直接序列扩频

基于MATLAB的扩频通信系统仿真

摘要

本文介绍了直接序列扩频通信的理论基础和模型，并通过MATLAB对直扩通信系统进行了仿真，在不同的条件下运行了仿真系统，研究了在相同性噪比下不同的增益的扩频通信系统的误码率的情况。

扩展频谱技术有多种基本实现方式，本次仿真采用的是直接序列扩频技术，特别针对二进制的PSK调制解调技术，直接序列扩频系统的抗干扰能力分析与直接序列扩频系统的同步方法，并进行了相关仿真分析。

通过Matlab的矩阵乘法运算实现扩频、调制、解调、解扩，运算速度快，仿真时间短。

关键词：扩频增益直接系列扩频Matlab 误码率

目录

1 扩频通信的基本原理 (1)

1.1扩频通信的简介 (1)

1.2扩频通信的定义 (1)

1.3扩频通信的主要性能指标 (1)

1.4直接序列扩频系统的组成 (2)

2 MATLAB仿真 (3)

2.1仿真原理框图 (4)

2.2 程序模块 (4)

3仿真结果分析 (6)

4仿真程序 (8)

5课程设计心得 (10)

Abstract (11)

参考文献 (12)

1．扩频通信的基本原理

1．1扩频通信简介

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。

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、报警等系统中。

1．2扩频通信的定义

扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，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”。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。扩频通信系统具备3个主要特征：

1、载波是一种不可预测的,或称之为伪随机的宽带信号。

2、载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多。

3、接收过程是通过将本地产生的宽带载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的。

1.3 扩频通信的主要性能指标

（1）处理增益。处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain)它定义为频谱扩展前的信息带宽DF与频带扩展后的信号带宽 W之比：

Gp =W /△F

在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为 DF 的信息，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。

因此,处理增益 G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。

（2)抗干扰容限。是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力,定义为：

Mj =G-[(S/N)out +L S ]

其中：Mj：抗干扰容, G：处理增益, (S/N)out：信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比, Ls：接收系统的工作损耗。

1.4 直接序列扩频系统的组成

直扩系统是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪（干）比，达到抗干扰的目的。一种典型的扩展频谱系统如图 1 所示。

图1 典型扩展频谱系统框图

它主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。

2. MATLAB 仿真

2.1 仿真原理图

由图2可以看出，在发送端，信码为m(t)，其码元宽度为p T ，伪随机码为p （t ）,其码元宽度为b T ，进行模2运算后，得到g(t)=m(t)p(t)⊕，码元宽度称为扩频出来增益，

表示为

10lg

b

p T G T =，对系统信噪比有很大的影响。由于有p T <

宽了，信号在传输的过程中经过AWGN 信道，被叠加了高斯白噪声，同时还受到了干扰信号的影响，最终得到的信号()c t 包括“有用信号+高斯白噪声+干扰”。接收端收到此信号后，经过解扩电路，得到'()()()()()()()g t c t p t c t p t p t c t =⊕=⊕⊕=，对'()g t 进行码元判决，即可得到原始的输入信号。 2.2 程序模块 2.2.1 m 序列发生器

PN 码发生器为6级m 序列产生器，本原多项式为6

11x x ++，可得到图3原理图

2.2.2 高斯噪声

信道传输模块是指传输的信号经过AWGN 信道时，不可避免地叠加了高斯白噪声信号，在本次设计中，对高斯白噪声信号的处理，是应用信号信噪比，根据Sig

SNR 10lg N

=，在已知信号功率谱的条件下，可以得出信道噪声的功率谱密度函数Sig N SNR ⎛

⎫= ⎪⎝⎭

^2，则

图2 系统组成框图