基于Matlab的直序列和跳频扩频通信系统仿真

一、实验目的

根据通信理论知识熟练的运用MATLAB进行直序列扩频和跳频扩频的仿真研究。

二、实验内容

1.Matlab/simulink通信系统仿真。

2.用matlab实现直序列扩频和跳频扩频。

三、实验平台

硬件平台：笔记本电脑

软件平台：windows XP操作系统、Matlab R2014a

四、扩频通信

（一）理论基础

通信技术和通信理论的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题开展的。所以，有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。

有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。

可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，决定于通信系统的抗干扰性。在模拟通信系统中，传输可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输可靠性是用差错率来衡量的。

扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速。

扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息(如语音、图象、数据等)的信号一般都是以时域来表示的，即表示为一个时间的函数f(t)。信号的时域表示式f(t)可以用傅立叶变换得到其频域表示式F(?)。频域和时域的关系由式(1-1)确定：

?F(?)??f(t)e?j2πftdt???? (1-1) ?1?j2?ft?f(t)?F(?)ed????2??仅供参考# 1

函数f(t)的傅立叶变换存在的充分条件是f(t)满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)绝对可积，即????f(t)dt必须为有限值。

扩展频谱通信系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息码无关）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，再利用相应的手段将其压缩，从而获取传输信息的通信系统。也就是说在传输同样信息时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息所必需的最小的带宽。扩频后射频信号的带宽至少是信息带宽的几十倍、几百倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。

由上述可知，扩频通信系统有以下两个特点：

① 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；

② 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机(伪噪声)编码信号。

以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依据。

扩频通信的理论基础是香农公式，即信道的理论容量公式为：

S C?Wlog2(1?) (1-2)

N式（1-2）中，C为信道容量，单位为bps；W微信道带宽；S/N(dB)为信噪比。扩频通信将信道上带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干扰能力。

假设C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，对(1-2)式进行变换

CS?1.44ln(1?) (1-3) WNS对于干扰环境中的典型情况，当??1时，对式(1-3)用幂级数展开，并略去

N高次项得

CSN?1.44 或 W?0.7C (1-4)

SWNS由式(1-4)可看出，对于任意给定的噪声信号功率比，只要增加用于传输信

N息的带宽W，理论上就可以增加在信道中无误差地传输的信息率C。或者说在信

S道中当传输系统的信号噪声功率比下降时，可以用增加系统传输带宽W的办法

NS来保持信道容量C不变。对于任意给定的信号噪声功率比，可以用增大系统的

N传输带宽来获得较低的信息差错率。扩频通信系统正是利用这一原理，用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信息带宽的目的。扩频通信系统的带宽比常规通信

仅供参考# 2

体制大几百倍乃至几万倍，所以在相同信噪比的条件下，具有较强的抗干扰的能力。

香农公式指出，在高斯噪声的干扰下，在限平均功率的信道上，实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。这是因为高斯白噪声信号具有理想的自相关特性，其功率谱为

NS(f)?0，-??f??? (1-5)

2它的自相关函数为：

R(τ)??S(f)ej2πfτdf?N0/2δ(τ) (1-6)

???其中：?(?)为时延，当??0时?(?)趋于无穷，当??0时?(?)?0。

白噪声的自相关函数具有?(?)函数的特点，说明它具有尖锐的自相关特性。但是对于白噪声信号的产生、加工和复制，迄今为止仍存在着许多技术问题和困难。然而人们已经找到一些易于产生又便于加工和控制的伪噪声码序列，它们的统计特性逼近于高斯白噪声的统计特性。

假设某种伪噪声序列的周期为N，且码元都是二元域??1,1?上的元素。一个周期为N，码元为ci的伪噪声二元序列?ci?的归一化自相关函数为

1τ?0(modN)?? (1-7) cici????1??τ?0(modN)i?1??N式中??0，1，2，3，…当伪噪声序列周期N取足够长或N→∞时，式(1-7)可简化为

1τ?0(modN)?? (1-8) Rc(τ)??1??0τ?0(modN)??N比较式(1-6)和式(1-8)，看出它们比较接近，当序列周期(长度)足够长时，式(1-8)就逼近式(1-6)。伪噪声序列具有和白噪声类似的统计特性，也就是它逼近于高斯信道要求的最佳信号形式。用伪噪声码扩展待传输基带信号频谱的扩频通信系统，优于常规通信体制。

1Rc(τ)?NN（二）实现方法

扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。

直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DS-SS） 跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FH-SS） 跳时扩频（Time Hopping Spread Spectrum，TH-SS）

仅供参考# 3