基于m序列扩频通信的仿真设计

基于m序列扩频通信的仿真设计内容摘要：

第 二 章 扩频通信 扩频通信的定义 “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”。 扩频通信是围绕提高信息传输的可靠性而提出的一种有别于常规通信系统的新调制理论核技术，它是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数扩展频谱后成为宽频带信号，然后送入信道终传输；在接收端再利用相应的技术或手段将扩展的频谱进行压缩，恢复成原始信息信号的带宽，从而达到传输目的。 扩频通信的理论基础 一直以来，人们总是设法使信号所占领的谱尽量窄，以充分利用十分宝贵的频谱。 而现在采用这样的宽频带的信号来传送信息主要是为了通 信的可靠性。 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 FWG  /p 称为处理增益 Gp。 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”。 扩频通信的理论基础是香农（ Shannon）的信道容量公式 : )/1(2 NSLogWC  式中： C 为信道容量 (bit/s)， W 为信道带宽 (Hz)， S 为信号功率 (W)， N 为噪声功率 (W)，S/N 为信噪比。 它告诉我们，为了达到给定的信道容量要求，可以用带宽换取信噪比，即在低信噪比条件下可以用增大宽带的办法无误地传输给定信息。 扩频通信技术的分类 扩频通信系统的关键问题是在发射 端部分如何产生宽带的扩频信号，在接收端部分如何解调扩频信号。 根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为直接序列扩展频谱（ DirectSequency Spread Spectrum）、跳频扩频（ Frequency Hopping,FH）、线性调频。 直接序列扩展频谱通常简称为直接序列或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。 用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。 在直接序列扩频通信中，通常对载波进行相移键控（ Phase Shift Keying， PSK）调制。 为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。 抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有 5 5 利。 跳频扩频通信是频率跳变扩展频谱通信的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。 它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。 跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到 202 个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机 码决定的。 时间跳变也是一种扩展频谱，跳时扩频通信是时间跳变扩展频谱通信系统的简称，主要用于时分多址 (TDMA)通信中。 与跳频系统相似，跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。 先把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。 在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。 因此，可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。 由于采用了窄得很多的时隙去发送信号，相对来说，信号的频谱也就展宽了。 扩频通信系统的主要优点 扩频通信技术是一种具有优异抗干扰性 能的新技术，它的主要优点是： (1) 抗干扰性能好。 它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。 相对于常规通信系统， DSSS、FHSS、 DS/FH、 DS/TH 等系统对多径干扰不敏感，如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波等技术或措施，可以使多径干扰消除。 这对移动通信是很有利的。 (2) 选择性寻址能力强，可以用码分多址的方式来组成多址通信网。 多址通信网内的所有接收机和发射机可以同时使用相同的频率工作。 对于给定的接收机，当指定了特定的扩 频码后，该接收机就只能和使用相同扩频码的发射机相联系。 当网内所有的接收机都指定了不同的扩频码后，网内的任一发射机可通过选择不同的扩频码来和使用相应扩频码的接收机相联系。 使用扩频通信技术组成多址通信网时，网络的同步比常规通信体制易于实现。 便于实现机动灵活的随机接入，便于采用计算机进行信息的控制和交换。 (3) 保密性能好，信息隐蔽以防窃取。 扩频信号的频谱结构基本与待传输的信息无关，主要由扩频码来决定。 信息的隐蔽程度或安全程度取决于所使用的扩频码。 由于扩频通信系统使用码周期很长的伪随机码，在一个伪码周期中具有随 机特性，经过它调制后的数字信息类似于随机噪声，因而将其用于保密通信系统中，敌方采用普通侦察手段和破译方法不易发现和辨识信号。 扩频信号的功率相当均匀的被分布在很宽的频率范围内，以至被传输的功率谱密度很低，侦察接收机难以检测，使得系统具有低的截获概率，从而提高了系统的保密性能。 (4) 频谱密度低，对其它通信系统的干扰小。 在输出信号功率相同的情况下，由于扩频信号扩展了频带，降低了输出信号单位频带内的功率 (能量 )，从而降低了系统在单位频带内电波的通量密度。 频谱密度低，对空间通信大有好处。 当空间通信系统在地面上产 生的电波通量密度太大时，会造成对地面通信系统的干扰。 对于当前无线电通信中频率资源匮乏的问题，利用扩频通信技术，使频率资源可重复利用。 使用扩频码分多址技术可解决常规通信系统中电波拥挤的大难题。 所以扩频码分多址通信在城市移动通信中有着广阔的应用前景。 (5) 高分辨率测距。 测距是扩频技术最突出的应用。 无线电测距在测量距离增大的情况下，反射信号变弱，造成接收困难。 为克服这一困难，就必须加大发射信号的功率。 增大脉冲雷达信号的峰值功率，会受到设备和器件的限制。 加大信号的脉冲宽度，又会降低 6 6 测距的分辨率。 利用连续波雷达测 距时，会出现距离模糊问题。 利用扩频技术测距，扩频码序列的长度 (周期 )决定了测距系统的最大不模糊距离；而扩频码序列的速率 (码元宽度 )决定了测距系统的分辨率。 产生长周期高速率的伪随机码，在今天已不存在问题。 7 7 第三章 伪随机码 伪随机码理论 伪随机码 (pseudo random code)又称为伪噪声码 (pseudo noise code)，简称 PN码。 简单地说，伪随机码是一种具有类似白噪声性质的码。 白噪声是一种随机过程，它的瞬时值 服从正态分布，功率谱在很宽频带内都是均匀的。 白噪声具有优良的相关特性，但至今无法实现对其进行放大、调制、检测、同步及控制等。 在工程上和实践中，只能用类似于带限白噪声统计特性的伪随机码信号来逼近，并作为扩展频谱系统的扩频码。 伪随机码是一种周期码，可以人为地加以产生和复制，通常由二进制移位寄存器来产生。 由于这种码具有类似白噪声的性质，相关函数具有尖锐的特性，功率谱占据很宽的频带，因此易于从其它信号或干扰中分离出来，具有优良的抗干扰特性。 序列的定义 二进制 m序列是一种伪随机序列，有优良的自相关函数，是 狭义伪随机序列。 m序列易于产生和复制，在扩展频谱技术中得到广泛应用。 在 DS 系统中用于扩展基带信号，在FH 系统中用来控制 FH 的频率合成器，组成。