基于matlab的直接序列扩频通信系统仿真1
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基于直接扩频序列技术的BPSK系统的仿真设计报告
摘要:本文首先介绍了直接序列扩频系统的模型,然后概要阐述了常用的伪随机码以及扩频技术的优点,最后利用MATLAB对BPSK直扩系统进行了仿真。
关键词:直接序列扩频;伪随机码;BPSK;仿真
1 引言
扩频技术是扩展频谱通信(SSC—Spread Spectrum Communication)的简称,它是随着在军事通信中的应用发展起来的,由于其具有其它一般通信方式不具备的抗于扰强,抗多径衰落好,保密性好等一系列的优点,因此近年来它在民用通信中的应用也开始越来越受到人们的重视。这次主要研究扩频通信系统中常用直接扩频序列技术的BPSK系统调制方式。
2 直接序列扩频系统
直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或伪噪声系统(PN系统),简称为直扩系统,是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。人们对直扩系统的研究最早,如美军的国防卫星通信系统(AN-VSC-28)、全球定位系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)等都是直扩技术应用的实例。
2.1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,使落入信号通频带内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。
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< 在接收端,接收到的信号经混频后,用与发射同步的伪随机码对中频信号进行相关解扩,将信号的频带恢复为信息的频带,然后再进行解调,恢复出所传送的信息a(t)。对信道中的干扰,这些干扰包括:窄带干扰、多径干扰、多址干扰等。由于这些干扰与伪随机码不相关,接收机的相关解扩对它们相当于一次扩频,将干扰和噪声的频谱展宽,降低了功率谱密度,经滤波后就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率,使解调器的输入信噪比得到提高,从而提高了系统的抗干扰能力。图2给出了直扩系统的频谱图。 图1 直扩系统组成框图 图2 直扩系统频谱图 2.2 扩频通信常用的伪随机码 常用的伪随机码主要有m序列、GOLD序列、WALSH码和OVSF码,其中最常见的是m序列。GOLD码是m序列的复合码,是由2个码长相等,码时钟速率相同的序列优选对模2加构成,每改变2个序列相对位移就可得到一个新的GOLD序列。GOLD序列具有良好的自、互相关特性,且地址数远远大于m 序列地址数,结构简单,易于实现,在工程上得到较为广泛的应用。WALSH函数是一种非正弦的完备正交函数系,具有理想的互相关特性,两两之间的互相关函数为0,亦即它们是正交的,因而在码分多址通信中,WALSH函数可以作为地址码使用,在IS-95中,正向传输信道就使用了64阶WALSH函数。OVSF码是一种正交可变扩频因子码,保证在不同时隙上的不同扩频因子的扩频码正交,而在每个时隙上可使用的码的数目不固定,与每个物理信道的数据速率和扩频因子有关,OVSF码在TD-SCDMA系统中得到了广泛使用。 2.3 扩频通信技术的优点 扩频通信之所以得到重视和发展,并成为近代通信主要研究和发展的方向,是因为它具有其它通信系统不能与之相比的独特性能。 1) 抗同频干扰性能好。接收机采用相关运算只接收PN码相同的扩频信号,对所有载波频率相同的信号或干扰具有很强的抑制能力。 2) 良好的抗衰落性能。一般信道中的衰落是有频率选择性的,不会对宽频带的扩频信号接收产生太大的影响。 3) 抗多径干扰能力强。由于扩频系统中采用的PN码具有很好的自相关性,互相关性很弱,不同的路径传输来的信号能容易地被分离开,并在时间和相位上重新对齐,形成几路信号功率的叠加,从而改善了接收系统的性能,增加了系统的可靠性。 3 BPSK直接序列扩频原理 3.1直接序列扩频(DS-Direct Sequence)原理 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射端去扩展信号的频谱;在接收端,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。在发送端输入信息码元m(t),它是二进制数据,为0、1两个码元,码元宽度为Tb。加入扩频调制器,为一个模2加法器,扩频码为一个伪随 机码(PN码),记作p(t)。伪随机码的码元宽度为TP,且取Tb=16TP在DS系统中,伪码的速率Rp远大于信码速率Rm,即Rp>>Rm,也就是说,伪码的宽度TP 远远小于信码的宽度,即TP< 直接序列扩频最简单的形式就是使用二进制相移键控(BPSK)做扩频调制。理想的BPSK调制会使载波的瞬时相位有180°的变化,数学上可以表示成C(t)和载波的乘积,C(t)取值±1。假设一个恒定包络已调的数据载波功率为P,角频率为ω0,数据相位调制为θd(t),可表示为: Sd(t)= 对BPSK信号进行扩频,要用函数C(t)乘以Sd(t),C(t)代表扩频波形,这时发射信号为: 3.2 BPSK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,使落入信号通频带内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。BPSK 直扩系统的组成如图3所示。