基于Simulink的直扩通信仿真研究

基于Simulink的直接序列扩频通信系统仿真设计马小青【摘要】The visual simulation tool Simulink provided by Matlab is used to build a simulation model of direct sequence spread spectrum communication system. The simulation design of transmitter module and receiver module of direct sequence spread spectrum communication system was carried out with Simulink. The relationship among BER,SNR and spreading gain of DSSS system was researched by means of every waveform and spectrum transformation diagram in the transmission process. The simulation model was tested under the given simulation conditions. The results show that the system has high SNR,good perfor-mance and constant bit error rate;and the signal-to-noise ratio at the output end can be improved if the spread gain of the direct sequence spread spectrum communication systems is increased.%以Matlab提供的可视化仿真工具Simulink搭建直接序列扩频通系统仿真模型，利用Simulink对直接序列扩频通系统的发射机模块和接收机模块进行仿真设计，通过传输过程中各个波形和频谱变换图，研究直扩系统误码率、信噪比和扩频增益的关系。

基于MATLAB/Simulink的扩频通信系统仿真及抗干扰研究邹宁徐松涛牛建兵（空军工程大学工程学院，陕西西安710038）摘要本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，并通过MA TLAB提供的Simulink仿真平台对直扩通信系统进行了仿真，详细讲述了各模块的设计。

在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。

同时，利用建立的仿真系统，研究了抑制正弦干扰性能与系统信噪比的关系，结果表明，提高信噪比，系统可以有效抑制正弦信号干扰。

关键词直扩通信；信噪比；误码率；抗干扰1 引言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MA TLAB/Simulink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及其抑制正弦干扰性能进行了仿真，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。

2 扩展频谱技术2.1 理论基础Shannon定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称信道容量）为（1）式中：B为信号带宽；S为信号平均功率；N为噪声功率。

若白噪声的功率谱密度为n0，噪声功率N=n0B ，则信道容量C可表示为（2）由上式可以看出，B 、n0、S确定后，信道容量C就确定了。

由Shannon第二定理知，若信源的信息速率小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。

为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。

基于Simulink的直接序列扩频通信系统抗干扰的仿真实现王玲【期刊名称】《中国传媒大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】主要研究了直接序列扩频通信系统( DSSS)的抗干扰能力。

利用Simulink对直接序列扩频通系统的发射机模块和接收机模块进行仿真设计,在高斯信道中加入不同中心频率、幅度的窄带干扰。

通过传输过程中各个波形和频谱变换图,研究直扩系统误码率、信噪比和扩频增益的关系。

当窄带干扰强度超过系统抗干扰容限时,使用自适应滤波器中的LMS(最小均方差)和RLS(最小递推二乘)滤波器来抑制窄带干扰。

仿真结果表明：自适应滤波具有良好放任窄带干扰抑制效果,但RLS算法复杂仿真时间长,LMS收敛速度较慢。

%The visual simulation tool Simulink provided by Matlab is used to build transmitter module and receiver module of DSSS communication system and the narrow-band interference in different carrier fre-quency and amplitude is added to the AWNG channel. The relationship among BER,SNR and spreading gain of DSSS system is researched by means of every waveform and spectrum transformation diagram in the transmission process. When theNarrow -Band Interference overstep the tolerance of the DSSS sys-tem,we can use the adaptive filter such as LMS ( Least Mean Square ) filter and RLS( Recursive Least Square) filter to improve suppressing Narrow-Band Interference. The simulation confirmed that the adap-tive filter has a good effect onNarrow-Band Interference suppression. The RLS filter’ salgorithm is com-plex so its simulation time is long. The LMS filter’ sconvergence speed is slow.【总页数】7页(P21-27)【作者】王玲【作者单位】中国传媒大学理工学部信息工程学院，北京100024【正文语种】中文【中图分类】TN911.4【相关文献】1.直接序列扩频通信系统仿真与实现 [J], 周芸;张华2.基于Simulink的直接序列扩频通信系统的仿真 [J], 倪琳娜;赵振岩;于海锋3.基于Simulink的直接序列扩频通信系统仿真设计 [J], 马小青4.基于Simulink的扩频通信系统抗干扰性能研究 [J], 王林暄;王遇琦;陈卓平;张萌5.基于Simulink的直接序列扩频通信系统仿真研究 [J], 王家明;於维程;何勇;王炜;孙晨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

直接序列扩频系统仿真一、扩频系统结构及仿真原理：直接序列扩频的发射机系统结构如图（1）所示。

设数据序列｛an｝对应的双极性波形为a(t)，其电平取值为±1，码元速率为Rabps，码元宽度为Ta=1/Ra秒。

扩频所使用的伪随机序列c(t)也是电平取值为±1的双极性波形，伪随机序列的码元也称为码片（chip），码片速率设为Rcchip/s，对应的码片宽度就是Tc=1/Rc秒。

码片速率通常是数据速率的整数倍，且。

对于双极性波形而言，扩频过程等价于数据流a(t)与伪随机序列c(t)相乘的过程，扩频输出序列设为d(t)，也是取值为±1的双极性波形，其速率等于码片速率。

扩频序列经过调制后得到调制输出信号s(t)送入信道。

对于BPSK调制，有由于PN码速率远远高于数据传输速率，所以调制输出信号s(t)的频带宽度将远远大于数据波形的带宽。

设数据传输率为Ra=100bps，扩频码片速率为Rc=2000chip/s，Rc/Ra=20，采用m序列作为扩频序列，以BPSK为调制方式。

二、Simulink仿真模型：“Bernoulli Binary Generator”产生数据流，其采样时间设置为0.01秒，这样输出的数据速率为100bps。

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

为了使得扩频模块（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 to Bipolar Converter”完成数据和扩频序列的双极性变换。

乘法器输出即为扩频输出，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。

三、仿真结果：由图（1）可见数据信号的带宽约100Hz，其功率峰值约为20dB，而扩频输出信号带宽展宽了20倍，为2KHz，而其功率峰值下降到约7dB处。

基于SIMULINK的OFDM通信系统的仿真一、题目来源基于SIMULINK的OFDM通信系统的仿真。

二、研究目的和意义随着通信要求的不断增长和技术上的不断进步,宽带化已成为当今通信技术领域的主要发展方向之一。

在短波电离层反射信道、对流层散射信道、移动信道、广播信道等实际信道中,由于云层、山脉和城市中林立的高层建筑的影响,会产生多径衰落现象,引起严重的符号干扰（ Intersymbol Interference ,ISI） ,限制了信息传输速率的提高。

传统方法是使用自适应均衡技术来解决多径衰落的问题,但是自适应均衡器的制作、调试往往成为通信系统研制的瓶颈,而且随着传输带宽的不断增加,复杂度和成本也不断增加。

正因为如此,在无线宽带接入以及第四代移动通信中OFDM技术将成为继CDMA之后的又一核心技术。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。

其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。

正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI 。

每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。

而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。

包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。

三、参考文献:[1 ] John G P. Digital Communications Fourth Edition[M] . USA :McGray2Hill ,2001.[2 ] 佟学俭. OFDM 移动通信技术原理[M] . 北京:人民邮电出版社,2003.[3 ] 李建新. 现代通信系统分析与仿真—MATLAB 通信工具箱[M] . 西安:西安电子科技大学出版社, 2000.[4 ] 周正兰. OFDM 及其链路平台的Simulink 实现[J ] . 新技术与新业务,2003 ,10.[5 ] Gallager R G. Low2Density Parity2Check Codes[M] . Cambridge ,MA :MIT Press ,1963. Simulating Communication System of OFDM in Simul inkOU Xin1 , GON G Y uan2qiang2 , YA N G Wan2quan3(1. Southwese China Research Institute of Elect ronic Equipment ,National Key Lab. ,29th Institute , Chengdu 610036 , China ;2. Chongqing City Planning establishment administ ration bureau , Chongqing 430000 ,China ;3. School of Elect ronics and Information , Sichuan University , Chengdu 610065 ,China) Abstract : Orthogonal f requency division multiplexing (OFDM) is a core technique in 4 G[1 ] , which is the ba2sis of the development of multimedia service. A method for simulation of OFDM in Simulink is discussed indetail and a model of simulation is given. By utilizing the model , we can get the result s of error rate perfor2mance of OFDM system. By cont rast , a method for improving the performance of system isproposed.Key words : simulink ; OFDM; LDPC四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向上个世纪70年代，韦斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人应用离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶方法（FFT）研制了一个完整的多载波传输系统，叫做正交频分复用（OFDM）系统。

1.项目目的基于Simulink的数字通信系统仿真—采用2PSK调制技术1.1技术要求（1）对数字通信系统主要原理和技术进行研究，包括二进制相移键控（2PSK）及解调技术和高斯噪声信道原理等。

(2)建立数字通信系统数学模型；(3)建立完整的基于2PSK的模拟通信系统仿真模型；(4)对系统进行仿真、分析。

1.2主要任务(1)建立模拟通信系统数学模型；（2)利用Simulink的模块建立模拟通信系统的仿真模型；(3)对通信系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；(4)将仿真结果与理论结果进行比较、分析。

2. 项目正文：2.1二进制相移键控——2PSK设计原理数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。

为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。

这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。

数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。

这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。

相应的2psk信号波形的示例见下一页1 0 1图1-1 2psk信号波形▪调制原理数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于"同相"状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。

如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。

一般把信号振荡一次（一周）作为360度。

如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。

当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。

第22卷第3期2009年6月四川理工学院学报(自然科学版)Journal of Sichuan University of Science &Engineering (Natural Science Editi on )Vol 122　No 13Jun 12009收稿日期:2008211228作者简介:张晋(19832),男,山西襄汾人,硕士,主要从事电路与系统方面的研究。

文章编号:167321549(2009)0320090204基于S IMUL IN K 的高动态下直序扩频通信系统的仿真张晋,赵刚(四川大学电子信息学院,成都610064) 摘　要:在扩频通信中,伪码的同步与否决定着通信的成功与否。

而伪码的同步主要通过相关峰的幅度来判别。

在高动态环境下,多普勒频移会对相关峰的幅度产生巨大的影响。

只有适度补偿这些影响后才能完成同步。

本系统采用基于FFT 的多普勒频率估计方法,完成了在多普勒频移情况下的扩频同步。

仿真结果验证了方法的有效性。

关键词:SI M UL I N K;扩频通信;高动态;多普勒频率估计;捕获中图分类号:T N92文献标识码:A引言直接序列扩展频谱通信系统(D irect Sequence Sp rea 2ding Spectru m Syste m ,简称DS -SS 系统)又称伪噪声通信系统,它是目前应用比较广泛的一种扩展频谱通信系统。

GPS 系统,空间探测器“喷气推进实验室(JP L )”测距技术,包括现在的CDMA 系统都采用了DS -SS 系统。

DS -SS 系统的优点主要有低截获率,抗干扰能力强,具有高时间分辨率,保密性,具有码分多址能力等。

它的同步主要依靠伪随机码的相关性。

当两组码片对齐后会出现一个很尖的相关峰,远远高于未相关时的相关峰。

然而,在高动态环境下伪码的相关峰会受到严重影响,因此在高动态环境下必须对多普勒频移进行一定的补偿。

本文采用了基于FFT 的多普勒频移估计算法搭建整个扩频通信系统,并验证了这个方法的可行性。

直接序列扩频通信系统仿真设计摘要：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第一章绪论 11.1课题背景及意义 11.2 Simulink的简介 1第二章直接序列扩频通信原理 32.1扩频通信概念及分类 32.2直接序列扩频定义 32.3直接序列扩频的基本原理 32.4 直扩系统的性能分析 52.4.1 直扩系统的抗干扰性 52.4.2 直扩系统的抗多径干扰性能 6第三章基于Simulink的发射机的仿真 73.1直接序列扩频通信系统发射机的设计 73.2基于Simulink的发射机的仿真 83.3基于Simulink的接收机仿真设计 12第四章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 17第五章 CDMA系统仿真设计 21第4章实验心得 27参考书目 28第一章绪论1.1课题背景及意义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。

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。