扩频通信系统的分类
扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。
1 直接序列扩展频谱系统
直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为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随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，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。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。
在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
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(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和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。
(a
图1-5 直接序列扩频通信系统简化图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
2 跳频扩频通信系统
跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20
2个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个
是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。
图1-6 频率跳变扩频通信系统简化方框图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器。在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不变的，然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频率是跳变的。在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。
跳频通信系统发信机的发射频率，在一个预定的频率集内由伪随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一个跳到另一个。收信机中的频率合成器也按照相同的顺序跳变，产生一个和接收信号频率只差一个中频频率的参考本振信号，经混频后得到一个频率固定的中频信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。解跳后的中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传输的信息。
在跳频通信系统中，控制频率跳变的指令码(伪随机码)的速率，没有直接序列扩频通信系统中的伪随机码速率高，一般为几十b/s~几kb/s 。由于跳频系统中输出频率的改变速率就是扩频伪随机码的速率，所以扩频伪随机码的速率也称为跳频速率。根据跳频速率的不同，可以将跳频系统分为频率慢跳变系统和频率快跳变系统两种。
假设数据调制采用二进制频移键控调制，T b 是一个信息码元比特宽度，每b T 秒数据调制器输出两个频率中的一个。每隔c T 秒系统输出信号的射频频率跳变到一个新的频率上。若c T ＞b T ，这样的频率跳变系统称为频率慢跳变系统。现举例说明频率慢跳变系统的工作过程，参见图1-7。
数
(a (b
图1-7频率慢跳变系统频率跳变示意图
图1-8频率快跳变系统频率跳变示意图
图1-7中，b b T B /2=，b c T T 3=，b B B 8RF =。数据调制器根据二进制数据信号选择两个频率中的一个，即每隔b T 秒数据调制器从两个频率中选择一个。频率合成器有8个频率{1f ，6f ，7f ，3f ，8f ，2f ，4f ，5f }可供跳变，每传送3个比特后跳变到一个新的频率。该频率跳变信号在收信机中同本地参考振荡信号进行下变频，参考本振频率的集合为{IF 1f f +，IF 6f f +，IF 7f f +，IF 3f f +，IF 8f f +，IF 2f f +，IF 4f f +，IF 5f f +}，下变频后的中频信号集中在频率为IF f 、宽度为b B 的频带中。
在频率慢跳变系统中，频率的跳变速度比数据调制器输出符号的变化速度慢。若在每个数据符号中，射频输出信号的频率跳变多次，这样的频率跳变系统就叫做频率快跳变系统。图1-8给出了频率快跳变系统输出射
频信号的频率。
在图1-8中，3/b c T T =，频率合成器有16个频率{5f ，11f ，7f ，，14f ，12f ，8f ，1f ，2f ，4f ，9f ，3f ，6f ， 13f ，10f ，16f ，15f }，b b T B /2=，b B B 16RF =。 3 跳时扩频通信系统
时间跳变也是一种扩展频谱技术，跳时扩频通信系统（Time Hopping Spread Spectrum Communication Systems ，TH-SS ）是时间跳变扩展频谱通信系统的简称，主要用于时分多址(TDMA)通信中。与跳频系统相似，跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。我们先把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。因此，可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。由于采用了窄得很多的时隙去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。图l-9是跳时系统的原理方框图。
图1-9 时间跳变扩频通信系统简化方框图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
在发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器产生的扩频码序列去控制通-断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接收端，当接收机的伪码发生器与发端同步时，所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。解调后的数据也经过一缓冲存储器，以便恢复原来的传输速率，不间断地传输数据，提供给用户均匀的数据流。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。
跳时扩频系统也可以看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时隙，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时隙。跳时系统能够用时间的合理分配来避开附近发射机的强干扰，是一种理想的多址技术。但当同一信道中有许多跳时信号工作时，某一时隙内可能有几个信号相互重叠，因此，跳时系统也和跳频系统一样，必须采用纠错编码，或采用协调方式构成时分多址。由于简单的跳时扩频系统抗干扰性不强，很少单独使用。跳时扩频系统通常都与其他方式的扩频系统结合使用，组成各种混合方式。
从抑制干扰的角度来看，跳时系统得益甚少，其优点在于减少了工作
(a (b
时间的占空比。一个干扰发射机为取得干扰效果就必须连续地发射，因为干扰机不易侦破跳时系统所使用的伪码参数。
跳时系统的主要缺点是对定时要求太严。 4 线性脉冲调频系统
线性脉冲调频系统（Chirp ）是指系统的载频在一给定的脉冲时间间隔内线性地扫过一个宽带范围，形成一带宽较宽的扫频信号，或者说载频在一给定的时间间隔内线性增大或减小，使得发射信号的频谱占据一个宽的范围。在语音频段，线性调频听起来类似于鸟的“啾啾”叫声，所以线性脉冲调频也称为鸟声调制。
线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制技术，由于线性脉冲调频信号占用的频带宽度远远大于信息带宽，从而也可获得较好的抗干扰性能。
线性脉冲调频，是作为雷达测距的一种工作方式使用的，其基本原理如图1-10所示。线性脉冲调频信号的产生，可由一个锯齿波信号调制压控振荡器(VCO)来实现，如图1-10(a)所示。
发射波是一个频偏为F ?的宽带调频波，通常是线性调频。线性调频信号的特点是，发射脉冲信号的瞬时频率在信息脉冲持续周期b T 内随时间作线性变化，在脉冲起始和终止时刻的频差
c B f f F ≈-=?21 (1-12) 式中： 1f ——脉冲起始时刻的频率，Hz ；
2f ——脉冲终止时刻的频率，Hz ； F ?——瞬时频率变化范围，Hz ； c B ——线性调制后的带宽，Hz 。
图1-10 线性脉冲调频原理图 (a) 发射端；(b) 接收端
在脉冲持续时间T b 内，信号的瞬时频率为
t
T b
匹配 滤波压控 振荡(a)
(b)
t
f 2
f 1
t
f 2
f 1
t T F
f f b ?+
=0 (2
2b b T t T ≤≤-) (1-13) 线性脉冲调频波的时域表达式为
???
? ??+?+=02
ππ2cos )(?t T F t f A t s b (22b b T t T ≤≤-) (1-14) 线性脉冲调频信号的接收解调可用匹配滤波器来实现，参见图
1-10(b)。它是由色散延迟线构成的。这种延迟线对信号的高频成分延迟时间长，对低频成分延迟时间短，于是频率由高到低的载频信号通过匹配滤波器后，各频率成分几乎同时输出。这些信号成分叠加在一起，形成了脉冲时间的压缩，使输出信号幅度增加，能量集中，将有用信号检出。而与滤波器不匹配的信号在时间上没有压缩，甚至反被扩展。这就完成了和直接序列扩频及跳频扩频系统类似的过程，从而获得输出信噪比改善的好处。
色散延迟线或调频脉冲匹配滤波器压缩扫频信号，通常是线性压缩。压缩比为D =?FT b =τ/b T 。
线性脉冲调频扩频技术和通信的关系不大，本书不作讨论。 5 混合扩展频谱通信系统
以上几种基本的扩展频谱通信系统各有优缺点，单独使用其中一种系统时有时难以满足要求，将以上几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频通信系统。常见的有频率跳变-直接序列混合系统(FH/DS)，直接序列-时间跳变混合系统(DS/TH)，频率跳变-时间跳变混合系统(HF/TH)等。它们比单一的直接序列、跳频、跳时体制有更优良的性能。
(1) 频率跳变-直接序列混合系统
频率跳变-直接序列混合系统可看作是一个载波频率作周期性跳变的直接序列扩频系统，其系统组成方框图见图1-11。
图1-11频率跳变-直接序列混合扩频系统方框图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
采用这种混合方式能够大大提高扩频系统的性能，并且有通信隐蔽性好、抗干扰能力强、频率跳变系统的载波频率难于捕捉，便于适应于多址
(b
(a
通信或离散寻址和多路复用等特点，尤其在要求扩频码速率过高或跳频数目过多时，采用这种混合系统特别有利。
(2) 时间跳变-频率跳变混合系统
时间跳变-频率跳变混合系统特别适用于大量电台同时工作，其距
离或发射功率在很大范围内变化，需要解决通信中远近效应问题的场合。
远近效应是指在同一工作区域内，同一系统中由于接收机对于不同发射机，电波传播的距离有远近之分，形成电波传播路径的衰减不同，近距离发射机发送来的信号场强要远大于远距离发射机发送来的信号场强。在接收机中强信号将对弱信号产生抑制作用，造成接收机不能很好地接收远距离发射机发送来的信号。
这种系统希望利用简单的编码作地址码，主要用于多址和寻址，而扩展频谱不是主要目的。
(3) 时间跳变-直接序列混合系统
当直接序列系统中使用不同扩频码序列的数目不能满足多址或复用要求时，增加时分复用(TDM)是一种有效的解决办法。这既可以增加地址数，又可改善邻台干扰，组成所谓的时间跳变-直接序列混合扩频系统。时间跳变-直接序列混合扩频系统方框图见图1-12。
图1-12时间跳变-直接序列混合扩频系统方框图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
从上面的介绍中，我们可以看出，除在通信中很少使用的线性脉冲调频方式外，其余几种扩频方式可以任意组合来组成混合扩频通信系统。从理论角度讲，这是毫无疑义的，但在工程实现上还是存在某些需要解决的问题，如在频率跳变-直接序列混合扩频系统中，由于直接序列系统中扩频码的同步捕获时间不可能太短，这就限制了频率跳变系统的频率跳变速率，而在频率跳变系统中很难保证跳变载波相位的连续性，这进一步增加了直接序列系统扩频码序列的同步捕获时间。又比如由时间跳变系统组成的混合扩频系统的高频开关问题，在图1-9中我们并没有画出发射机的功率放大器，若把高频开关放置在功率放大器的后面，存在是否能研制出开关时间短而载荷大功率的高频开关，目前国内高频开关的水平在小功率时
(a
(b
开关时间在ns的量级上，几十~几百mW的开关时间是几十ns，当功率在几十~几百W时开关时间为?s~ms量级了；若把高频开关放置在功率放大器的前面，发射机的发射建立时间将加长，这是因为功率放大器输出信号的功率从无到有是需要时间的，能量的建立不可能在瞬间完成。
所以在设计具体系统时，要根据具体问题进行具体分析，而需要考虑的更多问题是工程上能否实现，一味追求高指标而不顾工程上实现的困难程度，很可能使得设计出的系统不是最合理或最优的。
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
扩频通信自上世纪50年代中期被美国军方开始研究以来,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。进入上世纪90年代以后,扩频通信又开始向各种民用通信领域发展,典型的如CDMA和GPS等。应用最广的是直接序列扩频方式(DSSS)。它是将待传送的信息数据被伪随机码调制,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。本文采用VHDL语言、Altera公司的集成开发环境QuartusII 6.0和Cyclone系列芯片EPlC3T144C8以及Prote199se完成对直接序列扩频发射系统和接收系统的软件仿真和硬件电路设计。 扩频通信系统发送端设计 扩频通信可以显著提高通信系统抗下扰的能力,特别是频率选择性衰落和多径干扰。为此在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号,然后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。展宽后的信号再调制到射频发送出去。 一般的扩频通信系统都要进行三次调制：一次调制为信息调制,二次调制为扩频调制,三次调制为射频调制,如图1所示。 扩频码序列 在扩展频谱通信中需要用高码率的窄脉冲序列,现在实际当中用得最多的是伪随机码或称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特性。但是,真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种类周期性的脉冲信号来近似随机噪声特性。二元M序列是一种伪随机序列。 构造一个产生M序列的线性移位寄存器,首先要确定本原多项式,本电路设计中,我们构造的M序列：n=4,周期p=15,PN码为：111101*********．如图2所示。 D1、D2、D3、D4为四级移位寄存器,求和符号为模二加法器。移位寄存器的作用为在时钟脉冲驱动下,能将所暂存的"1" 和"0"逐级向右移。模二加法器的作用为异或运算。在时钟脉冲的驱动下,四级移位寄仔器的暂存数据按顺序改变,输出序列在时钟脉冲作用下做周期性的重复。
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。
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< 一．引言 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。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、报警等系统中。 二．概述 序列扩频系统（DS，Direct Sequence）又称为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。直扩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收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰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。一种典型的扩展频谱系统如图1 所示。 图 1 典型扩展频谱系统框图 它主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。数字信号的频带传输与模拟通信相似，要使某一数字信号在带限信道中传输，就必须用数字信号对载波进行调制。对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波，使已调信号能通过带限信道传输。这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。那么，已调信号通过信道传输到接收端，在 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) 基于卷积编码的扩频通信系统 软件平台设计 班级：通信131 姓名：崔校通 学号：201300484316 目录 一设计内容及要求 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2 设计任务 (4) 1.3 设计内容 (4) 二设计原理 (5) 2.1 数据源 (5) 2.2卷积编码 (5) 2.3 M序列发生器 (6) 2.4 扩频与解扩 (6) 2.4.1扩频 (6) 2.4.2解扩 (7) 2.5 VITERBI译码 (7) 2.6 可靠度评估 (8) 三软件仿真及结果分析 (9) 3.1信源调制 (9) 3.1.1信息码生成模块 (9) 3.1.2卷积编码 (9) 3.1.3伪随机码生成模块 (10) 3.1.4扩频调制模块 (11) 3.1.5BPSK调制模块 (12) 3.2信息传输 (13) 3.2.1加噪模块 (13) 3.3信宿解调 (14) 3.3.1BPSK解调模块 (14) 3.3.2解扩模块 (15) 3.3.3V ITERBI译码 (16) 3.4性能分析 (19) 3.4.1卷积扩频分析 (19) 3.4.2信源信宿比较 (20) 3.4.3频谱分析 (20) 四心得体会 (22) 参考文献 (23) 前言 扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后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，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。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。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。 一设计内容及要求 1.1 设计目的 （1）学习通信中的纠错编码技术及其主要应用； 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 扩频通信的特点和优势 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 扩频通信的特点和优势 扩频通信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必需的最小带宽，具有较强的抗干扰能力和较好的保密性能，20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了很大的发展，近年来随着移动通信技术发展，扩频通信已经成为第三代移动的核心技术之一。 扩频通信具有以下几个特点 ? 1、抗干扰能力强 扩频信号的不可预测性，使扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍然能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。此外，对于单频及多载波信号的干扰，其他伪随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说，若将频带展宽 10 倍，在总功率不变的情况下，其干扰强度只是原来的 1/10。而一般频谱带宽至少是信 息带宽的几十倍甚至更高。另外，由于接受端采用了伪随机序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的伪随机序列，干扰也起不了太大作用。 抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。 2、隐蔽性好、低截获性 由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上，单位带宽的功率也随之降低，信号功率密度很低，信号被淹没在噪声中、难以被发现，因而不易被敌方截获；加之扩频编码，就更难获取有用信号，而且扩频信号的功率密度极低，对周围的电信设备产生干扰的可能性极小。 3、保密性好 在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度很低，有用信号被淹没在噪声下，而且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列，只有接受方知道扩频序列的具体内容，其他不知道地接受方几乎不可能破译，因此扩频技术能很好的保证通信的可靠性。 4、抗多路径干扰性能好 多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体（如电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的这些反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，从多径信号中分离出最强的有用信号，或者将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。 扩频通信系统的分类 扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。 1 直接序列扩展频谱系统 直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为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随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，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。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。 在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。 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(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和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。 (a) 图1-5 直接序列扩频通信系统简化图 (a) 发射系统；(b) 接收系统 2 跳频扩频通信系统 跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20 2个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。 重庆邮电大学 毕业设计（论文）开题报告题目：基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究 学院通信与信息工程学院 专业电子信息工程 学生高洪涛 学号2009210314 班号0120901 指导教师曹建玲 开题报告日期2013.3.7 重庆邮电大学通信与信息工程学院一、选题依据 1.论文(设计)题目 基于Matlab的扩频通信系统的仿真研究。 2.研究领域 扩频通信系统简介：扩展频谱通信具有很强的抗干扰性能，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统利用了扩展频谱技术，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降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数人为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。本文利用MATLAB对扩频系统中的m序列的产生、频谱、相关函数，以及整个扩频系统工作原理进行了仿真，为今后扩频通信系统在各个领域的应用和研究提供了依据。 3.论文(设计)工作的理论意义和应用价值 （1）理论意义：扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。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。扩频技术还具有保密性好、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。 （2）实践意义：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。 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 沈阳理工大学 毕业设计（论文）成绩评定 学生姓名：专业：通信工程学号： 题目：直接序列扩频通信仿真实现 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）评语： 答辩评分：答辩委员会主任（组长）（签字）：年月日 毕业设计（论文）成绩 毕业设计（论文）总评成绩（等级）： 答辩委员会主任（签字）： 年月日 毕业设计（论文）评语 毕业设计（论文）任务书 学生毕业设计档案 *注：阶段成绩分A、B、C三级：A为全面完成任务、B为完成任务、C为完成 摘要 直接序列扩频通信系统因其抗干扰性强、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，在个人通信网、无线局域网、第三代移动通信、卫星通信以及军事战术通信等领域得到广泛应用。 本文以扩频通信理论为基础，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仿真分析，在给定条件下运行了仿真程序，得到了预期的结果。本文具体介绍了扩频通信的国内外发展背景和发展趋势，阐明了扩频通信在当今社会的重要性，扩频通信是70年代中期迅速发展起来的一种新型的通信系统，它抗干扰能力、抗衰落能力、抗多径的能力是上述其它通信系统无与伦比的。根据扩频通信的特点和原理，对扩频通信进行具体分析如扩频同步，扩频码序列，扩频增益和抗干扰容限等相关问题进行了具体研究，同时介绍了扩频通信在各个领域的应用，说明了其重要性所在。 关键词：扩频通信；同步；调制；Simulink仿真；解调 Abstract The direct sequence spread spectrum communication system is widely used in various areas, such as personal communication, networks, wireless local area network, the third generation mobile communications, satellite communications and military tactical communications, because of its many advantages: strong anti-interference, good for hiding, easy to implement code division multiple access (CDMA), anti-multipath interference, and higher DSSS communication rate. Based on spread spectrum communication theory, By using Simulink, and MATLAB function,the direct sequence spread frequency communication was simulated, and under the given conditions, the simulation program running the expected results. The article specifically on the spread-spectrum communications background and the development of domestic and international development trends, clarify the spread spectrum communication in today's society of the importance of spread spectrum communication is the mid-1970s up to the rapid development of a new type of communications system, and its anti-interference capability, Anti-Fading capacity, multi-path resistance is the ability of these other communication systems incomparable. According to spread-spectrum communications features and principles of spread spectrum communications for a specific analysis such as spread spectrum synchronization, the spreading code sequences, Spreading Gain and interference tolerance, and other issues related to the specific research, Meanwhile on the spread spectrum communication in various fields of application, shows its importance lies. Finally, based on the simulation software MATLAB Simulink tools for dynamic simulation, come out with a complete simulation results, using Simulink summed up the basic methods and steps. Keywords: Spread spectrum communication; Synchronization; Modulation; Simulink; Demodulation 1.1用码速率为5Mb/s的为随机码序列进行直接序列扩频,,扩频后信号带宽是多少?若信息码速率为10kb/s,系统处理增益是多少? 解:∵码速率Rc=Bss=5Mb/s ∴扩频后信号带宽是:5MHz 信息码速率Rb=10kb/s ∴系统处理增益为Gp=Rc/Rb=5000/10=500 ∵10log10∧500=27dB 1.2直接序列-频率跳变混合系统,直接序列扩频码速率为20Mb/s,频率数为100,数据信息速率为9.6kb/s,试求该系统的处理增益是多少?采用BPSK调制时,所需要传输通道的最小带宽是多少? 解:扩频码速率Rc=Bss=20Mb/s.N=100 Rb=9.6kb/s,Gp=Rc/Rb*N=20000/9.6*100=208300 采用BPSK调制时B1=2Bss ∴B2=NB1=100*2*20Mb=4000Mb 1.3在高斯白噪声信道中,要求在噪声功率比信号功率大100倍的情况下工作,输出信噪比不小于10dB,信息传输速率为8kb/s,若系统采用直接序列BPSK调制,试求所需传输通道的最小带宽 解:忽略系统的Lsys,即扩频系统的执行损耗或实现损耗 ∵噪声功率比信号功率大100倍 M0=10lg100=20dB ∴处理增益Gp=M0+(S/N)=20dB+10dB=30dB ∵Rb=8kb/s ∴Rc=Gp*Rb=1000*8kb/s=8000kb/s ∴Bss=Rc=8000kb=8Mb B=2Bss=16MHz 1.4采用BPSK调制的直接序列扩频系统,射频最大带宽为12MHz,速率为6kb/s的信息信号通过这个系统传输时,系统输出信噪比最大能改善多少? 解:最大带宽为12MHz B=2Bss=12MHz Bss=6MHz ∴Rc=Bss=6MHz/s 又∵Rb=6kb/s ∴Gp=Rc/Rb=6000/6kb=1000 [Gp]dB=10lgGp=30dB 1.5高斯白噪声信道,信道带宽为4MHz,当干扰功率比信号功率大30dB时,要求输出信噪比最小为10dB,则系统的最小处理增益是几 解:B=4MHz 干扰容限Mj=30dB S/N=10dB 在忽略系统的Lsys时有 [GP]dB=[Mj]dB+[S/N]dB=40dB ∵rc=Bss=1/2B=2Mb/s rb=rc/Gp=2/10000Mb/s=200b/s 1.6要求某系统在干扰功率比信号功率大300倍的环境下工作,系统需要多大的干扰容限?若要求输出信噪比为10dB,则系统的最小处理增益是多少? 干扰容限j/s=10log300=24.8db 处理增益Gp=(J/s)in+(s/n)out =24.8+10=34.8dB 1.7扩频通信系统中用梳子调制,干扰容限中的(s/n)out与（Eb/N0）的关系 扩频通信系统的systemvue仿真研究 【摘要】由于通信技术的迅猛发展，在无线通信中扩频通信技术的应用越来越广泛。扩频通信技术具有抗干扰能力强等诸多优点，使该技术越来越受到人们的关注。到目前为止，其最主要的两个应用领域是移动通信系统和军事抗干扰通信,而直扩系统和跳频系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。 SystemView是一种基于Windows平台，主要用于通信系统与电路的设计、仿真和分析，是一个系统仿真分析的可视化软件工具。 本论文主要是以扩频通信系统的理论为基础实现扩频系统SystemView的仿真分析。本论文主要内容是直接序列扩频系统的仿真分析，扩频增益和扩频码序列对系统性能的影响等相关问题，并给出相应仿真结果。 【关键字】扩频通信 SystemView 仿真 Spread spectrum communication system of systemvue simulation 【Abstract】As an important branch of communication ,spread spectrum communication is also channel of communication system development direction.It has strong anti-jamming capability,good secrecy,realize muti-assess communicatiom easily.Therefore, this technology is getting people's attention increasingly.So far,two of its main application fields is still mobile communication system and military anti-jamming communication.The direct sequences spread spectrum system and the frequency hopping system in the two respectively application is the most spread spectrum way. SystemView is based on Windows platforms, mainly for the circuit and communication system design,simulation and analysis of EDA software.It is a powerful dynamic system analysis tools. In this paper mainly with the theory of systems for fundamental to realize system simulation by the SystemView. The main content of this paper is the simulation analysis of direct sequence spread spectrum, spread spectrum gain and spread spectrum yards sequence effect the performance of the system and other related problems, and gives corresponding simulation results. 【Keywords】Spread spectrum communication SystemView simulation数字信号处理课设--二进制扩频通信系统
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