直扩通信系统基本原理与仿真

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。

《基于SystemView直接扩频系统的设计》通信原理课程设计报告学院：信息科学与技术学院专业：电子信息工程班级： 2012级 2 班学号： 2012508161姓名: 周键家指导教师：卢佩2015年7月13日目录第一章前言 (2)第二章开发环境 (3)2.1、仿真软件介绍 (3)第三章直接扩频系统的设计 (4)3.1、扩频通信系统 (4)3.2、扩频通信的理论模型及其实现原理图 (4)3.3、直序扩频通信系统仿真模型 (5)3.4、仿真及结果分析 (6)第四章总结 (8)体会与建议 (9)参考文献 (10)第一章前言直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式，简称直扩方式（DS方式）。

就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。

直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。

扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗干扰能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点，正从军事应用向民用通信发展。

理论分析了直接序列扩频通信系统的原理，并用功能强大的仿真软件SystemView对直接序列扩频通信系统进行建模，仿真分析了系统的抗干扰和实现保密通信等特点，对扩频通信系统的实现有着重要意义。

扩频解调器实际上是一个相关器，扩频信号通过相关器后能有效地恢复，干扰信号（包括瞄准性窄带干扰和宽带干扰）由于与本地PN码不相关而被相关器抑制掉。

表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益G(Spreading Gain),其定义为扩频前的信号带宽B1与扩频后的信号带宽B2之比。

G=B2/B1扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为B1的信号成份，而排除了扩展到宽带B2中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了G倍。

直接序列扩频通信系统仿真设计直接序列扩频通信系统是一种常用于无线通信中的传输技术，可用于提高通信质量和抗干扰能力。

其基本原理是将原始信号乘以一个扩频码序列，使得信号的带宽变宽，从而提高信号的抗干扰能力。

本文将对直接序列扩频通信系统进行仿真设计，包括系统结构、信号处理和性能评估等方面。

一、系统结构设计1.发送端设计发送端主要包括原始信号处理和扩频处理两个模块。

原始信号处理模块用于将待传输的信息编码成数字信号，可以采用各种调制技术（如二进制调制）；扩频处理模块将原始信号乘以扩频码序列，以实现信号的扩频。

2.接收端设计接收端主要包括解扩和信号恢复两个模块。

解扩模块对接收到的信号进行解扩，即将信号除以扩频码序列；信号恢复模块对解扩后的信号进行滤波和解调，最终得到原始信号。

二、信号处理设计信号处理是直接序列扩频通信系统中的关键环节，对其性能和抗干扰能力起着决定性作用。

下面将详细介绍信号处理的设计。

1.扩频码序列设计扩频码序列的设计非常重要，它直接影响到扩频通信系统的性能。

常用的扩频码序列有伪随机码（PN码）和正交码等，可以通过Matlab等工具进行生成和优化。

2.扩频处理设计扩频处理是将原始信号与扩频码序列进行乘积运算的过程。

可以采用数字乘法器或卷积器等方式实现，具体实现方式需要根据实际情况确定。

3.解扩和信号恢复设计解扩和信号恢复是接收端的重要环节，其中解扩模块用于将接收到的信号除以扩频码序列，信号恢复模块用于对解扩后的信号进行滤波和解调。

滤波器可以采用低通滤波器，解调方式可以根据信号特点选取。

三、性能评估设计对于直接序列扩频通信系统的性能评估，一般需要考虑以下几个方面：1.误码率评估误码率是衡量通信系统性能的重要参数。

可以通过对接收到的信号进行解码和比对的方式来评估误码率，并与理论值进行比较。

2.抗干扰性能评估扩频通信系统的抗干扰能力是其核心优势之一、可以通过仿真添加干扰信号，并比较接收到的信号与原始信号的相关性来评估抗干扰性能。

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。

直接序列扩频通信系统仿真设计直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是一种广泛应用于无线通信领域的通信技术，它通过将原始信号与伪随机噪声序列进行逐位相乘，从而将信号的带宽扩展到噪声频谱的宽度，从而实现抗干扰和保密性能的显著提高。

本文将通过仿真设计一个直接序列扩频通信系统，详细介绍其工作原理和仿真过程。

直接序列扩频通信系统由发送端和接收端组成。

在发送端，原始信号经过码片发生器生成伪随机噪声序列，并与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。

扩频信号经过调制器进行调制，然后经过发射机发送到接收端。

在接收端，接收到的信号经过解调器进行解调，然后通过相关器与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。

首先，需要设计码片发生器。

伪随机噪声序列在直接序列扩频通信系统中起到关键作用，它决定了信号的扩展带宽和抗干扰性能。

常用的伪随机噪声序列有伪随机码生成器（PN码）和高斯白噪声序列（AWGN）。

在仿真中，可以选择PN码作为伪随机噪声序列。

PN码的生成方式有很多，其中最常见的是使用移位寄存器和反馈电路生成的线性反馈移位寄存器（LFSR）。

其次，需要设计调制器和解调器。

在直接序列扩频通信系统中，常用的调制方式有二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK）。

在仿真中，可以选择BPSK作为调制方式。

解调器与调制器相反，将接收到的扩频信号与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。

最后，需要设计发射机和接收机。

发射机通过电路将调制后的扩频信号发射出去，接收机将接收到的信号通过电路进行放大和解调处理，从而得到原始信号。

在仿真中，可以使用MATLAB等仿真软件来实现直接序列扩频通信系统。

首先，定义参数包括信号的比特率、码片周期、发射功率等。

然后，生成随机的原始信号数据。

接下来，根据参数生成伪随机噪声序列。

将伪随机噪声序列与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。

通过调制器进行调制，得到调制后的信号。

在接收端，通过解调器解调接收到的信号，得到解调后的扩频信号。

一．直扩系统直接序列扩频，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为原始的基带信号。

典型的直接序列扩频系统框图：图1(a) 发送端图1(b) 接收端二．直扩系统发送端仿真图2 发送端的整体仿真模块扩频码频谱图基带信息数据频谱图扩频调制后频谱图射频调制后频谱图信道中信号频谱图三．直扩系统接收端仿真图3 接收端仿真模块本地伪码调制信号频谱图相关解扩信号后频谱图四．总结1.在刚开始使用simulink准备按照书本上的例子寻找元件连接电路时，发现元件库中还没有某些元件，需要用S函数生成元件。

通过查找资料发现S函数生成的语法规则比较麻烦，就使用普通元件连接合成负逻辑映射模块Shaping，信源模块是用Random Interger Generator和脉冲相乘生成。

2.连接好发送端电路进行仿真时，发现示波器模块显示的图形不正常，频谱分析模块无法显示频谱图。

网上寻找发现是由于示波器采样点数限制使高频正弦波绘制出的图形成了三角波或直线，频谱分析模块也是因为零阶保持器采样点不够和频率区间选择不正确造成的。

3.按照书本的例子实现发送端仿真电路，仿真波形如下：扩频前后波形图调制过程波形图加噪及加干扰前后波形4.对接收端仿真时对例子中的部分内容按照发送端方法修改，对Costas环模块连接电路时，对书本上环路滤波器部分不理解，直接使用simulink的滤波器模块。

连接好电路仿真发现无法解调输出，通过分析接收端混频滤波后的频谱图发现，混频输出的峰值的确切值为254KHz，修改设置VCO的静态频率为254KHz后，解调输出波形更好，但仍无法完成解调。

通过分析Costas环低通滤波器的前后频谱图发现低通滤波器的输入频率没用集中在基频附近，估计应该是VCO输出的频率不够精确或者是环路滤波器部分出问题。

移动通信直序扩频虚拟仿真实验教学随着社会的发展，无线通信技术已经成为现代社会生活不可或缺的一部分。

无线通信技术的发展，能够实现人与人之间的快速、有效的信息交流，对于改善人们的生活水平，促进社会的发展至关重要。

移动通信直序扩频技术是当前无线通信系统中应用最广泛的一种信号调制技术，经过多年的实践运用已经结合了多种系统变化，为保证扩展码的完整性和数据的精确性，其教学研究成为当下无线通信新技术和新知识培养的必修课程。

本文针对移动通信直序扩频虚拟仿真实验教学进行研究，旨在提高学生对于移动通信直序扩频技术的理论和实践应用的理解。

本文首先分析了移动通信直序扩频技术的基本原理和应用，探讨了直序扩频技术在现代无线通信系统中的地位和作用。

然后，介绍了直序扩频技术的虚拟仿真实验教学模型，该模型既包含理论课程，同时也涵盖了实践性的教学内容。

最后，本文通过实际教学案例和学生反馈，证明了直序扩频虚拟仿真实验教学具有一定的教育价值和实践意义。

移动通信直序扩频技术的基本原理和应用直序扩频技术是现代无线通信系统中应用最广泛的一种信号调制技术之一，其主要应用于宽带通信系统和CDMA通信系统等。

在直序扩频技术中，发送信号要先通过置换器生成扩展码，并把扩展码与原始数据进行异或运算。

这种运算能够把原始数据以及所调制的信号分散化，并且信号的能量降低，使传输后的信号对于任何非授权接收者来说都是无法有效识别的。

直序扩频技术主要通过扩展码在发送端和接收端进行同步，并且通过强静噪把信号解码，实现信息的传递与识别。

该技术的主要优点包括信号的加密性强、系统的鲁棒性高、信号的抗多径衰落能力强、信道容量大等，可以在高速移动的情况下保证通信的可靠性。

因此，直序扩频技术被广泛应用于信道资源有限、多用户共享大带宽且具有高速移动性的无线通信系统中。

直序扩频虚拟仿真实验教学模型的构建为了能够更好地帮助学生了解和掌握直序扩频技术的基本原理和应用，我们构建了一套直序扩频虚拟仿真实验教学模型。

直接序列扩频通信系统建模仿真分析直接序列扩频（Direct-Sequence Spread Spectrum，DSSS）通信系统是一种广泛应用于无线通信、通信安全加密、以及定位任务中的基本通信技术。

它在一定范围内使用频率，把本应几百到几千赫兹范围内的信号不断扩展到数兆赫兹，从而使其能够穿过更多的干扰、降低传送信号的复杂性和重复率、提高传送信号的安全性，也就是广播信号的功率被平分到更宽的频带，其中的信息非常难以被拦截和窃取，该抽波提高了信号的吞吐量。

构成直接序列扩频通信系统的主要硬件组件包括，数据源，编码器，抽波器，线路，解抽波器以及解码器，以及接收数据的终端设备。

数据源可以是任何数据，例如电脑传出的文本，照片，视频甚至声音。

编码器是一个负责将原始数据信号编码为无关信号块的系统。

抽波器用于将无关信号增广，并将其扩展至较宽的频带。

经过线路，即传输介质，将传输数据从发射端送达接收端，通常利用电磁波来传输信号，例如无线频段等。

接收端的解抽波器可以将扩频数据恢复到原始数据，解码器可以将接收到的数据进行解码，以便终端能够解析处理该数据。

直接序列扩频通信系统建模仿真分析，主要是通过建立系统建模，利用仿真软件，来模拟系统的运行流程，然后对模拟的结果进行分析。

首先，先构建系统模型，采用现有的数学工具，如矩阵方程、微积分知识和计算机技术，建立系统的数学模型，即构建系统建模。

接着，根据构建好的模型，可以使用各种仿真软件，比如matlab，来模拟系统的运行，使用仿真技术可以更好地发现系统中存在的问题。

最后，对模拟结果进行分析，比如观察系统的信噪比、传输的错误率曲线等，进而追踪出系统中可能存在的问题，从而提出相应的改进建议，提高系统的性能。

通过模型仿真分析，我们可以看到，直接序列扩频通信系统是一种表现优异的技术，它能够有效抑制扰乱，提高传输介质上的信号安全性，这种技术特别适用于无线通信中传输质量有要求的应用，诸如GSM、CDMA等。