3.3 直接序列扩频系统模型
直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。
在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。
中频 数据 乘法器 调制器 发射机 混频器 解调器 数据 滤波器 伪码 载波 伪码 时钟源 调制器 时钟源 发生器 发生器 发生器
本地
振荡器 (b) (a)
图3-3 直接序列扩频通信系统简化图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
图3-3为直接序列扩频通信系统的简化图 其中（a）(b)分别为通信系统的发射系统与接收系统的模块图
3.4直接序列扩频系统的matlab仿真
3.4.1直接扩频matlab仿真组成框图
直接序列扩频的matlab仿真组成框图如图3-4-1所示。
信码 模2运算 高斯信道 模2运算 判决电路 信码 m序列
干扰 m序列
图3-4-1（a） 直接扩频仿真组成框图
由图3-4-1（a）可以看出，在发送端，信码为m(t)，其码元宽度为Tp，伪随机码为p(t),其码元宽度为Tb，进行模2运算后，得到g(t)=m(t)?p(t)，码元宽度称为扩频出来增益，表示为式(3-1)。
G?10lgTbTp 式(12)
由于有Tp< ')t进行码元判决，即可得到原到g'(t)?c(t)?p(t)?c(t)?p(t)?p(t)?c(t)，对g(始的输入信号。 本次直接序列扩频通信中的伪随机序列为m序列，m序列是最长线性移位寄存器的简称。图3-4-1（b）示出的是由n级移位寄存器构成的码序列发生器示意图。 模2加c0an-1c1an-2c2cn-1a0cn 输出 图3-4-1（b） m序列发生器 在本次matlab设计中，PN码发生器为6级m序列产生器，本原多项式为1+x+x4，寄存器初始值设置为[1 1 1 0 0 0]，根据m序列发生器示意图就可以编写出m序列。 信道传输模块是指传输的信号经过AWGN信道时，不可避免地叠加了高斯白噪声信号，在本次设计中，对高斯白噪声信号的处理，是应用信号信噪比，根据 Sig，在已知信号功率谱的条件下，可以得出信道噪声的功率谱密度SNR?10lgN函数N??Sig?^2，则???SNR?P=N即为单位信号所叠加上的噪声的能量，将单位信号的噪声与白噪声的概率密度函数相关，再与信号相加，即可得到信道传输的信号。 用户是由rand()函数产生的随机码，并经过处理之后成为码值为1和-1变化的码序列，为了保证仿真的准确性，取5000个码元作为每次发送的信号，同时为了接收电路接收的方便，将信号的码值变换为0和1，再将信号重复G次，得到即将扩频的信号。PN码发生器为6级m序列产生器，本原多项式为1+x+x4，寄存器初始值设置为[1 1 1 0 0 0]，通过G次输出，与原信号码进行模二运算，即可得到扩频增益为G的扩频码输出。 仿真时，每个扩频chip被叠加一个 ?0取1，n=1,2?随着扩频chip的序号而改变。在信道传播的信号在接收端处 被加上一个形式为sin(n)的干扰信号。 3.4.2直接序列扩频系统的matlab仿真结果输出 信噪比计算是数学表达式如式(13)所示。 Es?2?2ss?10log2?10log SNR?10log 式(13) 2En?n??s??r)Asin(?0n)的干扰， 干扰幅值A取1和3， 其中Es为信码发射功率，En为噪声功率，?s为信源码，?r为信宿码，计算结果单位为dB。[5] 图3-4-2就是经过matlab仿真之后的图形，分别为10，30，50倍的扩频增益下的误码率和信噪比的变化曲线。 图3-4-2 扩频增益与误码率关系曲线 由图3-4-2可以看出，在相同扩频增益的条件下，系统的误码率随着系统信噪比的增加呈现出对数形状的减小；在相同信噪比的情况下，系统的误码率随着系统扩频增益的增大呈现出直线型的下降，即系统的误码率与系统的扩频增益和信噪比呈负相关，当系统的扩频增益足够大时，系统的误码率可以达到0。 三、多载波传输OFDM技术 3.1 OFDM原理 OFDM是多载波调制的一种。在传输过程中，无线信道多是不平坦的，而OFDM是一个具有很多信息的高速数据流，那么就必须采取信道中的不平坦处理，才能有效的把数据传输出去。 OFDM的思想是把传输中的数据流分成多个部分，把无线信道分成N个信道，而传输的数据流则是分成N条数据，在N个信道上分别传输。虽然总的信道是不平坦的，具有频率选择性，但是每个信道在自己的信道上传输，解决了平坦性。这样不仅有利于增大在传输过程中的符号的周期时间，还可以减少码间的干扰。最重要的一点是，加入了保护间隔，可以最大消除符号间干扰。 OFDM是一种特殊的多载波调制技术，传输的信息通过串并转换，在多个子信道上传输，不像传统的调制在一个时刻只能传输一个频率的信号，OFDM可以 在正交的频率上同时传送多路信号，能够充分的利用信道的带宽。 在OFDM系统中，每个传输符号速率的大小大约在几十bit/s到几十bit/s之间，必须进行串并转换，将输入的串行比特流转换成可以传输的OFDM符号。 因为调制模式可以自行转换，是可以自适应性调节的，所以每个子载波的调制模式可以变化，故串并变换需要分配给每个子载波数据段的长度也是不一样的。在接收端执行相反的过程，从各个子载波处传来的数据被转换回原始的串行数据。 当一个OFDM符号在多径无线信道中传输时，频率选择性衰落会导致某几组子载波受到相当大的衰减，从而引起比特错误，这些在信道频率响应上的零点会造成在邻近的子载波上发射的信息受到破坏，导致在每个信号中出现一连串的比特错误。与一大串错误连续出现的情况比较相比较，大多数前向纠错编码在错误分布均匀的情况下会工作得更有效。所以，为了提高系统的性能，大多数系统采用数据加扰作为串并转换工作的一部分。 正交频分复用技术不需要带通滤波器来分割子载波，DSP技术的成熟，可以通过快速傅立叶变换来选用那些即使混叠也能够保持正交的波形。[6] 3.2 OFDM系统模型 在OFDM中，调制和解调是必不可少的。在调制过程中，有多路子载波，我们对子载波上的信号进行差分相位键控调制方式，简称PSK调制方式。其调制和解调原理如下： PSK调制PSK调制串并转换（插入循环前缀）数据输入串并转换……PSK调制PSK调制IFFT数据输出 图3-2 (a)调制器原理图 PSK解调串并转换（去除循环前缀）PSK解调数据输入……FFT……PSK解调PSK解调……串并转换数据输出 图3-2(b) 解调器原理