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直接序列扩频伪码捕获的matlab仿真.docx
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直接序列扩频伪码捕获的 matlab 仿真
扩频通信(即扩展频谱通信),一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的
技术。随着通信容量的不断增加,频率资源愈发紧张,为了缓解这一突出问题,通常在窄带
通信系统中,主要是通过频率划分来防止各信道之间的干扰。但是,随着扩频通信的研究和
运用,由于其对接收端要求强相关性,使得频率可以重复使用,提高了频率利用率。同时扩
频通信的抗干扰能力强,现在已经广泛应用于移动电话、无线电微波通信、无线数据通信、
跟踪和报警等系统中。
扩频通信的理论基础
信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为
(式 1)
其中 C 为信道容量;W 为信号频带宽度;S/N 为信噪比。由式1 可得到以下结论:在信
道容量 C 不变的条件下,可用不同带宽 W 和信噪比 S/N 组合来传输。即可以通过增加信号
带宽,实现在比较低的信噪比下传送信息。这样使得有用信号的功率接近噪声的功率甚至淹
没在噪声之下,从而具有很好的隐蔽性。扩频通信就是用扩展频谱来换取信噪比要求的降低,
这正是扩频通信的主要特点和理论依据。
扩频通信从早期用于军事保密通信,到现在广泛用于民用通信系统中,并成为现代通信
主要发展的方向,是因为它具有窄带通信系统无法比拟的优良性能。
1)抗干扰性强,误码率较低。接收机必须采用相关检测才能对PN 码(PN 码就是伪随
机码,具有与二元随机序列性质相似的周期性码组。是一种预先确定,并可重复实现的具有
某种随机特性的码,它虽然仅有 2 个电平,却具有类似白噪声的相关特性,只是幅度概率分
布不再服从高斯分布。最广为人知的二位元 P-NCode 是最大长度位移暂存器序列,简称 m-
序列)相同的扩频信号进行解扩,同频信号或其他干扰经解扩后,带宽被展宽,具有良好的
抑制能力。因此误码率也比较低,一般可低于l0-1,0 完全能满足国内相关系统对通道传输质
量的要求。
2)可以实现码分多址。因为在扩频通信中是采用扩频码序进行扩频调制,可以利用不
同的扩频码序列之间较强的自相关性和较弱的互相关性,在接收端利用相关检测技术进行解
扩。可以通过给不同的用户分配不同的用户扩频码型,实现在一宽频带上许多对用户可以同
时通信而且互不干扰。
3)抗多径干扰。由于扩频系统中利用不同的 PN 可以很容易从多种路径传输来的信号
分离和提取出有用信号。同时可以把不同路径来的不同延迟、不同相位的信号在时间和相位
上重新对齐,形成用多个频率的信号传送同一个信息,从而提高了系统传输的可靠性。
可以使用不同技术对所传的信息进行扩频处理,因此扩频通信的方式可分为:直接序列
扩频工作方式(DS),跳变频率工作方式(FH),跳变时间工作方式(TH)和宽带线性调频
脉冲(CHIRP)以及以上几种方法的组合。
直接序列扩频系统
直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或者伪噪声系统(PN 系统),简称直扩(DS),
是当前应用较为广泛的一种扩频通信系统。直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)
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工作方式,简称直扩方式(DS 方式)。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱,
而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩,把展开的扩频信号还原成原来的信号。直接序列
扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制,要传送的数据信息需要经过信道编码后,与
伪噪声序列进行模 2 和生成复合码去调制载波。要传送的信息经过伪随机序列(或称伪噪声
码)扩频后再对射频载波进行调制。伪随机序列的码元速率远高于传送信号的码元速率,因
而调制后的信号频谱宽度远远大于原始信息的频谱宽度。直扩技术广泛地应用于民用通信系
统以及导航、自控等其他领域方面,比如美军的国防卫星通信系统(AN-VSC-28)、全球定位
系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)、码分多址卫星通信系
统等。
直扩系统模型
直接序列扩频系统原理图
直扩系统组成框图模型
如上图所示,信源信息经过编码后为码元速率为 Ra 的信息码,扩频码发生器产生伪随
机码(PN 码),每个伪随机码的码元速率为 Rc(Rc<Ra)。将信息码与伪随机码进行相乘或
模二加,产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列,也就是说信息带宽已经被展宽,然后
经过射频调制将信号频谱被搬移到射频上。直扩系统一般采用频率调制或相位调制的方式来
进行数据调制,在码分多址通信中,其调制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK 等。
在接收端,接收到的信号经过变频处理后为中频信号。然后用与发送端同步的伪随机码
对中频信号进行解扩,将信号的频带恢复为原始信息的频带,然后再进行解调,恢复出所传
送的信息。
对于信道中的干扰,这些干扰有窄带干扰、多径干扰、多址干扰等。由于它们与伪随机
码不相关,接收机的相关解扩对这些干扰相当于又一次扩频,将干扰和噪声的频谱展宽,降
低了功率谱密度,经滤波后就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率,使解调器的输入信
噪比得到提高,从而提高了系统的抗干扰能力。
扩频通信常用的伪随机码
常用的伪随机码主要有 m 序列、GOLD 序列、WALSH 码和 OVSF 码。其中最常见的是m
序列,由 n 级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。由于 m 序列容易产生,规律性强,
有许多优良的性能,在扩频通信中最早获得广泛的应用。
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苦茶子12138
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