直接序列扩频通信系统仿真..

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。

目录摘要 (1)第一章绪论 (1)第二章扩展频谱基本原理 (2)第三章直接序列扩频基本模型 (5)第四章MATLAB对直接扩频系统的仿真 (10)码产生模块 (10).数据产生模块 (11)．扩频解扩模块 (12)．调制与解调模块 (14)调制在时域上是将信号与载波进行相乘，在频域上是将信号频谱进行搬移，搬到以载波频率为频域中心的频域轴上。

在这个系统中我采用的是QPSK调制解调方式,考虑到以后的仿真运算量等情况，系统的载波频率设为扩频码的频率，即扩频码的长度，这即是刚把扩频信号的频谱进行了搬移，其过程如下文所述。

(14)．相关模块 (15). 计算误码率模块 (15)第五章扩频系统抗干扰的研究 (17)白噪声干扰及其理论说明 (17)．扫频干扰的仿真 (24)．多频干扰 (35)．单频干扰 (40)摘要本文首先从香农定理分析，得到了无误差传输系统中信噪比和带宽是可以互换的。

接着介绍了扩频通信的几种方式，并把讨论的重点放在了直接序列扩频系统，还介绍了用QPSK调制方式对扩频信号进行调制。

本文用MATLAB对直接序列扩频系统进行了仿真，文中对所仿真的各个模块进行了叙述。

在对直接序列扩频系统进行分析时，用了不同形式的干扰测试了系统性能，这些方式中重点分析了白噪声干扰和扫频干扰。

并从仿真数据和理论上证实，直扩系统不能对白噪声干扰进行有效的抵抗。

在扫频干扰时，分别从连续扫频干扰方式和间断扫频干扰方式两个方面进行了分析仿真，并得出，对于一些扩频码，扫频干扰强于白噪声干扰，提出了以基带为干扰带宽的间断干扰方式的一种干扰形式，这种干扰形式的干扰效果强于其它干扰。

最后还做了多频干扰，单频干扰。

本文的关键词：直接序列扩频白噪声干扰扫频干扰多频干扰AbstractAccording to Shanon Theory, we got the inclusion that SNR and bandwidth can be offset mutually in the inerrant channel. signal should be widen. Then the conception of spread spectrum was produced. Some spread spectrum modes were introduced and the key point was put on the direct spread spectrum system. Modulating the spread spectrum signal using QPSK mode. Simulating the direct spread spectrum system using MATLAB. The paper depicted the modules need to be simulated in detail. Different noises were used to test the performance of the system, such as white noise and chirp. We can got the inclusion that the direct spread spectrum system can not resist the white noise efficiently. When using chirp, two modes were introduced: continuous mode and discontinuous mode. In some spread spectrum codes, chirp was more fierce than white noise. Multiple-Tone and Single-tone were included also..Keyword: direct spread spectrum system, white noise interfere, chirp, Multiple-Tone.第一章绪论21世纪，是信息技术与生物技术蓬勃发展的世纪，在刚进入这个世纪，一个振奋人心的好消息带给了我们，以大唐代表中国向ITU提交的第三代移动通信（3G）标准TD-SCDMA已经开始了实地测试，这是中国首次提出自己的标准和建议，而这也标志着我们正在进行着第四次科技革命――信息技术革命。

直接序列扩频系统的SIMULINK建模与仿真一．直接扩频发射机系统设数据传输率为100 bps，扩频码片速率为2000chip/s，采用m序列作为扩频序列，以BPSK为调制方式。

试建立扩频系统仿真模型并仿真观察其数据波形、扩频输出波形以及扩频调制输出的频谱。

仿真模型如图5-1所示。

Bernoulli Binary Generator用于产生数据流，其采样时间设置为0.01s，这样输出的数据速率为100bps。

PN Sequence Generator用于产生伪随机扩频序列，其采样时间设置为0.0005s，这样输出的码片速率为2000chip/s。

为了使扩频模块（乘法器）上的数据采样速率相同，需要对数据流进行升速率处理。

Unipolar yo Bipolar Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换。

乘法器输出就是扩频输出，其码速率等于采样速率，即每个采样点代表一个码片。

扩频输出信号以BPSK方式进行调制。

模型中采用了调制的等效低通模型来实现，调制输出信号是复信号，采样率为2000次/s。

调制也可采用通带模型来实现。

为了使频谱观察范围达到4kHz，需要被观察信号的采样率达到8000次/s，为此，以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样率提高到8000次/s。

图5-1 直接扩频发射机仿真系统模型仿真执行后，两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱，采用BPSK调制的等效低通模型时，调制前后的功率频谱相同，如图5-2所示。

可见，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。

仿真输出的时域波形结果如图5-3所示，图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形，当数据为+1时，扩频输出就是对应的PN序列，当数据为-1时，扩频输出是PN序列的反相结果。

图5-2 直接扩频发射机扩频前后的信号频谱仿真结果分析：图5-2分别为扩频之前与扩频之后的频谱图，由图可知，数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB处，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2kHz，而功率峰值下降到约7dB处。

直接序列扩频通信系统仿真设计摘要：综合利用前期相关课程及移动通信课程所学的各种知识，设计扩频通信系统，利用Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行了仿真，并对仿真结果做了详细的讲解分析。

先对直接序列扩频系统原理进行介绍，然后基于Simulink 的发射机和接收机的仿真，同时对直接序列扩频系统的抗干扰能力与直接序列扩频系统的同步方法进行了相关仿真，最后在该系统中加入特定的干扰，进行测试，研究整个系统的抗干扰性能。

关键词：通信系统；直接序列扩频；调制解调保密通信目录目录 (II)第1章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2 实验目的及总体介绍 (2)1.3 本次设计任务与要求 (2)第2章直接序列扩频通信原理 (3)2.1扩频通信概念及分类 (3)2.1.1扩频通信概念 (3)2.1.2扩频通信分类 (3)2.2直接序列扩频定义 (5)2.3直接序列扩频的基本原理 (6)2.4 直扩系统的性能分析 (7)2.4.1 直扩系统的抗干扰性 (7)2.4.2 直扩系统的抗多径干扰性能 (8)第3章扩频码序列 (10)3.1 码序列的相关性 (10)3.2 m序列 (11)第4章基于Simulink的仿真 (12)4.1 MATALB及SIMULINK的介绍 (12)4.1.1 MATLAB简介 (12)4.1.2 SIMULINK简介 (12)4.2发射机部分的Simulink的仿真 (13)4.3接收机部分的Simulink仿真 (16)第5章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 (20)第6章 CDMA系统仿真设计 (24)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第1章绪论1.1背景扩展频谱(SS，Spread Spectrum)通信简称为扩频通信。

扩频通信的定义可简单表述如下：扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。

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。

function dscdmamodem(user,snr_in_dbs) %建立模型：用户信息，snr_in_dbs为信噪比%设置初始参数user=[0 1 0 1 1 0 1];close all%定义步长变量%length_user=length(user); %改变用户数据中的0为-1for i=1:length_userif user(i)==0;user(i)=-1;endend%用户传输前设置fc=3; %载频eb=2; %每个字符的能量tb=1; %每个信息比特所占的时间%用户输入的数据信息t=0.01:0.01:tb*length_user;basebandsig=[];for i=1:length_user;for j=0.01:0.01:tb;if user(i)==1;basebandsig=[basebandsig 1];elsebasebandsig=[basebandsig -1];endendendfigure(1)plot(basebandsig)axis([0 100*length_user -1.5 1.5]);title('用户输入的信息')Y=fft(basebandsig);figure(2)plot(abs(Y))axis([0 100 0 300]);title('扩频前的频域图')%用户的BPSK调制过程bpskmod=[];for i=1:length_user;for j=0.01:0.01:tb;bpskmod=[bpskmod sqrt(2*eb)*user(i)*cos(2*pi*fc*j)]; endendlength(bpskmod)W=fft(bpskmod);%用户BPSK调制后的波形图输出figure(3)plot(bpskmod)axis([0 100*length_user -3 3]);title('用户经BPSK调制之后的波形')%扩频%PN码发生器seed=[1 -1 1 -1]; %设PN码初始值为1000 spreadspectrum=[];pn=[];for i=1:length_userfor j=1:10; %PN码和数据比特码的比率设为10：1pn=[pn seed(4)];if seed(4)==seed(3) temp=-1;else temp=1;endseed(4)=seed(3);seed(3)=seed(2);seed(2)=seed(1);seed(1)=temp;endspreadspectrum=[spreadspectrum user(i)*pn];end%扩频过程pnupsampled=[];len_pn=length(pn);for i=1:len_pnfor j=0.1:0.1:tbif pn(i)==1pnupsampled=[pnupsampled 1];elsepnupsampled=[pnupsampled -1];endendendlength_pnupsampled=length(pnupsampled); sigtx=bpskmod.*pnupsampled;%扩频码波形输出figure(4)plot(pnupsampled)axis([0 100*length_user -2 2]);title('PN码波形图')%扩频后的波形图输出figure(5)plot(sigtx)axis([0 100*length_user -3 3]);title('用PN码扩频后的波形图')composite_signal=sigtx;%扩频后的频域波形图Z=fft(sigtx);figure(6)plot(abs(Z))axis([0 100 0 300]);title('扩频后的频域图')%高斯白噪声信道传输snr_in_dbs=20; %设信噪比为20composite_signal=awgn(composite_signal,snr_in_dbs);%从信道中解扩出用户的信息rx=composite_signal.*pnupsampled; figure(7)plot(rx)title('用户解扩后的波形')%BPSK解调过程demodcar=[];for i=1:length_userfor j=0.01:0.01:tbdemodcar=[demodcar sqrt(2*eb)*cos(2*pi*fc*j)];endendbpskdemod=rx.*demodcar;figure(8)plot(bpskdemod)title('用户经BPSK解调之后的波形')len_dmod=length(bpskdemod);sum=zeros(1,len_dmod/100);for i=1:len_dmod/100for j=(i-1)*100+1:i*100sum(i)=sum(i)+bpskdemod(j);endend%检波过程rxbits=[];for i=1:length_userif sum(i)>0rxbits=[rxbits 1];elserxbits=[rxbits 0];endendlength_rxbits=length(rxbits);t=0.01:0.01:tb*length_rxbits;savbandsig=[];for i=1:length_rxbitsfor j=0.01:0.01:tbif rxbits(i)==1savbandsig=[savbandsig 1];elsesavbandsig=[savbandsig -1];endendendfigure(9)plot(savbandsig)axis([0 100*length_user -1.5 1.5]); title('用户经检波之后的波形')。

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。