基于直接序序列扩频的MATALB仿真Word下载.docx

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1.3课题研究的内容4

1.4课题研究方法5

第二章基础知识6

2.1扩频通信系统简述6

2.1.1扩频通信系统的基本原理6

2.1.2扩频通信系统的分类7

2.2直接序列扩频通信系统8

2.2.1直接序列扩频通信系统的基本调制方式9

2.2.2直扩通信系统中的扩频码类型及仿真分析9

第三章系统仿真与分析12

3.1系统仿真12

3.1.1单用户用m序列扩频后经过AWGN信道的仿真12

3.1.2多用户用m序列扩频后经过AWGN信道的仿真13

3.2选用不同的扩频码仿真14

3.2.1用户用Gold序列扩频后经过AWGN信道的仿真14

3.2.2用户用正交Gold序列扩频后经过AWGN信道的仿真15

引言

　　CDMA通信系统是利用给不同的用户分配不同的扩频编码，实现多用户同时在同一频率互不干扰进行通信，即码分多址通信。

使用扩频编码，会将原始信号的频谱带宽扩展，因此，对这种调制方式的通信，又称为扩频通信。

扩频通信具有较强的抗干扰能力和隐蔽性，并能同时实现多址通信，目前已经成功应用在第三代移动通信系统中。

常用的扩频方式有跳频（FrequencyHopping,FH）、跳时（TimeHopping,TH）、直接序列扩频（DirectSequenceSpreadSpectrum,DS）以及复合式扩频等。

在实际的CDMA系统中，直接序列扩频方式得到了广泛的认可和应用，在本次实验中我们主要研究的是直接序列扩频。

第一章绪论

　1.1课题背景及目的

　目前，CDMA技术已成功的应用于第二代和第三代移动通信系统中，其优势已成为人们的共识。

对CDMA的研究具有一定的价值。

随着社会节奏的加快，产品的更新速度越来越快，而且实际的通信系统功能结构相当复杂，因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。

而MATLAB是最具影响力、最有活力的软件之一，在科学运算、自动控制、通信仿真等领域有广泛应用。

利用MATLAB实现DS-CDMA系统的仿真，设计系统的主要模块和参数，是目前研究的热点之一，同时它也代表了以后CDMA设计的发展方向。

本课题正是基于以上现状提出的。

1.2国内外研究状况

直扩技术在军用通信中应用已有半个多世纪的历史，主要用于两个目的：

对抗外来强干扰和信息保密。

直扩技术通过将信号的频谱扩展，使其隐藏于背景噪声中，从而使该信号逃过检测。

近几年来，世界各国对扩频技术的研究与应用已形成高潮，在商用领域直扩系统，即DS-CDMA系统，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。

欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的成功。

而在第三代移动通信系统（3G）标准中（除了EDGE）都采用了某种形式的CDMA。

因此CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象。

在军用领域。

目前国内外研究的焦点主要集中在军用通信，军用测控，对抗与反对抗等方面。

1.3课题研究的内容

　　本课题主要是基于DS-CDMA系统理论对多址接入的研究和基于MATLAB的仿真设计，包括：

　　1、首先对DS-CDMA系统原理进行了研究，了解了系统的工作过程，为系统的设计奠定基础；

　　2、研究多址接入对系统的影响；

　　3、在上述研究工作的基础上，提出改进的方法，利用不同的扩频码降低系统的误码率。

　1.4课题研究方法

　　1、设计DS-CDMA通信系统，搭建系统仿真程序。

2、根据仿真目的设置参数，调用主程序仿真子程序。

3、由得出的图形分析结果何原因。

4、提出改进方法，并用程序实际仿真。

第二章基础知识

2.1扩频通信系统简述

2.1.1扩频通信系统的基本原理

扩展频谱（SpreadSpectrum）通信是围绕如何提高信息传输的可靠性而提出的一种有别于常规通信系统的新调制理论和技术，简称扩频通信。

扩频通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个与待传输的信息信号无关的特定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了的频谱进行压缩，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。

扩频通信系统有以下两个特点，有时也称为判断扩频通信系统的两大准则，如下：

（1）传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；

（2）传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。

其基本理论依据是信息理论中的香农的信道容量公式

（2-1）

式中：

C——信道容量，单位为bit/s

B——信道带宽，单位为Hz

S——信号功率，单位为W

N——噪声功率，单位为W

香农公式表明了一个信道无差错传输信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。

当S/N远远小于1时，式（2-1）可写为：

B=0.7C*N/S（2-2）

从（2-2）式可以看出：

对于任意给定的噪声信号功率比N/S,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号噪声比S/N下降时，可以增大系统的传输带宽B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。

也就是说给于任意给定的信息传输速率C，当信号噪声功率比S/N下降时，可以用增大系统的传输带宽B来获得较低的信息差错率。

扩频通信系统正是利用这一原理，用高速度的扩频码来扩展待传输信息信号带宽的手段，达到提高系统抗干扰能力的目的。

扩频通信系统的传输带宽比常规通信系统的传输带宽大几百倍甚至几万倍，所以在相同信息传输率和相同信号功率的条件下，具有较强的抗干扰能力。

2.1.2扩频通信系统的分类

现有的扩频通信系统按其产生扩频信号的工作方式，一般可分为如下几种:

（1）直接序列扩展频谱系统（DirectSequenceSpreadSpectrum,DS-SS）:

简称直接序列系统或直扩系统。

它是用待传输的信息信号与高速率的伪噪声（伪随机）码波形相乘后，去直接控制载波信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。

（2）时间跳变系统，记为TH（TimeHopping）:

跳时扩频系统主要通过扩频码控制发射机的通断，可以减少时分复用系统之间的干扰。

（3）频率跳变扩频系统，记为FH（FrequencyHopping）。

频率跳变系统又称为“多频，码选，频移键控”系统，主要由码产生器和频率合成器两部分组成。

它的产生，可以用二进制伪随机码序列去控制射频载波振荡器输出信号的频率，从而使发射信号的载波频率随着伪随机码的变化而跳变。

（4）线性脉冲调制系统（chirp）：

在一个给定的脉冲时间间隔内，系统的工作频率线性地扫过一个很宽的频带，从而形成了一个很宽的扫频信号。

（5）混合扩频通信系统：

上述各方式的混合形式。

上述4种基本扩频系统各有优缺点，单独使用一种系统有时难以符合要求，于是将上述集中扩频方式结合起来就构成了混合扩频通信系统。

常用的混合扩频方式有FH/DS，FH/TH，TH/DS等。

本文主要研究了较为常用的扩频系统—直接序列扩频通信系统，其系统实现方法比较简单并且应用广泛。

2.2直接序列扩频通信系统

直接序列扩频通信系统（DirectSequenceSpreadSysterm），DSSS

简称直扩系统，是目前应用较为广泛的扩频通信系统。

早期，一些军事领域的研究开发，例如全球定位（GPS），航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统等都是直扩系统。

直扩信号的发射与接收部分可总结为：

三次调制，一次解扩，一次解调。

在接收端，对接收信号进行解扩解调处理就可以恢复出原始发送的信息。

直接序列扩频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。

而在接收端，用与发射端扩展使用的一样的伪随机序列来解扩接收到的扩频信号，恢复出原始的信息。

它的发射部分原理框图如图2.1所示。

在收到发射信号后，接收机要用一个和发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行相关处理，这一处理过程常常称为解扩，解扩后的信号送到解调器，解调后就可以恢复出原始发射信息，接收部分原理框图如图2.2所示。

2.1直扩系统发射部分框图

2.2直扩系统接收部分框图

2.2.1直接序列扩频通信系统的基本调制方式

由直接序列扩频通信系统的基本原理可知，在扩频系统中，扩频信号是通过载波调制后发送到信道中去的。

在直接序列扩频通信系统中，通常采用的调制方式，有如下几种

（1）二相相移键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）：

它是扩频系统中最常用的一种调制方式。

（2）四相相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK）：

它是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式。

（3）偏移四相相移键控（Offset．QPSK），是QPSK的改进型。

本文主要采用最常用的一种调制方式,即QPSK调制方式。

2.2.2直扩通信系统中的扩频码类型及仿真分析

扩频码的特点:

（1）具有良好的伪随机性，即伪随机码是按照预先一定的规律形成的，使通信对方能够按此预定的规律将信号检测出来，但是不知道预定规律的无关接收就难以把信息恢复出来。

（2）具有良好的自相关、互相关特性，即有着尖锐的自相关峰值，互相关峰值近似为零，这样接收端容易准确的把所需信号检测出来，并降低检测误差。

（3）足够多的随机序列数目，在码分多址通信系统中，保证有足够的地址码可以分配。

（4）工程上易于实现，设备简单，所需成本低。

较多使用的扩频序列的有：

m序列、Gold序列、Walsh序列、互补序列、混沌序列等等。

下面重点介绍几种常见的扩频序列。

1.m序列，是最长线性移位寄存器序列，有优良的自相关特性。

m序列容易产生与复制，在扩频技术中得到广泛的应用。

本节对它的产生和性质作简单介绍。

m序列是移位寄存器加反馈后形成的。

.....

2.3m序列发生器

上图产生的二值序列的序列值为:

=

序列周期由反馈系数A，j=1,2，……，n决定。

有些能产生最大长度序列。

如图2.3所示为一个n=4的序列发生器，其周期为N=2-1=15。

直接序列扩频通信系统的干扰研究

m序列的优点是容易产生、规律性强、自相关特性好，因而在直扩系统中得到了广泛的应用。

但是它可产生序列数目较少，且互相关性不理想，又加之是线性反馈逻辑，容易被敌人破译，有着保密性、抗截获性差的缺点。

2.Gold序列，m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个数不多，且m序列之间的互相关函数值不理想。

R.Gold于1967年提出了一种基于m序列的码序列，称