基于malab的直接序列扩频通信系统仿真研究

基于malab的直接序列扩频通信系统仿真研究

直接序列扩频通信系统（sss）是目前广泛使用的扩频通信系统。它最早出现于第二次世界大战。它的主要用途是为军事通信提供安全保障。上世纪末开始逐渐被应用于民用通信领域。现在广泛应用于微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。扩频通信系统中,信息不再是决定调制信号带宽的重要因素,调制信号的带宽主要由扩频函数决定。伪随机编码是现在比较常用的一种扩频函数,由于干扰信息与伪随机序列不相关,在接收端被扩展,落入信号频带内的干扰信号功率大幅降低,所以扩频系统干扰、抗窄带干扰、抗多径的能力得以增强。文中从m序列,Gold序列和正交Gold序列入手,分析这3种扩频序列的特点,以及在直接扩频通信系统中的应用,着重研究在相同的仿真环境下采用不同扩频函数对直接扩频通信系统传输信噪比的影响,得出结论。1直接序列扩频通信系统1.1射频信号的传输直接序列扩频系统的原理如图所示,图1为直扩系统发送框图,图2为直扩系统接收框图。发射端,信源输出信号a(t),伪随机码发生器产生伪随机码c(t)。把信码a(t)和伪随机码c(t)进行模二加,产生扩频序列d(t),再用扩频序列d(t)去调制载波f,进而得到已扩频调制的射频信号s(t)。在接收端,将天线接收下来的信号先经过高放、混频;然后用与发端速率和相位相同的伪随机序列对信号进行相关解扩,使信号的频带恢复为信号序列a(t)的频带,再进行解调,从而恢复出信源的输出信号a(t),完成信息的传输。1.2伪随机序列及m序列的相关分析扩频通信系统中,扩频码的选择对系统的性能有着直接的影响,其中中应用最广的是m序列,又称最大长度序列,其他的扩频码还有霍尔序列、L序列、Gold序列等。m序列是最长线性移位寄存器序列,由移位寄存器加反馈后形成,是伪随机序列中十分重要的一种,并且易于实现,具有很好的自相关特性。Gold序列是R.Gold提出,用优选对的复合码,由两个长度相同、速率相同、但码字不同的m序列优选对模2加后得到,具有良好的自相关性和互相关特性。在优选对产生的Gold码末尾加一个0,使序列长度为偶数,就生成正交Gold码(偶位)。2直接序列扩频通信系统的设计2.1基于数据的编码仿真直接序列扩频通信系统的发射机如图3所示。当文中采用正交调制,将要进行串并变换,分成I、Q两路,并且加入差分编码用以消除相位模糊。差分编码输出的I路和Q路数据由0和1组成的,同时把I路和Q路数据映射到星座图上的点。然后把I、Q数据分别乘以伪码产生器产生的伪码,得到新的数据速率,即伪码速率的二进制基带数据,实现频谱扩展。然后,对数字信号进行频谱成型滤波。I、Q两路信号分别乘以正交的载波信号,使频谱搬移到便于传输的中频段,再将两者相加。2.2滤波器作用原理直接序列扩频通信系统的接收机如图4所示。信号经过两路正交的载波进行下变频,得到基带信号。滤波器有两个作用:一、通过低通滤波器消除A/D变换和下变频的信号所产生的寄生频谱,;二、匹配滤波接收到的信号。把接收到的信号与本地伪码进行一系列运算,能够恢复出原始的传输数据。解扩后的数据通过符号判决,可以重新对应为星座图上的点,然后再对应为0和1所表示的二进制数据。2.3系统性能的模拟参数根据前面介绍的直接扩频通信系统的设计方法,表1给出仿真系统的主要参数。2.4序列扩频通信性能仿真m序列和Gold序列是CDMA扩频通信中两种常用的伪随机序列(CDMA2000系统中采用m序列区分用户,WCDMA系统中采用Gold码区分用户),采用以上2种扩频码,以及改进的正交Gold序列对直接序列扩频通信系统进行仿真,并对实验结果加以比较。根据前面的直接序列扩频通信系统的分析设计(此处为了简化,忽略了射频调制解调部分的设计),可以仿真得到直接序列扩频通信系统的性能如图5~7所示。因为m序列的自相关特性优于Gold序列,所以m序列的误码率要比Gold序列的误码率略低。m序列与Gold序列的自、互相关特性各有优势,可应用在对自、互相关特性要求不同的各个场合。Gold序列的互相关特性比m序列的互相关特性性能要好,在地址码的数量上,Gold码具有比较明显的优势,因此采用Gold码可以提供良好的多址能力。在原仿真条件的基础上,保持其他参数不变,增加符号数,得到M序列、Gold序列和正交Gold序列扩频误码率的比较曲线如图8~10所示。图8~10中可以看出,M序列和Gold序列的扩频误码率曲线随着符号数的增加实验结果更准确。随着符号数的增加,3种扩频码的误码率曲线越来越接近,随信噪比的增加误码率变化曲线基本趋于一致。在直接序列扩频通信系统中,这3种扩频序列对于有用信号在噪声中的传输都具有良好的性能。综合图5~10,可以清楚地看到,扩频序列的误码率曲线是比较平滑的曲线,并且随着信噪比的增加,误码率显著降低。增加符号数,采用合理的伪随机码序列,对噪声的抑制有很大的好处,使扩频系统的性能更高。3正演算法分类文中在理想的环境中,以直接序列扩频通信系统的DS-CDMA方式为例,通过具体的MATLAB仿真设计过程,深入分析比较m序列、gold序列、正交gold序列这3种在实际应用中十分常见的扩频码,及其对直接序列扩频通信的影响,得到了预期的实验结果。这3种不同扩频码,在较高信噪比下对直扩系统通信性能的影响差别不大,均有较