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基于matlab的直序扩频通信系统的仿真.doc
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基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
摘 要
根据扩频理论,用 MATLAB 对直接序列扩频通信系统进行了仿真。根据香农定理和科捷尔尼科夫潜在抗
干扰理论,通过 MATLAB 的仿真平台对直扩通信系统进行了仿真,建立了扩频通信系统仿真模型,详细讲述了
各个模块的设计,接收端同步捕获过程采用数字匹配滤波器的原理。在给定的仿真条件下,对仿真程序进行
了运行测试,得到了预期的仿真结果.
关键词:直接序列扩频;通 信 ; MATLAB
Direct sequence spread spectrum communication system based on
matlab simulation
Abstract
In this paper, based on the spread spectrum theory, I use MATLAB to simulate the direct
sequence spread spectrum.According to the shannon theorem and jie's nico’s potential interference
theory, direct sequence spread spectrum is simulated by the simulation platform which is
offered by MATLAB。 And it tells the story of the design of various modules in detail. The receiver
synchronization capture process adopts the principle of digital matched filter. In a given
simulation conditions , I run the test simulation program and get the expectant simulation
results.
Key Words: direct sequence spread spectrum, communication, MATLAB
目录
1 绪论.................................................................1
1.1 扩频通信的概述.................................................1
基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
1。2 扩频通信的发展及应用 ..........................................1
2 直接序列扩频通信 ....................................................3
2。1 理论基础 ......................................................3
2。2 扩频通信系统的指标 ............................................4
2.3 扩频通信的种类 .................................................5
2。4 直接序列扩频通信系统 ..........................................6
2。5 扩频序列.....................................................11
2.6 扩频序列的同步捕获............................................14
2.6。1 扩频序列的伪码同步 .....................................14
2.6。2 扩频序列的同步捕获 .....................................16
3 直接扩频系统 MATLAB 仿真 ............................................25
3.1 直接扩频 MATLAB 仿真组成框图...................................25
3.2 m 序列发生器 ..................................................25
3.3 高斯噪声......................................................25
3。4 干扰和解扩判决 ...............................................26
3。5 仿真结果分析 .................................................26
3.6 实验心得 ......................................................28
附录 .................................................................29
参考文献 .............................................................32
致谢 .................................................................33
基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
1 绪论
1。1 扩频通信的概述
扩频通信与光纤通信、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,它是指发送的信
息被展宽到一个很宽的频带上,在接收端通过相关接收,将信号恢复到信息带宽的一种系统
[1]
。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上的好处,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.
扩展频谱通信系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展频谱后成为宽频带信号,然后送入
信道中传输,在接收端再利用相应的技术或手段将扩展的频谱进行压缩,恢复为原来待传输信息信号的带宽,
从而达到传输信息目的的通信系统。利用扩频技术,系统频率利用率比频分系统要高很多
[1]
.
由于扩展频谱技术具有抗干扰能力强、截获率低、多址能力强、抗多径干扰、保密性好及测距能力强等
一系列的优点,使得扩频通信越来越受到人们的重视
[1]
。
1。2 扩频通信的发展及应用
扩频技术的历史可以追溯到 20 世纪 50 年代中期,扩频技术主要应用在军事通信和保密通信中,但是直
到 80 年代初,随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用,扩频通信技术又在移动通信中得到广泛
的应用,无线通信已经成为电信产业最大的部门之一,经过十年多的稳步发展,俨然是 21 世纪中最有发展潜
力的领域,到现在为止使用扩频技术的用户已经超过一亿。因此扩频技术的历史经历了两个发展阶段,目前
它在这两个领域仍占据重要的地位。
扩频技术的最初构想是在第二次世界大战期间形成的,其最初的应用包括军事抗干扰通信、导航系统、
抗多径实验系统以及其它方面.在战争后期,干扰和抗干扰技术成为决定胜负的重要因素,战后得出了“最
好的抗干扰措施就是好的工程设计和扩展工作频率”的结论.跳频通信的思路就是在这段时期出现的:如果
对窄带信号使用编码的频率控制,则可以使其在任何时间占据宽频段中的任何一部分,这样敌人要进行干扰
就必须维持很宽的频段。另一方面,直序扩频则起源于导航系统中高精度测距
[1]
.
真正实用的扩频通信系统是在 50 年代中期发展起来的.麻省理工学院林肯实验室开发的扩频通信系统
F9C.A/Rake 系统被公认为第一个成功的扩频通信系统,在该系统的研制过程中,首次提出了瑞克(RAKE)
接收的概念并成功应用,该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。第一个跳频扩频通信系统 BLADES 也在
这段时期研制成功,在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码.在此期间,喷气实验室(JPL)在其
空间任务中完成了伪码产生器的设计以及跟踪环路的设计。从此军事部门对军事通信、空间探测、卫星侦察、
导弹制导等方面广泛应用扩频通信方式的研究就十分活跃了
[1]
。
一直到 80 年代初期,美国联邦通信委员会(FCC)于 1985 年 5 月发布了一份关于将扩频技术应用到民
基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
用通信的报告,从此扩频通信技术获得了更加广阔的应用空间。扩频技术最初在无绳电话中获得成功应用,
因为当时已经没有可用的频段供无绳电话使用,而扩频通信技术允许与其它通信系统共用频段,所以扩频技
术在无绳电话的通信系统中获得了其在民用通信系统中应用的第一次成功经历,而真正使扩频通信技术成为
当今通信领域研究热点的原因是码分多址(CDMA)的应用.
随着通信技术、超大规模集成电路和计算机技术的发展,以及扩频通信理论的不断深入研究和成熟,基
带的编码和相关信号处理都变得越来越容易实现和完善了,扩频技术也从军用不断地向民用方面普及.由于
扩展频谱通信技术具有很强的抗干扰性能、低功率密度隐蔽传输、信息保密传输、任意选址等特点,在通信、
测距、定位、控制等诸多领域使用时都具有其独特的优点,因而在国际上受到普遍关注而迅猛发展。目前,
各个国家为了满足 R 益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,都纷纷提出在数字蜂窝移动通信、
卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,因此扩频技术己广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通
信、无线数据通信、遥测遥控等各种系统中
[1]
。
基于 matlab 的直序扩频通信系统的仿真
2.直接序列扩频通信
2.1 理论基础
直接序列调制扩展频谱通信系统,是将要发送的信息用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去,在收端再
用与发端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理,从而恢复出扩频调制以前的信息。
扩频技术主要是将基带信号的频谱扩展至很宽的频带进行传输,接收端采用相关接受的原理,将扩展的
频谱恢复到基带信号的频谱,从而抑制传输过程中加进来的干扰。通常的实现方式是将待扩频的信号与一个
扩频函数(一般是伪随机编码信号)在时域相乘来扩展信号的频谱。
扩频通信的基本理论依据是信息论中香农的信道容量公式
C=Blog
2
(1+
N
S
) (bit/s) (2-1)
式中:C 为信道容量(比特/秒);B 为信道带宽(赫兹);N 为噪声功率;S 为信号平均功率。由上式可以
看出,对于任意给定的信噪比 S/N,只要增加用于传输信息的带宽 B,就可以增加在信道中无差错地传输信
息的速率 C.或者说在信道中当传输系统的信噪比下降时,可以用增加系统传输带宽 B 的办法来保持信道容
量 C 不变,而 C 是系统无差错传输信息的速率.这说明了在增加信道带宽后,在低的信噪比情况下,信道仍
可在相同的容量下传送信息,甚至在信号被噪声淹没的情况下,只要相应地增加传输信号的带宽,也能保持可
靠的通信.
可见,扩展频谱技术正是利用这一原理,用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信息带宽的目的。
扩频通信系统的带宽比常规通信系统大几百倍至几千倍,所以在相同的信噪比条件下,具有较强的抗噪声干
扰能力
[2]
。
扩频通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的:一是信息的频谱扩展后形成宽带传输.即在发送端将
输入的信息先经信息调制形成数字信号,然后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,展宽后的信号调制到射频发射出去。二是相关处理后恢复成窄带信息数据.由接收端采用与发射端
同步的代码进行相关检波,把被展宽有用频谱收集起来,所形成的信息码送给后端进行解码。
正是由于这两大持点,使扩频通信系统比常规的通信系统具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径
干扰能力。此外还具有信息隐蔽、高分辨率测距、低的空间无线电波“通量密度”及多址保密通信等优点
[2]
。
2.2 扩频通信系统的指标
衡量扩频通信系统性能好坏的性能指标主要有两个:处理增益和干扰容限.
在衡量扩频通信系统的抗干扰能力的优劣时,通常引入处理增益 G
p
来描述,它定义为接收相关处理器的
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