成都学院(成都大学）课程设计报告 第3章 扩频系统的设计与实现
3.1直接通信系统仿真
直扩通信系统的仿真包括发送端、信道及接收端三大部分。图3-1给出了直扩通信系统仿真的原理框图。 扩频 BOSK调制 信源 LDPC编码 发端PN码 产生器 同步 同 PN码捕获 失 本地 锁 PN码跟踪 PN码 产生器 解扩 BPSK解调 信宿 LDPC译码 图3-1 直扩通信系统原理框图
发送端首先对信源出来的原始数据信号依次进行LDPC信道编码、直序扩频调制、BPSK调制，然后进入信道，信号在信道中加入高斯白噪声和窄宽单频干扰。
接收端收到信号后，首先将信号送入干扰抑制模块，然后进行同步（包括PN捕获和PN码跟踪），在同步之后完成解扩，再仅解调得到基带数据，最后通过LDPC译码，恢复出发送的原始信息序列。
发射机 无线信道（噪声与干扰）FFT频域限 波干扰抑制 3.2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3-2所示。
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成都学院(成都大学）课程设计报告 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3-2直接扩频仿真组成框图
由图3-2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(3-2.1)。
TbG?10log (3-2.1) Tp
由于有Tp??Tb，所以信码的频谱被展宽了，信号在传输的过程中经过AWGN信道，被叠加了高斯白噪声，同时还受到了干扰信号的影响，最终得到的信号c(t)包括“有用信号+高斯白噪声+干扰”。
接收端收到此信号后，经过解扩电路，得g?(t)?c(t)?p(t)?c(t)?p(t)?p(t)?c(t)，对g?(t)进行码元判决，即可得到原始的输入信号。
3.3 BPSK调制
二位相移控件（BPSK）是扩频系统中最为常用的一种调制方式。设扩频码为c(t)，载波频率为?0，调相波可表示为
s(t)?Acos[?0t??c(t)] （3-3.1）
式中，?是相位调制指数。若规定在扩频码序列中，当c(t)?0时，?c(t)???0?0；当
c(t)?1时，?c(t)??，这种调制称为二相位相移键控。这种二位相移键控信号可表示为
?Acos?0tc(t)?0 （3-3.2） s(t)??c(t)?1?Acos?t0?在实际运用过程中，扩频码通常采用双极性，即c(t)???1,?1?，因此BPSK信号可用下
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成都学院(成都大学）课程设计报告 列平衡调制信号表示
s(t)?Ac(t)cos?0t （3-3.3）
平衡调制器有二级管平衡调制器和桥式平衡调制器等多种形式。当c(t)?1，二极管D1、
D2导通，输入为s(t)?Acos?0t，当c(t)?1时。二极管D3、D4导通，输出为
s(t)??Acos?0t。
即有：s(t)?Ac(t)cos?0t，完成二相调制。 若考虑信息码为d(t)，则直扩系统的BPSK调制输出为
s(t)?Ad(t)c(t)cos?0t （3-3.4）
式中，d(t)???1?，c(t)???1?。
3.3 m序列
m序列是最长线性移位寄存器序列的简称。它是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。由于m序列容易产生、规律性强、有许多优良的性能，在扩频通信中最早获得广泛的应用。
如图3-3所示，m序列可由二进制线性反馈移位寄存器产生。它主要由n个串联的寄存器、移位脉冲产生器和模2加法器组成。 图中第i级移存器的状态ai表示，ai?0 或ai?1，i=整数。反馈线的连接状态用ci表示，ci?1表示此线接通（参加反馈），ci?0表示此线断开。
由于反馈的存在，移存器的输入端受控地输入信号。不难看出，若初始状态为全“0”,则移位后得到的仍为全“0”，因此应避免出现全“0”状态，又因为n级移存器共有2?1种可能的不同状态，除全“0”状态外，剩下2?1种状态可用。每移位一次，就出现一种状态，在移位若干次后，一定能重复出现前某一状态，其后的过程便周而复始了。反馈线位置不同将出现不同周期的不同序列，我们希望找到线性反馈的位置，能使移存器产生的序列最长，即达到周期P?2?1。按图3-3中线路连接关系，可以写为：
（3-3.1） an?c1an?1?c2an?2?...?cn?1a1?cna0??cian?i(模2）i?1nnnn 6
成都学院(成都大学）课程设计报告 该式称为递推方程。 c0
模2加法器 c1 c2 cn?2 cn?1 cn an?1 an?2 a1
图3-3 线性反馈移位寄存器
a0 上面曾经指出，ci的取值决定了移位寄存器的反馈连接和序列的结构。现在将它用下列方程表示：
f(x)?c0?c1x?c2x?...?cnx??cixi （3-3.2）
2ni?0n
这一方程称为特征多项式。式中xi仅指明其系数ci的值（1或0），x本身的取值并无实际意义，也不需要去计算x的值。例如，若特征方程为f(x)?1?x?x4则它仅表示x0,x1和
x4的系数c0?c1?c4?1,其余为零。经严格证明：若反馈移位寄存器的特征多项式为本原
多项式，则移位寄存器能产生m序列。只要找到本原多项式，就可构成m系列发生器。
3.4扩频系统的解扩
输入相关解扩器的信号是接收到的信号，假设相移键控（BPSK）信号，这个信号在相关解扩器中与发射端扩频码完全相同的本地参考扩频码相乘，其效果与发射调频互补，即每当扩频码序列发生0→1或1→0跃变时，将输入载波信号的相位取反。如果接收的扩频码与本地参考扩频码的结构相同且在时间上（相位）已经同步，那么每当接收的扩频码与本地参考扩频码的结构相同且在时间上（相位）已经同步，那么每当接收信号的载波由于扩频码的变化而有相移时，接收机中的本地参考扩频码就再把它相移一次，这样两个互补的相移结合，就相互抵消了扩展频谱的调制，达到了对扩频信号解扩的目的。被解扩后的信号仍然是一已调信号，是一频带很窄的被信息信号调制的带通信号，中心频率仍在处。该信号送入解调器进行解调，即可恢复出传输的信息信号。
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成都学院(成都大学）课程设计报告 直接式相关解扩原理如图3-4所示。
相移键控
载波输入 cos(2?f0t) 平衡 调制器 调制信号
d(t)c(t)cos(2?f0t)
(a)调制器（PSK调制）
调制码d(t)c(t)
接收的相移键控调制信号 d(t)c(t)cos(2?f0t) 平衡 调制器 带通 滤波器 解扩信号
d(t)cos(2?f0t)
(b)直接式相关器 （与相移键位互补）
参考码
cr(t)
d(t)--信息信号 f0--载波频率 c(t)--扩频码 cr(t)--本地参考扩频码
图3-4 直接式相关解扩器
直接式相关解扩器的优点是结构简单，缺点是对于干扰信号有直通的现象。由图3-4-1可以看到，相关解扩器输入信号的中心频率（载波频率）是完全一样的，即如果输入相关解扩器的相移键控已调信号的载波频率是f0，则恢复后（即解扩后）的载波频率仍然是f0，那么一个在载波频率f0附近的窄带干扰信号（比有用信号强得多）就有可能绕过相关解扩器，如通过空间波耦合的形式，直接泄露出去。当发生泄漏时，相关解扩器的抑制能力是很差的。干扰信号没有参加相关运算就直接到达相关解扩器的输出端，失去了在解扩过程中系统所能获得的处理增益。由于这个原因，直接式相关解扩的抗干扰能力较低，它仅能用在一些对抗干扰能力要求不高的扩频通信系统中。
3.5扩频系统的解调
信号解调按图10完成。接收信号首先乘以在接收机的PN码序列发生器产生的波形c(t)，它是与接收信号中的PN码同号的。这一运算称为(频谱)解扩，因为在接收端乘以c(t)的效果就是将在发送端的扩频运算解开。据此有
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