直接序列扩频
wifi基础：直接序列扩频技术
1 wifi 基础：直接序列扩频技术1.1 概述直接序列扩频系统是目前广泛应用的一种扩展频谱系统。
直接序列扩频通信开始出现于第二次世界大战，是美军重要的无线保密通信技术。
现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。
美国的国际卫星通信系统和全球定位系统都是直接序列扩频系统的应用实例。
直接序列扩频（DSSS ），（Direct seqcuence spread spectrdm ）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。
它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN 码（伪噪声码）进行摸二加。
例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。
这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB 以上，从而有效地提高了整机信噪比。
1.2 扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。
直接序列扩频系统
5.1 直扩系统的组成与原理5.1.1 组成与原理前面已经说过：所谓直接序列(DS)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。
而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。
图5－1为直扩系统的组成与原理框图。
图5－1在图5－1(a)中，假定发送的是一个频带限于fin以内的窄带信息。
将此信息在信息调制器中先对某一副载额fo进行调制(例如进行调幅或窄带调频)，得到一中心频率为fo而带宽为2fin的信号，即通常的窄带信号。
一般的窄带通信系统直接将此信号在发射机中对射频进行调制后由天线辐射出去。
但在扩展频谱通信中还需要增加一个扩展频谱的处理过程。
常用的一种扩展频谱的方法就是用一高码率fc的随机码序列对窄带信号进行二相相移键控调制见图5－1(b)中发端波形。
二相相移键控相当于载波抑制的调幅双边带信号。
选择fc ＞＞ fo＞ fin。
这样得到了带宽为2fc的载波抑制进行调制的宽带信号。
这一扩展了频谱的信号再送到发射机中去对射频fT后由天线辐射出去。
信号在射频信道传输过程中必然受到各种外来信号的干扰。
因此，在收端，进入接收机的除有用信号外还存在干扰信号。
假定干扰为功率较强输的窄带信号，宽带有用信号与干扰信号同时经变频至中心频率为中频fI 出。
不言而喻，对这一中频宽带信号必须进行解扩处理才能进行信息解调。
解扩实际上就是扩频的反变换，通常也是用与发端相同的调制器，并用与发端完全相同的伪随机码序列对收到的宽带信号再一次进行二相相移键控。
从图5－1(b)中收端波形可以看出，再一次的相移键控正好把扩频信号恢复成相移键控前的原始信号。
从频谱上看则表现为宽带信号被解扩压缩还原成窄带信号。
这一窄带信号经中频窄带滤波器后至信息解调器再恢复成原始信息。
但是对于进入接收机的变窄带干扰信号，在收端调制器中同样也受到伪随机码的双相相移键控调制，它反而使窄带干扰变成宽度干扰信号。
由于干扰信号频谱的扩展，经过中频窄带通滤波作用，只允许通带内的干扰通过，使干扰功率大为减少。
直扩系统的组成原理
三、 直扩信号的发送与接收
f0
f0＋fif 本地 振荡器
平衡 调制器1 f0＋fif
fif 相关 输出至中 放
平衡 调制器2
本地 参考信号
本地 码 0
图10-5 外差相关解扩
三、 直扩信号的发送与接收
图 10-6(a) 示 出 一 直 扩 接 收 机 的 简 化 方 框图。 输入信号除直扩信号外, 还有连续 载波干扰和宽带信号干扰。在图10-6(b)中 示出三种信号的处理过程。
二、 几种常用的伪随机码
1. m序列 m序列是最长线性移位寄存器序列的简 称。 图10-2(a)为一最简单的三级移位寄存 器构成的m序列发生器。
二、 几冲 (a )
输出 11 100 10
输入
输出
00
0
10
1
01
1
11
0
(b )
D1
D2
D3
1
1
1
0
1
1
0
0
1
故直扩系统有足够高的Gp时, 对宽带噪
声是有很好的抗干扰作用的。 对于部分频 带噪声干扰, 由于能量相对集中, 对直扩系 统的危害比宽带噪声要大一些。
换言之, 直扩系统对其抗干扰性低于对 宽带噪声的抗干扰性。
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三、 直扩信号的发送与接收
直扩信号 连续载波干扰 宽带信号干扰
相关器输入
相关器
相关器输出
本地参考信号 (a )
相关器输出
带通滤波器
有用信号输出加上 处理后的干扰
带通滤波器输出
直扩信号
信号调制载波
信号调制载波
直接序列扩频通信系统
4.1.3 频谱特性 时域信号的乘积，则频谱是两个信号频谱 的卷积。
4.2 直接序列扩频系统的射频带
宽与处理增益
4.2.1 射频带宽 主瓣的带宽为：Rc 主瓣的3dB带宽为：0.44Rc PSK调制时候射频带宽为2Rc
4.2.2 处理增益 处理增益跟信号速率和扩频码速率有关。 影响处理增益的因素： 1：信号的传输速率（取决于奎斯特速率） 2：射频带宽（取决于扩频码速率）
A A z (t ) d o (t Td ) cos( 2f IF ) d e (t Td ) sin( 2f IF ) 2 2
3. 双通道QPSK直接序列扩频系统
s(t ) Ad1 (t )c1 (t ) cos(2f 0t ) Bd 2 (t )c2 (t ) sin( 2f 0t )
冗余传输： 用若干个频率传输一个比特信息。 c c x 当有冗余时的情况： c x Pe x p (1 p) xr p=N/J 没有冗余时候的误码率 N 频率数 J 被干扰的信道数 R 错误判决数 C 一比特信息码所发送的频率切普数
10 lg( kTB)dB 128.78dB
若射频带宽提高到200MHz，则：
G p 37.95dB
接收机干扰电平为：-130.95dB，和热噪 声差不多了。所以进一步加大射频带宽， 输出信噪比也不会有很大改善。 如果把信号速率压缩到2.4kb/s时，处理 增益为43.19dB
4.3 直接序列系统中信息的发送
例子： 若允许射频带宽为10MHz，信息信号 的速率为1kbps，为确保临近频道不发生 串扰和频率重叠，每个信道多宽？最多能 有多少跳频数？ 信息速率1kbps，则带宽为2KHz。 跳频数：10M/2K=5000
CDMA通信技术-3解析
出信噪比为：
(S
/
N)
T 0
(d~(t
)d
(t
))
dt
2
N0 T
2
（3.19）
利用 Schwartz不等式,得到
(S / N )
T 0
(d~(t))2 dt S~ / N
N0
2
(3.20)
可见：使用经过同样滤波特性处理的本地扩频序列信号去解扩， 能得到更好的相关输出信噪比。
22
在图3.1中，发射信号是 用平衡调制器产生的抑 制载波的扩频信号，接 收机要接收这个信号并 实现对抑制载波的跟踪， 如 图 3.l(b) 的 上 部 电 路 所示。
【例】一个扩频系统的处理增益G=35dB，要求误码率小于 10-5 时 ， 解 扩 解 调 器 输 出 的 最 小 信 噪 比 (S/N)out=10dB ， 系 统 损 耗 Ls=3dB。
则干扰容限 Mj=35-(10+3)=22dB
含义： 该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率高22dB的
情况下正常工作 该系统能在接收输入信噪比大于或等于-22dB的环境下正
其中：d(t)(+1,-1)是信息数据序列，出现“+1”和“-1”的概率相等，各为 1/2,且数据码宽为T。
n(t)为带限高斯白噪声：
n(t) 2n1(t) cos(0t ) 2n2(t)sin( 0t )
(3.29)
经过带通滤波器BPF1后，信号x(t)为：
x(t) 2Ad~(t)sin( 0t ) n~(t)
Re
1
2
S
pn
(
)
H
B
(
)e
j
(
)
直扩与跳频比较
1.问题提出：直接序列扩频与跳频特性比较2.相关资料查询：直接序列扩频系统：直接序列扩频系统（DS）又称为伪噪声系统（PN），是将要发送的信息用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信号。
图2 -1 直接序列扩频原理图跳频：跳频系统（FH）的载频受一伪随机码的控制，不断地、随机地跳变，可看成载频按照一定规律变化的多频频移键控。
图2-2 跳频原理图3.特性比较：扩频方式优点缺点DS 1.通信隐蔽性好2.信号易产生，易实现数字加密3.抗多径干扰1.同步要求严格2.“远-近”特性不好FH 1.频谱利用率高2.有良好的“远-近”特性3.快跳可避免瞄准干扰1.信号隐蔽性差2.快跳频率合成器难做4.详细分析：直接序列扩频与跳频是通信中用得最多的扩频方式，由于这两种系统抗干扰机理不同，它们有各自不同的长处与不足，现就两种系统进行详细的分析：直接序列扩频的优点：1.通信隐蔽性好：由于信号经过扩频调制后频谱被大大扩展，使信号的功率谱密度大大降低，接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低，即信号完全淹没在噪声中，这样对其他同频段电台的接收不会形成干扰，信号也就不容易被发现，进一步检测出信号就更难，所以有非常高的隐蔽性。
2.信号易产生，易实现数字加密：直接序列扩频是对PN码的处理，PN码是一种周期码，可以预先确定并可重复地产生和复制，具有类似白噪声随机特性的二进制码序列，PN码序列中0,1出现的概率各为1\2，且在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环，具有一定的规律性，所以实现起来比较容易。
3.抗多径干扰：直接序列扩频系统要用伪随机码的相关接收，只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度，这种多径不会对直扩系统形成干扰,甚至还可以用这些多径能量来提高系统性能。
直接序列扩频的缺点：1.同步要求严格：由于直接扩频的伪随机码速率比跳频伪随机码速率要高很多，而且码也长得多，因此，直扩对同步精度要求高。
直接序列扩频技术在无线通信中的
直接序列扩频技术能够抵抗多普勒效应，保证高速移动通信的稳 定性。
05
直接序列扩频技术在无线通信 中的实例分析
实例一：无线局域网（WLAN）中的应用
1 2
扩频技术
在无线局域网中，直接序列扩频技术被用于对 数据进行编码和传输。
抗干扰能力
由于使用了扩频技术，无线局域网可以在复杂 的电磁环境中提高抗干扰能力。
通过扩频技术可实现信号 隐蔽传输，提高通信的保 密性。
直接序列扩频技术在无线通信中的实现方式
采用伪随机二进制序列进行调制
01
将信息信号与伪随机二进制序列进行调制，实现信号的扩频。
通过相关解调技术进行解调
02
在接收端，使用相关解调技术将扩频信号解调为原始信号。
可实现多用户同时接入
03
通过不同的伪随机二进制序列实现多个用户同时接入，提高频
直接序列扩频技术 在无线通信中的应 用
2023-11-05
目录
• 引言 • 直接序列扩频技术概述 • 无线通信中的直接序列扩频技术 • 直接序列扩频技术的性能分析 • 直接序列扩频技术在无线通信中的实例分析 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
无线通信在现代社会中的普及程度不断提高，尤其在移动通 信和互联网接入方面。
扩频技术定义
扩频技术是一种用宽带信号传输信息的方式，其信号所占用的带宽远大于所传输的信息所需的带宽。
扩频技术特点
抗干扰能力强、抗多径衰落能力强、抗噪声干扰能力强、抗人为干扰能力强、保密性好。
直接序列扩频技术的原理
• 直接序列扩频技术原理：直接序列扩频技术是将待传输信息 信号的频谱用高速率的伪随机噪声（PN码）进行扩展，形 成宽带信号，然后通过发射天线发送出去。接收端使用相同 的PN码进行解扩，恢复原始信息信号。
直接扩频序列实验报告
一、实验目的1. 理解直接扩频序列的基本原理；2. 掌握直接序列扩频系统的实现方法；3. 熟悉扩频信号的调制与解调过程；4. 分析直接序列扩频系统的性能。
二、实验原理直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）是一种扩频通信技术，其基本原理是将信息信号与扩频码进行异或运算，将信号频谱扩展到较宽的频带内，以提高信号的隐蔽性和抗干扰能力。
在发送端，信息信号与扩频码进行模2加（异或运算），得到扩频信号。
在接收端，利用相同的扩频码对接收信号进行解扩，恢复出原始信息信号。
三、实验设备1. 直流电源2. 信号发生器3. 数字信号处理器（DSP）4. 数字示波器5. 实验软件（如MATLAB）四、实验步骤1. 设计扩频码序列：生成一个长度为N的伪随机序列（PN码），作为扩频码。
2. 信号调制：将信息信号与扩频码进行模2加运算，得到扩频信号。
3. 信号解调：对接收到的扩频信号进行解扩，恢复出原始信息信号。
4. 性能分析：分析直接序列扩频系统的误码率（BER）、信噪比（SNR）等性能指标。
五、实验结果与分析1. 扩频码序列设计：本实验中，我们设计了一个长度为N=127的伪随机序列作为扩频码。
2. 信号调制与解调：通过实验，我们得到了扩频信号和解调后的信息信号。
3. 性能分析：（1）误码率（BER）：在一定的信噪比条件下，本实验中直接序列扩频系统的误码率约为10^-3。
（2）信噪比（SNR）：本实验中，当信噪比为10dB时，直接序列扩频系统的误码率满足要求。
4. 分析：（1）扩频码序列的长度对系统性能有较大影响。
本实验中，我们选择了长度为N=127的伪随机序列作为扩频码，能够满足实验要求。
（2）直接序列扩频系统的误码率随着信噪比的提高而降低，说明该系统具有良好的抗干扰能力。
六、实验结论通过本次实验，我们掌握了直接序列扩频序列的基本原理和实现方法，熟悉了扩频信号的调制与解调过程。
直接扩频序列课程设计
直接扩频序列课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握直接扩频序列的基本概念、原理和应用。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.知识目标：–了解直接扩频序列的基本原理和特点；–掌握直接扩频序列的生成方法和性能分析；–熟悉直接扩频序列在通信系统中的应用。
2.技能目标：–能够运用直接扩频序列的基本原理解决实际问题；–能够使用相关软件和工具进行直接扩频序列的仿真和分析；–能够撰写简单的直接扩频序列相关论文或报告。
3.情感态度价值观目标：–培养对通信技术的兴趣和热情，提高科学素养；–培养团队合作精神和自主学习能力；–增强创新意识和实践能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.直接扩频序列的基本概念和原理；2.直接扩频序列的生成方法和性能分析；3.直接扩频序列在通信系统中的应用；4.直接扩频序列的相关实践操作和案例分析。
具体安排如下：第1周：直接扩频序列的基本概念和原理；第2周：直接扩频序列的生成方法；第3周：直接扩频序列的性能分析；第4周：直接扩频序列在通信系统中的应用；第5周：直接扩频序列的实践操作和案例分析。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：用于讲解基本概念、原理和知识点；2.讨论法：用于探讨直接扩频序列的性能优缺点及应用场景；3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生更好地理解直接扩频序列的应用；4.实验法：让学生亲自动手进行实验，加深对直接扩频序列的理解。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《通信原理》、《直接扩频序列教程》等；2.参考书：相关领域的论文、专著等；3.多媒体资料：教学PPT、视频讲座等；4.实验设备：直接扩频序列仿真软件、通信实验设备等。
通过以上教学资源的使用，我们将帮助学生更好地掌握直接扩频序列的知识，提高实际应用能力。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式，包括：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等方式评估学生的学习态度和理解程度；2.作业：布置相关的练习题和项目任务，评估学生的知识掌握和应用能力；3.考试：包括期中和期末考试，以闭卷形式评估学生的知识掌握和分析解决问题的能力。
直接序列扩频信号的检测方法研究与仿真
直接序列扩频信号的检测方法研究与仿真
直接序列扩频信号的检测方法是一种通过对扩频信号采用相关运
算的方式实现的信号检测方法。
这种方法需要用到两个序列：扩频码
和本地码。
首先，发送端的数据信号会经过扩频码的编码，将原信号变为多
倍带宽的扩频信号。
接着，接收端通过接收到的扩频信号进行解码，
将其还原为原始信号。
解码过程中需要使用到本地码，将解码后的信
号与本地码做相关运算以还原原始信号。
具体来说，扩频信号的解码需要先将接收到的信号与本地码进行
相关运算，得到相关输出。
相关输出的峰值即为扩频码与本地码匹配
的位置，实现了扩频信号的解码。
在实际应用中，为了提高检测精度，可以使用多个本地码进行相关运算，并将各个相关输出求和得到总相
关输出。
总相关输出的峰值即为最终检测结果。
为了验证直接序列扩频信号的检测方法的有效性，可以在仿真软
件中进行模拟实验。
具体步骤是生成扩频信号，并将其送到接收端进
行解码。
在解码过程中需要采用与信号编码相同的扩频码和本地码，
然后进行相关运算并求总相关输出，最终得到解码结果。
通过比对解
码结果和原始信号，可以评估检测方法的准确性和稳定性。
用FPGA实现直接序列扩频通信的开题报告
用FPGA实现直接序列扩频通信的开题报告1. 研究背景及意义直接序列扩频（DSSS）通信指的是通过在发射端对原始信号进行扩频处理，使其占用带宽增加，通过信道传输后，在接收端再通过解扩频实现恢复原始信号，以达到抵抗干扰、提高抗遮挡性能的目的。
DSSS通信在许多领域都有广泛的应用，例如军事通信、无线电、自动遥控等。
现有的DSSS通信系统多采用数字信号处理器（DSP）或嵌入式处理器实现，但这些处理器的性能受限于其内部硬件结构和软件算法，难以满足高速、高效的通信需求。
相比之下，现场可编程门阵列（FPGA）由于其并行性能和灵活性，成为了实现DSSS通信的理想平台。
为此，本课题将研究如何使用FPGA实现直接序列扩频通信系统，并优化其性能，提高其抗干扰性能和误码率。
2. 研究内容2.1 DSSS通信系统原理及实现首先，需要深入研究DSSS通信系统的工作原理，并确定所需的硬件资源、数据处理流程和算法。
2.2 FPGA硬件设计基于设计需求和原理，进行FPGA硬件设计，包括模块设计、电路实现和时序分析等。
2.3 系统测试和性能优化采用现有测试平台对系统进行测试和调优，分析所得数据并针对性地优化系统性能，如增强冗余编码、改善信道估计等。
3. 研究方法3.1 理论研究首先进行DSSS通信系统的原理研究，包括直接序列扩频方法、信道编码、调制解调等方面的理论研究，为后续硬件设计提供依据。
3.2 FPGA硬件设计设计完成原理图和电路图，选择FPGA器件进行电路实现，构建DSSS通信系统，包括传输信号的生成、扩频解扩频、信道编码解码等关键功能模块的设计与实现。
3.3 测试和性能优化根据实验设计要求和函数需求，对系统进行测试和优化，包括测试平台编写，信号发生器、示波器等外围设备的连接和参数配置，测试结果的数据分析等。
4. 预期成果在本课题的研究中，预期能够实现DSSS通信系统的硬件设计和实现，包括信号扩频、信道编解码、解扩频及载波同步等功能。
直接序列扩频
扩展频谱（Spread Spectrum，SS）技术最初是为军用目的而开发出来的，应用于军事导航和通信系统中。
出于提高通信系统抗干扰性能的需要，扩频技术的研究得以广泛开展，使得一些民用领域也从扩频技术的独特性质中受益。
本章将概括性地描述扩频技术的基本概念、理论基础、系统组成及性能；介绍扩频系统的优点与应用。
以此阐明直接序列扩频系统（DS—SS）发射机的设计与实现的重要意义。
1.1 扩频的概念扩展频谱通信系统（Spread Spectrum Communication System）是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（Spreading Function）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，接收端再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。
为此，扩频函数（信号）必须满足以下的特性：扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；它的带宽远大于欲传输信息（数据）带宽；具有类似于噪声的随机特性等。
由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有许多的优点：（1）扩频信号的不可预测性，使得扩频系统具有很高的抗干扰（anti-jam，AJ）能力。
因为干扰者难以通过观测实施干扰，而只能采用发射大功率宽带的干扰信号进行干扰。
（2）扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。
因此，扩频系统具有低截获概率性（Low Probability of Intercept，LPI），即信号有很好的隐蔽性。
（3）通过对宽带扩频信号的相关检测，可以使扩频系统具有很高的距离鉴别力，可用于测距。
（4）扩频通信系统具有良好的码分多址（CDMA）能力，对不同的用户使用不同的码，使得旁人无法窃听，因而具有高的保密性，可用于多址通信中。
1.2 扩频技术的应用与分类正因为这种种优点，扩频技术得到了迅速的发展，扩频系统也得到了越来越广泛的应用。
在通信、数据传输、信息保密、定位、测距和多址技术等方面，显示了它极强的生命力。
直接序列扩频系统matlab仿真
仿真结果：展示扩频与解扩 频过程的效果图和性能指标
结论：分析仿真结果，总结 直接序列扩频系统的性能优
势和适用场景
系统性能评估与优化
评估指标：包括频谱效率、抗干扰性能、抗多径干扰能力等。
仿真实验：通过MATL AB进行仿真实验，对系统性能进行评估。 优化方法：针对仿真实验中存在的问题，提出相应的优化方法，提高系统 性能。 性能比较：将优化后的系统性能与其他同类系统进行比较，验证优化效果。
扩频增益分析
扩频增益定义：扩频增益是指扩频通信系统所提供的信噪比改善程度，是衡量扩频系统性能的重 要参数。
扩频增益计算方法：扩频增益可以通过计算扩频前后的信噪比来获得，即扩频前信噪比与扩频后 信噪比之比。
仿真结果分析：通过对直接序列扩频系统的 MATL AB仿真，可以获得扩频前后的信噪比数据，进 而计算出扩频增益。
MATL AB是一款由MathWorks公司开发的商业数学软件
它主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算
MATL AB提供了丰富的库函数和工具箱，方便用户进行各种计算和分析
在直接序列扩频系统的仿真中，MATL AB可以用于搭建仿真模型、生成扩频码以及进行信号处理 等操作
Simulink模块库介绍
调制与解调过程仿真
调制过程：将信息信号调制到载 波信号上，实现频谱的扩展
仿真实现：利用MATL AB编程实 现调制与解调过程的模拟
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解调过程：将调制信号解调还原 成原始信息信号的过程
仿真结果分析：对仿真结果进行 性能分析和评估
扩频与解扩频过程仿真
解扩频过程：将接收到的信 号与相同的扩频码进行解调， 恢复出原始信号
直接序列扩频系统
一、实验目的1.理解直接序列扩频系统基本原理和工作特点。
2.研究直接序列扩频频率扩展特点。
3.研究直接序列扩频系统抗干扰性能。
4.研究直接序列扩频系统中PN码的作用。
5.利用MATLAB中的仿真工具模拟直接序列扩频系统。
二、实验原理直接序列扩频系统（DS）又称为直接序列调制系统或伪噪声系统（PN系统），简称直扩系统，是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。
直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接受到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。
感染信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪（干）比，达到抗干扰的目的。
三、实验系统组成及工作原理1.直扩系统组成框图上图为直扩系统组成原理框图。
由信源输出的信号a(t)，和伪随机码产生的伪随机码c(t)进行摸2加，产生一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，这样就得到已扩频调制的射频信号。
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的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列a(t)的频带，即为中频调制信号。
然后再进行解调，恢复出所传输的信息a(t)，从而完成信息的传输。
2.直扩系统的信号分析信号源产生的信号为信息流，码元速率，码元宽度，＝1/ ，则为式中：为信息码，以概率P取＋1和以概率1-P取-1，为门函数。
即伪随机序列产生器产生的伪随机序列,速率为，每一伪随机码元宽度为，＝1/ 则。
式中：为伪随机码码元，取值＋1或－1；为门函数，定义与相似。
扩频过程实质上是信息流与伪随机序列的模2加或相乘的过程。
伪随机码速率比信息速率大得多，所以扩展后的序列的速率仍为伪随机码速率。
扩展的序列为式中：用此扩展后的序列去调制载波，将信号搬移到载频上去。
用于直扩系统的调制，原则上将大多数数字调制方式均可，但应视具体情况，根据系统的性能要求来确定，用地较多的调制方式有BPSK，MSK，QPSK，TFM等。
DSSS(直序扩频)
什么是IEEE802.11:802.11为IEEE（美国电气和电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无线区域网路标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。
802.11的规格说明：A)802.11B)802.11aC)802.11bD)802.11gE)802.11n实现无线局域网的三种关键技术:红外线跳频扩频（FHSS）直接序列扩频（DSSS）扩展频谱技术:什么是扩展频谱技术？所谓的扩展频谱技术是指发送的信息带宽的一种技术。
是指发送的信息被展宽到一个比信息带宽宽得多的频带上去，接收端通过相关接收将其恢复到原信息带宽的一种通信手段。
扩展频谱技术的分类：DSSS（直序扩频）FHSS（跳频扩频）扩展频谱技术特点：很强的抗干扰能力可进行多址通信安全保密抗多径干扰IEEE802.11支持DSSS、FHSS两种扩频方式，规定其工作频段为2.4GHz ISM频段跳频扩频（FHSS）:跳频扩频（FHSS）技术是通过“伪随机码”的调制，信息的载波受一伪随机序列的控制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变，这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的“伪随机码”，就可以达到同步，排除了噪音和其它干扰信号。
虽然在某一时刻频谱是窄带的，但在整个时间内，跳频系统在整个频带内跳变是宽带的，从而达到了扩频的目的。
FHSS局域网支持1Mb/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经调解后，可获得发送端送来的信息。
直接序列扩频（DSSS）:直序扩展频谱技术（DSSS）是目前应用较广的一种扩频方式。
直接序列扩频系统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。
直接序列扩频
一、实验目的：1、熟悉MATLAB语言的基本用法；2、掌握MATLAB语言中数据信号的产生；3、掌握直接序列扩频信号的产生；4、掌握直接序列扩频信号的解扩方法；5、掌握MATLAB语言中信号频谱的绘制方法。
二、实验原理：（1）利用MATLAB随机产生数据比特；利用 MATLAB随机生成PN序列；将数据比特与PN序列相乘完成信号扩频；将扩频信号与 PN序列再次相乘完成解扩。
图1直接序列扩频系统原理图（2）最大相关峰值解扩，就是设置一个标准门限，然后通过条件判断将信号值变为 1，-1，从而将原先加噪的扩频信号解扩。
三、实验步骤：程序代码： Wave_test2.mclear all;clc;stem(dsl);title('扩频信号');Q%************ds2 = ds1.*PN2;subplot(414);stem(ds2);title('解扩信号');o%********************************%画频谱图NS = 512;fft_sig nal4 = fft(sig nal4,NS);fft_PN2 = fft(PN2,NS);fft_ds1 = fft(ds1,NS);fft_ds2 = fft(ds2,NS);figure(2);subplot(411);plot((-NS/2+1):NS/2,abs(fftshift(fft_sig nal4))); title('原始采样信号频谱');subplot(412);plot((-NS/2+1):NS/2,abs(fftshift(fft_PN2))); title(卩N码频谱');plot((-NS/2+1):NS/2,abs(fftshift(fft_ds1))); title('扩频信号频谱');subplot(414);plot((-NS/2+1):NS/2,abs(fftshift(fft_ds2))); title('解扩信号频谱');%%(******************************************* %提高要求内容。
直接序列扩频技术在无线通信中的研究与应用
直接序列扩频技术在无线通信中的研究与应用【摘要】本文围绕直接序列扩频技术在无线通信中的研究与应用展开探讨。
在引言部分中，介绍了该技术研究背景、研究目的和研究意义。
在正文部分中，详细阐述了直接序列扩频技术的概述和原理，以及其在CDMA、LTE和5G系统中的应用情况及研究前景。
在总结了直接序列扩频技术在无线通信中的发展趋势、应用前景和未来通信系统中的地位。
通过本文的研究，读者将能更深入了解直接序列扩频技术在无线通信领域的重要性和未来发展方向，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
【关键词】直接序列扩频技术、无线通信、研究、应用、CDMA、LTE、5G、发展趋势、应用前景、未来通信系统、地位1. 引言1.1 研究背景研究背景部分将深入探讨无线通信系统中直接序列扩频技术的重要性和现状，分析其在CDMA、LTE和5G系统中的应用情况，揭示其在当前通信系统中所面临的挑战和机遇。
通过对直接序列扩频技术的研究背景进行全面的描述和分析，可以为后续的技术原理、应用研究和发展趋势提供深入的理论基础和实践依据。
的阐述将为读者提供一个全面了解直接序列扩频技术在无线通信中的地位和作用的基础，为正文部分的内容铺平道路。
1.2 研究目的研究目的是深入探讨直接序列扩频技术在无线通信中的应用和发展趋势，分析其在CDMA、LTE和5G等不同系统中的作用和优势。
通过研究直接序列扩频技术的原理和特点，探讨其在提高通信系统容量、抗干扰能力和安全性方面的潜力。
通过比较直接序列扩频技术与其他无线通信技术的差异，评估其在未来通信系统中的地位和发展前景。
通过研究直接序列扩频技术的最新进展和趋势，为未来无线通信技术的发展提供参考和指导，促进通信系统的进一步创新和发展。
1.3 研究意义直接序列扩频技术在无线通信中的研究意义非常重要。
直接序列扩频技术可以有效提高系统的抗干扰能力和安全性，使通信更加可靠稳定。
该技术可以实现多用户之间的隔离通信，提高系统的通信容量和效率。
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扩展频谱（Spread Spectrum，SS）技术最初是为军用目的而开发出来的，应用于军事导航和通信系统中。
出于提高通信系统抗干扰性能的需要，扩频技术的研究得以广泛开展，使得一些民用领域也从扩频技术的独特性质中受益。
本章将概括性地描述扩频技术的基本概念、理论基础、系统组成及性能；介绍扩频系统的优点与应用。
以此阐明直接序列扩频系统（DS—SS）发射机的设计与实现的重要意义。
1.1 扩频的概念
扩展频谱通信系统（Spread Spectrum Communication System）是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（Spreading Function）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，接收端再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。
为此，扩频函数（信号）必须满足以下的特性：扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；它的带宽远大于欲传输信息（数据）带宽；具有类似于噪声的随机特性等。
由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有许多的优点：
（1）扩频信号的不可预测性，使得扩频系统具有很高的抗干扰（anti-jam，AJ）能力。
因为干扰者难以通过观测实施干扰，而只能采用发射大功率宽带的干扰信号进行干扰。
（2）扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。
因此，扩频系统具有低截获概率性（Low Probability of Intercept，LPI），即信号有很好的隐蔽性。
（3）通过对宽带扩频信号的相关检测，可以使扩频系统具有很高的距离鉴别力，可用于测距。
（4）扩频通信系统具有良好的码分多址（CDMA）能力，对不同的用户使用不同的码，使得旁人无法窃听，因而具有高的保密性，可用于多址通信中。
1.2 扩频技术的应用与分类
正因为这种种优点，扩频技术得到了迅速的发展，扩频系统也得到了越来越广泛的应用。
在通信、数据传输、信息保密、定位、测距和多址技术等方面，显示了它极强的生命力。
在电子对抗时代，扩频技术用于通信、导航和识别信息综合系统，为军事上开展联合指挥提供最先进的通信系统，是强有力的电子对抗手段之一。
另外，扩频技术在医学领域中也得到了应用，例如，超声多普勒血流成像。
在各种扩频方式中，直接序列扩频（Direct Sequencing，DS）和频率跳变（Frequency Hopping，FH）是最为常用的扩频技术。
时间跳变（Time Hopping，TH）也是一种扩频技术，主要用于时分多址（TDMA）通信。
此外，还有这几种技术的混合应用，例如，跳频/直接序列（FH/DS）混合扩频，跳时/跳频（TH/FH）混合扩频和跳时/直接序列（TH/DS）混合扩频等，它们都可看作上述几种基本方式的综合运用。
从使用各种扩频技术成功的范例来看，各种不同的扩频方式都有其特点，在各自特定的领域里发挥所长，所以每种扩频方式都很重要。
1.3 扩频技术的理论基础
扩频技术的理论基础是香农（Shannon）定理，它可用香农信道容量公式
S
C = W log 2（1 + ）（1-1）
N
来描述。
该公式表明，在高斯白噪声干扰的信道中，当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时，可用增加系统传输带宽W的方法来保持信道容量C不变。
对于任意给定的信噪比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率和较高的传输速率。
扩频技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码（Spreading
Code）来扩展待传输的数字信息的带宽。
扩频通信系统的带宽比常规通信体制大几百倍至几千倍，故在相同的信噪比条件下，具有较强的抗噪声干扰能力。
其次，在高斯噪声的干扰下，在信道中实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。
这是因为白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从高斯分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，而且它具有极其优良的相关特性。
但是至今对实现白噪声放大、调制、检测、同步及控制等仍存在着许多的技术困难。
因此，只能用类似于带限白噪声统计特性的伪噪声（Pseudonoise，PN）序列或伪随机序列来逼近它，作为扩频系统的扩频码。
此外，哈尔凯维奇也从理论上证明：要克服多径衰落干扰的影响，信道中传输的最佳信号形式也应该是具有白噪声统计特性的信号形式。
因而扩频系统又具有抗多径干扰的能力。
对于作为扩频系统扩频码的伪随机序列，其优良特性将在下一章中作具体的介绍。
1.4 扩频系统的组成
直接序列扩频通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum Communication System）是直接用扩频码序列对载波调制的系统，简称为直扩系统，它是最典型的扩展频谱通信系统。
现在以直扩系统为例，来说明扩频系统的组成。
直扩系统由发射机、接收机两部分组成。
直扩系统中用的扩频码序列通常是伪随机序列。
要传送的信息经数字化后变成二元数字序列，它和伪随机序列模2相加后形成复合码序列再去调制载波，使频谱得到扩展。
当扩频信号经数字调制器调制后，再经过上变频及功率放大，最后由天线发射出去。
在接收机中要有一个和发射机中的伪随机序列同步的本地序列，对接收信号进行解扩（缩谱），解扩后的信号送到解调器取出传送的信息。
直接序列扩频通信系统的框图如图1.1所示。
（a）发射机
（b）接收机
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.1 直接序列扩频通信系统框图
1.5 扩频系统的性能分析
扩频通信系统比常规通信系统具有更强的抗干扰能力。
通常在衡量扩频通信系统抗干扰能力优劣时，我们引入“扩频增益（Spreading Gain）”的概念来描述。
在扩频系统中，扩频增益G定义为接收机解扩器输出信噪比与接收机的输入信噪比之比，即
S o/N o
G = （1-2）
S i/N i
在直接序列扩频系统中，它等于扩频伪随机序列信号带宽（即扩频序列码速率R c的两倍）与信息数据信号带宽（即信息数据速率R b）之比，即
2R c
G = （1-3）
R b
扩频增益G是反映扩频通信特性的重要参数，是扩频通信对信噪比改善程度的度量。
扩频通信系统的扩频增益越大，对噪声干扰的抑制能力就越强。
但是由于扩频通信系统对噪声功率的抑制能力为扩频带宽与噪声带宽之比，当噪声带宽与扩频带宽一样都非常宽时，系统对噪声功率不再有明显的抑制能力。
扩频通信系统抗外部单频干扰的能力，同样，扩频增益越大，即扩频编码的码长越长，对单频干扰信号的抑制能力就越强。
综上所述，扩频通信系统具有很强的抗干扰能力，抗干扰能力与扩频增益成正比。
这是扩频通信系统的重要特点之一。