直接序列扩频课程设计

I直接序列扩频通信系统的设计与实现摘要：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。本设计中首先首先对于直接扩频及PSK调制解调基本原理进行研究，实际包括抽样定理、快速傅里叶变换FFT、数字滤波器原理等。然后对系统进行抽象建模，并完成各部分功能描述及实现算法研究。接着完成系统程序编写，程序主要包含两类：系统设计和工具设计。其中主要包含随机源信号生成，m序列生成，直接扩频，PSK调制，高斯白噪声信道，带通滤波，PSK解调，低通滤波，抽样量化，解扩，抽样，各频谱及波形图绘制，误码率计算等部分。最后根据需求设置参数，运行程序，对于实验结果进行分析。关键词：DS扩频；Matlab仿真；PSP调制解调；II目录第1章绪论....................................................................11.1背景.......................................................................11.2目的和意义.................................................................11.3主要内容...................................................................2第2章直接扩频通信系统的理论基础..............................................32.1直接序列扩频的概念及理论基础...............................................32.1.1直接序列扩频的概念...................................................................................................................32.1.2扩频通信的理论基础...................................................................................................................32.1.3直接序列扩频的基本原理...........................................................................................................42.1.4M序列..........................................................................................................................................72.2直扩系统的性能............................................................102.2.1直扩系统的抗干扰性.................................................................................................................102.2.2直扩信号的抗截获性.................................................................................................................10第3章直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真....................................113.1MATLAB简介.............................................................113.2设计思路及模型抽象........................................................123.3系统仿真流程图............................................................133.3.1发射机.........................................................................................................................................143.3.1接收机.........................................................................................................................................143.4MATLAB仿真关键程序及实现................................................153.4.1工具设计.....................................................................................................................................153.4.2M序列........................................................................................................................................183.4.3系统主程序实现.........................................................................................................................193.5结果分析..................................................................223.4.1无白噪声通信系统.....................................................................................................................223.4.1高斯白噪声信道系统分析.........................................................................................................26第4章结束语.................................................................30参考文献......................................................................31附件:..........................................................................32成都学院（成都大学）课程设计报告1第1章绪论1.1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。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目的和意义本文所选课题为直接序列扩频通信系统的设计和仿真，直接扩频通信系统具有以下优点和不足。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，而成都学院（成都大学）课程设计报告2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）直扩通信速率高直扩通信速率可达2M，8M，11M，无须申请频率资源，建网简单，网络性能好。4）有很强的保密性能。对于直扩系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至淹没在噪音中，就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低，直扩系统对其它系统的影响就很小。本设计为掌握利用计算机来加深对所学知识的理解和掌握，通过MATLAB/Simulink仿真平台，运用所学的理论和方法进行仿真、解决问题。探究直接扩频通信系统的性能及痛惜各部分信号的波形和频率特征。1.3主要内容（1）对于直接扩频及PSK调制解调基本原理进行研究，实际包括抽样定理、快速傅里叶变换FFT、数字滤波器原理等。（2）对系统进行抽样建模，并完成各部分功能描述及实现算法研究。（3）程序编写，包括主系统函数，各部分子系统函数及工具设计。其中主要包含随机源信号生成，m序列生成，直接扩频，PSK调制，高斯白噪声信道，带通滤波，PSK解调，低通滤波，抽样量化，解扩，抽样，各频谱及波形图绘制，误码率计算等部分。（4）设置参数，运行程序，对于实验结果进行分析。成都学院（成都大学）课程设计报告3第2章直接扩频通信系统的理论基础2.1直接序列扩频的概念及理论基础