Simulink直接序列扩频系统综合设计

1、直接序列扩频的基本原理

直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)工作方式，简称直扩

方式(DS方式)。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接

受端用相似日勺扩频码序列进行解扩，把展开日勺扩频信号还原成本来的信号。直接

序列扩频方式是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要通过

信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。图1示出了直接

图1直接序列扩频系统的原理方框图

直扩系统H勺抗干扰能力是由接受机对干扰的克制产生日勺，如果干扰信号日勺

带宽与信息带宽相似(即窄带)，此干扰信号通过发送机伪噪声码调制后将展览

为与发送信号相似的带宽，而其谱密度却减少了若干倍。相反，直扩信号经伪噪

声码解扩后变成了窄带信息，从而使增益提高了若干倍。此增益我们称为直扩解

决增益GDS,也就是直扩系统的抗干扰能力，其定义式如下：

GDSnOlg(Rc/Rb)

其中：Rc为直扩码速率；Rb为信息码速率，其比率即为扩频码长度，也称

扩频信号口勺带宽扩展因子。

2、直接序列扩频通信系统日勺特点

(1)抗干扰性强

抗干扰是扩频通信重要特性之一，例如信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基

本上不起作用，而宽带干扰口勺强度减少了100倍，如要保持原干扰强度，则需加

大100倍总功率，这实质上是难以实现日勺。因信号接受需要扩频编码进行有关解

扩解决才干得到，因此虽然以同类型信号进行干扰，在不懂得信号的扩频码的状

况下，由于不同扩频编码之间H勺不同的有关性，干扰也不起作用。正由于扩频技

术抗干扰性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术口勺无线网桥来连接分

布在不同区域的计算机网络。

(2)隐蔽性好

由于信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密

度很।低，信号沉没在白噪声之中，别人难以发现信号时存在，加之不知扩频编码，

很难摄取有用信号，而极低H勺功率谱密度，也很少对于其她电讯设备构成干扰。

(3)易于实现码分多址9DMA)

直扩通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，与否挥霍了频段呢？

其实正相反，扩频通信提高了频带的运用率。正是由于直扩通信要用扩频编码进

行扩频调制发送，而信号接受需要用相似H勺扩频编码作有关解扩才干得到，这就

给频率复用和多址通信提供了基本。充足运用不同码型口勺扩频编码之间口勺有关特

性，分派给不同顾客不同的扩频编码，就可以区别不同日勺顾客B勺信号，众多顾客，

只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同步使用同一频率通信，从而

实现了频率复用，使拥挤H勺频谱得到充足运用。发送者可用不同日勺扩频编码，分

别向不同H勺接受者发送数据。同样，接受者用不同口勺扩频编码，就可以收到不同

日勺发送者送来的数据，实现了多址通信，提高了频谱运用率⑶。此外，扩频码分

多址还易于解决随时增长新顾客口勺问题。

(4)抗多径干扰

无线通信中抗多径(发射口勺信号经多条不同途径传播)干扰始终是难以解决

。勺问题，运用扩频编码之间口勺有关特性，在接受端可以用有关技术从多径信号中

提取分离出最强H勺有用信号，也可把多种途径来的同一码序列H勺波形相加使之得

到加强，从而达到有效口勺抗多径干扰。

⑸直扩通信速率高

直扩通信速率可达2M,8M,11M,不必申请频率资源，建网简朴，网络性能

好。在802.15.4通信原则中，规定日勺无线通信日勺速度是250Kbps,因此，cc2430

高频部分也是使用这个通信速度。

(6)有很强H勺保密性能

对于直扩系统而言，射频带宽很宽，谱密度很低，甚至沉没在噪音中，就很

难检查到信号时存在。由于直扩信号的频谱密度很低，直扩系统对其他系统的影

响就很小。

⑺精确测距

在扩频通信中如果扩展频偌很宽，则意味着所采用日勺扩频码速率很高，每个

码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接受

端解调出扩频码序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出犷频

信号来回的时间差，从而算出两者之间日勺距离。测量。勺精度决定于码片的宽度，

也就是扩展频谱口勺宽度。码片越窄，扩展日勺频谱越宽，精度越高。

3、基于Simulink均直接序列扩频通信系统日勺仿真

在Simulink中对直接序列扩频通信系统进行仿真是要用到扩频与解扩、

BPSK调制、编码信道AWGN信道模块，如图3.1所示。

15~i^BernoulliTx_0.

AWGNErrorRate

BinaryoCalculation

Rx

AWGNBernoulliBinary

ErrorRate

ChannelGeneratorH

Calculation

~i_r-hv\M

PNSequence

BPSKBPSK

Generator

PNSequenceBPSKBPSK

GeneratorDemodulatorModulatorDisplay

BasebandBaseband

图3.1仿真用到的重要模块

1)Scope——将输入信号在示波器中显示出来。

2)Display——将瑜入信号以数字H勺形式显示出来。

3)ErrorRateCacuIation---计算输入信号的比特或符号错误率。

4)AWGNchannel——AWGN信道。

5)PNSequenceGenerator----生成PN序列。

6)BernouIIiBinaryGenerator---生成Bernoulli分部二进制数。

7)BPSKDemoduIatorBasband---BPSK解调。

8)BPSKModulatorBasband——BPSK调制。

3.1扩频与解扩日勺Simulink仿真图

扩频模块涉及伪随机码生成和有关运算两个部分。不同日勺伪随机码表达着不

同时扩频方式。常用日勺伪随机码有m序列(最大长度移位寄存器序列)、Gold码

序列等。在直序扩频序列通信系统中，每一顾客都分派到一固定口勺PN序列，顾

客之间日勺PN序列都是互为正交H勺，以使得每一顾客不受到其她顾客H勺干扰，扩

频的过程可以简而言之为在发送端用PN码序列将载有信息口勺信号扩频到某个较

宽的带宽上，然后在信道上进行传播。

解扩过程与扩频过程完全相似，也是将输入解扩模块的信号用伪随机码进行

扩频解决。同步，规定接受端解扩频用日勺伪随机码与发送端扩频用的伪随机码不

仅码字相似，并且相位相似；否则，将会导致盼望顾客的信号自身互相抵消。

图3.2是扩频的仿真模型，图中一种随机序列与PN码序列异或相乘得一种

新的序列，使随机序列日勺频谱被扩展。图3.3H勺第一种波形输入H勺随机信号9勺波

形，第二个波形是扩频后H勺波形，第三个波形是生成日勺PN码序列的波形。

图3.2扩频。勺仿真模型

图3.3扩频波形

3.2BPSK调制的Simulink仿真图

BPSK是二进制相移键控，在二进制数字调制中，当正弦载波相位随二进制

数字基带信号离散变化时，则产生BPSK信号。一般用已调信号载波日勺0°和180°

分别表达二进制数字基带信号的1和0。抱负的BPSK调制可使载波相位瞬时变

化180°oBPSK信号H勺调制原理图如图3.4所示。

开关由格

图3.4BPSK调制原理图

BPSK信号的解调一般都是采用相干解调，解调器原理图如图3.5所示，在

相干解调过程中需要用到与接受到的BPSK信号同频同相的相干波。

ebpsk(t)输由

相乘器

COSCDct

图R5RPSK解调质E用图

图3.6是BPSK调制与解调框图，图3.7是BPSK调制与解调的Simulink模

型，3.8是信源输入日勺随机数字信息的波形，