直接序列扩频系统的simulink仿真—通信工程课程设计

直接序列扩频系统的simulink仿真—通信工程课程设计内容摘要：

为 177。 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 177。 1 的双极性波形，伪随机序列 （ PN 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。 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 177。 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 ，发送的信号就相当于是数据流与伪随机序列相乘后再乘于一个高频的余弦信号。 在接收端，接收到的信号中有包含了有用信号 s(t)及各种干扰 J(t)和噪声 n(t)。 由于接收端采用相关解扩，即将 s(t)J(t)n(t)和本地 PN 序列 c(t)相乘，只有有用信号的频谱能够被还原为窄带信号，其他的噪声和干扰的频谱只会被展宽，当信号通过窄带滤波器后只有一小部分被展宽了的频谱会混进有用信号中，由此大大增强了其抗干扰的能力。 直接序列扩频（ direct sequence spread spectrum）直接用具有高码片（ chip）速率的 扩频 码序列去扩展数字信号的频谱。 简称直扩（ DS）。 在接收端，用相同的扩频码序列将频谱展宽的扩频信号还原成原始信号。 成都学院（成都大学）课程设计报告 9 图 31 直接序列扩频 通信系统 的原理框图 图 31是直接序列扩频 通信系统 的原理框图。 欲传输的数字信号与码片速率很高的扩频码进行调制，其输出为频谱带宽被扩展的信号，这个过程称为扩频。 扩展频谱信号再变换为射频信号发射出去。 在接收端，射频信号经过变频后输出中频信号，通常是 N 个发射信号和干扰及噪声的混合信号。 它与发端相同的本地扩频码进行扩频解调（解扩），使宽带信号变为窄带信号。 再经信息解调器恢复成原始数字信号。 扩展频谱的特性取决于所采用的扩频码序列的码型和码片速率。 为了获得具有近似噪声的频谱，采用伪噪声（ PN）序列作为扩频系统的扩频码。 扩频和解扩的频谱变化过程如图 32所示。 成都学院（成都大学）课程设计报告 10 图 32 扩频和解扩的频谱变化 采用码片速率很高的 PN 码序列进行扩频调制，扩频信号的带宽可达1~100MHz。 通过扩频解扩处理能够提高抗干扰能力。 扩 展频谱信号在接收端做相关解扩处理，有用信号被解扩为窄带谱信号；宽带无用信号与本地伪码不相关，因此不能解扩，仍为宽带谱；窄带干扰信号则被本地伪码扩展成为宽带谱。 用一个窄带滤波器排除带外的干扰，这样窄带内的信噪比就大大提高了。 直接序列扩频通信技术特点： （ 1） 抗干扰性强 抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为 100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了 100倍，如要保持原干扰强度，则需加大 100倍总功率，这实质上是难以实现的。 因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到，所以即 使以同类型信号进行干扰，在不知道成都学院（成都大学）课程设计报告 11 信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。 正因为扩频技术抗干扰性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的 无线网桥 来连接分布在不同区域的 计算机网络。 （ 2） 隐蔽性好 因为信号在很宽的频带上 被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。 （ 3） 易于实现码分多址（ CDMA） 直扩通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段。 其实正相反，扩频通信提高了频带的利用率。 正是由于直扩通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码作相关 解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。 充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。 发送者可用不同的扩频编码，分别向不同的接收者发送数据； 同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信。 美国国家航天管理局（ NASA)的技术报告指出：采用扩频通信提高了频谱利用率。 另外，扩频码分多址还易于解决随时增加新用户的问题。 （ 4） 抗多径干扰 成都学院（成都大学）课程设计报告 12无线通信中抗多径干扰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。 成都学院（成都大学）课程设计报告 13第 4章 基于 Simulink 的发射机的仿真设计 直接序列扩频通信系统发射机的设计 直接序列扩频通信系统的发射机系统结构如图 41所示。 其中设数据 序列 {na}对应 的双极性波形为()at，其电平取值为，码元速率为 aRbps，码元宽度为aaTRs。 扩频所使用的伪随机序ct，也是电平取值为的双极性波形，伪随机序列的码元也称之为码片（ chip），码片速率设为 cchip/s，对应的码片宽度就是1ccs。 码片速率通常是数据速率的整数倍。 对于双极性的波形而言，扩频过程等价于数据流 与伪随机序列 相乘的过程，扩频输出序列设为dt，也是取值为的双极性波形，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st送入信道。 所以有 () ()cos2 ()()cos2ccst dt ft atct ft （ 41） 二 进 制数 据 源P N 序 列数 字调 制扩 频发 送()ct()dt ()st()at 图 41 直接序列扩频通信系统发射机结构图 QPSK 和 BPSK 一样，传输信号包含的信息都存在于相位之中。 QPSK（四相相移键控）具有两条通道，四个相位变换，所以能大大提高通信系统的可靠性传输效率。 所以本文采取 QPSK 调制器来调制信号。 由于 QPSK 调制器内部有两条通道， I 通道和 Q 通道两条正交的通道，两条通道的输入信号可以是相同的，也可以不同。 本文两通道都将用于调制同一数据，输入数据()at，经过 QPSK 调制后，输出信号有()st 成都学院（成都大学）课程设计报告 14() ()sin2 ()cos2i c Q cst dt ft d t ft () ()sin2 () ()cos2I I c Q Q catct ft a。