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基于LabVIEW-USRP的直接序列扩频通信系统仿真实验

李毅;杨栋;李晓辉

【摘要】以LabVIEW为基础,利用USRP平台工具包设计了基于扩频通信的数据

通信系统,验证了直接序列扩频(DSSS)通信技术在抗窄带噪声等方面的良好特性.所

设计的通信系统能够对各项参数进行调整,有助于在各种参数配置下对系统性能进

行研究.该系统具有良好的抗窄带干扰能力.经过USRP的测试表明,发送的文本与接

收的文本完全相同,说明DSSS系统工作可靠.

【期刊名称】《实验技术与管理》

【年(卷),期】2018(035)012

【总页数】5页(P139-142,146)

【关键词】扩频通信;直接序列扩频;仿真实验;软件无线电平台

【作者】李毅;杨栋;李晓辉

【作者单位】西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大

学通信工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安

710071

【正文语种】中文

【中图分类】TN914.4;TP391.9

传统的通信系统实验平台往往趋于两个极端:一种平台完全以硬件板卡实现,没有

二次设计开发功能,学生只能在指定测试点接入仪器进行波形或频谱观察;另一种

平台采用Matlab/Simulink、SystemVIEW等进行纯软件仿真。前一种方式虽使

学生对真实通信系统有直观体验,但难以对底层理论有深刻理解;后一种方式则偏

重于数学模型的建立与验证,但缺失了对通信系统实验的工程性支撑。将可编程的

PC端通信仿真软件与软件无线电平台结合起来,构成半实物实验系统,可以将模型

建立、原理的仿真验证、与通信系统的硬件工程有效结合起来[1-4]。

本文利用美国国家仪器公司(NI)的LabVIEW图形化编程语言[5]和通用软件无线电

平台(USRP)[6],完成直接序列扩频(DSSS)通信系统的设计、数据帧结构设计、

BPSK调制与解调实现方案的设计等,并给出了流程框图、实现过程、功能界面、性

能仿真测试与测试结果。所开发的仿真实验避免采用复杂的可编程门阵列(FPGA)

开发技术[7-9],为扩频通信领域教学、科研和快速开发提供了可扩展的解决方案。

扩频通信技术在抗窄带噪声等方面具有传统无线通信方式所不可比拟的优势,因此

在卫星通信、GPS定位、移动通信以及军事抗干扰通信等领域具有广泛应用[10]。

1直接序列扩频通信系统原理

直接序列扩频通信系统的宽带传输与伪随机码具有优良的特性,因而可在很低的功

率谱密度下实现抗干扰通信。

仅做基带等效系统原理推导,扩频信号s(t)可以写作

s(t)=a(t)b(t)

其中a(t)为待传输的双极性二进制数字信号波形,b(t)为扩频码信号波形[11-12]。

相关解扩是利用本地产生的扩频码与接收信号进行相关运算,用R(τ)表示,即

R(τ)=E[b(t)br(t+τ)]

其中τ为所取两个时间点的间隔,br(t)为本地参考扩频码波形,E[x(t)]表示求x(t)的

均值。

若采用相干解调,在不考虑噪声与等效信道冲击响应影响的条件下,解扩信号为

s′(t)=E[a(t-Td)b(t-Td)br(t-Td)]

其中Td为信号传输过程中产生的随机时延,E[x(t)]表示求x(t)的均值。

根据扩频码的性质有

E[b(t-Td)br(t-Td)]=1

可得

s′(t)=a(t-Td)

即发射的扩频信号在经过相关解扩后,可以恢复出原始的传输信号。

直接序列扩频通信原理如图1所示。

图1直接序列扩频通信原理框图

(1)由编码器输出码元的持续时间为Ta的数据流a(t);

(2)扩频序列产生器产生速率较高的伪随机序列b(t),其码元宽度为Tb;

(3)扩频器根据扩频序列对a(t)与b(t)做乘法或模二加运算,进行直接序列扩频,产生

一个与伪随机序列速率相同的扩频信号c(t),此时原信源信号频谱带宽会得到扩展;

(4)载波调制模块能够对扩频后的信号进行载波相位键控调制;

(5)发射机模块完成滤波、功率放大等;

(6)接收机模块完成滤波、低噪声放大、自动增益控制等,恢复出所传信号d′(t);

(7)扩频解调模块将与发送端完全相同的伪随机序列b(t)和扩频信号d′(t)做乘法运

算或模二加运算完成解扩,将信号的频带宽度恢复为与编码后a(t)相同的c′(t);

(8)载波解调模块完成基带解调、时频同步等,恢复出所传信

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