扩频通信及MATLAB仿真

8）扩频通信的技术优点：
扩频通信之所以得到重视和发展，并成为近代通信主要研究和发展的方向，是因为它具 有其它通信系统不能与之相比的独特性能。
1) 抗同频干扰性能好。接收机采用相关运算只接收 PN 码相同的扩频信号，对所有载波 频率相同的信号或干扰具有很强的抑制能力。
2) 良好的抗衰落性能。一般信道中的衰落是有频率选择性的，不会对宽频带的扩频信号 接收产生太大的影响。 3) 抗多径干扰能力强。由于扩频系统中采用的 PN 码具有很好的自相关性，互相关性很弱， 不同的路径传输来的信号能容易地被分离开，并在时间和相位上重新对齐，形成几路信号功 率的叠加，从而改善了接收系统的性能，增加了系统的可靠性。
上述四种工作方式是最基本的工作方式，最常用的是直扩方式和调频方式 两种。但在实际通信系统中，仅仅采用单一工作方式不能达到所希望的性能是， 往往采用两种或两种以上的工作方式的混合形式。
6)本文主要讲述直接序列扩频通信的工作方式。
7）扩频通信常用的伪随机码：
常用的伪随机码主要有 m 序列、GOLD 序列、WALSH 码和 OVSF 码，其中最常见的是 m
>> x=sign(rand(1,code_length)-0.5);
%信息码
>> for i=1:20
s((1+(i-1)*800):iபைடு நூலகம்800)=x(i);
%每个信息码元内含 fs/f=800 个采样
点
end
>> %产生伪随机码
>> length=100*20; %伪码频率 5MHz,每个信息码内含 5MHz/50kHz=100
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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）扩频通信指的就是扩展频谱通信技术。它是一种非常重要的抗干扰通信技术， 目前已被广泛应用在军事与民用通信系统中。它与光纤通信、卫星通信一同 被誉为信息传输时代的三大高新技术通信方式。
3）扩展频谱通信系统是指待传输带基带信号用某个特定的扩频函数(与基带信
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号无关)扩展频谱后成为宽频带信号，然后再进行传输的一种系统。待传输的 基带信号就是信源发出的数字信号。特定的扩频函数通常选用各种伪随机序 列(扩频码)，其码元传输速率远大于基带信号速率，因而和基带信号相乘后 扩展了基带信号的带宽。它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于 信息本身的带宽。
>> %调制
>> fs=20e6;
>> f0=30e6;
>> for i=1:2000
AI=2;
dt=fs/f0;
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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;
5) 在实际应用中，扩频通信的基本工作方式有四种： 1.直接序列扩频(Direct Sequence Spreads Spectrum)工作方式，简称(DS)方式。 2.跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称(FH)方式 3.跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称(TH)方式。 4.宽带线性调频(Chirp Modulation) 工作方式，简称(Chirp)方式。
sign(x)：符号函数 (Signum function)。 当 x<0 时，sign(x)=-1； 当 x=0 时，sign(x)=0; 当 x>0 时，sign(x)=1。
程序如下：
>> code_length=20;
%信息码元个数
>> N=1:code_length;
>> rand('seed',0);
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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；
仿真结果如图 1-4、1-5、1-6 图 1-4 PN 码的仿真波形
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图 1-4 图 1-5 扩频码的仿真波形：
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
>> %扩频
>> k_code=s.*w_code; %k_code 为扩频码
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
%mgen.m
function[out]=mgen(g,state,N)
gen=dec2bin(g)-48;
end
>> %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;
直接序列扩频通信：
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。
典型的直接序列扩频系统框图如图 1-2
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图 1-2 典型的直扩系统频谱图：如图 1-3
图 1-3
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基于 matlab 的直接序列扩频仿真；
信息码的频率设为 50kHz，采样频率设为 40MHz。假设信源信息码的总长度为 20，则每个 信息码内含 40MHz/50kHz＝800 个采样点。通过 sign 函数，把 20 个(0，1)区间内的随机数 变成 20 个只用“1”与“－1”表示的信息码，而后再通过一个循环，对每一个信息码采样 800 次，共生成 16000 个采样点，每个点之间的间隔为 0.025μs。伪随机码频率设为 5MHz， 信息码频率为 50kHz，所以每个信息码内包含 5MHz/50kHz＝100 个伪码。通过调用一个产 生 m 序列的子函数 mgen.m，与一个长度为 20×100 的循环，就得到了伪随机序列 PN 码。
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
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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
2）多址通信主要包括：频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA）
3）利用多址通信可以很好的节约频谱资源，有效的利用信道的带宽。
扩频通信原理：
1）虽然多址通信可以很好的节约频谱资源，有效的利用信道的带宽。但是在实 际的传输过程当中，信道的干扰是非常严重的。因此我们引进了扩频通信技 术来改善信号在传输过程中的干扰以及保密问题。
4）扩频通信的理论依据是香农公式：
C=B log2(1+S/N)
式中，C 为信道容量，B 为信道带宽，S/N 为信道输出信噪比(从发射机发出的信 号噪声功率比)。根据此定理，当信道容量 C 一定时，信号带宽 B 和信噪比 S/N 是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程 度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也 是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通 信的基本思想和理论依据。
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序列。GOLD 码是 m 序列的复合码，是由 2 个码长相等，码时钟速率相同的序列优选对模 2 加构成，每改变 2 个序列相对位移就可得到一个新的 GOLD 序列。GOLD 序列具有良好的 自、互相关特性，且地址数远远大于 m 序列地址数，结构简单，易于实现，在工程上得到 较为广泛的应用。WALSH 函数是一种非正弦的完备正交函数系，具有理想的互相关特性， 两两之间的互相关函数为 0，亦即它们是正交的，因而在码分多址通信中，WALSH 函数可 以作为地址码使用，在 IS-95 中，正向传输信道就使用了 64 阶 WALSH 函数。OVSF 码是一 种正交可变扩频因子码，保证在不同时隙上的不同扩频因子的扩频码正交，而在每个时隙上 可使用的码的数目不固定，与每个物理信道的数据速率和扩频因子有关，OVSF 码在 TD-SCDMA 系统中得到了广泛使用。