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：穆琦傲立琳王瑞学熊晓倩学号：1 13 16 20 27
指导教师：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,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：
基于MATLAB通信工具箱的线性分组码汉明码的设计与仿真
编程语言：
MATLAB是一个交互式的系统，其基本数据元素是无须定义维数的数组。这让你能解决很多技术计算的问题，尤其是那些要用到矩阵和向量表达式的问题。而要花的时间则只是用一种标量非交互语言(例如C或Fortran)写一个程序的时间的一小部分。 .
4 详细设计
程序代码：
产生高斯噪声：
《1》function [gsrv1,gsrv2]=gngauss(m,sgma) %gsrv表示位置if nargin == 0, %nargin是用来判断输入变量个数的函数
m=0; sgma=1;
elseif nargin == 1,
sgma=m; m=0;
end;
u=rand; % a uniform random variable in (0,1)
（均匀分布的随机变量（0,1））
z=sgma*(sqrt(2*log(1/(1-u)))); % a Rayleigh distributed random variable
（瑞利分布的随机变量）
u=rand; % another uniform random variable in (0,1)
（另一个均匀分布的随机变量（0,1））gsrv1=m+z*cos(2*pi*u);
gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);
《2》function[p]=ss_Pe94(snr_in_dB,Lc,A,w0)
snr=10^(snr_in_dB/10);
sgma=1;
Lc=20;
Eb=2*sgma^2*snr;
E_chip=Eb/Lc;
N=10000;
num_of_err=0;
for i=1:N,
temp=rand;
if(temp<0.5),
data=-1;
else
data=1;
end;
for j=1:Lc,
repeated_data(j)=data;
end;
for j=1:Lc,
temp=rand;
if(temp<0.5),
pn_seq(j)=-1;
else
pn_seq(j)=1;
end;
end;
trans_sig=sqrt(E_chip)*repeated_data.*pn_seq; noise=sgma*randn(1,Lc);
n=(i-1)*Lc+1:i*Lc;
interference=A*sin(w0*n); %interference是干扰rec_sig=trans_sig+noise+interference;
temp=rec_sig.*pn_seq;
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
M序列 由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n 为移位寄存器的级数）。例如，考察图中a的非线性反馈移位寄存器,其状态转移关系如表：
状态(a k-3，a k-2，a k-1)的接续状态是(a k-2,a k-1，a k)，其中a k＝a k-3嘰a k-1嘰1嘰a k-2a k-1是一种非线性逻辑。从任一状态出发，例如从(000)出发,其接续状态恰好构成一个完全循环(图b)，由此产生一个周期为23＝8的3级序列。M序列最早是用抽象的数学方法构造的。它出现于组合数学的一些数学游戏中，例如L.欧拉关于哥尼斯堡的七桥问题等。后来发现这种序列具有某些良好的伪随机特性。例如,M序列在一个周期中，0与1的个数各占一半。同时,同样长度的0游程与1游程也各占一半。所有这些性质在数据通信、自动控制、光学技术和密码学诸领域中均有重要应用。 隐蔽通信内容的通信方式。为了使非法的截收者不能理解通信内容的含义，信息在传输前必须先进行各种形式的变化，成为加密信息，在收信端进行相应的逆变化以恢复原信息。电报通信、电话通信、图像通信和数据通信,都有相应的保密技术问题。另一方面,为了从保密通信中获得军事、政治、经济、技术等机密信息，破译技术也在发展。保密技术和破译技术是在相互对立中发展起来的。 1881年世界上出现了第一个电话保密专利。电话保密开始是采用模拟保密或置乱的方法，即把话音的频谱或时间分段打乱。置乱后的信号仍保持连续变化的性质。在第二次世界大战期间，频域和时域的置乱器在技术上已基本成熟。70年代以来，由于采用集成电路，电话保密通信得到进一步完善。但置乱器仍是有线载波和短波单边带电话保密通信的主要手段。模拟保密还可以采用加噪声掩盖、人工混响或逆向混响等方法，但因恢复后话音的质量大幅度下降或保密效果差，这些方法没有得到推广应用。数字保密是由文字密码发展起来的。数字信号（包括由模拟信号转换成的数字信号），由相同速率的密码序列加密，成为数字保密信号；保密信号传输到收信端后由同一密码序列去密，恢复原数字信号。随着集成电路的发展，数字保密通信已成为保密通信的主要发展方向。话音、图像等模拟信号都可以用数字保密方式。一般来说，数字破译要比模拟破译困难得多。数字保密的主要限制是传输数字信号所需带宽要比传输模拟信号的带宽大好多倍。 模拟保密通信话音信号置乱后的带宽基本保持不变，这是模拟保密通信的一个特点。但是，置乱后恢复的话音质量有所下降。置乱的过程越复杂，则话音质量下降的程度越大。 倒频用倒频器（图1）把话音频谱颠倒过来，使高频变为低频,低频变为高频,这是最简单的一种频域置乱方法。频域置乱器的基本电路是平衡调制器和带通滤波器。平衡调制器可以搬移和倒置频谱，而滤波器可以滤取所需要的频谱成分。输入的话音信号经过平衡调制器后输出上、下两个边带。适当地选择
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
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：
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。
一、实验目的 通过本实验掌握m 序列的特性、产生方法及应用。 二、实验内容 1、观察m 序列，识别其特征。 2、观察m 序列的自相关特性。 三、基本原理 m 序列是有n 级线性移位寄存器产生的周期为21n -的码序列，是最长线性移位寄存器序列的简称。码分多址系统主要采用两种长度的m 序列：一种是周期为1521-的m 序列，又称短PN 序列；另一种是周期为 4221-的m 序列，又称为长PN 码序列。m 序列主要有两个功能：①扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽， 即所谓的扩展频谱；②区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。 3、m 序列的互相关函数 两个码序列的互相关函数是两个不同码序列一致程度（相似性）的度量，它也是位移量的函数。当使 用码序列来区分地址时，必须选择码序列互相关函数值很小的码，以避免用户之间互相干扰。 研究表明，两个长度周期相同，由不同反馈系数产生的m 序列，其互相关函数（或互相关系数）与自 相关函数相比，没有尖锐的二值特性，是多值的。作为地址码而言，希望选择的互相关函数越小越好，这 样便于区分不同用户，或者说，抗干扰能力强。 在二进制情况下，假设码序列周期为P 的两个m 序列，其互相关函数R xy (τ)为 ()xy R A D τ=- （9-9） 式中，A 为两序列对应位相同的个数，即两序列模2加后“0”的个数；D 为两序列对应位不同的个数， 即两序列模2加后“1”的个数。 为了理解上述指出的互相关函数问题，在此以5n =时由不同的反馈系数产生的两个m 序列为例计算它 们的互相关系数，以进一步讲述m 序列的互相关特性。将反馈系数为8(45)和8(75)时产生的两个5级m 序 列分别记做：1m ：1000010010110011111000110111010和2m ：111110111000101011010000110100，序列1m 和 2m 的互相关函数如表9-3所示。 表9-3序列1m 和2m 的互相关函数表
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
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< M序列的产生和性能分析 摘要 在扩频函数中，伪随机信号不但要求具有尖锐的互相关函数，互相关函数应接近于零，而且具有足够长的码周期，以确保抗侦破、抗干扰的要求；由足够多的独立地址数，以实现码分多址的要求。M序列是伪随机序列的一种，可由m序列添加全0状态而得到。m序列与M序列对比得出在同级移位寄存器下M序列的数量远远大于m序列数量，其可供选择序列数多，在作跳频和加密码具有极强的抗侦破能力。 本文在matlab中的Simulink下用移位寄存器建立了4级、5级、6级M 序列的仿真模型，进行了仿真，画出其时域图、频谱图、互相关性图。通过时域图和频域图可看出，经过扩频后的信号频带明显的被扩展；由M序列互相关性图，得出M序列有较小的互相关性，较强的自相关性，但相关性略差于m序列。最后，本文又将M序列应用于CDMA扩频通信仿真系统中，得到下列结论：当使用与扩频时相同的M序列做解扩操作与用其他序列做解扩的输出有巨大的差别。使用相同的序列进行解扩时系统输出值很大，而使用其他序列解扩时输出值在零附近变化。这就是扩频通信的基础。 关键词：伪随机编码, 扩频通信自相关函数，互相关函数 M SEQUENCE GENERATION AND PERFORMANCE ANALYSIS ABSTRACT In spread-spectrum communication, pseudo-random sequence must have high autocorrelation value, low cross correlation, long code period and lots of dependent address to satisfy code division multiple access(CDMA). M sequence is one kind of the pseudo-random sequences. It can be may obtained through adding entire 0 states to m sequence. The number of M sequence is greater than the m-sequence under the same level shift register. It may supply the more choice. The M-sequence is often applied to the frequency hopping and adds the password to have greatly strengthened anti- solves the ability. At first, M sequences which has n=4、5、7 levels of shift registers are produced under Simulink of Matlab. The time domain chart, the spectrograph, the mutual correlation chart are plotted. Through the time domain chart and the spectrograph, we could see how the bandwidth of the information signal is expanded. The pseudo-random symbol speed rate higher noise signal frequency spectrum is proliferated widely, the output power spectrum scope is lower. This can explain the spread-spectrum communication system principle from the frequency range. Through the M sequence’s auto correlation chart we can see that the auto correlation of M-sequence is quite good but is inferior to the m sequence. Finally, the M sequence is applied to the code division multiple access (CDMA) communication system. This is the spread-spectrum communication foundation. KEY WORDS：Pseudo-random code, auto-correlation, cross-correlation 短码、长码和Walsh码 直序列扩频通信系统 扩频通信是一种无线通信技术。他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。用W表示传送带宽(单位为Hz)，用R表示数据速率(单位为bit/s)，W/R被称为扩展系数或处理增益。W/R的值一般可以在一百到一百万的范围(20db~60db)。 讲到这里，不得不把香农老先生搬出来，这个人可是咱们现代通信理论的奠基人，严重的崇拜（可惜他的著作《信息论》咱实在是看不懂啊，汗！） 香农容量公式(Shannon’ scapacityequation)，这个公式放在这里，人老先生费半天劲搞出来的，我们不去讨论其推算原理，只认为这是正确的。哦，香农还指出这是在加性高斯白噪声的信道模型下的公式，基本上我们现在的移动通信就是用这个东东啦。 C=Blog2[1 + S/N] 其中：B为传送带宽(单位为Hz)； C为信道容量(单位为bit/s)； S/N为信号噪声功率比。 传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量。为什么哪？根据香农公式，他老人家说增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。 当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600=128=21dB。以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。 发信者把需传送的低速数据与一组快速扩频序列合成后通过发射机发射出去，接收者从空中借口截取信息流后，用同一快速扩频序列进行解扩频，从而得到原始信息。 好，扩频的概念有了。我们再接着往下看。 cdma系统通过码片(chip)来传输信号(signal)，通常每一比特信息要占用几个码片。所有用户共用cdma信道资源，每个用户拥有自己唯一的码型以区别 目录 前言 (1) 第一章设计任务 (2) 1.2设计内容 (2) 1.2设计要求 (2) 1.3系统框图 (2) 第二章m序列的分析 (4) 2.1m序列的含义 (4) 2.2m序列产生的原理 (5) 2.2m序列的性质 (6) 2.3自相关特性 (7) 第三章m序列的设计 (8) 3.1特征多项式确定 (8) 3.2本原多项式的确定 (9) 3.3m序列的发生 (10) 第四章程序调试及结果分析 (11) 4.1m序列的仿真结果及分析 (12) 4.2该设计的序列相关性仿真结果及分析 (13) 结论 (14) 参考文献 (15) 附录：程序代码 (16) 前言 扩频通信因其具有抗干扰、抗多径衰落、抗侦察等优点在通信领域中得到广泛应用。扩频序列的设计和选择是扩频通信的关键技术，扩频序列性能的优劣在很大程度上决定了通信系统的多址干扰和符号间干扰的大小，从而直接影响到系统的性能。因此，深入研究扩频序列的性质，构造设计具有良好相关性的扩频序列，来满足扩频系统的要求，是直接序列扩频系统的核心课题。白噪声是一种随机过程，它有极其优良的相关特性。但至今无法实现白噪声的放大、调制、检测、同步及控制等，而只能用类似于白噪声统计特性的伪随机序列来逼近它，并作为扩频系统的扩频码。 常见的伪随机序列有m 序列、GOLD 序列、M 序列、Walsh 序列等。m 序列是目前研究最为彻底的伪随机序列，m 序列容易产生，有优良的自相关和互相关特性。序列是伪随机序列的一种情况。他可以在很多领域中都有重要应用。由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n为移位寄存器的级数）。 通过对伪随机码中常用的m序列的结构和性质进行了分析，本文给出了基于MATLAB平台的m序列生成算法及代码伪随机序列分析。 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。 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 M 序列的产生 1. 对象或参数 数学模型如下： )()2(5.0)1()2(7.0)1(5.1)(k v k u k u k z k z k z +-+-=-+-- 其中，)(k v 是白噪声N （0,1）（服从正态分布），输入信号采用4阶M 序列，幅度为1. 辨识模型如下： )()2()1()2()1()(2121k v k u b k b k z a k z a k z +-+-=-+-- 设输入信号的取值为k=1到k=16的M 序列，则待辨识参数L L L L LS z H H H ττθ1-）（= ∧。 ????????????=∧4321a a a a LS θ????????????=)16(...)4()3(z z z z L ????? ???????---=)14()15()14()15(......)2()3(z(2)-)3(-)1()2()1()2(-u u z z u u z u u z z H L 编制仿真程序，，获取输入输出数据，运用最小二乘法对系统的参数进行辨识，并将辨识结果与实际参数进行对比。 2. 程序框图 3. 程序实现 function [] = JM-232() %--------------------------------------------------------实验题目及初始化定义 disp('最小二乘法的实现') disp(' ') disp('数学模型为：z(k)-1.5z(k-1)+0.7z(k-2)=u(k-1)+0.5u(k-2)+v(k).') disp(' 所选择的辨识模型为：z(k)+a1*z(k-1)+a2*z(k-2)=b1*u(k-1)+b2*u(k-2)+v(k).') disp(' 故实际参数a1=-1.5, a2=0.7, b1=1, b2=0.5. ') disp(' ') disp('系统输入采用4 阶M 序列且其幅度为1，输出受到白噪声序列v(k)干扰.') ds = input(' 假设白噪声序列v(k)服从正态分布，均值为0，请输入方差ds = '); disp(' ') disp(' ') a0=65539;M=2147483647;x=123456;b=10000; U=[];V=[];Z=[];T=[]; P=zeros(20,4);H=zeros(14,4);LS=zeros(4,1);ZL=zeros(14,1); %------------------------------------------------产生4 阶M 序列作为输入信号u(k) fori=1:4 P(1,i)=1; U(1)=-2*(P(1,4)-0.5); end for j=2:16 fori=2:4 P(j,i)=P(j-1,i-1); end P(j,1)=mod(P(j-1,3)+P(j-1,4),2); U(j)=-2*(P(j,4)-0.5); end disp('** 通过仿真获得：') 目录 一、背景 (4) 二、基本要求 (4) 三、设计概述 (4) 四、Matlab设计流程图 (5) 五、Matlab程序及仿真结果图 (6) 1、生成m序列及m序列性质 (6) 2、生成50位随机待发送二进制比特序列，并进行扩频编码 (7) 3、对扩频前后信号进行BPSK调制，观察其时域波形 (9) 4、计算并观察扩频前后BPSK调制信号的频谱 (10) 5、仿真经awgn信道传输后，扩频前后信号时域及频域的变化 (11) 6、对比经信道前后两种信号的频谱变化 (12) 7、接收机与本地恢复载波相乘，观察仿真时域波形 (14) 8、与恢复载波相乘后，观察其频谱变化 (15) 9、仿真观察信号经凯萨尔窗低通滤波后的频谱 (16) 10、观察经过低通滤波器后无扩频与扩频系统的时域波形 (17) 11、对扩频系统进行解扩，观察其时域频域 (18) 12、比较扩频系统解扩前后信号带宽 (19) 13、比较解扩前后信号功率谱密度 (20) 14、对解扩信号进行采样、判决 (21) 15、在信道中加入2040~2050Hz窄带强干扰并乘以恢复载波 (24) 16、对加窄带干扰的信号进行低通滤波并解扩 (25) 17、比较解扩后信号与窄带强干扰的功率谱 (27) 六、误码率simulink仿真 (28) 1、直接扩频系统信道模型 (28) 2、加窄带干扰的直扩系统建模 (29) 3、用示波器观察发送码字及解扩后码字 (30) 4、直接扩频系统与无扩频系统的误码率比较 (31) 5、不同扩频序列长度下的误码率比较 (32) 6、扩频序列长度N=7时，不同强度窄带干扰下的误码率比较 (33) 七、利用Walsh码实现码分多址技术 (34) 1、产生改善的walsh码 (35) 2、产生两路不同的信息序列 (36) 3、用两个沃尔什码分别调制两路信号 (38) 扩展频谱（Spread Spectrum，SS）技术最初是为军用目的而开发出来的，应用于军事导航和通信系统中。出于提高通信系统抗干扰性能的需要，扩频技术的研究得以广泛开展，使得一些民用领域也从扩频技术的独特性质中受益。本章将概括性地描述扩频技术的基本概念、理论基础、系统组成及性能；介绍扩频系统的优点与应用。以此阐明直接序列扩频系统（DS—SS）发射机的设计与实现的重要意义。 1.1 扩频的概念 扩展频谱通信系统（Spread Spectrum Communication System）是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（Spreading Function）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，接收端再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。 为此，扩频函数（信号）必须满足以下的特性：扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；它的带宽远大于欲传输信息（数据）带宽；具有类似于噪声的随机特性等。由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有许多的优点： （1）扩频信号的不可预测性，使得扩频系统具有很高的抗干扰（anti-jam，AJ）能力。因为干扰者难以通过观测实施干扰，而只能采用发射大功率宽带的干扰信号进行干扰。 （2）扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。因此，扩频系统具有低截获概率性（Low Probability of Intercept，LPI），即信号有很好的隐蔽性。 （3）通过对宽带扩频信号的相关检测，可以使扩频系统具有很高的距离鉴别力，可用于测距。 （4）扩频通信系统具有良好的码分多址（CDMA）能力，对不同的用户使用不同的码，使得旁人无法窃听，因而具有高的保密性，可用于多址通信中。 1.2 扩频技术的应用与分类 正因为这种种优点，扩频技术得到了迅速的发展，扩频系统也得到了越来越广泛的应用。在通信、数据传输、信息保密、定位、测距和多址技术等方面，显示了它极强的生命力。在电子对抗时代，扩频技术用于通信、导航和识别信息综合系统，为军事上开展联合指挥提供最先进的通信系统，是强有力的电子对抗手段之一。另外，扩频技术在医学领域中也得到了应用，例如，超声多普勒血流成像。 在各种扩频方式中，直接序列扩频（Direct Sequencing，DS）和频率跳变（Frequency Hopping，FH）是最为常用的扩频技术。时间跳变（Time Hopping，TH）也是一种扩频技术，主要用于时分多址（TDMA）通信。此外，还有这几种技术的混合应用，例如，跳频/直接序列（FH/DS）混合扩频，跳时/跳频（TH/FH）混合扩频和跳时/直接序列（TH/DS）混合扩频等，它们都可看作上述几种基本方式的综合运用。从使用各种扩频技术成功的范例来看，各种不同的扩频方式都有其特点，在各自特定的领域里发挥所长，所以每种扩频方式都很重要。 1.3 扩频技术的理论基础 扩频技术的理论基础是香农（Shannon）定理，它可用香农信道容量公式 S C = W log 2（1 + ）（1-1） N 来描述。该公式表明，在高斯白噪声干扰的信道中，当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时，可用增加系统传输带宽W的方法来保持信道容量C不变。对于任意给定的信噪比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率和较高的传输速率。扩频技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码（SpreadingM序列的产生和性能分析
三种扩频码的作用
基于Matlab产生m序列
扩频通信的基本原理
直接序列扩频Matlab程序
M序列的产生
移动通信课程设计实验报告-利用matlab进行m序列直接扩频仿真(DOC)
直接序列扩频
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