扩频通信的仿真与实现

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1、目录摘要 IIIABSTRACT V第 1 章 引言 -1-1.1 扩频通信概述 -1-1.2 扩频通信的应用背景 -2-1.3 研究扩频通信的目的和意义 -3-第 2 章 扩频通信的理论 -1-2.1 扩频通信的理论基础 -1-2.2 频谱的扩展的实现 -2-2.3 扩频通信的主要特点 -3-2.3.1 抗干扰性强，误码率低 -3-2.3.2 隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小 -4-2.3.3 易于同频使用，提高了无线频谱利用率 -4-2.3.4 抗多径干扰 -5-2.3.5 另外的优点 -5-2.4 直序扩频系统 -5-2.4.1 直序扩频系统原理 -5-2.4.2 直序扩频系统的特

2、点及应用 -8-第3章实现扩频通信系统的仿真工具一一MATLAB/SIMULIK -11-3.1 Simulik 简介 -11-3.2 Simulink 的使用方法 -12-第4章 扩频通信系统的仿真试验-13-4.1 扩频通信原理仿真-13-4.2扩频通信系统仿真 -21-4.2.1 先调制后扩频 -22-4.2.2先扩频后调制 -26-第 5 章 实现的分析-29-5.1扩频通信的具体实现分析一一利用直扩SX043芯片的系统的设计-29 -5.2 扩频通信技术在军事上的应用 -32-5.3 扩频通信技术在民用通信中的应用 -33-第 6 章 总结和展望 -35-6.1 设计总结 -35-6

3、.2 扩频通信的未来发展方向 -35-6.2.1扩频通信真可谓是当代通信技术的重大突破 -35-6.2.2扩频通信的发展及存在的问题 -35-6.2.3智能型扩频通信系统 -36-6.2.4正交频分复用（OFDM） -37-扩频通信的仿真与实现摘要本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，利用MATLAB提供的可视化工具 Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计，并指出了仿真建模中 要注意的问题。建立了直接序列扩频通信系统仿真模型.在给定仿真条件下，运行了仿真 程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，研究了扩频增益与输出端信 噪比的关系，在相同误码

4、率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高 通信系统的抗干扰能力。关键词： 扩频，通信， MATLABIVSpread Spectrum Communication Simulation AndImplementationAbstractThe theory base and realizing methods of the spread spectrum communication technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum communication s

5、ystem was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In addition, algorithm it has established the direct sequence spread spectrum communications system simulation model，each module of the simulation model was introduced in detail，and pointed out the problems that must be pay attention to

6、 in the system simulation. On the basis of the designed simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant results were gained. Moreover, the relationship between the spread spectrum gain and the fan-out error rate was also studied by use of the simulation system. The results s

7、howed that on the base of the same error rate if the spread spectrum gain was enlarged, the Signal-to-Noise of the system fan-out would be enhanced and the anti-jamming capability of the communication system would also be enhanced. Keywords: spread spectrum ，communication, MATLABVI第1章 引言1.1 扩频通信概述我们

8、知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如语音信息的带宽大 约为20Hz20000Hz、普通电视图像信息带宽大约为6MHz。为了充分利用频率资源，通常 都是尽量压缩传输带宽。如电话是基带传输，人们通常把带宽限制在3400Hz左右。如使用 调幅信号传输，因为调制过程中将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信息带宽的两倍， 而在实际传输中，人们采用压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大约为 2X4500Hz=9KHz左右；采用边带压缩技术，把普通电视信号包括语音信号一起限制在 1.2X6.5MHz=8MHz左右。即使在普通的调频通信上，人们最大也只把信号带宽放宽到信息 带宽的十几倍左右，

9、这些都是采用了窄带通信技术。扩频通信属于宽带通信技术，通常的 扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。有人要问为什么要这么做？这样是 不是太浪费频率资源了？这些问题可以用信息论和抗干扰理论来解释。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 Anthei 1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。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 (IEE

10、E802.11a, 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。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 Sequence)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。扩频通信系统具备3个主 要特征：1 载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的

11、宽带信号2 载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多3 接收过程是通过将本地产生的宽带载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关 来实现的。频谱扩展的方式主要有以下几种:直序扩频（DS-SS）使用高速伪随机码对要传输的低 速数据进行扩频调制；跳频系统则利用伪随机码控制载波频率在一个更宽的频带内变化； 跳时则是数据的传输时隙是伪随机的；线性调频系统中的频率扩展则是一个线性变化的过 程。几种方式组合的混合系统也经常得到应用。衡量扩频系统最重要的一个指标就是扩频 增益，又称为处理增益。正是因为扩频系统本身具有的特征使其性能具有一系列的优势。具体通信过程用我们通俗的话说就是：信息数据D经过常规的数据调制，变成

12、了带宽 为Bl的基带信号，再用扩频编码发生器产生的伪随机编码对基带信号进行扩频调制，形成 带宽（B2远大于B1）的功率谱密度极低的扩额信号。接收端用发射时相同的伪随机编码做扩 频解调，形成普通的基带信号B1，然后，再用常规方法解调出发送来的信息数据D。1.2 扩频通信的应用背景我们以我国电网中扩频通信的应用为例子进行说明。目前，我国电网中应用的通信 方式主要有明线、电力线载波、电缆和新兴起的一点多址微波等。然而，在传输远动数据 及通信方面，却明显不足，可靠性、适用性差，甚至投资很高（如光纤），县级电力企业难 以承受。由于无线扩频通信技术传输方式独特，抗干扰性强，保密性好，数据传输速率高，传 输

13、距离远，维护简便，数、话并传互不影响，可在无呼损条件下提供足够电网需用的数字 电话和数字传输通道，对远动数据传输可直接用数字接口（不需调制解调器），误码率低（达 到 10-1）2；另外，其使用的低功率无线频率不需要许可证，所以深受电力用户青睐。几年来，全国各地不少市、县供电局都进行了这方面的尝试，组建了规模各异的无线 通信网。如：吉林省四平电业局于 2003年 8月开通了 JL2000 扩频数字微波通信网，一期 工程组建了 1 个中心站、8 个外围站，覆盖四平地区主要的二次变电所、供电局；山东潍 坊电业局也于同期采用了集成的YG-1000型无线扩频综合通信系统作为电业局的调度自 动化系统的传输

14、通道；北京顺义供电局早在2001年3月就引进该项技术，目前他们改建 的一座具有3遥功能的35kV变电站正在利用美国Cylink公司的Airlink扩频通信产品进 行远动数传。还有，北京昌平供电局、江苏吴江供电局、山东高密供电局等单位也前后引 用了该项技术。无线通信是当今网络通信发展的一个重要趋势。可以预见，一方面由于无线扩频通信 技术能为无线网络提供良好的通信信道，而且易于与现有的局域网、广域网及有线骨干网 相连接；另一方面无线扩频通信能让通信能力伸展到更多偏远的地方，其通信成本只有有 线通信成本的1/5。所以对于县级农电企业采用这种成本相对低得多的现代通信手段将是 一种必然的选择，随着实际应

15、用的深入，扩频通信技术必将广泛应用于县局的调度自动化， 变电站综合自动化，企业信息管理等等方面，其发展前景广阔。这只是在我国电网中的应 用的一些例子。还有其他的好多地方也应用扩频通信的技术。对扩频通信进行研究与应用的一些国内公司有：广东省电子技术研究所-广东省电 子技术研究所，研究方向是智能交通，公路收费，不停车，IC卡，扩频通信蓝牙，图像 压缩等方面。深圳市远望谷信息技术有限公司-深圳市远望谷信息技术有限公司是一家 从事微波射频识别技术研究和和扩频通信的技术研究与发展的高新技术型企业。交通智能 运轮系统工程研究中心-针对智能交通系统存在的重大技术问题，对有市场价值的重要 应用科技成果，进行共性技术、关键技术的后续工程化、产业化以及系统集成的研究开发。 等等一些企业与单位。在国内扩频通信的研究与应用已经达到成熟的间段了。国外这些已 经用的如火如荼的境界了。但是直到目前，扩频技术仍处于不断发展的过程中。1.3 研究扩频通信的目的和意义扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。采用扩频信号进行通信 的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比的好处，即接收机输出的信噪比相对于输 入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。扩频技术还具有保密性