扩频通信系统仿真与分析-

1、*2009-06-02收到,2009-07-05改回* *李娟,女,1982年生,研究方向:移动通信。文章编号:1003-5850(200909-0023-02扩频通信系统仿真与分析Simulation and Analysis of Spread Spectrum Communication System李娟王梅赵令艳(河北科技大学信息学院石家庄050018【摘要】利用Sy stemview 软件作为平台,对通信系统中最典型的工作方式扩频系统进行仿真分析。建立直扩通信系统模型,利用该模型仿真分析,结果表明扩频系统的抗干扰能力随着扩频增益的增大,系统的误码率越小;同时扩频系统性能的好坏很大程度

2、上还取决于扩频码的特性。【关键词】直接序列扩频,Sy stem view ,误码率,抗干扰,扩频增益中图分类号:T P 391文献标识码:AABSTRACT As a platfo rm to use Systemv iew softw ar e,we make use o f co mmunicatio n sy st ems in the mo st typical way s o f w or king Sim ulation A nalysis o f Spr ead Spectr um sy stems.A lso we set up DS-SS co mmunicat ion sy

3、stem mo del,use t he mo del simula tio n r esults show ed that the anti -jam ming sprea d -spectrum sy st em capacity incr eases as the spr eading g ain ,the smaller the system bit er r or rat e;at t he same t ime spr ea d-spectr um system per for mance w hich is go od o r bad a lar ge ex tent up w

4、ill also depend on the chara ct eristics o f spr eading codes .KEYWORDS dir ect sequence sprea d spectr um,Systemv iew ,BER ,anti-jamming ,spreading gain1扩频通信原理介绍所谓扩频一般是用比信号带宽宽很多的频带宽度来传输信息的技术。为了扩展发射信号的频谱,可能使用不同技术对所传送的信息进行处理,从而产生了不同的扩频类型。常见的扩频类型有:直接序列(DS,跳频(FH ,跳时(TH ,和线性调频脉冲(Chirp等,另外,这些技术也常常组合起来使用,

5、行成组合或混合类型的扩频技术。将要发射的信号扩展到一个很宽的频带上,扩频系统需要在频带和技术复杂性方面付出很高的代价,那为什在通信中采用此技术呢?可以从著名的香农定理中找到答案。扩频通信技术基本原理扩频通信的理论基础是仙农定理:C =W Log 2(1+S /N 式中:C 为信道容量,W 为传输带宽,S /N 为信号功率/噪声功率。由此可得:在信息速率一定时,可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输,即信号带宽越宽则传信噪比可以越低,甚至在信号被噪声淹没的情况下也可以实现可靠通信。因此,将信号的频谱扩展,则可以实现低信噪比传输,并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高的保密性。2直接序列

6、扩频系统的工作原理直序扩频使用伪随机码(PN Code 对信息比特进行模2加得到扩频序列,然后扩频序列去调制载波发射,由于PN 码往往比较长,因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱,即宽带低信噪比传输。PN 码的长度决定了扩频系统的扩频增益,而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。直序扩频系统的解扩采用相关解扩,这是与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端,接收信号经过放大混频后,经过与发射端相同且同步的PN 码进行相关解扩,把扩频信号恢复出窄带信号,再对窄带信号进行相干解调解出原始信息序列。3系统模型的Sy stemview 仿真与分析本设计以直接序列扩频系统来进行仿真,并进一步说

7、明扩频的优点。直接序列扩频是目前应用最广的23第22卷第9期电脑开发与应用(总699一种扩频技术,也是大家比较熟悉的一种扩频技术。因为本设计仅仅作为一个仿真来说明直序扩频在抗干扰方面的优越性,所以未按实际工程中使用的常规直序扩频原理来建模,而是直接采用了比较简单而直接的方式来构造模型。扩频通信系统仿真框图如图2 所示。图2扩频通信系统仿真框图数据信号源使用了一个较低频率(1kHz的随机序列(图符0。扩频用的PN 码采用了10kHz 的PN 码(图符2,这样,理论上可以获得10倍的扩频增益。扩频调制也未使用通常的模2和加法运算,而是通过乘法器直接用PN 码调制数据信号,合成后的扩频复合信号同样也

8、是直接用更高的载波(图符20,100kHz调制发射,省去了常规的平衡调制等步骤。为了观察扩频系统的抗干扰性能,使用了一个干扰信号源。该干扰信号是高斯噪声(图符8,功率0.001W/Hz。为简单起见,在接收端,通过本地载波解调后的复合信号直接与原扩频PN 码直接相乘后解扩,中间省略了有关本地PN 发生器和相关的码同步电路。因为直接使用原PN 码,所以理论上可认为收发两端是完全同步的。需要说明的是,实际工程中的码同步是一个十分复杂问题,其复杂程度以及在此问题上付出的代价往往比扩频本身要多得多。得到直接序列扩频系统的误码率曲线如下图3所示。图3扩频通信系统误码率曲线图4扩频增益100时的误码率由频谱

9、扩展对抗干扰性带来的好处称为扩频增益Gp,扩频增益又叫处理增益,可表示为:Gp=Bw /Bs式中,Bw 为发射扩频信号的带宽;Bs 为信号的码元速率。其中Bw 与所采用的伪码速率有关。为获得高的扩频增益,通常希望增加射频带宽 Bw ,即提高伪码速率。例如,当信码速率Bs =10kHz ,射频带宽为Bw =2M Hz ,即Gp =200时,近似获得23dB 扩频增益这是很可观的17。为说明扩频增益对误码率的影响,把直接序列扩频系统的增益扩大为100dB,得到其各次循环运行中计算的误码率结果。图5扩频增益100时的误码率曲线图6误码率曲线比较图曲线1为扩频增益为10的误码率曲线图;曲线2为扩频增益

10、为100时的误码率曲线。从以上分析可得,随扩频增益的提高,扩频系统的误码率明显降低。由此可见,可通过提高处理增益来降低系统的误码率,提高通信的质量,进而满足人们对通信质量的要求。4结论利用Systemv iew 软件对普通二进制通信系统与直接序列扩频系统的仿真,通过对仿真结果中误码率曲线的分析,在扩频通信系统中,提高扩频增益,再对其误码率进行计算,可得,扩频增益越大,系统的误码率越小。同时扩频系统性能的好坏很大程度上还取决于扩频码的特性。通过仿真设计,调整仿真参数,使信号的传输带宽符合实际的通信系统,又使系统的误码率降低到不影响信号的传输,从而达到最佳通信效果。参考文献1童成意.扩频通信技术应用研究J.湘潭师范学院学报(自然科学版,2003,25(2:27-30.2罗卫兵,孙烨,张捷.Sy stemview 动态系统分析及通信系统仿真设计M .西安:西安电子科技大学出版社,2001.3曾兴雯.扩展频谱通信及其多址技术M .西安:西安电子科技大学出版社,2004.4许丽艳,李雪梅,于瑞涛.扩展频谱通信系统的仿真J .青岛大学学报(工程技术版,2000,