ＭＡＴＬＡＢ仿真直接序列扩频通信
1.摘要
直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对频通信广泛的应用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。
关键字：扩频通信m序列gold正交序列matlab仿真
2.引言
直接序列扩频(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。
它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。
直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。
3.直接序列扩频DS-SS是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信
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。
4.DS-CDMA通信系统原理图
在实验中，我们采用；两种扩频码进行仿真。M序列和正交Gold序列，扩频后的数据通过脉冲成型滤波器后通过信道同时到达接收端，在接收端分别对不同用户信息数据进行解扩，恢复各个用户的原始信息。
5.仿真设计步骤
1、m序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。
2、正交Gold序列的DS-CDMA在AWGN下的性能的仿真。
3、对比两个扩频码在AWGN信道下的性能曲线，分析哪种扩频码更适合在
AWGN信道中传输，传输衰减最小，对比m序列和正交Gold序列的抗干扰能力。
6.实验仿真运行结果
从图中可以看出，由于正交Gold序列在完全同步时，它们的互相关值为0，因此其BER性能并不随着用户数的增加而恶化。在信噪比为2 、4 、6时误比特率基本相同。由图可以看出来当误比特率仿真时候小于10-3时结果就会有一定的偏差。但还是可以看出正交Gold序列比M序列的性能要好。
所以，初步得出结论：正交Gold序列在AWGN信道下的抗干扰能力更强，衰减比,序列要小。
对比图4-1和图4-3，显然M序列在瑞利衰落信道下的性能要比能过AWGN信道下的性能要差
7.总结
对于本仿真而言，已基本完成了设计任务书的设计和研究目的，通过用MATLAB 对DS-CDMA系统的仿真调试、结果分析，让我组熟悉了DS-CDMA的工作原理，加深了对扩频通信的认识，并深刻的了解PN码在不同信道的衰落情况。通过仿真结果中波形的直观方式，更让我们了解到了系统衰减的规律。
但是在本设计中也存在着缺陷与不足
1、在本设计中过程中可能由于程序过于复杂，信息本身所占用的带宽偏大，用来传输信息的带宽相对不够大，造成结果并不明显，信息衰减严重。
2、在设计中只考虑到加性高斯信道所带来的干扰，在实际通信信道却是复杂多变，存在着各种各样的情况，所以最后的接收信号是在很简单的干扰下得出。要想应用于实际中，必须加入各种噪声来考虑，以实现真实系统的设计。
3、实验中，我们选择加大传输带宽，来弥补其他干扰带来的影响，可能会造成消耗过大，浪费带宽的结果，实际应用中是不实用的。只能作为仿真，进行研究。
即使如此，在本次设计的整个过程中，以上的结果已经令我们受益匪浅。
通信系统的性能分析和仿真，随着通信技术、信息技术和计算机技术的发展以及网络系统的大量应用，显得越来越重要。
参考文献
[1] 刘学勇,编著.通信系统建模与仿真(电子工业出版社)
[2] 邓薇，编著.MATALB函数速查手册（人民邮电出版社）
[3] 【美】William C.Y.Lee,著.移动通信工程理论和应用（第二版）（人民邮电出版社）
[4] 王华奎，李艳萍等编著.移动通信原理与技术(清华大学出版社)
程序
%1.函数mseq用于产生m序列:
function [mout] = mseq(n, taps, inidata, num)
% ****************************************************************
%说明：函数mseq用于产生num个阶数为n的m序列
% n : m序列的阶数n
% taps : 反馈寄存器的连接位置
% inidata : 寄存器的初始值序列
% num : 输出的m序列的个数
% mout : 输出的m序列，如果num>1,则每一行为一个m序列
% ****************************************************************
if nargin < 4 %输入参数判断
num = 1;
end
mout = zeros(num,2^n-1); %寄存器输出值的初始化，全0
fpos = zeros(n,1); %反馈寄存器连接位置的初始化
fpos(taps) = 1; %反馈寄存器连接位置
for ii=1:2^n-1
mout(1,ii) = inidata(n); % 寄存器的输出值
temp = mod(inidata*fpos,2); % 计算反馈数据
inidata(2:n) = inidata(1:n-1); % 寄存器移位一次
inidata(1) = temp; % 更新第1个寄存器的值
end
if num > 1 %如果要输出多个m序列，生成其他m序列
for ii=2:num
mout(ii,:) = shift(mout(ii-1,:),1); %shift函数完成序列的循环移位,上一个序列向右循环移
位
end
end
%2.函数goldseq用于产生gold序列
function [gout] = goldseq(m1, m2, num)
% ****************************************************************
% m1 : m序列1
% m2 : m序列2
% num : 生成的Gold序列个数
% gout : 生成的Gold序列输出
% ****************************************************************
if nargin < 3 %如果没有指定生成的Gold序列个数，默认为1
num = 1;
end
gout = zeros(num,length(m1));
for ii=1:num %根据Gold序列生成方法生成Gold序列gout(ii,:) = xor(m1,m2);
m2 = shift(m2,1);
end
%函数shift用于完成循环移位
function [outregi] = shift(inregi,shiftr)
% ****************************************************************
% inregi : 输入序列
% shiftr : 循环右移的位数
% outregi : 输出序列
% ****************************************************************
v = length(inregi); %输入序列的长度
outregi = inregi; %输出序列初始化为输入序列
shiftr = rem(shiftr,v); %求余，使移位的值在[0, v]之间
if shiftr > 0
outregi(:,1:shiftr) = inregi(:,v-shiftr+1:v); %循环移位把最后shiftr位移到前shiftr位outregi(:,1+shiftr:v) = inregi(:,1:v-shiftr); %完成剩余的移位
elseif shiftr < 0
outregi(:,1:v+shiftr) = inregi(:,1-shiftr:v);
outregi(:,v+shiftr+1:v) = inregi(:,1:-shiftr);
end
%3.直接序列扩频主程序代码
function [ber] = dscdma(user,seq)
% user: 同时进行扩频通信的用户数
% seq: 扩频码1:M-序列2:Gold序列3:正交Gold序列
% ber：该用户数下的误码率
%**************************** 初始化部分*****************************
sr = 256000.0; % 符号速率nSymbol=10000; %每种信噪比下发送的符号数
M = 4; % 4-QAM调制br = sr * log2(M); % 比特速率graycode=[0 1 3 2]; % Gray编码规则
EbNo=0:2:10; % Eb/No 变化范围
%************************** 脉冲成形滤波器参数**************************
delay = 10; % 升余弦滤波器时延
Fs = 8; % 滤波器过采样数
rolloff = 0.5; % 升余弦滤波器滚降因子rrcfilter = rcosine(1,Fs,'fir/sqrt',rolloff,delay); %设计根升余弦滤波器
%********************** 扩频码产生参数**********************
%直接序列扩频主程序代码
function [ber] = dscdma(user,seq)
% user: 同时进行扩频通信的用户数
% seq: 扩频码1:M-序列2:Gold序列3:正交Gold序列
% ber：该用户数下的误码率
%**************************** 初始化部分*****************************
sr = 256000.0; % 符号速率nSymbol=10000; %每种信噪比下发送的符号数
M = 4; % 4-QAM调制
br = sr * log2(M); % 比特速率graycode=[0 1 3 2]; % Gray编码规则EbNo=0:2:10; % Eb/No 变化范围
%************************** 脉冲成形滤波器参数**************************
delay = 10; % 升余弦滤波器时延
Fs = 8; % 滤波器过采样数
rolloff = 0.5; % 升余弦滤波器滚降因子rrcfilter = rcosine(1,Fs,'fir/sqrt',rolloff,delay); %设计根升余弦滤波器
%********************** 扩频码产生参数**********************
% user = user1; % 用户数
stage = 3; % m序列的阶数ptap1 = [1 3]; % m序列1的寄存器连接方式
ptap2 = [2 3]; % m序列2的寄存器连接方式
regi1 = [1 1 1 ]; % m序列1的寄存器初始值
regi2 = [1 1 1]; % m序列2的寄存器初始值
%******************** 扩频码的生成*********************
switch seq
case 1 % M-序列code = mseq(stage,ptap1,regi1,user);
case 2 % Gold 序列
m1 = mseq(stage,ptap1,regi1);
m2 = mseq(stage,ptap2,regi2);
code = goldseq(m1,m2,user);
case 3 % 正交Gold 序列
m1 = mseq(stage,ptap1,regi1);
m2 = mseq(stage,ptap2,regi2);
code = [goldseq(m1,m2,user),zeros(user,1)];
end
code = code * 2 - 1;
clen = length(code);
%************************** 衰落信道参数**************************
ts = 1 / Fs / sr/ clen; % 信道采样时间间隔
t = (0:nSymbol*Fs*clen-1+2*delay*Fs)*ts; % 每种信噪比下的符号传输时间fd = 160; % 多普勒频移[Hz]
h=rayleigh(fd,t);
%**************************** 仿真开始****************************
for indx=1:length(EbNo)
indx
%****************************** 发射端********************************
data = randsrc(user,nSymbol,[0 :3]) ; % 产生各个用户的发射数据data1=graycode(data+1); % Gray编码
data1 = qammod(data1,M) ; % 4-QAM 调制[out] = spread(data1,code); % 扩频
out1=rcosflt(out.',sr,Fs*sr,'filter',rrcfilter); % 通过脉冲成形滤波器
spow = sum(abs((out1)).^2) / nSymbol; % 计算每个用户信号功率
if user > 1 % 用户数大于1时，所有用户数据相加out1=sum(out1.');
else
out1=out1.';
end
%***************************** 通过瑞利衰落信道******************************
% out1=h.*out1;
%******************************** 接收端*********************************
sigma = sqrt(0.5 * spow * sr / br * 10^(-EbNo(indx)/10)); % 根据信噪比计算高斯白噪声方差
y=[];
for ii=1:user
y(ii,:)=out1+sigma(ii).*(randn(1,length(out1))+j*randn(1,length(out1))); %加入高斯白噪
声（AWGN）% y(ii,:)=y(ii,:)./h; % 假设理想信道估计end
y=rcosflt(y.',sr,Fs*sr,'Fs/filter',rrcfilter); % 通过脉冲成形滤波器进行滤波y=downsample(y,Fs); % 降采样
for ii=1:user
y1(:,ii)=y(2*delay+1:end-2*delay,ii);
end
yd = despread(y1.',code); % 数据解扩
demodata = qamdemod(yd,M); % 4-QAM 解调demodata=graycode(demodata+1); % Gray编码逆映射
[err,ber(indx)]=biterr(data,demodata,log2(M)); % 统计误比特率
End
%扩频函数
function [out] = spread(data, code)
% ****************************************************************
%说明：函数spread用于将输入数据序列和扩频序列扩频
% data : 输入数据序列
% code : 扩频码序列
% out : 扩频后的输出数据序列
% ****************************************************************
switch nargin
case { 0 , 1 } %如果输入参数个数不对，提示错误error('缺少输入参数');
end
[hn,vn] = size(data);
[hc, vc] = size(code);
if hn > hc %如果扩频码数小于输入的待扩频的数据序列，提示错误
error('缺少扩频码序列');
end
out = zeros(hn,vn*vc); %初始化输出序列
for ii=1:hn
out(ii,:) = reshape(code(ii,:).'*data(ii,:),1,vn*vc); %将扩频后的数据排成行矢量的形式end
%信号解扩
function out = despread(data, code)
% ****************************************************************
%说明：函数despread用于将输入数据序列和扩频序列解扩
% data : 输入数据序列
% code : 解扩使用的扩频码序列
% out : 解扩后的输出数据序列
% ****************************************************************
switch nargin %如果输入参数个数不对，提示错误
case { 0 , 1 }
error('缺少输入参数');
end
[hn,vn] = size(data);
[hc, vc] = size(code);
out = zeros(hc,vn/vc); %初始化输出序列
for ii=1:hc
xx=reshape(data(ii,:),vc,vn/vc);
out(ii,:)= code(ii,:)*xx/vc;
end
%函数rayleigh用于产生瑞利衰落信道
function [h]=rayleigh(fd,t)
%该程序利用改进的jakes模型来产生单径的平坦型瑞利衰落信道
%Yahong R.Zheng and Chengshan Xiao "Improved Models for
%the Generation of Multiple Uncorrelated Rayleigh Fading Waveforms"
%IEEE Commu letters, Vol.6, NO.6, JUNE 2002
%输入变量说明：
% fd：信道的最大多普勒频移单位Hz
% t :信号的抽样时间序列，抽样间隔单位s
% h为输出的瑞利信道函数，是一个时间函数复序列
%假设的入射波数目
N=40;
wm=2*pi*fd;
%每象限的入射波数目即振荡器数目
N0=N/4;
%信道函数的实部
Tc=zeros(1,length(t));
%信道函数的虚部
Ts=zeros(1,length(t));
%归一化功率系数
P_nor=sqrt(1/N0);
%区别个条路径的均匀分布随机相位
theta=2*pi*rand(1,1)-pi;
for ii=1:N0
%第i条入射波的入射角
alfa(ii)=(2*pi*ii-pi+theta)/N;
%对每个子载波而言在(-pi,pi)之间均匀分布的随机相位
fi_tc=2*pi*rand(1,1)-pi;
fi_ts=2*pi*rand(1,1)-pi;
%计算冲激响应函数
Tc=Tc+cos(cos(alfa(ii))*wm*t+fi_tc);
Ts=Ts+cos(sin(alfa(ii))*wm*t+fi_ts);
end;
%乘归一化功率系数得到传输函数
h=P_nor*(Tc+j*Ts );
%4.主程序
%m-序列DS-CDMA在AWGN信道下的性能仿真
clear all
user=[1 4 7];
seq=1;
for index=1:length(user)
ber(index,:)=dscdma(user(index),seq);
end
EbNo=0:2:10;
semilogy(EbNo,ber(1,:),'-kx',EbNo,ber(2,:),'-ko',EbNo,ber(3,:),'-k*'); legend('user=1','user=4','user=7')
title('m序列DS-CDMA在AWGN信道下的性能')
xlabel('信噪比EbNo(dB)')
ylabel('误比特率(BER)')
%5、正交Gold序列在AWGN信道下的性能
%正交Gold序列DS-CDMA在AWGN信道下的性能仿真
clear all
user=[1 1 1];
seq=3;
for indx=1:length(user)
ber(indx,:)=dscdma(user(indx),seq);
end
EbNo=0:2:10;
semilogy(EbNo,ber(1,:),'-kx',EbNo,ber(2,:),'-ko',EbNo,ber(3,:),'-k*');
legend('user=1','user=4','user=7')
title('正交Gold序列DS-CDMA在Reyleigh信道下的性能')
xlabel('信噪比EbNo(dB)')
ylabel('误比特率(BER)')
学校电子科技大学
学院通信与信息学院
班级通信专业十一班
候号前２０１００１３１１０００１
龚睦２０１００１３１１０００３
直接序列扩频通信系统仿真
直接序列扩频通信系统仿真 一、实验的背景及内容 1、直接扩频通信背景 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil提出的。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、移动通信系统、WLAN(IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 扩频通信技术自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等等的系统中。 2、实验的内容及意义 本次实验主要研究了直接序列扩频系统，建立了直接序列扩频系统的matlab仿真模型，在信道中存在高斯白噪声和干扰的情况下，对系统误码率性能进行了仿真及分析。 近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一因此研究扩频通信具有很深远的意义。本人通过此次实验，进行深入地研究学习扩频通信技术及对它进行仿真应用，将所学的知识进行归纳与总结，从而巩固通信专业基础知识，为以后的个人学习和工作打下基础。
ＭＡＴＬＡＢ仿真直接序列扩频通信 1.摘要 直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对频通信广泛的应用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。 关键字：扩频通信m序列gold正交序列matlab仿真 2.引言 直接序列扩频(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。 它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。 直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 3.直接序列扩频DS-SS是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信 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。
基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真 1.实验原理：直接序列扩频（DSSS）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调 制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解扩，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码（伪噪声码）进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10DB以上，从而有效地提高了整机倍噪比。 1.1 直扩系统模型 直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去，在接收端用与发送端相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信号。对干扰信号而言，与伪随机码不相关，在接收端被扩展，使落入信号通频带的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关的输出信噪比，达到了抗干扰的目的。直扩系统一般采用频率调制或相位调制的方式来进行数据调制，在码分多址通信中，其调制多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等方式，本实验中采取BPSK方式。 直扩系统的组成如图1所示，与信源输出的信号a(t)是码元持续时间为Ta的信息流，伪随机码产生器产生伪随机码c(t)，每个伪随机码的码元宽度为Tc (Tc< 扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ?∞ ∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。 《扩频通信原理》课程设计报告 题目：直接扩频系统仿真 班级：0110910和0110911 姓名：詹晓丹（2009210432） 姜微（2009210503） 张建华（2009210336） 指导老师：李兆玉 1.课程设计目的 （1）了解、掌握直接扩频通信系统的组成、工作原理； （2）了解、熟悉扩频调制、解调、解扩方法，并分析其性能； （3）学习、掌握Matlab相关编程知识并用其实现仿真的直接扩频通信系统； 2.课程设计实验原理 直接扩频通信系统工作原理： 直接序列扩频，就是直接用高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱，在收端用相同的扩频码去解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的基带信号。 在发端输入的信息与扩频码发生器产生的伪随机码序列（这里使用的是m序列）进行波形相乘，得到复合信号，实现信号频谱的展宽，展宽后的信号再调制射频载波发送出去。由于采用平衡调制可以提高系统抗侦波的能力，所以直接序列扩频调制一般都采用二相平衡调制方式。一般扩频调制时一个信息码包含一个周期的伪码，用扩频后的复合信号对载波进行二相相移监控（BPSK）调制，当gt从“0”变成“1”或从“1”变到“0”时，载波相位发生180度相移。接收端的本振信号与发射端射频载波相差一个中频，接收端收到的宽带射频信号与本振信号混频、低频滤波后得到中频信号，然后与本地产生的与发端相同并且同步的扩频码序列进行波形相乘，实现相关解扩，再经信息解调，恢复出原始信号。 3.建立模型描述 （1）直接扩频通信系统组成框图： （2）直接扩频通信系统波形图： 4.模块功能分析 （1）直扩系统的调制功能模块：（都包含模块框图和不同调制、解调方式介绍、分析）（a）扩频调制模块 用扩频码发生器产生一个伪随机码pn（这里用的是m序列），与信源信息码序列xt相乘，实现频谱的展宽 （b）BPSK调制模块 扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx 目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15) 摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。 数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力； 信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等 直接序列扩频通信系统的误码率仿真 直接序列扩频通信系统的误码率仿真 1．引言 扩展频谱通信系统是将基带信号的频谱扩展至很宽的频带上，然后再进行 传输的一种通信系统,即将待传送的信息数据用伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。 扩频通信的基础理论根据信息论中的shannon 公式 ） （N S B C /1log 2+= 式中，C 是系统的信道容量，B 是系统信道带宽,N 是噪声功率,S 为信号的功率,S/N 即为信噪比。 Shannon 公式表明了一个系统信道无误差的传输信息的能力与存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的系统信道带宽之间的关系。该公式说明了两个极为重要的概念：一是在一定的信道容量条件下，可以用减少发送信号功率、增加带宽的方法来达到信道容量的要求；另一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的方法来达到信道容量的要求。这也就说明了信道容量可以通过带宽与信噪比的互换来保持不变。在实际的工程应用中，改变信号的功率并不容易，相比较而言，扩展信号的带宽更容易操作，所以，要提高信道容量，采用增加信号的带宽比提高信号功率的方法要有效的多。 由于扩频通信系统可以在信号功率远低于噪声功率的环境中工作，因此扩 频通信系统具有抗干扰能力强，保密性强等优点，在现在通信领域内的应用越 来越广泛。 2．系统概述 本次仿真实验是以MATLAB 为仿真平台，信号是8位双极性二进制信号,由 1和-1组成。随后对产生的双极性信号进行时域抽样，得到基带信号s ，是一组1024位的信息码。伪随机序列由mgen 函数产生，共有1024个码元。对已得到的基带信号进行扩频调制，直接把基带信号S 与产生的伪随机序列相乘，得到扩频信号。然后对已作扩频处理的信号作BPSK 载波调制，得到发射信号。发射信号通过存在高斯白噪声的信道，到达接到端，接收端首先对信号进 南华大学 通信原理课程设计 设计题目：直接序列扩频通信系统仿真设计 专业：通信工程 学生: 谭雪棋学号: 起迄日期: 2015年6月15日—2015年6月30日指导教师: 王明华 系主任：邓贤君 《通信原理课程设计》任务书 2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：写出设计说明书，语言流畅简洁，文字3500~5000字。用软件编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形，分析实验结果；硬件设计电路，需要详细分析安装调试过程，分析实验结果。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。 3．主要参考文献： [1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].：电子工业,2012,12. [2]樊昌信,丽娜 .通信原理教程(第3版)[M].：国防工业,2006,9. [3]学勇 .详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].：电子工业,2011,11. [4]水英 ,徐伟强 .通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].：人民邮电,2012,9. [5]鸿图,茅艳 .通信原理MATLAB仿真教程[M].：人民邮电,2010,11. [6]静 ,瑾 .基于MATLAB的通信系统仿真[M].：航空航天大学,2010,1. [7]黄智伟 .基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].：电子工业,2011, 6. 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作容 2015.6.15～2015.6.20 查阅资料，系统方案设计 2015.6.21～2015.6.24 用编程语言或者仿真软件进行设计 2015.6.25～2015.6.28 程序、软件、实物的调试，排除故障，分析实验结果 直接序列扩频系统的Matlab/Simulink仿真 摘要：本文利用Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行了仿真，对其原理进 行了相关的说明。读者可以通过对本文的阅读对直接序列扩频的相关原理有一定的了解。 关键字：扩频通信直接序列扩频 一、仿真的意义 随着信息技术的发展，通信技术变得越来越复杂，技术更新的周期也越来越短。对于大部分学者，特别是我们学生来说，在学习通信技术时，若对每一个系统都要实体研究是不现实的。此时通信系统仿真对我们来说可以说是必不可少的。通过建立相应的通信系统的模型，对其进行仿真，可以使我们把琐碎的知识联系在一起，形成一个个通信系统的概念，可以让我们对各个知识点的原理有更加深刻的理解和掌握。 二、直接序列扩频的原理 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)是将待传送的信息数据用伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输而接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信具有抗干扰能力强、抗噪声、保密性强、功率谱密度低，具有隐蔽性和较低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等优点。 根据扩展频谱方式的不同，可以将扩频通信系统分为直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式；跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称跳频(FH)方式；跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称跳时(TH)方式；宽带线性调频(Chirp Modulation)工作方式，简称Chirp方式和各种混合方式。 直接序列(DS-Direct Scquency)扩频，就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。直接序列扩频是扩频通信系统最基本的工作方式。 假设信源序列对应的双极性波形为a(t)，其电平取值为±1 ，码元速率为Rabps，码元宽度为Ta=1/Ra/秒。扩频所使用的伪随机序列c(t)也是电平取值为±1 的双极性波形，伪随机序列（PN序列）的码元也称为码片（chip），码片速率设为Rcchip/s，对应的码片宽度就是Tc=1/Rc/秒。对于双极性波形而言，扩频过程等价于数据流a(t)与伪随机序列c(t)相乘的过程，扩频输出序列设为d(t)，也是取值为±1 的双极性波形，其速率等于码片速率。扩频序列经过调制后得到调制输出信号s(t)送入信道。对于BPSK调制，发送的信号就相当于是数据流与伪随机序列相乘后再乘于一个高频的余弦信号。在接收端，接收到的信号中有包含了有用信号s(t)及各种干扰J(t)和噪声n(t)。由于接收端采用相关解扩，即将s(t)J(t)n(t)和本地PN序列c(t)相乘，只有有用信号的频谱能够被还原为窄带信号，其他的噪声和干扰的频谱只会被展宽，当信号通过窄带滤波器后只有一小部分被展宽了的频谱会混进有用信号中，由此大大增强了其抗干扰的能力。 三、仿真的系统与结果 此处是对直接序列扩频通信系统的仿真。假设该系统以BPSK方式调制，数 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）开题报告 题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现 系（部）应用电子与通信技术 专业通信工程 学生薛光宇 学号24 班号0992222 指导教师周凯 开题报告日期2012.10,22 哈工大华德学院 说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2．进度计划是否切实可行； 3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5．主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字：检查日期： 一、课题题目和课题研究现状 课题题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现。 研究现状：目前扩频技术中研究最多的对象是CDMA技术，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了目前扩频技术研究的现状。 1．码捕获 同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。目前的研究主要集中在码捕获过程。 2, 多用户检测 CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制，多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能，因此是一种提高系统容量的有效方法。传统的CDMA 接收机是由一系列单用户检测器组成，每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器，它并没有考虑多址干扰的结构，而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声，因此当用户数量增加时，其性能急剧下降。通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机，其复杂度随用户数量成指数增长，因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点 二、目的及意义 通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。 三、课题的基本内容 所谓直接序列扩频（DS），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。 直接序列扩频通信系统仿真 一、实验的背景及内容 1、直接扩频通信的背景 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它和光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387[1]。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、移动通信系统、WLAN(IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等使用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 扩频通信技术自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛使用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被使用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛使用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等等的系统中。 2、实验的内容及意义 本次实验主要研究了直接序列扩频系统，建立了直接序列扩频系统的matlab仿真模型，在信道中存在高斯白噪声和干扰的情况下，对系统的在不同扩频增益下的误码率性能进行了仿真及分析。 近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的使用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一因此研究扩频通信具有很深远的意义。本人通过此次实验，进行深入地研究学习扩频通信技术及对它进行仿真使用，将所学的知识进行归纳和总结，从而巩固通信专业基础知识，为以后的个人学习和工作打下基础。 扩频通信基础知识 扩频通信基础知识 技术背景： 传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。 扩频通信的基本原理和优势： 扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N 个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通 扩频通信实验 实验名称：基于m序列的直接序列扩频 专业班级：通信111501班 学生姓名：穆琦沈傲立孙琳王瑞学熊晓倩 学号：201115040111 13 16 20 27 指导教师：郑秀萍 时间：2014.10.29 1 需求分析 在通信发射端将载波信号展宽到较宽的频段上;在接收端,用同样的扩频码序列进行解扩和解调,把展宽的信号还原成原始信息.通过扩展频谱的相关处理,大大降低了频谱的平均能量密度,可在负信噪比条件下工作,获得了高处理增益,从而降低了被截获和检测的概率,避免了干扰影响.通过仿真模型结果分析抗噪声性能结果。 2 概要设计 扩频通信系统分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合式扩频系统。直接序列扩频系统，又称“平均”系统或伪噪声系统，就是采用高码率的扩频码序列PN 码(伪随机码),在发送端与编码数据信号进行模2 加,产生一扩频序列,这一码序列由于码元很窄,占用了很宽的频带,达到扩频的目的,然后用扩频序列去调制载波并予以传输。在接收端接收到的扩频信号经高频放大混频之后,用与发端相同且同步的伪随机码对扩频信号进行相关解扩,由于收发端伪随机码的相关系数为1,故可以完全恢复所传的信息,而干扰和噪声由于与接收机伪 随机码不相关,在相关解调时大大降低进入信号通频带内的干扰。它是目前应用较广泛的一种扩展频谱系统。在国外已获得成功的空间探测器“喷气推进实验室（JPL）测距技术”就是一种直接序列调制，TATS-1 军用卫星中的扩展频谱多址(SSMA)系统等都使用DSSS。 直接序列扩频系统的接收一般采用相关接收，并分成两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过数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，然后再由基带滤波器进行解调，最后恢复出原始信息序列。扩频与解扩过程中,利用PN序列生成器模块( PN Sequence Generator ) ,产生6级、传输速率500b/s的PN伪随机序列来达到扩频和多址接入效果,这里扩频增益为50倍.扩频的运算是信息流与PN码相乘或模二加的过程.解扩的过程与扩频过程完全相同,即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理.要求使用的PN码与发送端扩频用PN码不仅码字相同,而且相位相同.否则会使有用信号自身相互抵消.解扩处理将信号压缩到信号频带内,由宽带信号恢复为窄带信号.同时将干扰信号扩展,降低干扰信号的谱密度,使之进入到信息频带内的功率下降,从而使系统获得处理增益,提高系统的抗干扰能力.调制与解调使用二相相移键控PSK方式. 为了方便分析, 我们可对系统作如下假设: 系统各用户同步;系统各用户功率相同;仅考虑系统MAI和白噪声干扰引起的误码, 忽略信号传输、调制解调过程中的误码。 3 开发工具和编程语言 开发工具： 直接序列扩频通系统仿真 一、课程设计目的 学习扩频通信系统的原理，理解扩频通信系统性能能指标的意义，学会分析扩频通信系统性能能指标的方法。学会根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法。 二、课程设计基本要求 1、学会MATLAB的使用和MATLAB的程序设计方法； 2、掌握扩频通信系统的原理； 3、理解扩频通信系统性能指标的意义； 4、能够用Monte Carlo仿真估计直接序列扩频通信系统的性能。 三、课程设计内容 1、讨扩频通信系统的原理，分析直接序列扩频通信系统的性能； 2、讨论根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法； 3、通过Monte Carlo仿真，说明直接序列扩频通信系统在抑制正弦干扰方面的有效性。仿真系统的方框图如图： 四、理论基础 4.1扩频通信的背景 扩展频谱通信是建立在Claude E．Shannon的信息论基础之上的一种新型的通信体制。由于扩频通信体制具有抗干扰能力强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、测距和易于组网等一系列优点，自从问世之后便引起了世界各国的极大关注，并率先应用在军事通信中。随着近年来大规模、超大规模集成电路和微处理器技的广泛应用，以及一些新型器件的应用，扩频技术的应用形成了新的高潮。事实上，扩频通信已成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效的手段，并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的威力。随着CDMA扩频通信技术在民用通信中的深入应用和不断渗透，以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球定位系统和跳频通信等民用和国防民事通信的强烈需求下，扩谱通信的地位越来越重要了。 4.2直接序列扩频通信原理理论基础 直接序列扩频（DSSS）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解扩，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码（伪噪声码）进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10DB以上，从而有效地提高了整机倍噪比。 直接序列扩频通信系统仿真设计 摘要：综合利用前期相关课程及移动通信课程所学的各种知识，设计扩频通信系统，利用Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行了仿真，并对仿真结果做了详细的讲解分析。先对直接序列扩频系统原理进行介绍，然后基于Simulink 的发射机和接收机的仿真，同时对直接序列扩频系统的抗干扰能力与直接序列扩频系统的同步方法进行了相关仿真，最后在该系统中加入特定的干扰，进行测试，研究整个系统的抗干扰性能。 关键词：通信系统；直接序列扩频；调制解调保密通信 目录 目录..................................................................... II 第1章绪论.. (1) 1.1背景 (1) 1.2 实验目的及总体介绍 (2) 1.3 本次设计任务与要求 (2) 第2章直接序列扩频通信原理 (3) 2.1扩频通信概念及分类 (3) 2.1.1扩频通信概念 (3) 2.1.2扩频通信分类 (3) 2.2直接序列扩频定义 (5) 2.3直接序列扩频的基本原理 (6) 2.4 直扩系统的性能分析 (7) 2.4.1 直扩系统的抗干扰性 (7) 2.4.2 直扩系统的抗多径干扰性能 (8) 第3章扩频码序列 (10) 3.1 码序列的相关性 (10) 3.2 m序列 (11) 第4章基于Simulink的仿真 (12) 4.1 MATALB及SIMULINK的介绍 (12) 4.1.1 MATLAB简介 (12) 4.1.2 SIMULINK简介 (12) 4.2发射机部分的Simulink的仿真 (13) 4.3接收机部分的Simulink仿真 (16) 第5章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 (20) 第6章 CDMA系统仿真设计 (24) 结论 (28) 参考文献 (29) 致谢 (30) 直接序列扩频通信系统仿真程序 杨晶超s2******* >> code_length=20; %信息码元个数 >> N=1:code_length; >> rand('seed',0); >> x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息码 >> for i=1:20 s((1+(i-1)*800):i*800)=x(i); %每个信息码元内含fs/f=800个采样点end 生成的信息码的波形图如图1所示。 图1 信源信息码 >> %产生伪随机码，调用的mgen函数见附录 >> length=100*20; %伪码频率5MHz,每个信息码内含5MHz/50kHz=100个伪码>> x_code=sign(mgen(19,8,length)-0.5); %把0,1序列码变换为-1,1调制码 >> for i=1:2000 w_code((1+(i-1)*8):i*8)=x_code(i); %每个伪码码元内含8个采样点 end 生成的PN码波形如图2所示。 >> %扩频 >> k_code=s.*w_code; %k_code为扩频码扩频码如图3所示。 图2 PN码 图3 扩频码>> %调制 >> fs=20e6; >> f0=30e6; >> for i=1:2000 AI=2; dt=fs/f0; n=0:dt/7:dt; %一个载波周期内采样八个点 cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs); signal((1+(i-1)*8):i*8)=k_code((1+(i-1)*8):i*8).*cI; end PSK调制后的波形如图4所示。 图4 PSK调制后的波形 >> %解调 >> AI=1; >> dt=fs/f0; >> n=0:dt/7:dt; %一个载波周期内采样八个点>> cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs); >> for i=1:2000 signal_h((1+(i-1)*8):i*8)=signal((1+(i-1)*8):i*8).*cI; end 解调后的波形如图5所示。 扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。 这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的： 一是信息的频谱扩展后形成宽带传输； 二是相关处理后恢复成窄带信息数据。 正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点： 抗干扰 抗噪音 抗多径衰落 具有保密性 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率 可多址复用和任意选址 高精度测量等 正是由于扩频通信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 2.1 扩展频谱通信的定义 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方 式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。 这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗? 二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。 三、在接收端用相关解调来解扩 正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。 直接序列扩频通信系统仿真程序 杨晶超 S2******* >> code_le ngth=20; >> N=1:code_le ngth; >> ran d('seed',0); >> x=sig n(ran d(1,code_le ngth)- 0.5); >> for i=1:20 s((1+(i-1)*800):i*800)=x(i); end %信息码元个数 %信息码 %每个信息码元内含fs/f=800个采样点 >> %产生伪随机码，调用的 mgen 函数见附录 >> length=100*20; %伪码频率5MHz,每个信息码内含 5MHz/50kHz=100个伪码 >> x_code=sign(mgen(19,8,length)-0.5); %把 0,1 序列码变换为-1,1 调制码 >> for i=1:2000 w_code((1+(i-1)*8):i*8)=x_code(i); %每个伪码码元内含 8个采样点 end 生成的PN 码波形如图2所示。 >> %扩频 >> k_code=s.*w_code; 扩频码如图3所示。 1.5 所示。 □= C JXJC 1EUJ J 生成的信息码的波形图如图 1 1X00 “血 图1信源信息码 %k_code 为扩频码 PH J4 图3扩频码 >> %调制 >> fs=20e6; >> f0=30e6; >> for i=1:2000 AI=2; dt=fs/fO; n=0:dt/7:dt; % 一个载波周期内采样八个点 cl=AI*cos(2*pi*fO* n/fs); sig nal((1+(i-1)*8):i*8)=k_code((1+(i-1)*8):i*8).*cl; end □.6 d.2 a az ^.6 -0.0 ■I 扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ?∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。 扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依扩频通信的基本原理演示教学
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