毕业设计（论文）扩频通信中M序列的产生及其应用

1、摘 要扩频通信是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式。在扩频通信中常用m序列来实现频谱的扩展。本设计运用matlab中的simulink模块产生扩频通信中的m序列的实现，并分析了相关性能。然后用建模实现直接扩频系统的仿真。关键词：扩频通信；随机序列；相关性；仿真abstractspread spectrum communication is the rf bandwidth used to transmit information, the bandwidth is much larger than the information itself as a means of

2、communication. m-sequence used in spread spectrum communication to achieve universal frequency extension. this design use matlab simulink module to implement m-sequence spread spectrum communication, and analyze the relevant performance. then simulate the direct spread spectrum system.key words: spr

3、ead spectrum communication;random sequence;correlation; simulation目 录摘 要iabstractii第1章 前 言11.1 pn伪码系列与扩频系统11.2 设计背景和意义11.3 设计任务2第2章 扩频通信系统32.1扩频通信基础原理32.2扩频通信系统特点32.3扩频通信系统分类42.3.1直接序列扩频42.3.2 跳频扩频52.3.3 跳时扩频6第3章 m序列产生及仿真73.1 m序列73.1.1 m序列的产生原理73.1.2 m序列的性质123.1.3 m序列的相关性133.2 matlab及simulink简介143.2

4、.1 matlab介绍143.2.2 simulink143.3 m序列仿真及分析173.3.1m序列模型173.3.2仿真结果193.3.3 m序列相关性分析20第4章 直序扩频通信系统仿真214.1 建立ds扩频通信模型214.1.1系统模型分析214.1.2 建立ds模型234.2调试仿真264.2.1 六阶m序列扩频系统仿真264.2.1 十一阶m序列扩频系统仿真274.2.3 结果分析28第5章 m序列的应用295.1 m序列应用与发展295.2 结束语29致 谢31参考文献32附 录33mmdl33dsa.mdl34zxg.m35bydhs.m35第1章 前 言1.1 pn伪码系列

5、与扩频系统pn伪随机码也称为伪噪声，本论文中m序列就属于pn码的一种，在扩频通信中的扩频与解扩部分采用相应的pn码制，不同的pn码对系统的影响也不同，简单的说来周期较短的伪码扩频以后所占频谱较窄，但是其抗干扰能力也相对较弱，如果需要获得很好的系统性能，在伪码周期选择上既要保证信号频谱不太宽也要考虑到期抗干扰能力。伪码序列可以人为产生与复制，具有类似白噪声的性质，相关函数具有尖锐的特性，功率谱占据很宽的频带，易于从其他信号或干扰中分离出来，具有优良的抗干扰特性在本文中选用n=7的m序列来研究其产生和扩频通信系统中的性能。扩展频谱通信系统简称扩频通信，它是在 20世纪 50年代中期产生的，真正实用

6、是在 20世纪 50年代中期发展起来的。其设计思想是将待传输的信息信号用特定的扩频码扩展频谱后成为宽带信号进行传输；接收时再采用相应的技术手段将频谱压缩，恢复原来待传信息信号的带宽，从而实现通信。扩频技术运用很广泛，其优良的抗干扰能力得到很多国家的青睐，在军工方面和商界信息保密与安全方面有着不可取代的地位1。1.2 设计背景和意义扩展频谱通信是一种不同于常规通信系统的新调制理论和技术。扩频通信具有两个特点：传输信号的带宽远大于原始信息信号的带宽；传输信号的带宽主要有扩频码决定，此扩频码通常是伪随机码。伪随机码(pseudo randomcode)简称pn码，其特点是：具有尖锐的自相关函数；互相

7、关函数值应足够小；有足够长的码周期，以确保抗侦破与抗干扰的要求；码的数量足够多，以实现码分多址的要求；平衡性好， 以满足抗干扰的要求；工程上易于产生、加工、复制与控制。扩频通信的优势主要来自于伪随机码具有白噪声的统计特性。而随着扩频速率的不断提高，扩频码的长度急剧增加，利用计算机设计并验证扩频码的各项指标能大大提高效率。通过对伪随机码中常用的m序列的结构和性质进行了分析，给出了基于matlab平台的m序列生成算法及代码伪随机序列分析. 软件平台选择matlab，malab是美国math works公司推出的一种以矩阵为基本编程单位的高效数值计算语言。matlab在编程效率、可读性、可移植性与可

8、扩充性上，远远优于其他高级编程语言，是公认的最优秀的科技应用软件。1.3 设计任务通过对m序列产生原理及特性的研究和分析，本次论文运用matlab中的simulink模块完成m序列及直接序列扩频系统的仿真。本文第一章介绍扩频系统的基本理论及实现方法，第二章对m序列的产生和特点做详细介绍，第三，四章分别对m序列和扩频系统进行仿真及结果分析。第2章 扩频通信系统2.1扩频通信基础原理扩频通信是在信号发送端 ,首先将信息调制形成数字信号 ,该数字信号经扩频发生器产生的扩频码序列调制后 ,信号的频带被展宽 ,展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号 ,经变频至中频 ,然后由本地产生

9、的、与发端相同的扩频码序列去相关解扩 ,再经过信息解调 ,恢复成原始信息输出。概括起来说 ,一般的扩频通信系统都要经过 3次调制和相应的解调:第一步为信息调制 ,将信息源形成基带数字信号;第二步用扩频码对基带数字信号进行扩频调制 ,形成中频信号;最后 ,对展宽了频谱的中频信号进行射频调制 ,形成高频信号 ,再由天线发射出去。收信是发信的逆过程 ,即 3次相反的解调过程 。由此可见 ,与常规的无线通信系统相比 ,扩频通信增加了扩频调制与解扩部分。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。香农(shan

10、non)在信息论的研究中得出了信道容量的公式：c=blog2(1+s/n) （2-1）这个公式指示出：如果信息传输速率c不变，则带宽b和信噪比p/n是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息率来可靠的传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽，仍然保持可靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处1。2.2扩频通信系统特点扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号,其带宽远大于欲传输数据(信息)的带宽,同时,接收机中必须有与宽带载波同步的副本。由于扩频信号的上述特性,扩频系统具有以下特点:（1）抗干扰性强。由于扩频信号的不可预测性 ,

11、扩频系统具有很高的抗干扰能力。因为干扰者难以通过观察改善其干扰性能 ,而只能采用发射与被干扰信号不匹配的干扰技术,因此,干扰起不了太大作用;由于扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽,所以,即使信噪比很低,甚至是在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下,仍能够高质量地、不受干扰地进行通信 ,扩展的频谱越宽 ,其抗干扰性越强。(2)低截获性扩频信号的功率相当于被均匀地分布在很宽的频带上,以至于被传输信号的功率密度很低,使侦察接收机难以监测到。因此,扩频通信系统具有低截获概率性。(3)抗多路径干扰性能好多路径干扰是由于在电波传播过程中,遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起反射或散射。

12、这些反射或散射信号与直达路径信号在接收端相互干涉造成干扰。多路径干扰在雷达和通信中都有严重影响。由于在扩频通信系统中增加了扩频调制与解扩过程,这样可以利用扩频码序列间的相关特性,在接收端解扩时用相关技术从多径信号中分离出最强的有用信号 ,或将多径信号中的相同码序列信号叠加,这样就可以有效地消除无线通信中多径干涉造成的信号衰落现象。因而扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。(4)保密性好在一定的发射功率下,由于扩频信号分布在很宽的频带内,无线信道中有用信号功率谱密度极低,这样,信号可以在强噪声背景下,甚至是在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信,使外界很难截获传送的信息 ,想进一步检测出信号的

13、特征参数就更难了。所以,扩频系统可实现隐蔽通信;同时,对不同用户使用不同的码,其他人无法窃听他们的通信,因而,扩频系统具有高的保密性。(5)易于实现码分多址在通信系统中,可充分利用扩频调制中所使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户、不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样在同一频带上,许多用户可以同时通话而互不干扰。2.3扩频通信系统分类随着通信技术的发展 ,扩频通信的方式也在不断更新。按照扩展频谱的方式不同 ,可以将其归结为直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、脉冲线性扩频及混合方式等 ,其中最典型和最常用的是直接序列扩频

14、和跳频方式。2.3.1直接序列扩频该系统中所用的编码序列通常是伪随机序列或叫伪噪声 (pn)码。要传送的信息经数字化后变成二元数字序列 ,它与伪随机序列模 2相加后成复合码去调制载波。在直接序列系统中通常对载波进行相移键控调制。为了节省发射功率和提高发射机工作效率 ,扩频系统中采用平衡调制器 ,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。扩频信号采用相移键控调制后由天线发射出去。在接收机中也要有一个与发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行解扩，解扩后的信号送到解调器取出传送的信息。时钟源 乘法器 调制器 发射机载波发生器伪码发生器混频器本地振荡器时钟源伪码 发生器调制器解调器中

15、频滤波器数据数据(a) 发射系统(b) 接收系统图2-1直接序列扩频通信系统简化图2.3.2 跳频扩频跳频扩频技术是通过伪随机码的调制 ,使载波工作的中心频率不断跳跃改变 ,而噪声和干扰信号的中心频率却不会改变。这样只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。频率跳变系统主要由码产生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中由码序列控制频率合成器，使发射频率随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到

16、一个频率固定的中频信号。这一中频信号经放大后送到解调器取出传送的信息混频器解调器中频滤波器时钟源伪码发生器指令译码器频率合成器调制器数据频率合成器伪码发生器时钟源混频器发射机发中频振荡器指令译码器数据(b) 接收系统(a) 发射系统图2-2频率跳变扩频通信系统简化方框图2.3.3 跳时扩频时是使发射信号在时间轴上跳变。先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。可以把跳时理解为:用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用窄得多的时片去发送信号，信号的频谱也就展宽了。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通 2断开关 ,经二相或四相解调器，

17、送到数据存储器。数据载波f0调制器高频开关高频开关解调器存储器数据存储器伪码发生器伪码发生器(b) 接收系统(a) 发射系统图2-3 时间跳变扩频通信系统简化方框图第3章 m序列产生及仿真3.1 m序列3.1.1 m序列的产生原理m序列是最长线性移位寄存器的简称。顾名思义，m序列是由多级移位寄存器中，若n为移位寄存器的级数，n级移位寄存器共有2n个状态，除去全0状态外还剩下不2n-1种状态，因此它能产生的最大长度的码序列为2n-1位。产生m序列的线性反馈移们寄存器称作最长线性移位寄存器。产生m序列的移位寄存器的电路结构，其反馈线连接不是随意的，m序列的周期p也不能取任意值，而必须满足p=2n-

18、1，式中，n是移位寄存器的级数。图1-7示出的是由n级移位寄存器构成的码序列发生器。寄存器的状态决定于时钟控制下输入的信息（“0”或“1”），例如第i级移位寄存器状态决定于前一时钟脉冲后的第i-1级移位寄存器的状态。图中c0，c1，cn均为反馈线，其中c0=cn=1，表示反馈连接。因为m序列是由循环序列发生器产生的，因此c0和cn肯定为1，即参于反馈。而反馈系数c1，c2cn-1若为1，参于反馈；若为0，则表示断开反馈线，即开路，无反馈连线。一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列，决定于它的反馈ci(c0,c1,cn的总称)。表示出了部分m序列的反馈系数ci)。最长线性移位寄存器序列可以由反馈逻

19、辑的递推关。序列多项式一个以二元有限域的元素an(n=0, 1, )为系数的多项试称之为序列的生成多项式, 简称序列多项式。(3-1)对于一个反馈移位寄存器来说, 反馈逻辑一确定, 产生的序列就确定了。 那么， 序列与反馈逻辑之间满足什么关系呢？由图3-1可以看出, 移位寄存器第一位的下一时刻的状态是由此时的r个移位寄存器的状态反馈后共同确定的, 即有 (3-2)c0=1输出cn=1时钟cn-1c2c1d1d2d3d4图3-1 n级循环序列发生器的模型 由此可见, 序列满足线性递归关系。把an移到等式的右边并考虑到c0=1, 则(3 - 16)式可变为 (3-3)（3） 特征多项式首先考虑一个

20、矩阵a。 对反馈移位寄存器可用一个矩阵来描述它, 即a矩阵, 称为状态转移矩阵。 a矩阵为rr阶矩阵, 其结构为由式(3-3)可以看出, a的第一行元素正是移位寄存器的反馈逻辑。 其中cr1, 除了第一行和第r列以外的子矩阵为一(r-1)(r-1)的单位矩阵。 由此可见, a矩阵与移位寄存器的结构是一一对应的。 a矩阵可以将移位寄存器的下一状态与现状态联系起来。 令移位寄存器的现状态和下一状态分别由矢量an和an+1表示, 分别为则有 an+1=aan (3-4)如图3-1所示的反馈移位寄存器, 其a矩阵为 (3-5) 即 (3-6)（4） 特征多项式与序列多项式的关系设线性移位寄存器序列为

21、an=a0, a1, a2, , an 相应的序列多项式为 (3-7)an的线性递归反馈函数为 (3-8)则 (3-9)交换求和次序并进行变量代换经整理后, 并考虑c0=1, 则有由此可得 (3-10) （5）m序列发生器下面给出产生m序列的条件: r级移位寄存器产生的码,周期n2r-1,其特征多项式必然是不可约的， 即不能再因式分解而产生最长序列。因此, 反馈抽头不能随便决定, 否则将会产生短码。 所有的次数r1的不可约多项式f(x)必然能除尽1xn, 因为an(x)=(1+xn)f(x)。 如果2r-1是一个素数, 则所有r次不可约多项式产生的线性移位寄存器序列,一定是m序列, 产生这个m

22、序列的不可约多项式称为本原多项式。 除了第r阶以外,如果还有偶数个抽头的反馈结构, 则产生的序列就不是最长线性移位寄存器序列。m序列发生器的结构一般有两种形式,简单型(ssrg)和模件抽头型(msrg)。 ssrg的结构如图3-2所示。这种结构的反馈逻辑由特征多项式确定,这种结构的缺点在于反馈支路中的器件时延是叠加的,即等于反馈支路中所有模2加法器时延的总和。因此限制了伪随机序列的工作速度。提高ssrg工作速率的办法之一是选用抽头数目少的m序列,这样还可简化序列产生器的结构。 图3-2 ssrg结构发生器原理图 一个线性反馈移位寄存器能否产生m序列, 决定于它的电路反馈系数ci, 也就是它的递

23、归关系式。 不同的反馈系数, 产生不同的移位寄存器序列。 表3-1列出了不同级数的最长线性移位寄存器序列的反馈系数。 r9时, 由于m序列的条数很多, 不可能在此一一列出, 故只列出了一部分, 反馈系数ci是以八进制有示的。使用该表时，首先将每位八进制数写成二进制形式。最左边的1就是c0（c0恒为1），从此向右，依次用二进制数表示c1，c2，cn.有了c1，c2，cn值后，就可构成m序列发生器。例如，表中n=5，反馈系数ci=（45）8，将它们化成二进制数为100101，即相应的反馈系数依次为c0=1，c1=0，c2=0，c3=1，c4=0，c5=1。表3-1 部分m序列反馈系统数表级数n周期

24、p反馈系数（八进制）37134152353145，67，75，663103，147，1557127203，211，217，235，277，313，325，345，3678255435，453，537，543，545，551，703，74795111021，1055，1131，1157，1167，11751010232011，2033，2157，2443，2745，34711120474005，4445，5023，5263，6211，736312409610123，11417，12515，13505，14127，1505313819120033，23261，24633，30741，32535，3

25、7505141638342103，51761，55753，60153，71147，674011532797100003，110013，120265，133663，1423051665535210013，233303，307572，311405，34743317131071400011，411335，444257，527427，646775表中的m序列的反馈系数只列出了一部分。 通过这些反馈系数, 还可以求出对应的镜像序列的反馈抽头和特征多项式。 所谓的镜像序列是与原序列相反的序列。 如r3的序列为1110100, 镜像序列为0010111。 可以通过下式, 由原序列的特征多项式f(x)求镜像序

26、列的特征多项式f(r)(x)， 即（3-11）3.1.2 m序列的性质（1）均衡性在m序列的一个周期内, “1”和“0”的数目基本相等。 准确地说, “1”的个数比“0”的个数多一个。（2）游程分布把一个序列中取值相同的那些相继元素合称一个游程。 在一个游程中, 元素的个数称为游程长度。 （3）移位相加性一个序列an与其经m次迟延移位产生的另一不同序列an+m模2加, 得到的仍然是an的某次迟延移位序列an+k, 即 an+an+m=an+k (3-13)（4）周期性m序列的周期为n2r-1, r为反馈移位寄存器的级数。 （5）伪随机性如果对一正态分布白噪声取样, 若取样值为正, 记为“”。

27、若取样值为负, 记为“”,则将每次取样所得极性排成序列, 可以写成 +-+-+-+-+-+-这是一个随机序列, 具有如下基本性质：(1) 序列中“”和“”的出现概率相等。(2) 序列中长度为1的游程约占12, 长度为2的游程约占14, 长度为3的游程约占1/8。(3) 由于白噪声的功率谱为常数, 自相关函数为一冲激函数()。 3.1.3 m序列的相关性信号的自相关函数和功率谱之间形成一傅里叶变换对, 即 （3-14） 由于m序列的自相关函数是周期性的, 则对应的频谱是离散的。 自相关函数的波形是三角波, 对应的离散谱的包络为sa2(x)。 由此可得m序列的功率谱g()为 (3-15)图3-5给

28、出g()的频谱图, tc为伪码chip的持续时间。 图3-3 m序列的频谱图由此可得: (1) m序列的功率谱为离散谱, 谱线间隔1=2/(ntc); (2) 功率谱的包络为sa2(tc/2n), 每个分量的功率与周期n成反比; (3) 直流分量与n2成反比, n越大, 直流分量越小, 载漏越小; (4) 带宽由码元宽度tc决定, tc越小, 即码元速率越高, 带宽越宽; (5) 第一个零点出现在2tc; (6) 增加m序列的长度n, 减小码元宽度tc, 将使谱线加密, 谱密度降低, 更接近于理想噪声特性。3.2 matlab及simulink简介3.2.1 matlab介绍matlab是矩阵

29、实验室（matrix laboratory）的简称，是美国mathworks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括matlab和simulink两大部分。matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用matlab来解算问题要比用c，fortran等语言完成相同的事情简捷得多，并且matlab也吸收了像maple等软件的优点,使matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对c，fortran，c+ ，java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到matl

30、ab函数库中方便自己以后调用，此外许多的matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。3.2.2 simulinksimulink是matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于simulink。 2simulink是matlab中的一

31、种可视化仿真工具， 是一种基于matlab的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(gui) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设

32、计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在simulink基础之上的其他产品扩展了simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。simulink与matlab® 紧密集成，可以直接访问matlab大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。基于matlab/simulink所建立的扩频通信系统的仿真模型,能够反映扩频通信系统的动态工作过程,可进行波形观察、 频谱

33、分析和性能分析等, 同时能根据研究和设计的需要扩展仿真模型, 实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真, 为系统的研究和设计提供强有力的平台。是否否否否否否是是是是是是仿真准备设置目标进行规划编程建立仿真模型验证确认仿真参数设置运行数据分析，调试生成仿真图形结果是否满意完成图3-4 simulink仿真过程利用matlab系统设计m序列流程如图3-1所示，概括地说仿真是一个“建模-实验-分析”的过程，即仿真不单纯是对模型的实验，还包括从建模到实验再到分析的全过程。因此进行本次完整的matlab仿真有以下步骤：(1) 仿真准备每项研究都应从说明问题开始，对仿真的对象进行分析，提出问题。(2) 设

34、置目标及完整的项目归化目标表示仿真要回答的问题、系统方案的说明。项目规划包括程序框架，模型结构以及每阶段工作所需时间。(3) 编程或建模编写matlab语言或者建立sumilink模型。(4) 验证检验程序或模块是否存在错误，并加以修正。(5) 确认确认指确定模型是否精确地代表实际系统。它不是一成，而是比较模型和实际系统特性的差异，不断对模型进行校正的迭代过程。(6) 设置仿真参数(7) 运行、分析和调试利用理论定性分析、经验定性分忻或系统历史数据定量分析来检验模型的正确性，利用灵敏度分析等手段来检验模型的稳定性。(8) 生成仿真图，实现并完成3.3 m序列仿真及分析3.3.1m序列模型(1)

35、用matlab求出6阶m序列本原多项式（见附录）图3-5 本原多项式由上图看出6阶m序列反馈系数，选取1100111为本论文的反馈系数设置初始值a1-a6=000001,打开模型创建窗口m.mdl文件(附录m.mdl)找到相应的模块，在模型窗口中布局连线(4)设置参数，调试图3-6参数设置3.3.2仿真结果(1)scope输出波形图3-7 m序列时域波形(2)simout模块数据rot90(simout) columns 1 through 17 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 columns 18 through 34 1 0 1 0 0 1 1 0 1

36、0 0 0 0 1 0 0 0 columns 35 through 51 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 columns 52 through 68 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 columns 69 through 85 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 columns 86 through 102 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 columns 103 through 119 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 c

37、olumns 120 through 127 0 0 1 1 1 0 3.3.3 m序列相关性分析图3-8 5阶m序列相关性由图可以看出，在周期63，时自相关值为1，在其他位置为0，说明m序列具有很好的自相关性第4章 直序扩频通信系统仿真4.1 建立ds扩频通信模型4.1.1系统模型分析andom-integer generator(随机整数发生器)产生的二进制随机信号，采样周期为0.001。信号馈入载频为1000hz的bpsk调制，调制后的单列双极性的实信号被周期为63的m序列双极性二进制序列直接相乘进行扩频。扩频后的双极性二进制的信号进入awgn(加性高斯白噪声)es/n(信噪比)为10d

38、b的传输环境后进入接收部分。信号首先进行解调与解扩，解调后的信号直接进入误码表。信源信源由随机整数产生器(random integer generator)生成，随机整数产生器用来产生一个在0和m-1之间均匀分布的随机整数序列。扩频模块扩频模块包括伪随机码生成(由pn产生器模块完成)和相关运算两部分。其中相关运算实质上为信息流与随机序列模二加或相乘的过程。继电器模块系统中使用(relay)继电器的作用是将单极性二进制码转变为双极性二进制码。使用双极性二进制码元用相成的方式同样可以完成扩频与解扩的运算，还可以克服单极性二进制码元用异或的方法产生的不足。调制和解调本次设计中采用bpsk调制及解调，

39、设置偏移参数设为0(phaseoffset=0)，每符号采样数定义为1(samples per symbol=1)。信道加性高斯白噪声信道(awgn)的作用是在信号中加入白噪声。加性高斯白噪声信道模块有一个输入端口和一个输出端口，输入信号可以是实信号，也可以是复信号。扩频后的双极性二进制信号进入awgn信噪比为10db的传输环境。解扩解扩过程与扩频过程完全相同即将送入的信号用伪随机码进行第二次解扩处理。要求使用的伪随机码与发送端的伪随机码不仅码字相同，而且相位相同。否则会使有用信号相互抵消。误码率计算发送信号与接收机恢复出的信号同时送入误码仪模块(error rate calculation)

40、进行比较，求出误码率，并显示发送信号与接收信号的值4.1.2 建立ds模型(1) 建立系统模型根据系统动态仿真模型分析和认识，新建模型文件dsa.mdl，选取相应模块进行布局连线仿真系统。（附dsa.mdl）(2)模块参数设置信源设置随机信号产生0 1，选取m-值2，随机种子37，设置采样周期为0.001（图4-1）图4-1 随机信号源设置扩频模块参数为初始值000001，反馈系数为1000011图4-2pn参数设置调制与解调参数相似 图4-3 调制参数信道选取加性高斯白噪声信道(awgn)，设置信噪比为10db环境图（4-4）图4-4 信道参数图4-5 误码率计算模块参数4.2调试仿真在进行

41、动态仿真之前必须保证模块的正确性与完整行，调试是必不可少的步骤。4.2.1 六阶m序列扩频系统仿真发射端与接收端波形相比较，选取仿真最后100个点波用scope显示发送端和接收端波的波形图4-6 发送端与接收端波形图4-7误比特率参数误码率分析：通过显示器看出在该通信系统中总比特数为9000，传输中错误比特数为3个，错误比特率为3.333*10(-4)4.2.1 十一阶m序列扩频系统仿真改变pn序列采用11阶m序列来对信号进行频谱扩展，设置参数如图4-8图4-8 11阶pn序列参数图4-9 11阶扩频系统接收发送端波形图4-9 11阶系统误码率显示误码率分析：通过显示器看出在该通信系统中总比特

42、数为10000，传输中错误比特数为9个，错误比特率为9.0*10(-4)4.2.3 结果分析论以上是对6阶和11阶m序列的直接扩频系统的仿真， 通过仿真结果我们可以看出6阶和11阶段系统在抗干扰方面有明显的差异，图4-6是用64位的m序列来对信号扩频，而后者所用2047位来对信号扩频，不言而喻，扩频后的信号带宽相差很大，后者要牺牲更大的带宽。从图4-6和图4-8相比较，两者发送端和接收端波形均吻合，在传输9000位出现错误的比特数都很小，误比特率很小，说明系统具有良好的的性能，在实际传输中会有良好的表现。第5章 m序列的应用5.1 m序列应用与发展m序列的应用非常广泛，包括信号同步、扩频通信、

43、多址通信中的信号辨识、通信保密等。从扩频序列设计理论而言，一方面希望得到专业扩频序列设计的理论，从而为具体构造扩频序列族提供理论指导；另一方面，希望设计出相关性能良好的扩频序列族以实现扩频通信系统。从而为实现扩频通信系统，在理论上保证了系统中只有低的或者没有共道干扰，提高系统的性能。在扩频通信中常用m序列来扩展频谱宽度，对于发展趋势来看，目前实现 4g技术的观点主要有两种：一种是开发新的无线接口和技术；另一种则是集成现有的及未来的无线系统。前者关注新技术的应用，例如多载波调制技术，即ofdm，是一种传输高速数据的有效调制方案 ,被认为有望成为4g的标准调制技术。而另一种观点则认为，更重要的是将

44、现有的和未来的通信系统集成，其中的网络包括无线局域网 (wlan)、无线个域网 (wpan)以及家庭局域网等，其中，连接的设备则包括便携式移动终端、固定设备、个人电脑以及娱乐设备等。超宽带(uwb)技术以及软件无线电(sdr)技术在无线网络集成方面也起着重要的作用。在4g网络的实现中,有的技术本身就是扩频技术的延伸，有的则能够很好地与扩频技术结合,还有的则能用于扩频系统的实现。因此，这些新技术的发展体现着扩频技术的发展趋势。155.2 结束语本次毕业设计实现了设计要求，利用matlab软件实现了m序列的生成，以及m序列运用于直接序列扩频系统的仿真实验。通过本次实践，不但加深了对m序列的了解，而

45、且对matlab的编程有了较好的掌握，在不断的程序调试纠错中提高了自己的寻错能力。通过matlab软件对m序列的仿真和分析，可以看出，m序列是具有易于产生的特点并具有良好的自相关特性，同时，还可以看出matlab作为一种基于windows平台的对系统进行设计、仿真和分析的软件工具，其功能的强大性和灵活性。在本次毕业设计过程中，查询了大量的资料，通过相关的资料查询，掌握了移动通信领域中更多的知识，扩大了知识面。由于时间的限制和水平的有限，本文所达到的研究水平是很有限的。所以结合本文的研究工作，本人认为在研究具有自相关特性的多相扩频序列的构造方法方面仍有待于在今后的工作中继续研究。扩频通信是一种新新的通信技术，在以后将会有广阔的前景，这次设计给了我一个提前认识和学习的机会，为以后这方面的工作打下基础，我学到了很多东西，认识了很多书本上没有的东西。致 谢本文的研究工作是在导师郭蓉老师的悉心指导下完成的。郭老师对论文的研究向、研究内容和