本地产生的与发射端相同的扩频码序列去相关解扩，送给扩频序列同步捕捉电路、扩频序列同步跟踪电路及截波同步跟踪及数据解调电路恢复成原始信息输出，实现信息数据的接收。另一种方法是射频解扩，即先用与发送端相位同步的、波形相同的扩频码序列去相关解扩，然后殖民地用本地信号去混频。以上两种方法都可以得到窄带的、受信码调制的中频信号，把这种信号再经过中频窄带滤波器将干扰滤掉。本次设计将实现的直序扩频系统基本原理图如图4.1所示。这种工作方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接收机在收到发射信号后，首先通过伪码同步捕获发送来的伪码的精确相位，并由此产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码序列，作为本地解扩信号，以便能够及时恢复出数据信息，完成整个直扩通信系统的信号接收[12]。
图4.1直序扩频系统原理图
在发射机端，要传送的信息先转换成二进制数据或符号，与伪噪声码（PN码）进行模2和运算后形成复合码，再用该复合码去直接调制载波。通常为提高发射机的工作效率和发射功率，扩频系统中一般采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的搞侦破能力也十分有利。在接收机端，用与发射机端完全同步的PN码对接收信号进行解扩后经解调器还原输出原始数据信息。
4.2 直接序列扩频系统的仿真
以图4.1的扩频系统为基础，本文将对其进行SystemView仿真。下图4.2是作者的仿真原理图。本次仿真仅用来说明直序扩频在抗干扰方面的优越性，所以未按实际工程中使用的常规直序扩频原理建模，而是直接采用了比较简单而直接的方式来构造模型。数据信号源使用了一个较低频率（1kHz）的随机序列（图符0）通过一个1kHz的低通滤波器（图符3）来代替。扩频用的PN码采用了10kHz的PN码（图符2），这样理论上可以获得10倍的扩频增益。扩频调制也未使用通常的模2和加法运算，而是通过乘法器直接用PN码调制数据信号，合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波（图符12,100kHz）调制发射，省去了常规的平衡调制等步骤。为了观察扩频系统的抗干扰性能，使用了一个干扰信号源。该干扰信号可以是单频率窄带干扰，也可以是宽带的扫频信号，或者是高斯噪声，在这里我们使用90kHz-120kHz的扫频脉冲信号源。
图4.2 简化的直接序列扩频系统仿真结构图
为简单起见，在接收端，通过本地载波解调后的复合信号直接与原扩频PN码相乘后解扩，中间省略了有关本地PN发生器和相关的码同步电路。因为直接使用原PN码，所以理论上可认为收发两端是完全同步的。不过在实现的工程中，码同步是一个十分复杂的问题，其复杂程度也及在此问题上付出的代价往往比扩频本身要多得多。由于作者水平有限，因而在此只作一些简单的仿真，以体现直序扩频系统的基本特性。
而作为SystemView仿真滤波器的一个实例，此例中两次采用到滤波器。
第一次使用到滤波器是图符3，这个滤波器是一个1kHz的巴特沃斯模拟低通滤波器，此时的作用是使用了一个较低频率（1kHz）的随机序列（图符0）通过它来代替数据信号源。图4.3所示即是经过此滤波器后的输入信号波形，也是模拟的数据信号源。
图4.3 仿真的数据信号源
在图符1处，原信号源与PN码调制，扩频。而后在图符11处，与本地载波调制。
图4.4为还没有加干扰信号时的已调信号频谱图。此时模拟的数据信号源已通过乘法器直接用PN码调制数据信号，合成后的扩频复合信号用更高的载波（图符12,100kHz）调制发射。此时输出即是图4.4。
图4.4 没加干扰信号时的已调信号频谱图
此时我们可以看到，原数据信号源的频谱已经扩展。
图符8是我们所设置的干扰源，为一个扫频脉冲信号源。通过加法器相加后，已调信号的频谱会产生变化，此时的频谱如图4.5所示。由图可知，此时的频谱在100kHz附近有较强的干扰存在。我们设置这个干扰的目的即是验证此系统的抗干扰能力，验证此系统在这个信号的干扰下是否能够恢复出与原信号相似的波形。
图4.5 加干扰信号后的已调信号频谱图
此后是接收端仿真部分。在图符7处，已调信号与本地载波相乘解调，之后要解扩，由于PN码的同步较难实现，基于作者水平有限，故而使用之前扩频时的原PN码。
图符10是我们在此例中使用的第二个滤波器。此时作整形之用。同之前一样，这是一个1kHz的巴特沃斯模拟低通滤波器，由于我们所仿真的信号源实际是由一个随机序列经一个1kHz的巴特沃斯模拟低通滤波器而得，故而在输出时，也要使用一个相同滤波器整形。
图4.6即为解扩后整形的输出信号波形图。
图4.6 解扩后整形的输出信号波形图
从以上波形可以看出，在100kHz附近有较强的干扰存在，而解扩后的信号与输入的原信号波形基本一致，并没有受到干扰的影响。但如果不断加大噪声或干扰的幅度，当达到系统的干扰门限时，则不能准确地恢复原始波形。
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