【摘要】直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对频通信广泛的应用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。
【关键词】：直接序列扩频通信系统码分多址 MATLAB仿真 SINMULINK 模块仿真
【ABSTRACT】Direct sequence spread spectrum communication system because of its advantage such as strong anti-disturbance,hidden, being easy to realize CDMA ,anti-multi-path interference,DS communications rate higher strengths and so ,so it is widely used in many fields. With the wide use of the direct sequence spread spectrum communication technique , this text use communication simulated module of SIMULINK in the toolbox of MATLAB and MATLAB functions to make an analysis and emulation to DS-CDMA system and make the system more image and particular.
【KEY WORDS】：DS-CDMA CDMA MATLAB SINMULINK
目录
【摘要】....................................................................... I 【ABSTRACT】.................................................................. I I 1.引言. (1)
1.1直序扩频系统的应用背景 (1)
1.2直序扩频系统的特点 (2)
1.3直扩系统的发展 (3)
2．CDMA数字蜂窝移动通信的介绍 (4)
2.1CDMA简介 (4)
2.1.1 CDMA技术背景 (4)
2.1.2 几种常见的CDMA技术 (4)
2.1.3 CDMA的特点 (4)
2.2CDMA通信技术的基本原理 (5)
2.2.1 CDMA通信技术的基础 (5)
2.2.2 CDMA通信技术的基本原理 (6)
2.3CDMA的应用前景 (6)
3. 扩频码序列 (7)
3.1码序列的相关性 (7)
3.2 M序列 (9)
3.3G O I D码序列 (11)
4．直接序列扩频通信技术 (14)
4.1直接序列扩频的概念及理论基础 (14)
4.1.1 直接序列扩频的概念 (14)
4.1.2 扩频通信的理论基础 (14)
4.1.3扩频增益和抗干扰容限 (15)
4.2直接序列扩频的基本原理 (15)
4.3 直扩系统的性能 (20)
4.3.1 直扩系统的抗干扰性 (20)
4.3.2 直扩信号的抗截获性 (21)
4.3.3 直扩码分多址通信系统 (21)
4.3.4 直扩系统的抗多径干扰性能 (22)
4.3.5 直扩测距定时系统 (22)
4.4扩频序列通信系统的同步原理 (22)
5. 直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真 (23)
5.1MATLAB的基本操作 (24)
5.2 Simulink仿真技术 (25)
5.2.1 Simulink窗口环境 (25)
5.2.2功能模块的连接及设置 (26)
5.2.3 Simulink对通信系统的仿真 (29)
5.3MATLAB源程序设计 (34)
【参考文献】 (42)
【致谢】 (43)
【附录】 (44)
英文文献 (44)
中文文献 (48)
1.引言
1．1 直序扩频系统的应用背景:
直接序列扩频(DSSS—Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术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。
它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障,是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。
直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。
直序扩频通信系统的工作原理如图1-1所示。
在发端输入的数字信号信息，先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，扩频码序列一般采用PN码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。调制多采用BPSK、DPSK、MPSK等调制方式。
在接收端收到的信号进行解调（一般采用相干解调）。然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。
图1-1 扩频通信工作原理
由此可见，—般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制，二次调制为射频调制，以及相应的解扩和射频解调。
与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。
1．2 直序扩频系统的特点:
1.直序扩频通信系统的优点：
1）抗干扰性强
抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。
2）隐蔽性好
因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。
3）易于实现码分多址（CDMA）
直扩通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段？其实正相反，扩频通信提高了频带的利用率。正是由于直扩通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码作相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送数据；同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信，提高了频谱利用率。另外，扩频码分多址还易于解决随时增加新用户的问题。
4）抗多径干扰
无线通信中抗多径（发射的信号经多条不同路径传播）干扰一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。
5）直扩通信速率高
直扩通信速率可达 2M，8M，11M，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好。
6）有很强的保密性能。
对于直扩系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至淹没在噪音中，就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低，直扩系统对其它系统的影响就很小。
2.直扩通信系统的不足：
直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外，还必须完成伪随机码的同步，以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而同步时间就长。
1.3 直扩系统的发展
由于它的抗噪声的特性，直接序列扩频技术非常适合商业应用。在容许无线设备公开使用的电磁环境里，它对其他传统微波设备造成最小的干扰，同时对附近其他设备有更高的抗扰性。上世纪80年代末，晶体电子技术的先进程度已经足以提供商用的、成本效益好的直接序列扩频系统。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。扩频技术在发展的初始阶段，就已经实现了理论和技术上的重大突破，在此后的发展过程中主要是硬件的改善和性能的提高。
随着移动通信的迅猛发展，目前3G系统由研制开发逐步进入商用并且向第四代无线多媒体通信飞速发展。根据ITU的标准，世界各大电信公司联盟均提出了自己的第三代移动通信系统方案，虽然第三代移动通信系统的标准差异很大，但采用码分多址技术已经达成共识。直扩码分多址，由于具备通信容量大、能充分利用话音的统计特性、平滑的越区切换、通信容量的软特性等优点被作为未来移动通信中最具竞争力、最有前景的无线多址接入技术。无线扩频通信作为另一种有效的补充通信手段,已在金融系统得到了越来越广泛的应用。
发展到现在，扩频技术理论和技术都已趋于完善，主要应从系统的角度考虑总体性能，且与其它新技术结合应用。因此，应用的驱动一直是扩频技术发展的强大动力，未来的无线通信系统，如移动通信、无线局域网、全球个人通信等，扩频技术必将发挥重要作用。
随着科技的发展，扩频技术必将获得更加广阔的应用空间。
2．CDMA 数字蜂窝移动通信的介绍
2．1 CDMA 简介
2.1.1CDMA 技术背景
CDMA 的英文全称为（Code Division Multiple Access ），中文意思是码分多址。它是基于IS-95标准（双模宽带扩谱蜂窝系统的移动台—基站兼容标准）的数字移动电话系统。CDMA 是根据现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等要求而设计的一种移动通讯技术。它是20世纪60年代由美国高通公司（QUALCOMM ）开发的移动通信技术，最早用于军事领域。与使用时分多路的GSM 技术不同，CDMA 并不给每一个通
个无线频率。
CDMA 系统是以扩频调制技术和码分 多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信
系统。它为每个用户分配各自特定的地址
码，利用公共信道来传输信息。它的地址
码通过相互间的正交性进行区别。也就是
说，每个用户有自己的地址码，地址码彼 此之间是互相独立、互相不影响的。由于
有不同的地址码来区分用户，所以对频率、 时间和空间没有特定的限制，在这些方面
通信是可以重叠的。CDMA 的示意图如
2-1所示，用户信号是用Ci 来区分的。
2.1.2．几种常见的CDMA 技术。
1. N －CDMA ：窄带码分多址系统，在美国又称为IS －95。由高通公司创立，具有大容
量、小蜂窝半径、运用宽波技术和特殊密码主题的特点，1993年被电信产业协会采用。
2. B －CDMA ：宽带码分多址系统，包括W －CDMA 、CDMA2000和TD －SCDMA ，它
们分别是欧洲、美国（高通）和中国（大唐电信与西门子合作）所提出并开发的第三代移动通信标准。
3. CDMAOne ：流行于日本的一个品牌，是应用IS ―95 CDMA 技术的数字蜂窝通信系
统。
4. CDMAPCS ： CDMA 个人通讯服务系统。与运行在800MHz 的CDMA 进行比较，具
有系统容量大、收费低，适用于人口稠密地区等特点。
2.1.3 CDMA 的特点： 1.系统容量大：理论上，CDMA 移动网的容量比模拟网大20倍。实际要比模拟网大10
倍，比GSM 要大4-5倍。
t
图2-1 CDMA 的示意图
2.系统容量配置灵活：这是由CDMA的原理决定的。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用同一个带宽和频率，传输信号之间就会有干扰。这就好像系统的带宽是一间大房子，所有的人都将进入这个大房子。如果他们使用不同的语言, 他们就可以清楚地听到同伴的声音，而其他人的谈话在他们听来只是干扰。我们可以不断地增加用户直到整个背景噪音限制住我们的通话。如果能控制住用户的信号强度, 在保持通话的质量同时，我们就可以容纳更多的用户。
3.CDMA系统的软切换和自动跟踪多径信号技术，降低切换时通话中断的可能性，这便于用户在移动中进行通话和数据传输。
4.频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。
5.话音质量好：CDMA系统话音质量很高，其通话质量已经接近了固定电话的效果。
6.接通率高：CDMA的扩频技术和频率复用技术，充分利用信道容量，提高了网络接通率。
7.保密性好：CDMA系统中的通话保护措施可提供最佳的保密特性，防止通信过程中被窃听和手机密码被盗。
8.发射功耗小：CDMA系统的发射功率非常小，最大只有200毫瓦，正常通话时仅需0.１毫瓦，因此移动电话功耗小，无线辐射能量低。所以又被称为“绿色手机”。
9.支持多种业务：CDMA采用宽带技术，支持短消息、语音信箱、自动漫游、呼叫转移、呼叫等待、三方会谈、主叫号码显示、传真和数据通信等多项业务
2.2 CDMA通信技术的基本原理
2.2.1 CDMA通信技术的基础
CDMA系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。目前扩频通信系统可分为：
1.直接序列（DS）扩频
所谓直接序列扩频（DS：Ddirect Sequence），就是使用具有高码率的扩频序列，在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。
2.跳频（FH）扩频
跳频（FH：Frequence Hopping），它是用一定的码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。
3. 跳时（TH）
跳时（TH：Time Hopping）是使发射信号在时间轴上跳变。我们先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。即：用一定的码序列进行选择的多时片的时移键控。
4.线性调频（Chirp）
如果发射的射频脉冲信号脉冲在一个周期内，其载频的的频率做线性变化，则称为线性调频。因为其频率在较宽的频带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，在通信中也有应用。
2.2.2 CDMA 通信技术的基本原理
点对点CDMA 通信系统的组成如图2-2所示
发送端将话音数据通过通过伪随机码进行扩频，然后再进行高频调制，送到天线发射出
去。接收端经过解调、解扩恢复出话音数据。
在发送端将待传的的话音，通过A/D 转换，将模拟话音成二进制数据信息，通过高速
率的伪随机扩频调制，从原理上讲，两者相乘，扩展到一个很宽的频带，因而在在信道中传输信号的带宽远远大于原始信号本身带宽。在接收端，接收机不但接收到有用的信号，同时还接收到各种干扰和噪声。利用本地产生的伪随机序列进行相关的解扩。本地伪随机码与扩频信号中中的伪随机码一致，因此可以还原成原始窄带信号，能顺利通过窄带滤波器，恢复话音数据，再通过D/A 转换器恢复原始话音。接收机接收到的干扰和噪声，由于与本地伪随机序列不相关，经过接收解扩（实质是相乘过程），将干扰和噪声频谱大大的扩展，频谱功率密度大大的下降（类似于发送端将信号频谱扩展），落入窄带滤波器的干扰和噪声分量大大下降，因此在窄带滤波器输出端的信噪比得到了极大的改善，其改善程度就是扩频的处理增益。
2.3 CDMA 的应用前景
CDMA 以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字移动通信和个人通信系统
中。近年来,小卫星技术的发展为实现全球移动通信和个人通信提供了条件, CDMA 引入卫
星移动通信中,使卫星移动通信产生质的飞跃,并在全球移动通信和个人通信中占有决定
性的地位。
在向第三代移动通信标准的演进中，靠目前的GSM 和模拟系统已远不能满足要求， 第
三代CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的CDMA 系统的平滑升级，CDMA2000 1X
在商用化进程方面处于领先阶段，CDMA2000 1X 技术使得运营商可以灵活地引入多种先
进数据服务来满足逐渐增长的市场需求，而且运营商可以在当前的1.25MHz 频带内就享
用3G 的能力。因此采用目前技术成熟、性能优越的CDMA 系统使得通信标准，易于向第
三代系统过渡。
3． 扩频码序列
3.1 码序列的相关性
在扩展频谱通信中需要用高码率的窄脉冲序列。这是指扩频码序列的波形而言。并未涉
及码的结构和如何产生等问题。
那么究竟选用什么样的码序列作为扩频码序列呢? 它应该具备哪些基本性能呢? 现在实
际上用得最多的是伪随机码，或称为伪噪声(PN)码。这类码序列最重要的特性是具有近似于随机信号的性能。因为噪声具有完全的随机性，也可以说具有近似于噪声的性能。但是，真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种周期性的脉冲信号来近似随机噪声的性能，故称为伪随机码或PN 码。
为什么要选用随机信号或噪声性能的信号来传输信息呢？许多理论研究表明，在信息传
输中各种信号之间的差别性能越大越好。这样任意两个信号不容易混淆，也就是说，相互之间不易发生干扰，不会发生误判。理想的传输信息的信号形式应是类似噪声的随机信号，因为取任何时间上不同的两段噪声来比较都不会完全相似。用它们代表两种信号，其差别性就最大。
在数学上是用自相关函数来表示信号与它自身相移以后的相似性的。随机信号的自相关
函数的定义为下列积分：
()()()/2
/20,01
lim 0
T a T T f f t dt T τψττττ-→∞≠?=-=?=??当常数， （3-1） 式中 f(t)为信号的时间函数，τ为时间延迟。
上式的物理概念是f(t)与其相对延迟的τ的()f t τ-来比较:
如二者不完全重叠，即0τ≠，则乘积的积分()a ψτ为0；
如二者完全重叠，即0τ=；则相乘积分后()a ψτ为一常数。
因此，()a ψτ的大小可用来表征 f(t)与自身延迟后的()f t τ-的相关性，故称为自相关函
数。
现在来看看随机噪声的自相关性。图3-1(a)为任一随机噪声的时间波形及其延迟一段 t 后的波形。图3-1(b)为其自相关函数。当t ＝0时，两个波形完全相同、重叠，积分平均为一常数。如果稍微延迟一 t ，对于完全的随机噪声，相乘以后正负抵消，积分为0。因而在以t 为横座标的图上()a t ψ应为在原点的一段垂直线。在其他 t 时，其值为0。这是一种理想的二值自相关特性。利用这种特性，就很容易地判断接收到的信号与本地产生的相同信号复制品之间的波形和相位是否完全一致。相位完全对准时有输出，没有对准时输出为0。遗憾的是这种理想的情况在现实中是不能实现的。因为我们不能产生两个完全相同的随机信号。我们所能做到的是产生一种具有类似自相关特性的周期性信号。
PN 码就是一种具有近似随机噪声这种理想二值自相关特性的码序列。例如二元码序列
1110l00为码长为7位的PN 码。如果用＋1，－1脉冲分别表示“l”和“0”，则在图3-1 (c)中示出其波形和它相对延迟 τ个时片的波形。这样我们很容易求出这两个脉冲序列波形的自相关函数，如图3-1 (d)中。自相关峰值在τ ＝0时出现，自相关函数在± τ0/2范围内呈
三角形。τ0为脉冲宽度。而其它延迟时，自相关函数值为－1/7, 即码位长的倒数取负值。
当码长取得很大时，它就越近似于图3-1(b)中所示的理想的随机噪声的自相关特性。自
然这种码序列就被称为伪随机码或伪噪声码。由于这种码序列具有周期性，又容易产生，它就是下面即将介绍的m 序列，成为直扩系统中常用的扩频码序列。
扩频码序列除自相关性外，与其他同类码序列的相似性和相关性也很重要。例如有许多用户共用一个信道，要区分不同用户的信号，就得靠相互之间的区别或不相似性来区分。换（a ）
（b ）
图3-1 随机噪声的自相关性 ()
ψτ（d ） （c ）
句话说，就是要选用互相关性小的信号来表示不同的用户。两个不同信号波形f(t)与g(t)之间的相似性用互相关函数来表示：
()()()/2
/21lim T c T T f t g t dt T ψττ-→∞=-? （3-2）
如果两个信号都是完全随机的，在任意延迟时间 t 都不相同，则上式为0。如果有一定
的相似性，则不完全为0。两个信号的互相关函数为0，则称之为是正交的。通常希望两个信号的互相关值越小越好，则它们越容易被区分，且相互之间的干扰也小。
3.2 m 序列
m 序列是最长线性移位寄存器序列的简称。二进制的m 序列是一种重要的伪随机序列，
有优良的自相关特性。容易产生、规律性强，但其随机性接近于噪声和随机序列。m 序列在扩展频谱及码分多址技术中有着广泛的应用，并在m 序列基础上还能够成其它码序列，因此无论从m 序列直接应用还是从掌握伪随机序列基本理论而言，应该熟悉m 序列的产生及其主要特性。
顾名思义，m 序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序
列。在二进制移位寄存器发生器中，若n 为级数，则所能产生的最大长度的码序列为2n －1位。
现在来看看如何由多级移位寄存器经线性反馈产生周期性的m 序列。
图3-2 (a)为一最简单的三级移位寄存器构成的m 序列发生器。
图中Dl 、D2、D3为三级移位寄存器，为模二加法器。移位寄存器的作用为在时钟脉冲驱
动下，能将所暂存的“1”或“0”逐级向右移。模二加法器的作用为图中(b)所示的运算，即0十0＝0，0十1＝1，1十0＝l ，l 十1＝0。图(a)中D2、D3输出的模二和反馈为Dl 的输入。在图(c)中示出，在时钟脉冲驱动下，三级移位寄存器的暂存数据按列改变。D3的变化即输出序列。如移位寄存器各级的初始状态为111时，输出序列为1110010。在输出周期为32－1＝7的码序列后，D1、D2、D3又回到111状态。在时钟脉冲的驱动下，输出序列作周期性的重复。因7位为所能产生的最长的码序列，1110010则为m 序列。
钟脉冲 （a ）三级移位寄存器构成的m 序列发生器
这一简单的例子说明：m 序列的最大长度决定于移位寄存器的级数，而码的结构决定于
反馈抽头的位置和数量。不同的抽头组合可以产生不同长度和不同结构的码序列。有的抽头组合并不能产生最长周期的序列。对于何种抽头能产生何种长度和结构的码序列，已经进行了大量的研究工作。现在已经得到3 -100级m 序列发生器的连接图和所产生的m 序列的结构。
例如4级移位寄存器产生的15位的m 序列之一为111101*********。同理我们不难得到
31、63、127、255、511、l023…位的m 序列。
一个码序列的随机性由以下三点来表征：
1. 一个周期内“l”和“0”的位数仅相差1位。
2. 一个周期内长度为 l 的游程(连续为“0”或连续为“l”)占1／2，长度为2的游程
占l ／4，长度3的游程占l ／8。只有一个包含n 个“l”的游程，也只有一个包含(n —1)个“0”的游程。“l”和“0”的游程数相等。
3. 一个周期长的序列与其循环移位序列比较，相同码的位数与不相同码的位数相差
l 位。
在m 序列中一个周期内“1”的数目比“0”的数目多 l 位。例如上述7位码中有4个
“1”和3个“0”。在15位码中有8个“l”和7个“0”。
一般说来，m 序列中长为R 的游程数占游程总数的l ／2k 。
m 序列的自相关函数由下式计算：
()A D R A D
τ-=+， A-“0”的位数；D-“1”的位数 （3-3） 令p =A + D = 2n －1 则： ()
1,01,0R P τττ =??=?- ≠?? （3-4） 设n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 则：
()1,01,07R τττ =??=?- ≠??
（3-5） 它正是图3-1 (d)中所示的二值自相关函数。
m 序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列还是m 序列，只是相移不同而已。例如1110100与向右移三位后的序列1001110逐位模二相加后的序列为0111010，相当于原序列向右移一位后的序列，仍是m 序列。
m 序列发生器中移位寄存器的各种状态，除全0状态外，其他状态只在m 序列中出现一次。如7位m 序列中顺序出现的状态为111，110，101，010，100，00l 和011，然后再回到初始状态111。 m 序列发生器中，并不是任何抽头组合都能产生m 序列。理论分析指出，产生的m 序列数由下式决定
()21/F n n - （3-6）
其中由F(X)为欧拉数(即包括1在内的小于X 并与它互质的正整数的个数)。例如5级移
位寄存器产生的 31位m 序列只有6个。
3.3 GoId 码序列
m 序列虽然性能优良，但同样长度的m 序列个数不多，且序列之间的互相关值并不都好。R2Gold 提出了一种基于m 序列的码序列,称为Gold 码序列。这种序列有较优良的自相关和互相关特性，构造简单，产生的序列数多，因而获得了广泛的应用。
如有两个m 序列，它们的互相关函数的绝对值有界，且满足以下条件：
()()121221,21n
n n R n τ++?+?=??+?
为奇数，为偶数不是4的倍数 （3-7） 我们称这一对m 序列为优选对。它们的互相关函数如图3-3(实线)，由小于某一极大值
的旁瓣构成。
如果把两个m 序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold 序列。
图3－4(a)中示出Gold 码发生器的的原理结构图。图中码发生器1和码发生器2为m 序
列优选对。每改变两个m 序列相对位移就可得到一个新的Gold 序列。因为总共有21n -个不同的相对位移，加上两个n 级移位寄存器可以产生21n +个Gold 序列。因此，Gold 序列数比m 序列数多得多。例如n=5，m 序列只有6个，而Gold 序列数为52133+=。
图3-3 自相关和互相关函数曲线
（b ）两个5级m 序列优选对构成的Gold 码发生器
图3-4 Gold 码发生器的的原理结构图
图3－4(b)中为两个5级m序列优选对构成的Gold码发生器。这两个m序列虽然码长相同，但相加以后并不是m序列，也不具备m序列的性质。
Gold序列的主要性质有以下几点：
Gold序列具有三值自相关特性，类似图3-3中的自相关与互相关特性。其旁辩的极大值满足上式表示的优选对的条件。
两个m序列优选对不同移位相加产生的新序列都是Gold序列。因为总共有2n－1个不同的相对位移，加上原来的两个m序列本身，所以，两个m级移位寄存器可以产生2n＋1个Gold 序列。
采用Gold码族作为地址码，其地址数大大超过了用m序列做地址码的数量，所以Gold 码序列在多址技术中，特别是在码序列长度较短的情况下，得到了广泛的应用。
4． 直接序列扩频通信技术
4.1直接序列扩频的概念及理论基础
4.1.1 直接序列扩频的概念
所谓直接序列(DS ：Direct Sequence)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发
送端去扩展信号的频谱。而在接收端，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。
4.1.2 扩频通信的理论基础
长期以来，人们总是想方设法使信号所占的频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资
源利用率。但扩频通信在发送端用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在接收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复出所传信息数据。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢？主要是为了通信的安全可靠性。这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来说明：
根据香农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式，香农公式：
2log (1)S C B N
=+ （4-1） 式中：C--信息的传输速率（信道容量） 单位b/s ； S--信号平均功率单位W ； B--频带
宽度 单位Hz ； N--噪声平均功率 单位W 。
由式中可以看出：
为了提高信息的传输速率C ，可以从两种途径实现，既加大带宽B 或提高信噪比S/N 。换
句话说，当信号的传输速率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。
柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信息传输差错概率的公式
0e f E p n ??≈ ???
（4-2） 此公式指出，差错概率Pe 是信号能量E 与噪声功率谱密度o n 之比的函数。设信息持续时
间为T ，或数字信息的码元宽度为T ，则信息的带宽Bm 为 1m B T
= （4-3） 信号功率S 为 1S T
= （4-4） 已调（或已扩频）信号的宽度为B ，则噪声功率为
0N n B = （4-5）
将式（4-3）~（4-5）代入式（4-2），可得 e m ST S B P f B f N N B ????≈?=? ? ?????
（4-6） 上面公式指出，差错概率Pe 是输入信号与噪声功率之比（S/N ）和信号带宽与信息带宽
之比（B/Bm ）二者乘积的函数，信噪比与带宽是可以互换的。它同样指出了用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处。
综上所述：将信息带宽扩展100倍，甚至用1000倍以上的带宽信号来传输信息，就是为
了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全的通信。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
4.1.3扩频增益和抗干扰容限
扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带
来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽W 与信息带宽△F 之比称为处理增益P G ，即 P W
G F = (4-7)
它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与P
G 有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。
系统的抗干扰容限j M 定义如下：
0j P S S M G L N ????=-+ ???????
(4-8) 式中：（S/N ）。= 输出端的信噪比，S L = 系统损耗
由此可见，抗干扰容限j M 与扩频处理增益p G 成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容
限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。
4.2直接序列扩频的基本原理
所谓直接序列扩频（DS ），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的
频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。图4-1示出了直扩通信系统的原理方框图
大地的淡淡的1就不
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图4-1 直扩通信系统的组成框图
图表扩频通信系统的发射机框图
ＭＡＴＬＡＢ仿真直接序列扩频通信 1.摘要 直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对频通信广泛的应用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。 关键字：扩频通信m序列gold正交序列matlab仿真 2.引言 直接序列扩频(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术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。 它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。 直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 3.直接序列扩频DS-SS是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信 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。
扩频通信技术实现方法的研究和设计 ——DS直接序列扩频 专业：通信工程 班级：2002级1班 姓名：佟岩
引言 3 1扩频通信系统 6 1.1扩展频谱通信的定义 6 1.2扩频通信的理论基础 6 1.3扩频通信的主要性能指标8 1.4扩频通信的主要特点10 1.5频谱扩展的实现和直接序列扩频13 1.6扩频系统需要满足以下几个条件1 7 1.7扩频通信特征17 2直序扩频通信系统 18 2.1直序扩频通信系统框图18 2.2直接序列扩频信号的产生原理18 2.3直接序列扩频原理20 2.4直接序列扩频信号的实现方法21 3用编程来实现直序扩频通信系统23 3.1直接序列扩频系统与PSK调制23 3.2信号解调 24 3.3差错概率 26 4实验28 4.1 Monte Carlo仿真28 4.2 SIMULINK仿真30 结论 36 致谢 37 参考文献 38 附录1直扩程序M-文件40 附录2直扩-SIMULINK动态仿真模框图43
扩频通信技术(简称扩频通信)是一种新兴的高科技通信技术，具有大容量、抗干扰、低截获功率等特点以及可实现码分多址(CDMA)等优点，在军事和民用通信系统中都得到了广泛的应用，并成为下一代移动通信的技术基础。在扩频通信系统中，直序扩频的应用最为广泛。首先介绍扩频通信的基本原理及组成，重点论述了直序扩频通信在通信系统中的使用。 MATLAB因具有强大的数学计算、算法推导、建模仿真和图形绘制等功能而广泛应用于各领域，本文利用MATLAB的M语言进行编程、仿真，从而对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。 在此基础上，通过实例介绍了建立系统仿真模型的方法。利用MATLAB 软件对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。可见利用MATLAB/SIMULINK进行系统仿真简单、方便、形象、具体，是系统仿真较好软件之一。 关键词： 直序扩频通信系统；PN序列产生器；误码率；仿真；MATLAB；干扰
直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析
直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析 在现代战争中，通信对抗扮演着越来越重要的角色。随 着计算机技术、微电子技术等大量高新技术的应用，军事通信获得了长足的发展，尤其是跳频、扩频等一些新的通信手段应用之后，使得通信频谱越来越宽，通信的反侦察、抗干扰能力越来越强，迫使各国加紧对通信对抗技术以及装备的研制。直接序列扩频通信由于其优良的多址接入、低截获概率、抗干扰和强保密等特性，使得它在军事通信、卫星通信和民用领域得到了广泛应用。在电子对抗中，对扩频通信的有效干扰成为制胜关键。 第一章研究背景介绍 1.1直扩通信研究背景 现代战争首先是电子战，在电子战中失去优势的一方，将导致通信中断，指挥失灵等，从而丧失战争主导权。两次海湾战争，前南斯拉夫战争以及阿富汗战争都是很好的佐证。因此，通信对抗作为C4ISR系统的核心，越来越受到各国的重视。通信对抗属于电子对抗，它包括通信侦察、通信干扰等主要对抗措施。通信对抗的目的在于：侦收和截获敌方信息，测量有关技战术参数；采用各种干扰方式阻止敌方正常通信并抑制敌方对我方的干扰，保证我方通信系统有效工作。
扩频通信作为新型的通信方式，具有优良的抗干扰、抗衰落和抗多径性能及频谱利用率高、多址通信等诸多优点，并被广泛地应用于军事通信领域，极大地提高了通信系统的抗截获和抗干扰能力。因此，扩频通信系统成为干扰方的首要作战目标，同时，扩频通信的抗干扰、抗截获、抗侦破特性给干扰方带来了巨大的困难。为取得现代电子战的胜利，针对扩频通信系统研究高效的干扰方式，如何有效的干扰成为取得现代电子战胜利的重要一环，对战时通信对抗具有重要意义。 1.2直扩通信的军事应用情况 1）直扩通信技术在舰艇卫星通信系统上应用广泛。国外舰艇卫星通信系统和国内舰艇卫星通信系统均采用码分多址通信方式，使用C波段。这样网络组织与撤收灵活，通信质量高，频道使用少。从目前使用看，这种方式充分发挥了直接序列扩频通信的特点，是扩频通信应用成功的范例。另外，美军使用的联合战术信息分发系统也使用直接扩频技术，主要用于在战术作战环境中进行抗干扰、发布保密数字信息，具有容纳用户数多和交互数据量大的特点，能快速保密地交换指挥控制信息和敌方战术设备的状态参数。 2）直扩通信技术在军用战术移动通信电台、数据分发系统中发挥重要作用。1996年美军演示了SICOM公司研制
《扩频通信原理》课程设计报告 题目：直接扩频系统仿真 班级：0110910和0110911 姓名：詹晓丹（2009210432） 姜微（2009210503） 张建华（2009210336） 指导老师：李兆玉
1.课程设计目的 （1）了解、掌握直接扩频通信系统的组成、工作原理； （2）了解、熟悉扩频调制、解调、解扩方法，并分析其性能； （3）学习、掌握Matlab相关编程知识并用其实现仿真的直接扩频通信系统； 2.课程设计实验原理 直接扩频通信系统工作原理： 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。 在发端输入的信息与扩频码发生器产生的伪随机码序列（这里使用的是m序列）进行波形相乘，得到复合信号，实现信号频谱的展宽，展宽后的信号再调制射频载波发送出去。由于采用平衡调制可以提高系统抗侦波的能力，所以直接序列扩频调制一般都采用二相平衡调制方式。一般扩频调制时一个信息码包含一个周期的伪码，用扩频后的复合信号对载波进行二相相移监控（BPSK）调制，当gt从“0”变成“1”或从“1”变到“0”时，载波相位发生180度相移。接收端的本振信号与发射端射频载波相差一个中频，接收端收到的宽带射频信号与本振信号混频、低频滤波后得到中频信号，然后与本地产生的与发端相同并且同步的扩频码序列进行波形相乘，实现相关解扩，再经信息解调，恢复出原始信号。 3.建立模型描述 （1）直接扩频通信系统组成框图： （2）直接扩频通信系统波形图：
4.模块功能分析 （1）直扩系统的调制功能模块：（都包含模块框图和不同调制、解调方式介绍、分析）（a）扩频调制模块 用扩频码发生器产生一个伪随机码pn（这里用的是m序列），与信源信息码序列xt相乘，实现频谱的展宽 （b）BPSK调制模块
直接序列扩频通信系统的误码率仿真
直接序列扩频通信系统的误码率仿真 1．引言 扩展频谱通信系统是将基带信号的频谱扩展至很宽的频带上，然后再进行 传输的一种通信系统,即将待传送的信息数据用伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。 扩频通信的基础理论根据信息论中的shannon 公式 ） （N S B C /1log 2+= 式中，C 是系统的信道容量，B 是系统信道带宽,N 是噪声功率,S 为信号的功率,S/N 即为信噪比。 Shannon 公式表明了一个系统信道无误差的传输信息的能力与存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的系统信道带宽之间的关系。该公式说明了两个极为重要的概念：一是在一定的信道容量条件下，可以用减少发送信号功率、增加带宽的方法来达到信道容量的要求；另一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的方法来达到信道容量的要求。这也就说明了信道容量可以通过带宽与信噪比的互换来保持不变。在实际的工程应用中，改变信号的功率并不容易，相比较而言，扩展信号的带宽更容易操作，所以，要提高信道容量，采用增加信号的带宽比提高信号功率的方法要有效的多。 由于扩频通信系统可以在信号功率远低于噪声功率的环境中工作，因此扩 频通信系统具有抗干扰能力强，保密性强等优点，在现在通信领域内的应用越 来越广泛。 2．系统概述 本次仿真实验是以MATLAB 为仿真平台，信号是8位双极性二进制信号,由 1和-1组成。随后对产生的双极性信号进行时域抽样，得到基带信号s ，是一组1024位的信息码。伪随机序列由mgen 函数产生，共有1024个码元。对已得到的基带信号进行扩频调制，直接把基带信号S 与产生的伪随机序列相乘，得到扩频信号。然后对已作扩频处理的信号作BPSK 载波调制，得到发射信号。发射信号通过存在高斯白噪声的信道，到达接到端，接收端首先对信号进
南华大学 通信原理课程设计 设计题目：直接序列扩频通信系统仿真设计 专业：通信工程 学生: 谭雪棋学号: 起迄日期: 2015年6月15日—2015年6月30日指导教师: 王明华 系主任：邓贤君
《通信原理课程设计》任务书
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：写出设计说明书，语言流畅简洁，文字3500~5000字。用软件编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形，分析实验结果；硬件设计电路，需要详细分析安装调试过程，分析实验结果。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。 3．主要参考文献： [1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].：电子工业,2012,12. [2]樊昌信,丽娜 .通信原理教程(第3版)[M].：国防工业,2006,9. [3]学勇 .详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].：电子工业,2011,11. [4]水英 ,徐伟强 .通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].：人民邮电,2012,9. [5]鸿图,茅艳 .通信原理MATLAB仿真教程[M].：人民邮电,2010,11. [6]静 ,瑾 .基于MATLAB的通信系统仿真[M].：航空航天大学,2010,1. [7]黄智伟 .基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].：电子工业,2011, 6. 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作容 2015.6.15～2015.6.20 查阅资料，系统方案设计 2015.6.21～2015.6.24 用编程语言或者仿真软件进行设计 2015.6.25～2015.6.28 程序、软件、实物的调试，排除故障，分析实验结果
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）开题报告 题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现 系（部）应用电子与通信技术 专业通信工程 学生薛光宇 学号24 班号0992222 指导教师周凯 开题报告日期2012.10,22 哈工大华德学院
说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2．进度计划是否切实可行； 3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5．主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字：检查日期：
一、课题题目和课题研究现状 课题题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现。 研究现状：目前扩频技术中研究最多的对象是CDMA技术，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了目前扩频技术研究的现状。 1．码捕获 同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。目前的研究主要集中在码捕获过程。 2, 多用户检测 CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制，多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能，因此是一种提高系统容量的有效方法。传统的CDMA 接收机是由一系列单用户检测器组成，每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器，它并没有考虑多址干扰的结构，而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声，因此当用户数量增加时，其性能急剧下降。通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机，其复杂度随用户数量成指数增长，因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点 二、目的及意义 通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。 三、课题的基本内容 所谓直接序列扩频（DS），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。
石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于Simulink直接序列扩频通信系统 设计 Direct Sequence Spread Spectrum Communication Systems Design Based on Simulink
摘要 直接序列扩频通信系统(DSSS)因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址(CDMA)、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。 本文设计了一种基于Simulink的直接序列扩频通信系统。首先对直接序列扩频通信系统从应用背景、特点、意义和发展几个方面进行了研究，然后从直接序列扩频通信系统的基本理论、基本原理、性能和扩频通信系统的同步原理等方面阐述了直接序列扩频通信系统，并对直接扩频通信系统进行了仿真研究和理论分析，达到了预期的效果。本文从理论上分析了直接序列扩频通信系统的抗干扰性能。 本系统包括信号生成部分、发送部分、接收部分、调制和解调、加扩与解扩五个部分。并以BPSK系统为例，给出了误码率理论分析结果，达到了预期的效果。本文研究的直接序列扩频通信系统，为以后的频谱通信系统打下了基础。 关键词：直接序列扩频通信系统MATLAB仿真Simulink模块仿真
Abstract Direct sequence spread spectrum communication system (DSSS) because of its strong anti-interference, easy to conceal and easy to realize code division multiple access (CDMA), fight multipath interference, straight expansion communication rate higher numerous advantages, is widely used in many fields. This paper introduces a design of Simulink based on the direct sequence spread spectrum communication system. First to direct sequence spread spectrum communication system from application background, features, significance and the development of a research, and then from the direct sequence spread spectrum communication system, the basic theory of basic principle, performance and spread spectrum communication system of synchronous principle, this paper describes direct sequence spread spectrum communication system, and the directly spread spectrum communication system simulation and theory analysis, achieve the expected effect. The paper theoretically analyzes the direct sequence spread spectrum communication system of anti-jamming performance. This system includes signal generation part, sending part, receiving part, modulation and demodulation, add expansion and solution expansion of five parts. And with BPSK system as an example, the theoretical analysis results are ber, achieve the expected effect. This paper studies the direct sequence spread spectrum communication system, for the following spectrum communication system laid a foundation. Keywords: Direct sequence spread spectrum communication system Simulink MATLAB Simulation
摘要 由于直接序列扩频技术所具有的优点，它在无线电通讯中得到了广泛的应用。本文主要介绍了直接扩频技术的原理，m序列的产生以及m序列发生器的结构和反馈系数，直接扩频信号的相关接收机的组成及解扩方式、直扩信号的相关处理。以及直扩信号的同步。在上述理论基础上，用Intersil公司生产的一系列芯片对直接扩频系统进行了实现，其中主要介绍了HFA3824型专用扩频电路的主要性能和用法以及在扩频通信中的应用与实现。还对HFA3524、HFA3724进行了一定的介绍，简要说明了其内部结构和外围电路以及在扩频通信中的应用。 关键字扩频通信，无线电通信，实现，应用
ABSTRACT Because of its merits .The direct sequence spread spectrum (DS SS) technology is applying widely in wireless communication. The principle of the direct sequence spread (DS SS) technology, the generation of m-sequence, the structure of m-sequence generator and the feedback coefficients of it, the de-spread mode of the correlation receiver of the direct spread spectrum single and the correlation process and the synchronization of the direct spread spectrum single are described. Family chip that is produced by Intersil Company is used to realize the direct spread spectrum system on the basis of the above-mentioned theories. The performances and the methods of applications of the Intersil’s application-specific spread spectrum circuit (HFA3824A), and its applications and realization in spread spectrum communications are mainly described. The interior structure and the peripheral circuit of HFA3524 and HFA3724, and its applications in spread spectrum communications are briefly described as well. KEY WORDS spread spectrum communications，wireless communication，realization，applications
扩频通信实验 实验名称：基于m序列的直接序列扩频 专业班级：通信111501班 学生姓名：穆琦沈傲立孙琳王瑞学熊晓倩
学号：201115040111 13 16 20 27 指导教师：郑秀萍 时间：2014.10.29 1 需求分析 在通信发射端将载波信号展宽到较宽的频段上;在接收端,用同样的扩频码序列进行解扩和解调,把展宽的信号还原成原始信息.通过扩展频谱的相关处理,大大降低了频谱的平均能量密度,可在负信噪比条件下工作,获得了高处理增益,从而降低了被截获和检测的概率,避免了干扰影响.通过仿真模型结果分析抗噪声性能结果。 2 概要设计 扩频通信系统分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合式扩频系统。直接序列扩频系统，又称“平均”系统或伪噪声系统，就是采用高码率的扩频码序列PN 码(伪随机码),在发送端与编码数据信号进行模2 加,产生一扩频序列,这一码序列由于码元很窄,占用了很宽的频带,达到扩频的目的,然后用扩频序列去调制载波并予以传输。在接收端接收到的扩频信号经高频放大混频之后,用与发端相同且同步的伪随机码对扩频信号进行相关解扩,由于收发端伪随机码的相关系数为1,故可以完全恢复所传的信息,而干扰和噪声由于与接收机伪
随机码不相关,在相关解调时大大降低进入信号通频带内的干扰。它是目前应用较广泛的一种扩展频谱系统。在国外已获得成功的空间探测器“喷气推进实验室（JPL）测距技术”就是一种直接序列调制，TATS-1 军用卫星中的扩展频谱多址(SSMA)系统等都使用DSSS。 直接序列扩频系统的接收一般采用相关接收，并分成两步，即解扩和解调。在接收端，接收信号经过数控振荡器放大混频后，用与发射端相同且同步的由M 序列发生器产生的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再由基带滤波器进行解调，最后恢复出原始信息序列。扩频与解扩过程中,利用PN序列生成器模块( PN Sequence Generator ) ,产生6级、传输速率500b/s的PN伪随机序列来达到扩频和多址接入效果,这里扩频增益为50倍.扩频的运算是信息流与PN码相乘或模二加的过程.解扩的过程与扩频过程完全相同,即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理.要求使用的PN码与发送端扩频用PN码不仅码字相同,而且相位相同.否则会使有用信号自身相互抵消.解扩处理将信号压缩到信号频带内,由宽带信号恢复为窄带信号.同时将干扰信号扩展,降低干扰信号的谱密度,使之进入到信息频带内的功率下降,从而使系统获得处理增益,提高系统的抗干扰能力.调制与解调使用二相相移键控PSK方式. 为了方便分析, 我们可对系统作如下假设: 系统各用户同步;系统各用户功率相同;仅考虑系统MAI和白噪声干扰引起的误码, 忽略信号传输、调制解调过程中的误码。 3 开发工具和编程语言 开发工具：
扩频通信的理论基础 1.1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。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ?∞ ∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。
基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真 1.实验原理：直接序列扩频（DSSS）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扩，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倍噪比。 1.1 直扩系统模型 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，在接收端用与发送端相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信号。对干扰信号而言，与伪随机码不相关，在接收端被扩展，使落入信号通频带的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关的输出信噪比，达到了抗干扰的目的。直扩系统一般采用频率调制或相位调制的方式来进行数据调制，在码分多址通信中，其调制多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等方式，本实验中采取BPSK方式。 直扩系统的组成如图1所示，与信源输出的信号a(t)是码元持续时间为Ta的信息流，伪随机码产生器产生伪随机码c(t)，每个伪随机码的码元宽度为Tc (Tc< 直接序列扩频通信系统仿真设计 摘要：综合利用前期相关课程及移动通信课程所学的各种知识，设计扩频通信系统，利用Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行了仿真，并对仿真结果做了详细的讲解分析。先对直接序列扩频系统原理进行介绍，然后基于Simulink 的发射机和接收机的仿真，同时对直接序列扩频系统的抗干扰能力与直接序列扩频系统的同步方法进行了相关仿真，最后在该系统中加入特定的干扰，进行测试，研究整个系统的抗干扰性能。 关键词：通信系统；直接序列扩频；调制解调保密通信 目录 目录..................................................................... II 第1章绪论.. (1) 1.1背景 (1) 1.2 实验目的及总体介绍 (2) 1.3 本次设计任务与要求 (2) 第2章直接序列扩频通信原理 (3) 2.1扩频通信概念及分类 (3) 2.1.1扩频通信概念 (3) 2.1.2扩频通信分类 (3) 2.2直接序列扩频定义 (5) 2.3直接序列扩频的基本原理 (6) 2.4 直扩系统的性能分析 (7) 2.4.1 直扩系统的抗干扰性 (7) 2.4.2 直扩系统的抗多径干扰性能 (8) 第3章扩频码序列 (10) 3.1 码序列的相关性 (10) 3.2 m序列 (11) 第4章基于Simulink的仿真 (12) 4.1 MATALB及SIMULINK的介绍 (12) 4.1.1 MATLAB简介 (12) 4.1.2 SIMULINK简介 (12) 4.2发射机部分的Simulink的仿真 (13) 4.3接收机部分的Simulink仿真 (16) 第5章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 (20) 第6章 CDMA系统仿真设计 (24) 结论 (28) 参考文献 (29) 致谢 (30) 直接序列扩频通信系统仿真 一、实验的背景及内容 1、直接扩频通信的背景 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它和光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387[1]。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、移动通信系统、WLAN(IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等使用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 扩频通信技术自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛使用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被使用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛使用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等等的系统中。 2、实验的内容及意义 本次实验主要研究了直接序列扩频系统，建立了直接序列扩频系统的matlab仿真模型，在信道中存在高斯白噪声和干扰的情况下，对系统的在不同扩频增益下的误码率性能进行了仿真及分析。 近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的使用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一因此研究扩频通信具有很深远的意义。本人通过此次实验，进行深入地研究学习扩频通信技术及对它进行仿真使用，将所学的知识进行归纳和总结，从而巩固通信专业基础知识，为以后的个人学习和工作打下基础。 直接序列扩频Matlab程序 直接序列扩频通信可以有效地抵抗来自信道中的窄带干扰。在一个直扩通信系统中,扩频是通过伪噪声序列(PN)对发送的信息数据进行调制来实现的。在接收端,原伪噪声序列和所收信号的相关运算可将窄带干扰扩展到DS信号的整个频带,使干扰等效为幅度较低频谱较平 坦的噪声；同时，将DS信号解扩, 恢复原始信息数据。- The direct sequence spread spectrum correspondence may effectively resist from the channel in selective interference. Straight expands in the communications system in, the wide frequency is (PN) carries on through the false noise sequence to the transmission information data modulates realizes. In the receiving end, the original false noise sequence and receives the signal the correlation operation to be possible to expand the selective interference to the DS signal entire frequency band, causes the disturbance equivalent for a scope lower frequency spectrum smoother noise; At the same time, expands the DS signal solution, restores the primary information data. ====================== function [Y]=DSSS(X, mode) % 完成DSSS调制解调功能 % mode=[1,2]. 1进行调制，2进行解调，未指定时自动完成调制和解调两个功能。 switch nargin case 0 X='This is a test.'; Y=DSSS(X); return case 1 Y1=DSSS(X, 1); Y2=DSSS(Y1, 2); Y=Y2; return; case 2 if mode==1%调制 D=ones(1,7); m_sequence=Msequence(D); X_length=length(X); ascii_value=abs(X); ascii_binary=zeros(X_length,7); %将数据转换为ASCII二进制码 for ii=1:X_length ascii_binary(ii,:)=Binary(ascii_value(ii)); end subplot(2,3,1);plot(reshape(ascii_binary,1,X_length*7));title('A:输入数据'); %扩频 Sp_expand=zeros(X_length,127*7); for ii=1:X_length 成绩评定表 课程设计任务书 摘要 直接序列扩频(DSSS—Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术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。当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对直接序列扩频通信广泛的应用，本文用Matlab仿真程序画出调制信号、载波、已调信号、相干解调之后信号的波形以及功率频谱密度，分析所设计系统性能，理解其原理。用 Matlab-Simulink仿真建立基于相干解调的直接序列扩频通信系统仿真模型，详细叙述模块参数的设置。先对直接序列扩频系统原理进行介绍，然后基于Simulink 的仿真，并对仿真结果做了详细的讲解分析，使其更加形象和具体。 关键词:直接序列扩频码分多址 MATLAB仿真 SINMULINK模块仿真 I 目录 1 课程设计目的 (1) 2 课程设计要求 (1) 3 相关知识 (1) 4 课程设计分析 (3) 5 仿真 (7) 6结果分析 (12) 7 参考文献 (15) II 直接序列扩频通信系统的仿真 1.课程设计目的 （1）培养独立开展科研的能力和编程能力。 （2）掌握用MATLAB实现信号的PM调制。 （3）掌握MATLAB软件的使用。 2.课程设计要求 （1）掌握MATLAB使用方法，利用软件绘制图像。 （2）程序设计合理、能够正确运行。 3.相关知识 3.1扩频通信概念及分类 扩频通信是扩展频谱通信的简称。它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的 一种通信方式。 主要有以下几类： 1直接序列扩频 简称直扩（DS）。所传送的信息符号经伪随机序列（或称伪噪声码）编码后对载波进行调制。伪随机序列的速率远大于要传送信息的速率，因而调制后的信号频谱宽度将远大于所传送信息的频谱宽度。 2载波频率跳变扩频 简称跳频（FH）。载荷信息的载波信号频率受伪随机序列的控制，快速地在给定的频段中跳变，此跳变的频带宽度远大于所传送信息的频谱宽度。 3跳时（TH） 将时间轴分成周期性的时帧，每帧内分成许多时片。在一帧内哪个时片发送信号 1 直接序列扩频通系统仿真 一、课程设计目的 学习扩频通信系统的原理，理解扩频通信系统性能能指标的意义，学会分析扩频通信系统性能能指标的方法。学会根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法。 二、课程设计基本要求 1、学会MATLAB的使用和MATLAB的程序设计方法； 2、掌握扩频通信系统的原理； 3、理解扩频通信系统性能指标的意义； 4、能够用Monte Carlo仿真估计直接序列扩频通信系统的性能。 三、课程设计内容 1、讨扩频通信系统的原理，分析直接序列扩频通信系统的性能； 2、讨论根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法； 3、通过Monte Carlo仿真，说明直接序列扩频通信系统在抑制正弦干扰方面的有效性。仿真系统的方框图如图： 四、理论基础 4.1扩频通信的背景 扩展频谱通信是建立在Claude E．Shannon的信息论基础之上的一种新型的通信体制。由于扩频通信体制具有抗干扰能力强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、测距和易于组网等一系列优点，自从问世之后便引起了世界各国的极大关注，并率先应用在军事通信中。随着近年来大规模、超大规模集成电路和微处理器技的广泛应用，以及一些新型器件的应用，扩频技术的应用形成了新的高潮。事实上，扩频通信已成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效的手段，并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的威力。随着CDMA扩频通信技术在民用通信中的深入应用和不断渗透，以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球定位系统和跳频通信等民用和国防民事通信的强烈需求下，扩谱通信的地位越来越重要了。 4.2直接序列扩频通信原理理论基础 直接序列扩频（DSSS）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扩，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倍噪比。直接序列扩频通信系统仿真设计—移动通信课程设计
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