基于matlab的扩频通信系统仿真研究.doc

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沈阳理工大学学士学位论文

摘要

自从扩频通信的概念在50年代开始成熟以后，此后的二十多年扩频通信技术仍得到很大的发展，但都只是局部的发展，如硬件的改进和应用领域的拓展。

一直到80年代初期，扩频通信的概念都只是在军事通信系统中得到应用，这种状况到了80年代中期才得到改变。

扩频技术发展到现在，CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象，其中民用通信的直接序列扩频技术广为应用。

本文阐述了扩展频谱通信技术的基本原理、主要性能指标及其工作特点，然后根据香农定理和柯捷尔尼科夫潜在抗干扰理论，通过MATLAB提供的Simulink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，并指出了仿真建模中要注意的问题。

在给定的仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。

关键词：

扩频通信；信噪比；MATLAB

Abstract

Sincetheconceptofspreadspectrumcommunicationbecamematureinthe50s,Aftertwentyyearsofspreadspectrumcommunicationtechnologystillgetgreatdevelopment.Butonlydevelopedlocally,suchashardwareimprovementanddevelopmentinthefieldofapplication.Untiltheearly80s,Theconceptofspreadspectrumcommunicationwasonlyappliedinthemilitarycommunicationsystem.Thesituationwaschangeduntilinthemidof80s.Now,CDMAtechnologyisthemoststudiedobjectsinthespreadspectrumtechnology,Oneofcivilcommunicationwidelyuseddirectsequencespreadspectrumtechnology.

Thisarticleelaboratedthespreadspectrumcommunicationtechnology'sbasicprinciple,themainperformanceindexandtheoperatingfeature,thenitactaccordingtotheShannontheoremandtanoakJieertheNikefulatentantijammingtheory,providesvisualizationtoolSimulinkandMonteusingMATLABtheCarbsimulationalgorithm,hasestablishedthewidefrequencycommunicationssystemsimulationmodel,narratedindetaileachmodule'sdesign,andhadpointedoutinthesimulationmodellingmustpayattentionquestion.Inassignsunderthesimulationcondition,itmovedthesimulatedprogram,obtainedtheanticipatedsimulationresult.

Keywords:

SpreadSpectrumCommunication;Signal-to-Noise;MATLAB

目录

1绪论 1

1.1课题背景 1

1.2扩频通信的研究意义及现状 1

1.3本课题研究的主要内容 2

2扩频通信相关理论 4

2.1扩频通信的相关原理 4

2.1.1扩频通信的理论基础 4

2.1.2扩频通信主要性能指标 5

2.1.3数字调制技术 6

2.1.4扩频通信的工作原理 7

2.1.5扩频通信实现方法 7

2.2扩频通信系统的特点 8

2.2.1性抗干扰强 8

2.2.2低截获性 8

2.2.3抗多路径干扰性能好 9

2.2.4保密性好 9

3MATLAB简介 10

3.1MATLAB的背景 10

3.2MATLAB的组成 12

3.3Simulink简介 12

3.4MATLAB的优势和特点 14

3.5MATLAB的主要功能 17

4扩频通信系统的仿真 18

4.1对产生m序列的仿真 18

4.2扩频通信原理的仿真 23

4.3对直接扩频通信系统的仿真 26

结论 32

致谢 33

参考文献 34

附录 35

附录A英文原文 35

附录B中文翻译 48

56

1绪论

1.1课题背景

扩频通信的研究起源于第二次世界大战，目的是在地方控制区内提供一种保密通信的方法，扩频通信系统利用了扩展频谱的技术，其占用的带宽远远大于要传输的原始信号的带宽，并且与原始信号的带宽无关，这样就能获得一定程度的抗干扰能力和抗阻塞能力。

扩频通信系统能够在背景噪声中隐蔽传送信号，使窃听者的截获概率非常低，在军事通信和民用通信领域中被广泛应用。

1.2扩频通信的研究意义及现状

扩频技术（SpreadSpectrum,SS）的历史可以追溯到20世纪50年代中期，但是直到80年代初，扩频技术仍然主要应用在军事通信和保密通信中。

随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用，到现在为止，使用扩频技术的用户已经超过一亿。

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。

扩频技术在未来无线系统中的应用也再次成为人们关注的重点。

扩频通信系统是在50年代中期产生的，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。

自从扩频通信的概念在50年代开始成熟以后，此后的二十多年扩频通信技术仍得到很大的发展，但都只是局部的发展，如硬件的改进和应用领域的拓展。

而个人通信业务（PCS）的发展终于使扩频技术迎来了另一次大发展的机遇。

一直到80年代初期，扩频通信的概念都只是在军事通信系统中得到应用，这种状况到了80年代中期才得到改变。

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。

90年代初，在第一代模拟蜂窝通信系统的基础上，出现了PCS研究的热潮。

扩频技术为共享频谱提供了可能。

使用扩频技术能够实现码分多址，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，但是通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。

利用扩频码的自相关特性能够实现对给定用户信号的正确接收；将其他用户的信号看作干扰，利用扩频码的互相关特性，能够有效抑制用户之间的干扰。

随着PCS以及蜂窝移动通信的发展，CDMA技术已经成为不可或缺的关键技术。

扩频通信技术也在民用通信中找到更为广阔的应用空间,而关于CDMA技术的研究热潮也一直延续到现在。

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，其中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。

从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。

军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。

展望未来，第四代移动通信系统（4G）的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。

3G设计的目标主要是支持多媒体业务的高速数据传输，因此其研究主要集中在新标准和新硬件的开发。

而对于3G以后的发展，不同的研究者有不同的观点。

但是从用户的观点看，4G应该具备以下的主要特征：

1、最大的灵活性,应该能够满足在任何时间和地点，通过任何设备都可以实现通信；

2、降低成本，4G在实现比3G的传输速率高1~2个数量级的同时，还应该使成本降为3G时的1/10或1/100；

3、个性化和综合化的业务，不仅仅是保证每个人都能通过一个终端进行通信，而要在人周围的家庭、办公室以及热点地区建立一个通用的信息环境，使每个人都可以根据需要以各种方式获得信息。

目前实现4G观点主要有2种：

一种是开发新的无线接口和技术；另一种则是集成现有的及未来的无线系统。

前者关注新技术的应用，例如多载波调制技术，即OFDM，是一种传输高速数据的有效调制方案，被认为有望成为4G的标准调制技术。

而另一种观点则认为，更重要的是将现有的和未来的通信系统集成，其中的网络包括无线局域网（WLANs）、无线个域网（WPANs）、AdHoc网络以及家庭局域网等，其中连接的设备则包括便携式移动终端、固定设备、个人电脑以及娱乐设备等。

超宽带（UWB）技术以及软件无线电（SDR）技术在无线网络集成方面也起着重要的作用。

在4G网络的实现中，有的技术本身就是扩频技术的延伸，有的则能够很好得与扩频技术结合，还有的则能用于扩频系统的实现，因此这些新技术的发展体现着扩频技术的发展趋势。

[1]

1.3本课题研究的主要内容

扩频通信技术是一种新的信息传输方式，原理是其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。

本设计在深入学习扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法的基础上，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，在给定仿真条件下，设计仿真程序，调试程序，进行仿真并分析仿真结果。

2扩频通信相关理论

2.1扩频通信的相关原理

2.1.1扩频通信的理论基础

扩频通信与光纤通信和卫星通信一起被誉为信息时代三大高技术通信传输方式。

扩频通信技术作为一种信息传输方式，它是以占有频带宽度远远大于所传输信息必需的最小带宽的带宽来传输信号。

频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成的，用编码及调制的方法来实现，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。

这一定义包含了以下三方面的意思:

1、信号的频谱被展宽了

传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。

例如人类的语言的信息带宽为300Hz—3400Hz，为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。

在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。

如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语言信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。

这些都属于窄带通信。

一半的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。

扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100—1000，属于带宽通信。

2、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱

我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无线的。

例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。

信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。

1微秒的脉冲的带宽