直接序列扩频通信系统的仿真

成绩评定表

课程设计任务书

摘要

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。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。针对直接序列扩频通信广泛的应用，本文用Matlab仿真程序画出调制信号、载波、已调信号、相干解调之后信号的波形以及功率频谱密度，分析所设计系统性能，理解其原理。用 Matlab-Simulink仿真建立基于相干解调的直接序列扩频通信系统仿真模型，详细叙述模块参数的设置。先对直接序列扩频系统原理进行介绍，然后基于Simulink 的仿真，并对仿真结果做了详细的讲解分析，使其更加形象和具体。

关键词:直接序列扩频码分多址 MATLAB仿真 SINMULINK模块仿真

I

目录

1 课程设计目的 (1)

2 课程设计要求 (1)

3 相关知识 (1)

4 课程设计分析 (3)

5 仿真 (7)

6结果分析 (12)

7 参考文献 (15)

II

直接序列扩频通信系统的仿真

1.课程设计目的

（1）培养独立开展科研的能力和编程能力。

（2）掌握用MATLAB实现信号的PM调制。

（3）掌握MATLAB软件的使用。

2.课程设计要求

（1）掌握MATLAB使用方法，利用软件绘制图像。

（2）程序设计合理、能够正确运行。

3.相关知识

3.1扩频通信概念及分类

扩频通信是扩展频谱通信的简称。它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的

一种通信方式。

主要有以下几类：

1直接序列扩频

简称直扩（DS）。所传送的信息符号经伪随机序列（或称伪噪声码）编码后对载波进行调制。伪随机序列的速率远大于要传送信息的速率，因而调制后的信号频谱宽度将远大于所传送信息的频谱宽度。

2载波频率跳变扩频

简称跳频（FH）。载荷信息的载波信号频率受伪随机序列的控制，快速地在给定的频段中跳变，此跳变的频带宽度远大于所传送信息的频谱宽度。

3跳时（TH）

将时间轴分成周期性的时帧，每帧内分成许多时片。在一帧内哪个时片发送信号

1

由伪码控制，

由于时片宽度远小于信号持续时间从而实现信号频谱的扩展。

4脉冲调频

发信端发出射频脉冲信号，在每一脉冲周期中频率按某种方式变化。在收信端用色散滤波器解调信号，使进入滤波器的宽脉冲前后经过不同时延而同时到达输出端，这样就把每个脉冲5信号压缩为瞬时功率高、但脉宽窄得多的脉冲，因而提高了信扰比。这种调制主要用于雷达，但在通信中也有应用。

6混合扩频

几种不同的扩频方式混合应用，例如：直扩和跳频的结合（DS/FH），跳频和跳时的结合（FH/TH），以及直扩、跳频与跳时的结合（DS/FH/TH）等。

3.2直接序列扩频定义

直接序列扩频（DirectSequenceSpreadSpectrum）工作方式，简称直扩方式（DS方式）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列扩频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。

3.3直接序列扩频的基本原理

直接序列扩频（direct sequence spread spectrum）直接用具有高码片（chip）速率的扩频码序列去扩展数字信号的频谱。简称直扩（DS）。在接收端，用相同的扩频码序列将频谱展宽的扩频信号还原成原始信号。

图3-1 直接序列扩频通信系统的原理框图

图3-1是直接序列扩频通信系统的原理框图。欲传输的数字信号与码片速率很高的扩频码进行调制，其输出为频谱带宽被扩展的信号，这个过程称为扩频。

2

扩展频谱信号再变换为射频信号发射出去。

在接收端，射频信号经过变频后输出中频信号，通常是N个发射信号和干扰及噪声的混合信号。它与发端相同的本地扩频码进行扩频解调（解扩），使宽带信号变为窄带信号。再经信息解调器恢复成原始数字信号。扩展频谱的特性取决于所采用的扩频码序列的码型和码片速率。为了获得具有近似噪声的频谱，采用伪噪声（PN）序列作为扩频系统的扩频码。

图3-2 扩频和解扩的频谱变化过程

采用码片速率很高的PN码序列进行扩频调制，扩频信号的带宽可达1~100MHz。通过扩频解扩处理能够提高抗干扰能力。扩展频谱信号在接收端做相关解扩处理，有用信号被解扩为窄带谱信号；宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带干扰信号则被本地伪码扩展成为宽带谱。用一个窄带滤波器排除带外的干扰，这样窄带内的信噪比就大大提高了。

4.课程设计分析

4.1直接序列扩频的基本原理

3

4

在发送端输入信息码元m （t ），它是二进制数据，图中为0、1两个码元，其码元宽度为b T 。加入扩频解调器，图中为模2加法器，扩频码为一个伪随机码（PN 码），记作p （t ）。伪码的波形如图 4-1 中的第（2）个波形，其码元宽度为p T ，且取b T =16p T 。通常在DS 系统中，伪码的速率p R 远远大于信码速率m R ，即()()()c t m t p t =⊕p R m R ，也就是说，伪码的宽度p T 远远小于信码的宽度b T ，即p T b T ，这样才能展宽频谱。模2加法器的运算规则可用下式表示

()()()c t m t p t =⊕ （4—1）

当m （t ）与p （t ）符号相同时，c （t ）为0；而当m （t ）与p （t ）不同时，则为1。c （t ）的波形如图4-1所示中的第（3）个波形。由图可见，当信码m （t ）为0时，c （t ）与p （t ）相同；而当信码m （t ）为1时，则c （t ）为p （t ）取反既是。显然，包含信码的c （t ）其码元宽度已变成了p T ，即已进行了频谱扩展。其扩展处理增益也可用下式表示

10l g b p p

T

G T = （4—2）

在b T 一定的情况下，若伪码速率越高，即伪码宽度（码片宽度）p T 越窄，则扩频处理增益越大。

经过扩频，还要载频调制，以便信号在信道上有效的传输。图中采用二相相移键控方式。调相器可由环行调制器完成，即将c （t ）与载频1cos A t ω相乘，输出为()1s t 。即

()()11cos s t c t A t ω= （4—3）

式中，

()1011c t ⎧⎪=⎨- ⎪⎩当二进制序列为码当二进制序列为码

（4—4）

因此，经过扩频和相位调制后的信号()1s t 为