基于Simulink的直扩通信仿真研究

图１直扩系统组成框图
１．３扩频增益与干扰容限
扩频增益与干扰容限是扩频系统的２个重要的 抗干扰指标。
在扩频系统中，传输信号在扩频和解扩的处理 过程中，通信系统的抗干扰性能得到提高，这种扩频 处理得到的好处，称之为扩频系统的扩频增益，又称
为处理增益。其定义为接收相关处理器输出与输入
信噪比的比值，一般用分贝表示，即：
◆
匝围小［ 发信号卜—１ Ｖ
１
－厂五ｉ石ｘ］
２
图３信源子系统结构 仿真模型采用了先扩频后调制的方法，其运行 过程如下：信源信号与伪随机序列进行异或运算（扩 频），然后进入卷积编码器和缓存器，将扩频信号变 换成Ｍ—ＤＰＳＫ所需的向量信号，调制后的信号进入 加性高斯白噪声信道，传输环境信噪比为～２０ ｄＢ。 在接收端，信号首先经过Ｍ—ＤＰＳＫ解调器，然后与 伪随机序列进行异或运算（解扩）。由于信号在前面 的处理中占用了一定的时间，因此这时参与解扩的 伪随机序列信号必须有一定的延迟，以保证正常的 解扩。最后，通过误码率计算得出仿真结果。在信 号的处理中，信号数据类型发生了一定变化，为了满 足需要在仿真模型中加入了数据转换模块。
信息速率提高扩频增益，例如语音压缩技术等，这样 可降低信息速率，从而提高系统的扩频增益。
所谓干扰容限，是指在保证系统正常工作的条
件下，接收机所能承受的干扰信号比有用信号高出 的分贝数，用Ｍ，表示，则：
Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是Ｍａｔｌａｂ中的一个建立系统方框图 和基于方框图级的系统仿真环境，是一个对动态系 统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析的软件包。 使用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ可以更加方便地对系统进行可视化 建模，并进行基于时间流的系统级仿真，使得仿真系 统建模与工程中的方框图统一起来，并且通过可视 化模块近乎“实时”地将数据输入输出显示出来，使 得系统仿真工作大为方便。
直接序列扩频通信
１．１ 理论基础 扩频系统包括４种扩频方式：直接序列扩频、跳
频、跳时和线性调频。直接序列扩频是扩频技术的 基本方式之一。其理论基础源于香农定理：在高斯 白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称
信道容量）为：
Ｃ＝Ｂｌｏｇｚ（１＋ｓ／Ｎ）
（１）
式中：Ｃ为信道容量；Ｂ为信号带宽；Ｓ为信号平
ｒ模型各个模块的设计。在给定的仿真条件下，对仿真模型进行了运行测试，结果符合预期效果。同时利用仿真模
型研究了直扩通信系统扩频增益、干扰容限与误码率及信道信噪比之间关系，为其抗十扰的实际应用奠定了基础。
关键词：直接序列扩频通信；增益；十扰容限
中图分类号：；ＴＰ３９１．９；ＴＮ９１４．４２
文献标识码：Ａ
３ 结论
通过原理分析和仿真试验结果表明，基于二次 相位差的单站无源定位方法，在使用长基线干涉仪
得到精度较高的相位差信息的同时，也解决了单个 长基线干涉仪相位差测量中的２兀模糊问题。
该算法计算比较简单，实现容易，具有很强的实 用性，是一种有效的定位方法，定位精度高，收敛速 度快，对于确定具体定位与跟踪系统战术指标具有 实用价值，其应用前景是令人鼓舞的。
—７３２．
心 ］ Ｋａｕｆｍａｎ Ｍ Ｇ．Ｒａｄｉｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｅｏｍ— ｂｉｎｅｒ ｒｏｏｄ ＩＩ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｓｐａｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ
Ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ，１９６４，１０（１）：１１６—１２３．
口 ］ 龚享铱，袁俊泉，苏令华．基于相位干涉仪阵列多组解 模糊的波达角估计算法研究［Ｊ］．电子与信息学报，
万方数据
图４仿真运行结果 首先，通过已建立的直扩通信系统模型来研究 扩频增益与误码率和信噪比的关系。增加扩频增益 的方法主要有２种：一种是降低信源的速率；另一种 是提高伪随机码的速率。这里采用后一种方法，保 持信源速率不变，通过提高伪随机码的速率来提高 扩频增益。将伪随机码的速率增加到３１ ｋｂ／ｓ，这时 伪随机码的速率与信息速率的比值为３１０，即扩频 增益为２４．９１ ｄＢ。分别在扩频增益为１４．９１ ｄＢ和 ２４．９１ ｄＢ的情况下，通过不断改变信道信噪比运行 仿真模型得到误码率，进而说明扩频增益与信噪比 和误码率的关系。 从图５中可以看出，随着信噪比的增大，误码率 趋近于０，随着信噪比的增加，扩频增益不同的通信 系统分别趋近于某一特定误码率，而不是趋近于ｌ， 扩频增益大的所趋近的误码率小。在信噪比较大的 时候，不同扩频增益所得到的误码率基本相同；当信 噪比达到较小阶段时，扩频增益较大的系统便显现 出在误码率上的优越性。 干扰容限与误码率、信噪比的关系与扩频增益 基本类似，可以通过公式（４）求得，这里不再赘述。
２．１ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
Ｇ，一鲁＝簧
㈣
式中：Ｂ。为扩频信号射频带宽；Ｂ，为传输信息带宽； 尺，为伪随机码速率；Ｒ。为信息速率。
可见，直扩系统的扩频增益为扩频信号射频带
宽与传输信息带宽的比值，或为伪随机码速率与信 息速率的比值，即扩频系统的扩频倍数。一般情况 下，提高扩频增益可通过提高伪随机码的速率来实 现，但这样会增加系统的复杂度。因此，可通过降低
文章编号：ＣＮ３２—１４１３（２００８）０５—００１０—０３
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｔｈｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ
Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
ＮＩＵ Ｈａｉ，ＺＨＥＮＧ Ｊｉａｎ—ｙｕｎ，ＺＨＵ Ｙｉ—ｓｈｅｎｇ
２．２仿真模型建立与模块设计 根据直扩系统的原理，利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立～个
先扩频后调制的直扩系统仿真模型，如图２所示。 基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立仿真模型方便、直观，在仿真运 行的过程中可以实时地观察信号的变化。
万方数据
图２直扩系统Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型
１２
舰船电子对抗
第３１卷
信源子系统：在脉冲发生器控制下，触发产生２ 种信号，“输出１”输出随机二进制整数作为信源信 号，“输出２”输出伪随机序列用于扩频和解扩，其初 始状态、采样时间可根据实际需要设定，如图３ 所示。
２００８年１０月 第３ １卷第５期
舰船电子对抗
ＳＨＩＰＢＯＡＲＤ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ｃ（）ｕＮＴＥＲＭＥＡｓｕＲＥ
Ｏｃｔ．２００８ Ｖ０１．３１ Ｎｏ．５
基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的直扩通信仿真研究
牛 海，郑剑云，朱义胜Fra Baidu bibliotek
（海军大连舰艇学院，大连１１６０１８）
摘要：以扩频理论为基础，利用Ｍａｔｌａｂ的可视化工具Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了直接序列扩频通信系统的仿真模型，详细阐述
均功率；Ｎ为噪声功率。 由Ｓｈａｎｎｏｎ公式可看出：在一定的信道容量
下，可通过增加信号带宽来减小发送信号功率，也可 通过增加发送信号功率来减小信号带宽。也就是
说，在信道容量不变的条件下，信号功率和信号带宽 可以互换。
收稿日期：２００７—１２—２０ 海军大连舰艇学院科研基金资助项目
万方数据
第５期
牛海等：基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的直扩通信仿真研究
３仿真运行及结果分析
３．１ 仿真运行
初始运行条件设定：信源速率１００ ｂ／ｓ，幅值为 １；伪随机序列采用５级、周期为３１的ｍ序列，传输 速率为３．１ ｋｂ／ｓ；载波频率为３ ｋＨｚ，功率１ ｗ；信 道信噪比为一２０ ｄＢ；仿真时间为１０ ｓ。由公式（３） 可知，该仿真系统可获得３ １倍的扩频增益，即
２００６，２８（１）：５５—５９．
Ｉ！｜ ］ Ｃｚａｒｎｅｅｋｉ Ｓｔｅｖｅｎ Ｖ，Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｊａｍｅｓ Ａ，Ｇｒａｙ Ｃｌｉｆｆｏｒｄ Ｍ，ＶｅｒＷｙｓ Ｇｅｏｒｇｅ Ａ。Ｃａｒｌ Ｇｅｒｓｔ．Ｓｅｌｆ—ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ＬＢＩ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ［Ｐ］．Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ：５８３５０６０，
参考文献
口 ］ ｗｉｌｌｉａｍ Ｓ Ｍ Ｃ，Ｉａｍｅ Ｂ Ｙ Ｔ，Ｖｅｒｎｏｎ Ｌ Ｂ．Ａ ｎｏｉｓｅ ｉｎ— ｓｅｎｇｉｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｏ ａｎ ａｍｂｉｇｕｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｉｎ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ＥＪ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ ＡＥＳ，１９８９，２５（５）：７２９
ｑ＝１。ｌｇ丽Ｓｏ／Ｎｏｉ
（２）
Ｍ＝Ｇｐ一［Ｌｓ＋（号）。］
（４）
Ｊ’
式中：Ｌ：为系统内部损耗；（Ｓ／Ｎ）。为系统正常工
作时要求的最小输出信噪比；Ｇ。为系统的扩频
增益。
干扰容限直接反映了扩频系统接收机可能抵抗
的极限干扰强度，只有当干扰机的干扰功率超过干
扰容限后，才能对扩频系统形成干扰。
２ 仿真实现
对于直扩系统，扩频增益为：
１１
１．２直接序列扩频系统组成
图１为直扩系统的组成框图。由信源输出的信 号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行相加，产 生速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用 扩频序列去调制载波。在接收端，接收到的扩频信 号经高放和混频后，用与发端同步的伪随机序列对
中频扩频调制信号进行相关解扩，然后再进行解调， 恢复出所传输的信息。对于干扰和噪声而言，由于 与伪随机码不相关，在相关解扩器的作用下，相当于 进行了一次扩频，其谱密度降低，这样就大大降低了 进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信 噪比和信于比提高。从而提高系统的抗干扰能力。
Ｏ引 言
扩频通信系统具有很强的抗干扰性能，其多址 能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，其在 美空军通信卫星系统、联合战术信息分发系统中的 应用充分显示了它们的抗干扰能力。本文利用 Ｍａｔｌａｂ的可视化工具Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对直接序列通信系 统进行了仿真，对其扩频增益、干扰容限与误码率及 信道信噪比的关系进行了研究，为直接序列扩频电 台在干扰环境下的应用提供了依据。
Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
误码率 Ｏ
Ｏ Ｏ Ｏ
图５扩频增益与误码率和信噪比的关系 （下转第１６页）
１６
舰船电子对抗
第３１卷
处的目标，用１２ ｓ左右时间，定位点可以显著收敛 到１０％，最后定位误差在２ ｋｍ左右，定位精度达 ２％，满足实际应用的需要。
图３试验场景 误差收敛曲线（相位随机误差１０。）
图４误差收敛图
１４．９ｌ ｄＢ。
图４显示了信源信号、伪随机序列信号和信宿 信号，仿真最终的误码率为０．３％，因此直扩通信系 统模型满足仿真要求。
从图４可以看出信源信号和信宿信号发生了延 迟，因此在计算误码率的过程中要对误码率计算模 块的设定进行调整，否则就不会真实地反映出误码 率情况。
３．２抗干扰指标与误码率及信道信噪比的关系 抗干扰指标包括扩频增益和干扰容限。
（Ｄａｌｉａｎ Ｎａｖａｌ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ（ＤＳＳＳ）ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｖｉｓｉｂｌｅ ｔｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｌａｂ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｅａｃｈ ｍｏｄｕｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｇｉｖｅｎ ｓｉｍｕ— ｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｒｕｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ａｎｓｗｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ ｅｆｆｅｃｔ．Ｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｇａｉｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒ— ｅｎｃｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ＤＳＳＳ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｅｒｒｏｒ ｒａｔｉｏ，ＳＮＲ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａ— ｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｓｐｒｅａｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｇａｉｎ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ