直接序列扩频硬件电路设计
直接序列扩频通信系统的设计与实现1.
直接序列扩频通信系统的设计与实现摘要：扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)是数字通信中的一种，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。
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。
采用扩频通信可以在更恶劣的环境下正常工作，可以将信号隐蔽在噪声中。
在扩频通信系统中，直接序列扩频通信系统的应用最为广泛。
Matlab具有其他仿真软件（如Sysetemview和Maple等）所无可比拟的矩阵运算能力和系统仿真能力，Matlab的仿真工具包Simulink凭借其强大的数学功能，能实现精确的电路仿真。
关键词：直接序列扩频通信系统、Matlab、误码率目录第1章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2选题的目的和意义 (1)1.3 本课程设计的主要内容 (1)第2章直接序列扩频通信系统 (2)2.1 直接序列扩频通信的理论基础 (2)2.2直接序列系统组成 (3)第3章扩频系统的设计与实现 (4)3.1直接通信系统仿真 (4)3.2直接扩频Matlab仿真组成框图 (4)3.3 BPSK调制 (5)3.3 m序列 (6)3.4 扩频系统的解扩 (7)3.5扩频系统的解调 (8)3.6误码率 (9)3.7直接序列扩频系统的实现 (9)第4章心得和结论 (15)附录 (16)参考文献 (21)第1章绪论1.1背景信息时代的到来，使我们对通信的依赖越来越大，由于信道的开放性，信息在传播过程中会加进各种各样的干扰，使得无线通信面临的干扰环境更为恶劣。
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。
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、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
实验十一直接序列扩频实验
实验十一 直接序列扩频实验一、实验目的1、通过本实验掌握基带信号m 序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。
2、通过本实验掌握基带信号Gold 序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。
二、实验内容1、观察扩频前后信息码的时域变化。
2、观察扩频前后信息码的频域变化。
3、观察已调信号在扩频前后的频域变化。
三、基本原理扩展频谱通信系统是指将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展成为宽频带信号后送入信道中传输，在接收端利用相应手段将信号解压缩，从而获取传输信息的通信系统。
也就是说在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们已熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。
扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几万倍。
这一定义包括以下三方面的意思：（1）信号频谱被展宽了。
在常规通信中，为了提高频率利用率，通常都是采用大体相当带宽的信号来传输信息，即在无线电通信中射频信号的带宽和所传信息的带宽是属于同一个数量级的，但扩频通信的信号带宽与信息带宽之比则高达100～1000，属于宽带通信，原因是为了提高通信的抗干扰能力，这是扩频通信的基本思想和理论依据。
扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。
（2）采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
由信号理论知道，脉冲信号宽度越窄，其频谱就越宽，信号的频带宽度和脉冲宽度近似成反比，因此，所传信息被越窄的脉冲序列调制，则可产生很宽频带的信号。
扩频码序列就是很窄的脉冲序列。
（3）在接收端用与发送端完全相同的扩频码序列来进行解扩。
扩频技术的理论依据定性的讨论有以下几点：首先，扩频技术的理论基础可用香农信道容量公式来描述：)/1(log 2N S W C +=式中：C 为信道容量； W 为系统传输带宽； S/N 为传输系统的信噪比。
该公式表明，在高斯信道中当传输系统的信噪比S/N 下降时，可用增加系统传输带宽W 的办法来保持信道容量C 不变。
直接序列扩频与QPSK调制的FPGA设计与实现
直接序列扩频与QPSK调制的FPGA设计与实现齐雪明，王莹北京邮电大学电信工程学院，北京（100876）E-mail: qxm1123@摘要：扩频频谱通信技术因为其优良性能目前得到广泛应用，其系统的特点是占用频带宽度远远大于要传输的原始信号的带宽，且与原始信号带宽无关。
本文设计了一种直接序列扩频的结构，采用m序列作为扩频序列，最后通过硬件描述语言Verilog HDL在QuartusII上实现了其仿真模型，具有一定的实用价值。
关键词：扩频，FPGA，Verilog HDL1. 扩频通信技术的原理扩频通信传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。
除此以外，扩频通信还具有如下特征: 它是一种数字传输方式；带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的；在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。
扩频通信的理论基础是，根据香农定理C＝W×log2[1+(S/N)]为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，即加大带宽W或提高信噪比S/N。
换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求。
当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。
扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
具体的复杂的公式推导请见参考文献[1]。
2. 扩频通信系统的模型扩频通信系统的简单的模型如图1所示。
在这个模型中发送端简化为调制和扩频，接收端简化为解扩和解调。
在发送端，基带信号的频谱通过调制搬移到适合在信道传输的频率范围，再通过扩频将信号的频带展宽，从而提高系统的性能；而在接收端采用与发送端完全相同的扩频码进行相关解扩，再通过解调将其频谱搬回到原来基带信号的频率范围。
输出图1 简单的扩频通信系统模型3. 扩频模块的设计3.1 m序列发生器的设计直接序列扩频技术的原理是将要传送的信息经过伪随机序列编码后对载波进行调制。
直接序列扩频通信系统仿真设计
直接序列扩频通信系统仿真设计直接序列扩频通信系统是一种常用于无线通信中的传输技术，可用于提高通信质量和抗干扰能力。
其基本原理是将原始信号乘以一个扩频码序列，使得信号的带宽变宽，从而提高信号的抗干扰能力。
本文将对直接序列扩频通信系统进行仿真设计，包括系统结构、信号处理和性能评估等方面。
一、系统结构设计1.发送端设计发送端主要包括原始信号处理和扩频处理两个模块。
原始信号处理模块用于将待传输的信息编码成数字信号，可以采用各种调制技术（如二进制调制）；扩频处理模块将原始信号乘以扩频码序列，以实现信号的扩频。
2.接收端设计接收端主要包括解扩和信号恢复两个模块。
解扩模块对接收到的信号进行解扩，即将信号除以扩频码序列；信号恢复模块对解扩后的信号进行滤波和解调，最终得到原始信号。
二、信号处理设计信号处理是直接序列扩频通信系统中的关键环节，对其性能和抗干扰能力起着决定性作用。
下面将详细介绍信号处理的设计。
1.扩频码序列设计扩频码序列的设计非常重要，它直接影响到扩频通信系统的性能。
常用的扩频码序列有伪随机码（PN码）和正交码等，可以通过Matlab等工具进行生成和优化。
2.扩频处理设计扩频处理是将原始信号与扩频码序列进行乘积运算的过程。
可以采用数字乘法器或卷积器等方式实现，具体实现方式需要根据实际情况确定。
3.解扩和信号恢复设计解扩和信号恢复是接收端的重要环节，其中解扩模块用于将接收到的信号除以扩频码序列，信号恢复模块用于对解扩后的信号进行滤波和解调。
滤波器可以采用低通滤波器，解调方式可以根据信号特点选取。
三、性能评估设计对于直接序列扩频通信系统的性能评估，一般需要考虑以下几个方面：1.误码率评估误码率是衡量通信系统性能的重要参数。
可以通过对接收到的信号进行解码和比对的方式来评估误码率，并与理论值进行比较。
2.抗干扰性能评估扩频通信系统的抗干扰能力是其核心优势之一、可以通过仿真添加干扰信号，并比较接收到的信号与原始信号的相关性来评估抗干扰性能。
直接序列扩频课程设计
直接扩频课程设计报告目录1. 设计要求 (2)2. 设计目的 (2)3. 设计的具体实现（仿真） (2)3.1系统概述 (2)3.2二极管平衡电路介绍..... 错误！未定义书签。
3.3调幅电路（抑制载波的双边带信号）错误！未定义书签。
3.4混频电路(465KHz) ........ 错误！未定义书签。
3.5检波电路......................... 错误！未定义书签。
4. 心得体会及建议 (13)5. 参考文献 (15)6. 附录（元器件明细表) (16)1.设计要求说明：扩频通信(spread spectrum communication)是近几年内迅速发展起来的一种通信技术。
扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。
一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术。
面对全世界范围内对移动通信日益增加的要求，CDMA 将是无线通信中最主要的多址介入手段。
在本世纪，扩频技术将得到更加广泛的应用。
（1）设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；（2）必须独立完成设计课题；（3）合理选用元器件；（4）按时完成设计任务并提交设计报告。
2.设计目的设计一个信息码的频率设为50kHz，采样频率设为40MHz，伪随机码频率为5MHz的直接扩频系统。
假设信源信息码的总长度为20，则每个信息码内含40MHz/50kHz＝800个采样点。
通过sign函数，把20个(0，1)区间内的随机数变成20个只用“1”与“－1”表示的信息码，而后再通过一个循环，对每一个信息码采样800次，共生成16000个采样点，每个点之间的间隔为0.025μs。
伪随机码频率设为5MHz，信息码频率为50kHz，所以每个信息码内包含5MHz/50kHz＝100个伪码。
基于FPGA直接序列扩频系统的设计
张 丽 山 ．王 建 华
（ 江 苏科 技 大 学 电 子信 息 学 院 ， 江 苏 镇江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ）
摘 要 ：本 文 以 扩 频 通 信 和 差 错 控 制 码 的设 计 和 实 现 为 核 心 ， 对扩频 通信的基本理论 、 差 错 控 制 码 的 编 码 原 理 以及 伪
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕｅ ｎｃ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ＦＰＧＡ
Ｚ ＨＡＮＧ Ｌ ｉ — ｓ ｈ ａ ｎ．Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｈ ｕ ａ
随 机 码 进 行 了深 入 的 研 究 和 分 析 ． 提 出来一种基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的 直接 序 列 扩 频 和 差 错 控 制 码 编 码 系统 的 实现 方 案 ， 完 成 了 直接 序 列扩 频 和 差错 控 制 码 编 码 系统 的 仿 真 和 实现 ， 同 时采 用 Ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ａ 公 司的 Ｑ ｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ Ｉ Ｉ 软件 ， 使用ｖ ｅ ｒ ｉ ｌ ｏ ｇ语 言 完 成
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ － ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｏ ｄ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ， ｔ ｈ ｅ
直接序列扩频系统设计
扩频通信技术实现方法的研究和设计——DS直接序列扩频专业：通信工程班级：2002级1班姓名：佟岩目录引言3 1扩频通信系统61.1扩展频谱通信的定义 61.2扩频通信的理论基础 61.3扩频通信的主要性能指标81.4扩频通信的主要特点101.5频谱扩展的实现和直接序列扩频131.6扩频系统需要满足以下几个条件171.7扩频通信特征17 2直序扩频通信系统182.1直序扩频通信系统框图182.2直接序列扩频信号的产生原理182.3直接序列扩频原理202.4直接序列扩频信号的实现方法21 3用编程来实现直序扩频通信系统233.1直接序列扩频系统与PSK调制233.2信号解调243.3差错概率26 4实验284.1Monte Carlo仿真284.2SIMULINK仿真30 结论 36致谢37参考文献38附录1直扩程序M-文件40附录2直扩-SIMULINK动态仿真模框图43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。
首先介绍扩频通信的基本原理及组成，重点论述了直序扩频通信在通信系统中的使用。
MATLAB因具有强大的数学计算、算法推导、建模仿真和图形绘制等功能而广泛应用于各领域，本文利用MATLAB的M语言进行编程、仿真，从而对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。
在此基础上，通过实例介绍了建立系统仿真模型的方法。
利用MATLAB软件对CDMA无线通信系统的性能进行了分析。
可见利用MATLAB/SIMULINK进行系统仿真简单、方便、形象、具体，是系统仿真较好软件之一。
关键词：直序扩频通信系统；PN序列产生器；误码率；仿真；MA TLAB；干扰AbstractSpread spectrum communication is a sort of new high-tech communication technique, it has a number of internal advantages, such as large capacity, interference immunity, low probability of intercept, code division multiple access(CDMA)etc ,which make it get broad applications in civilian as well as military environments ,and become the technical groundwork of next generation mobile communications, Direct sequencing spread-spectrum was widely used. This paper introduces fundamental and constitutes of spectrum communication.Second it emphasizes elaborating spread-spectrum’s technique in the application of system.MATLAB has been using in a variety of fields as its powerful and universal functions on mathematics calculation, algorithm interference , modeling and simulation, graphic structure, etc, w e are making use of MATLAB’s M language to design program and to make simulation on error rate performance and then to analyze the performance on CDMA wireless communication system .On this basis, the method to build system simulation model is introduced with a simple example. Meanwhile a spreading-spectrum communication system is built to simulate it and prove its validity. Obviously, to simulate with MATLAB/SIMULINK is simple, convenient, visualized, special, which is one of the best simulation software.引言人类社会进入到了信息社会，通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。
直接序列扩频发射机的设计与实现
直接序列扩频发射机的设计与实现实验要求：（1）用QUARTUS 或者MAXPLUS 软件实现直接序列扩频发射机基带部分硬件描述语言程序设计。
要求有时序仿真的结果。
（2）自己根据信号流图设计。
先估计所用资源的多少，选取合适的芯片。
（3）芯片请选用ALTERA 公司系列芯片。
（4）按正规实验报告格式撰写，并上交打印后的文稿,要附程序。
其中kasami 码生成多项式（011...c c c c n n -）为)4(231==n m ;)8(4352==n m ；m1和m2的初相（,...,...011011a a a a a a a a n n n n --）：0101 10100101 卷积编码生成多项式为)171,133(；编码效率2/1=R ；约束长度7=K ；框图如下：实验内容：一．总体描述：用Verilog HDL实现直接序列扩频发射机的基带部分，其中各子模块用Verilog HDL编写，顶层用图形的形式级联。
发射信息200bit从ROM中读取，位宽1bit。
卷积用（2，1，7）码生成多项式133、171。
扩频码用KASAMI码，扩频后的信号经极性变换后内插，每个码片后插入7个0。
基带成型滤波器用的是16阶FIR低通滤波器。
开发工具使用的是QUARTUSⅡ。
系统的原理框图同上页的要求。
二．子模块设计及仿真结果：共设计了八个子模块，分别为时钟分频、ROM地址产生、ROM、卷积、并串转换、扩频、极性变换和内插、FIR低通滤波器。
1．时钟分频。
整个系统共需16.32M，2.04M，8K，4K四个时钟。
为了让四个时钟严格同步，使用同一个外部的输入32.64M时钟分频得到，核心代码如下：always @(posedge clk32m)beginif(!reset)//复位清零begin count16<=0;clk2m<=0; endelsebeginif(count16==7)//8进制记数，16分频begin count16<=0; clk2m=!clk2m; endelse count16<=count16+1;endend每个时钟用一个always块输出，各always块并行执行，实现了各时钟同步。
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直接序列扩频
(1) PN 码序列发生器
n 级线性移位寄存器，经过适当的抽头反馈和模2加法器能产生序列的最大可能周期是p=2n -1，这样的序列叫最长线性反馈移位寄存器序列或PN 码序列。
由于课题要求本原多项式是为f (x)=x 15+x+1，其c 15=c 1=c 0=1，其它为“0”，同时n=15
，由此构建的一个15级PN 码序列发生器，如图4.6所示。
图4.6 用1)(15++=x x x f 构建的pn 码序列产生器
电路实现采用四个4片4位双向通用移位寄存器芯片74LS194 和一片74LS86双异或门芯片组成。
其芯片连接如图所示。
图 PN 码序列发生器的硬件实现电路
在图中，1.2MHz 的时钟信号接至移位寄存器74LS194的CP 端使74LS194在时钟脉冲的作用下正常的工作依次实现Q 0端到Q 3端的移位。
为实现移位寄存器74LS194的右向移位，应该使其芯片的S 1端子置“0”、S 0端子置“1”。
在74LS86芯片中使第1组异或门,其输入端1A 从第四片74LS194芯片的Q 2输出端引入, 1
a14
{k a }
a13
a12
a0
0c
1c
15c
CP
从第一片74LS194芯片的Q 0输出端引入,输出端1Y 作为反馈接至第一片74LS194芯片的DIR 端。
另外在实际使用中，还应设置一个全“0”启动电路，以避开移位寄存器全0状态的产生。
4位移位寄存器芯片74LS194的功能表如下图4.8所示：表中的Q 00、Q 10、Q 20、Q 30表示在规定的稳态输入条件建立之前，Q 0、Q 1、Q 2、Q 3相应的电平；Q 0n 、Q 2n 表示在最近的时钟从低电平转换到高电平之前Q 0、Q 1和Q 2相应的电平。
表4.2 74LS194双向移位寄存器芯片的功能
输 入
输 出 清除 模式 时钟 串行 并行
Q 0 Q 1 Q 2 Q 3 CR M 1 M 2 CP D Sl D Sr D 0 D 1 D 2 D 3 0 × × × × × × × × × 0 0 0 0 1 × × 0 × × × × × × Q 00 Q 10 Q 20 Q 30 1 1 1 ↑ × × d0 d1 d2 d3 d0 d1 d2 d3 1 0 1 ↑ × 1 × × × × 1 Q 0n Q 1n Q 2n 1 0 1 ↑ × 0 × × × × 0 Q 0n Q 1n Q 2n 1 1 0 ↑ 1 × × × × × Q 1n Q 2n Q 3n 1 1 1 0 ↑ 0 × × × × × Q 1n Q 2n Q 3n 0 1
×
×
×
×
×
×
×
Q 00
Q 10
Q 20
Q 30
(2) 直接序列扩频电路
m 序列发生器产生的伪随机码序列为c(t)，输入的基带信号为m(t)，两信号都是TTL 信号，把两信号异或就可得到扩展频谱的信号码，设其为d(t)，则用公式表示为d(t) = c(t)⊕m(t)。
在具体实现中，异或运算采用74LS86芯片中的一组异门实现，其硬件电路如下图所示：
图4.9 扩频信号的产生电路。