摘要
本文利用Systemview软件作为平台，首先对香农公式进行了验证实验，应该注意的是Shannon证明了理想系统的存在性，但没有说明理想系统实现的方法。本验证实验重点研究在信道容量不变的条件下，通过增加信号的传输频带宽度来降低信噪比方法，通过仿真研究分析，从而论证香农定理的正确性。简单来说，即是可以通过增加信号的传输带宽来降低对信噪比的要求。另外，系统仿真技术是专业理论和系统实验相结合的有效途径之一，本文对扩频通信中最典型的扩频工作方式——直接序列扩频系统(DSSS)进行了仿真分析，结果表明直扩系统的抗干扰能力远远大于普通的二进制系统，并且随着扩频增益的增大，系统的误码率越小，同时扩频系统性能的好坏很大程度上还取决于扩频码的特性。并且为了对扩频通信进行原理验证和性能分析，给出了一种基于SystemView图符库的直序扩频通信仿真系统．仿真结果显示，该系统具有良好的抗多径干扰能力。
关键词：香农公式；直接序列扩频；SystemView仿真
Abstract
The papers is based on the software SystemView，the first prove the Shannon formula is right the another is direct sequence spread spectrum(DSSS)communication is simulated and analyzed．The simulation result shows that the anti-jamming capability of the DSSS communication system is better than that of common binary digital systems，that with the increasing of the spread spectrum(SS)gain，the probability of error bits decreases，and that the system S capability depends greatly on the characteristic of spread spectral sequences.
A simulation system of direct sequence spread spectrum communication based on the token library of SystemView Was given for the purpose of theory validation and performance analys. The results showed the system had good performance to combat multipath interference．
Key words：Shannon formula；direct sequence spread spectrum；Systemview simulation
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
绪论 (1)
1Systemview软件 (2)
1.1 Systemview软件的基本特点 (3)
1.2 Systemview软件的系统视窗 (4)
1.2.1 主菜单功能 (4)
1.2.2 快捷功能与图符库选择功能按钮 (7)
2 奈奎斯特第一准则的验证实验 (8)
2.1 奈奎斯特第一准则内容 (8)
2.2 奈奎斯特第一准则仿真研究 (9)
3 直接扩频系统仿真研究 (12)
3.1 直接扩频系统工作原理 (12)
3.2 直接扩频系统的仿真研究 (14)
3.2.1 与普通2进制系统性能比较 (15)
3.2.2 扩频增益G的影响 (15)
3.2.3 扩频码的影响 (15)
3.3 波形分析 (16)
结论 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
绪论
香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。本文重点研究在信道容量不变的条件下，通过增加信号的传输频带宽度来降低信噪比方法，通过仿真研究分析，从而论证香农定理的正确性。另外，随着通信技术的发展，扩频技术在无线通信中的应用越来越广泛，已经成为当今通信领域研究的热点．扩频通信技术由于具有较强的抗干扰能力、保密性好以及易于实现多址通信等优良的特性，它不仅在军事通信中占有重要的地位，而且近年来在民用通信中也得到了越来越广泛地应用与研究。而仿真又是设计与实现高级通信系统以获得最优性能的重要手段，故成为通信系统开发的重要环节，因而选择合适的仿真软件极其关键．目前通用的通信仿真软件种类繁多，各具特色，其中SystemVue 以其简洁等特点独树一帜，具有相当重要的地位．它是一种基于Windows平台对系统级进行设计、仿真和分析的EDA(Electronic Design Autimation)软件，为设计者提供了图形设计界面来搭建和设计系统，并且提供了时域和频域分析工具扩频通信主要有直接序列扩频(DSSS)、跳频扩频(FHSS)和跳时扩(THSS)3种工作方式，其中直接序列扩频通信是扩频通信技术中最为常用的一种，影响其性能的主要因素有扩频增益和扩频码序列。．基于以上原因，本文选择基本的直序扩频通信为切入点，借助Systemview这一系统级的通信仿真工具，建立直接序列扩频通信系统模型，研究不同的扩频码序列和扩频增益扩频系统性能的影响。
1 Systemview软件
SystemView，是Eagleware开发的EDA软件，SystemView具有直观的模块级界面，是适用于开发、仿真和分析的系统设计环境．2005年Eagleware公司签署Agilent 收购Eagleware-Elanix全部资产和业务的最终协议，SystemView改名为SystemVue．Eagleware为不同的需要提供了5种SystemVue专用设计包：SystemVue通信设计包——systemVueProfessional+通信，DSP，逻辑，射频模拟库；SystemVue高速通信设计包——SystemVue通信设计包+ APG；SystemVue实时通信设计包——SystemVue通信设计包+C代码生成+实时DSP接口；SystemVue实时DSP设计包——SystemVue Professional+DSP库+C代码生成+实时DSP；SystemVue无线设计包——SystemVue通信设计包+UWB+802．1la／b／g.使用SystemVue进行通信电子方面的设计非常方便，它利用功能元件库中的图符来代表一种处理过程，在SystemVue系统窗口中完成系统的设计.设计的过程是：在系统窗口中从不同的元件库选择图符，并在设计区域中进行连接，设置好每个图符的参数，控制系统的起始时间、中止时间、采样频率，最后从分析窗中分析结果，从而达到设计与分析系统的目的．该设计过程无需与复杂的程序语言打交道．总之，SystemView是在Windows95/98环境下运行的用于系统仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整的动态系统设计、仿真与分析的可视化软件环境，能进行模拟、数字、数模混合系统、线性和非线性系统的分析设计，可对线性系统进行拉氏变换和Z变换分析。
1.1 Systemview软件的基本特点
SystemView属于一个系统级工具平台，可进行包括数字信号处（DSP）系统、模拟与数字通信系统、信号处理系统和控制系统的仿真分析，并配置了大量图符块（Token）库，用户很容易构造出所需要的仿真系统，只要调出有关图符块并设置好参数，完成图符块间的连线后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱、星座图和各类曲线形式给出系统的仿真分析结果。SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯
（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。SystemView能自动执行系统连接检查，给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式，按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标—如幅频特性（伯特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。在系统设计和仿真分析方面，System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。System View还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入/输出数据。提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用其函数。还具备与硬件设计的接口：与Xilinx公司的软CoreGenerator 配套，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件；另外，System View还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码]1[。
1.2 Systemview软件的系统视窗
1.2.1 主菜单功能
进入SystemView后，屏幕上首先出现该工具的系统视窗，如下图1-1所示。
系统视窗最上边一行为主菜单栏，包括：文件（File ）、编辑（Edit ）、参数优选
（Preferences ）、视窗观察（View ）、便笺（NotePads ）、连接（Connetions ）、编译器
（Compiler ）、系统（System ）、图符块（Tokens ）、工具（Tools ）和帮助（Help ）共
11项功能菜单。与最初的SystemView1.8相比，SystemView3.0的操作界面和对话框
布局有所改变。执行菜单命令操作较简单，例如，用户需要清除系统时，可单击"File"
菜单，出现一个下拉菜单，单击其中的"Newsystem"工具条即可。为说明问题简单起
见，将上述操作命令记作：File>>Newsystem ，以下类同。
1.2.2 快捷功能与图符库选择功能按钮
在主菜单栏下，SystemView 为用户提供了16个常用快捷功能按钮，按钮功能如
下：
清除系统 删图符块 切断连线 布放连线
复制图符 便笺注释 终止运行 系统运行
系统定时 分析窗口 进亚系统 建亚系统
根轨迹 波特图 重画图形 图符翻转
系统视窗左侧竖排为图符库选择区。图符块（Token ）是构造系统的基本单元模
块，相当于系统组成框图中的一个子框图，用户在屏幕上所能看到的仅仅是代表某
一数学模型的图形标志（图符块），图符块的传递特性由该图符块所具有的仿真数学
图1-1 系统视窗
模型决定。创建一个仿真系统的基本操作是，按照需要调出相应的图符块，将图符块之间用带有传输方向的连线连接起来。这样一来，用户进行的系统输入完全是图形操作，不涉及语言编程问题，使用十分方便。进入系统后，在图符库选择区排列着8个图符选择按钮，即：
信源库亚器件库加法器输入/输出
操作库函数库乘法器信宿库
在上述8个按钮中，除双击“加法器”和“乘法器”图符按钮可直接使用外，双击其它按钮后会出现相应的对话框，应进一步设置图符块的操作参数。单击图符库选择区最上边的主库开关按钮main ，将出现选择库开关按钮Option下的用户库（User）、通信库（Comm）、DSP库（DSP）、逻辑库（Logic）、射频模拟库（RF/Analog）和数学库（Matlab）选择按钮，可分别双击选择调用。
1.3 Systemview软件的使用
利用Systemview完成系统设计有两个基本步骤，首先是系统建模，其次是仿真分析。在仿真分析之前需要设置一些参量，尽管实现十分简单，但是也要求我们对所要设计和仿真的内容、原理和目标十分清楚；否则难以正常进行。下面就简单介绍一下基于Systemview软件的设计的步骤。
第一，系统建模
打开Systemview程序，进入Systemview设计窗口。如上诉图1-1所示。
首先根据设计要求建立系统模型。从信号源库中取出所要的图标，然后进行连接。其次选择系统参数，在我们选择图标后，双击该图标就可以对该图标的参数进
行设置。如从图符库中拖出一个信号源图符"Source"到设计窗口，双击该图符，在出现的信号源库窗口中，选择周期信号"Periodic"中的正弦信号"Sinusoid"，按"Parameter"按钮，将参数设置窗口中的频率"Frequency"定义为我们要设置的频率。图符变成。设置后单击OK按钮。最后，设置时间分析参数。单击工具栏的时间按钮后设置仿真时间参数，根据自己的需要设置这些参数就可以了。
第二，系统仿真分析
设置系统参数和仿真时间参数后即可开始仿真分析，单击工具栏中的仿真按钮
后，就可以看到仿真波形了。为了观察信号波形的细节，观察窗的大小可以方便地通过拖动放大或缩小。
信号波形与系统模型显示在同一个平台上，对于分析系统工作状态十分有利，所以接收器也常称作“示波器”。
而后利用分析窗口完成信号分析。分析窗口是Systemview实现信号分析的工作平台，是一个强大的信号分析工具。学会使用分析窗口及其工具是掌握Systemview 分析信号及系统的关键。为设置分析窗口与调整波形，在完成信号仿真操作后，单击工具栏上的分析窗口图标，可以打开分析窗口平台。单击工具栏上相关按钮可以排列分析波形。可以利用工具栏上的图标调整波形的布局，可以清楚地看到系统各点信号波形之间的关系，Systemview的动态探棒随着鼠标移动可以清楚地标明各个波形之间的对应点位置。
最后利用接收计算器完成信号分析单击分析窗口左下角的接收器图标，显示Systemview Sink Calculator对话框。这个对话框提供了所有的信号分析工具设置和系统参数调整，内容十分丰富。在接收计算器中，可以对系统所能提供的任何信号进行运算，包括信号的各种谱分析、信号之间的叠加和卷积和相关等。Systemview的设计环境和分析环境是软件的两个基本的用户界面，二者之间可以通过顶端工具栏中的按钮互相切换，这样就显得非常方便了。
2 奈奎斯特第一准则及仿真研究
2.1 奈奎斯特第一准则
1927年，奈奎斯特发表抽样定理，确定传输信息所需要满足的带宽要求，为香农的信息论奠定了基础。
奈奎斯特准则是在给定信道带宽，理想信道的条件下，要求无码间干扰时，求最大速率。
C= 2Blog2N （log2表示以2为底的对数）（2-1）香农公式是在给定信道带宽，给定信噪比的条件下，要求误码率为无穷小时，求最大速率。
C=Blog2(1+S/N)（log2表示以2为底的对数）（2-2）其中B是信道带宽（赫），S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。香农公式中的S/N 为信噪比。
奈奎斯特第一准则指出了信道带宽与码速率的基本关系，即
（2-3）理想信道的频带利用率为
（2-4）奈氏准则的另一种表达方法是：每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。若码元的传输速率超过了奈氏准则所给出的数值，则将出现码元之间的互相干扰，以致在接收端就无法正确判定码元是1还是0。对于具有理想带通矩形特性的信道（带宽为W），奈氏准则就变为：理想带通信道的最高码元传输速率＝1W Baud 即每赫宽带的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。奈氏准则是在理想条件下推导出的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的
传输信号。需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。这就需要有很好的编码技术]2[。
2.2 奎斯特第一准则仿真研究
为了加深对奈奎斯特第一准则的了解，用图2-1所示的仿真系统来进行验证。图中，图符0为幅度1V，码速率为100bps的伪随机码信号，图符1为汉明窗，以保证输入的基带信号有较高的功率而无码间干扰。图符4为抽头数为259的FIR低通滤波器，用来近似模拟理想的传输信道，滤波器的截止频率设为50Hz，在60Hz处有-60dB的衰落，因此信道的传输带宽可近似等价为50Hz，按奈奎斯特第一准则带宽与码速率的基本关系可以无失真地通过100Hz的数字信号。图符5是用来进行抽样；图符6为SystemView逻辑库中的缓冲器，用来输出抽样保持后的信号；图符12为比较电平；图符13为高斯噪声源。取得输出信号与信源信号相位大体一致，利于观察比较。
仿真前，先关闭噪声信号，接收波形正确后再加入，观察噪声影响，噪声强度以不失真为限，目的是实现再有噪声的情况下，接收信号不产生失真。然后再改变图符0的码速率为150bps，系统出现误码，从而验证奈奎斯特第一准则的正确性。
图2-1 波形无失真传输条件的仿真原理图
通过上图，可以看到，信号源经过干扰与低通滤波器滤波后选择比较，最后在一个比较电平下与恢复的信号波形相比较。
表2-1 图符块设置参数表
Toke
n
Type Parameters
0 Source: PN Seq Amp = 1 v, Offset = 0 v, Rate = 100 Hz，Levels = 2
Phase = 0 deg
1 Comm: Pulse
Shape
Hanning
Time Offset = 0 sec,Pulse Width = 10e-3 sec
2 dder: Non Parametric
3
4 Operator: Linear
Sys
Butterworth Lowpass IIR,5 Poles,Fc = 100 Hz
5 Operator:
Sampler
Interpolating Rate = 100 Hz Aperture = 0 sec
6 Operator: Hold Last Value,Gain = 2
7 Operator:
Compare
Comparison = '>=',True Output = 1 v,False Output = 0 v 12 Source: Sinusoid Amp = 0 v, Freq = 0 Hz, Phase = 0 deg
8,9,1
0,11
Sink: Analysis
Token1是P SHAPE 脉冲整形器，对输入的脉冲信号进行汉明形式的整形。
Token7是比较器，
Token12是比较电平
Token5,6,7,12组成了抽样后的比较判决电路。对信号进行恢复。
Sink8 是信源波形
Sink11 是接收恢复波形
通过比较之前与之后的信源波形可以看到，信号无失真，波形一样。
图2-2 信源波形
图2-2 经过汉明窗后的波形
图2-3 干扰后经过低通滤波器后的波形
图2-4 还原后的信源波形
图2-4 出现误码波形
对比上图2-3与2-4，看到改变图符0的码速率后波形的不同，明显系统出现了误码，这样可以很好的证明奈奎斯特第一准则的正确性。
3 直接扩频系统仿真研究
3.1 直接扩频系统工作原理
扩频通信是扩展频谱通信（SS：Spread Specturm）的简称，是现代通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向]3[。扩频通信在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远远大于所传信息必须的带宽，在接受端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传输信息数据。这一处理过程带来了信噪比上的好处，扩频通信具有抗干扰能力强、保密性好、易于实现多址通信等优点，因此该技术越来越受到人们的重视。近年来，随着大规模集成电路技术、微处理技术和新型元器件的飞速发展，扩频通信已经在技术上迈入了一个新的台阶，从军事通信迅速向个人通信和计算机通信领域渗透，从而成为新世纪最有潜力的通信技术之一。
另外，多径干扰是由于电波在传播过程中遇到各种反射体(如电离层、对流层、高山和建筑物等)而引起反射或散射、在接收端收到的直接路径信号与这些群反射信号之间的随机干涉形成的．由于多径干扰信号的频率选择性衰落和路径引起的传播时延，使信号产生严重的失真和波形展宽，并导致信息波形重叠，使通信系统发生严重的误码。
扩频技术的理论基础是香农（Shannon）定理，是香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（信道容量）为
（3-1）其中C——信道容量（比特/秒）
W——信号带宽（赫兹）
N——噪声功率
S——信号平均功率
当S/N很小时（≤0.1）得到：
（3-2）上式告诉我们：
（1）要增加系统的信息传输速率（即增加信道容量C），可以通过增加传输信号的带宽（W）或增加信噪比（S/N）来实现。
（2）当信道容量为常数时，带宽（W）与信噪比之间可以互换，即可以增加带宽（W）来降低系统对信噪比（S/N）的要求，也可以通过增加信号功率来降低信号的带宽。
（3）当带宽（W）增加到一定程度后，信道容量C不可能无限增加。
因此，在无差错传输的信息速率C不变时，如信噪比很低（N/S很大），则可以用足够宽的带宽来传输信号。
所谓直接序列（DS：Direct Sequengy）扩频，就是用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。在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。扩频通信原理框图如下所示。
图3-1 扩频通信原理框图
其理论基础为香农定理，该定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统信道容量为C=Wlog2(1+S/N)，其中，C为信道容量；W为信号带宽；S为信号平均功率；N为噪声功率。由上式可见，在无差错传输的信息速率不变的情况下，如果信噪比很低，则可以用足够宽的带宽来传输信号。直扩系统原理框图，如下图3-2所示。
图3-2 直扩系统原理图
在发送端信码为m(t)，扩频码为一个伪随机码p(t)，共同作用在扩频调制器上。扩频调制器是一个模2加法器，运算规则如下：
c(t)= m(t)⊕p(t) （3-3）通常在DS系统中，伪码的速率是R p、码宽T p，信码的速率是R m、码宽T b，当R p>>R m，T p< （3-4）经过扩频，还要进行载频调制，以便信号在信道上传输。载波调制可采用数字调制的方式。在接收端，接收信号通过前端后在相关器中进行模2加，即S1(t)⊕S2(t)，然后通过中频滤波器，经解调恢复出原始信号。 要传送的信息首先进行信息调制转换成二进制数字信号，用此二进制信号与扩频码发生器产生的扩频码序列相乘(或模二和)形成带宽较宽的宽带信号，再用此宽带信号调制载波，通过天线发射出去。信号在信道传输时受到干扰，所以接收机接收到的信号除了有用信号外还有干扰信号，将接收到的信号进行解调，再经过与发送端相同的扩频码进行相关解调(解扩)，最后经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，2次调制为扩频调制，3次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。3.2 直接扩频系统仿真研究 Systemview是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，到复杂的通信系统等不同层次的设计仿真要求。利用Systemview建立的直扩系统的仿真模型，如图3-3所示。 图3-3 直扩系统仿真模型 主要参数设置如下： (1) 系统采用伪随机码作为二进制信源，码速率为1000bit/s。 (2) 扩频码由PN序列发生器产生，码速率为100kbit/s的伪随机码。 (3) 调制采用二进制相移键控方式，即BPSK。 (4) 噪声采用功率谱密度为0.0001 w/Hz的高斯白噪声。 3.2.1 与普通的二进制系统性能比较 在扩频通信中，由于接收端采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把干扰信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这样，对于各种干扰信号，因其在接收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成分，信噪比很高，因此其抗干扰性比普通的通信系统强。在Systemview中分别建立两者的模型进行仿真，得到普通二进制系统和直扩系统在不同信噪比下的误比特率(BER)曲线，如图3-4所示。由图3-4看出，在信噪比相同的情况下，直扩系统的抗干扰能力远远大于普通的二进制系统。 图3-4 误比特曲线对比 3.2.2 扩频增益G的影响 扩频增益G的大小对直扩系统性能有很大的影响，不同扩频增益时系统的误比特率(BER)曲线，如图3-5所示。由图3-5看出，增加扩频增益可以改善系统误码率。 图3-5 误比特曲线对比 3.2.3 扩频码的影响 在扩频系统中，信号频谱的扩展是通过信息数据与扩频码相乘(或模二和)来实现的，因此扩频系统性能的好坏直接取决于扩频码的特性。常用的扩频码有用移位寄存器实现的PN码、Gold码和JPL码，为了比较这几种扩频码对系统的影响，先建立它们的仿真模型，然后将仿真的3中扩频码序列加入扩频系统得出的误比特率（BER）曲线如图3-6所示。 图3-6 误比特曲线对比 由图3-6看出，Gold码系统的性能最好，JPL码系统次之，PN码系统最差，但移位寄存器形成的PN码易于实现，Gold码具有良好的自互相关性，且它的优选序列多，JPL码的捕获快，适合快捕。所以，在实际应用中要根据具体情况来选择不同的扩频码。 3.3 直扩系统的仿真 为了说明问题，本例未按工程实际的直接序列扩频技术原理来建模，而是采用比较简单的单面直接的方式来构建模型，如图3-7所示。 图3-7 直接序列扩频SV仿真模型 在图中，图符0是PN信源，图符1是低通滤波器、与图符0组成数据信号源；图符3是扩频用的PN码，扩频调制未采用模2加，而采用乘法器（图符2）直接调制，再经过图符4载波调制，简化了平衡调制器。为了观察扩频系统的抗干扰性能， 图中使用了一个干扰信号源（图符7），该信号源可以是单频窄带干扰源，也可以是宽带的扫频信号，也可以是高斯噪声，图符7是扫频信号源。 在接收端，经本振解调（图符8、9）的复合信号直接与原扩频PN码（图符3）相乘，获得解扩信号。经低通滤波器（图符11），比较器（图符18）便最终得到恢复的原始信号，图符19提供比较电平。 图中仿真模型中图符块参数设置如表3-1所示。系统设置：NO.of Samples=6000，Samples Rate=1e6Hz。 表3-1 图符参数设置 Token Type Parameters 0 Source: PN Seq Amp = 1 v，Offset = 0 v，Rate = 1e+3 Hz， Levels = 2，Phase = 0 deg 1、11 Operator: Linear Sys Butterworth Lowpass IIR，3 Poles，Fc = 1e+3 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = Transient 2、4、8、 10 Multiplier: Non Parametric 3 Source: PN Seq Amp = 1 v，Offset = 0 v，Rate = 10e+3 Hz， Levels = 2，Phase = 0 deg 5、9 Source: Sinusoid Amp = 1 v，Freq = 100e+3 Hz，Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 6 Adder: Non Parametric 7 Source: Freq Sweep Amp = 200e-3 v，Start Frq = 90e+3 Hz， Stop Frq = 120e+3 Hz，Period = 1 sec，Phase = 0 deg 18 Operator: Compare Comparison = '>='，True Output = 1 v 19 Source: Sinusoid Amp = 0 v，Freq = 0 Hz，Phase = 0 deg 20～27 Sink: Analysis 其信源的波形如图3-8所示，PN信源通过低通滤波器后信源仿真波形如图3-9所示，经过PN码扩频之后波形如图3-10所示；图3-11所示的是经过载波调制后波形，又经过干扰信号源后的混合波形如图3-12所示；在接收端通过本振解调的复合信号与原扩频PN码相乘得到的解扩信号波形如图3-13所示；又经过低通滤波器的波形如图3-14所示；恢复后的还原信号波形如图3-15所示。 直接序列扩频通信系统仿真 直接序列扩频通信系统仿真 一、实验的背景及内容 1、直接扩频通信背景 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、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。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。 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，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。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，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、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应用，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应用，将所学的知识进行归纳与总结，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。 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。 Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌 实验一Matlab 基本语法与信号系统分析 一、实验目的： 1、掌握MATLAB的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、实验内容： 1、MATLAB为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB程序如下： x = -pi::pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time’,纵坐标为’y’运行结果如下图： 2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2); 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 扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx 目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15) 摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。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，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。 数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力； 信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等 MATLAB通信系统仿真实验报告 实验一、MATLAB的基本使用与数学运算 目的：学习MATLAB的基本操作，实现简单的数学运算程序。 内容： 1-1要求在闭区间[0，2π]上产生具有10个等间距采样点的一维数组。试用两种不同的指令实现。 运行代码：x=[0:2*pi/9:2*pi] 运行结果： 1-2用M文件建立大矩阵x x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] 代码：x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] m_mat 运行结果： 1-3已知A=[5，6;7，8]，B=[9，10;11,12]，试用MATLAB分别计算 A+B,A*B,A.*B,A^3，A.^3，A/B,A\B. 代码：A=[56;78]B=[910;1112]x1=A+B X2=A-B X3=A*B X4=A.*B X5=A^3 X6=A.^3X7=A/B X8=A\B 运行结果： 1-4任意建立矩阵A，然后找出在[10,20]区间的元素位置。 程序代码及运行结果： 代码：A=[1252221417;111024030;552315865]c=A>=10&A<=20运行结果： 1-5总结：实验过程中，因为对软件太过生疏遇到了些许困难，不过最后通过查书与同学交流都解决了。例如第二题中，将文件保存在了D盘，而导致频频出错，最后发现必须保存在MATLAB文件之下才可以。第四题中，逻辑语言运用到了ij，也出现问题，虽然自己纠正了问题，却也不明白错在哪了，在老师的讲解下知道位置定位上不能用ij而应该用具体的整数。总之第一节实验收获颇多。 直接序列扩频系统的Matlab/Simulink仿真 摘要：本文利用Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行了仿真，对其原理进 行了相关的说明。读者可以通过对本文的阅读对直接序列扩频的相关原理有一定的了解。 关键字：扩频通信直接序列扩频 一、仿真的意义 随着信息技术的发展，通信技术变得越来越复杂，技术更新的周期也越来越短。对于大部分学者，特别是我们学生来说，在学习通信技术时，若对每一个系统都要实体研究是不现实的。此时通信系统仿真对我们来说可以说是必不可少的。通过建立相应的通信系统的模型，对其进行仿真，可以使我们把琐碎的知识联系在一起，形成一个个通信系统的概念，可以让我们对各个知识点的原理有更加深刻的理解和掌握。 二、直接序列扩频的原理 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)是将待传送的信息数据用伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输而接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信具有抗干扰能力强、抗噪声、保密性强、功率谱密度低，具有隐蔽性和较低的截获概率、可多址复用和任意选址、高精度测量等优点。 根据扩展频谱方式的不同，可以将扩频通信系统分为直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式；跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称跳频(FH)方式；跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称跳时(TH)方式；宽带线性调频(Chirp Modulation)工作方式，简称Chirp方式和各种混合方式。 直接序列(DS-Direct Scquency)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。直接序列扩频是扩频通信系统最基本的工作方式。 假设信源序列对应的双极性波形为a(t)，其电平取值为±1 ，码元速率为Rabps，码元宽度为Ta=1/Ra/秒。扩频所使用的伪随机序列c(t)也是电平取值为±1 的双极性波形，伪随机序列（PN序列）的码元也称为码片（chip），码片速率设为Rcchip/s，对应的码片宽度就是Tc=1/Rc/秒。对于双极性波形而言，扩频过程等价于数据流a(t)与伪随机序列c(t)相乘的过程，扩频输出序列设为d(t)，也是取值为±1 的双极性波形，其速率等于码片速率。扩频序列经过调制后得到调制输出信号s(t)送入信道。对于BPSK调制，发送的信号就相当于是数据流与伪随机序列相乘后再乘于一个高频的余弦信号。在接收端，接收到的信号中有包含了有用信号s(t)及各种干扰J(t)和噪声n(t)。由于接收端采用相关解扩，即将s(t)J(t)n(t)和本地PN序列c(t)相乘，只有有用信号的频谱能够被还原为窄带信号，其他的噪声和干扰的频谱只会被展宽，当信号通过窄带滤波器后只有一小部分被展宽了的频谱会混进有用信号中，由此大大增强了其抗干扰的能力。 三、仿真的系统与结果 此处是对直接序列扩频通信系统的仿真。假设该系统以BPSK方式调制，数 扩频信号处理仿真技术 摘要 本文阐述了扩展信号处理过程的基本原理、主要性能指标及其工作特点，然后根据香农定理，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink，建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各个模块的设计，并指出了仿真建模过程中所需注意的问题。通过建模深入理解MATLAB/Simulink基本建模仿真方法的实质性，掌握通信系统仿真的思维方法，增强系统建模和设计的自主能力和创造力。并根据给定的参数设置，仿真出结果，证明了所建仿真模型的正确性 Simulation Technology of spread-spectrum signal processing Abstract This article elaborated the spread spectrum communication technology's basic principle, the main performance index and the operating feature, then act according to the Shannon theorem, provides visualization tool Simulink using MATLAB, has established the wide frequency communications system simulation model, narrated in detail each module's design, and had pointed out in the simulation model must pay attention question. Through the modeling further understanding the substantive of this simulation based on MATLAB, master the methods of communication system simulation. Enhance the independent ability and creativity of system modeling and design, and according to a given set of parameters, and the simulation the results. Had proven constructs the simulation model the accuracy. 目录 1 绪论 (1) 1.1选题的背景 (1) 1.2选题的主要任务 (2) 2 扩频通信系统 (3) 2.1扩频通信的基本原理 (3) 2.2扩频通信的特点 (3) 2.2.1抗干扰性强 (3) 2.2.2 抗干扰性强 (4) 2.2.3 抗多径干扰 (4) 2.2.4 保密性好 (4) 3 线性调频扩频系统 (5) 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 重庆交通大学信息科学与工程学院综合性设计性实验报告 专业：通信工程专业11级 学号： 姓名： 实验所属课程：移动通信原理与应用 实验室(中心)：信息技术软件实验室 指导教师：李益才 2013年11月 一、题目 扩频通信系统仿真实验 二、仿真要求 扩频通信系统的多用户数据传输 ①传输的数据随机产生，要求采用频带传输（BPSK调制）； ②扩频码要求采用周期为63（或127）的m序列； ③仿真从基站发送数据到三个不同的用户，各不同用户分别进行数据接收； ④设计三种不同的功率延迟分布，从基站到达三个不同的用户分别经过多径衰落（路径数分别为2，3，4）； ⑤三个用户接收端分别解出各自的数据并与发送前的数据进行差错比较。三、仿真方案详细设计 整个实验主要通过matlab仿真，产生基带信号，产生M序列，并且进行BPSK调制以及扩频和解扩等，实现三个不同用户不同径的数量的多径衰落，最终得出误码率。 整个通信系统的总体框图如下： 扩频通信发射机设计 扩频通信接收机设计 由流程图可知，整个设计主要由发送端、信道和接收机组成。 其中发射端主要完成m序列的产生，随机0,1序列的产生。然后利用m序列对产生的随机序列进行扩频，然后再用cos(wt)对其进行调制。 信道主要模拟信号的多径传输，在这个信道中一共有三个用户的数据进行传输，用户一经过了2径衰落，用户二经过了3径衰落，用户三经过了4径衰落。 接收端接收到的信号是几路多径信号的加噪后的叠加，首先要完成信号的解扩，然后再解调，滤波，抽样判决最后分别与原始信号比较并统计误码率现对主要功能部分进行详细描述: 1.主程序流程图 通信原理课程设计 实验报告 专业：通信工程 届别：07 B班 学号：0715232022 姓名：吴林桂 指导老师：陈东华 数字通信系统设计 一、 实验要求： 信源书记先经过平方根升余弦基带成型滤波，成型滤波器参数自选，再经BPSK ，QPSK 或QAM 调制（调制方式任选），发射信号经AWGN 信道后解调匹配滤波后接收，信道编码可选（不做硬性要求），要求给出基带成型前后的时域波形和眼图，画出接收端匹配滤波后时域型号的波形，并在时间轴标出最佳采样点时刻。对传输系统进行误码率分析。 二、系统框图 三、实验原理： QAM 调制原理：在通信传渝领域中，为了使有限的带宽有更高的信息传输速率，负载更多的用户必须采用先进的调制技术，提高频谱利用率。QAM 就是一种频率利用率很高的调制技术。 t B t A t Y m m 00sin cos )(ωω+= 0≤t ≤Tb 式中 Tb 为码元宽度t 0cos ω为 同相信号或者I 信号； t 0s i n ω 为正交信号或者Q 信号； m m B A ,为分别为载波t 0cos ω,t 0sin ω的离散振幅； m 为 m A 和m B 的电平数，取值1 , 2 , . . . , M 。 m A = Dm*A ；m B = Em*A ； 式中A 是固定的振幅，与信号的平均功率有关，（dm ，em ）表示调制信号矢量点在信号空 间上的坐标，有输入数据决定。 m A 和m B 确定QAM 信号在信号空间的坐标点。称这种抑制载波的双边带调制方式为 正交幅度调制。 图3.3.2 正交调幅法原理图 Pav=（A*A/M ）*∑(dm*dm+em*em) m=(1,M) QAM 信号的解调可以采用相干解调,其原理图如图3.3.5所示。 图3.3.5 QAM 相干解调原理图 四、设计方案： (1)、生成一个随机二进制信号 (2)、二进制信号经过卷积编码后再产生格雷码映射的星座图 (3)、二进制转换成十进制后的信号 (4)、对该信号进行16-QAM 调制 (5)、通过升余弦脉冲成形滤波器滤波，同时产生传输信号 (6)、增加加性高斯白噪声，通过匹配滤波器对接受的信号滤波 (7)、对该信号进行16-QAM 解调 五、实验内容跟实验结果： 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 无线通信——OFDM系统仿真 一、实验目的 1、了解OFDM 技术的实现原理 2、利用MATLAB 软件对OFDM 的传输性能进行仿真并对结论进行分析。 二、实验原理与方法 1 OFDM 调制基本原理 正交频分复用(OFDM)是多载波调制(MCM)技术的一种。MCM 的基本思想是把数据流串并变换为N 路速率较低的子数据流，用它们分别去调制N 路子载波后再并行传输。因子数据流的速率是原来的1/N ，即符号周期扩大为原来的N 倍，远大于信道的最大延迟扩展，这样MCM 就把一个宽带频率选择性信道划分成N 个窄带平坦衰落信道，从而“先天”具有很强的抗多径衰落和抗脉冲干扰的能力，特别适合于高速无线数据传输。OFDM 是一种子载波相互混叠的MCM ，因此它除了具有上述毗M 的优势外，还具有更高的频谱利用率。OFDM 选择时域相互正交的子载波，创门虽然在频域相互混叠，却仍能在接收端被分离出来。 2 OFDM 系统的实现模型 利用离散反傅里叶变换( IDFT) 或快速反傅里叶变换( IFFT) 实现的OFDM 系统如图1 所示。输入已经过调制(符号匹配) 的复信号经过串P 并变换后,进行IDFT 或IFFT 和并/串变换,然后插入保护间隔,再经过数/模变换后形成OFDM 调制后的信号s (t ) 。该信号经过信道后,接收到的信号r ( t ) 经过模P 数变换,去掉保护间隔以恢复子载波之间的正交性,再经过串/并变换和DFT 或FFT 后,恢复出OFDM 的调制信号,再经过并P 串变换后还原出输入的符号。 图1 OFDM 系统的实现框图 从OFDM 系统的基本结构可看出, 一对离散傅里叶变换是它的核心,它使各子载波相互正交。设OFDM 信号发射周期为[0,T],在这个周期内并行传输的N 个符号为001010(,...,)N C C C -，,其中ni C 为一般复数, 并对应调制星座图中的某一矢量。比如00(0)(0),(0)(0)C a j b a b =+?和分别为所要传输的并行信号, 若将 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。 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。直接序列扩频通信系统仿真
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