西华大学课程设计说明书
直接序列扩频通信系统的设计
摘 要：直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、 隐蔽性好、易于实
现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。针对频通信广泛的应用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。
关键词：直接序列扩频通信系统，码分多址，MATLAB仿真，SINMULINK模块仿真
ABSTRACT：Direct sequence spread spectrum communication system because of its advantage
such
as
strong
anti-disturbance,hidden,
being
easy
to
realize
CDMA ,anti-multi-path interference,DS communications rate higher strengths and so ,so it is widely used in many fields. With the wide use of the direct sequence spread spectrum communication technique , this text use communication simulated module of SIMULINK in the toolbox of MATLAB and MATLAB functions to make an analysis and emulation to DS-CDMA system and make the system more image and particular. Key words： DS-CDMA ,CDMA,MATLAB ,SINMULINK
I
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目录
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1.前言
直接序列扩展频谱通信是将待发送的信息码用伪随机码调制进行频谱扩展,在接收端用同样的伪随机码进行解扩处理,恢复原始信号的通信方式。它的理论基础是香侬信道容量公式C = log2 (1 + S/N) : 为达到给定的信道容量要求,可以用带宽换取信噪比,即在低信噪比的条件下可以用增大带宽的方法无误地传输给定的信息[1 ] 。同时,由于直扩通信还具有抗干扰、抗多径、保密性、多址复用等特点,被认为是最有发展前景的通信方式。目前广泛地应用于移动通信,军用中的高保密抗干扰数据链,全球定位系统GPS ,电子医学测量和工业中的无损检测等。通信系统的软件仿真是现代通信系统设计、调试和检测中的有力工具。通过仿真的方法,可以在避免建立实际的硬件电路的条件下,做出系统的最佳设计方案,估计和评价系统工作性能,极大地节省了科研人员的时间和精力。它虽然不能完全代替实验,但却可以十分逼真地模拟实验,在某些难以实现或不可能实验的情况下,仿真的作用就更加重要。目前,国外的信仿真已经被广泛应用,比较著名的仿真软件主要有SPW 、COSSAP 和SERENADE等。扩频通信件仿真的主要侧重点,一是通过蒙特卡罗或重点抽样等算法来计算扩频通信系统在噪声干扰下的误码率[2 ,3 ] ;另一种则是通过通信仿真软件设计并模拟扩频通信系统的电路。本文侧重于后者,在建立直扩通信系统模型的基础上,用ANSOFT公司的系统仿真软件SERENADE 对其进行全面的仿真,包括信号的扩频、调制、信道传送、本地扩频码捕捉与跟踪、解扩、载波同步与解调的全部过程。给出了各部分的仿真框图和框图中重要器件的输出波形,全面而详细地展示了扩频通信的关键技术,即扩频码同步捕获与跟踪的全过程。
m序列是最长线性移位寄存器序列的简称。二进制的m序列是一种重要的伪随机序列，有优良的自相关特性。容易产生、规律性强，但其随机性接近于噪声和随机序列。m序列在扩展频谱及码分多址技术中有着广泛的应用，并在m序列基础上还能够成其它码序列，因此无论从m序列直接应用还是从掌握伪随机序列基本理论而言，应该熟悉m序列的产生及其主要特性。
顾名思义，m序列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。在二进制移位寄存器发生器中，若n为级数，则所能产生的最大长度的码序列为2n－1位。
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2.系统总体方案设计
图2-1 是直扩系统的总体框图,主要由发送、信道和接收三部分组成。在发送端,PN 码时钟的信号输入到PN 码产生器,输出端发的PN 码序列,它在PN 码调制器中对信息码进行扩频,然后将扩频基带信号送到载波调制器中调制成BP2SK信号。该信号经过高斯白噪声信道传输,进入接收端。
图2-1直接扩频系统的总体框图
3 .系统各部分的工作原理与模型
3.1 发送端与信道
发送端的PN码产生器是一个7阶线性反馈移位寄存器 ,输出长度为 (27 - 1) = 127 的 m 序列的 PN 码 ,其特征多项 式为f ( x) = 1+ x + x7 PN 码信号的频率和相位由 PN 码时钟信号决定 。扩频调制 器是一个乘法器 ,信息码的频谱在这里得到了扩展 ,载波调 制器进行载波调制和功率放大后发送信号 。
若用 d ( t) 和 PN ( t) 分别表示信息码和 PN 码信号 , ω0 表示载波频率 , P 表示发射功率 ,则 CM 输出的信号可以表 示为
式中 d ( t ) = ±1, PN( t ) = ±1
由于扩频通信对窄带噪声的抑制能力较强,而当噪声带宽和扩频带宽一样都非常宽时,扩频通信系统对噪声不再有明显的抑制能力,因此这里要将高斯白噪声信道设置为信噪比较好的信道。
2
(1)
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3.2同步捕捉环路
在通信刚开始时, PN 码肯定处于失步状态 , 收端的PN码可以用 PN ( t - τ)表示 ,其中 |τ| > Tc , Tc为表示一个 PN 码元宽度的切普周期 ,这时要用滑动的方法调整本地 PN 码 相位 ,使之与发端的 PN码相位差在半个切普周期之内 ,即|τ| < Tc / 2 。同步捕捉环路的框图如图 2 所示 。
接收信号 x ( t) + n ( t) 和 PN (t - τ) , 从 1 、2 两个端口输 入后 ,通过乘法器和匹配带通滤波器组成的相关器 ,输出表 示相关值大小的三角包络正弦信号 。如果忽略噪声 ,乘法器 的输出可以表示为
(2)
当 PN 码已经同步 ,即τ= 0 时 ,有 PN ( t) PN ( t - τ) = 1 ,所以此时有
(3)
匹配带通滤波器与
相匹配，其冲激相应为
(4)
图3-1同步捕捉环路仿真框图
式中 Td—信息码元周期 , 它与切普周期的关系是 Td =N Tc , N—扩频码长 。所以当| τ| < Tc 时 , 对于 x ( t) 在一个信息码周期内 （n-1）Td < t < nTd 的信号 ,其输出为ymbpf(t)≈
Pd(t)R(τ)(1-|t-nTd|/Td)cosω0t( n-1)Td 3