基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究.doc

基于MATLA的扩频通信系统仿真研究 摘 要 本文阐述了扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，并通过MATLAB提供的Simulink仿真平台对直扩通信系统进行了仿真，详细讲述了各模块的设计。在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。同时，利用建立的仿真系统，研究了抑制正弦干扰性能与系统信噪比的关系，结果表明，提高信噪比，系统可以有效抑制正弦信号干扰。 关键词 直扩通信；信噪比；误码率；抗干扰 1 引言 扩展频谱通信具有很强的抗干扰性能，其多址能力、必威体育官网网址、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数人为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。本文利用MATLAB/Simulink对扩频系统中的m序列的产生、频谱、相关函数，以及整个扩频系统工作原理及其抑制正弦干扰性能进行了仿真，为今后扩频通信系统在各个领域的应用和研究提供了依据。 2 扩展频谱技术 2.1 理论基础 Shannon定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称信道容量）为 （1） 式中：B为信号带宽；S为信号平均功率；N为噪声功率。 若白噪声的功率谱密度为n0，噪声功率N=n0B ，则信道容量C可表示为 （2） 由上式可以看出，B 、n0 、 S确定后，信道容量C就确定了。由Shannon第二定理知，若信源的信息速率 小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。为使信源产生的信息以尽可能高的信息速率通过信道，提高信道容量是人们所期望的。 由Shannon公式可以看出： （1）信道容量C为常数时，带宽B与信噪比S/N可以互换，即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S/N 的要求。 （2）要增加系统的信息传输速率，则要求增加信道容量。增加信道容量的方法可以通过增加传输信号带宽B，或增加信噪比S/N来实现。由式（1）可知， B与C成正比，而C与S/N成对数关系，因此，增加B比增加S/N更有效。 2.2 m序列 Shannon在证明编码定理的时候，提出了用具有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程，它的瞬时值服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，它有及其优良的相关特性。但是至今无法实现对白噪声的放大、调制、检测、同步及控制等，而只能用具有类似带限白噪声统计特性的伪随机码来逼近它，并作为扩频系统的扩频码。 m序列是最长线性移位寄存器，是最重要的伪随机序列之一，这种序列易于产生，有优良的自相关特性。m序列是由移位寄存器加反馈后形成的，其结构如图1所示。图中αn-1 （ i=1，2，3，…， r）为移位寄存器中每位寄存器的状态； ci（ i=1，2，3，…，r ）为第 位寄存器的反馈系数。当 =0时，表示无反馈，将反馈线断开；当ci=1时表示存在反馈，将反馈线连起来。在此结构中c0=cr=1，c0不能为0，c0为0就不能构成周期性序列，因为 c0=0意味着无反馈，为静态移位寄存器。cr也不能为0，即第r 位寄存器一定要参加反馈，否则，r级的反馈移位寄存器将减化为r-1级的或更低的反馈移位寄存器。不同的反馈逻辑，即 ci（ i=1，2，3，…， r-1）取不同的值，将产生不同的移位寄存序列。 图1 反馈移位寄存器结构 2.3 直扩系统 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。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。图2为直接序列扩频系统的原理框图。  图2 直接序列扩频系统原理图 由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。 3 系统仿真模型的建立 3.1 Simulink简介 MATLAB最初是Mathworks公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，