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1、 电气信息学院毕 业 设 计 说 明 书题 目： 扩频通信系统的仿真 专 业： 通 信 工 程年 级： 通 信 10-1学 生： 吕 盼 学 号： 312010080609110指导教师： 李 斌 完成日期： 年 月 日扩频通信系统的仿真摘 要：扩频通信系统是指待传输信息的频谱用伪随机序列扩展成为宽频带信号送入信道，再经同步的伪随机序列进行解扩解调，从而获得传输信息的通信系统。MATLAB中的simulink组件带来了交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。在本次仿真设计中用simulink让设计更加方便的进行动态系统建模、仿真和分析。设计包括发射模块、扩频模块、BPSK调制模块、信道传输
2、干扰模块、解扩模块、解调模块和误码统计模块，组成发射机和接收机,并通过仿真说明扩频通信系统具有强抗干扰性和在移动通信中的重要意义。关键词：伪随机序列,宽频带,抗干扰性,Simulink,BPSK调制Abstract:Direct sequence spread spectrum system is that the source code to be transport firstly expanded to the wide band signal by the pseudo-random sequence and send into the information channels，sec
3、ondly demodulated by the pseudo-random sequence that the same as the sender,so that we can get the original code.The Interactive graphic editor that Simulink brings provides visual combination and management module diagram.It is convenient to modeling, simulating and analysing the dynamic system.The
4、 sysdem contains the transmitting module, the DSSS module, modulation module, channel interference module, dispreading module, demodulation module and error statistics module,forming transmitters and receivers,and proving that it has he important significance of strong anti-jamming and in mobile com
5、munication spread spectrum communication system by the simulation results.Keywords: Pseudo random sequence, Broadband, Anti-interference, Simulink, BPSK modulation 目 录1绪论11.1扩频通信的应用11.2 直序扩频通信系统的优点11.2.1 抗干扰能力强11.2.2 抗多径干扰能力强11.2.3 抗截获能力强21.2.4 可同频工作21.2.5 便于实现多址通信21.2.6 直扩通信速率高21.3 直扩通信系统的不足22 总体方案
6、设计32.1 方案比较32.1.1 直接序列扩展频谱系统32.1.2 跳频扩频系统（FH-SS）32.1.3 跳时系统（TH-SS）42.2 方案论证与选择53 直接序列扩频通信系统63.1 直接序列扩频通信系统组成63.2 伪随机编码83.3 m序列93.4 扩展频谱信号的解扩和解调104各单元模块功能介绍134.1 伯努力二进制发生器（Bernoulli Binary Generator）134.2 PN序列发生器（Pseudo-Noise Code）144.3 速率转换器（rate transition）154.4 单极性-双极性转换器（Unipolar to Bipolar Conve
7、rter）154.5 乘法器（product）164.6 双极性-单极性转换器（Bipolar to Unipolar Converter）174.7 BPSK调制器(BPSK modulator baseband)174.8 单位延迟模块（unit delay）184.9 示波器（scope）184.10 频谱示波器（spectrum scope）194.11 加成性高斯白噪声（AWGN）205 仿真总体设计225.1 发射部分225.1.1 发射部分系统结构225.1.2 发射部分仿真模型225.2 接收部分235.2.1接收部分系统结构235.2.2 接收部分仿真模型245.3 仿真参数
8、255.3.1 发射部分255.3.2 接收部分266 仿真结果296.1 发射部分仿真296.1.1 扩频前后频谱图296.1.2 扩频前后波形图306.2.1 信道干扰频谱图306.2.2 解扩后频谱图316.2.3 解调后的频谱和波形图327 总结与体会348 谢辞359 参考文献36附录1：扩频通信系统仿simulink真图38附录2：外文资料翻译40译文：40原文：441绪论1.1扩频通信的应用现如今的通信技术已经发展的非常迅速，它包括了光纤通信、扩频通信和卫星通信。扩频通信技术是在20世纪50年代由两个美国和通信技术毫无关系的人提出的，他们一个是好莱坞女演员，一个是钢琴家。两人基于
9、对鱼雷控制的安全无线通信的思路申请了美国专利#2.292.3871。然而该技术直到十九世纪八十年代才引起美国军方的关注与重视并将它用于敌对环境中的无线通信系统。 从1950年开始美国军方就开始对扩频技术进行研究，在当时无线电还不发达的时代扩频技术毫无疑问的以压倒性优势战胜了当时流行的各种模拟通信技术。他在军事上得到广泛运用，从军事通信到抗电子干扰，各种测量仪器的运用。过了30年后它才开始进入广大群众的视线，扩频技术开始迅速发展，搭载在各种通信设备上，如GSM通信和如今的3G、4G通信，毫无疑问都用了扩频通信技术，不管在抗干扰性和增加信道利用率上，都比传统通信方式占很大优势。1.2 直序扩频通信
10、系统的优点 1.2.1 抗干扰能力强 被扩频调制的宽频信号在接收端通过一个乘法器和很多锁相回路进行相关解扩，在这个过程中，夹杂着各种干扰的宽频信号被滤除掉，留下有用的窄带信号，各种噪声干扰犹豫和本地PN码没有相关性而在相关解扩中被消除。扩频增益是扩频通信系统中表示它特性的一个很重要的参数,学术上把它定义成扩频前和扩频后的信号带宽B1、B2之比：G=B2/B1。扩频通信的原理就是在发送端产生一个高频序列和信息源叠加在一起，产生一个带宽为B2的扩频信号，在接收端通过解扩解调去掉高频的干扰信号而留下被扩频后的信息源码，这就相当于把接收信噪比提高了G倍。我们可以在后面的仿真中能够更直观的观察到系统的抗
11、干扰性能。 1.2.2 抗多径干扰能力强 无线电波波在传播的过程中，除了直接到达接收天线的直射信号外，同时存在着各种反射体，如大气对流层、建筑物、山林树木、水面、地面等引起的反射和折射信号被接收天线接收。直射信号比反射和折射信号的传播时间比短，因而直射信号对其产生了严重的干扰，学术上将直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会对通信系统产生非常严重的干扰，严重时会让通信接受端口无法接收到正常的信号，但是扩频通信中用的是相关解调，他的自相关性决定了如果接受序列的接收时间比码元的宽度宽时，不会输出正常的码元，这时多径干扰就会被很大程度地滤除掉了。直序扩频技术中存在更为先进的-RAKE接收技术，它把
12、信道中的各种干扰信号和自身产生的多径干扰信号在接收端进行叠加，这样就把干扰转换成了有用的信号并且将其信号强度进行了增强，但是因为技术和资金的原因，这种技术暂时没有被广泛应用。 1.2.3 抗截获能力强 信号被检测出来的概率和信号的能量以及噪声功率和传输信息的带宽有关，科学家们经过理论分析和各种实际测试发现，它与前两者成正比关系，与后者成反比关系。所以当信号的能量和功率密度非常小，而信号带宽非常大时，要从信道中检测出有用信号是非常困难的，所以说扩频通信的抗截获能力非常强。简而言之，信息信号经过扩频调制后频谱被大大扩展，从而使信号的功率谱密度大大降低，并且在传输过程中他相当于一个低密度的噪声信号，
13、在被信道中的高斯白噪声和其他噪声淹没之后，对其他的通信也不会造成干扰，其他接收器也无法检测出其中的有用信号，所以信号也就不容易被发现，想要确切的检测出信号源就更为困难，因此具有极高的隐蔽性，十分使用于保密通信。因为扩频通信的这个特点，军事上广泛应用扩频通信技术，提升通信的保密性，减小信号被敌人发现及破译的几率。 1.2.4 可同频工作 因为接收端采用同步PN序列解调的方法进行解扩，当PN序列和发送端不同步时，接收端无法正常接受并检测出可用信号，所以只有产生与发射端相同伪随机序列才能对有用信号进行解调，就算是信号都在同一频段上也是如此，所以就增大了频道的利用率，即使信号在同一个频率上工作也不会相
14、互产生干扰。 1.2.5 便于实现多址通信 因为扩频码不一样时各扩频通信序列是基本不会产生什么影响的，所以在CDMA通信方式上可以把不同的扩频码作为发射的地址码，这样就让码分多址的通信方式找到了一个区分各个不同地址的方法。移动通信集团采用CDMA方式，理论上可以增大通信容量。1.2.6 直扩通信速率高 直接序列扩频通信有很多种速率，在组建各种网络时由于他的信道频率影响小，所以不需要再申请特定的频率，节省了网络资源，并且性能非常稳定。1.3 直扩通信系统的不足 虽然直接扩频通信系统节约了网络资源，通信可靠性得到了增强，但是它必须有一个同步的PN序列才能进行相干解扩解调，如果接收端的PN序列不同步
15、或者当伪随机码的码字变长时，就需要更高精度的同步性能才能达到正常解扩的要求，并且伪随机序列越长，系统所需发生同步序列的时间也就越长。2 总体方案设计2.1 方案比较扩频通信作为当代通信中应用最广泛的一个通信方式，他的性能不断的得到提高，不管是从频带虑用率、抗干扰性还是抗截获能力。他的调制是通过一个与信源码毫不相关的高速伪随机序列，通过这个序列把信号频谱扩宽，在接收端产生一个和发射端同步的伪随机序列对信号进行解扩，最后解调出原信号。扩频通信分为4种类型，它包括直接序列扩展频谱系统（DS-SS）、跳频扩频系统（FH-SS）、跳时扩频系统（TH-SS）和混合模式4种类型。2.1.1 直接序列扩展频谱系统直接序列扩频（Direct Sequenc
