基于MATLAB的扩频通信（直扩）系统的分析和仿真

1、目录摘要iiiabstractiv第一章 前言11.1发展简史及应用11.2扩频通信系统的特点11.3扩频通信系统的典型工作方式31.直接序列扩频31.4扩频通信技术的发展趋势4第二章 直扩通信系统52.1扩频通信52.1.1扩频概述52.1.2扩频通信的基本概念和理论基础62.2直扩系统的应用背景82.3直扩通信系统的优点92.4直扩通信系统的不足112.5直扩通信的原理以及结构112.6扩频通信中常用的扩频码122.6.1扩频码概述122.6.2扩频码序列的相关性122.6.3 m序列152.7直扩通信系统的调制方式16第三章 仿真环境介绍183.1 matlab概述183.2 simul

2、ink特点193.3 simulink功能模块的链接以及设置203.4 simulink对通信系统的仿真24第四章 扩频通信系统的仿真与实现264.1先扩频后调制的直接扩频通信系统仿真框图及功能：264.2先扩频后调制的直接扩频通信系统主要参数设置304.3仿真结果分析34第五章 总结36参考文献37致谢38附录39基于matlab的扩频通信（直扩）系统的分析和仿真摘要直扩通信系统作为一种典型的扩频通信系统，该技术主要是为了最大限度的保障通信信息的安全传输，具有抗干扰能力强、截获性低、保密性良好和码分多址易于实现等优点。它广泛地应用于微波通信、遥测、无绳电话、无线数据通信、蜂窝电话、监控、报警

3、等系统中。 论文主要介绍了扩频通信特别是直扩通信系统的工作过程、工作原理、发展历程及仿真工具matlab，本设计主要利用matlab中的simulink仿真模块实现了直扩系统的仿真，其主要运用的是simulink和communication blockets两个模块库中的模块，整个设计包括了信源产生部分、扩频编码部分、调制部分、信道部分、解调部分、解扩解码部分和结果分析部分共七个板块，实现对系统的仿真，在仿真之后得到了信号经过不同板块之后的误码率，通过误码率的对比，以及对发送波形和接收波形的观察，可以得到发送波形和接收波形基本一致。即达到了仿真的预期效果。关键词：直扩；伪随机码；simulin

4、k；仿真分析；误码率；analysis and simulation of the spread spectrumcommunication （ds）system based on matlababstract direct sequence spread spectrum communication system is a typical ssc,the main effect of this technology is furthest protect of the transport security of communication information.it has many ad

5、vantages such as high antijamming capability,low intercept and capture,well privacy and easy achievement of cdma.it is widely used in microwave communication,telemetering,cordless telephone,rfdc,cellular phones,monitoring,alerting system and so on. this paper chiefly introduced working process,opera

6、ting principle,development history of the ssc(dsss) system and the simulating tool named matlab.the project mainly use the simulink modulein matlab to simulate dsss system,especially modules in simulink and communication blockets.the whole design includes seven parts to simulate,they are signal prod

7、ucing part,spread spectrum coding part,modulation part,information channel,demodulation part,decoding part and results analysing part.obtain the error rate after simulation and contrast them to see the function of each part. it turns out that the wave form of the receiving fits the sending,it has re

8、ach the expect effect.keywords: dsss; pseudo-random code; simulink; simulation; error rate;40第一章 前言1.1发展简史及应用扩频通信系统于20世纪50年代中期产生，最初的应用有军事抗干扰通信、抗多径试验系统、导航系统以及其他方面。扩频技术的最初构想形成于第二次世界大战期间，在二战的后期，决定胜负的重要因素是干扰和抗干扰技术，于是跳频通信的思想就此产生了：假如对窄带信号使用编码的频率控制，那么就可以在任何时间使其占据宽频段中的任何一部分，于是敌人必须维持很宽的频段才能进行干扰。20世纪50年代中期以来发

9、展起来了真正实用的扩频通信系统系统。被公认为第一个成功的扩频通信系统是美国麻省理工学院林肯实验室所开发出来的扩频通信系统f9c-a/rake，它也是第一个真正方便实用的宽带通信系统，研制该系统的过程中首次提出rake接受的概念并将其成功应用。在这段时期内研制成功的还有第一个跳频通信系统blades，它头次利用移位寄存序列实现纠错编码。于此同时喷气实验室也在它的空间任务中完成了跟踪环路和伪码产生器的设计。扩频通信的概念只在军事系统中得以应用的状况一直持续到了80年代中期，一直到1985年5月美国联邦通信委员会发布的一份关于要将扩频技术应用于民用通信的报告，至此扩频技术才获得更加广阔的应用空间。

10、最初扩频技术在无绳电话中获得了成功应用，由于当时没有可用的频段供无绳电话实用，而扩频通信技术允许和其他的通信系统共用频段，所以其在无绳电话的通信系统中得到头次成功经历。码分多址（cdma）的应用真正使得扩频通信系统成为了当今通信研究的热点1。90年代初出现了pcs研究的热潮，而要实现其长期发展需为其分配100-200mhz的带宽，其中一个重要因素就是多址技术，扩频技术为共享频谱提供可能性。码分多址即在多用户通信系统中，全部用户共享同一频段，通过给每一个用户分配不同的扩频码来实现多址通信，扩频码得自相关特性可以实现对给定用户信号的正确接收而将其他用户的信号看做干扰。而利用其互相关的特性能有效地抑

11、制用户之间的干扰。除此之外因为扩频用户具有类似白噪声的宽带特性，其对其他共享频段的用户的干扰也达到最小。1.2扩频通信系统的特点扩频信号是指不能预测的伪随机的宽带信号，它的带宽远大于要传输数据(信息)的带宽，于此同时，接收机中要有与宽带载波同步的副本。鉴于扩频信号的以上特性，扩频系统具有下列特点2：(1)抗干扰能力强因为扩频信号具有不可预测的特性，所以扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。由于干扰者很难经由观察来改善它的干扰性能，而只能通过发射和被干扰的信号不相配的干扰技术，因而干扰就没有了太大作用；扩频通信系统在传输的过程当中对信号带宽进行了扩展，因此，即便信噪比非常低，甚至有用信号的功率要低于

12、干扰信号功率，仍然能够不受干扰地进行高质量的通信，频谱被扩展得越宽，就有越强的抗干扰性。(2)截获性低扩频信号的功率就类似于在很宽的频带上被均匀的分布，所以被传输信号的功率密度非常低，以至于侦察接收机很难监测到。所以，扩频通信系统的截获概率很低。(3)抗多路径干扰能力强多路径干扰是指电波传播过程中遇到各种反射体而引起的反射或散射。这部分反射或者散射产生的信号与直达路径的信号在接收端互相干涉因而造成干扰。多路径干扰对雷达和通信中都产生了严重的影响。扩频通信系统中加入了对扩频进行调制与解扩的过程，就可以利用扩频码序列的相关特性，而在接收端解扩时分离出最强的有用信号，或者把相同码序列信号进行叠加，以

13、此可以高效地消除在无线通信中由于多径干涉所造成信号衰落的现象。故而，扩频通信系统抗多路径干扰能力很强。(4)良好的保密性因为扩频信号分布的频带很宽，所以在一定的发射功率下无线信道中有用信号功率谱的密度非常低，这样一来信号就可以在强噪声下，甚至是有用的信号淹没于噪声的情况下可靠地进行通信，信息很难被外界所截获，更难进一步对信号的特征参数进行检测。因此，扩频系统能对通信实现隐蔽；于此同时，对不同的用户用不同的码，使得其他人不能对他们的通信实行窃听，具有高的保密性。(5)码分多址易于实现在扩频通信系统中，能很好地利用调制中使用的码序列之间自相关和互相关特性，利用相关的检测技术在接收端进行解扩，分配给

14、不同码型、不同用户的情况下，扩频系统能够区分不同用户的信号，那么在同一个频带上，用户们能同时通话却互不干扰。1.3扩频通信系统的典型工作方式1.直接序列扩频直扩系统中所用的编码序列一般是伪随机序列或称为伪噪声码(pn码)。要传送的信息经数字化后变成二元数字序列，它与伪随机序列模2相加后成复合码去调制载波。在直接序列系统中通常对载波进行相移键控调制。为了节省发射功率和提高发射机工作效率，扩频系统中采用平衡调制器，抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。扩频信号采用相移键控调制后由天线发射出去。在接收机中也要有一个与发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行解扩，解扩后的信号送到解

15、调器取出传送的信息。2.跳频扩频 跳频扩频技术是通过伪随机码的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪声和干扰信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。频率跳变系统主要由码产生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是频率跳变系统的关键部件。频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中由码序列控制频率合成器，使发射频率随机地由一个跳到另一个。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个与发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到一个频率固定的中频信号。这一中频信号经放大后送到解调器取出传送的信息3

16、。3.跳时扩频 跳时是使发射信号在时间轴上跳变。先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用窄得多的时片去发送信号，信号的频谱也就展宽了。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通一断开关，经二相或四相解调器，送到数据存储器。4.混合扩频系统 前面所述基本的扩频系统各有优缺点，单独使用一种系统有时难以满足要求。将几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频系统。常见的有频率跳变一直接序列混合系统、频率跳变一时间跳变混合系统和时间跳变一直接序列混合系统等。1.4扩频通信技术的发展趋势14g应

17、用：在4g网络的实现中，有的技术本身就是扩频技术的延伸，有的则能够很好地与扩频技术结合，还有的则能用于扩频系统的实现。因此，这些新技术的发展体现着扩频技术的发展趋势。2超带宽技术：超宽带(uwb)技术可以被看作是一种将传输带宽极大扩展以获得高数据传输速率的扩频技术。但uwb系统的实现还有许多关键技术需要突破，因此可以说，uwb技术的发展是机遇和挑战并存。3. 多载波调制技术：ofdm(正交频分复用技术)是一种无线环境下的高速传输技术。目前，ofdm技术已经被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用通信系统中。4. 软件无线电技术：软件无线电是近年来发展起来的一门新兴学科，基于软件无线电进行扩频通

18、信系统设计具有设计灵活、易于调试、缩短系统开发时间等优点，同时还具有可兼容性，是未来的发展趋势。第二章 直扩通信系统2.1扩频通信所谓扩频通信，是扩展频谱通信的简称。它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式，扩频通信系统的出现，被誉为是通信技术的一次重大突破。从此，扩频通信作为又一大高技术通信传输方式，与光纤通信、卫星通信并驾齐驱，在信息时代扮演者不可或缺的角色，有着巨大的发展空间。2.1.1扩频概述扩展频谱通信的原理在很早的时候就已经发表了，意思是把等待传送的数据信息用伪随机编码调制，即扩频序列调制，将频谱扩展以后再在信道当中进行传输，在接收端一侧则是采用和发送端一模一样

19、的编码来进行解调以及相关处理以从中恢复出原始的数据信息。由以上我们可以看出，扩频通信与一般常见的窄带通信方式不同，它作为一种新的通信方式与常见的刚好相反，它的原理是在发送端频谱经过扩展以后在信道中进行宽带传输，之后在接收端进行解扩和相关方面的处理之后恢复成窄带解调数据进而将原始数据信息恢复出来。所以扩频通信系统具有相关处理以及伪随机编码调制这两个特点。这两个特点给了扩频通信方式许多优点，如抗多径衰落、抗噪音、抗干扰、保密性很好、功率谱密度低，隐蔽性好，截获概率低、支持多址复用和任意选址、能够被应用于高精度测量等等。扩频通信方式具有优点很多很突出，所以虽然作为一种新型的通信方式，但是扩频通信还是

20、引起了人们的广泛注意并且迅速发展和广泛应用。通过对扩频通信的应用发展方面来看，是从上个世纪50年代中期的美国开始真正开始研究它的应用的。最开始的时候一直是应用于军事通信领域，由于在军事通信领域当中，一般的通信方式在强干扰存在的情况下都很难能够准确的检测出发送来的信号，而扩频通信系统拥有非常好的保密性以及抗干扰性，因此扩频通信系统率先开始了在军事通信领域的应用，这也成为了扩频通信研究发展的开头，之后军事通信机关广泛地应用扩频通信技术在空间探测、军事通信、卫星侦察等方面。自从60年代以来民用通信事业迅速发展，随之而来的频带拥挤的问题也日益突出，这正成为通信技术发展过程中一个非常突出的问题。然而随着

21、大规模集成电路、信号处理技术以及计算机技术的发展使得编码以及相关处理能够更为方便的进行，这样通信技术不断发展也推动了扩频通信在方法、理论、方法以及技术等各方面的发展研究和普及应用。同时从80年代开始军事领域产品开始转向民用，为了能够满足民用通信容量的日益增长的需求并且能够有效地利用频谱资源，世界各国都纷纷提出在卫星移动通信、数字峰窝移动通信以及未来的个人通信当中将扩频技术采用进去，如今扩频技术已广泛地应用于微波通信、遥测、无绳电话、无线数据通信、蜂窝电话、监控、报警等系统中。扩频通信理论方法、技术及其应用的发展历经了几个明显的阶段，第一个阶段是在1977年前后，扩频通信的方法、理论与实用技术在

22、早期建立起来的扩频通信的理论基础之上发展得卓有成效，ieee通信汇刊1977年8月的的扩频通信专集以及在日本东京都1978年举行的国际无线通信咨询委员会全会都反映出了扩频通信的研究成果，标志着开始了世界范围内的针对扩频通信的全面普遍的研究4。扩频通信开始民用是第二个阶段的显著标志，美国1982年召开的第一次军事通信会议上面公开地展示了扩频通信技术在军事通信领域中的主导作用，也在会上报告了在军事通信各个领域的扩频通信应用并且也开始了对扩频通信技术的民用调查。扩频通信技术发展的第三个阶段应该开始于1985年5月美国联邦通信委员会的决议，该决议制定了民用工业、科学、公共安全与医疗和业余无限电等等领域

23、中采用扩频通信的规范与标准。自那以后世界各国都陆续地行动起来组织扩频通信领域专门的研究机构以及学术团体，开始对扩频通信的广泛应用和深入研究，以上就是扩频通信发展的三个阶段。最近几年以来第三代移动通信技术发展十分迅速，把扩频通信技术的研究、发展与应用都推向了全新的阶段。2.1.2扩频通信的基本概念和理论基础扩频通信的定义简单的可以表述成：扩频通信技术是一种信息传输的方式，它的信号所占有的频带宽度远远地大于它所传输的信息所必要的最小的带宽值，这种技术中频带的扩展是通过编码以及调制的方法来实现的而和它所传输的数据信息没有关系，用相同的扩频码在接收端进行相关的解扩以及恢复所传的数据信息。这个定义包含了

24、三个方面的含义：第一，信号的频谱被扩展变宽。在信息传输的过程中我们都知道任何的信息都用到一定的带宽，这种带宽称为信息带宽，为了能够充分地将频率资源进行利用，我们通常尽量地采取大致差不多带宽的信号来传送信息数据，在无线电通信当中的射频信号的带宽宽度与它所传信息的带宽宽度是相互比拟的，比如为大家所熟知的调幅信号所传送的语声信号，它的带宽就是语声信息带宽的两倍。这一种通信方式被成为窄带通信，而扩频通信系统当中信号与信息的带宽之比能够达到1001000倍，该种情况就是我们通常所说的宽带通信。第二，利用扩频码序列调制的方式对信号频谱进行展宽。根据我们所知道的在时间上面有限的信号，它的频谱是无限的，比如脉

25、冲信号很窄但是它的频谱却很宽，信号频带的宽度和它所持续的时间近似是成反比的。1s脉冲的带宽大约是1mhz。所以假如用有限窄的脉冲序列来被所传输的信息调制，那么就能产生很宽的频带的信号，例如直接序列扩频系统就是通过采用这种方法来获得扩频信号的。像这样的很窄的脉冲码序列它的码速率是非常高的，它被称为扩频码序列。在这里有一点需要说明的就是所采用的扩频码序列和被传送的信息数据是没有关系的，这也就表明它和一般的正弦载波信号相同一点也不影响信息传输的透明性，在这里扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。第三，接收端部分用相关解调来进行解扩。和在一般的窄带通信中相同，已调制的信号在接收端都需要进行解调以恢复所传

26、送过来的信息。扩频通信系统中接收端则是采用与发送端完全相同的扩频码序列对它所收到的扩频信号进行相关的解调以使所传的信息得以恢复。换种说法就是这种相关解调起到的是解扩的作用，也就是把扩展之后的信号又重新恢复成为原来所传送的信息。这一种在发送端把窄带信息数据扩展成为宽带信号又在接收端把它解扩成为窄带信息数据的处理过程能够带来一系列优点。因此弄清楚扩频和解扩处理过程的机制问题是充分理解扩频通信本质的关键点。一直以来大家总是想方设法使得信号所占的领谱尽可能的窄以达到充分利用十分宝贵的频谱资源的目的。那么为什么要用这种频带很宽的信号来传送信息的回答很简单，主要就是为了保证通信的安全可靠。这个能采用信息论

27、和抗干扰理论的基本观点来进行说明。信息理论中由数学表达式关于信道容量，称作香农定理：c wlog2(1十p/n) （1）从公式（1）中我们可以看到：如果给定了信号的功率p以及白噪声的功率n，只需要采用某一种的编码系统我们就可以以任意小的差错概率和接近于c的速率来传送信息。式中的w表示频带宽度，c表示的是传输速率。香农公式暗示着在保证信息传输的速率c不变的情况下，我们能用不同的频带宽度w以及信噪比p/n来传送信息。用另一种说法就是频带宽度w与信噪比p/n是可以相互互换的。假如增加了频带的宽度，那么就能够在比较低的信噪比的情况下用一样的信息率并且以任意小的差错概率来传输所需要的信息，更甚至在信号被

28、噪声淹没的情况下也只需要相应地增加该信号的带宽也一样能够保证可靠的通信。香农公式表明了扩展频谱信号通信所具有的优越性，就是能用扩展频谱的方法来改善信噪比。扩频通信系统可行性有另一个理论基础，柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信息传输差错概率的公式 （2）这个公式指出，差错概率函数pe是信号能量e和噪声功率谱密度之比。假设信息的持续时间为t或者数字信息的码元宽度是t，那么信息的带宽bm为 （3）信号的功率s是 （4）已调（或者是已经扩频的）信号的宽度为b，那么噪声功率是 （5）将（3）（5）式代入（2）式，可以得到 （6）上面得公式可以看出，差错概率pe是输入信号和噪声功率之比（s/

29、n）与信号带宽和信息带宽之比（b/bm）这二个乘积的函数，所以信噪比和带宽是可以互换的。同时它也指出了使用增加带宽的方法能够使信噪比更令人满意。由上述可知将信息的带宽扩宽100倍，甚至是用1000倍以上的带宽信号来对信息进行传输，这就是为了提高通信的抗干扰能力，也就是在强干扰的条件下保证通信可靠安全。这也正是扩频通信技术的基本思想与理论依据。2.2直扩系统的应用背景直接序列扩频技术是当今广为人知的扩频技术之一，直扩技术就是把需要发送出去的信息通过伪随机码（pn码）从而扩展到一个非常宽的频带上面去，而在接收端则通过和发端同样的伪随机码对它所收到的扩频信号来实行相关的处理以进行恢复。直扩系统最初开

30、发于二战期间，其最开始的用途是在军事通信领域提供安全的保障, 是美军在通信方面使用的重要无线保密技术。该种技术让敌人探测信号变得很困难，即使探测到了信号，但是如果不知道它正确的编码也不可以把噪声信号重新进行汇编生成原始的信号。而关于扩频通信技术的观点则是由好莱坞的女演员hedy lamarr 与钢琴家george antheil在1941年提出的。出于鱼雷控制安全的无线通信的想法，他们提出了专利申请，但是结局不幸的是在那个时候这个技术没有得到美国军方的重视，一直持续到十九世纪八十年代它才被关注，而被用于在敌对环境中的无线通信系统。直序扩频技术解决了蓝牙技术和短距离数据收发信机（如：3g移动通信

31、系统、卫星定位系统(gps)、wlan (ieee802.11a, ieee802.11b, iee802.11g)等等技术等在应用方面的关键问题。扩频技术对于提高无线电频率的利用率提供了帮助，因为无线电频谱有限所以它也是一种昂贵的资源。如图2-1所示的是直序扩频通信系统的工作原理：发送端中输入数字信号信息之后，先通过扩频码发生器所产生出的扩频码序列进行调制使得信号的频谱展宽，一般采用pn码作为扩频码序列。经过展宽以后的信号再调制到射频之后再发送出去，调制方式一般采用bpsk、dpsk、mpsk等。接收端收到的信号之后进行解调，一般来说采用相干解调。接着由本地产生的和发送端一样的扩频码序列进行

32、相关解扩以使原输入的信息得以恢复输出。图2-1 直扩通信工作原理2.3直扩通信系统的优点(1)抗干扰能力强，误码率低 因为利用了频谱扩展技术，把信号扩展到了非常宽的频带上面，在接收端对扩频信号实行相关方面的处理（带宽压缩），把它恢复成窄带信号，同时把非所需信号扩展为宽带信号，之后通过带滤波技术将有用的信号提取出来。这样一来各种干扰信号，由于它在接收端非相关性的原因，在解扩后的窄带信号中只相当于很微弱的成分，抗干扰性强，因为其信噪比很高。目前在商用的通信系统中，唯一能够在负信噪比条件下工作的通信方式就是扩频通信。(2)重复使用频率容易，无线频谱利用率得以提高 无线频谱非常宝贵，及时从长波到微波都

33、得以开发利用，却仍然不能满足社会的需求。而在窄带通信过程中，主要防止信道之间发生干扰是依靠波道划分。为此世界各国都纷纷设立了管理频率的机构，申请了获准的频率之后用户才能使用。扩频通信中发送功率非常之低，并且运用了相关接收这种高技术，能够在信道噪声和热噪声背景中工作，可以比较容易地再同样地区中重复地使用同样频率，同时能够与当今各种各样的窄带通信共同分享同一频率的资源，进而大幅度地提高了对无线频谱的利用效率。(3)有很好的隐蔽性，对于各种窄带通信系统干扰小 因为扩频信号在相对较宽的频带上被扩展，所以在单位频带内的功率非常小，信号被淹没在噪声里之后，通常不容易被发现，然而要想进一步对信号的参数(比如

34、伪随机码序列等等)进行检测就更为困难，因此有很好的隐蔽性。同时，因为扩频信号的功率谱密度很低，所以它对于目前各种正在使用的窄带通信系统干扰非常小。(4)能够实现码分多址 扩频通信的抗干扰性能有了很大提高，但却以占用频带宽作为代价。因而假如让很多用户同享这一个频带，就可以大幅度提高频带的利用率。因为在扩频通信中有伪随机序列的扩频调制，并充分地对各个不同类型码型的扩频码序列之间利用自相关性与互相关性，利用相关检测技术在接收端进行解扩，那么在给不同用户分配码型的情况下能够区别不同用户的信号，并提取出其中有用信号。如此，在同一个宽带上很多的用户就可以同时通话并且互相不干扰。(5)抗多径干扰在通信中，尤

35、其是移动通信中必须要面对的但又很难解决的一个问题是多径问题，但是扩频技术本身就具备着强大的抗多径能力。直扩系统中抗多径干扰的原理主要体现为：第一是直扩系统作为一种宽带系统，即使在通信过程中一部分频谱有被衰落的可能性，但也不会引起太大的恶化，单从这一个角度上来讲，可以把频谱扩展看做是一种频率分集。第二是由于伪随机序列有着很强的自相关特性，所以它对于多径效应不敏感。假设有一个伪码宽度tc，当多径时延扩散小于它的时候，有用信号与反射信号进行相互叠加之后被视做信号的一个部分，影响有用信号幅度，但是却不产生对伪码宽度的影响，无论是展宽或压缩。而同样假设一个伪码宽度tc，当多径时延超过它时，就能把多径信号

36、当做噪声来进行处理，多径信号在相关接收后就能够被去掉。第三假设码元宽度为tc，当tc很窄并且伪码的码长很长的时侯，系统有非常宽的频谱，此时反射回来的多径频率分量就不会同时到接收点，从而形成的多径干扰信号就能被消弱，这对于接收有用信号影响并不太大。(6)直扩通信速率高直扩通信系统的速率可以达到 2m，8m，11m，不用申请频率资源，而且建网简单且网络性能好。(7)保密性能强大对于直扩系统来说，有着很宽的射频带宽和很低的谱密度，甚至会在噪音中淹没，这就使检查信号的存在很难。由于它的频谱密度很低，对其它系统的影响就非常小。2.4直扩通信系统的不足直扩通信系统除了一般的通信系统所要达到的同步要求以外，

37、同时还必须完成对伪随机码的同步，使得接受机通过同步后的伪随机码来对其所接受的信号进行相关解扩。因此随着伪随机码字的加长，直扩系统要求的同步精度就越高，同步的时间就越长。2.5直扩通信的原理以及结构如图2-2所示是直扩通信系统原理。在发送端输入的信息要先经过信息调制从而形成调频或者调相数字信号，之后用扩频码发生器所产生的扩频码序列对数字信号进行调制以使得信号的频谱得以展宽，下一步再将经过展宽后的宽带信号调制到射频并且发送出去。而在接收端一侧，当接收机接收到传来的宽带射频信号之后，先将其变频到中频，之后通过同步电路对发送来的扩频码的准确相位进行捕捉，这里便产生与发送来的伪随机码相位完全相同的用来接

38、收的伪随机码，用本地扩频码序列进行扩频解调，最终经过信息的解调，将原始信息恢复并输出。图2-2 扩频通信原理图由此可以看出，直扩通信系统需要进行三次相互对应的调制和解调过程，这三个过程分别为信息调制，扩频调制，射频调制以及与它们相应的信息解调、解扩和射频解调过程。和一般通信的系统相比较，扩频通信多出的就是扩频调制和解扩的部分。2.6扩频通信中常用的扩频码2.6.1扩频码概述在扩频通信中经常使用的扩频码主要有下列四种：pn序列、gold序列、walsh码以及ovsf码。pn码就是伪噪声序列，也可以叫做伪随机序列，这种码就是用确定性的方法所产生的序列却类似具备随机所产生的序列能够拥有的的某些关键随

39、机特性。序列中最常见的伪随机序列为m序列。gold码即为m序列的复合码，是由2个序列优选对模2构成，它们码时钟速率相同，码长相等，只要改变2个序列之间的相对位移就能够得到一个新的gold序列，这种gold序列具有良好的自相关与互相关特性，并且它地址数要远远大于m序列的地址数，这种序列结构简单并且易于实现，所以较为广泛地应用在工程上。第三种walsh函数为一种非正弦的完备正交函数系，它有着很好的互相关特性，两个walsh函数之间的互相关函数为o，也就表示它们是正交的，所以walsh函数在码分多址通信中可以作为地址码来使用。在is一95当中，就在正向传输信道中使用了64阶walsh函数。最后ovs

40、f码为一种正交可变扩频因子码，它确保在不同时隙的不同的扩频因子的扩频码是正交的，所以在每个时隙上能够使用的码的数目是不固定的，而是由每个物理信道的数据速率与扩频因子决定。在tdscdma系统中广泛使用了ovsf码。2.6.2扩频码序列的相关性在频谱通信的扩展中需要用到高码率的窄脉冲序列。这里是针对扩频码序列的波形来说的，并没有涉及到码的结构以及如何产生等问题。那么究竟选择什么样的码序列作为扩频码序列比较好，这种码序列又应该具备怎样的基本性能呢?在现在生活中使用得最频繁的是伪随机码，又被称为伪噪声(pn)码。这种码序列首要的特性就是具有和随机信号相类似的性能。由于噪声有完全随机性，所以也能说具与

41、噪声的性能近似。然而真正的随机信号与噪声不能重复地再现产生，而只可以生成一种周期性脉冲信号与随机噪声的性能相似，所以叫作伪随机码或pn码。那么选用随机信号或噪声性能的信号来传输信息的原因是什么呢？有很多的理论研究表明，在信息传输过程当中不同信号之间的性能差别越大越好。这样一来任意两个信号不易混淆，即相互之间不容易产生干扰，从而不会误判。较为理想的信息传输信号形式应该是和噪声相似的随机信号，由于它在任何时间上取不同的两段噪声来相互比较都不会完全类似。所以用它们代表两种信号有最大的差别性。在数学上用来表示信号和它自身相移以后相似性的函数是自相关函数。随机信号的自相关函数由下列积分式2-1来定义：

42、（2-1）2-1式中为时间延迟，f(t)为信号的时间函数。2-1式的物理概念是把f(t)和与它相对延迟的的来进行比较：假如这两个不是完全重叠的，也就是，则乘积的积分=0；如果这二者是完全重叠的，也就是，则相乘积分后为一常数。所以的大小能够标志 f(t)和自身延迟以后的的相关性，所以称它为自相关函数。下面介绍随机噪声的自相关性。下图2-3(a)是任一个随机噪声时间的波形和它延迟一段时间 t 之后的波形，图2-3(b)是它的自相关函数。当t0的时候这两个波形是完全相同和重叠的，它的积分平均为一常数。假如延迟一个时间 t后那么对于完全的随机噪声来说，相乘以后正负相互抵消从而积分是0。所以在以t 作为横座标的图上面该是在原点的一段垂直的直线。而在其他时间 t 时它的值是0。它是一种非常理想的