直接序列扩频通信系统研究及仿真Word下载.docx

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电子信息工程学院

二〇一六年六月

毕业设计（论文）原创承诺书

1．本人承诺：

所呈交的毕业设计（论文）《直接序列扩频通信系统研究及仿真》，是认真学习理解学校的《XXX本科毕业设计（论文）工作条例》后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。

2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。

3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；

同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；

学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。

以上承诺的法律结果将完全由本人承担！

作者签名：

2016年6月日

摘　要

直接序列扩频通信系统（Direct 

Seqcuence 

Spread 

Spectrdm）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，在个人通信网、无线局域网、第三代移动通信、卫星通信以及军事战术通信等领域得到广泛应用。

本论文首先介绍了直接序列扩I频通信系统的应用背景、特点、意义和发展现状，然后从基本原理和主要性能等方面阐述了直接序列扩频通信系统，并利用Matlab中的Simulink模块对直接扩频通信系统进行了仿真，在给定基带信号、伪随机序列、信道等条件下运行仿真程序，通过分析频谱、误码率等指标验证了直接序列扩频通信系统的性能优势。

关键词：

直接序列扩频通信系统MATLAB仿真Simulink模块仿真

Abstract

Thedirectsequencespreadspectrumcommunicationsystemiswidelyusedinvariousareas,suchaspersonalcommunication,networks,wirelesslocalareanetwork,thethirdgenerationmobilecommunications,satellitecommunicationsandmilitarytacticalcommunications,becauseofitsmanyadvantages:

stronganti-interference,goodforhiding,easytoimplementcodedivisionmultipleaccess（CDMA）,anti-multipathinterference,andhigherDSSScommunicationrate.

First,theapplicationbackground,features,significanceandthedevelopmentofthedirectsequencespreadspectrumcommunicationsystemarepresented,andthenfromthebasicprincipleandmainperformance,expoundsthedirectsequencespreadspectrumcommunicationsystem.ThesimulationmodelofthedirectsequencespreadspectrumcommunicationsystemisbuiltbyusingSimulink,whichisprovidedbyMATLAB.Thesimulationprogramrununderthegivenbasebandsignal,pseudo-randomsequenceandchannelconditionsbyanalyzingthespectrum,biterrorrateandotherindicatorstoverifytheperformanceadvantagesofDirectSequenceSpreadSpectrumcommunicationsystem.

Keywords:

Directsequencespreadspectrumcommunicationsystem;

MATLAB；

Simulink

目　录

第1章　绪　论

1.1引言

扩频通信的基本概念是从20世纪40年代末期开始逐步形成的。

扩频的精确定义为用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码来实现，与所传信息数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。

简言之，扩频通信是把所要传输的信号带宽扩展到很宽的频带中进行传输。

1.2直接序列扩频通信简介

1.2.1直接序列扩频背景及研究现状

世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通信实验室（FTL）于1949年由Derosa和Rogff完成的，成功的工作在NewJersey和California之间的通信线路上。

最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的应用。

比如美国的全球定位系统（GPS）、通信数据转发卫星系统（TDESS）、码分多址（CDMA）卫星通信系统、特别是NASA和军用卫星通信系统，这些都是DS系统。

近年来，在直接序列扩频通信原理及其特点的基础上，针对不同的干扰方式，分别对直接序列扩频通信系统的抗干扰能力进行分析。

根据目前直接序列扩频通信的军用情况，对直扩电台的战术应用进行研究，提出解决电台组网时台间相互干扰以及“远近效应”的可能措施[1]。

今后，在卫星通信，移动通信系统，定位系统等领域都将得到进一步广泛使用。

1.2.2直序序列扩频通信的特点

1.直扩方式的优点

（1）抗干扰性强

扩频通信系统具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗，特别适合在军事通信系统中运用[2]。

相对于常规通信系统，直接序列系统、频率跳变系统、直接序列一频率跳变混合扩频系统、直接序列一时间跳变混合扩频系统等对多径干扰不敏感，如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波等技术或措施，就可以使多径干扰的影响减至最小或完全消除，这对移动通信是很有利的。

（2）抗截获性强

理论分析表明，信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比[3]。

直扩信号正好具有这两方面的优势，它的功率谱密度很低，单位时间内的能量就很小，同时它的频带很宽。

因此，它具有很强的抗截获性。

（3）易于实现码分多址（CDMA）

多址通信系统指的是许多用户组成的一个通信网，网中任何两个用户都可以通信，而且许多对用户同时通信时互不干扰[4]。

应用直扩系统就很容易组成这样一个多址通信系统网。

（4）抗多径干扰

直扩系统能够同步锁定在最强的直达路径的电波上，其它有延迟到达的电波，由于相关解扩的作用，只起到噪声干扰的作用。

另外，如果采用不同时延的匹配滤波器，把多径信号分离出来，还可以变害为利，将这些多径信号在相位上对齐相加，起到增加接收信号能量的作用。

因此，直扩系统是一种有效的抗多径干扰的通信系统。

（5）高分辨率测距

当采用一个较长周期的PN码序列作为发射信号、用它于目的地反射回来或转发回来的PN码序列的相位进行比较，即比较两个码序列相差的时片数，就可以看出其时间差，也就能换算出发射机与目的地之间的距离。

2.直扩方式的缺点

直接序列扩展频谱系统是两个宽带系统，虽然可与窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。

在直接扩展频谱系统的接收机存在的明显的远近效应。

对此，需要在系统中采用自动功率控制，以保证远端和近端电台到达接收机的有用信号是同等功率的，增加了直接扩展频谱系统在移动通信环境中应用的复杂性。

直接扩展频谱系统的处理增益受限于码片（chip）速率和信源的比特率，即码片速率的提高和信源比特率的下降都存在困难。

处理增益受限，意味着抗干扰能力受限，多址能力受限。

1.2.3与其他扩频技术比较

扩频通信系统按扩频方式的不同，可分为以下四种类型[5]:

（1）直接序列扩频（DS）；

（2）跳频扩频（FH）；

（3）跳时扩频（TH）；

（4）混合方式（以上三种基本方式的不同组合）。

直接序列扩频采用高码速率的直接序列（DirectSequence,DS），伪随机码在发送端进行扩频，在接收端用相同的码序列去进行解扩，然后将展宽的扩频信号还原成原始信息。

跳频扩频（FH）是指发送信号的载波按照某一随机跳变图样在跳变，跳频信号具有时变、伪随机的载频。

跳频扩频系统在很多方面类似于将带宽为多个用户划分为多个信道的FDMA系统。

某个时间点上，某一用户的跳频信号只占用单个频率信道。

区别在于:

跳频信号在很短的周期间隔内改变载频。

跳频系统又分为快跳频和慢跳频两种。

如果信号跳频的速率等于或接近符号速率，则该系统称为快跳频系统;

如果信号跳频的速率低于符号速率，则称为慢跳频系统。

跳时扩频（TH）是使发射信号在时间轴上跳变。

先把时间轴分成许多时间片，在一帧内的哪个时间片发射信号由扩频码序列进行控制。

由于采用了很窄的时间片去发送信号，所以信号的频谱被展宽了，达到了扩频的效果。

其中DS的研究最为深入，为了实现直接序列扩频信号的正确接收，对接收端的伪码及载波相关处理所构成的捕获与跟踪环节尤为重要。

可以说，直接序列扩频信号的高效同步环路的机理研究是关键，更是难点。

1.3本文主要工作和结构安排

本文主要研究了基于Simulink的直接序列扩频通信系统，首先进行了扩频通信的理论学习及matlab/simulink学习，最后对直接序列扩频通信系统进行了仿真分析，在给定条件下运行了仿真程序，得到了预期的结果。

直接序列扩频通信系统抗干扰性强、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。

本文的章节结构安排如下：

第一章，介绍了直接序列扩频通信系统的背景及研究现状，特点及与其他扩频通信技术的比较。

第二章，介绍了直接序列扩频通信系统的基本理论，研究了仿真中用到的伪随机序列，并对直接序列扩频的主要特性进行了分析。

同时也对matlab/simulink进行了概述。

第三章，完成了基于Simulink的直接序列扩频通信系统仿真研究，并对各个模块进行了逐一的介绍分析，得出直接序列扩频通信系统抗干扰性强等优点。

最后对本论文研究课题进行总结。

第2章　直接扩频通信系统

2.1扩频通信基本原理

扩频通信的理论基础是Shannon于1948年发表的《AMathematicalTheoryofCommunication》一文，即著名的信息论。

Shannon信息论中有关信道的理论容量公式为[6]

（2-1）

式中：

C--信息的传输速率（信道容量），单位b/s；

S--信号平均功率，单位W；

B--频带宽度，单位Hz；

N--噪声平均功率，单位W。

由式（2-1）中可以看出：