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ZigBee技术概述1ZigBee技术简介 (1)2 ZigBee结构 (2)2.1物理层 (2)2.2 MAC层 (4)2.3 网络层 (6)2.4 应用层 (7)1ZigBee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。
ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。
它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。
其网络层、应用会聚层和高层应用规范由ZigBee联盟进行了制定。
根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数目不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。
它们分别为868MHz、915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs，另外两个频段为868/915MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPs。
在网络性能上，ZigBee设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。
在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为，通信距离为30-70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。
实验十二解扩实验一．实验目的：1、通过本实验掌握载波已调信号m序列解扩原理及方法，掌握解扩前后信号在时域及频域上的变化。
2、通过本实验掌握载波已调信号GOLD序列解扩原理及方法，掌握解扩前后信号在时域及频域上的变化。
二．实验内容：1、观察解扩时本地扩频码与扩频时扩频码的同步情况。
2、观察已调信号在解扩前后的频域变化。
三．基本原理：m序列解扩的是在接收到的RF信号上进行的，其实解扩的原理很简单，即用一个与发送端完全相同的m序列与接收到的信号直接相乘就可以完成信号的解扩，两个m序列的相位必须一致，即接收端产生的m序列必须进行捕获和跟踪，以使其速率和相位与发送端m序列保持一致。
四．实验原理：1、实验模块简介（1）CDMA发送模块：本模块的主要功能：产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两条不同扩频码信号。
（2）CDMA接收模块：本模块的主要功能：完成10.7MHz射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码相同时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成射频信号的解扩。
（3）IQ调制解调模块：本模块的主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。
2、扩频后的PSK已调信号分为三路送入CDMA接收模块中，分别与结婚搜模块中产生的m序列的超前、同相、滞后序列相乘。
在扩频码没有捕获到时，同相支路的捕获输出为低电平，扣码电路工作，每周期扣掉1/4个码元，使发送端和接收端的两个PN序列产生相对滑动，当滑动到两个序列的相位差小于一个码元时，电平，扣码电路停止工作，系统进入跟踪状态。
此时超前-滞后支路产生的复合相关特性出现，经低通滤波后控制VCO，使收发端PN序列完全同步，此后跟踪过程一直存在，维持PN序列的同步。
PN码同相支路的相乘信号经带通滤波后即为解扩后的信号。
该信号时一个基带信元的PSK调制信号，扩频码调制部分已经被去除。
扩频通信原理
扩频通信原理是一种通过将信号扩展到较宽的频带上来实现传输的通信技术。
它在信号传输过程中引入了一个称为扩频码的伪随机序列，在发送端和接收端之间进行同步和解扩，从而实现高速、抗干扰的通信。
扩频通信原理的基本思想是将待发送的数据信号与一个伪随机序列进行逐位运算，将数据信号“扩展”到一个较宽的频带上。
在发送端，通过调制将扩频信号转换为高频信号，然后经过通道传输到接收端。
在接收端，通过解调将接收到的高频信号转换回扩频信号，然后与接收到的伪随机序列进行逐位运算，得到原始的数据信号。
扩频码是扩频通信的核心技术之一。
它是一个具有良好相关性和随机性质的序列，它的周期非常长，一般比数据信号的周期长几倍甚至几十倍以上。
在发送端，通过将每个数据位与扩频码的对应位进行逻辑运算，实现数据信号的扩展。
在接收端，通过将接收到的扩频信号与扩频码进行逻辑运算，将信号恢复为原始的数据信号。
扩频通信原理具有以下几个重要特点。
首先，采用扩频码来扩展信号，增加了信号传输的抗干扰能力，有效抑制了窄带干扰。
其次，扩频信号在频谱上呈现宽带信号的特性，使得信号在传输过程中具有较好的传播性能。
再次，多用户之间可以共享同一频率资源进行通信，从而提高了频率资源的利用率。
最后，扩频通信还具有高安全性的特点，由于扩频码的随机性质，非法窃听者很难获取到有效的信息。
总之，扩频通信原理通过引入扩频码，将信号扩展到较宽的频带上，具有高速、抗干扰、多用户共享和高安全性等特点。
这种通信技术在无线通信、卫星通信、局域网和军事通信等领域得到了广泛的应用。
PN码的概念：1.CDMA系统中的PN码同步原理发射机和接收机采用高精确度和高稳定度的时钟频率源，以保证频率和相位的稳定性。
但在实际应用中，存在许多事先无法估计的不确定因素，如收发时钟不稳定、发射时刻不确定、信道传输时延及干扰等，尤其在移动通信中，这些不确定因素都有随机性，不能预先补偿，只能通过同步系统消除。
因此，在CDMA 扩频通信中，同步系统必不可少。
PN码序列同步是扩频系统特有的，也是扩频技术中的难点。
CDMA系统要求接收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。
若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。
因此，PN码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。
CDMA系统中的PN码同步过程分为PN码捕获（精同步）和PN码跟踪（细同步）两部分。
PN码捕获是精调本地PN码的频率和相位，使本地产生的PN码与接收到的PN码间定时误差小于1个码片间隔T c，可采用基于滑动相关的串行捕获方案或基于时延估计问题的并行捕获方案。
PN 码跟踪则自动调整本地码相位，进一步缩小定时误差，使之小于码片间隔的几分之一，达到本地码与接收PN码频率和相位精确同步。
典型的PN 码跟踪环路分基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环及τ抖动环两种。
(学电脑)接收信号经宽带滤波器后，在乘地器中与本地PN码进行相关运算。
捕获器件调整压控时钟源，用以调整PN码发生器产生的本地PN码序列的频率和相位，捕获有用信号。
一旦捕获到有用信号，启动跟踪器件，用以调整压控钟源，使本地PN码发生器与外来信号保持精确同步。
如果由于某种原因引起失步，则重新开始新一轮捕获和跟踪。
同步过程包含捕获和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整。
2.PN码序列捕获PN码序列捕获指接收机在开始接收扩频信号时，选择和调整接收机的本地扩频PN序列相位，使它与发送的扩频PN序列相位基本一致，即接收机捕捉发送的扩频PN序列相位，也称为扩频PN序列的初始同步。
实验七、CDMA扩频通信系统实验一、实验目的通过本实验将扩频解扩的单元实验串起来，让学生建立起CDMA通信系统的概念，了解CDMA通信系统的组成及特性。
二、实验内容1、搭建CDMA扩频通信系统。
2、观察CDMA扩频通信系统各部分信号。
3、观察两路信号码分多址及其选址。
三、基本原理扩频通信的理论基础是香农于1948年发表的《A Mathematical Theory of Communication》一文，即著名的信息论。
香农信息论中有关信道的理论容量公式为：式（20-1）也被称为香农定理，其中为信道容量，单位为bps；为信道带宽（也被称为系统带宽）；为信噪比（dB）。
式（20-1）给出了在给定信噪比和没有误码的情况下信道的理论容量与该信道带宽的关系。
从这个公式还可以得出也重要的结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。
换言之，信噪比和信道带宽可以互换。
扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干扰能力。
图20-1 典型的扩频通信系统模型一个典型的扩频通信系统框图如图20-1所示。
由图20-1可以看出，扩频通信系统主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩和信道六大部分组成。
信源编码的目的是减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。
信道编码（差错控制）的目的是增加信息在信道传输轴格的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。
调制部分的目的是使经过信道编码后的符号能在适当的频段传输，通常使用的数字信号调制方式为振幅键控、移频键控、移相键控，在码分多址移动通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改进型。
扩频通信和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。
可见，与传统通信系统相比较，该系统模型中多了扩频和解扩两个部分，经过解扩，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。
扩频通信系统按扩频方式的不同，分为以下四种类型：◆ 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DS-SS）◆ 跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FH-SS）◆ 跳时扩频（Time Hopping Spread Spectrum，TH-SS）直接序列扩频系统采用高码速率的直接序列（Direct Sequence，DS），伪随机码在发端进行扩频，在收端用相同的码序列去进行解扩，然后将展宽的扩频信号还原成原始信息。
短码、长码和Walsh码直序列扩频通信系统扩频通信是一种无线通信技术。
他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。
用W表示传送带宽(单位为Hz)，用R表示数据速率(单位为bit/s)，W/R被称为扩展系数或处理增益。
W/R的值一般可以在一百到一百万的范围(20db~60db)。
讲到这里，不得不把香农老先生搬出来，这个人可是咱们现代通信理论的奠基人，严重的崇拜（可惜他的著作《信息论》咱实在是看不懂啊，汗！）香农容量公式(Shannon’ scapacityequation)，这个公式放在这里，人老先生费半天劲搞出来的，我们不去讨论其推算原理，只认为这是正确的。
哦，香农还指出这是在加性高斯白噪声的信道模型下的公式，基本上我们现在的移动通信就是用这个东东啦。
C=Blog2[1 + S/N]其中：B为传送带宽(单位为Hz)；C为信道容量(单位为bit/s)；S/N为信号噪声功率比。
传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量。
为什么哪？根据香农公式，他老人家说增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。
当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600=128=21dB。
以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。
实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。
发信者把需传送的低速数据与一组快速扩频序列合成后通过发射机发射出去，接收者从空中借口截取信息流后，用同一快速扩频序列进行解扩频，从而得到原始信息。
好，扩频的概念有了。
我们再接着往下看。
cdma系统通过码片(chip)来传输信号(signal)，通常每一比特信息要占用几个码片。
复合序列扩频通信系统同步方法的研究复合序列扩频通信系统同步方法的研究复合序列扩频通信系统是一种广泛应用于无线通信领域的技术，它具有抗干扰能力强、传输速率高等优点。
然而，在复合序列扩频通信系统中，同步问题一直是一个重要的研究方向。
因此，本文将从同步方法的角度探讨复合序列扩频通信系统的同步问题。
一、复合序列扩频通信系统的同步问题复合序列扩频通信系统中，同步问题主要包括码片同步和帧同步两个方面。
其中，码片同步是指接收端需要正确地识别发送端使用的扩频码，以便进行解扩；而帧同步则是指接收端需要正确地识别发送端发送的数据帧的起始位置，以便进行数据解码。
复合序列扩频通信系统的同步问题主要由以下因素引起：1. 传输信道的多径效应和噪声干扰会导致接收信号的时延和相位偏移，从而影响码片同步和帧同步的准确性。
2. 发送端和接收端的时钟频率不同，也会导致码片同步和帧同步的偏差。
3. 复合序列扩频通信系统中使用的扩频码和数据帧具有一定的周期性，这也会对同步造成影响。
二、复合序列扩频通信系统的同步方法为了解决复合序列扩频通信系统的同步问题，研究人员提出了多种同步方法。
下面将介绍几种常用的同步方法。
1. 基于相关峰的同步方法基于相关峰的同步方法是一种常用的同步方法。
该方法利用接收信号与本地扩频码的相关性来进行码片同步和帧同步。
具体来说，接收端将接收到的信号与本地扩频码进行相关运算，得到相关峰的位置，从而确定码片同步和帧同步的位置。
2. 基于最小均方误差的同步方法基于最小均方误差的同步方法是一种基于估计误差的同步方法。
该方法利用接收信号与本地扩频码的差异来进行码片同步和帧同步。
具体来说，接收端通过估计接收信号与本地扩频码的差异，计算出最小均方误差，从而确定码片同步和帧同步的位置。
3. 基于卡尔曼滤波的同步方法基于卡尔曼滤波的同步方法是一种基于状态估计的同步方法。
该方法利用卡尔曼滤波器对接收信号进行处理，从而估计出码片同步和帧同步的位置。
摘要扩频通信作为一种新型的通信体制，具有很多独特的优点，在军用和民用领域中都得到了广泛的应用。
扩频通信中一个关键性的问题就是扩频信号的同步，包括捕获和跟踪两个步骤，同步性能的优劣直接影响到整个扩频通信系统的性能。
因此，对直扩系统同步的研究具有很大的实用价值。
本文深入研究了扩频通信中直接扩频系统的同步技术，包括伪随机(PN)序列的捕获、跟踪和载波同步。
在伪随机(PN)序列的捕获中研究了串并结合的大步进方法。
研究了伪码串行-载波并行、伪码并行-载波串行、伪码串行-载波并行、伪码并行-载波并行4种捕获方法。
在特定的参数下，设计出直扩通信系统，并在高斯信道条件下，仿真得出了直扩系统的误码率性能曲线，在此基础上运用了伪码并行-载波串行的方法进行仿真分析，从MATLAB仿真结果可以看出捕获方案确实可行。
关键词：扩频通信；同步；捕获；跟踪AbstractAs a new type of communications system,spread spectrum communications has many unique advantages, and has been widely used in both military and civilian fields. The synchronization of spread specturn signal, including acquisition and tracking, is the key problem of spread specturn communication. The performance of synchronizing has direct impact on the whole spread spectrun communication system. As a result, it’s very important to discuss this problem.This paper researches into synchronization techniques of direct-sequence spread spectrum systems, which include PN code acquisition, PN code tracking and carrier recovery. we studied PN acquisition scheme, large step acquision scheme. This paper discusses four capture methods about serial PN code, serial carrier, parallel PN code, serial carrier, serial PN code, parallel carrier, and parallel PN code, parallel carrier. Incertain parameters, design of direct sequence spread spectrum communication system, and in the Gauss channel conditions, simulation of the curve of the BER performance of DSSS system, on the basis of using the parallel PN code, carrier serial simulation, simulation results can be seen from the MATLAB capture scheme is feasible.Keywords: S pread Spectrum Communications; Synchronization; Acquisition; Tracking目录1 绪论 (1)2直接序列扩频通信的理论基础 (4)2.1扩频通信的理论基础 (4)2.1.1基本理论 (4)2.1.2扩频通信的特点 (5)2.2直接序列扩频通信系统 (6)2.3伪随机序列 (9)2.3.1m序列 (10)3 直接序列扩频系统的同步 (12)3.1同步机理 (12)3.2信号捕获 (12)3.3 信号跟踪 (17)3.3.1 载波跟踪技术 (17)3.3.2 锁相环原理 (18)3.3.3 锁频环原理 (20)3.3.4 锁相环与锁频环的性能比较 (21)4直扩系统的仿真分析 (23)4.1设计参数 (23)4.2 直扩通信系统的原理框图 (23)4.3直扩通信系统的仿真分析 (24)4.4 直扩系统的抗干扰性能分析 (30)5 同步仿真分析 (31)5.1同步参数设计 (31)5.2 PN码的自相关性仿真 (31)5.3 捕获 (32)5.4 跟踪 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (43)附录B 中文翻译 (55)附录C 程序 (64)1 绪 论扩频通信是建立在ClaudeE.Shannon 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。
南京邮电大学实验报告实验名称__CDMA扩频与解扩_ 呼叫实验_____课程名称现代移动通信 _ _班级学号姓名开课时间 2011 /2012 学年，第二学期实验一 CDMA扩频与解扩一、实验目的1. 了解扩频调制的基本概念；2.掌握PN码的概念以及m序列的生成方法；3.掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。
4. 了解CDMA解扩的基本概念；5. 掌握解扩的基本方法；6. 掌握解扩过程中信号频谱的变化规律。
二、实验设备1. 移动通信实验机箱一台2. 微型计算机一台三、实验原理1. 扩频实验原理m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。
如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。
实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。
1.长度为15的m序列由4级移存器产生，反馈器如图所示。
初始状态 1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 01 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 0 1……………………………….1 0 0 02.长度为31的m 序列由5级移存器产生，反馈器如图所示。
a4a3a2a1+a03. 长度为31的gold 序列:Gold 码是Gold 于1967年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的m 序列模二加后得到的。
其构成原理如图2.1.3所示。
两个m 序列发生器的级数相同，即n n n ==21。
如果两个m 序列相对相移不同，所得到的是不同的Gold 码序列。
对n 级m 序列，共有12-n 个不同相位，所以通过模二加后可得到12-n 个Gold 码序列，这些码序列的周期均为12-n ，如图2.1.4所示。
两组数据为： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 1 0 0 00 0 1 0 0 0 0 1 0 01 0 0 1 0 0 0 0 1 0m 序列发生器 n 级 m 序列发生器n 级 初态设置 时钟 Gold 码 21m m ⊕ 1m 2m0 1 0 0 1 0 0 0 0 11 0 1 0 0 1 1 1 0 11 1 0 1 0 1 0 0 1 10 1 1 0 1 1 0 1 0 00 0 1 1 0 0 1 0 1 01 0 0 1 1 0 0 1 0 11 1 0 0 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 0 0 1 01 1 1 1 0 0 1 0 0 11 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 0 0 0 10 0 1 1 1 1 0 1 0 10 0 0 1 1 1 0 1 1 11 0 0 0 1 1 0 1 1 01 1 0 0 0 0 1 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 01 0 1 1 0 0 1 1 0 01 1 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 0 0 1 10 1 1 1 0 1 1 1 0 01 0 1 1 1 0 1 1 1 00 1 0 1 10 0 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 00 1 0 1 0 0 1 1 1 10 0 1 0 1 1 1 0 1 00 0 0 1 0 0 1 1 0 10 0 0 0 1 1 1 0 1 1……………………………………………………………………………….所以生成长度为31的Gold序列为：{0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0} 在硬件上，扩频调制是通过单片机和学生平台软件联合实现的。
