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1、玉 溪 师 范 学 院 信 息 技 术 工 程 学 院工程设计开发训练报告题 目： 直接序列扩频通信系统 姓 名： 王 XX 学 号： 2009XXXXX 专 业： 通信工程 班 级： 09 级通信 XX 班 指导教师: XXXX 时间: 2012 年 12月 17日2012 年 12月 25 日目 录一、课题内容2二、设计目的2三、设计要求2四、实验条件2五、系统设计21. 概念 32. 理论基础 33. 直接扩频通信系统组成及原理图 44. 扩频通信系统的研究的意义 55. 直接序列扩频通信技术特点 20六、系统仿真模型的建立 8七、详细设计与编码101. 设计方案112. 编程工具的选择
2、本次仿真使用 Matlab123.设计步骤134. 运行结果及分析135. 直接序列扩频通信系统应用缺陷15八、结论和设计心得15八、参考文献17一、课题内容直接序列扩频通信系统二进制随机信号+PN码扩频+M-PSK调制+加性高斯白噪声信道+解扩+M-PSK解调+误码率测试+信宿二、设计目的1.综合应用Matlab编程与系统仿真、信号与系统、现代通信原理等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；2.培养学生系统设计与系统开发的思想；3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力；4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力；5.培养学生查找相关资料的能力。三、设计要求1.个人独立完成该课题；2.对通
3、信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子系统的原理框图；3.提出仿真方案；4.完成仿真软件的编制；5.仿真软件的演示；6.认真完成并提交详细的设计报告。四、实验条件计算机、Matlab软件、相关资料、网络五、系统设计直接序列扩频通信系统（1）概念直接序列扩频，就是在发送端直接使用高码率的扩频序列码去扩展待传信号的频谱，同时在接收端使用相同的扩频序列码进行解调，把接收到的以扩信号还原成原始的信号。直 接 序 列 扩 频（ Direct Sequence Spread Spectrum） 是 高 安 全 性 高 抗 扰 性的 一 种 无 线 序 列 型 号 传
4、 输 方 式 。（2）理论基础Shannon定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称信道容量）为（1）式中：B 为信号带宽；S 为信号平均功率；N 为噪声功率。若白噪声的功率谱密度为 n0，噪声功率 N=n0B ，则信道容量C可表示为（2）由上式可以看出，B 、n 0 、 S 确定后，信道容量 C就确定了。由 Shannon第二定理知，若信源的信息速率小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。由 Shannon公式可以看出：（a）信道容量 C为常数时，带宽 B与信
5、噪比 S/N可以互换，即可以通过增加带宽 B来降低系统对信噪比 S/N 的要求。（b）要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽 B，或增加信噪比 S/N来实现。由式（1）可知， B 与 C成正比，而 C与 S/N成对数关系，因此，增加 B比增加 S/N更有效。（3）直接扩频通信系统组成及原理图直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 的原理是使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流看上去是随机的，实际上是按照特定的算法由数字电路产生的，称为伪随机码。在伪随机码的调制下，载波的相位在0 0180 0之间跳跃变化，被调制后的载波又同
6、有效信息进行混合，通过发射机发射。相应的接收机内能够产生相同的伪随机码，按照发射的逆过程解调，解析出有效信息信号。图1 直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 组成及原理图由直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。（4）直 接 序 列 扩 频 通 信 系
7、统 的研究的意义直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 具有很强的抗干扰性能，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数人为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。本文利用 MATLAB/Simulink对扩频系统中的 m序列的产生、频谱、相关函数，以及整个
8、扩频系统工作原理及其抑制正弦干扰性能进行了仿真，为今后扩频通信系统在各个领域的应用和研究提供了依据。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 通过高速率的伪码大大展宽了待传信号的带宽，在通信领域中具有非常重要的地位。直 接 序 列 扩 频通 信 系 统 通过将信号扩展到很宽的频带上，大大降低了信号的功率谱密度，同时在接收端对扩频信号进行相关解扩，使其恢复成窄带信号。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 的抗干扰能力是其他通信系统无法比拟的。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 是目前唯一能够工作在负信噪比下的通信系统，其在现在的电子对抗中起着重要的作用，敌方使用很强的人为干扰信号来干扰正常的
9、通信，然而采用扩频技术能够提高通讯设备抗干扰能力，从而保证通信安全有效。(5) 直接序列扩频通信技术特点直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统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。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 开始出现于第二次世界大战，是美军重要的无线保密通信技术。现在直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 主 要有 以 下 一 些 特 点 ：
10、a,抗干扰性强抗干扰是直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 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。正因为直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 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。 b,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
11、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。 c,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，直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统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
12、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。d,抗多径干扰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
13、而达到有效的抗多径干扰。e, 直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 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。六、系统仿真模型的建立（1）Simulink简介MATLAB最初是 Mathworks公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用的最流行的软件包之一。Simulink是 MATLAB中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛运用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。它包括一个复杂的接收器、
14、信号源、线性和非线性组件以及连接组建的模块库，用户也可以根据需要定制或者创建自己的模块。Simulink 的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。（2）模型建立及主要模块设计基于 MATLAB /Simulink所建立的直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 的仿真模型，能够反映直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 的动态工作过程，可进行波形观察、频谱分析和性能分析等，同时能根据研究和设计的需要扩展仿真模型，实现以直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 为基础的现代通信的模拟仿真，为系统的研究和设计提供强有力的平台。（3）直接扩频通信系统仿真模型图2为基于 MATLAB/Simulink的直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 仿真模型。图2 直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 仿真模型随机整数发生器（Random Integer generator）：仿真系统的信源，随机整数发生器产生二进制随机信号，采样时间、初始状态可自由设置，从而满足扩频通信系统所需信源的要求。PN序列牛成器模块（PN Sequence Generator）：伪随机码产生器，扩频过程通过信息码与 PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同，
