扩频通信系统的MATLAB仿真

扩频通信系统的MATLAB仿真

摘要

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。本文详细阐述了扩展频谱通信的理论基础和实现方法，并通过Matlab对直扩通信系统进行了仿真，并对各基本模块进行设计和仿真。此外，在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，通过对比一般通信系统和基本扩频通信系统的仿真，研究了扩频通信系统抑制信道干扰和码间干扰的性能，结果表明，扩频通信系统确实能很好的提高通信系统的可靠性。

关键词：直扩通信；Matlab；Simulink；仿真

Spread spectrum communication system simulation with

MATLAB

Abstract

. Spread spectrum communication, namely the spread spectrum communication (Spread Spectrum Communication), optical fiber communication and satellite communication is together known as the three high-tech communication transmission mode in the information age. This paper expounds the theoretical foundation and realization method of the spread spectrum communication. By the Matlab simulation platform, spread spectrum communication system is simulated, and each basic is designed and simulated as well. In addition, in a given simulation conditions, running the simulation program obtained the expected simulation results. At the same time, using the simulation system, by comparing the general communication system and the basic spread spectrum communication system simulation, studied the spread spectrum communication system to suppress channel interference and inter-symbol interference performance. The results showed that the spread spectrum communication system does good to improve the reliability of communication system.

Key words: DSSS communication; Matlab ; Simulink ;Simulation

目录

摘要................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ II 前言 (1)

1 绪论 (2)

1.1 选题的背景 (2)

1.2 选题的主要任务 (3)

2 扩频通信系统 (4)

2.1 扩频通信的定义 (4)

2.2 扩频通信的理论基础 (5)

2.3 扩频通信系统的工作原理 (7)

2.4 扩频通信的主要特点 (8)

2.5 扩频通信的主要性能指标 (10)

2.5.1 处理增益 (10)

2.5.2 抗干扰容限 (11)

3 直接序列扩频通信的性能分析 (12)

3.1 直接序列扩频通信系统概述 (12)

3.2 直接序列扩频通信系统的数学模型 (13)

3.3 多径干扰 (14)

3.3.1 多径干扰的概念 (14)

3.3.2直扩系统的抗干扰性 (15)

3.3.3直扩系统的抗截获性 (16)

3.3.4直扩码分多址通信系统 (17)

3.3.5 直扩系统的抗多径能力 (17)

3.4 直接序列扩频通信系统的伪随机码的选择 (18)

3.4.1 扩频码简介 (19)

3.4.2 m序列 (19)

4 直接序列扩频通信系统的仿真基础 (25)

4.1 Matlab语言与仿真环境介绍 (25)

4.1.1 Matlab仿真环境简述 (25)

4.1.2 Matlab语言介绍 (26)

4.2 基于matlab通信仿真的基本步骤 (27)

4.3 Simulink建模仿真的一般过程 (27)

4.3.1 Simulink建模仿真的基本步骤 (27)

4.3.2 Simulink中功能模块的连接及设置 (28)

5 直接序列扩频通信系统的仿真 (32)

5.1 Simulink的仿真 (32)

5.1.1 扩频与解扩的Simulink仿真 (32)

5.1.2 BPSK调制的Simulink仿真 (34)

5.1.3 编码信道的Simulink仿真 (36)

5.2 Matlab源程序设计 (38)

总结 (48)

致谢 (49)

参考文献 (50)

前言

在当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带，如何进行准确可靠的信息通信是通信领域中至关重要的问题，扩频通信正是在这种背景下迅速发展起来的。直接序列是扩频通信的一种实现方式，在抗干扰和保密方面，是扩频通信中很好的通信方式。具体的实现方式是将待传送的信息数据经伪随机编码(扩频序列: Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；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。

本次毕业设计中，是用Matlab实现直接序列扩频通信系统的仿真。Matlab是一种功能强大的软件，在统计、信号处理、人工智能以及通信领域得到了广泛的应用。

这篇论文共分五章：第一章是绪论部分，主要介绍选择该课题的背景及任务。第二章主要介绍了扩频通信的基本定义、理论和主要性能指标。第三章重点介绍直接序列扩频通信系统的性能分析，包括直接序列扩频通信的模型、多径干扰和伪随机码的选择。第四章着重介绍直接序列扩频通信系统的仿真基础，主要包括Matlab语言与仿真环境介绍，基于Matlab通信仿真的基本步骤，Simulink建模仿真的一般过程。第五章是对本课题的一系列相关的仿真，主要包括Simulink基本模块的仿真和扩频通信系统的仿真。

1 绪论

1.1 选题的背景

人类社会进入到了信息社会，通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。而在现代通信中遇到的一个重要问题就是抗干扰问题。随着通信事业的迅速发展，各类通信网的建立，使得有限的频率资源更加拥挤，相互之间的干扰更为严重，如何防止和降低这种相互之间的干扰，就成为一大难题。

扩展频谱（SS ，Spread Spectrum，简称扩频）技术具有很强的抗干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能倍受人们的关注，被广泛的应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大的降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数认为的干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。

扩频技术是二战期间开发的，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。

真正实用的扩频通信系统是在50年代中期发展起来的。麻省理工学院林肯实验室开发的扩频通信系统F9C-A/Rake系统被公认为第一个成功的扩频通信系统，在该系统的研制过程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功应用，该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。第一个跳频扩频通信系统BLADES也在这段时期研制成功，在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码。在此期间，喷气实验室（JPL）在其空间任务中完成了伪码产生器的设计以及跟踪环路的设计。

自从扩频通信的概念在50年代开始成熟以后，此后的二十多年扩频通信技术仍得到很大的发展，但都只是局部的发展，如硬件的改进和应用领域的拓展。一直到80年代初期，扩频通信的概念都只是在军事通信系统中得到应用，这种状况到了80年代中期才得到改变。美国联邦通信委员会（FCC）于1985年5月发布了

一份关于将扩频技术应用到民用通信的报告。从此，扩频通信技术获得了更加广阔的应用空间。90年代初，在第一代模拟蜂窝通信系统的基础上，出现了PCS研究的热潮。扩频技术为共享频谱提供了可能。使用扩频技术能够实现码分多址，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，但是通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。利用扩频码的自相关特性能够实现对给定用户信号的正确接收；将其他用户的信号看作干扰，利用扩频码的互相关特性，能够有效抑制用户之间的干扰。随着PCS（Personal Communications Service）以及蜂窝移动通信的发展，CDMA（Code Division Multiple Access）技术已经成为不可或缺的关键技术。扩频通信技术也在民用通信中找到更为广阔的应用空间，而关于CDMA技术的研究热潮也一直延续到现在。扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直接扩频系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。直接扩频码分多址，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。在这里，本课题主要就直接序列扩频通信系统做以详细的介绍。

1.2 选题的主要任务

利用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分析和仿真，使其更加形象和具体。对比在存在码间干扰（在数字通信系统中一般都存在）和信道干扰的情况（且没有信道编码）下，扩频通信系统的发送信号和接收信号的波形是否完全一致。证明扩频通信系统在抑制噪声等干扰方面具有突出优势。

2 扩频通信系统

2.1 扩频通信的定义

所谓扩频通信，简单的可以这样表述：扩频通信技术是一种信息传输方式。其信号所占有的频带宽度远大于所传输的信息所必需的最小带宽。频带的展宽通过编码和调制的方法来实现，与所传输的信息数据无关，在接收端用相同的扩频码进行相关解扩及恢复所传的信息数据。从这个定义中我们可以看到它包含了以下三个方面的含义：

首先，信号的频谱被扩展宽了。在信息传输中，我们知道任何信息都需一定的带宽，称为信息带宽。为了充分利用频率资源，通常尽量采用大体相当的带宽的信号来传送信息。在无线电通信中，射频信号的带宽与所传送信息的带宽是相比拟的，如我们熟悉的调幅信号传送的语声信号，其带宽为语声信号带宽的两倍。这是窄带通信。而扩频通信信号带宽与信息带宽之比（我们成为处理增益）可以达到100甚至1000倍，这就是我们说的宽带通信。

其次，采用扩频码序列调制方式展宽信号频谱。我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续的时间近似成反比。因此，如果很窄的脉冲序列被所传送信息调制，则可产生很宽的频带信号。如直接序列扩频通信系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的是所采用的扩频码序列与所传送的信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。

第三，在接收端用相关解调来解扩。正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传送的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在接收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，能带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩频处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键。

2.2 扩频通信的理论基础

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。本课题是通过观察输入输出波形，定性的说明系

统的可靠性的。

扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信。扩频通信的基

本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带

信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。

香农(Shannon)在信息论的研究中得出了信道容量的公式：

() C B l o g 21S /N =+ (2-1) 式中： C ——信道容量，b/s ；

B ——信道带宽，Hz ；

S ——信号功率，W ；

N ——噪声功率，W 。

香农公式表明了一个信道无差错地传输信息的能力同存在于信道中的信噪比

以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。

令C 是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，对(2-1)式进行变换

??? ??+=N S B

C 1ln 44.1 (2-2) 对于干扰环境中的典型情况，当时，用幂级数展开(2-1)式，并略去

1<

S

高次项得

N S B C 44.1= (2-3)

或

S N

C B 7.0= (2-4)

由式(2-1)和(2-2)可看出，对于任意给定的噪声信号功率比N S /，只要增加用

于传输信息的带宽B ，就可以增加在信道中无差错地传输信息的速率C 。或者说在

信道中当传输系统的信号噪声功率比N S /下降时，可以用增加系统传输带宽B 的

办法来保持信道容量C 不变。或者说对于任意给定的信号噪声功率比N S /，可以

用增大系统的传输带宽来获得较低的信息差错率。

扩频通信系统正是利用这一原理，用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号

带宽的手段，来达到提高系统抗干扰能力的目的。扩频通信系统的带宽比常规通

信系统的带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相同信息传输速率和相同信号功率的

条件下，具有较强的抗干扰的能力。

香农在其文章中指出，在高斯噪声的干扰情况下，在受限平均功率的信道上，

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。这是因为高斯白

噪声信号具有理想的自相关特性，其功率谱密度函数为

2)(0

N f S = -∞< f <∞ (2-5)

对应的自相关函数为

?∞∞-==)(2d )()(0π2τδN f e f S τR f τj (2-6) 其中：为时延，)(τδ定义为

???≠=∞=000)(τττδ (2-7)

白噪声的自相关函数具有)(τδ函数的特点，说明它具有尖锐的自相关特性。

但是对于白噪声信号的产生、加工和复制，迄今为止仍存在着许多技术问题和困

难。然而人们已经找到了一些易于产生又便于加工和控制的伪噪声码序列，它们

的统计特性近似于或逼近于高斯白噪声的统计特性。

伪噪声序列的理论在本书以后的章节中要专门讲述，这里仅简略引用其统计

特性，借以说明扩频通信系统的实质。

通常伪噪声序列是一周期序列。假设某种伪噪声序列的周期(长度)为N ，且码

元i c 都是二元域{}1,1-上的元素。一个周期（或称长度）为N ，码元为i c 的伪噪

声二元序列{}i c 的归一化自相关函是一周期为N 的周期函数，可以表示为

∑∞-∞=-*

=k c kN R R )()()(τδττ (2-8)

其中)(τc R 为伪噪声二元序列{}i c 一个周期内的表示式

?????≠-===∑=+0

1011)(1τN τc

c N τR N i i i c τ

(2-9)

式中0=τ，1，2，3，…N 。当伪噪声序列周期(长度)N 取足够长或N →∞时，

式(2-8)可简化为

?????≠≈-==00101)(τN ττR c (2-10)

比较式(2-5)和式(2-9)，看出它们比较接近，当序列周期(长度)足够长时，式

(2-9)就逼近式(2-5)。式(2-10)是自相关函数归一化的形式，乘周期N 后就是一

般表达式，在一般表达式中N R =)0(）。所以伪噪声序列具有和白噪声相类似的统

计特性，也就是说它很接近于高斯信道要求的最佳信号形式。因此用伪噪声码扩

展待传输信息信号频谱的扩频通信系统，优于常规通信系统。

2.3 扩频通信系统的工作原理

由于数字通信同模拟通信相比具有很大优势，所以这里仅以数字扩频通信系

统为例来做以阐述。数字扩频通信系统的一般工作原理如图2.1所示。

图2.1 数字扩频通信系统基本框图

图2.1所示为一个数字扩频通信系统的基本框图。其中信道编码器、信道解码器、调制器和解调器是传统数字通信系统的基本构成单元。在扩频通信系统中除去了这些单元外，应该用了相同的伪随机序列发生器，分别作用在发送前端的调制器与接收前端的解调器。这两个序列发生器产生伪随机噪声（PN）二值序列，在调制端将传送信号在频域进行扩展，在解调端解扩该扩频发送信号。

信息数据D经过常规的数据调制，变成了带宽为B1的基带(窄带)信号，再用扩频编码发生器产生的伪随机编码(PN码：Pseudo Noise Code)，对基带信号作扩频调制，形成带宽B2(B2远大于B1)、功率谱密度极低的扩频信号，这相当于把窄带B1的信号以PN码所规定的规律分散到宽带B2上，再发射出去。接收端用与发射时相同的伪随机编码做扩频解调，把宽带信号恢复成常规的基带信号，即依PN码的规律从宽带中提取与发射对应的成份积分起来，形成普通的基带信号，然后，可再用常规的通信处理解调出发送来的信息数据D。

2.4 扩频通信的主要特点

由于扩频通信能大大扩展信号的频谱，发送端用扩频码序列进行扩频调制，以及在接收端用相关解调技术，使其具有许多窄带通信难以替代的优良性能，能在民用后，迅速推广到各种公用和专用通信网络之中，主要有以下几项特点：（1）易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率

无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都得到了开发利用，仍然满足不了社会的需求。在窄带通信中，主要依靠波道划分来防止信道之间发生干扰。为此，世界各国都设立了频率管理机构，用户只能使用申请获准的频率。扩频通信发送

功率极低，采用了相关接收技术，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率，也可与各种窄道通信共享同一频率资源。所以，在美国及世界绝大多数国家，扩频通信无须申请频率，任何个人与单位都可以无执照使用。

（2）抗干扰性强，误码率低

扩频通信在空间传输时所占用的带宽相对较宽，而接收端又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，而把非所需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，因此抗干扰性强。当处理增益Gp 35dB时，抗干扰容限Mj 22dB，即在负信噪声比（22dB）条件下，可以将信号从噪声中提取出来。在商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作在负信噪比条件下的通信方式。

（3）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小

由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数如伪随机编码序列就更加困难，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对使用的各种窄带通信系统的干扰很小。

（4）可以实现码分多址

扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。

（5）抗多径干扰

在无线通信的各个频段，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题。在以往的窄带通信中，采用以下两种方法来提高抗多径干扰的能力：一是把最强的有用信号分离出来，排除其他路径的干扰信号，即采用分集接收技术；二是设法把不同路径来的不同延迟、不同相位的信号在接收端从时域上对齐相加，合并成较强的有用信号，即采用梳状滤波器的方法。

这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性，在接收端

从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，这相当于梳状滤波器的作用。另外，在采用频率跳变扩频调制方式的扩频系统中，由于用多个频率的信号传送同一个信息，实际上起到了频率分集的作用。

（6）能精确地定时和测距

电磁波在空间的传播速度是固定不变的光速，人们自然会想到如果能够精确测量电磁波在两个物体之间的传播时间，也就等于测量两个物体之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测量物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出两者之间的距离。测量的精度决定于码片的宽度，也就是扩展频谱的宽度。码片越窄，扩展的频谱越宽，精度越高。

（7）适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务

扩频通信一般都采用数字通信、码分多址技术，适用于计算机网络，适合于数据和图像传输。

（8）安装简便，易于维护

扩频通信设备是高度集成，采用了现代电子科技的尖端技术，因此，十分可靠、小巧，大量运用后成本低，安装便捷，易于推广应用。

2.5 扩频通信的主要性能指标

处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。

2.5.1 处理增益

处理增益G也称扩频增益( Spreading Gain)它定义为频谱扩展前的信息带宽DF 与频带扩展后的信号带宽W之比:

(2-11)

G p W /F

在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为DF的信息而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。

2.5.2 抗干扰容限

抗干扰容限是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为:

()

=-+

Mj G S /N out LS

??

??(2-12)其中:Mj———抗干扰容, G———处理增益, (S /N ) ou t———信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比，Ls ———接收系统的工作损耗。

3 直接序列扩频通信的性能分析

扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例对扩频通信系统的主要性能进行分析。

3.1 直接序列扩频通信系统概述

直接序列调制扩展频谱通信系统（direct sequence spread spectrum communication system,DS-SS）,简称直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪噪声（伪随机）码波形相乘后，去直接控制载波信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列系统的简化方框图如下图3.1：

(a)发射系统

(b)接收系统

图3.1 直接序列系统原理方框图

在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码（扩频码）波形相乘，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在接收端，要产生一个与发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。

3.2 直接序列扩频通信系统的数学模型

在直接序列系统中，通常对载波进行相移键控（PSK ）。下面来讨论直接序列

系统的数学模型。假设系统的调制方式为PSK ，则其模型如下

(a) 发射系统模型 (b) 接收系统模型

图3.2 扩频通信系统的数学模型 频谱扩展后的复合信号)()(t c t d 对载波)

π2cos(0t f （0f 为载波频率）进行调制

（直接序列扩频一般采用PSK 调制），然后通过发射机和天线送入信道中传输。

发射机输出的扩频信号用)(t s 表示，其示意图如图3.3(d)所示。扩频信号)(t s 的带

宽取决于伪噪声码)(t c 的码速率c R 。在PSK 调制的情况下，射频信号的带宽等于

伪噪声码速率的2倍，即c R R 2RF =，而几乎与数字信号)(t d 的码速率无关。以上

对待传输信号)(t d 的处理过程就是对信号)(t d 的频谱进行扩展的过程。经过上述过

程的处理，达到了对)(t d 扩展频谱的目的。

图3.3 理想扩展频谱系统波形示意图

(a) d (t )

+1 -1

f

f R f +1 -1 (d) s (t )

(b) c (t )

+1

-1

(c) d (t )c (t ) +1 -1 A -A

3.3 多径干扰

多径干扰是一种在通信中，特别是在移动通信中最常见的且影响很严重的干

扰，它属于乘性干扰。抗多径干扰的方法很多，扩频技术就是其中的一种。

3.3.1 多径干扰的概念

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）引起的反射或散射，在接收端收到的直接路径信号与反射路径信

号产生的群反射信号之间的随机干涉形成的。多径的形成与电台所处的环境、地

形、地物等有关。多径干扰信号的频率选择性衰落和路径差引起的传播时延τ，

可使信号产生严重的失真和波形展宽并导致信息波形重叠。这不但能引起噪声增

加和误码率上升，使通信质量降低，而且可能使某些通信系统无法工作。

下面分析多径传输对接收的影响。设发射信号为t cosw 0A ，则经过几条路径传

播后的接收信号可表示为：

()()()[]()()[]∑∑==-=-=n 11

00cos t r i n

i i i i i t t w t t t w t ?μτμ （3-1） 式中，()t i μ、()t i τ、()t i ?分别为第i 条路径的接收信号的振幅、传播时延、附加相

位，()()t w t i i τ?0-=。大量观察表明，()t i μ与()t i ?随时间的变化与发射载频的周期

相比通常要缓慢的多。因此，上式可以改写为

()()()()()∑∑==-=n i n i i i i i t w t t t w t t 1100sin sin cos cos t r ?μ?μ

()()t w t X t w t X s c 00sin cos +=

()()[]t t w t U ?+=0c o s （3-2）

其中：

()()()t X t X U s c 22t += （3-3） ()()()t X t X t c s a r c t a n =?

（3-4） ()()()∑==n

i i i c t t t X 1

c o s ?μ （3-5）

()()()∑==n i i i s t t t X 1s i n ?μ （3-6）

由于()t i μ与()t i ?可认为是缓慢变化的随机过程，因此U （t ）与()t ?以及()

t X c 与()t X s 均是缓慢变化的随机过程，r （t ）为一窄带过程。

由式3-2可知：（1）从波形看，多径传播的结果使单一频率的确知信号变成了

包络和相位受到调制的信号，这样的信号称为衰落信号；（2）从频谱上看，多径

引起了频率弥散，即由单个频率变成了一个窄带频率。

一般情况下，U （t ）即振幅服从瑞利分布，()t ?即相位服从均匀分布，则可将

r （t ）看成窄带高斯过程。多径传播造成了衰落及频率弥散，同时还可能发生频率

选择性衰落。

3.3.2 直扩系统的抗干扰性

直扩系统最早应用是在军事通信中作为很强抗干扰性的通信手段。直扩系统

对窄带干扰、宽带干扰等，都具有抗干扰能力，其抗干扰能力大小就是前面提出

的扩频处理增益P G ，P G 越大，抗干扰能力就越强。下面就来分析直扩系统抗宽带

干扰和抗窄带干扰的原理。

图3-4为直扩系统抗宽带干扰的示意图。

这里的宽带干扰是泛指的与扩频信号不相关的，在CDMA 通信网中，其它用

户的信号就是一种宽带干扰。相关处理前，信号频谱是很宽的，经相关处理后，

有用信息被解扩，其功率谱集中于信息带宽内，而宽带干扰通过相关器，其功率

谱密度基本不变。由于解扩后必然连接窄带滤波器，保证信号能顺利通过，对信

号频带之外的各种干扰起到很大的抑制作用，从而提高了输出的信噪比。

对单频或窄带干扰，直扩系统有很强的抗干扰能力。图3-5(a)为解扩前的功率

谱，窄带干扰功率很大，由于干扰与本地扩频码(PN 码)是不相关的。对干扰来说，

图3-4 直扩系统抗宽带干扰的示意图

相关器起到扩展频谱的目的，功率谱密度就大大下降，其中对信号有害的干扰分量只有落入信息带宽部分，从而抑制了大部分干扰。由于有用信号能顺利通过窄

带滤波器，因此提高了输出的信噪比。

3.3.3直扩系统的抗截获性

截获敌方信号的目的在于：

(1)发现敌方信号的存在，

(2)确定敌方信号的频率，

(3)确定敌方发射机的方向。

理论分析表明，信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比。直扩信号正好具有这两方面的优势，它的功率谱密度很低，单位时间内的能量就很小，同时它的频带很宽。因此，它具有很强的抗截获性。

如果满足直扩信号在接收机输入端的功率低于或与外来噪声及接收机本身的热噪声功率相比拟的条件、则一般接收机发现不了直扩信号的存在。另外，由于直扩信号的宽频带特性，截获时需要在很宽的频率范围进行搜索和监测，也是困难之一。因此，直扩信号可以用来进行隐藏通信。至于如何发现敌方直扩信号的存在，和弄清楚其参数，即直扩信号的检测与估值问题。

基于MATLAB的直接序列扩频通信系统课程设计报告

《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

基于matlab的直接序列扩频通信系统仿真

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<

基于Matlab的CDMA通信系统仿真

1 绪论 1.1课题背景及目的 20世纪60年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出。CDMA(Code Diveision Multiple Access，码分多址)通信，在使用相同频率资源的情况下，理论上CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4~5倍，所以在通信领域中起着非常重要的作用。CDMA的基本原理是利用互相正交（或尽可能正交）的不同编码，分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信。由于利用互相正交（或尽可能正交）的编码去调制信号，会将原信号的频谱带宽扩展，因此，这种通信方式，又称为扩频通信。本论文所完成的CDMA通信仿真系统，是结合CDMA的实际通信情况，利用MATLAB的通信工具箱—SIMULINK组建出完整的CDMA通信系统，完成整体设计方案，实现完整的发送到接收的端到端的CDMA 无线通信系统的建模、仿真和分析。教学实践表明，该系统的完成使得比较抽象的概念得以直接表示，烦琐的计算得以大大简化，提高上机效率，在通信原理课程教学中起到良好的辅助作用。 1.2课题研究方法 为了研究CDMA通信系统的通信方式，我们对两种扩频码（m序列和正交gold 序列）经过衰落信道后再解扩，通过比较两种扩频码的误比特率与信噪比的关系得出用来扩频的PN码哪种更好。使其更符合CDMA通信的抗干扰能力强的要求和实现多用户同时在同一频率互不干扰进行通信而误比特率性能不随着用户数的增加而恶化这样的目的进行仿真实验。

2 CDMA基础及原理 CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 2.1扩频通信 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息所需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接受、解扩及恢复所传信息数据。 2.1.1 扩频通信理论基础 香农公式：C=Wlog2(1+S/N) 1、在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比S/N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比情况下，传输信息。 2、扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。 2.1.2 扩频通信系统的分类 （1）直接序列扩频（DS） (2) 跳频扩频（FH） (3) 跳时扩频（TH） （4）混合方式（以上三种基本方式的不同组合） 在实际的CDMA系统中，直接序列扩频得到了广泛的认可和应用，所以，在本次实验中主要研究直接序列扩频技术。

扩频通信及matlab仿真

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

直接序列扩频系统matlab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。

基于MATLAB的扩频通信系统及同步性能仿真

基于MATLAB的扩频通信系统及同步性能仿 真 功能描述（对系统要实现的功能进行描述） 完成一个扩频通信系统设计，要求能够随机产生三组用户数据，分别对其进行扩频，BPSK调制，将多个用户的数据叠加在一起通过多径信道到达接收端，接收端进行相应的解扩，解调得到三组用户数据。 三、概要设计（根据功能描述，建立系统的体系结构，即将整个系统分解成若干子功能模块， 并用框图表示各功能模块之间的衔接关系，并简要说明各模块的功能。）整个设计由发送端、信道和接收机三个部分组成。 发送端首先产生三组用户数据和三组不同的m序列，并用三组m序列分别对用户信息进行扩频。再将扩频信号与载波进行BPSK调制，得到高频的已调调信号并将其送入无线的多径信道。 信道模拟成无线的多径多用户信道，在这个信道中有三个用户进行数据传输，每个用户的数据分别通过三径传输到达接收端。三径会有不同的延时，衰减。最终，还要将三径用户数据增加高斯白噪声。接收端会接收到有燥的三径信息的叠加。首先，要对接收到的三径信息进行解扩，分离出三组用户信息；其次，在将解扩后的信息进行带通滤波去除带外噪声；最后，分别对三组用户信息进行解调得到原始数据，在对接收到的数据进行误码率统计，得出系统的性能指标。

四、详细设计（详细说明各功能模块的实现过程，包括用流程图对算法进行描述，所用到的数 据结构等） 本设计进行了模块化设计，对各个功能模块分别编写函数，最终在主函数中调用各 个功能模块，实现整个系统的设计。 1、扩频码（m序列）的产生扩频码为伪随机码, 可以m序列, Golden 序列或沃尔什序列。本设计中采用m序列，为了节省运算量，我选取了32位的扩频序列，经过计算易知要产生32位的m序列需要长度为6的反馈系数，为了得到较好的结果，选取了自相关性较好而互相关性较差的三组反馈系数（八进制）45、67、75，其对应的二进制为100101、110111、111101。并将二进制与移位寄存器级数对应，例如反馈系数移100101得到的移位寄存器为C5=1, C4=0, C3=0, C2=1, C1=0, C0=1function m=mSequence(b) %函数用于产生m序列，b为反馈系数，m为相应于b的m序列 n=length(b); k=b(2:n); a=ones(1,n-1); m=[]; for i=1:(2^(n-1)-1) m=[m,a(n-1)]; temp=sum(a.*k); if (mod(temp,2 )==0) temp=0; else temp=1; end for i=n-1:-1:2 a(i)=a(i-1); end a(1)=temp; end m=[m,0]; m=m*2-1; end

扩频通信系统的MATLAB仿真

扩频通信系统的MATLAB仿真 摘要 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。本文详细阐述了扩展频谱通信的理论基础和实现方法，并通过Matlab对直扩通信系统进行了仿真，并对各基本模块进行设计和仿真。此外，在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，通过对比一般通信系统和基本扩频通信系统的仿真，研究了扩频通信系统抑制信道干扰和码间干扰的性能，结果表明，扩频通信系统确实能很好的提高通信系统的可靠性。 关键词：直扩通信；Matlab；Simulink；仿真

Spread spectrum communication system simulation with MATLAB Abstract . Spread spectrum communication, namely the spread spectrum communication (Spread Spectrum Communication), optical fiber communication and satellite communication is together known as the three high-tech communication transmission mode in the information age. This paper expounds the theoretical foundation and realization method of the spread spectrum communication. By the Matlab simulation platform, spread spectrum communication system is simulated, and each basic is designed and simulated as well. In addition, in a given simulation conditions, running the simulation program obtained the expected simulation results. At the same time, using the simulation system, by comparing the general communication system and the basic spread spectrum communication system simulation, studied the spread spectrum communication system to suppress channel interference and inter-symbol interference performance. The results showed that the spread spectrum communication system does good to improve the reliability of communication system. Key words: DSSS communication; Matlab ; Simulink ;Simulation

(完整版)基于MATLAB的扩频通信系统仿真毕业设计

毕业论文 基于MATLAB的扩频通信系统仿真

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： - 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日

基于某MATLAB地WCDMA扩频通信系统地仿真设计与分析报告

基于MATLAB的WCDMA扩频通信系统的仿真设计与分析 学院：通信工程学院 专业：电子与通信工程 姓名：小瑜 学号：1501120442

摘要 在当今信息快速传递的时代，在频带资源有限的情况下仍要求更高的通信功能和通信资源，而扩频通信技术应用频谱展宽原理使频带利用率大大提高。随着通信技术的不断发展，第三代移动通信系统已经趋于成熟，扩频通信技术正是其中的关键技术，使得第三代移动通信具有很好的频谱效率和更大系统容量等优点。本文首先对扩频通信技术的理论基础、基本原理及其优点进行了简单的介绍，然后对WCDMA系统的基本原理以及扩频技术在WCDMA中的应用进行了简单论述，最后通过Simulink对WCDMA扩频通信系统进行了仿真模型的建立并对仿真结果进行了比较分析，实现了信号的扩频、解扩、加扰、解扰、调制、解调等部分。 关键词：扩频WCDMA Simulink 仿真 1. 扩频通信技术 1.1 扩频通信技术的发展 扩频通信技术最先主要应用于军事通信、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、数字通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等系统中。 1.2 扩频通信系统的分类 扩频通信按其工作方式的不同，可分为直接序列扩频(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)，以及它们的组合方式，如：FH／DS，TH／DS，FH／TH等。不同的扩频技术，

其抗干扰机理和对不同干扰的抵抗能力是不同的。在民用中应用较为广泛的是直接序列扩频系统和跳频扩频系统。下面主要对这两种扩频技术进行简单介绍。（1）直接序列扩频系统 直接序列扩频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) 进行模二加。例如在发射端将“1”用，而将“0”用去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收端只要把收到的序列是就恢复成“1”，是就恢复成“0”，就实现了解扩。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。 （2) 跳频扩频系统 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频扩频(FHSS)技术是通过伪随机码的调制，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，排除噪音和其他干扰信号。 1.3 扩频的理论基础 S hannon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（或

基于matlab的直接序列扩频通信系统仿真1

基于直接扩频序列技术的BPSK系统的仿真设计报告 摘要：本文首先介绍了直接序列扩频系统的模型，然后概要阐述了常用的伪随机码以及扩频技术的优点，最后利用MATLAB对BPSK直扩系统进行了仿真。 关键词：直接序列扩频；伪随机码；BPSK；仿真 1 引言 扩频技术是扩展频谱通信(SSC—Spread Spectrum Communication)的简称，它是随着在军事通信中的应用发展起来的，由于其具有其它一般通信方式不具备的抗于扰强，抗多径衰落好，保密性好等一系列的优点，因此近年来它在民用通信中的应用也开始越来越受到人们的重视。这次主要研究扩频通信系统中常用直接扩频序列技术的BPSK系统调制方式。 2 直接序列扩频系统 直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或伪噪声系统(PN系统)，简称为直扩系统，是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。人们对直扩系统的研究最早，如美军的国防卫星通信系统(AN-VSC-28)、全球定位系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)等都是直扩技术应用的实例。 2.1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，使落入信号通频带内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。 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<

基于MATLAB的扩频通信仿真

基于MATLAB的扩频通信仿真 1 1.仿真原理 扩展频谱通信具有很强的抗干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛的应用于军事通信和民用通信中。扩频技术，将信号扩展到很宽的频谱上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大的降低，具有很强的对抗能力。 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式。使用MATLAB进行通信仿真有两种方式，分别是使用m文件编写程序和用SIMULINK进行可视化建模。 长期以来,人们总是想法使信号所占频谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。扩频通信的基本特点是传输信号所占用的频带宽度(W )远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF) ,其比值称为处理增益G p: G p =W /△F (1) 众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度,如话音为1. 7kHz～3. 1kHz,电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等) ,和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式, G p值一般都在十多倍范围内,统称为“窄带通信”。而扩频通信的G p值,高达数百、上千,称为“宽带通信”。 扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的香农( Shannon)公式为: C =Wlog2 (1 + P /N ) (2) 其中:C——信道容量(用传输速率度量) ,W ——信号频带宽度, ——信号功率, N —— 白噪声功率。式( 2)说明,在给定的传输速率C不变的条件下, 频带宽度W和信噪比P /N 是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法,在较低的信噪比P /N (S /N)情况下, 传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低,是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。

基于Matlab的CDMA通信系统分析及仿真

课程论文 题目：基于Matlab CDMA多址技术的仿真学生姓名：苏未然 学生学号：1008030130 系别：电气信息工程学院 专业：电子信息工程 年级：10级 指导教师：王丽 电气信息工程学院制 2013年4月

目录 绪论 (3) 第1章CDMA通信系统分析及仿真 (4) 1.1整体仿真框图 (4) 1.2信源 (5) 1.3伪随机序列生成器 (6) 1.4扩频 (7) 1.5编码和调制 (8) 1.6接收端 (9) 第2章仿真系统 (10) 2.1 信源 (10) 2.2 编码 (10) 2.3 扩频 (11) 2.4 调制与解调 (11) 2.5 误码计算 (11) 第3章实验结果与总结 (12) 3.2 多用户在相同信道环境下的仿真 (12) 参考文献 (13) 仿真结果 (14) 设计的代码 (16) 绪论

利用MATLAB平台的SIMULINK可视化仿真功能，结合CDMA的实际通信情况，利用MATLAB组建出完整的CDMA通信系统，完成整体设计方案，实现完整的发送到接收的端到端的CDMA无线通信系统的建模、仿真和分析，介绍了CDMA的主要环节（包括扩频技术、差错控制技术、调制技术、信道等）的参数设置。单用户在不同信道环境下，信道的噪声对结果影响很大，噪声功率越大，系统的误码率越大。多用户在相同信道环境下的仿真时，由于是采用了噪声功率为0.01W的信道传输环境，所以在单用户情况下误码率为0，而增加了用户数之后，误码率也随之增加。可见，信号在传输过程中，除了受到信道噪声的影响外，还存在多址接入干扰、单频干扰、窄带干扰、跟踪式干扰等，主要是多址接入干扰。 20世纪60年代以来，随着民用通信事业的发展，频带拥挤问题日益突出。CDMA（Code DivisionMultiple Access，码分多址）通信，在使用相同频率资源的情况下，理论上CDMA移动网比模拟网容量大20倍，实际使用中比模拟网大10倍，比GSM要大4~5倍，所以在通信领域中起着非常重要的作用。CDMA的基本原理是利用互相正交（或尽可能正交）的不同编码,分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信。由于利用互相正交（或尽可能正交）的编码去调制信号，会将原信号的频谱带宽扩展，因此，这种通信方式，又称为扩频通信。本论文所完成的CDMA通信仿真系统，是结合CDMA的实际通信情况，利用MATLAB组建出完整的CDMA通信系统，完成整体设计方案，实现完整的发送到接收的端到端的CDMA无线通信系统的建模、仿真和分析。 第1章 CDMA通信系统分析及仿真

基于MATLAB的扩频通信仿真之令狐文艳创作

基于MATLAB的扩频通信仿真 1. 令狐文艳 2.仿真原理 扩展频谱通信具有很强的抗干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛的应用于军事通信和民用通信中。扩频技术，将信号扩展到很宽的频谱上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大的降低，具有很强的对抗能力。 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式。使用MATLAB进行通信仿真有两种方式，分别是使用m文件编写程序和用SIMULINK进行可视化建模。 长期以来,人们总是想法使信号所占频谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。扩频通

信的基本特点是传输信号所占用的频带宽度(W )远大于原始信息本身实际所需的最小 (有效)带宽(DF) ,其比值称为处理增益Gp: Gp =W /△F (1) 众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度,如话音为1. 7kHz～3. 1kHz,电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等) ,和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式, Gp值一般都在十多倍范围内,统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值,高达数百、上千,称为“宽带通信”。 扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的香农( Shannon)公式为: C =Wlog2 (1 + P /N ) (2) 其中:C——信道容量(用传输速率度量) ,W ——信号频带宽度, ——信号功率, N ——白噪声功率。式( 2)说明,在给定的传输速率C不变的条件下, 频带宽度W和信噪比P /N 是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法,在较低的信噪比P /N (S /N)情况下, 传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低,是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了

直接序列扩频通信系统matlab仿真程序

直接序列扩频通信系统仿真程序 >> code_length=20; %信息码元个数 >> N=1:code_length; >> rand('seed',0); >> x=sign(rand(1,code_length)-0.5); %信息码 >> for i=1:20 s((1+(i-1)*800):i*800)=x(i); %每个信息码元内含fs/f=800个采样点end 生成的信息码的波形图如图1所示。 图1 信源信息码 >> %产生伪随机码，调用的mgen函数见附录 >> length=100*20; %伪码频率5MHz,每个信息码内含5MHz/50kHz=100个伪码>> x_code=sign(mgen(19,8,length)-0.5); %把0,1序列码变换为-1,1调制码 >> for i=1:2000 w_code((1+(i-1)*8):i*8)=x_code(i); %每个伪码码元内含8个采样点 end 生成的PN码波形如图2所示。 >> %扩频 >> k_code=s.*w_code; %k_code为扩频码 扩频码如图3所示。

图2 PN码 图3 扩频码 >> %调制 >> fs=20e6; >> f0=30e6; >> for i=1:2000 AI=2; dt=fs/f0; n=0:dt/7:dt; %一个载波周期内采样八个点 cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs); signal((1+(i-1)*8):i*8)=k_code((1+(i-1)*8):i*8).*cI; end

PSK调制后的波形如图4所示。 图4 PSK调制后的波形>> %解调 >> AI=1; >> dt=fs/f0; >> n=0:dt/7:dt; %一个载波周期内采样八个点>> cI=AI*cos(2*pi*f0*n/fs); >> for i=1:2000 signal_h((1+(i-1)*8):i*8)=signal((1+(i-1)*8):i*8).*cI; end 解调后的波形如图5所示。 图5 解调后的波形

基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究

基于MATLAB 的扩频通信系统仿真研究 摘要 本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，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，详细讲述了各模块的设计，并指出了仿真建模中要注意的问题。在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，研究了扩频增益与输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高通信系统的抗干扰能力。 关键词 扩频通信, 信噪比， 误码率， 扩频增益 Simulation of the Spread Spectrum Communication System Based on MATLAB Abstract: The theory base and realizing methods of the spread spectrum communication technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum communication system was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In addition, each module of the simulation model was introduced in detail ，and pointed out the problems that must be pay attention to in the system simulation. On the basis of the designed simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant results were gained. Moreover, the relationship between the spread spectrum gain and the fan-out error rate was also studied by use of the simulation system. The results showed that on the base of the same error rate, if the spread spectrum gain was enlarged, the Signal-to-Noise of the system fan-out would be enhanced and the anti-jamming capability of the communication system would also be enhanced. Keywords : spread spectrum communication, Signal-to-Noise, error rate, spread spectrum gain 1 引言 扩展频谱通信（简称扩频通信）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，它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB 提供的可视化仿真工具Simulink 建立了扩频通信系统仿真模型，研究了扩频通信的特性和扩频增益与输出端信噪比的关系，目的是为以扩频通信为基础的现代通信的研究和设计提供依据。 2 扩展频谱通信技术 2.1 理论基础 扩频通信的基本理论是根据信息论中的Shannon 公式，即 )/1(log 2N S B C += (1) 式中：C 为系统的信道容量（bit/s ）；B 为系统信道带宽（Hz ）；S 为信号的平均功率；N 为噪声功率。 Shannon 公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比（S/N ）以及用于传输信息的系统信道带宽（B ）之间的关系。该公式说明了两个最重要的概念：一个是在一定的信道容量的条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提高信道容量的要求；一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。 扩频增益是扩频通信的重要参数，它反应了扩频通信系统抗干扰能力的强弱，其定义为接收机相关器输出信噪比和接收机相关器输入信噪比之比，即 d s d s i i B B R R N S N S G ===//00 (2) 式中，S i 和S 0分别为接收机相关器输入、输出端信号功率；N i 和N 0分别为相关器的输入、输出端干扰功率；R s 为伪随机码的信息速率，R d 为基带信号的信息速率；B s 为频谱扩展后的信号带宽，B d 频谱扩展前的信号带宽。 2.2 实现方法 扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。图1为直接序列扩频系统的原理框图。