直接扩频通信

0引言扩频通信（即扩展频谱通信），一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术随着通信容量的不断增加，频率资源愈发紧张，为了缓解这一突出问题，通常在窄带通信系统中，主要是通过频率划分来防止各信道之间的干扰但是，随着扩频通信的研究和运用，由于其对接收端要求强相关性，使得频率可以重复使用，提高了频率利用率同时扩频通信的抗干扰能力强，现在已经广泛应用于移动电话无线电微波通信无线数据通信跟踪和报警等系统中。扩频通信的理论基础信息论中关于信息容量的仙农（Shannon）公式为c=r*zog.（i+—）6/5亠N （式1）其中C为信道容量；W为信号频带宽度；S/N为信噪比由式1可得到以下结论：在信道容量C不变的条件下，可用不同带宽W和信噪比S/N组合来传输即可以通过增加信号带宽，实现在比较低的信噪比下传送信息这样使得有用信号的功率接近噪声的功率甚至淹没在噪声之下，从而具有很好的隐蔽性扩频通信就是用扩展频谱来换取信噪比要求的降低，这正是扩频通信的主要特点和理论依据扩频通信从早期用于军事保密通信，到现在广泛用于民用通信系统中，并成为现代通信主要发展的方向，是因为它具有窄带通信系统无法比拟的优良性能。1） 抗干扰性强，误码率较低接收机必须采用相关检测才能对PN码相同的扩频信号进行解扩，同频信号或其他干扰经解扩后，带宽被展宽，具有良好的抑制能力因此误码率也比较低，一般可低于l0-10，完全能满足国内相关系统对通道传输质量的要求2） 可以实现码分多址因为在扩频通信中是采用扩频码序进行扩频调制，可以利用不同的扩频码序列之间较强的自相关性和较弱的互相关性，在接收端利用相关检测技术进行解扩可以通过给不同的用户分配不同的用户扩频码型，实现在一宽频带上许多对用户可以同时通信而且互不干扰。2）抗多径干扰由于扩频系统中利用不同的PN可以很容易从多种路径传输来的信号分离和提取出有用信号同时可以把不同路径来的不同延迟不同相位的信号在时间和相位上重新对齐，形成用多个频率的信号传送同一个信息，从而提高了系统传输的可靠性可以使用不同技术对所传的信息进行扩频处理因此扩频通信的方式可分为：直接序列扩频工作方式（DS）,跳变频率工作方式（FH）,跳变时间工作方式（TH）和宽带线性调频脉冲（CHIRP）以及以上几种方法的组合本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直接序列扩频系统进行了仿真直接序列扩频系统直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或者伪噪声系统（PN系统），简称直扩（DS），是当前应用较为广泛的一种扩频通信系统要传送的信息经过伪随机序列（或称伪噪声码）扩频后再对射频载波进行调制伪随机序列的码元速率远高于传送信号的码元速率，因而调制后的信号频谱宽度远远大于原始信息的频谱宽度直扩技术广泛地应用于民用通信系统以及导航自控等其他领域方面，比如美军的国防卫星通信系统（AN-VSC-28）全球定位系统（GPS）航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统（TDRSS）码分多址卫星通信系统等2.1直扩系统模型

图1直扩系统组成框图直扩系统的模型如图1所示，信源信息经过编码后为码元速率为Ra的信息码扩频码发生器产生伪随机码(PN码)，每个伪随机码的码元速率为Rc(Rc<Ra)将信息码与伪随机码进行相乘或模二加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，也就是说信息带宽已经被展宽，然后经过射频调制将信号频谱被搬移到射频上直扩系统一般采用频率调制或相位调制的方式来进行数据调制，在码分多址通信中，其调制方式多采用BPSKDPSKQPSKMPSK等在接收端，接收到的信号经过变频处理后为中频信号然后用与发送端同步的伪随机码对中频信号进行解扩，将信号的频带恢复为原始信息的频带，然后再进行解调，恢复出所传送的信息对于信道中的干扰，这些干扰有窄带干扰多径干扰多址干扰等由于它们与伪随机码不相关，接收机的相关解扩对这些干扰相当于又一次扩频，将干扰和噪声的频谱展宽，降低了功率谱密度，经滤波后就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比得到提高，从而提高了系统的抗干扰能力。2.2扩频通信常用的伪随机码常用的伪随机码主要有m序列GOLD序列WALSH码和OVSF码其中最常见的是m序列，由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列由于m序列容易产生，规律性强，有许多优良的性能，在扩频通信中最早获得广泛的应用m序列虽然性能优良，但同样长度的m序列个数不多，且序列之间的互相关值并不都好RGold提出了一种基于m序列的码序列，称为Gold码序列GOLD码是m序列的复合码，是由两个长度相同，码速率相同的m序列优选对模2加得到的，每改变两个序列相对位移就可得到一个新的GOLD序列GOLD序列有较优良的自相关和互相关特性，且地址数远远大于m序列地址数，结构简单，易于实现，因此得到了广泛的应用。程序仿真及结果3.1仿真模型本文是采用MATLAB软件对直接扩频通信系统进行仿真仿真模型如图2所示信息源由随机整数发生器随机产生的二进制信号，伪随机码采用的是31位GOLD序列，射频调制采用的是M-PSK调制方式，传输信道为加性高斯白噪声信道。3.2仿真结果图3为示波器显示波形上图为随机信号发生器产生的输入信号的波形下图为输入信号经过扩频调制解扩和解调后获得的输出波形从图中看出，扩频后误码率非常低图4为该仿真系统对抑制信道噪声的仿真结果信噪比越高，误码率趋近为零说明扩频通信系统具有良好的抗干扰性能。*o尺”4呵IntageGererdtopPNS«q|ueri<MGtfbtFJtorEifarR^t*CJlwlJtio>n07CQgT|DisplayProductSc«pe-AWGHChinntlProdtici!M-PSKDerffeGduljtavPrabJind-LTk/KMM.PSKEtni*o尺”4呵IntageGererdtopPNS«q|ueri<MGtfbtFJtorEifarR^t*CJlwlJtio>n07CQgT|DisplayProductSc«pe-AWGHChinntlProdtici!M-PSKDerffeGduljtavPrabJind-LTk/KMM.PSKEtnir<i*Tk*Calculjtiog^*wwTurM-PSKPNS«qu«nc«M^PSKModulator*EP-R«ljyRjfidomiMtgtrAWGN—1.0+1.1-95程序r-is求出—的所有本原字项式的系数序列m=5;k=gfprim.fd(iiijJall?)1|-l.U|+|-^1.1滝|渺淤|化s程序r-z叙点血序列的互相关特性)simfschK7_r):鮒启动并运行仿真系统du14x1=[(2*e)-1]j:%将运行结果m序列dclln从单极性序列变为双扳性序列7l=xcOrr(xl);35求互相关性*1:61;plo-t(-t?ylU:60);asis([1?61,-5.,35])验绘出信号的相关图g：ridon

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