设计报告--005---直接序列扩频系统的SIMULINK建模与仿真

直接序列扩频系统的SIMULINK建模与仿真

一．直接扩频发射机系统

设数据传输率为100 bps，扩频码片速率为2000chip/s，采用m序列作为扩频序列，以BPSK为调制方式。试建立扩频系统仿真模型并仿真观察其数据波形、扩频输出波形以及扩频调制输出的频谱。

仿真模型如图5-1所示。Bernoulli Binary Generator用于产生数据流，其采样时间设置为0.01s，这样输出的数据速率为100bps。PN Sequence Generator用于产生伪随机扩频序列，其采样时间设置为0.0005s，这样输出的码片速率为2000chip/s。为了使扩频模块（乘法器）上的数据采样速率相同，需要对数据流进行升速率处理。Unipolar yo Bipolar Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换。乘法器输出就是扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。扩频输出信号以BPSK方式进行调制。模型中采用了调制的等效低通模型来实现，调制输出信号是复信号，采样率为2000次/s。调制也可采用通带模型来实现。为了使频谱观察范围达到4kHz，需要被观察信号的采样率达到8000次/s，为此，以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样率提高到8000次/s。

图5-1 直接扩频发射机仿真系统模型

仿真执行后，两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱，采用BPSK调制的等效低通模型时，调制前后的功率频谱相同，如图5-2所示。可见，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。仿真输出的时域波形结果如图5-3所示，图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形，当数据为+1时，扩频输出就是对应的PN序列，当数据为-1时，扩频输出是PN序列的反相结果。

图5-2 直接扩频发射机扩频前后的信号频谱仿真结果

分析：图5-2分别为扩频之前与扩频之后的频谱图，由图可知，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。

图5-3 直接扩频发射机扩频前后的信号波形仿真结果

分析：图5-3仿真输出的时域波形结果分别显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形，由图可见当数据为+1时，扩频输出就是对应的PN序列，当数据为-1时，扩频输出是PN序列的反相结果。

二．直接扩频传输系统

仿真模型如图5-4所示。其中发射机子系统CDMA Trans.是发射系统的封装，内部结构如图5-1所示，信道由AWGN Channel模块、采样率为2000次/s的300Hz 离散正弦波源以及加法器模块组成。接收机的本地PN序列由和发射机中完全相同参数的PN Sequence Generator模块和单极性转换模块构成，其同步的双极性伪随机码送入解扩器中与接收信号相乘进行解扩，然后送入BPSK解调器等效基带模型进行解调和解码。由于解扩信号的采样率为2000次/s，而BPSK基带数据

信号速率为100bps，其采样率亦为100次/s，故BPSK解调器中应设置Samples per symbol参数设置为20.BPSK解调输出是是单极性的二进制数据，经过单极性变换并进行升速率采样后送入频谱仪观察功率谱。接收机中以Bernoulli Binary Generator产生与发送数据相同的数据流，并延迟2个数据码元宽度以补偿接收延时，然后对比解调数据流，显示数据波形并统计误码率。

图5-4 直接扩频传输系统仿真模型

执行仿真后得到的信道传输信号频谱、解扩输出信号频谱如图5-5所示。AWGN信道中噪声方差设置为10。可见，经过信道传输并添加单频干扰后，扩频信号被淹没在噪声和干扰中。由于信道中的信号采样率为2000次/s，所以300Hz的单频正弦波干扰在频率2000×n+-300Hz处也存在谱线。解扩后，原来被展宽的信号频谱将被收缩成带宽为100Hz的BPSK调制信号，而单频正弦干扰以及噪声信号将被解扩器进行频谱扩展。接收机BPSK解调输出信号的频谱与发送数据信号的频谱相同，如图5-6（左）所示。在方差为6的零均值加性高斯白噪声，以及幅度为1的100Hz单频干扰下，该扩频系统的传输错误比特率仿真结果约为0.01099。仿真收发数据波形对比如图5-6（右）所示，有误码出现。

图5-5 直接扩频传输系统频谱仿真结果：信道传输信号与解扩输出信号分析：图5-5为信道传输信号频谱和解扩输出频谱。由图可见，解扩后原来被展宽的信号频谱被收缩成带宽为100Hz的BPSK调制信号，而单频正弦干扰以及噪声信号将被解扩器进行频谱扩展。

图5-6 BPSK解调输出信号的频谱图和直接扩频传输系统收发数据流波形分析：图5-6右图的仿真波形图为发送数据流与接收数据流，从波形图中可以发现误码的位置，误码出现的位置是随机的。