无线课程设计实验报告

扩频实验报告

学院：电子信息工程学院

专业：通信工程

组员：12211008 吕兴孝

12211010 牟文婷

12211096 郑羲

12211004 冯顺

任课教师：姚冬萍

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实验四扩频实验

一、实验目标

在本实验中你要基于LabVIEW+USRP平台实现一个扩频通信系统，你需要在对扩频技术有一定了解的基础上编写程序，完成所有要求的实验任务。在这一过程中会让你对扩频技术有更直接和感性的认识，并进一步掌握在LabVIEW+USRP平台上实现通信系统的技巧。

二、实验环境与准备

软件环境：LabVIEW 2012（或以上版本）；

硬件环境：一套USRP和一台计算机；

实验基础：了解LabVIEW编程环境和USRP的基本操作；

知识基础：了解扩频通信的基本原理。

三、实验介绍

1、扩频通信技术简介

扩频通信技术是一种十分重要的抗干扰通信技术，可以大大提高通信系统的

抗干扰性能，在电磁环境越来越恶劣的情况下，扩频技术在诸多通信领域都有了

十分广泛的应用。

扩频技术简单来讲就是将信息扩展到非常宽的带宽上——确切地说，是比数

据速率大得多的带宽。在扩频系统中，发端用一种特定的调制方法将原始信号的

带宽加以扩展，得到扩频信号；然后在收端对接收到的扩频信号进行解扩处理，把它恢复为原始的窄带信号。

扩频系统之所有具有较强的抗干扰能力，是因为接收端在接收到扩频信号后，需要通过相关处理对接收信号进行带宽的压缩，将其恢复成窄带信号。对于

干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，所以会被扩展到很宽的频带上，使之进

入信号带宽内的干扰功率大幅下降，即增加了相关器输出端的信号/干扰比。因

此扩频系统对大多数人为干扰都具有很强的抵抗能力。

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2、发射端程序简介

本实验包括发射端和接收端两个主程序，其中发射端主程序top_tx 的前面板如图1所示。

图1 发射端程序前面板

前面板上部的选项卡控件中可以配置各项参数。在硬件参数部分中可以配置USRP 的IP 地址、载波频率等参数；在信号参数部分中可以配置调制方式、设配采样速率、成型滤波器等参数；在信道模型参数部分中你可以选择不同的信道模型并设置噪声功率；在右侧你可以设置扩频码的长度。在前面板下方为显示界面，包括发送信号的时域/频域波形以及星座图和眼图。

发射端的程序框图主要由两部分组成。

主程序框图左侧的transmitter 子程序完成发射信号的生成、扩频、调制等功能，程序框图如图2所示。

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图2 transmitter 的程序框图

图中source 子程序产生固定长度的随机比特流；条件结构内完成信源的扩频操作；其中的DSSS 子程序用来对信源数据进行扩频；MOD 子函数完成比特流的调制；Add control 子函数的作用是添加训练序列，以便接收端进行同步；Pulse shaping 子函数用来完成脉冲成形；最后TX apply channel 实现发送端的信道自适应。output complex waveform 即为输出的波形。

发射端主程序框图其余部分的功能是将transmitter 子程序产生的output complex waveform 通过USRP 进行发射。

3、接收端程序简介

接收端主程序top_rx 的前面板如图3所示。

图3 接收端程序前面板

与发射端程序类似，接收端主程序前面板上部为各项参数的输入，例如硬件参数、扩频参数、同步参数等。前面板下部显示生成的图形，包括星座图、眼图、信噪比/误码率曲线等。

接收端端的程序框图也主要由两部分组成。

主程序框图右侧的receiver.vi 子程序主要完成发射信号的接受、同步、解扩和解调等功能，程序框图如图3所示。

图3 receiver.vi 的程序框图

其中RX init子程序是接收机的初始化；matched filter子程序完成匹配滤波；synch子程序使同步模块，完成收发同步；channel estimated子程序完成信道估计；equalize子程序的作用是信道均衡；strip control子程序用来删除控制信息，

即训练序列；decode子程序实现信号的解调；DE-DSSS子程序用来实现解扩；error detect子程序的作用是计算误码率。

接收端主程序框图的其他部分主要用来完成USRP的配置、计算信噪比/误

码率曲线以及生成所需的图形。

四、实验任务

1、DS-SS.vi子程序

DS-SS子程序的作用是对信源进行直接扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）。其原理是利用10个以上的chips来代表原来的0或1，使得原来较高功率、较窄的频谱变成具有较宽频的低功率频谱，这种特性类似于噪声功率谱，因此接收端只有知道正确的扩频码才能进行正确的接收，进而增加了传输的可靠性。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN码（伪随机码、chip）进行同或运算。例如，在发射端用11000100110代替"1"，用00110010110代替"0"，这个过程就实现了扩频。上述过程如图4所示。

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图4 扩频的实现过程

前面板：

图6 DS-SS 前面板

DS-SS 程序框图：

图7 DS-SS 程序框图

实验步骤：

1、首先产生所需长度的伪随机序列（PN 序列）：

PN 序列（Pseudo-noise Sequence ）即伪噪声序列，这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性，但和真正的随机信号不同，它可以重复产生和处理，故称作

伪随机噪声序列。PN 码最见的用途是在扩频系统中用来扩展信号频谱；此外PN

码也可以用来作为信源信息。