【正文】 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真 學(xué)號： 070211034 第 1 頁 共 18 頁 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真 作者姓名：汪仟 指導(dǎo)老師：謝紹國 摘要 ：以 MATLAB 提供的仿真工具對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)模塊和接收機(jī)模塊進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，通過傳輸過程中各個波形和頻譜變換圖，研究直擴(kuò)系統(tǒng)誤碼率、信噪比和擴(kuò)頻增益的關(guān)系。在給定的仿真條件下對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)信噪比比較高、性能較好，且在誤碼率保持不變的情況下，增加直擴(kuò)通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益并增加輸出端的信噪比。本文用 MATLAB 工具箱中的通信仿真模塊和 MATLAB 函數(shù)對直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析和仿 真，使其更加形象和具體。 關(guān)鍵詞 ： 直接序列擴(kuò)頻 ,擴(kuò)頻增益 ,信噪比 1 引 言 1． 1 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用背景 直接序列擴(kuò)頻 (DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將發(fā)送信息用偽隨機(jī)碼（ PN 碼）擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)送 端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對接收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出 原始 的信息 [2]。 它是二戰(zhàn)期間 發(fā)明 的，最初的用途是為軍事通信 的 安全 和 保障 , 是美軍重要的無線保密通信技術(shù) 。這種技術(shù)使敵人很 難探測到信號。即便探測到信號，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號重新匯編成原始信號。擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn)是在 1941 年由好萊塢女 星 Hedy Lamarr 和鋼琴家Gee Antheil提出?；隰~雷控制的安全，他們申請了專利 。遺憾 的是，當(dāng)時 這種 技術(shù)并沒有引起美國軍方的 注意 ，直到十九世紀(jì)才引起 重視 ， 把 它用 在 敵對環(huán)境中的通信系統(tǒng)。 直序擴(kuò)頻 解決了短距離數(shù)據(jù) 傳輸， 如：衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS)、 3G移動通信、 WLAN 和藍(lán)牙技術(shù)的 應(yīng)用。 在發(fā) 送 端輸入的數(shù)字信號信息，先由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信 號以展寬信號的頻譜，擴(kuò)頻碼序列一般采用 PN 碼。 擴(kuò)展 后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。調(diào)制多采用 BPSK、DPSK、 MPSK 等調(diào)制方式。 在接收端收到的信號進(jìn)行解調(diào)（一般采用相干解調(diào)）。然后由本地產(chǎn)生的與發(fā) 送 端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)?；謴?fù)成原輸入的信息輸出。 1． 2 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn) 1． 2． 1 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 1）抗干擾性強(qiáng) 抗干擾是擴(kuò)頻通信特 點(diǎn) 之一， 例如 信號擴(kuò)頻寬度為 10 倍，窄帶干擾基本 起不了 作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度 下降 了 10 倍， 如果 要保持原干擾強(qiáng)度，則需加大 10 倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信 號接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型 的 信號進(jìn)行干擾，在不知道信號的擴(kuò)頻碼 時 ，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)性 不同 ，干擾 起不了 作用。 2）隱蔽性好 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真 學(xué)號： 070211034 第 2 頁 共 18 頁 因?yàn)樾盘?的 頻帶被擴(kuò)展，信號功率譜密度 較低 ，信號 被 噪聲 干擾 ，別人 很難 發(fā)現(xiàn)信號， 再 加 上不知擴(kuò)頻編碼， 就更難提 取有用 信息 ，而 非常 低的功率譜密度，也很 難 對于其他電訊設(shè)備 造成 干擾。 3）易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（ CDMA） 直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜資源通信， 優(yōu)化 了抗干擾能力 ， 提高頻帶利用率。正是 因?yàn)?直擴(kuò)通信要經(jīng)過 擴(kuò)頻編碼 和 擴(kuò)頻調(diào)制 才能 發(fā)送 ，信號接收 端也要求 用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能 接收 ，這為 頻 分 復(fù)用提供 了 基礎(chǔ)。利用相關(guān)特性的不同類型的擴(kuò)頻編碼之間，擴(kuò)頻碼分配給不同的用戶，可以區(qū)分多用戶不同的用戶，只要使用 自己 的擴(kuò)頻碼， 就 可以互不干擾同時使用相同的通信頻率，從而實(shí)現(xiàn)頻 分 復(fù)用， 充分利用 擁擠的頻譜。 4）抗多徑干擾 無線通信中抗多徑（發(fā)射信號經(jīng)多條不同 的 路徑傳播）干擾 是一直存在的 ，擴(kuò)頻編碼的相關(guān)特性，在接收端 可以 用相關(guān)技術(shù)提取分離 出 有用信號，從而 實(shí)現(xiàn) 抗多徑干擾。 5）直擴(kuò)通信速率高 直擴(kuò)通信速率可達(dá) 2M， 8M， 11M， 不需要 申請頻率資源，建 網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。 6）有很強(qiáng)的保密性能。 對于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬 很 寬，譜密度 比較 低， 非常難 檢查到信號 信息 。 因?yàn)?直擴(kuò)信號的頻譜密度 較 低， 所以 對 其他 系統(tǒng)的影響就 較 小 [3]。 1． 2． 2直擴(kuò)通信系統(tǒng)的不足 除了 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是 同步以外，還必須 要求 偽隨機(jī)碼的同步，以便接 收 機(jī)用同步的偽隨機(jī)碼去對接 收 信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。 擴(kuò)展的 偽隨機(jī)碼 擴(kuò)頻系統(tǒng) ，同步精度高， 所以 同步時間長。 1． 3 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)展 1． 3． 1擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢 從擴(kuò)頻技術(shù)的歷史可以看出，每一 個 技術(shù)的發(fā)展都是由需求驅(qū)動的。軍事通信抗干擾的驅(qū) 動 和個人通信業(yè)務(wù)的驅(qū)動使擴(kuò)頻抗干擾性能得到最大限度的挖掘。 在今天 ，第四代移動通信系統(tǒng)（ 4G）的驅(qū)動 擴(kuò)展了 擴(kuò)頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力。 4G 有以 下的主要特 點(diǎn) ： ① 靈活性 大 ； ② 成本 較低 ； ③ 個性化和綜合化的 業(yè)務(wù) 。 現(xiàn)在 實(shí)現(xiàn) 4G 觀點(diǎn) 大致上 有 2 種：一是開發(fā)無線接口技術(shù)；另一種則是集成 新 的無線系統(tǒng)。前者關(guān)注新技術(shù)的應(yīng)用， 后者 更 看重 的是將現(xiàn)有的和未來的通信系統(tǒng) 相結(jié)合。 在 4G 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)中，有的技術(shù)是擴(kuò)頻技術(shù)的 擴(kuò)展 ，有的則 是 與擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合，還有的則 是 用于擴(kuò)頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，因此這些新技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn) 了 擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢 [4]。 1． 3． 擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益 是一個重要指標(biāo) ，傳輸帶寬 一定時 ， 為了 提高數(shù)據(jù)的傳輸速率就 必須 降低擴(kuò)頻增益，擴(kuò)頻增益的降 低就 意味著擴(kuò)頻系統(tǒng)性能的降低， 從而 提高傳輸數(shù)據(jù)速率，降低擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能（即保證一定的擴(kuò)頻增益），就 要求 提高傳輸帶寬。超寬帶 (UWB)技術(shù)可以 視為 一種擴(kuò)頻 傳輸帶寬從而獲得高數(shù)據(jù)傳輸率 技術(shù)。 UWB 是 一種短距離通信技術(shù)在未來無線通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中 也起著 重要的 作用 。 2 CDMA 數(shù)字蜂窩移動通信的介紹 2． 1 CDMA 技術(shù)背景 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真 學(xué)號： 070211034 第 3 頁 共 18 頁 CDMA（ Code Division Multiple Access）碼分多址。它是基于 IS95標(biāo)準(zhǔn)（雙模 式 寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動 站 —基站兼容標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)字移動電話系統(tǒng)。 CDMA是根據(jù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng) 的 要求大 、 質(zhì)量 高等要求 而設(shè)計(jì)的一種移動通訊技術(shù)。它是由美國高通公司開發(fā)的移動通信技術(shù)， 起初 用于軍事領(lǐng)域。與使用時分 復(fù)用 的 GSM 技術(shù) 相比 ， CDMA并不給每一個 用戶 分配一個確定的頻率，而是讓每個 用戶 都使用全部的頻率，使用戶共享同一個無線頻率 [5]。 CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字移動系統(tǒng)。每個用戶都有自己的地址碼且各個碼直接相互獨(dú)立，互不影響。由于我們 用不同的地址碼來區(qū)分用戶，所以對頻率和時間沒有特定的限制，在這個方面通信是可以混疊的。 CDMA示意圖如下圖 1 所示，用戶信息用Ci來區(qū)分 [6]。 圖 1 CDMA示意圖 2． 2 幾種常見的 CDMA 技術(shù) 1. N－ CDMA：窄帶碼分多址系統(tǒng)，在美國又稱為 IS－ 95。由高通公司創(chuàng)立，具有大容量、小蜂窩半徑、運(yùn)用寬波技術(shù)和特殊密碼主題的特點(diǎn)， 1993 年被電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會采用。 2. B－ CDMA：寬帶碼分多址系統(tǒng)，包括 W－ CDMA、 CDMA2021 和 TD－ SCDMA，它們分別是歐洲、美國（高通）和中國（大唐電信與西門 子合作）所提出并開發(fā)的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。 3. CDMAOne：流行于日本的一個品牌，是應(yīng)用 IS―95 CDMA 技術(shù)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)。 4. CDMAPCS： CDMA個人通訊服務(wù)系統(tǒng)。與運(yùn)行在 800MHz 的 CDMA進(jìn)行比較，具有系統(tǒng)容量大、收費(fèi)低，適用于人口稠密地區(qū)等特點(diǎn)。 2． 3 CDMA 特點(diǎn)