基于MATLAB的扩频通信系统仿真毕业论文(4)

B――为系统信道带宽（Hz）； Gp――扩频处理增益； △F――信息带宽； 由上式可以看出，B与△F差别越大，Gp越大，也就是说，扩频的增益越大。它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与Gp有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。系统的抗干扰容限Mj定义如下：

（2-3）

式中：

S/N ―― 输出端的信噪比； Ls ―― 系统损耗； Gp――扩频处理增益； Mj――系统的抗干扰容限；

由此可见，抗干扰容限Mj与扩频处理增益Gp成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益【1】。 2.2 频谱的扩展实现

频谱的扩展是用数字化方式实现的。在一个二进制码位的时段内用一组新的多位长的码型予以置换，新码型的码速率远远高出原码的码速率，由傅立叶分析可知新码型的带宽远远高出原码的带宽，从而将信号的带宽进行了扩展。这些新的码型也叫伪随机（PN）码，码位越长系统性能越高。通常，商用扩频系统PN码码长应不低于12位，一般取32位，军用系统可达千位。

当选取上述任意一个序列后，如M序列，将其中可用的编码，即正交码，两两组合，并划分为若干组，各组分别代表不同用户，组内两个码型分别表示原始信息\和\。系统对原始信息进行编码、传送，接收端利用相关处理器对接收信号与本地码型相关进行相关运算，解出基带信号( 即原始信息)实现解扩，从而区分出不同用户的不同信息。微波无线扩频通信的原理见图1。

图1扩频系统基本原理图

根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列扩频（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）、线性调频以及以上几种方法的组合（混频）[3]。

2.3 m序列

Shannon在证明编码定理的时候，提出了用具有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，它有及其优良的相关特性。但是至今无法实现对白噪声的放大、调制、检测、同步及控制等，而只能用具有类似带限白噪声统计特性的伪随机码来逼近它，并作为扩频系统的扩频码。

m序列是最长线性移位寄存器，是最重要的伪随机序列之一，这种序列易于产生，有优良的自相关特性。m序列是由移位寄存器加反馈后形成的，其结构如图2所示。图中α

n-1

（ i=1，2，3，?， r）为移位寄存器中每位寄存器的状态；

ci（ i=1，2，3，?，r ）为第 n位寄存器的反馈系数。当n =0时，表示无反馈，将反馈线断开；当ci=1时表示存在反馈，将反馈线连起来。在此结构中c0=cr=1，c0不能为0，c0为0就不能构成周期性序列，因为 c0=0意味着无反馈，为静态移位寄存器。cr也不能为0，即第r 位寄存器一定要参加反馈，否则，r级的反馈移位寄存器将减化为r-1级的或更低的反馈移位寄存器。不同的反馈逻辑，即 ci（ i=1，2，3，?， r-1）取不同的值，将产生不同的移位寄存序列[2]。 2.4 直序扩频

扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。

直接序列扩频工作方式，简称直扩方式（DS方式）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。 直接序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。

图2直接序列扩展频谱系统简化框图

由上图看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去

调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。

图3 直序扩频的频谱扩展过程

直接序列扩频（DS-Direct Scquency）的频谱扩展和解扩过程见图3和图4所示。直接序列扩频就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的信息。

图4 直接序列的频谱解扩过程

在图上我们可以看出：1，在发端，信息码经码率较高的PN码调制以后，频谱被扩展了。在收端，扩频信号经同样的PN码解调以后，信息码被恢复；2，信息码经调制、扩频传输、解调然后恢复的过程，类似与PN码进行了二次\模二相加\的过程。

直序扩频系统的内容十分广泛。根据需要不同，实际直序扩频系统的扩频、调制、解扩、解调等部分可以采用不用的方案[4]。 2.5 本章小结

直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum）系统是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。直序扩频系统的特点有：

1 抗干扰性强 2 隐蔽性好

3 易于实现码分多址（CDMA） 4 抗多径干扰 5 直扩通信速率高 6 抗衰落

7 远－近\效应\8 组网能力 9 窄带系统的兼容

3.SIMULINK模型建立

基于MATLAB/Simulink所建立的扩频通信系统的仿真模型，能够反映扩频通信系统的动态工作过程，可进行波形观察、品剖分析和性能分析等，同时能根据研究和设计的需要扩展仿真模型，实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真，为系统的研究和设计提供强有力的平台。图2为基于MATLAB/Simulink的直接序列扩频通信系统的仿真模型。

图5 基于Simulink 的直接序列扩频通信系统的仿真模型

3.1 随机整数发生器（Random Integer genarator）

随机整数发生器(Randon Integer generator)作为仿真系统的信源，随机整数发生器产生二进制随机信号，采用时间、初始状态可自由设置，从而满足扩频通信系统所需信源的要求。

3.2 PN序列发生器（PN Sequence Generator）

用PN序列发生器（PN Sequence Generator）产生伪随机码，对基带信号进行扩频。扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过