Simulink直接序列擴頻系統設計

1、1、直接序列擴頻的基本原理直接序列擴頻（ Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式，簡稱直擴方式（ DS 方式）。就是用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴， 把展開的擴頻信號還原成原來的信號。 直接序列擴頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進行調制， 要傳送的數據信息需要經過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2 和生成復合碼去調制載波。 圖 1 示出了直接序列信碼 m(t)BPSK調制擴頻系統的原理方框圖。PN碼載波信息擴頻解調BPSK解調本地 PN 碼本地載波圖 1 直接序列擴頻系統的原理方框圖直擴系統的抗干擾能力是由接收機對干

2、擾的抑制產生的，如果干擾信號的帶寬與信息帶寬相同（即窄帶） ，此干擾信號經過發(fā)送機偽噪聲碼調制后將展寬為與發(fā)送信號相同的帶寬， 而其譜密度卻降低了若干倍。 相反，直擴信號經偽噪聲碼解擴后變成了窄帶信息， 從而使增益提高了若干倍。 此增益我們稱為直擴處理增益 GDS，也就是直擴系統的抗干擾能力，其定義式如下：GDS=10 lg（Rc/Rb）其中： Rc 為直擴碼速率； Rb 為信息碼速率，其比率即為擴頻碼長度，也稱擴頻信號的帶寬擴展因子。2、直接序列擴頻通信系統的特點(1)抗干擾性強抗干擾是擴頻通信主要特性之一， 比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用， 而寬帶干擾的強度降低了

3、100 倍，如要保持原干擾強度， 則需加大 100 倍總功率，這實質上是難以實現的。 因信號接收需要擴頻編碼進行相關解擴處理才能得到， 所以即使以同類型信號進行干擾， 在不知道信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關性， 干擾也不起作用。 正因為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術的無線網橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網絡。(2)隱蔽性好因為信號在很寬的頻帶上被擴展， 單位帶寬上的功率很小， 即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中， 別人難以發(fā)現信號的存在， 加之不知擴頻編碼，很難攝取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設備構成干擾。(3)易

4、于實現碼分多址 (CDMA)直擴通信占用寬帶頻譜資源通信， 改善了抗干擾能力， 是否浪費了頻段呢其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。 正是由于直擴通信要用擴頻編碼進行擴頻調制發(fā)送， 而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關解擴才能得到， 這就給頻率復用和多址通信提供了基礎。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼， 就可以區(qū)別不同的用戶的信號， 眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼， 就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信， 從而實現了頻率復用， 使擁擠的頻譜得到充分利用。 發(fā)送者可用不同的擴頻編碼， 分別向不同的接收者發(fā)送數據。 同樣，接收者用不同的擴頻編碼， 就

5、可以收到不同的發(fā)送者送來的數據，實現了多址通信，提高了頻譜利用率 3。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。(4)抗多徑干擾無線通信中抗多徑 (發(fā)射的信號經多條不同路徑傳播 )干擾一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關特性， 在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號， 也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。(5)直擴通信速率高直擴通信速率可達 2M ，8M，11M，無須申請頻率資源，建網簡單，網絡性能好。在通信標準中，要求的無線通信的速度是 250Kbps, 所以， cc2430 高頻部分也是使用這個通信速度。(6)有

6、很強的保密性能對于直擴系統而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。 由于直擴信號的頻譜密度很低， 直擴系統對其它系統的影響就很小。(7)精確測距在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬， 則意味著所采用的擴頻碼速率很高， 每個碼片占用的時間就很短。 當發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來后， 在接收端解調出擴頻碼序列， 然后比較收發(fā)兩個碼序列相位之差， 就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。3、基于 Simulink 的直接序列擴頻通信系統的仿真在 Simulink

7、 中對直接序列擴頻通信系統進行仿真是要用到擴頻與解擴、 BPSK 調制、編碼信道 AWGN 信道模塊，如圖所示。圖仿真用到的主要模塊1)Scope將輸入信號在示波器中顯示出來。2)Display將輸入信號以數字的形式顯示出來。3)Error Rate Calculation計算輸入信號的比特或符號錯誤率。4)AWGN channel AWGN信道。5)PN Sequence Generator生成 PN 序列。6)Bernoulli Binary Generator生成 Bernoulli 分部二進制數。7)BPSK Demodulator Basband BPSK解調。8)BPSK Modu

8、lator Basband BPSK調制。擴頻與解擴的 Simulink 仿真圖擴頻模塊包括偽隨機碼生成和相關運算兩個部分。 不同的偽隨機碼表示著不同的擴頻方式。常用的偽隨機碼有 m 序列 (最大長度移位寄存器序列 )、Gold 碼序列等。在直序擴頻序列通信系統中，每一用戶都分配到一固定的 PN 序列，用戶之間的 PN 序列都是互為正交的，以使得每一用戶不受到其他用戶的干擾。擴頻的過程可以簡而言之為在發(fā)送端用 PN 碼序列將載有信息的信號擴頻到某個較寬的帶寬上，然后在信道上進行傳輸。解擴過程與擴頻過程完全相同， 也是將輸入解擴模塊的信號用偽隨機碼進行擴頻處理。同時，要求接收端解擴頻用的偽隨機碼

9、與發(fā)送端擴頻用的偽隨機碼不僅碼字相同，而且相位相同；否則，將會導致期望用戶的信號自身相互抵消。圖是擴頻的仿真模型，圖中一個隨機序列與 PN 碼序列異或相乘得一個新的序列，使隨機序列的頻譜被擴展。 圖的第一個波形輸入的隨機信號的波形， 第二個波形是擴頻后的波形，第三個波形是生成的PN 碼序列的波形。圖 擴頻的仿真模型圖 擴頻波形BPSK調制的 Simulink 仿真圖BPSK是二進制相移鍵控，在二進制數字調制中，當正弦載波相位隨二進制數字基帶信號離散變化時， 則產生 BPSK信號。通常用已調信號載波的 0°和 180° 分別表示二進制數字基帶信號的 1 和 0。理想的 BPSK調制可使載波相位瞬時變化 180°。 BPSK信號的調制原理圖如圖所示。開關電路cos ctebpsk(t)180°移相S（ t）圖 BPSK調制原理圖BPSK信號的解調通常都是采用相干解調，解調器原理圖如圖所示，在相干解調過程中需要用到與接收到的 BPSK信號同頻同相的相干波。ebpsk(t)輸出相乘器cos ct圖 BPSK解調原