基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真

科技广场 2009.9 基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真 Analysis of Direct Sequence Spread Spectrum Communication System Based on MATLAB Simulation 施小茜 1 齐 华 1 冀 乐 1 亻丸平 2 Shi Xiaoqian Qi Hua Ji Le Qi Ping （1.西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安 710032；2.电信科学技术第四研究所，陕西西安 710061） (1.School of Electronic and Information Engineering, Xi'an Technological University, Shaanxi Xi'an 710032; 2.The Fourth Research Institute of Telecommunications Technology, Shaanxi Xi'an 710061) 摘 要：本文以扩频理论为基础，用 MATLAB对直接序列扩频通信系统进行了仿真。系统中扩频编码采用 m序列，整个 系统采用 QPSK调制方式，接收端同步捕获过程采用数字匹配滤波器的原理。在给定的仿真条件下，对仿真程序进行了运行测 试，得到了预期的仿真结果。 关键词：直接序列扩频；通信；MATLAB 中图分类号：TN965 文献标识码：A 文章编号：1671-4792-(2009)9-0074-03 Abstract：In this paper, on basis of the spectrum theory, the simulation of the direct sequence spread spectrum communication sys- tem is built by MATLAB. In the system, using m sequence as spread spectrum encoding, the entire system uses QPSK modulation mode. The receiver employs the priciple of the digital matched filter in the process of synchronous acquisition. Under the given simula- tion conditions, the simulation programs run tests and get the desired simulation results. Keywords：Direct Sequence；Spread Spectrum Communication；MATLAB 0 引言 扩频通信与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时 代的三大高技术通信传输方式,它是指发送的信息被展宽到 一个很宽的频带上,在接收端通过相关接收,将信号恢复到 信息带宽的一种系统[1]。采用扩频信号进行通信的优越性在 于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处,即接收机输 出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善,从而提高了系 统的抗干扰能力。 1 直接序列扩频通信 1. 1 理论基础 直接序列调制扩展频谱通信系统，是将要发送的信息用 伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去，在收端再用与发端 扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关 处理，从而恢复出扩频调制以前的信息[1-2]。 1. 2 系统设计 系统采用 m序列作为扩频序列伪随机码，用其对基带信 号进行扩频，然后采用 QPSK进行信息调制，再由射频调制将 信息发出。在接收端，首先将接收的信号变频至中频信号，再 用 QPSK进行解调，将解调信号和与发端相同的伪随机码进 行解扩恢复出原始信号。直扩系统发射端和接收端框图如图 一和图二所示： 1. 3 扩频码的同步 当输入信号中的扩频码和本地产生的扩频码在结构、频 率和相位上完全一致即同步的情况下，输入信号才能通过解 扩单元完成扩频码的解扩功能。因此同步是扩频通信系统的 关键技术，也是系统中的一个难点。在扩频通信中，PN码同 图一 发射端 74 基 于M ATLAB 的 直 接 序 列 扩 频 通 信 系 统 仿 真 图五 QPSK调制仿真 图六 QPSK解调仿真 图二 接收端 步包含了两个过程：捕获和跟踪。 直扩信号的捕获方法有很多种，包括顺序搜索法、滑动 相关法、匹配滤波器法、序贯估值捕获法等。本文采用匹配滤 波器法。匹配滤波法的捕获原理如图三所示。 采用一个固定不变的本地 PN码序列与接收信号进行连 续的相关处理，任何时刻的相关值均与一门限比较，大于该 门限则确定为捕获，然后触发本地 PN码序列发生器，同时转 入跟踪状态。通常，匹配滤波器法最快只需一个伪码周期就 可以完成捕获。 2 扩频系统仿真 系统在发射端利用随机发生函数在 0. 1s 内产生 40个 二进制信息码源，对每个码元采样 100 次，即信息速率 Rb- 40kbps。m序列采用 n=7级移位寄存器产生周期 N=127的 伪随机序列，即扩频码的速率为 RC=127×40k=5. 08Mbps，如 图四所示。 信息码源经过串并转化为 I、Q两路信号与 m序列进行 扩频得到 I、Q两路扩频信号，两路扩频信号再与载频为 f 0=3kHz 的正弦信号进行 QPSK调制后得到已调信号，如图五 所示。 对发射端信号添加 AWGN=20dB的噪声，接收端使用与 发端相同载频的正弦信号进行 QPSK解调。解调信号经过低 通滤波滤除高频分量后用整形器转化为基带信号，如图六所 示。 系统采用数字匹配滤波器法对接收信号进行捕获，捕获 成功后 PN序列发生器产生与接收信号相位相同的伪随机序 列，随后转入跟踪阶段，输出解扩序列，最后对两路解扩序列 做并串转化得到原始序列，如图七所示。 3 结束语 扩频通信系统的仿真大部分采用 Si mul i nk、Sys t em Vi ew等模块化通信仿真工具进行仿真，此类仿真降低了仿真 编程难度，使得系统仿真简单、易实现，但降低了使用者对扩 频通信系统的理解度。本文采用Mat l ab语言编写仿真程序， 实现了对直接序列扩频系统的仿真。 图三 匹配滤波器法捕获原理框图 图四 信号源仿真 75 科技广场 2009.9 图七 解扩仿真 参考文献 [1]田日才.扩频通信[M] .北京:清华大学出版社. 2007, 4. [ 2]光明,熊贤祚.扩频通信[M] .西安:西安电子科技大 学出版社, 1999. [ 3]王典洪,李东峰,刘兵.直接扩频技术的仿真以及实 现[ J ] .通信技术, 2007, ( 09) . [ 4]范伟,翟传润,战兴群.基于 MATLAB的扩频通信系统 仿真研究[ J ] .微计算机信息, 2006, ( 19) . [ 5]徐明远,邵玉斌. MATLAB仿真在通信与电子工程中 的应用[M] .西安：西安电子科技大学出版社，2005. 作者简介 施小茜（1984—），女，西安工业大学电子信息工程学院 硕士研究生，主要从事无线通信方面的研究; 齐华（1963—），女，西安工业大学教授，主要研究方向： 信息传输、信息处理、信息编码理论、电磁兼容技术等; 冀乐（1986—），男，西安工业大学电子信息工程学院硕 士研究生，主要从事无线通信方面的研究; 亻丸平（1982—），男，电信科学技术第四研究所通信事业 部，从事无线通信方面的研究。 76