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1、 移动通信课程设计报告题 目 基于Simulink的扩频通信系统仿真与实现 学 院 电子信息工程学院 专 业 通信工程 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称 讲 师 年 月 日设计报告成绩 （按照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语：指导教师（签名） 年 月 日说明：指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。基于Simulink的扩频通信系统仿真与实现专 业：通信工程 学 号： 学 生： 指导老师： 摘要：直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对扩频通信广泛的应用，用
2、Matlab工具箱中的Simulink通信仿真模块和Matlab函数对直接序列扩频通信系统进行分析和仿真是快速有效的设计方法，可以事半功倍。Matlab通信工具箱的Simulink仿真模块和Matlab函数，形成一个运算函数和仿真模块的集合体，用来进行通信领域的研究、开发、系统设计和仿真。且模块可供直接使用，并允许修改，使用起来十分方便，因而完全可以满足使用者设计和运算的需要。本文根据扩频通信的原理，利用Matlab提供的可视化仿真工具Simulink建立了扩频通信原理的系统仿真模型合与直序扩频通信系统的仿真模型。关键词：Matlab；Simulink；码分多址；扩频通信； 目 录第1章 绪论
3、111 直序扩频系统的应用背景112 直接序列扩频系统的特点21.2.1直接序列扩频通信系统的优点21.2.2直接序列扩频通信系统的不足31.3 直接序列扩频通信系统的发展3第2章 直接序列扩频通信技术52.1直接序列扩频的概念及理论基础52.1.1 直接序列扩频的概念52.1.2 扩频通信的理论基础52.1.3扩频增益和抗干扰容限62.2直接序列扩频的基本原理72.3 直扩系统的性能102.3.1 直扩系统的抗干扰性102.3.2 直扩信号的抗截获性122.3.3 直扩码分多址通信系统122.3.4 直扩系统的抗多径干扰性能132.3.5 直扩测距定时系统132.4扩频序列通信系统的同步原理
4、14第3章 PN序列163.1 PN序列（伪随机序列）概述163.1.1 伪随机序列的一般定义163.1.2 伪随机序列的数学定义163.1.3 伪随机序列的相关特性173.2 m序列的产生原理18第4章 直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真214.1 Simulink仿真技术214.2. Simulink对通信系统的仿真214.2.1扩频与解扩的Simulink仿真图234.2.2 BPSK调制的Simulink仿真图254.3 MATLAB程序设计及仿真结果274.3.1程序设计274.3.2 仿真波形34结论37参考文献38致谢3940成都学院（成都大学）课程设计报告第1章 绪论11
5、直序扩频系统的应用背景直接序列扩频(DSSS Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。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 A
6、ntheil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。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。直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G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。直序扩频通信系统的工作原理如图1-1所示。信息调制扩频解扩解调扩频序列发生器扩频序列发生器同步电路B1B2B2
7、D信息接收图1-1 扩频通信工作原理框图在发端输入的数字信号信息，先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，扩频码序列一般采用PN码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。调制多采用BPSK、DPSK、MPSK等调制方式。在接收端收到的信号进行解调（一般采用相干解调）。然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。由此可见，般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制，二次调制为射频调制，以及相应的解扩和射频解调。 与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。 12 直接序列扩频系统的特点1.2.1直接序列扩频通信系
8、统的优点（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
9、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）直接序列扩频通信系统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。正是由于直接序列扩频通信系统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
10、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，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）抗多径干扰无线通信中抗多径（发射的信号经多条不同路径传播）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。（5）速率高直接序列扩频通信系统速率可达 2M，8M，11M，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好。（6）有很强的保密性能。对于
11、直接序列扩频通信系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至淹没在噪音中，就很难检查到信号的存在。由于直接序列扩频通信系统信号的频谱密度很低，直接序列扩频通信系统对其它系统的影响就很小。 1.2.2直接序列扩频通信系统的不足直接序列扩频通信系统除了一般通信系统所要求的同步以外，还必须完成伪随机码的同步，以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直接序列扩频通信系统随着伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而同步时间就长。1.3 直接序列扩频通信系统的发展由于它的抗噪声的特性，直接序列扩频技术非常适合商业应用。在容许无线设备公开使用的电磁环境里，它对其他传统微波设备造成最小的干扰，
12、同时对附近其他设备有更高的抗扰性。上世纪80年代末，晶体电子技术的先进程度已经足以提供商用的、成本效益好的直接序列扩频系统。现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频技术在发展的初始阶段，就已经实现了理论和技术上的重大突破，在此后的发展过程中主要是硬件的改善和性能的提高。随着移动通信的迅猛发展，目前3G系统由研制开发逐步进入商用并且向第四代无线多媒体通信飞速发展。根据ITU的标准，世界各大电信公司联盟均提出了自己的第三代移动通信系统方案，虽然第三代移动通信系统的标准差异很大，但采用码分多址技术已经达成共识。直扩码分多址，由于具备通信容量大、能充分利用话音的统计特性、平滑的越区切换
13、、通信容量的软特性等优点被作为未来移动通信中最具竞争力、最有前景的无线多址接入技术。无线扩频通信作为另一种有效的补充通信手段,已在金融系统得到了越来越广泛的应用。发展到现在，扩频技术理论和技术都已趋于完善，主要应从系统的角度考虑总体性能，且与其它新技术结合应用。因此，应用的驱动一直是扩频技术发展的强大动力，未来的无线通信系统，如移动通信、无线局域网、全球个人通信等，扩频技术必将发挥重要作用。随着科技的发展，扩频技术必将获得更加广阔的应用空间。第2章 直接序列扩频通信技术2.1直接序列扩频的概念及理论基础2.1.1 直接序列扩频的概念所谓直接序列(DS：Direct Sequence)扩频，就是
14、直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。2.1.2 扩频通信的理论基础长期以来，人们总是想方设法使信号所占的频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源利用率。但扩频通信在发送端用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，在接收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复出所传信息数据。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢？主要是为了通信的安全可靠性。这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来说明：根据香农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式，香农公式： （2-1）式中：C-信息的传输速率（信道容量） 单位b/s； S-信号平均功率单位W； B-频带宽度 单位Hz； N-噪声平均功率 单位W。由式中可以看出为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽B或提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽B和信噪比S/N是可以互换的，
