直接序列扩频通信系统的设计与实现1.

直接序列扩频通信系统的设计与实现1.直接序列扩频通信系统的设计与实现摘要：扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)是数字通信中的一种，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。

具有大容量、抗干扰、低截获功率等特点以及可实现码分多址(CDMA)等优点。

采用扩频通信可以在更恶劣的环境下正常工作，可以将信号隐蔽在噪声中。

在扩频通信系统中，直接序列扩频通信系统的应用最为广泛。

Matlab具有其他仿真软件（如Sysetemview和Maple等）所无可比拟的矩阵运算能力和系统仿真能力，Matlab的仿真工具包Simulink凭借其强大的数学功能，能实现精确的电路仿真。

关键词：直接序列扩频通信系统、Matlab、误码率目录第1章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2选题的目的和意义 (1)1.3 本课程设计的主要内容 (3)第2章直接序列扩频通信系统 (3)2.1 直接序列扩频通信的理论基础 (3)2.2直接序列系统组成 (6)第3章扩频系统的设计与实现 (7)3.1直接通信系统仿真 (8)3.2直接扩频Matlab仿真组成框图 (9)3.3 BPSK调制 (11)3.3 m序列 (12)3.4 扩频系统的解扩 (15)3.5扩频系统的解调 (17)3.6误码率 (17)3.7直接序列扩频系统的实现 (18)第4章心得和结论 (27)附录 (29)参考文献 (37)第1章绪论1.1背景信息时代的到来，使我们对通信的依赖越来越大，由于信道的开放性，信息在传播过程中会加进各种各样的干扰，使得无线通信面临的干扰环境更为恶劣。

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。

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。

1.2选题的目的和意义在恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行，是当今通信所面临的一大课题。

扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴的通信方式，其较强的抗噪声、抗干扰、抗多径衰落、码分多址、信号隐蔽性和保密性等方面具有较传统无线通信方式无可比拟的优势，近十几年来，随着信息技术的迅猛发展与日益普及，扩频通信技术已在军用和民用通信领域得到广泛应用，并伴随GPS卫星定位、CDMA或3G手机等产品迅速进入大众生活。

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。

在扩展频谱系统中，伪随机序列起着很重要的作用。

在直接扩频系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力，伪随机序列性能的好坏直接关系到整个系统性能的好坏，是一个很重要的问题。

本设计为掌握对直接序列扩频系统的理解和掌握，通过Matlab/Simulink仿真平台，运用所学的理论和方法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。

1.3 本课程设计的主要内容（1）介绍了直接扩频通信系统的基础理论，包括系统框图、仿真模拟的一般方法。

（2）对直扩通信系统的主要环节，包括m 序列、调制、解扩、解调、误码率等的描述。

第2章直接序列扩频通信系统2.1 直接序列扩频通信的理论基础扩频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。

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。

扩频通信的可行性是从香农公式引申而来，其内容如式(2-2.1)所示。

⎪⎭⎫ ⎝⎛+=N S W C 1log 2 (2-1.1)式中：C --- 信道容量(用传输速率度量)W --- 系统信道带宽S --- 信号功率N --- 白噪声功率令C 是希望具有的信道容量，即要求的信息传输速率，对（2-1.1）进行变换，得）N S B C +=1ln(44.1 （2-1.2）对于干扰环境中的典型情况，当N S <<1时，用幂级数展开式（2-1.1），并略去高次项得NS B C 44.1≈ （2-1.3）或SN C B 7.0≈ （2-1.4）由式（2-1.3）和式（2-1.4）可以看出，对于任意给定的噪声与信号功率之比 SN ，只要增加用在信道中当传输系统的信号与噪声功率之比N S 下降时，可以用增加系统传输带宽B 的办法来保持信道容量C 不变，而C 是系统无差错传输信息的速率。

这就是说对于任意给定的信息传输速率C ，当信号与噪声功率之比 NS 下降时，可以用增大系统传输带宽B 的办法来获得较低的信息传输的差错率。

扩频通信就是通过增加带宽来换取较低的信噪比，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。

当信噪比无法提高时，可以加大带宽，达到提高信道容量的目的。

扩频是一种宽带技术，由于扩频占用更宽的频带，看起来是浪费有限的频率资源，然而所占用的频带可以通过多用户共享频带得到补偿。

扩频通信的方式有很多种，例如直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频等。

本文将对直接序列扩频进行详细的分析和仿真。

2.2直接序列系统组成直接序列调制扩展频谱通信系统，简称直接序列系统或直扩系统，是用信息信号与高传输速率的伪噪声（为随机）码的波形相乘后，去直接控制载波信号的某个参数，来扩展传输信号的带宽的。

用于频谱扩展的伪随机系列称为扩频码序列。

直接序列系统的简化方框参见图2-2。

（a ）发射系统（b）接收系统在直接序列系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying,PSK）调制。

由于PSK信号可以等效为抑制载波的双边带调频波，因此直接序列系统长采用平衡调制方式。

抑制载波的平衡调制不仅节约了发射功率，提高了发射机的工作效率，而且也有利于提高扩频信号抗截获，抗侦破的能力。

在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码（扩频码）波形相乘，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。

在收信端，要产生一个与发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码（本地扩频码），对接收信号进行相关处理，即对扩频信号解扩。

解扩后的信号送到解调器进行信息信号的解调，恢复出传送的信息。

第3章扩频系统的设计与实现3.1直接通信系统仿真图3-1 直扩通信系统原理框图发送端首先对信源出来的原始数据信号依次进行LDPC 信道编码、直序扩频调制、BPSK 调制，然后进入信道，信号在信道中加入高斯白噪声和窄宽单频干扰。

接收端收到信号后，首先将信号送入干扰抑制模块，然后进行同步（包括PN 捕获和PN 码跟踪），在同步之后完成解扩，再仅解调得到基带数据，最后通过LDPC 译码，恢复出发送的原始信息序列。

3.2直接扩频Matlab 仿真组成框图直接序列扩频的Matlab 仿真组成框图如图3-2所示。

图3-2 直接扩频仿真组成框图 由图3-2可以看出，在发送端，信码为)(t m ，其码元宽度为pT ，伪随机码为)(t p ,其码元宽度为bT ，进行模2运算后，得到)()()(t p t m t g ⊕=，码元宽度称为扩频出来增益，表示为式(3-2.1)。

(3-2.1)由于有bpT T<<，所以信码的频谱被展宽了，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)(t c 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)()()()()()()(t c t p t p t c t p t c t g =⊕⊕=⊕='，对)(t g '进行码元判决，pbT TG log10=即可得到原始的输入信号。

3.3 BPSK 调制二位相移控件（BPSK ）是扩频系统中最为常用的一种调制方式。

设扩频码为)(t c ，载波频率为ω，调相波可表示为)](cos[)(0t c t A t s ϕω+= （3-3.1）式中，ϕ是相位调制指数。

若规定在扩频码序列中，当0)(=t c 时，00)(=⨯=πϕt c ；当1)(=t c 时，πϕ=)(t c ，这种调制称为二相位相移键控。

这种二位相移键控信号可表示为⎩⎨⎧-=tA t A t s 0cos cos )(ωω 1c(t)0c(t)== （3-3.2）在实际运用过程中，扩频码通常采用双极性，即{}1,1)(+-=t c ，因此BPSK 信号可用下列平衡调制信号表示t t Ac t s 0cos )()(ω=（3-3.3）平衡调制器有二级管平衡调制器和桥式平衡调制器等多种形式。

当1)(=t c ，二极管1D 、2D 导通，输入为t A t s 0cos )(ω=，当1)(=t c 时。

二极管3D 、4D 导通，输出为t A t s 0cos )(ω-=。

即有：t t Ac t s 0cos )()(ω=，完成二相调制。

若考虑信息码为)(t d ，则直扩系统的BPSK 调制输出为tt c t Ad t s 0cos )()()(ω=（3-3.4） 式中，{}1)(±∈t d ，{}1)(±∈t c 。

3.3 m 序列m 序列是最长线性移位寄存器序列的简称。

它是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。

由于m 序列容易产生、规律性强、有许多优良的性能，在扩频通信中最早获得广泛的应用。

如图3-3所示，m 序列可由二进制线性反馈移位寄存器产生。

它主要由n 个串联的寄存器、移位脉冲产生器和模2加法器组成。

图中第i 级移存器的状态ia 表示，0=ia或1=ia，i=整数。

反馈线的连接状态用ic 表示，1=ic 表示此线接通（参加反馈），0=ic表示此线断开。

由于反馈的存在，移存器的输入端受控地输入信号。