直接序列扩频通信系统毕业论文设计和仿真实现

中北大学分校学士学位论文I【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。针对频通信广泛的应用，本文用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了分析和仿真，使其更加形象和具体。中北大学分校学士学位论文II目录【摘要】.......................................................................I【ABSTRACT】..................................................错误!未定义书签。1.引言.........................................................................11.1直序扩频系统的应用背景...................................................11.2直序扩频系统的特点.......................................................21.3直扩系统的发展...........................................................32．CDMA数字蜂窝移动通信的介绍.................................................42.1CDMA简介.................................................................42.1.1CDMA技术背景.........................................................42.1.2几种常见的CDMA技术..................................................42.1.3CDMA的特点...........................................................42.2CDMA通信技术的基本原理..................................................52.2.1CDMA通信技术的基础...................................................52.2.2CDMA通信技术的基本原理...............................................62.3CDMA的应用前景...........................................................63.扩频码序列..................................................................73.1码序列的相关性...........................................................73.2M序列....................................................................83.3GoId码序列..............................................................114．直接序列扩频通信技术.......................................................134.1直接序列扩频的概念及理论基础............................................134.1.1直接序列扩频的概念..................................................134.1.2扩频通信的理论基础..................................................134.1.3扩频增益和抗干扰容限.................................................144.2直接序列扩频的基本原理..................................................154.3直扩系统的性能.........................................................184.3.1直扩系统的抗干扰性..................................................18中北大学分校学士学位论文III4.3.2直扩信号的抗截获性..................................................194.3.3直扩码分多址通信系统................................................194.3.4直扩系统的抗多径干扰性能............................................204.3.5直扩测距定时系统....................................................204.4扩频序列通信系统的同步原理..............................................205.直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真..........................................215.1MATLAB的基本操作.......................................................225.2Simulink仿真技术.......................................................235.2.1Simulink窗口环境....................................................235.2.2功能模块的连接及设置................................................245.2.3Simulink对通信系统的仿真............................................275.3MATLAB源程序设计.......................................................32【参考文献】..................................................................40【致谢】....................................................................41【附录】......................................................................42英文文献....................................................................42中文文献....................................................................46中北大学分校学士学位论文11.引言1．1直序扩频系统的应用背景:直接序列扩频(DSSS—DirectSequenceSpreadSpectrum)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HedyLamarr和钢琴家GeorgeAntheil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。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。信息信息扩频射频调制射频发生器伪码扩频解调本地伪码解调本地射频发生器图1-1扩频通信工作原理中北大学分校学士学位论文2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。1．2直序扩频系统的特点:1.直序扩频通信系统的优点：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）直扩通信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。正是由于直扩通信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）直扩通信速率高直扩通