直接序列扩频通信系统仿真

直接序列扩频通系统仿真一、课程设计目的学习扩频通信系统的原理，理解扩频通信系统性能能指标的意义，学会分析扩频通信系统性能能指标的方法。

学会根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法。

二、课程设计基本要求1、学会MATLAB 的使用和MATLAB 的程序设计方法；2、掌握扩频通信系统的原理；3、理解扩频通信系统性能指标的意义；4、能够用Monte Carlo仿真估计直接序列扩频通信系统的性能。

三、课程设计内容1、讨扩频通信系统的原理，分析直接序列扩频通信系统的性能；2、讨论根据给定的系统参数和性能，设计扩频通信系统的方法；3、通过Monte Carlo仿真，说明直接序列扩频通信系统在抑制正弦干扰方面的有效性。

仿真系统的方框图如图：四、理论基础4.1 扩频通信的背景扩展频谱通信是建立在Claude E．Shannon的信息论基础之上的一种新型的通信体制。

由于扩频通信体制具有抗干扰能力强、截获率低、码分多址、信号隐蔽、测距和易于组网等一系列优点，自从问世之后便引起了世界各国的极大关注，并率先应用在军事通信中。

随着近年来大规模、超大规模集成电路和微处理器技的广泛应用，以及一些新型器件的应用，扩频技术的应用形成了新的高潮。

事实上，扩频通信已成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效的手段，并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的威力。

随着CDMA扩频通信技术在民用通信中的深入应用和不断渗透，以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球定位系统和跳频通信等民用和国防民事通信的强烈需求下，扩谱通信的地位越来越重要了。

4.2 直接序列扩频通信原理理论基础直接序列扩频（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。

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。

信息与通信工程学院移动通信课程设计实验报告题目：直接序列扩频系统仿真班级：姓名：学号：班内序号：日期：目录一、背景 (3)二、要求： (3)三、设计概述 (3)四、直接序列扩频系统仿真 (3)1、基本扩频系统仿真流程图 (3)2、matlab程序及仿真结果图 (5)2.1、生成m序列及m序列性质 (5)2.2、生成50位随机待发送二进制比特序列，并进行扩频编码 (6)2.3、对扩频前后信号进行BPSK调制，观察其时域波形 (8)2.4、计算并观察扩频前后BPSK调制信号的频谱 (9)2.5、接收机与本地恢复载波相乘，比较扩频与否的时域波形 (11)2.6、与恢复载波相乘后，观察其频谱变化 (12)2.7、仿真观察信号经凯萨尔窗低通滤波后的频谱 (14)2.8、观察解扩后的信号波形、频谱 (15)2.9、比较扩频系统解扩前后信号带宽、信号功率谱 (16)2.10、对解扩信号进行采样判决 (18)五、仿真产生不同的伪随机序列 (21)1、m序列（跟四、2.1一样） (21)2、产生随机序列Gold码和正交Gold码 (22)2.1、产生Gold码并仿真其自相关函数 (23)2.2、产生正交Gold码并仿真其互相关函数 (25)六、验证直扩系统对窄带干扰的抑制能力 (27)1、加窄带干扰的直扩系统建模 (28)2、不同扩频序列长度下的误码率比较 (29)3、扩频序列长度N=7时，不同强度窄带干扰下的误码率比较 (30)七、分工 (30)八、心得体会 (30)一、背景直接序列扩频通信系统(DSSS)是目前应用最为广泛的系统。

在发送端，直扩系统将发送序列用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去，在接受端又用相同的扩频序列进行解扩，回复出原有信息。

由于干扰信息与伪随机序列不相关，扩频后能够使窄带干扰得到有效的抑制，提高输出信噪比。

系统框图如下图所示：二、要求：1. 通过matlab建模，对直扩系统进行仿真2. 研究并仿真产生不同的伪随机序列3. 验证直扩系统对窄带干扰的抑制能力，给出误码率等仿真曲线三、设计概述本次课设按要求完成，利用matlab进行直接扩频系统的仿真，利用BPSK调制，仿真了扩频、调制、解调、解扩过程，并对是否使用直接扩频进行了对比。

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。

南京师范大学毕业设计（论文）开题报告姓名:学号：学院: 泰州学院专业: 通信工程题目: 直接序列扩频通信系统的仿真与实现指导教师：2012 年 3月 10日一．本课题的目的及研究意义现代军事通信面临着纷繁复杂的干扰环境，因此具备足够的抗干扰能力，是未来通信发展至关重要的因素，这要求能够识别和抑制各种干扰。

扩频通信早期主要应用于军事目的，从世纪年代末、年代初开始，扩频技术在民用通信方面的应用逐渐兴起并迅速发展，例如在蜂窝数字移动通信系统中，扩频技术被用于克服多路径效应和抑制同信道干扰，新一代移动通信系统利用技术进一步提高频谱利用率和系统性能。

直接序列扩频系统是目前应用最广泛的一种扩频通信系统。

它最突出的优点是当扩频增益足够大时，系统具有良好的抗干扰能力。

直接序列扩频是高安全性高抗扰性的一种无线序列型号传输方式。

英文全称Direct Sequence Spread Spectrum，简称直扩方式（DS方式）。

通过利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。

直接序列扩频技术在军事通信和机密工业中得到了广泛的应用，现在甚至普及到一些民用的高端产品，例如信号基站、无线电视、蜂窝手机、无线婴儿监视器等，是一种可靠安全的工业应用方案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,而跳频系统与直接序列扩频系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。

直接序列扩频系统，及DS-CDMA，主要是一种民用技术，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。

欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的成功。

而在目前所有建议的第三代移动通信系统（3G）标准中（除了EDGE）都采用了某种形式的CDMA。

因此CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象。

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')。

直接序列扩频通信系统仿真程序晶超 S2*******>> code_le ngth=20;%信息码元个数 >> N=1:code_le ngth; >> ran d('seed',0);>> x=sig n(ran d(1,code_le ngth)-0.5); %信息码>> for i=1:20>> %产生伪随机码，调用的mge n 函数见附录 >> length=100*20; %伪码频率5MHz,每个信息码含 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 s((1+(i-1)*800):i*800)=x(i);% end每个信息码元含fs/f=800个采样点 1.5为扩频码所示。

□=CJXJC1EUJJ生成的信息码的波形图如图1 1UHJ1X00 “血 图1信源信息码扩频码如图3所示。

图2 PN码>> fs=20e6;>> f0=30e6;>> for i=1:2000AI=2;dt=fs/fO;n=0:dt/7:dt; % 一个载波周期采样八个点cl=AI*cos(2*pi*fO* n/fs);sig nal((1+(i-1)*8):i*8)=k_code((1+(i-1)*8):i*8).*cl; end>> %解调>> AI=1;>> dt=fs/fO;>> n=0:dt/7:dt;>> cl=AI*cos(2*pi*fO* n/fs);>> for i=1:2000sig nal_h((1+(i-1)*8):i*8)=sig nal((1+(i-1)*8):i*8).*cl; endPSK调制后的波形如图4所示。