基于MATLAB的扩频通信系统仿真的设计
摘要：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，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink和Monte Carb仿真算法，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。通过分析无干扰时的误码率仿真曲线与理论计算值，证明了所建仿真模型的正确性。同时，利用建立的仿真系统，研究了扩频增益与输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高通信系统的抗干扰能力。
关键词：扩频通信；信噪比；扩频增益；MATLAB
目录
第一章 绪 论
1.1 选题的目的与意义
1.2 本课题在国内外的发展现状 1.3 本课题要解决的主要问题 第二章 扩频通信
2.1 扩频通信的基本原理 2.1.1 扩频通信的定义 2.1.2 扩频通信的理论基础 2.1.3 扩频通信的主要性能指标 2.1.4 扩频通信系统的主要工作原理 2.1.5 m序列
2.1.6 扩频通信的实现方法 2.2 扩频通信系统的特点 2.2.1 抗干扰性强 2.2.2 低截获性
2.2.3 抗多路径干扰性能好 2.2.4 保密性好
第三章 扩频通信系统仿真模型的建立 3.1 Simulink简介
3.2 Simulink应用的学习
3.2.1 Simulink工作平台 3.2.2 Simulink仿真模块 3.2.3 Simulink仿真过程 3.2.4 Simulink模块库
3.2.5 仿真模型的建立与模块参数与属性的设置 3.2.6 其他应用模块集和Simulink扩展库 3.3 模型建立及主要模块设计 第四章 扩频通信系统的仿真结果 4.1 对直接扩频通信系统的仿真 4.2 扩频增益与输出端信噪比的关系 结束语 参考文献 附录一 原理框图 附录二 仿真模型图 附录三 仿真结果图 致谢
第一章 绪论
1.1 选题的目的与意义
扩展频谱通信具有很强的抗干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛的应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统李永乐扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大的降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数认为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。
Simulink是MATLAB中的一个可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，广泛运用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。它包括一个复杂的接收器、信号源、线性和非线性组建以及连接组建的模块库，用户也可以根据需要定制或者创建自己的模块。Simulink的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。
1.2 本课题在国内外的发展现状
扩频技术(Spread Spectrum, 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）、Ad Hoc网络以及家庭局域网等，其中连接的