内容发布更新时间 : 2024/5/18 15:30:27星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
直接序列扩频通信系统仿真
一、实验的背景及内容
1、直接扩频通信的背景
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。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387[1]。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。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，对系统的在不同扩频增益下的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。
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二、直接扩频通信简介
1、直接扩频通信的理论基础
扩频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”。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。
扩频通信的可行性是从香农公式引申而来，其内容如式(2-1)所示。
C?Wlog2(1+S/N) 式(2-1)
其中，C为系统信道容量(bit/s)；W为系统信道带宽；N为噪声功率S为信号功率。由上式可以看出，可以从两种途径提高信道容量C，即加大带宽W或提高信噪比S/N。也就是说当信道容量C一定时，信道带宽W和信噪比S/N是可以互换的，增加带宽可以降低对信噪比的要求，可以使有用信号的功率接近甚至湮没在噪声功率之下。 扩频通信就是通过增加带宽来换取较低的信噪比，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。当信噪比无法提高时，可以加大带宽，达到提高信道容量的目的。扩频是一种宽带技术，由于扩频占用更宽的频带，看起来是浪费有限的频率资源，然而所占用的频带可以通过多用户共享频带得到补偿。
扩频通信的方式有很多种，例如直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频等。本文将对直接序列扩频进行详细的分析和仿真。
2、直接扩频系统组成
直接序列扩频的原理是，在发射端把有用信号与伪随机序列相乘(或者模二加)，使信号的频谱展宽到一个很宽的范围，然后用扩展后的序列去调制载波。在接收端，把接收到的信号用相同的伪随机序列相乘，有用信号与伪随机码相关，相乘后恢复为扩频前的信号。直接序列扩频系统的组成原理框图如图2-1所示。
由图2-1可知，输入的数据信息为d(t)(设基带带宽为B1)，由伪随机编码(如m序列)调制成基带带宽为B2的宽带信号，由于扩频信号带宽大于数据信号带宽，所以信号扩展的带宽由伪随机码控制，而与数据信号无关。经扩频调制的信号再经射频调制后即可发送。
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s(t)d(t)信源扩频a(t)调制高放混频rI(t)解扩r′(t)解调a′(t)c(t)PN码f0振荡器 fL本振c′(t)PN码同步
图2-1 直扩系统的原理框图
接收端收到发送来的信号，经混频得到中频信号后，首先通过同步电路捕捉并跟踪发端伪码的准确相位，由此产生与发端伪码相位完全一致的伪随机码作为扩频解扩的本地扩频码，再与中频信号进行相关解扩，恢复出扩频前的窄带信号，而在解扩处理中，干扰和噪声与伪随机码不相关故被扩展，通过滤波使之受到抑制，这样就可在较高的解扩输出信噪比条件下进行信息解调解码，最终获得信息数据。
三、直接扩频系统matlab仿真
1、直接扩频matlab仿真组成框图
直接序列扩频的matlab仿真组成框图如图3-1所示。
信码 模2运算 高斯信道 模2运算 判决电路 信码 m序列
干扰 m序列
图3-1 直接扩频仿真组成框图
由图3-1可以看出，在发送端，信码为m(t)，其码元宽度为Tp，伪随机码为p(t),其
码元宽度为Tb，进行模2运算后，得到g(t)=m(t)?p(t)，码元宽度称为扩频出来增益，表示为式(3-1)。
G?10lgTbTp 式(3-1)