1、擴頻通信實驗實驗名稱：基于m序列的直接序列擴頻專業班級：通信111501班學生姓名：穆琦沈傲立孫琳王瑞學熊曉倩學號：20211504011113162027指導教師：鄭秀萍時間：2021.10.291需求分析在通信發射端將載波信號展寬到較寬的頻段上；在接收端用同樣的擴頻碼序列進行解擴和解調,把展寬的信號復原成原始信息.通過擴展頻譜的相關處理,大大降低了頻譜的平均能量密度,可在負信噪比條件下工作,獲得了高處理增益,從而降低了被截獲和檢測的概率,防止了干擾影響.通過仿真模型結果分析抗噪聲性能結果.2概要設計擴頻通信系統分為直接序列擴頻系統、跳頻擴頻系統、跳時擴頻系統和混合式擴頻系統.直接序列擴頻系

2、統,又稱“平均系統或偽噪聲系統,就是采用高碼率的擴頻碼序列PN碼偽隨機碼,在發送端與編碼數據信號進行模2力口,產生一擴頻序列,這一碼序列由于碼元很窄,占用了很寬的頻帶,到達擴頻的目的,然后用擴頻序列去調制載波并予以傳輸.在接收端接收到的擴頻信號經高頻放大混頻之后,用與發端相同且同步的偽隨機碼對擴頻信號進行相關解擴,由于收發端偽隨機碼的相關系數為1,故可以完全恢復所傳的信息,而干擾和噪聲由于與接收機偽隨機碼不相關,在相關解調時大大降低進入信號通頻帶內的干擾.它是目前應用較廣泛的一種擴展頻譜系統.在國外已獲得成功的空間探測器“噴氣推進實驗室(JPL)測距技術就是一種直接序列調制,TATS-1軍用衛

3、星中的擴展頻譜多址(SSMA)系統等都使用DSSS.直接序列擴頻系統的接收一般采用相關接收,并分成兩步,即解擴和解調.在接收端,接收信號經過數控振蕩器放大混頻后,用與發射端相同且同步的由M序列發生器產生的偽隨機碼對中頻信號進行相關解擴,把擴頻信號恢復成窄帶信號,然后再由基帶濾波器進行解調,最后恢復出原始信息序列.擴頻與解擴過程中,利用PN序列生成器模塊(PNSequenceGenerator),產生6級、傳輸速率500b/s的PN偽隨機序列來到達擴頻和多址接入效果,這里擴頻增益為50倍.擴頻的運算是信息流與PN碼相乘或模二加的過程.解擴的過程與擴頻過程完全相同,即將接收的信號用PN碼進行第二次

4、擴頻處理.要求使用的PN碼與發送端擴頻用PN碼不僅碼字相同,而且相位相同.否那么會使有用信號自身相互抵消.解擴處理將信號壓縮到信號頻帶內,由寬帶信號恢復為窄帶信號.同時將干擾信號擴展,降低干擾信號的譜密度,使之進入到信息頻帶內的功率下降,從而使系統獲得處理增益提升系統的抗干擾水平.調制與解調使用二相相移鍵控PSK方式.為了方便分析,我們可對系統作如下假設：系統各用戶同步；系統各用戶功率相同;僅考慮系統MAI和白噪聲干擾引起的誤碼,忽略信號傳輸、調制解調過程中的誤碼.3開發工具和編程語言開發工具：基于MATLAB通信工具箱的線性分組碼漢明碼的設計與仿真編程語言：MATLAB是一個交互式的系統,其

5、根本數據元素是無須定義維數的數組.這讓你能解決很多技術計算的問題,尤其是那些要用到矩陣和向量表達式的問題.而要花的時間那么只是用一種標量非交互語言(例如C或Fortran)寫一個程序的時間的一小局部.4詳細設計程序代碼：產生高斯噪聲：?1?functiongsrv1,gsrv2=gngauss(m,sgma)%gsrv表示位置ifnargin=0,%nargin是用來判斷輸入變量個數的函數m=0;sgma=1;elseifnargin=1,sgma=m;m=0;end;u=rand;%auniformrandomvariablein(0,1)(均勻分布的隨機變量(0,1)z=sgma*(sqr

6、t(2*log(1/(1-u);%aRayleighdistributedrandomvariable瑞利分布的隨機變量u=rand;%anotheruniformrandomvariablein(0,1)(另一個均勻分布的隨機變量(0,1)gsrv1=m+z*cos(2*pi*u);gsrv2=m+z*sin(2*pi*u);«2»functionp=ss_Pe94(snr_in_dB,Lc,A,w0)snr=10A(snr_in_dB/10);sgma=1;Lc=20;Eb=2*sgmaA2*snr;E_chip=Eb/Lc;N=10000;num_of_err=0;f

7、ori=1:N,temp=rand;if(temp<0.5),data=-1;elsedata=1;end;forj=1:Lc,repeated_data(j)=data;end;forj=1:Lc,temp=rand;if(temp<0.5),pn_seq(j)=-1;elsepn_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是干擾rec_sig

8、=trans_sig+noise+interference;temp=rec_sig.*pn_seq;decision_variable=sum(temp);if(decision_variable<0),decision=-1;elsedecision=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_

9、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,

10、y2,x,y3);(注：?1?、?2?為定義函數,?3»為主函數)5調試分析分析結果如下：根據香農定理和柯捷爾尼可夫潛在抗干擾理論,借助MatLab工具箱和MonteCarlo仿真算法,建立了直接序列擴頻通信系統仿真模型,通過分析無干擾時的誤碼率仿真曲與理論計算值,證明了所建仿真模型的正確性,以此為根底,研究了擴頻處理增益,正弦干擾信號振幅與誤碼率的關系,結果說明,在相同信噪比下,處理增益越大,誤碼率越小,特別是大信噪比時,這種差異尤為明顯,而在處理增益不變時,正弦干擾信號振幅增加,誤碼率那么增大.我們選取仿真時間為300秒.當干擾用戶為5個時,PN碼長度為63位時,我們可以從仿真的

11、結果可以看到,系統并沒有產生很大的誤差.隨著干擾用戶的不斷增多系統的誤碼率也越來越大.總結仿真實驗歸納如下：1 .偽碼長度越長,其系統誤碼率就越低2 .系統誤碼率還與信道里的信噪比大小有關從系統仿真的結果看來,直序擴頻技術擁有良好的抗干擾水平.無論是對正弦信號還是高斯噪聲,都有很強的抗干擾水平,而更為出色的是它的抗多址干擾能圖3未加干擾前的已調信號的頻譜圖參考文獻1 .郭文彬,桑林編著,通信原理-基于Matlab的計算機仿真,北京郵電大學出版社,2006年2 .曹志剛,錢亞生,現代通信原理,清華大學出版社,2002年3 .鐘麟,王峰等編著,MATLAB仿真技術與應用教程,國防工業出版社,200

12、4年4 .張輝,曹麗娜編著,通信原理學習指導,西安電子科技大學,2003年5 .徐明遠,邵玉斌等編著,?MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用?,西安電子科技大學出版社,2005年6 .郭仕劍等,?MATLAB7.x數字信號處理?,人民郵電出版社,2006年心得體會利用不同的偽隨機序列作為不同用戶的地址碼,可實現碼分多址通信.當同時通信的用戶數增多時,多址干擾電平增大,導致系統的誤碼率也增大.(1)擴頻通信系統具有極強的抗人為寬帶干擾、窄帶瞄準式干擾、中繼轉發式干擾的水平,這對軍用和民用移動通信是很有利的.(2)擴頻系統使用周期很長的偽隨機碼,在一個偽碼周期中具有隨機特性,經它調制后的數字信息類似于隨機噪聲.在接收端進行解擴時,只有當本地碼和發射的偽碼完全一致時,才能有效地恢復信息.假設要破密,就必須準確地知道所用偽隨機碼的種類、碼長和初相,這顯然是比擬困難的.由于不同長度的偽隨機碼有無數種,同一長度的M序列又有數個不同序列,況且同一個碼長p的偽碼,又有p個不同的初相.對非線性碼情況更為復雜,所以竊聽者要獲得基帶數字信息是非常困難的.還可以和常規通