基于m序列的直接序列扩频.docx
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基于m序列的直接序列扩频
扩频通信实验
实验名称：
基于m序列的直接序列扩频
专业班级：
通信111501班
学生姓名：
穆琦傲立琳王瑞学熊晓倩
学号：
113162027
指导教师：
秀萍
时间：
2014.10.29
1需求分析
在通信发射端将载波信号展宽到较宽的频段上;在接收端,用同样的扩频码序列进行解扩和解调,把展宽的信号还原成原始信息.通过扩展频谱的相关处理,大大降低了频谱的平均能量密度,可在负信噪比条件下工作,获得了高处理增益,从而降低了被截获和检测的概率,避免了干扰影响.通过仿真模型结果分析抗噪声性能结果。
2概要设计
扩频通信系统分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统和混合式扩频系统。
直接序列扩频系统，又称“平均”系统或伪噪声系统，就是采用高码率的扩频码序列PN码（伪随机码）,在发送端与编码数据信号进行模2加,产生一扩频序列,这一码序列由于码元很窄,占用了很宽的频带,达到扩频的目的,然后用扩频序列去调制载波并予以传输。
在接收端接收到的扩频信号经高频放大混频之后,用与发端相同且同步的伪随机码对扩频信号进行相关解扩,由于收发端伪随机码的相关系数为1,故可以完全恢复所传的信息,而干扰和噪声由于与接收机伪随机码不相关,在相关解调时大大降低进入信号通频带的干扰。
它是目前应用较广泛的一种扩展频谱系统。
在国外已获得成功的空间探测器“喷气推进实验室（JPL）测距技术”就是一种直接序列调制，TATS-1军用卫星中的扩展频谱多址（SSMA）系统等都使用DSSS。
直接序列扩频系统的接收一般采用相关接收，并分成两步，即解扩和解调。
在接收端，接收信号经过数控振荡器放大混频后，用与发射端相同且同步的由M序列发生器产生的伪随机码对中频信号进行相关解扩，把扩频信号恢复成窄带信号，然后再由基带滤波器进行解调，最后恢复出原始信息序列。
扩频与解扩过程中,利用PN序列生成器模块（PNSequenceGenerator）,产生6级、传输速率500b/s的PN伪随机序列来达到扩频和多址接入效果,这里扩频增益为50倍.扩频的运算是信息流与PN码相乘或模二加的过程.解扩的过程与扩频过程完全相同,即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理.要求使用的PN码与发送端扩频用PN码不仅码字相同,而且相位相同.否则会使有用信号自身相互抵消.解扩处理将信号压缩到信号频带,由宽带信号恢复为窄带信号.同时将干扰信号扩展,降低干扰信号的谱密度,使之进入到信息频带的功率下降,从而使系统获得处理增益,提高系统的抗干扰能力.调制与解调使用二相相移键控PSK方式.
为了方便分析,我们可对系统作如下假设:
系统各用户同步;系统各用户功率相同;仅考虑系统MAI和白噪声干扰引起的误码,忽略信号传输、调制解调过程中的误码。
3开发工具和编程语言
开发工具：
基于MATLAB通信工具箱的线性分组码汉明码的设计与仿真
编程语言：
MATLAB是一个交互式的系统，其基本数据元素是无须定义维数的数组。
这让你能解决很多技术计算的问题，尤其是那些要用到矩阵和向量表达式的问题。
而要花的时间则只是用一种标量非交互语言（例如C或Fortran）写一个程序的时间的一小部分。
.
4详细设计
程序代码：
产生高斯噪声：
《1》function[gsrv1,gsrv2]=gngauss（m,sgma）%gsrv表示位置
ifnargin==0,%nargin是用来判断输入变量个数的函数
m=0;sgma=1;
elseifnargin==1,
sgma=m;m=0;
end;
u=rand;%auniformrandomvariablein（0,1）
（均匀分布的随机变量（0,1））
z=sgma*（sqrt（2*log（1/（1-u））））;%aRayleighdistributedrandomvariable
（瑞利分布的随机变量）
u=rand;%anotheruniformrandomvariablein（0,1）
（另一个均匀分布的随机变量（0,1））
gsrv1=m+z*cos（2*pi*u）;
gsrv2=m+z*sin（2*pi*u）;
《2》function[p]=ss_Pe94（snr_in_dB,Lc,A,w0）
snr=10^（snr_in_dB/10）;
sgma=1;
Lc=20;
Eb=2*sgma^2*snr;
E_chip=Eb/Lc;
N=10000;
num_of_err=0;
fori=1:
N,
temp=rand;
if（temp<0.5）,
data=-1;
else
data=1;
end;
forj=1:
Lc,
repeated_data（j）=data;
end;
forj=1:
Lc,
temp=rand;
if（temp<0.5）,
pn_seq（j）=-1;
else
pn_seq（j）=1;
end;
end;
trans_sig=sqrt（E_chip）*repeated_data.*pn_seq;
noise=sgma*randn（1,Lc）;
n=（i-1）*Lc+1:
i*Lc;
interference=A*sin（w0*n）;%interference是干扰
rec_sig=trans_sig+noise+interference;
temp=rec_sig.*pn_seq;
decision_variable=sum（temp）;
if（decision_variable<0）,
decision=-1;
else
decision=1;
end;
if（decision~=data）,
num_of_err=num_of_err+1;
end;
end;
p=num_of_err/N;
主程序：
《3》Lc=20;
A1=3;
A2=7;
A3=12;
A4=0;
w0=1;
snr_in_dB=0:
2:
30;
fori=1:
length（SNRindB）,
smld_err_prb1（i）=ss_Pe94（SNRindB（i）,Lc,A1,w0）;
smld_err_prb2（i）=ss_Pe94（SNRindB（i）,Lc,A2,w0）;
smld_err_prb3（i）=ss_Pe94（SNRindB（i）,Lc,A3,w0）;
end;
SNRindB4=0:
1:
8;
fori=1:
length（SNRindB4）,
smld_err_prb4（i）=ss_Pe94（SNRindB4（i）,Lc,A4,w0）;
end;
x=SNRindB;
y1=smld_err_prb1;
y2=smld_err_prb2;
y3=smld_err_prb3;
semilogy（x,y1,x,y2,x,y3）;
（注：
《1》、《2》为定义函数，《3》为主函数）
5调试分析
分析结果如下：
根据香农定理和柯捷尔尼可夫潜在抗干扰理论，借助MatLab工具箱和MonteCarlo仿真算法，建立了直接序列扩频通信系统仿真模型，通过分析无干扰时的误码率仿真曲与理论计算值，证明了所建仿真模型的正确性，以此为基础，研究了扩频处理增益，正弦干扰信号振幅与误码率的关系，结果表明，在相同信噪比下，处理增益越大，误码率越小，特别是大信噪比时，这种差别尤为明显，而在处理增益不变时，正弦干扰信号振幅增加，误码率则增大。
我们选取仿真时间为300秒.当干扰用户为5个时,PN码长度为63位时,我们可以从仿真的结果可以看到,系统并没有产生很大的误差.随着干扰用户的不断增多,系统的误码率也越来越大.总结仿真实验归纳如下:
1.伪码长度越长,其系统误码率就越低
2.系统误码率还与信道里的信噪比大小有关
从系统仿真的结果看来,直序扩频技术拥有良好的抗干扰能力.无论是对正弦信号还是高斯噪声,都有很强的抗干扰能力,而更为出色的是它的抗多址干扰能力.
6测试结果
图1信号源的输入波形
图2低通滤波器的处理信号
图3未加干扰前的已调信号的频谱图
参考文献
1．郭文彬，桑林编著，通信原理-基于Matlab的计算机仿真，邮电大学，2006年
2．志刚，钱亚生，现代通信原理，清华大学，2002年
3．钟麟，王峰等编著，MATLAB仿真技术与应用教程，国防工业，2004年
4．辉，丽娜编著，通信原理学习指导，电子科技大学，2003年
5．徐明远，邵玉斌等编著，《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》，电子科技大学，2005年
6．郭仕剑等，《MATLAB7.x数字信号处理》，人民邮电，2006年
心得体会
利用不同的伪随机序列作为不同用户的地址码,可实现码分多址通信.当同时通信的用户数增多时,多址干扰电平增大,导致系统的误码率也增大.
（1）扩频通信系统具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，这对军用和民用移动通信是很有利的。
（2）扩频系统使用周期很长的伪随机码，在一个伪码周期中具有随机特性，经它调制后的数字信息类似于随机噪声。
在接收端进行解扩时，只有当本地码和发射的伪码完全一致时，才能有效地恢复信息。
若要破密，就必须准确地知道所用伪随机码的种类、码长和初相，这显然是比较困难的。
因为不同长度的伪随机码有无数种，同一长度的M序列又有数个不同序列，况且同—个码长p的伪码，又有p个不同的初相。
对非线性码情况更为复杂，所以窃听者要获得基带数字信息是非常困难的。
还可以和常规通信一样，在基带数字调制时采用加密编码。
这样对传送的消息，就相当于加了“双保险”，故提高了可靠性。
（3）扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频宽的电波“通量密度”，这对空间通信大有好处。
于无线电波运载的各种信息充塞了有限“时频空间”的大城市，使用扩展频谱码分多址通信技术，可以解决常规通信中存在的大难题——电波拥挤的缺点，故扩频码分多址通信在城市移动通信中有着广阔的应用前景。
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