扩频通信系统的抗噪声性能研究

I扩频通信系统的抗噪声性能研究摘要扩频通信技术(简称扩频通信)是一种新兴的高科技通信技术，具有大容量、抗干扰、低截获功率等特点以及可实现码分多址(CDMA)等优点，在军事和民用通信系统中都得到了广泛的应用，并成为下一代移动通信的技术基础。在扩频通信系统中，直序扩频的应用最为广泛。本文首先介绍扩频通信的基本原理及组成，论述了直序扩频通信的基本原理，重点分析了直扩通信系统的抗噪声性能，最后利用MATLAB的M语言进行编程、仿真，建立了扩频通信系统的仿真模型，结合仿真结果分析了扩频通信系统的抗噪声性能。关键词：直接序列扩频通信抗干扰伪随机序列仿真装订线IIABSTRACTSpreadspectrumcommunicationisasortofnewhigh-techcommunicationtechnique,ithasanumberofinternaladvantages,suchaslargecapacity,interferenceimmunity,lowprobabilityofintercept,codedivisionmultipleaccess(CDMA)etc,whichmakeitgetbroadapplicationsincivilianaswellasmilitaryenvironments,andbecomethetechnicalgroundworkofnextgenerationmobilecommunications,Directsequencingspread-spectrumwaswidelyused.Thebasicprinciplesandcompositionofspreadspectrumcommunicationwasintroduced,andthebasicprincipleofdirectsequencespreadspectrumcommunicationwasstudied,focusingthentheperformanceofantinoiseofdirectsequencespreadspectrumcommunicationsystemwasanalysed,finallytheMlanguageprogrammingofMATLABwasusedforprogrammingandsimulation,aspreadspectrumcommunicationsystemsimulationmodelwasestablished,andtheperformanceofantinoiseofspreadspectrumcommunicationsystemperformancewasanalysedbasedonsimulationresults.Keywords:DirectSequenceSpreadSpectrumSystem(DSSS)Anti–InterferencePseudorandomSequenceSimulationIII目录摘要.........................................................................................................I一引言...................................................................................................4二扩频通信系统概述...........................................................................52.1扩展频谱通信的定义................................................................................52.2扩频通信的理论基础................................................................................52.3扩频通信的主要性能指标........................................................................62.4扩频通信的主要特点................................................................................7三直扩通信系统原理基础...................................................................93.1直扩通信系统简介....................................................................................93.2伪随机序列的产生原理..........................................................................103.2.1m码序列的产生原理............................................................................103.2.2GOLD码序列的产生原理....................................................................123.3直接序列扩频信号的实现方法..............................................................123.4PSK调制...................................................................................................133.5扩频信号的解调......................................................................................14四直扩通信系统的抗噪声性能分析.................................................164.1直扩通信系统的抗噪声性能................................................................164.2直扩通信系统抗噪声性能仿真............................................................18五结论.................................................................................................28参考文献.................................................................................................29附录......................................................................错误!未定义书签。一引言扩频通信，即扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)，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[1]。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电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。扩频通信系统由于其优越的性能得到广泛的应用，具有优越的抗噪声性能。本文通过对直接序列扩频通信系统的建模分析，对直接序列扩频通信系统的抗噪声性能进行研究。二扩频通信系统概述2.1扩展频谱通信的定义所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有效频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽[2]；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，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”。这一定义包含了以下三方面的意思：⑴信号的频谱被展宽了。⑵采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。⑶在接收端用相关解调来解扩。2.2扩频通信的理论基础长期以来，人们总是想使信号所占频谱尽量窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢？简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(F)，其比值称为处理增益Gp。众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7-3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为：)/1(2NPWLogC(2-1)式中：C---信道容量(用传输速率度量)W---信号频带宽度P---信号功率N---白噪声功率式(2-1)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N(S／N)情况下，传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据[3]。2.3扩频通信的主要性能指标处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。⑴处理增益G也称扩频增益(SpreadingGain)它定义为频谱扩展前的信息带宽F与频带扩展后的信号带宽W之比：FWG/(2-2)在扩频通信系统中，接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为F的信息，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。⑵抗干扰容限是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为：dBLNSGMsopj])/[((2-3)其中：jM---抗干扰容限PG---处理增益oNS)/(---信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比sL---接收系统的工作损耗由此可见，抗干扰容限jM与扩频处理增益PG成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。2.4扩频通信的主要特点⑴抗干扰性强，误码率低扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩