直接序列扩频系统设计毕业论文1

扩频通信技术实现方法的研究和设计

——DS直接序列扩频

专业：通信工程

班级：2002级1班

姓名：佟 岩

目 录

引言

3

1扩频通信系统

6

1.1扩展频谱通信的定义 6 1.2扩频通信的理论基础 6 1.3扩频通信的主要性能指标 8 1.4扩频通信的主要特点 10 1.5频谱扩展的实现和直接序列扩频 13 1.6扩频系统需要满足以下几个条件 17 1.7扩频通信特征 17

2直序扩频通信系统

18

2.1直序扩频通信系统框图 18 2.2直接序列扩频信号的产生原理 18 2.3直接序列扩频原理 20 2.4直接序列扩频信号的实现方法 21

3用编程来实现直序扩频通信系统

3.1直接序列扩频系统与PSK调制 3.2信号解调 3.3差错概率

23

23

24 26

4实验 28

4.1 Monte Carlo仿真 28

4.2 SIMULINK仿真 30

结论 致谢

36

37

参考文献

38

附录1直扩程序 M-文件

40

附录2直扩-SIMULINK动态仿真模框图

43

沈阳大学毕业设计（论文） No

摘 要

扩频通信技术(简称扩频通信)是一种新兴的高科技通信技术，具有大容量、抗干扰、低截获功率等特点以及可实现码分多址(CDMA)等优点，在军事和民用通信系统中都得到了广泛的应用，并成为下一代移动通信的技术基础。在扩频通信系统中，直序扩频的应用最为广泛。首先介绍扩频通信的基本原理及组成，重点论述了直序扩频通信在通信系统中的使用。

MATLAB因具有强大的数学计算、算法推导、建模仿真和图形绘制等功能而广泛应用于各领域，本文利用MATLAB的M语言进行编程、仿真，从而对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。

在此基础上，通过实例介绍了建立系统仿真模型的方法。利用MATLAB软件对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。可见利用MATLAB/SIMULINK进行系统仿真简单、方便、形象、具体，是系统仿真较好软件之一。

关键词：

直序扩频通信系统； PN序列产生器；误码率； 仿真；MATLAB； 干扰

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引 言

人类社会进入到了信息社会，通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。怎样在恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行，是当今通信工作者所面临的一大课题。扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新[1]兴的通信方式，其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点越来越多的为人们所认识，并被广泛的应用于军事通信和民用通信的各个领域，从而推动了通信事业的迅速发展。

扩频通信，即(Spread Spectrum Communication)扩展频谱通信，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。

扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；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。

这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的： 首先，信息在频谱扩展后形成宽带传输；其次，相关处理后恢复成窄带信息数据。

在扩展频谱系统中，伪随机序列起着很重要的作用。在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号

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压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力；伪随机序列性能的好坏直接关系到整个系统性能的好坏，是一个至关重要的问题。

扩频信号的接收一般分为两步进行，即解扩与解调，这是关系到系统性能优劣的关键。解扩是在伪随机码同步的情况下，通过对接收信号的相关处理从而获得处理增益，提高解跳器输入端的信噪比，使系统的误码性能得以改善。

解扩与解调的顺序一般是不能颠倒的，通常是先进行解扩后再进行解调，这是因为在未解扩之前的信噪比是很低的，一般的解调方法很难实现。

正是由于这些技术的应用，使扩频通信有如下的优点： ①具有较强的抗干扰能力。这种能力的大小与处理增益成正比。

②具有很强的隐蔽性和抗窃听的能力。扩频信号的谱密度很低，可使信号淹没在噪声之中。

③具有选址能力，可实现码分多址。扩频系统本来就是一种码分多址通信系统。

④抗衰落，特别是抗频率选择性好。直序信号的频谱很宽，一小部分衰落对整个信号的影响不大。

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⑤抗多径干扰。利用伪随机码的相关特性，只要多径时延超过伪随机码的一个切谱，通过相关处理后可消除这种干扰影响。

⑥高精度测量等。利用直扩系统伪随机码的相关特性，可完成精度很高的测距和定位。

正是由于扩频通信技术具有上述优点，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、报警等系统中。

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1 扩频通信系统

1.1 扩展频谱通信的定义

所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带[2]宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。

这一定义包含了以下三方面的意思： ⑴信号的频谱被展宽了。

⑵采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 ⑶在接收端用相关解调来解扩。

1.2 扩频通信的理论基础

长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢？简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。

扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(?F)，其比值称为处理增益Gp。

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众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 —3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。

扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。

信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为：

C?WLog2(1?P/N) (1-1)

式中：

C --- 信道容量(用传输速率度量) W --- 信号频带宽度 P --- 信号功率 N --- 白噪声功率

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式(1-1)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N(S／N)情况下，传输信息。

扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。

总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。

1.3 扩频通信的主要性能指标

处理增益和抗干扰容[3]限是扩频通信系统的两个重要性能指标。

⑴处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain)

它定义为频谱扩展前的信息带宽?F与频带扩展后的信号带宽W之比：

G?W/?F (1-2) 在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为?F 的信息，而排除掉宽频带W中的外部

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干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。

⑵抗干扰容限

是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为：

Mj?Gp?[(S/N)o?Ls]dB (1-3) 其中：

Mj--- 抗干扰容限

GP--- 处理增益

(S/N)o--- 信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比 Ls --- 接收系统的工作损耗

由此可见，抗干扰容限Mj与扩频处理增益GP成正比，扩频处

理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。

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1.4 扩频通信的主要特点

⑴抗干扰性强，误码率低

扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。扩频通信的抗干扰如图1。

图1 扩频系统抗干扰频谱示意图

从图1可以看出，对于脉冲干扰， 由于在信号的接收过程中，它是一个被一次“模二相加”过程，可以看成是一个被扩频过程，

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其带宽将被扩展[4]，而有用信号却是一个被二次\模二相加\过程，是一个解扩过程，其信号被恢复(压缩)后，保证高于干扰。由于扩频系统这一优良性能，其误码率很低，正常条件下可达10?10，最差条件下也可达10?6，抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。

⑵易于同频使用，提高了无线频谱利用率

用户只能使用申请获得的频率，依靠频道划分来防止信道之间发生干扰。由于扩频通信采用了相关接收这一高技术，信号发送功率极低，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率，也可以与现今各种窄带通信共享同一频率资源。

⑶抗多径干扰

在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性，在接收端可以用淹没中提取出来，在目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。

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⑷可以实现码分多址

扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共用这一宽频带，则可大为提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。

⑸隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小

由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其隐蔽性好。

再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。

⑹扩频通信是数字通信，特别适合数字话音和数据同时传输，扩频通信自身具有加密功能，保密性强，便于开展各种通信业务。扩频通信容易采用码分多址、语音压缩等多项新技术，更加适用于计算机网络以及数字化的话音、图像信息传输。

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⑺扩频通信绝大部分是数字电路，设备高度集成，安装简便，易于维护，也十分小巧可靠，便于安装，便于扩展，平均无故障率时间也很长。

⑻扩频设备一般采用积木式结构，组网方式灵活，方便统一规划，分期实施，利于扩容。

1.5 频谱扩展的实现和直接序列扩频

微波无线扩频通信的原理见图2。

图2 扩频通信原理

由图2可见，一般的无线扩频通信系统都要进行三次调制。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制。接收端有相应的射频解调，扩频解调和信息解调。根据扩展

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频谱的方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、线性调频以及以上几种方法的组合。

图3 信息的频谱扩展过程（1源信号，2PN码，3扩展后的信号）

直接序列扩频(DS-Direct Scquency)，就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的信息。直接序列扩频的频谱扩展和解扩过程见图3和图4所示。

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图4 扩频信号的解扩过程（1待传信号，2PN码，3解调后的扩频信号）

从图3、4上可以看出：在发端，信息码经码率较高的PN码调制以后，频谱被扩展了。在收端，扩频信号经同样的PN码解调以后，信息码被恢复；信息码经调制、扩频传输、解调然后恢复的过程，类似与PN码进行了二次“模二相加”的过程。

在图3、4中还可以用能量面积图示概念看出：待传信息的频谱被扩展了以后[7]，能量被均匀地分布在较宽的频带上，功率谱密度下降；扩频信号解扩以后，宽带信号恢复成窄带信息，功率谱密度上升；相对与信息信号，脉冲干扰只经过了一次被模二相

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加的调制过程，频谱被扩展，功率谱密度下降，从而使有用信息在噪声干扰中被提取出来。

1.6扩频系统需要满足以下几个条件

⑴信号占用的带宽远远超出发送信息所需的最小带宽。 ⑵扩频是由扩频信号(spreading singnal)实现的，扩频信号通常称为编码信号(code signal)，与数据无关。

⑶接收端解扩(恢复原始信号)是将接收机的扩频信号与扩频信号的同步副本通过相关完成。

标准的调制方式，如频率调制，脉冲编码调制也扩展了原始信号的频谱，但它们并不满足上述条件，因此不能称为扩频系统。

1.7 扩频通信特征

⑴是一种数字传输方式。

⑵带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的。

⑶在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。

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2 直序扩频通信系统

2.1 直序扩频通信系统框图

直接序列(DS)扩频是一种直接用具有高码元速率的PN码序列在发送端扩展基带信号的频谱，在接收端用相同的PN码序列进行解扩,把展宽的扩频信号还原成原始的信息。图5为直接扩频系统的组成与原理框图。

信码 PN码 载波 带通 干扰 载波同步 带通 滤波 积分判决 信码 载波 PN码 PN码同步 图5 直扩系统组成原理框图

2.2 直接序列扩频信号的产生原理

直接序列扩频系统是目前广泛应用的一种扩展频谱系统。美国的国际卫星通信系统和全球定位系统都是直接序列扩频系统的应用实例。

直接序列扩频系统采用直接序列扩频信号体制。下面就从伪随机码序列(m序列和GOLD码序列)的产生原理、调制信号的产生原理几方面来说明直接序列扩频信号的产生原理。

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⑴m码序列的产生原理

伪随机码序列是一种具有类似白噪声统计特性的编码信号，通常作为扩频系统的扩展码。M码序列是移位寄存器序列?8?。M码序列可以由移位寄存器加反馈产生，如图6所示。

Cn-1 Cn-2 Cn-3 Cn-4 Cn-5 …… C1 C0 A0 A1 A2 A3 A4 A5 …… An-1 An 图6 n级反馈移位寄存器的结构

Cn是每个移位寄存器的初值，可以是1或0，An是第n级移位寄存器的反馈系数，An=0时表示无反馈，反馈线断开：An=1时表示有反馈，反馈线相连。这种结构的A0和An必须有反馈，否则n级最长线性反馈移位寄存器将简化为n-1级最长线性反馈移位寄存器。采用不同的反馈逻辑，即An的不同取值将产生不同的移位寄存序列。

N级最长线性反馈移位寄存器的周期为2n-1，n为移位寄存器的级数。

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3 直序扩频信号传输过程

3.1 直接序列扩频系统与PSK调制

由于直扩基带信号采用双极性NRZ波形，因此实际上直扩基带信号与正弦载波相乘就是PSK调制。载波、数据与PN码三者之间都是相乘关系?11?，相乘次序的变化不影响结果，因此实际发送的设备中可以是先将数据进行PSK调制得到窄带的射频信号，再进行扩频，同样接收设备也可能是先解扩，再进行PSK解调。如图9所示。

PSK波 形 载波基准 相乘输出 低滤输出 取样脉冲 判决输出 图9 PSK调制与解调

利用二进制PSK的一个二进制信息序列的传输问题。信息的速率是Rbs比特区间是Tb?1R。可用信道是BC?Hz?，BC??R。

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在调制器中，按照PN码的变化形式，以每秒W次的速度，伪随机地将载波相位移项，将信号的带宽扩展到W?BC?Hz?。这样所得到的以调信号称为直接序列(DS)扩频信号。

3.2 扩频信号解调

信号解调按图10完成。接收信号首先乘以在接收机的PN码序列发生器产生的波形c(t)的复本?12?，它是与接收信号中的PN码同号的。这一运算称为(频谱)解扩，因为在接收端乘以c(t)的效果就是将在发送端的扩频运算解开。据此有

ACv(t)c2(t)cos(2?fct)?ACv(t)cos(2?fct) （3-1） 上式中因有对全部t，c2(t)?1。所得信号ACv(t)cos(2?fct)占有带宽为R(Hz)(近似)，它就是载有信息信号的带宽。因此，对解扩信号而言，这个解调器就是常规互相关器或匹配滤波器。因为该解调器具有和解扩信号相同的带宽，所以在解调器上使信号受到污损的仅是那些位于接收信号的信息带宽以内的加性噪声。

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图10 DS扩频信号的解调

3.2.1窄带干扰对解扩的影响

设想接收信号是

r(t)?ACv(t)c(t)cos(2?fct)?i(t) （3-2） 式中i(t)代表干扰。在接收端的解扩处理产生

r(t)c(t)?ACcos(2?fct)?i(t)c(t) （3-3） 将干扰i(t)与c(t)相乘的效果就是将i(t)的带宽扩频到WHz。 举一个例子，考虑一个如下式的正弦干扰信号

i(t)?AJcos(2?fct) （3-4） 式中fJ是为于传输信号带宽内的某一频率。它与c(t)相乘就会产生一个功率谱密度J0?PJW的带宽干扰，这里PJ?2AJ2是该干扰

的平均功率。因为所期望的信号是用带宽为R的匹配滤波器(或相关器)解调，所以在解调器输出端干扰的总功率是

J0R?PJPPJP?J??J WWRTbTcLC

（3-5）

因此，在干扰信号中的功率就降低了等于带宽扩展因子WR的倍数。这个因子WR?TbTc?LC称为扩频系统的处理增益。干扰功率的降低是在有干扰的信道上采用扩频信号传输数字信息的根本原因。

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总之，在发送端用PN码序列将在有信息的信号扩频到某个较宽的带宽上，然后在信道上进行传输。当这个接收信号乘以一个同步了的PN码信号的复本时，所期望的信号被解扩回到窄带带宽上来?13?，而任何干扰信号都被扩频到一个较宽的宽带内。在干扰功率上的净效果就是降低WR倍，这就是扩频系统的处理增益。

假定这个PN码序列{cn}已知是仅对这个目标中的接收机而言的。任何不具有该PN码序列知识的其他接收机不可能解出这个信号。这样，利用一个PN码序列就提供了某种程度的保密性(或安全性)，而这个用常规的调制是不能达到的。为这一安全性和抗干扰性能获益所付出的主要代价是在信道带宽利用上的降低和在通信系统复杂性上的增加。

3.3差错概率

在AWGN信道中，采用二进制PSK的DS扩频系统的差错概率与一般的(未扩频)二进制PSK的差错概率相同的，即 Pb?Q??2?b?N0?? ? （3-6）

??另外，如果干扰是如上面公式给出的正弦型的，其功率为PJ，那么差错概率(近似)为

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?2?b Pb?Q??PW?J??2?b??Q???J0???? （3-7） ??于是干扰功率降低了扩频信号带宽W倍的因子。 在这种情况下，可以不管AWGN(假设可以忽略)，即

N0??PJW。如果考虑信道中的AWGN，则差错概率可表示为 ???2?b2?b???Q? Pb?Q?N?PW??N?J0J00????? （3-8） ?? 沈阳大学毕业设计（论文） No 22

4.2 SIMULINK仿真

附录2是先调制后扩频的扩频通信系统框图。

Random-Integer Generator(随机整数发生器)产生的二进制随机信号，采样周期为0.01。信号馈入载频为3000Hz的M-PSK Modulator Passband(通带M-PSK调制器)调制，调制后的单列双极性的实信号被周期为31的m序列(通过Relay(继电器)转换为双极性二进制序列)直接相乘进行扩频

[15]。扩频后的双极性二进

制的信号进入AWGN(加性高斯白噪声)Es/N(信噪比)为-20dB的传输环境后进入接收部分。信号首先进行解扩，然后进入M-PSK Demodulator Passband(通带M-PSK解调器)进行解调，解调后的信号直接进入误码表。

⑴信源

信源由随机整数产生器(Random Integer Generator)生成，随机整数产生器用来产生一个在0和M-1之间均匀分布的随机整数序列。

随机整数产生器主要有以下几个参数：

M-ary number(输出范围)设定随机整数的取值范围。当该参数设置为M时，随机整数的取值范围等于[0，M-1]。

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Initial seed(随机种子)随机整数产生器的随机数种子。当使用相同的随机数种子时，随机整数产生器都会产生相同的整数序列，不同的随机数种子通常产生不同的序列。当随机数种子的维数大于1时，随机整数产生器的输出信号维数也大于1。 Sample time(抽样时间)输出序列每个整数的持续时间。 Frame-base outputs(帧格式输出)指定随机整数产生器以帧格式产生输出序列。如果选择了该选项，就不能再选择参数Interpret vector parameter as 1-D。

Sample per frame(每帧抽样数)当选择了该选项，随机数产生器产生了一维的输出序列，这时候不能选择Frame -based outputs选项，否则输出的序列是一个二维向量。

表1 Random-Integer Generator（随机整数发生器）的主要参数

参数名称 M-ary number（元数） Initial seed（初始化种子） Sample time（采样时间） 2 12345 0.01 参数值 ⑵扩频模块

扩频模块包括伪随机码生成(由PN产生器模块完成)和相关运算两部分。其中相关运算实质上为信息流与随机序列模二加或相乘的过程。

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模型中采用的扩频码为m序列，码长31，码率为1/31。M序列是最长线性移位寄存器序列，是伪随机序列中最重要的一种。这种序列容易产生，有优良的自相关特性。待发送的信息比特的长度为1秒，扩频码的每个切普长度为1/31秒。在时间轴上一个比特正好对应于一条伪随机序列，这样将两者直接模2相加。

表2 PN Sequence Generator（伪随机序列产生器）的主要参数

参数名称 Generator polynomial（生成多项式） Initial state（初始状态） Shift(or mask)（移位） Sample time（采样时间） [1 1 1 1 0 1] [0 0 1 0 0] 0 0.01/31 参数值 ⑶继电器模块

系统中使用(relay)继电器的作用是将单极性二进制码转变为双极性二进制码。使用双极性二进制码元用相成的方式同样可以完成扩频与解扩的运算，还可以克服单极性二进制码元用异或的方法产生的不足。

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表3 Relay（继电器）的主要参数 参数名称 Switch on point（大于等于时，开关打开） Switch off point（小于等于时，开关关闭） Output when on（开关打开时输出值） Output when off（开关关闭时输出值） Sample time（采样时间） 0.5 0.5 1 -1 -1 参数值 ⑷调制和解调

由于发送端送来的信号具有较低的频谱能量，一般不适宜在信道中直接进行传输。因此，在通信系统的发送端通常有调制过程，而在接收端需要解调过程。调制和解调过程的作用在于通过某种方式将信号频谱由一个频率搬移到另一个频率的位置上。

本模型采用M元移相键控调制(M-PSK)，主要参数如表4所示。

表4 M-PSK Modulator Passband（通带M-PSK调制器）的主要参数

参数名称 M-ary number（元数） Input type（输入类型） Constellation ordering（分布秩序） Symbol period(s)（符号周期） Baseband samples per symbol（每符号基带采样） Carrier frequency(Hz)（载频） Carrier initial phase(rad)（载频初始相位） Output sample time（输出采样时间） 2 Bit Binary 0.01 1 3000 Pi/2 0.001/31 参数值 M元移相键控调制是一种多进制的数字调制，利用载波的不同相位表示信息。MPSK调制中M?2k，M越大，调制效率也越高，但相邻星座点之间的夹角越小(16PSK时为360°/16=22.5°)，

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已调相信号的抗相位噪声能力越低。M-PSK基带调制器对输入信号实施M相相移键控调制，产生复数形式的基带调制信号。M-PSK基带调制器的输入信号既可以是界于0到M之间的整数，也可以是长度为K的二进制向量，K?log2M。

M-PSK通带解调器对M相相移键控调制信号进行解调。 M-PSK Demodulator Passband(通带M-PSK解调器)的主要参数与调制器的(表4)相同。

⑸信道

加性高斯白噪声信道(AWGN)的作用是在信号中加入白噪声。加性高斯白噪声信道模块有一个输入端口和一个输出端口，输入信号可以是实信号，也可以是复信号。扩频后的双极性二进制信号进入AWGN信噪比为-20的传输环境。

表5 AWGN Channel（加性高斯白噪声信道）的主要参数 参数名称 Initial seed（初始化种子） Mode（模式） Es/No(dB)（信噪比） Input signal power（输入信号功率） Symbol Period(s)（符号周期） 1237 Signal to noise ration(Es/No) -20 1 0.001/30 参数值

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⑹解扩

解扩过程与扩频过程完全相同即将送入的信号用伪随机码进行第二次解扩处理。要求使用的伪随机码与发送端的伪随机码不仅码字相同，而且相位相同。否则会使有用信号相互抵消。

⑺误码率计算

发送信号与接收机恢复出的信号同时送入误码仪模块(Error Rate Calculation)进行比较，求出误码率，并显示发送信号与接收信号的值(SINULINK仿真模型见附录2)。

表6 Error Rate Calculation（误码率计算）的主要参数

参数名称 Receive delay（接收延迟） Communication delay（计算延迟） Computation mode（计算模式） Output data（输出数据） 1 0 Entire frame Port 参数值 此系统在没有差错控制的情况下，通过Es/N为-20dB的传输环境可以达到误码率为0.75%的量级。

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结 论

通过以上分析实验，利用MATLAB的M文件的编程及Simulink仿真，可以知道扩频通信系统的过程和工作原理，以及它的主要特点，尤其是它在抑制干扰方面的有效性。了解扩频码的产生原理。扩频技术应用的两个方面。因此，从编程和模框图实验可知：

⑴分析扩频和解扩，PSK调制和解调，PN编码和解码在抑制噪声方面的作用。

⑵通过Monte Carlo仿真，说明DS扩频信号在抑制干扰方面的有效性。

⑶利用Simulink动态仿真，说明信号传输过程中的误码率。

沈阳大学毕业设计（论文） No 29

致 谢

通过这次的毕业设计，联系起了大学这四年期间回的挫折与

收获，谨向所有在论文写作期间帮助和关心我的人们致以诚挚的谢意。

首先，我要感谢我的导师王晓春教授，在大学的四年期间，王教授指导我掌握了科学的研究思路、方法和技巧。王教授广博的知识，严紧的治学态度，勤奋的工作作风将是我永远的学习榜样。同时我也要感谢信息学院为我的设计提供的一个很好的实验环境，为我设计的完成提供了一个很好的平台服务。回顾在实验室中度过的三个月的时光，虽然时间并不长，但实验室的老师和同学们的热心帮助还是使我受益匪浅，使我在本科的学习阶段，即掌握了许多实际的知识，又培养了严谨的作风。借此机会我也要感谢通信工程专业所有的老师和同学们。特别是周渊年同学给了我极大的帮助。

最后，我衷心地感谢我的父母多年来对我的大力支持、培养和教育，使我的学业能够顺利地完成，我不会忘记他们对我做的一切。

沈阳大学毕业设计（论文） No 30

参考文献

[1]王复荣，扩频抗干扰通信技术及其军事应用[J].通信技术与发展.1991：1-2

[2] 赵新，直序扩频技术[M].陕西：西北电讯工程学院出版社.1986：15-18

[3] 朱近康，扩展频谱通信及其应用[M].合肥：中国科学技术大学出版社.1993：322-367

[4] 王秉均等，扩频通信[M].天津：天津大学出版社.1993:86-88 [5] R.c.狄克逊，王守仁等译，扩展频谱系统[M].北京：国防工业出版社.1982：67-78

[6] 樊昌信，通信原理[M].北京：国防工业出版社.2003：143-147 [7] 陈怀森等主编，MATLAB及在电子信息课程中的应用[M].北京：电子工业出版社.2002.1：452-457

[8] 肖国镇，梁传甲，王育民，伪随机序列及其应用[M].北京：国防工业出版社.1985：42-50

[9] 曾兴雯，刘乃安等著，扩展频谱通信及其多址技术[M].西安电子科技大学出版社.2004.5：36-69

[10] 普罗克斯著，刘树棠译，现代通信系统—使用MATLAB[M]. 西安：西安交通大学出版社.2001：262-278

沈阳大学毕业设计（论文） No 31

[11] 张森，张正亮等编著，MATLAB仿真技术与实例应用教程[M]. 北京：机械工业出版社.2004：324-345

[12] 苏金明，MATLAB应用与提高系列[M].北京：电子工业出版社.2004：333-342

[13] 但森，相干通信技术[M].北京：国防工业出版社.1977：137-140

[14] [美]Masoud Salehi 著，刘树棠译，现代通信系统[M].北京，电子工业出版社.2005.4：311-322

[15] 徐明远，邵玉斌著，MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安电子科技大学出版社.2004：309-329

沈阳大学毕业设计（论文） No 32

附录1 直扩程序M-文件

该仿真程序的MATLAB脚本给出如下：

⑴M-文件 echo on

%ds_t.m 扩频通信系统在抑制干扰方面的仿真绘图 %PN码采用长度Lc为30的gold码

%仿真序列长度10^5，运行时间约1小时 A1=3;A2=7;A3=13;A4=17;A5=0; ? A2 A3 A4 A5正弦干扰幅度 w0=1;

%w0 正弦干扰角频率 SNRindB=0:2:30;

for i=1:length(SNRindB)

[smld_err_prb1(i)]=ds_ty(SNRindB(i),A1,w0); [smld_err_prb2(i)]=ds_ty(SNRindB(i),A2,w0); [smld_err_prb3(i)]=ds_ty(SNRindB(i),A3,w0); [smld_err_prb4(i)]=ds_ty(SNRindB(i),A4,w0); [smld_err_prb5(i)]=ds_ty(SNRindB(i),A5,w0); end;

%绘图函数

semilogy(SNRindB,smld_err_prb1,'go-');

title('扩频通信系统在抑制干扰方面的分析仿真') axis([0,30,10^(-5),1]) hold on

semilogy(SNRindB,smld_err_prb2,'ko-'); semilogy(SNRindB,smld_err_prb3,'ro-'); semilogy(SNRindB,smld_err_prb4,'mo-'); semilogy(SNRindB,smld_err_prb5,'bo-'); %绘图函数

SNRindB2=0:0.1:30;

theo_err_prb=zeros(1,length(SNRindB2)); for i=1:length(SNRindB2)

SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10); theo_err_prb(i)=funct(sqrt(2*SNR));

%funct y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2)); 理论误码率公式

沈阳大学毕业设计（论文） No 33

end

semilogy(SNRindB2,theo_err_prb,'b:'); %绘图函数 %ds_t.m 扩频通信系统在抑制干扰方面的分析图 ⑵M-文件

function [p]=ds_ty(snr_in_dB,A,w)

%ds_ty.m 扩频通信系统在抑制干扰方面的仿真 %snr_in_dB 信噪比 %p 误码率

%A 正弦干扰幅度 %w 正弦干扰角频率

%PN码采用长度Lc为30的gold码 snr=10^(snr_in_dB/10); sgma=1;

Eb=2*sgma^2*snr;

N=10^4; %仿真序列长度10^4，运行时间约3分钟 p=0;

gold=[0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0]; Lc=length(gold); %Lc=30; pn_seq=2*gold-1; E_chip=Eb/Lc; temp=0; data=0;

repeated_data=zeros(1,Lc); trans_sig=zeros(1,Lc); noise=zeros(1,Lc); n=1:Lc;

interference=zeros(1,Lc); rec_sig=zeros(1,Lc); temp=zeros(1,Lc); decision_variable=0; decision=0; num_of_err=0; time=0; for i=1:N

temp=rand; if (temp<0.5) data=-1;

沈阳大学毕业设计（论文） No 34

else

data=1; end

for j=1:Lc

repeated_data(j)=data; end

trans_sig=sqrt(E_chip)*repeated_data.*pn_seq; noise=sgma*randn(1,Lc); time=time+1,

n=(time-1)*Lc+1:time*Lc; interference=A*sin(w*n);

rec_sig=trans_sig+noise+interference; temp=rec_sig.*pn_seq;

decision_variable=sum(temp); if (decision_variable<0) decision=-1; else

decision=1; end

if (decision~=data)

num_of_err=num_of_err+1; end end

num_of_err,

p=num_of_err/N;

%ds_ty.m扩频通信系统在抑制干扰方面的仿真分析

沈阳大学毕业设计（论文） No 35

附录2 直扩-SIMILINK动态仿真模框图

图16直序扩频(先调制后扩频)系统框图

沈阳大学毕业设计（论文） No 36

图17 随机整数发生器产生的信号频谱分析图

图18 经M-PSK调制后的频谱图

沈阳大学毕业设计（论文） No 37

图19 经PN序列发生器扩频后的频谱图

图20 传输过程加入噪声后的频谱图

沈阳大学毕业设计（论文） No 38

图21 接收部分经PN序列解扩后的频谱

图22 解调后的频谱图

沈阳大学毕业设计（论文） No 39

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