直接序列扩频通信系统仿真设计

主指导教师
王明华
日期：
2015年6月13日
摘
随着微处理器技术和大规模集成电路技术的快速发展，以及一些新的元器件的应用，扩频通信技术已经迈上了一个新的台阶，不仅在军事中占有重要的地位，在个人通信和计算机通信中也得到了广泛的应用，成为当今最具潜力的通信技术之一。因此，研究扩频通信具有很深远的意义。而直接序列扩频通信系统也因其抗干扰能力强、隐蔽性好、抗多径干扰、直扩通信速率高以及已用于实现码分多址等优点而被广泛应用。
相关器在这里可等效为对输入相关器的 、 进行模2相加。同号模2相加为0，异号模2相加为 。因此相关器的输出的中频相位如图1-2中的（8）所示。经检波后输出原始信息。
2.1 MATLAB的介绍
MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
关键词：直接序列；扩频通信；仿真设计
Abstract
With the rapid development of the microprocessor technology and large scale integrated circuit technology, and the application of some new components, spread spectrum communication technology has stepped on a a new level, not only plays an important role in the military, in personal communication and computer communication has also been widely used, become one of the most potential communication technology today. Therefore, it is very important to study the spread spectrum communication. The direct sequence spread spectrum communication system has been widely used in the system because of its strong anti-interference ability, good concealment, anti multipath interference, high direct spread communication rate and has been used to realize code division multiple access.
2.2 直接序列扩频通信系统MATLAB仿真过程
直接序列扩频通信系统主要组成分为七个部分，分别为信源部分、扩频部分、调制部分、信道传输部分、解调部分、解扩部分和信宿部分。在两个用户的信息中我们给定的是0和1的信息，在本次是严重，我们为了在调制和扩频中更加容易计算，我们将数据中的0用－1来代替。
直接序列扩频的matlab仿真组成框图如图2-1所示。
3．主要参考文献：
[1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：电子工业出版社,2012,12.
[2]樊昌信,曹丽娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：国防工业出版社,2006,9.
[3]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版社,2011,11.
[4]张水英,徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：人民邮电出版社,2012,9.
Direct sequence spread spectrum is mainly to send information by PN (pseudo random code is extended to a wide band at the receiver and transmitter is extended with the same PN code of received spread spectrum signals are processed to recover the transmitted information. This experiment will be in-depth study and learn direct sequence spread spectrum communication system and the simulation analysis was carried out, to learn the knowledge of the induction and the summary, in order to strengthen the communication on the basis of professional knowledge, can also review of the MATLAB tools for learning to use, to lay the foundation for future learning and work.
1.2
直接序列扩频的原理是，直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。如图1-1。
在发送端输入信息m（t）（二进制数据），图中为0、1两个码元，其码元宽度为 。加入扩频解调器（模2加法器），扩频码是一个PN码（伪随机码），记作p（t）。伪码的波形如图 1-2 中的第（2）个波形，其码元宽度为 ，且取 =16 。模2加法器的运算规则可用下式表示
Keywords:direct sequence;spread spectrum communication;simulation design
1
1.1
扩频通信是将等待传送的信息被伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输，接收端采用相同的编码进行解调,恢复原始信息数据。
扩频通信的可行性是从香农公式引申而来，其内容如下公式所示。
（1—2）
当m（t）与p（t）符号相同时，c（t）为0；而当m（t）与p（t）不同时，则为1。c（t）的波形如图1-2所示中的第（3）个波形。由图可见，当信码m（t）为0时，c（t）与p（t）相同；而当信码m（t）为1时，则c（t）为p（t）取反既是。显然，包含信码的c（t）其码元宽度已变成了 ，即已进行了频谱扩展。
2.3
编写直接序列扩频通信系统MATLAB仿真程序，检查错误后输出相应波形。本次仿真实验将输出七个波形，从这七个波形可以较直观的看到直接序列扩频通信系统的每一个调制过程。
（1-1)
其中，C为系统信道容量(bit/s)；W为系统信道带宽；N为噪声功率S为信号功率。由上式可得，加大带宽W或提高信噪比S/N可以提高信道容量C。也就是说当信道容量C一定时，信道带宽W和信噪比S/N是可互换的，增加带宽可以降低对信噪比的要求，使有用信号的功率接近甚至消失在噪声功率之下。
扩频通信就是通过增加带宽来换取较低的信噪比，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。当信噪比不能提高时，可以通过增大带宽，提高信道容量。扩频通信的方式有很多种，例如直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频等。这次实验将对直接序列扩频进行分析和仿真。
直接序列扩频主要是将要发送的信息用PN码（伪随机码）扩展到一个较宽的频带上去，在接收端用与发送端扩展用的相同的PN码对接收到的扩频信号进行处理，恢复发送的信息。本次实验将深入的研究和学习直接序列扩频通信系统并对其进行仿真，将所学到的知识进行归纳和总结，以此巩固通信专业基础知识，也可以复习MATLAB等学习工具的使用方法，为今后的个人学习和工作打下基础。
MATLAB通信工具箱中的系统仿真，分为用SIMULINK模块框图进行仿真和用MATLAB函数进行的仿真两种。本次实验我们将采用MATLAB函数进行仿真，在用MATLAB函数的仿真中，函数根据数据流的次序依次执行，意味着所处理的数据，首先要经过一个阶段运算，然后再激活下一个阶段，这种仿真被称为数据流的仿真。
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
2015.6.15～2015.6.20
查阅资料，系统方案设计
2015.6.21～2015.6.25～2015.6.28
程序、软件、实物的调试，排除故障，分析实验结果
2015.6.29～2015.6.30
分析总结，整理设计报告
（1）技术要求
1）该系统包括：数字信源、PN码发生器、扩频调制、BPSK调制、AWGN信道、扩频解调、信息解调；
2）用matlab编程实现各功能模块；
3）分析BER性能。
（2）工作要求：
①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；
②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Simulink、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、QuartusII等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；
⑦随机抽查，并进行最后答辩。
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
写出设计说明书，语言流畅简洁，文字3500~5000字。用软件编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形，分析实验结果；硬件设计电路，需要详细分析安装调试过程，分析实验结果。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。