直接序列扩频通信系统仿真与性能分析

题目：直接序列扩频通信系统仿真与性能分析页引言扩展频谱通信与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式[1]。扩频通信分为直接序列扩频系统、跳频系统和跳时系统。直接序列扩频技术作为起步最早的扩频技术目前仍作为众多通信技术的基石,具有抗干扰能力强、隐秘性好、保密性高和抗多路径干扰能力强等优点。其主要思想就是采用高码率的PN序列去调制信号，扩展信号的频谱。本文通过MATLAB中的Simulink工具箱对于直接序列扩频通信系统进行建模与仿真，分析直接扩频通信系统的性能。第1章绪论1.1扩频通信的研究背景及意义通信按照目前传统意义来说就是信息的传输与交换。在当今社会，通信与传感、计算、人工智能等技术紧密结合，成为整个社会的大脑。没有通信，人类社会是不可想象的[2]。随着时代和科技的进步，我们使用的通信工具发生了很大的变化，推动其变化的原因是通信技术的变化[3]。当移动通信到了第三代后，扩频通信已成为移动通信的主流技术，赢得众多运营商及厂商的支持。以扩频技术为基础的各种设备也被陆续研发出来[4]。目前正被大家积极讨论和发展的5G技术，其本质上也是一种通信的传输方式。通信在社会生活中有着十分重要的作用。积极地进行通信相关方面地研究，实现通信的多元化和稳定性，对于提升通信的质量、效率以及安全性有着重要的意义。从目前的分析来看，随着市场的不断发展与经济高速的进步，社会对通信的要求也越来越高，因此在通信的建设和研究中就需要积极的利用新技术、新方法，只有不断的创新才能满足社会对通信的更高要求。扩频通信技术作为通信建设中被广泛利用的技术，对于通信效率和质量的提升有着重要的意义，尤其是直接序列扩频和跳频扩频技术又被广泛用于在无线通信系统中实现码分多址[5]。所以对该技术的具体利用进行分析现实意义显著[6]。扩频通信技术最早起源于军事抗干扰通信，为了防止敌对部队窃听信息和提高信息传输效率而产生。之后随着社会的发展和进步，人民对于信息通信的需求也逐渐提高，扩频通信技术在移动通信中得到了广泛的应用和发展。扩频通信在应用过程中表现出了诸多优势,如信号质量高、抗干扰性强、保密性好、系统容量大等优点[7]。因此扩频技术的历史发展主要经历了两个阶段：军事和民用。而目前它仍在这两个领域中占据不可或缺的位置。军事上：扩频通信系统最早产生于上个世纪50年代中期，其最早主要应用于军事抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统等方面。扩频通信技术的设计思想是在第二次世界大战期间形成的。到了战争后期，干扰和抗干扰技术逐渐成为决定胜负的重要因素。往往能先搜集和破坏敌人通信的军队能够获得最终的胜利。因此，美国二战后得出了“最好的抗干扰措施就是好的工程设计和扩展工作频率”的结论。扩频通信也因此在军事上被人重视。而真正实用的扩频通信技术则是在50年代末期才产生，第一个完整的扩频通信系统在麻省理工大学的林肯实验室被开发出来，同时提出RAKE接收的概念，并成功地将其实现和应用，此系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。在之后的很长一段时间里，扩频通信技术被不断地重视和应用发展起来，但由于硬件的需求跟不上、应用范围的狭小导致始终没有发生质的改变。这种情况一直延续到个人通信业务的产生和发展，让本来发展速度平缓的扩频通信迎来了一次巨大的提升。民用：从扩频通信最初的需求以及扩频通信系统的产生，甚至是到早期扩频通信技术的发展都只是在军事上得到相应的体现。这种情况一直延续到1975年，美国联邦通信委员会发布了一份改变整个扩频通信技术发展的报告，报告上明确指出同意并且支持将扩频通信引入到民用上。从此，扩频通信得到了更为广泛的应用空间，扩频通信技术也开始了质的变化。扩频技术是在无绳电话中被首次成功应用，当时可被用来传输的频段几乎已经被分配完毕，没有多余的频段使其能够在上面进行信息的传输和交流。而扩频通信技术的优势则体现了出来。其允许多个不同的通信系统共用同一段通信频段，因此，扩频通信技术在无绳电话中被大量的推广和应用。而码分多址技术的出现则真正意义上的让扩频通信技术成为当前通信领域一直被研究的热点。码分多址是使多个不同的发送端各自采取不同的传输地址码对其各自需要传输的信号进行调制使其能够同时在同一频段上进行传输的技术，是一种提供多路访问的方法，其中发送器可以同时发送数据，单个时钟通道可以独立完成[8]。是一种更高效地利用频段的技术手段，发送端可以同时或者不同时间地发送各自的信息。相互之间没有影响。码分多址的产生进一步推动整个通信的发展。上世纪90年代，美国掀起了一阵个人通信业务发展的潮流。当时美国的频谱资源分配和使用率已趋于饱和，没有更多的频谱资源来给与正处于高速发展的个人通信业务。而个人通信业务至少需求100MHz的带宽需求。在当时的频谱资源使用和分配的情况，单独为个人通信业务分配特定的频谱同时让原本在这一频谱上的企业或用户更换到其他的频谱几乎是不可能实现的方法。因此，美国联邦通信委员会不得不提出共享频谱的方案。扩频通信技术由于其满足共用频谱的特点，因此被用来解决当时有限的频谱资源和大量的频谱需求直接的矛盾。每个用户同时使用不同的扩频伪码在同一频谱上进行各自信息的传输。尽管扩频通信技术已发展了很长的时间，但直到现在扩频通信技术仍是一种传统且实用的信息传输技术,在国外依然有着十分广泛的应用。而相对于我国来说，扩频通信技术的发展应用较晚[9]。在过去很长的一段时间里，美国在卫星通信和战术通信等领域一直大力发展扩频通信技术。在军事作战当中，无线通信的干扰及抗干扰专项技术往往直接影响着作战成果，重要性较为突出[10]。1991年的海湾战争中，扩频通信技术甚至可以说是美国等国家赢得胜利的重要因素之一。美国军队使用的战术通信设备都采用了扩频通信技术。此后，美国进一步吸取了海湾战争中扩频通信技术的成功和不足，加强发展力度，研究各种保密抗干扰的扩频通信系统[11]。如今，扩频通信由于本身具备的抗干扰能力强、隐秘性好、保密性高、抗多路径干扰能力强等优点，依然得到广泛应用并在此基础上进一步发展。正是由于扩频通信长期以来在通信领域所处的特殊地位,就更加值得我们去深入研究和探讨,以便在原有基础上寻求更大的突破[12]。在移动通信中，数字蜂房是现如今新一代通信系统，该新型通信系统恰好以扩频通信技术为支撑得以广泛应用，大大提高了频谱利用效率，使共信道受到干扰的可能性大为减少。各移动台借助于码分多址系统对随机形式的码序列进行分配，移动台与移动台之间具有不相关的关系，为每个台之间不同形式的信号区分提供了方便，也实现了同一信道中对多数量用户的容纳，对频谱效率来说在利用中也大为增强。过去在移动通信过程中由于多径效率而出现了较为严重的衰落问题，借助于扩频技术有效避免了多径效应带来的消极影响，通信质量得以保证。在民用卫星中，对于码分多址系统而言，在承受过载能力方面能力强，在组网方面具有灵活性，因此在民用卫星通信领域有一定范围的应用，效果较为明显。应用伪随机形式的序列对频谱进行扩展，与对码分多址技术的应用，使能量得到有效的扩散，卫星系统受到干扰的发生率大为降低。直接序列扩频和跳频扩频技术被广泛用于在无线通信系统中实现码分多址。在在测距定位方面的应用，全球卫星定位系统广泛应用于地理、国情普查等方面，具有“多星两用”的特征，“多星”是指多个卫星系统，“两用”是指多个卫星系统共同运用载波频率且共用的载波频率数量为两个，需采取CDMA技术区分卫星地址，将伪随机形式的序列码型分配给每个卫星，对卫星地址的精确要求码片宽度达到要求，宽度越窄越好。还有在测距中通过使用直接序列扩频通信的技术能够使抵抗干扰的能力得到增强，再加上无源定位的配合，对用户容纳的数量不会达到上限。当前在军事领域与民用部门中将全球卫星定位系统当作是接收设备来普及推广，在定位工作中借助扩频技术，采用全球定位系统，为测距定位工作提供了极大的方便，使其工作精确度更高。我国的信息通信技术要想在未来取得更广阔的市场，在激烈的市场竞争下站稳脚跟，就要求在通信技术上让用户获得更好的体验感觉，在信息传输上达到更高的效率。通过以上内容，我们就更应该重视通信、发展通信。1.2MATLAB的相关介绍说明随着社会的不断发展，通信技术的研究也更加深入，通信系统也更加复杂，对于通信的设备需求也越来越高。对于大多数学者而言，往往没有完整的通信设备去进行实际的研究。因此，采取仿真的手段是必不可少的，建立完整的通信仿真系统，人为的引入一些干扰源使仿真更加真实，结果更加准确。现如今，许多学习或是企业都采取仿真的模式进行学习和初期的参考，即解决了因为实验器材而引起的问题，同时也节省了许多时间。

MATLAB作为一款数字化应用软件，目前已成为科学研究和工程应用最为广泛的软件包之一。其具有完善的图形处理和显示功能，能将原本复杂的计算机程序编程和结果简单地图示化。使得原本复杂的内容理解起来更为简单。同时软件内本身自带的一些程序和算法也使用户在许多复杂的数学运算变得更加简单。而MATLAB中也开发了许多额外的功能强大的工具箱，例如：控制系统工具箱、通讯工具箱、模糊逻辑控制箱、图像处理工具箱等。为众多学生和科研者创造了更多的可能性。许多通信系统上的问题都可以利用MATLAB中的工具箱进行解决。Simulink是MATLAB众多仿真工具中被最为广泛应用的工具之一，是一种在MATLAB环境下的框图设计工具。是实现动态系统模型结构建立与仿真的一个重要助手。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。在MATLAB中输入Simulink或直接点击Simulink工具箱就可以使用。其具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。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。目前已被学者们广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。在Simulink环境下，可以不用大量的书写程序就可以制造出一个复杂的通信系统。Simulink不止支持离散时间采样，也可以支持连续时间采样。不仅如此，你也可以使用它在一个系统的多个部分同时采用不同的采样方法,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率［13］。同时，Simulink也与MATLAB紧密结合，可以直接将MATLAB中的算法等应用在其中。并且，它的操作界面和使用方法也十分简单和灵活，在模型建立时只需要点击或者拖动就可以完成，其中所有的元器件都可以直接拖入操作界面。

第2章实验原理和设计2.1扩频通信的相关原理扩频通信技术是英文SSC技术的简称，从字面上简单理解为在通信领域中将频率扩充的一种技术，具体来讲是一种传输信息射频信号带宽比信息本身带宽还要大很多的通信方式[14]。常用的扩频技术有直接序列扩频技术、跳频扩频技术、跳时扩频技术、线性调频扩频技术几种,在实际的应用过程中,因为不同技术具有不同的抗干扰的原理,各自有优势和劣势,因此在使用过程中通常会根据不同的使用要求进行组合应用[15]。香农三大定理是信息论的基础理论。被誉为“信息论之父”的克劳德·艾尔伍德·香农在他著名的信息论理论中提到，扩频通信可以被当成是一种有效的抗干扰通信方法。其在1945年、1948年、1949年发表了一系列重要文献，这些文献中的理论被当作扩频技术的理论依据。在提出的众多通信方面的公式中，最著名的则是香农公式。香农公式提出，在充满高斯白噪声干扰的信道中，假设信道的带宽为B，信噪比为S/N，信道容量为C，它们之间的关系可以由下述公式2-1表示：C=B*Log2（1+S/N）（2-1）从公式可以看出：信道容量C是由信道的带宽B和信噪比S/N所共同确定。在确定信道容量C为不变值的情况下，如果要使带宽B减小就必须同时增加信噪比S/N的大小。相反，如果要使信噪比S/N减小就必须同时增加带宽B的大小。这就是扩频通信的基本思想，将原信号的频谱扩展数十倍甚至数百倍再进行信号的传输，从而提高整个通信系统的抗干扰能力，保证通信系统在强干扰环境下的有效性和可靠性。2.2系统设计的思想目前很多扩频技术虽然实现了通信目的，但所呈现出的效果却低于人们的期望值[16]。因此，科研者们不断地进行研究和创新，追求达到更好的传输效果。在本次系统仿真的设计中，我们要根据任务书上的各项要求来进行具体问题的分析和解决，做出合理的系统设计。同时，在达到要求的前提下进行设计的处理和优化。增加多个示波器和功率密度谱检测器作为创新实时地观察信号在传输过程中的变化。充分利用学习的内容，在MATLAB中的Simulink工具箱中实现。以下为普通通信系统和扩频通信系统的相关介绍和区别。2.2.1普通通信系统目前，大部分普通通信系统的模型如图2-1所示，系统主要包含了通信信道、发送端的信源、信道编码、调制以及接收端的信宿、解调和信道译码。同时，在系统中引入了噪声源作为系统设计时的干扰条件。从信源端开始，到信宿端结束。发送端的模拟信号先进行模数转换变为数字信号，随后进行编码和调制再送入通信信道进行传输。接收端接收到信息后先进行解调，将传输信号还原成调制前的基带信号，再通过译码还原成最初的模拟信号。图2-1普通通信系统1．通信信道：简单理解为数据传输的通路，广泛来说是对传输信息完成一系列处理的过程。例如，调制到解调的过程可称为一个调制信道。编码到解码的过程可称为编码信道。其中编码信道包括调制信道。从狭义的定义来看，通信信道则是指发送端到接收端两者之间信息交流的一个传输通道。在实际系统中，由于来自设备的因素、环境的影响又或者是人为的操作等通信信道通常会有各种的噪声与干扰，使得通信的传输存在错误、延时、丢失或者是泄露等问题。所以，如何更安全更高效的传输是目前众多科学家都在解决的问题。2．信源：信息的发布者，输出结果为数字信息序列，可以用二进制或多进制表示。在仿真模拟系统中通常采用输出模拟信号再进行模数转化的方式来进行设计。整个仿真系统的开始。3．信宿：信息的接收者，到此完成整个信息的传输。理想情况下得到信源最初发布的完整信息，4.信源编码：信源编码是一种对信源符号进行转换的技术，其目的是提高通信系统的有效性，减少甚至消除信源冗余度带来的干扰影响。通常来说，信源编码具有两个作用，一是进行数据的压缩；其二则是将信源发出的初始模拟信号转换成数字信号，以便更好地进行传输。5.信源译码：信源译码则是信源编码的逆过程，根据信源编码采取的方法采用与之对应的方法进行，将信号恢复成初始信号。6.调制：信号调制就是用一个调制信号去控制另一作为载体的信号（载波信号），让后者的某一参数（幅值、频率、相位、脉冲宽度等）值发生需要的变化。使其满足信道传输的某些特质，更好地在通信信道里传输。7.解调:解调是调制的逆过程，从携带信息的已调信号中恢复出调制前的消息。不同的调制方法对应不同的解调方法。8．噪声源：一般为高斯白噪声。通过在通信信道加入高斯白噪声来作为干扰源，使模拟通信系统在有干扰的情况下进行，使仿真更具真实性和参考性。研究者们可以根据仿真系统在不同干扰的情况下信号传输的质量来进行系统的优化和升级。在实际应用中，为了系统维修的方便。往往硬件内部都会增加相应的一些自检措施，一旦系统出现问题第一时间就能发现问题具体是由哪个硬件或者哪个模块导致。大大地提高了维修的速度与检测时间，避免了出现故障全体检测的问题。直接序列扩频通信系统在信号进行扩频调制后使信号的带宽增加、功率谱密度降低，往往通过检测功率谱密度就能检验扩频调制的效果。因此相应地在本次直接序列扩频通信系统的仿真中，增加了多个示波器和功率密度谱检测器。能够在系统的运行在实时地显示同一时刻不同模块中信号的波形和功率谱密度。当系统运行正常时可以通过显示的波形等分析信号在传输过程中在系统中的变化。一旦系统发生故障时也能用来进行故障的检测和发现。2.2.2扩频通信系统扩频通信系统结构如图2-2所示，与之前的普通数字通信系统模型相比，增加了扩频调制部分和解扩部分。在发送端的模拟信号先进行模数转换变成数字信号，进行扩频调制来展开数字信号的频谱，然后再进行载波调制送入通信信道进行传输。接收端接收到信息后先进行解扩随后再解调还原，最后通过译码还原成最初的模拟信号。图2-2扩频通信系统结构1．扩频调制：扩频过程就是用一个高速率的伪码与要传输的信号进行相乘，使信号的频谱宽度大大展宽。增加了系统传输中的抗干扰能力，提高了传输的可靠性和有效性。2．解扩：扩频调制的逆过程，使用相同的扩频码对接收端收到的扩频调制后的信号进行再还原。目前，由于扩展频谱方式的不同可以将扩频通信系统主要分为直接序列扩频和跳频扩频两种方法。直接序列扩频技术由于其更容易实现被更多地使用于民间。直接序列扩频又可以简称为直扩（DS），就是在发端直接使用具有高码率的扩频码序列对信息比特流进行调制,从而使信号的频谱扩展。在接收端,用与发送端相同的扩频码序列进行相关解扩,把展宽的扩频信号恢复成原始信息。这种系统具有信号发射功率小、抗干扰能力强、抑制远近效应和抗多径、多址能力强等优点。直接序列扩频通信系统中对于模拟信号和数字信号之间的转化通常使用二进制相移键控，即BPSK。利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。使一方为1，另一方为0，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。直接序列扩频系统的关键是通过利用编码序列对载波进行调制，被用来对载波进行调制的编码序列又可以称为伪噪声（PN）码或伪随机序列。被传送的信息经数字化处理后变成二元数字序列，在发送端与伪随机序列相乘后在通信信道中进行传输；在接收端用一个与发送端所用的伪随机码相同的本地码，对接收到的信号进行解扩，解扩后的信号再经解调最后得到最初的原始信息。同时，在直接序列扩频通信系统中还应该注意的就是抗干扰能力。直接序列扩频通信系统其本身的特点就是利用扩频码的相关性，把需要的有用的信号能量进行聚集，将信号传输过程中的各种无关的干扰信号的能量进行扩散，其本身就具有一定程度的抗干扰能力。但是由于实际生活中的情况复杂或者是军事上的故意干扰，系统本身自带的抗干扰程度还是达不到这么高的要求。因此，通常在实际的直接序列扩频通信系统中，往往还需要采取其它的技术手段来进行抗干扰。第3章系统仿真及分析3.1系统仿真MATLAB是一款已经商业化的数学计算软件，在现下使用人数及范围较为宽广，对专业人员而言有重要作用。在数字信号处理工作中，使用MATLAB科学计算软件，能有十分大的效用[17]。扩频通信的规划优化及建设需要大面积的场地,若实地地学习和研究需要耗费大量的人力物力[18]。本章节根据上述设计思想和系统结构，通过MATLAB工具箱中的Simulink进行建模与仿真分析。在原本的系统上增加了多个示波器和功率密度谱检测器，使我们能够更加全面地了解直接序列扩频通信系统。同时引入误码率的概念，通过设置不同的信噪比来作为干扰源来检测系统性能。图3-1给出了直接序列扩频通信系统仿真的框图。图3-1直接序列扩频通信系统仿真图3.1.1直接序列扩频通信系统仿真构成直接序列扩频通信系统的仿真分为三大部分：发送部分，信道，接收部分。发送部分首先产生初始模拟信号，在BPSK模块中进行调制变成方便传输的数字信号。数字信号与PN序列扩频码进行扩频调制送入高斯白噪声通信信道。接收部分从通信信道中接收到传输的信号，在解扩模块中采用相同的PN序列扩频码进行解扩。随后送入BPSK解调模块将解扩后的数字信号进行解调，还原成初始模拟信号。系统仿真的主要参数设置：采样时间为0.01秒，BPSK调制方式，扩频调制PN码码长31bit，信噪比为5dB，系统运行时间50秒。此外，在本次直接序列扩频通信系统的仿真中，还添加了多个示波器和功率密度谱检测器来进行不同位置信号波形和功率密度的比较，用来检测仿真系统的可靠性，同时更于进行性能分析。直接序列扩频通信系统仿真的主要模块和相关介绍介绍：1．发送端信源产生模块（图3-2示），根据不同的需要，对参数进行相应设计来产生预期的信号。扩频系统仿真的开始，连接BPSK调制模块，用于产生初始信号送入调制模块。图3-2信源产生模块BPSK调制模块（图3-3示），根据设置对于接收到的信号进行不同的调制。例如可以设置信号进制数、输出方式、星座图排列的进制方式和初始相位频移等。接收信源产生模块产生的信号，将其产生的初始信号进行2PSK调制，转化为方便传输的数字信号。图3-3BPSK调制模块PN序列生成模块（图3-4示），可以根据参数设置产生不同长度不同进制的PN序列。对于初始项和多项式也可以进行设置。产生与BPSK调制后的数字信号相乘的PN序列，也称扩频码。图3-4PN序列生成模块扩频模块（图3-5示），也可称为算法模块。根据不同的设置可以使用不同的算法来计算接收到的信号。同时接入BPSK调制模块和PN序列生成模块，对于两者的信号进行运输后送入高斯白噪声通信信道。图3-5扩频模块2．传输信道高斯白噪声信道模块（图3-6示），发送端将调制后的信号送入的传输通道。模块两端分别为发送端和接收端。模块内可增加高斯白噪声等干扰，可以通过手动改变模块的信噪比来测试系统对于不同大小噪声的受影响程度，即系统的抗干扰能力。图3-6高斯白噪声信道模块3．接收端解扩模块（图3-7示），和扩频模块相同。同时接入通信信道传输的信号和PN模块产生的扩频码。通过计算将信道传输后的信号进行解扩还原成扩频前的信号。图3-7解扩模块BPSK解调模块（图3-8示），与BPSK调制模块相似。信号进制数、输出方式和星座图排列的顺序和BPSK调制模块相同。接入解扩模块，接受其解扩后的信号，将解扩模块传送的信号还原成初始信号。图3-8BPSK解调模块误码率计算模块（图3-9示），通过设置接收端分别接入经BPSK调制、扩频调制、信道传输、信道传输、解扩、BPSK解调后的信号和由信源产生模块产生的初始信号。通过对二者的比较计算出丢失的比特数和误码率，是判断整个通信系统性能的参照。图3-9误码率计算模块显示模块（图3-10示），用于显示系统仿真中需要的数据，根据不同的设置进行不同的显示。接入误码率计算模块，通过设置将仿真中的信号比特数、出错比特数和误码率的数值显示出来。图3-10显示模块3.1.2直接序列扩频通信系统仿真步骤在上述已经设置完成的系统仿真下进行每个模块的参数设置。主要模块参数设置如下：1．发送端：在信源模块中，将进制数数值设为2，采样时间设为0.01秒，初始种子数值在此仿真系统中无影响，可随意设置，此设为12345。即产生频率为100Hz二进制数比特流信号。同样在BPSK模块中，将进制数数值设为2，表示使用的是BPSK中的2PSK调制方法。输入方式设置为比特方式。选择二进制的星座图顺序，初始相位设置为0。PN序列生成模块，多项式设置为1000011，初始状态也可随意设置，这里设置为000011，因此产生的PN序列长度为2的初始状态项位数减一次放减1，即25减1共31，采样时间则相应的为0.01/31。因此，每产生一个发送符号，就会相应有31个扩频码片与之结合。扩频调制模块中选择逐个参数依次相乘的计算方法，对BPSK调制后的信号和扩频码进行相乘计算。注意，扩频时使用的扩频序列与解扩时使用的应为同一扩频序列。2．传输信道：高斯白噪声信道的初始种子同样对系统结构无影响，可随机设置，在此设置为12345。信噪比又称为讯噪比，一般用SNR或S/N表示，单位大多用分贝，即dB。通常是指系统中信号和噪声之间的数值比例。一般来说，信噪比数值越大，也就是信号远远多比噪声，系统的性能也随之提高。当信噪比的数值越小时，也就是信号远远少于噪声，系统的性能往往比较低甚至是无法获得正常的状态。国际电工委员会对信噪比的最低要求是前置放大器大于等于63dB，后级放大器大于等于86dB，合并式放大器大于等于63dB。合并式放大器信噪比的最佳值应大于90dB，CD机的信噪比可达90dB以上，高档的更可达110dB以上。而在通信领域中来，一般对于通信系统的信噪比的要求是不低于26dB。人们常常通过技术手段来改善传输环境和设备的硬件能力来提高信噪比以追求更好的通信效果。这里将信噪比设置为5dB作为一个干扰条件，之后可以根据具体的需要对于信噪比进行增加或减小来查看系统的性能变化和抗干扰能力。3.接受端:在解扩模块里的设置与扩频模块相同，都是将两路输入相乘，即接收到的信号与扩频序列相乘，得到解扩信号送入BPSK解调模块。在BPSK解调模块中，进制数设置为2，选择比特输出方式和二进制的星座图排列方式。判决方法同样采取硬判决。收到的解扩信号转化为初始信号。此外，在发送端增加了一个误码率计算模块，将模块中的延时等均设为0。通过将接受到的经过BPSK调制、扩频调制、信道传输、解调、BPSK解扩的信号与发送端发出的初始信号进行对比，得出丢失的比特数和误码率的数值。通过这个数值对整个系统的性能进行一个分析判断。图3-11分别为扩频序列、初始发送信号和最终接受信号的波形图。通过仔细观察和比较初始发送信号和最终接受信号的波形图的轮廓及特征，发现初始发送信号和最终接收信号完全一致，验证了直接序列扩频通信系统仿真的有效性和准确性。图3-11扩频序列、发送信号及接收信号波形图比较图3-12是当信噪比为5dB时错误码的个数和误码率的数值。第一行是误码率，第二行是错误比特数，第三行是信号总比特数。图3-12误码率模块显示通过上图可以看出，系统在运行的50秒内一共发出5001个比特的数据，其中31个发生了误差。误码率为百分之0.6199。即当前扩频系统在信噪比为5dB的情况下，误码率为百分之0.6199。3.2性能分析直接序列扩频通信系统其主要原理是通过具有高码率的扩频码采用各种调制方式使其在信道传输时满足与其要求。本次系统仿真的主要误差来自于通信信道传输时的高斯白噪声。如图3-13和3-14所示，分别是通信信道两端信号的星座图和通信信道两端信号波形图。对比通信信道两端的星座图可以发现，在信道左侧由于没有高斯白噪声的影响，经BPSK调制后的信号星座图图像在Y轴两侧均为没有扩散的圆点。而经过信道传输后，在高斯白噪声的影响下，星座图上明显可以看出发生了扩散。对于通信信道两端的信号波形图同样也能看出，在高斯白噪声的影响下，经过信道传输后的信号波形发生明显地抖动。图3-13通信信道两端信号星座图图3-14通信信道两端信号波形图图3-15所示为初始信号经过BPSK调制后的功率频谱密度和经扩频调制后的功率谱密度比较图。图3-16所示为经扩频调制后的信号功率谱密度和解扩后的功率谱密度比较。通过两图之间的对比可以看出，基带信号经过扩频调制后，信号的频谱发生明显的拓展，信号淹没在噪声之中。当信号经过解扩后，又从噪声中恢复出来。较低的功率谱密度可以有效的防止窃听，同时对于同样级别的干扰，也需要进行成数十倍或百倍的扩大才能对扩频系统造成和原来同样的干扰。保证通信系统的安全性和可靠性。同时也提高了频谱带宽的利用率。证明了直接序列扩频通信系统具有一定的安全性和抗干扰能力。图3-15BPSK调制和扩频后功率谱密度比较图3-16BPSK调制和解扩后功率谱密度比较当前，误码率一直是通信系统中一个重要的词语，它可以用来初步评判一个系统是否正确，同时也可以判断系统的效率高低，被常常用来作为通信系统的性能指标。因此，下述仿真采用误码率来作为判断系统性能好坏的参照。通过改变通信仿真系统的参数设置，主要是信噪比的取值来观察直接序列扩频通信系统的性能。分别将高斯白噪声通信信道的信噪比设置为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10观察误码率的变化。通过多次的修改高斯白噪声信道模块中的信噪比进行仿真，得到的误码率如表3-1所示，为了方便结果取四位有效数字。表3-1不同信噪比与相对应误码率表信噪比/dB012345678910误码率/%7.6185.5793.6392.4391.3390.61990.23990.79980.399900通过上图可以看出，在信噪比等于9dB和等于10dB的时候，扩频仿真系统的误码率为0。由此可以推断该直接序列扩频通信系统仿真在信噪比大于等于9dB时信号传输完全正常。不受噪声影响。为了更直观地分析特性，下图3-17是表3-1中不同信噪比和误码率数值的曲线图。（信噪比为9dB和10dB的点因为等于0，所以在图上不显示。）图3-17不同信噪比对应误码率的曲线图图像随着信噪比的增加呈现一条向下的曲线，由此可以得出以下结论：随着信噪比的增大，扩频通信系统的误码率随之降低。同时，由信噪比的定义（系统中信号与噪声的比例）可以证实这一结论。随着信噪比的增大，在通信信号不变的情况下信道中的噪声越来越小。整个通信系统的干扰因素也就越少，通信系统的质量和效率也就更高。当通信信道中的噪声小于一定的数值时（即信噪比大于某个值时），误码率减小到0。当信噪比再增加时误码率的值不改变。通过进一步的仿真，将高斯白噪声信道的信噪比从8dB依次增加0.1dB，最后得出该直接序列通信系统在信噪比为8.6dB至8.7dB的区间内，存在一个数值，使整个扩频仿真系统的误码率为0，并且信噪比继续增大误码率均不发生变化。第4章总结与展望4.1总结扩频通信系统具有的优点1.直接序列扩频系统本身对与宽带干扰和窄带干扰有一定的抗干扰能力。信号在传输过程中进行扩频调制等过程展宽频谱宽带的同时也降低了通频带内的干扰功率。提高了系统的信噪比，使系统具有一定的抗干扰能力。2.从理论上分析，足够低的信号功率谱密度和足够宽的频带宽度是不容易被其他信号检测出来的两个条件[19]。直接扩频序列系统本身自带的扩频特点使信号功率谱密度降低、频带宽度增加刚好满足这两个要求。同时，也可以人为的去进行扩频码的复杂程度设置。进行扩频调制后的信号即使被他人窃听，没有相应的PN序列也无法得到原来的信息。因此，直接序列扩频系统具有较强的安全性。在早期的军事上几乎全部采用扩频通信技术来进行信息的传输，直到目前扩频通信技术也依然为军事上很多信息传输问题服务。3.直接序列扩频系统可以很好的应用与码分多址技术，随着社会的日益发展。通信技术也被更多的企业和个人所了解，对于通信频段的需求也随之增加。而现实中往往没有足够多的频段来满足所有人的需求，因此合理的采用扩频技术可以很好的解决这一问题。只要采取不同的扩频码进行调制，信号就可以同时在频段上进行传输。大大提高了频段的使用率，同时信号相互之间的也比较小，保证了信息的可靠性。4.2扩频通信如今的应用和展望目前，扩频通信技术仍作为通信领域上的一块重要基石，许多新型的通信技术都是根据扩频通信技术作为基础进行创新升级。第五代移动通信技术（5thgenerationmobilenetworks）简称5G技术被人们所热议。作为最新一代的蜂窝移动通信技术，其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。而为了支持海量终端的并发接入、提高频谱的利用效率，同时最大程度地减少系统的信令等开销，5G网络引入了多址接入技术，类似于此前的CDMA（码分多址）技术，在相同的时域、频域并行发送多个用户经调制后的数据，接收侧对用户数据进行解调。目前的多址接入技术主要包括：PNMA（功率域非正交多址接入）、华为的SCMA（稀疏码本多址接入技术）、高通的RSMA（资源扩展多址接入）、中兴的MUSA（多用户共享接入技术）等[20]。5G作为一项新的移动通信技术，其不断升级换代的本质就是利用扩频技术和频率复用技术来实现降价和提速。2008年5月12日四川省发生了一次重大事件，汶川地震。当时的通信技术还不算发达，市面上正流行着第二代蜂窝移动通信技术（即2G）。面对第一时间大量的通信需求，当时的技术无法满足。许多人第一时间无法进行通信。2020年1月新型冠状病毒事件发生，湖北移动联通与华为和设计院仅花三天时间就为火神山医院建立好5G网络。既能够高速数据上网，也能够进行远程会诊等，为疫情的防控提供了极大的便利。医生们能够通过网络进行远程坐诊，这就是通信技术发展带来的好处。未来也许医生通过通信手段远程就能进行手术，当然这依赖于优秀的通信条件。11月3日，科技部会同国家发展改革委、教育部、工业和信息化部、中科院、自然科学基金委在北京组织召开6G技术研发工作启动会。会议宣布成立国家6G技术研发推进工作组和总体专家组，其中，推进工作组由相关政府部门组成，职责是推动6G技术研发工作实施。而扩频通信作为传输的基石同样必不可少。第5章结束语MATLAB作为一款优秀的开发软件，为许多工程的仿真设计节省时间、提高效率。因此，使用MATLAB软件进行系统仿真是有意义的。本文使用Simulink工具箱进行直接序列扩频通信系统的仿真

，通过扩频序列，发送信号和接受信号的比较验证了仿真的有效性和准确性。通过高斯白噪声信道两端信号的星座图和波形图比较，验证噪声对信号的传输产生了影响。通过功率谱的比较验证了系统具有一定的安全性和抗干扰能力。同时采用不同的信噪比设置进行性能分析，通过得到的信噪比得出该系统信噪比越高，误码率越低，系统传输性能越好，信噪比达到某一值后，信噪比继续增加对系统无影响。参考文献[1]张威,邱秀荣.论扩频通信与扩频调制技术[J].湖北农机化,2019（06）：25.[2]樊昌信,曹丽娜.通信原理（第7版）[M].国防工业出版社,2013.[3]王腾飞,王亚楠.无线通信中的抗干扰技术[J].电子技术与软件工程,2019年,18期.[4]李东健,郭梯云,邬国扬.移动通信[M].西安电子科技大学出版社,2006.[5]MIKhalil.ANewSchemeforSpreading&De-spreadingintheDirect