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1、一、实验的背景及容1、直接扩频通信背景扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),它与光纤通 信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。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 AntheiI提出的。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、 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。扩频通
2、信技术自50年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占, 广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才 被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用 频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通 信中采用扩频技术,扩频技术现已广泛应用于蜂窝、无绳、微波通信、无线数据 通信、遥测、监控、报警等等的系统中。2、实验的容及意义本次实验主要研究了直接序列扩频系统,建立了直接序列扩频系统的matlab 仿真模型,在信道中存在高斯白噪声和干扰的情况下,对系统误码率性能进行了 仿真及分析。近年来,随着超大规模集成电路技术、微
3、处理器技术的飞速发展,以及一些 新型元器件的应用,扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶,不仅在军事通信 中占有重要地位,而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域,成 为新世纪最有潜力的通信技术之一因此研究扩频通信具有很深远的意义。本人通 过此次实验,进行深入地研究学习扩频通信技术及对它进行仿真应用,将所学的 知识进行归纳与总结,从而巩固通信专业基础知识,为以后的个人学习和工作打 下基础。二、直接扩频通信简介1、直接扩频通信的理论基础扩频通信可简单表述如下：“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，
4、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”。扩频通信是将待 传送的信息数据被伪随机编码（扩频序列：Spread Sequenee）调制，实现频谱扩展 后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。直接序列扩频的原理是，在发射端把有用信号与伪随机序列相乘 （或者模二 加），使信号的频谱展宽到一个很宽的围，然后用扩展后的序列去调制载波。在 接收端，把接收到的信号用相同的伪随机序列相乘，有用信号与伪随机码相关， 相乘后恢复为扩频前的信号。直接序列扩频系统的组成原理框图如图 2-1 所示。由图2-1可知，输入
5、的数据信息为d（t）（设基带带宽为B）,由伪随机编码（如 m序列）调制成基带带宽为B2的宽带信号，由于扩频信号带宽大于数据信号带宽, 所以信号扩展的带宽由伪随机码控制，而与数据信号无关。经扩频调制的信号再 经射频调制后即可发送。图 2-1 直扩系统的原理框图三、直接扩频系统 matlab 仿真1、直接扩频mat lab仿真组成框图直接序列扩频的matlab仿真组成框图如图3-1所示。图 3-1 直接扩频仿真组成框图由图3-1可以看出，在发送端，信码为m( t),其码元宽度为Tp，伪随机码 为P(t),其码元宽度为Tb，进行模2运算后，得到g(t)=m(t)p(t),码元宽度称为 扩频出来增益，
6、表示为式(3-1)。G = 10lg TbTp式(3T)由于有Tp 比较器码元不同误码加1图 3-3 误码率判决模块程序框图四、仿真结果分析(1)误码率在数字通信中，误码率是一项主要的性能指标。在实际测量数字通信系统的 误码率时，一般测量结果与信源送出信号的统计特性有关。通常认为二进制信号 中0和1是以等概率随机出现的，所以测量误码率时最理想的信源应是随机信号 发生器。扩频序列通过终端机和信道后，输出仍为扩频序列。在接收端，本地产生一 个同步的扩频码，与收码序列逐位相乘再求规格化积，再与发送端信源码进行比 较，一旦有错，误码计数器加一。误码率的数学表达式如式(4-1)所示。(4-1)eE =
7、-x100%S其中S是信码个数，e是误码个数，E就是误码率。(2)信噪比 测量通信系统的性能时，常常要使用噪声发生器，由它给出具有所要求的统 计特性和频率特性的噪声，并且可以随意控制其强度，以便得到不同信噪比条件 下的系统性能。在实际测量中，往往需要用到带限高斯白噪声。本实验中的噪声主要是我们 自己添加到信道的高斯加性白噪声AWNG,它独立于信源信号。信噪比计算是数学表达式如式(4-2)所示。E02o 2SNR = lOlog s = lOlogr = 10log s(4-2)E02(oo )2nns r其中 E 为信码发射功率， E 为噪声功率， o 为信源码， o 为信宿码，计算snsr结
8、果单位为 dB。五、心得体会通过这次直接扩频系统的仿真实验，我们加深了对扩频理论知识的理解。懂得了直接扩 频系统的原理所在，并且经过分析，自己应用MATLAB实现了直接扩频系统的仿真，掌握了 一定的软件仿真能力。通过频谱分析，更使我们了解到了直接扩频的抗干扰性能。在实践过 程中，我们小组也遇到了一些问题，但是我们通过讨论以及查阅资料，解决了难题。同时， 也激发了我们对扩频这门课程学习的积极性。在此次直接扩频系统的仿真实验中，我们收获 颇丰，记忆深刻，并全面培养了我们的能力。clear%产生 n 个用户的数据sum=0;p=100;for q=1:pn=20;r=9; %用户数是 20 个sou
9、rce二randsrc(n,r);%产生的信号源source为n*r的矩阵%产生 m 序列registerinitial=0 0 0 0 0 1;%寄存器的初始状态 feedbackline=1 0 0 0 0 1; %反馈线的状态 N=length(registerinitial);%寄存器的长度L=2AN-1;% 周期registerdata=zeros(1,L);registering=zeros(1,L);for i=1:ntaps=rem(registerinitial*feedbackline,2);registerinitial=taps,registerinitial(1:N-
10、1);%右移一位registering=registerinitial;k=0;ss=0;%while 和 if 的作用是判断一个循环是否结束while ss=0k=k+1;registerdata(1,k)=registering(1,1);taps=rem(registering*feedbackline,2);registering=taps,registering(1:N-1);if registerinitial=registeringss=1;endendspreadcode(i,:)=registerdata;endspreadcode;%扩频码 spreadcode 为 n*L
11、 的矩阵%扩频spreadspectrum=zeros(n,L,r);for k1=1:rfor k2=1:nspreadspectrum(k2,:,k1)=source(k2,k1)*spreadcode(k2,:);endendspreadspectrum;%对信号源进行扩频n*L*r每一个n*L维数组为 n 个用户各一个码元扩频%信道中加噪声noise_power=10*log10(L)-snr;noise=wgn(n,L,noise_power);source_noise=zeros(n,L,r);for k3=1:rsource_noise(:,:,k3)=spreadspectru
12、m(:,:,k3)+noise;endsource_noise;%加噪声后的信号source_noise为n*L*r的矩阵 %解扩despreading=zeros(n,r);e=spreadcode;for k4=1:rfor k5=1:n despreading(k5,k4)=source_noise(k5,:,k4)*e(:,k5)*inv(spreadcode(k5,:)* e(:,k5) ;endenddespreading; % despreading 为 n*r 的矩阵%判决for i=1:nfor j=1:rif despreading(i,j)0despreading(i,j)=1;elsedespreading(i,j)=-1;endendenddespreading;%计算误符号率number,ratio=symerr(source,despreading);sum=sum+ratio;endsum;avera
