【正文】 中北大學分校學士學位論文 I 【摘要】 直接序列擴頻通信系統(tǒng)（ DSCDMA）因其抗干擾性強、 隱蔽性好、易于實現碼分多址（ CDMA）、抗多徑干擾、直擴通信速率高等眾多優(yōu)點，而被廣泛應用于許多領域中。針對頻通信廣泛的應用，本文用 MATLAB 工具箱中的SIMULINK通信仿真模塊和 MATLAB函數對直接序列擴頻通信系統(tǒng)進行了分析和仿真，使其更加形象和具體。 中北大學分校學士學位論文 II 目 錄 【摘要】 ....................................................................... I 【 ABSTRACT】 .................................................. 錯誤 !未定義書簽。 ......................................................................... 1 直序擴頻系統(tǒng)的應用背景 ................................................... 1 直序擴頻系統(tǒng)的特點 ....................................................... 2 直擴系統(tǒng)的發(fā)展 ........................................................... 3 2． CDMA 數字蜂窩移動通信的介紹 ................................................. 4 CDMA 簡介 ................................................................. 4 CDMA 技術背景 ......................................................... 4 幾種常見的 CDMA 技術 .................................................. 4 CDMA 的特點 ........................................................... 4 CDMA 通信技術的基本原理 .................................................. 5 CDMA 通信技術的基礎 ................................................... 5 CDMA 通信技術的基本原理 ............................................... 6 CDMA 的應用前景 ........................................................... 6 3. 擴頻碼序列 .................................................................. 7 碼序列的相關性 ........................................................... 7 M序列 .................................................................... 8 GoId 碼序列 .............................................................. 11 4．直接序列擴頻通信技術 ....................................................... 13 直接序列擴頻的概念及理論基礎 ............................................ 13 直接序列擴頻的概念 .................................................. 13 擴頻通信的理論基礎 .................................................. 13 擴頻增益和抗干擾容限 ................................................. 14 直接序列擴頻的基本原理 .................................................. 15 直擴系統(tǒng)的性能 ......................................................... 18 直擴系統(tǒng)的抗干擾性 .................................................. 18 中北大學分校學士學位論文 III 直擴信號的抗截獲性 .................................................. 19 直擴碼分多址通信系統(tǒng) ................................................ 19 直擴系統(tǒng)的抗多徑 干擾性能 ............................................ 20 直擴測距定時系統(tǒng) .................................................... 20 擴 頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 .............................................. 20 5. 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 .......................................... 21 MATLAB 的基本操作 ....................................................... 22 Simulink 仿真技術 ....................................................... 23 Simulink 窗口環(huán)境 .................................................... 23 功能模塊的連接及設置 ................................................ 24 Simulink 對通信系統(tǒng)的仿真 ............................................ 27 MATLAB 源程序設計 ....................................................... 32 【參考文獻】 .................................................................. 40 【致 謝】 .................................................................... 41 【附錄】 ...................................................................... 42 英文文獻 .................................................................... 42 中文文獻 .................................................................... 46 中北大學分校學士學位論文 1 1. 引言 1． 1 直序擴頻系統(tǒng)的應用背景 : 直接序列擴頻 (DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術是當今人們所熟知的擴頻技術之一。 這種 技術 是 將要發(fā)送的信息用偽隨機碼（ PN 碼）擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴展用的 相同的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出發(fā)送的信息。 它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供安全保障 , 是美軍重要的無線保密通信技術 。這種技術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的信號。有關擴頻通信技術的觀點是在 1941 年由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 Gee Antheil 提出的。基于對魚雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利 。不幸的是，當時該技術并沒有引起美國軍方的重視，直到十九世 紀八十年代才引起關注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。 直序擴頻 解決了短距離數據收發(fā)信機、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS)、 3G 移動通信系統(tǒng)、 WLAN (, , )和藍牙技術等應用的關鍵問題。擴頻技術也為提高無線電頻率的利用率 (無線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源 )提供幫助。 直序擴頻通信系統(tǒng)的工作原理 如圖 11所示。 在發(fā)端輸入的數字信號信息，先由擴頻碼發(fā)生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜，擴頻碼序列一般采用 PN 碼。展寬后的信 號再調制到射頻發(fā)送出去。 調制多采用 BPSK、 DPSK、 MPSK 等調制方式。 在接收端收到的信號進行解調（一般采用相干解調）。然后由本地產生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列去相關解擴?；謴统稍斎氲男畔⑤敵觥? 信息 信息 擴 頻 射頻調制 射頻發(fā)生器 偽 碼 擴頻解調 本地偽碼 解調 本地射頻 發(fā)生器 圖 11 擴頻通信工作原理 中北大學分校學士學位論文 2 由此可見， — 般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行兩次調制和相應的解調。一次調制為擴頻調制，二次調制為射頻調制，以及相應的解擴和射頻解調。 與一般通信系統(tǒng)比較，擴頻通信就是多了擴頻調制和解擴部分。 1． 2 直序擴頻系統(tǒng)的特點 : ： 1） 抗干擾性強 抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了 100 倍，如要保持原干擾強度，則需加大 100 倍總功率，這實質上是難以實現的。因信號接收需要擴頻編碼進行相關解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾，在不知道信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術的無線網橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網絡。 2） 隱蔽性好 因為信 號在很寬的頻帶上被擴展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現信號的存在，加之不知擴頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設備構成干擾。 3） 易于實現碼分多址（ CDMA） 直擴通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費了頻段？其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴通信要用擴頻編碼進行擴頻調制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關解擴才能得到，這就給頻率復用和多址通信提供了基礎。充分利用不同碼型的擴頻編碼之 間的相關特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼，就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實現了頻率復用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數據； 同樣，接收者用不同的擴頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數據，實現了多址通信 ， 提高了頻譜利用率。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。 4） 抗多徑干擾 無線通信中抗多徑 （發(fā)射的信號經多條不同路徑傳播） 干擾一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關 特性，在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。 5） 直擴通信速率高 直擴通信速率可達 2M， 8M， 11M，無須申請頻率資源，建網簡單，網絡性能好。 6） 有很強的保密性能。 對于直擴系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。由于直擴信號的頻譜密度很低，直擴系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影響就很小。 ： 中北大學分校學士學位論文 3 直擴系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機碼的同步 ，以便接受機用此同步后的偽隨機碼去對接受信號進行相關解擴。直擴系統(tǒng)隨著偽隨機碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時間就長。 直擴系統(tǒng)的發(fā)展 由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴頻技術非常適合商業(yè)應用。在容許無線設備公開使用的電磁環(huán)境里，它對其他傳統(tǒng)微波設備造成最小的干擾，同時對附近其他設備有更高的抗擾性。上世紀 80 年代末，晶體電子技術的先進程度已經足以提供商用的、成本效益好的