基于Systemview的扩频通信系统的设计与仿真

赵旭东，任斌，胡明宇，王丹，秦雯，陈亮集

（辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001）

基于Systemview的扩频通信系统的设计与仿真

赵旭东，任斌，胡明宇，王丹，秦雯，陈亮集

（辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001）

由于通信技术的迅猛发展，对通信的迅速、准确、保密和不间断要求提出了严峻的挑战，扩展频谱通信作为通信的一个重要分支和发展方向，越来越受到人们的重视。基于Systemview扩频通信系统的设计与仿真，以扩频通信系统的理论为基础，进行了直接序列扩频系统和数字频率合成器的设计。在设计的基础上，利用Systemview软件进行扩频通信系统的仿真分析，并得出了相应结论。

扩频通信；直接序列；数字频率合成计；仿真分析

现代通信中遇到的一个重要问题就是干扰问题。扩展频谱系统具有较强的抗干扰能力，能够解决无线通信系统中多址、抗干扰和保密性等问题，在民用移动通信、卫星全球定位、军用通信、航天通信和深空探测等领域有较为广泛的应用［1］。

1　扩频通信

扩频通信，即扩展频谱通信技术，是指在发送端采用扩频码调制，将发送信息的频带展宽，使信号所占的频带宽度远大于所传信息所需的带宽，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种信息传输方式［2］。

扩频通信的主要方式有直接序列扩频（Direct Sequence）与跳频（Frequency Hopping）。扩频通信具有抗干扰能力强、误码率低、易于实现码分多址、抗多径干扰性能好、保密性好、抗衰落和数模兼容等特点［3］，越来越受到人们的重视，其应用领域也在不断地扩大，广泛地应用于通信、雷达、导航、定位等领域。

2　直接序列扩频系统设计与仿真

直接序列调制系统简称为直扩系统，就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，在接收端，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，恢复出原来的信息。直接序列扩频系统原理图如图1所示。

图1　直接序列扩频系统原理图

直接序列扩频系统由调制子系统、混频子系统、解扩子系统和解调子系统4个部分组成。设计中利用Systemview软件来进行，以实现各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。根据直接扩频通信系统工作原理建立了如图2所示的系统模型，噪声和干扰的仿真通过对图中的图符2加入假定噪声和干扰信号来实现。系统占用22 MHZ带宽，由于参考信号不是在本地产生，而是通过信道传送得到的，因此引入了噪声。

在发射机端，将要传送的信息转换成二进制数据后，与伪随机码进行模2和运算后形成扩频序列，用该扩频序列去调制载波，得到已扩频调制的射频信号。在接收机端，接收到的扩频信号经过高频放大器和混频后，将信号的频带恢复为信息序列的频带，即中频信号。然后再进行解调，恢复出数据信息。

信号源和经过扩频调制信号的功率谱分别为图3、图4和图5所示。从图中可以看出，经过扩频调制，对于干扰信号和噪声信号，经解扩处理后，被大大削弱。干扰信号和噪声信号与伪随机序列不相关，在相关解扩器的作用下，相当于进行了一次扩频。干扰信号和噪声信号的频谱被扩展后，谱密度降低，相乘器后接的滤波器的频带只能让有用信号通过，能够进入到解调器输入端的干扰功率只能是与信号频带相同的那一部分。解扩前后的频带相差很大，大大降低了干扰功率，使输入信噪比和信干比提高，达到了提高系统的抗干扰能力的目的［4］。

信号源信号和接收端接调信号的波形如图6中波形2和波形1所示。从图中可以看出它们是一致的，可见信号源经过发送端的扩展、调制，再由扰衰落信道的传输，最后在接收端进行混频、解扩和解调后正确恢复了原来信号源的信息，该直接扩频系统能够正常地工作，设计方案是合理的［3-4］。

图2　直接序列扩频系统的Systemview模型

图3　信号源功率谱

图4　扩频调制后信号功率谱

图5　解扩后信号功率谱图

图6　信号源与接收端解调输出信号波形

3　跳频系统中的数字频率合成器

跳频通信是一种扩频通信。跳频系统的载频受一伪随机码的控制，载波频率在很宽频带范围内不断地、随机地跳变，躲避干扰。与直接跳频系统相比，跳频系统中的伪随机序列并不直接传输，而是用于选择信道。跳频系统用信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频，得到射频信号。接收系统采用非相干解调，使本机伪随机序列控制的频率跳变与接收到的跳频信号同步，混频后使之进入中频频带内。而干扰信号由于不知道跳频系统的载频变化规律，不能进入中频频带内，不能形成对信号的干扰，从而达到了抗干扰的目的。

跳频系统最重要的参数是扩频增益，对跳频系统来说又称跳频增益。跳频系统的可变频率合成器能提供N个不同频率，即跳频数为N。本设计中的跳频系统采用数字锁相环频率合成器，由参考振荡源、参考分频器、锁相环3部分组成。参考振荡器采用了频率较低的10 MHz正弦波信号，其载波频率设置为195 MHz，增益为20 MHz/V。环路低通滤波器用了一个8极点的贝塞尔低通滤波器，带通为5 MHz。在滤波器前加一个100 MHz的采样图符以减少系统仿真时的运行时间。分频器使用通信图符库中的倍分频器，系统设计模型如图7所示。若取分频比N=20，则锁相环的输出f0应该锁定在200 MHz上，输出信号的频谱图如图8所示，在200 MHz处有较高的能量峰值，说明输出的信号被锁定在200 MHz上了［5-6］。

图7　锁相环频率合成器模型

图8　频率合成器输出信号的频谱图

4　结束语

通过对直接序列扩频与跳频系统的研究与设计，直扩系统与跳频系统都可以有效的降低干扰功率，提高解调器的信干比，达到抗干扰的目的。但是直扩系统和跳频系统的抗干扰机理是不同的，直扩系统采用把干扰功率分散的方法来降低干扰，是一种被动的抗干扰方式；而跳频系统以躲避干扰的方式抗干扰，是一种主动抗干扰方式。两种扩频方式既有自己的独到之处，也存在着各自的不足，将两者有机结合起来，可以大大改善扩频系统性能，提高抗干扰能力。

今后，随着扩频技术理论和技术都趋于完善，将扩频系统硬件的研究及性能的改善与新技术密切结合，会使扩频系统的性能有较大的提升空间。

［1］何世彪，谭晓衡.扩频技术及其实现［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［2］韦惠民，李兴民.扩频通信技术及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.

［3］孙屹，戴妍峰.SystemView通信仿真开发手册［M］.北京：北京国防工业出版社，2004.

［4］曾兴雯，刘乃安，孙献璞.扩展频谱通信及其多址技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2004.

［5］刘正琼.基于Systenview扩频通信系统的仿真与分析［J］.合肥工业大学学报，2010，12（4）：23-46.

［6］YANG Wei-xiang，XU Bo-qing.The application of System Viewinexperimentionofcommunicationprinciple［J］.Research and Management，2006，25（8）：106-128.

Design and emulation of spread spectrum communication system based on Systemview

ZHAO Xu-dong，REN Bin，HU Ming-yu，WANG Dan，QIN Wen，CHEN Liang-ji
（School of Computer and Communication Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China）

Due to the rapid development of communication technology，the rapid，accurate，confidential communications and continuous requirement put forward severe challenges，spread spectrum communication as an important branch of communication and the development direction，more and more get people's attention.Design and simulation based on Systemview spread spectrum communication system，based on the theory of spread spectrum communication system，the direct sequence spread spectrum system and the design of digital frequency synthesizer.On the basis of the design，the use of Systemview software to the simulation analysis of the spread spectrum communication system，and the corresponding conclusions.

spread spectrum communication；direct sequence；digital frequency synthesis；simulation and analysis

TN914

A

1674－6236（2016）17-0098-03

2015-08-19稿件编号：201508104

赵旭东（1992—），男，安徽阜阳人，研究方向：通信电子线路。