MATLAB GUI在直接序列扩频通信系统 教学中的应用

虞湘宾 潘青

摘  要 扩频通信通过扩展信号频带宽度以提高抗干扰能力和保密性，但其概念抽象，内容复杂，为课程的学习带来一定的难度。基于此，利用MATLAB软件中GUI設计一种适用于直接序列扩频系统的仿真实验演示平台，该平台可根据参数设置，给出系统中不同功能模块输出的仿真和测试结果。教学实践结果表明，该平台能够直观地显示系统中信号在时域和频域上的变化，使得学生对直接序列扩频通信系统有着更深入的理解。

关键词 扩频通信;直接序列扩频系统;MATLAB GUI

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）20-0022-04

Application of MATLAB GUI in Teaching of Direct Sequence Spread Spectrum Communication System//YU Xiangbin， PAN Qing

Abstract Spread spectrum communication technique has strong abi-

lity of anti-interference and high security by spreading signal spec-trum， while its concepts are abstract and complicated. Based on this，

a demonstrating and experimental platform of direct sequence spread

spectrum communication system is designed by MATLAB GUI. This

platform provides the corresponding simulation results of signals in

the system according to different input parameters. Teaching prac-tice shows that this platform can directly display the change of sig-nals in the time domain and frequency domain， which can deepen the

students understanding of direct sequence spread spectrum commu-nication system.

Key words spread spectrum communication; direct sequence spread spectrum system; MATLAB GUI

1 前言

扩频通信技术是一种利用扩频函数扩展信号频带宽度后再进行传输的技术。扩频函数采用的是码率高于原始信号且具有一定随机性的伪随机序列[1]。扩展后的频带宽度只取决于扩频函数，而与被传输信号无关。扩频技术能够抗击多种人为干扰，且能较好地进行保密传输，同时具有较高的测距精度，因此被广泛应用于卫星、导航、测距、移动通信和计算机通信及电子对抗领域[2]。

扩频通信是信息工程和电子科学技术专业的一门重要课程。与其他基础通信课程相比，该课程的概念更为抽象，内容更加深入，而且传统的教学大多是较为复杂的理论分析和公式推导，因此很容易给学生的学习造成一定的困难。为了解决该问题，利用MATLAB软件中图形用户界面（GUI）设计一个由多个功能模块组成的直接序列扩频（DS-SS）系统的实验平台。该平台可直观地显示出信号在系统中经过不同功能模块后的时域和频域上的变化，便于学生深入理解扩频系统的组成和原理，获得较好的教学效果。

2 DS-SS系统

系统模型  DS-SS系统框图如图1所示。利用伪随机序列将输入信号的频带展宽，经载波调制后发送至接收端。接收端接收到经过信道的信号后对其进行解扩，即采用同一随机序列与接收信号模二加或相乘，以恢复出原始频带宽度。解扩后的信号进入解调器，利用载波信号对其进行相干解调，将信号的中心频率搬移至低频，由此得到被传输信息。和有用信号一起到达接收端的还有干扰信号，经解扩与扩频码序列相乘后，带宽反而被展宽，这导致处于信号频带内的功率降低，从而削弱了干扰信号的影响[1]。

扩频调制是将码率较高的扩频码与输入的数字信号相乘或者模二叠加，以达到扩展频带的目的。令输入信号的码元宽度为Ta，Ta=1/Ra，其中Ra表示速率，则输入信号可表示为：

其中an为信息码，ga（t）为门函数， 。

伪随机序列是具有某种随机序列的随即特性的序列。但不同于纯随机序列的不可复制性，伪随机序列可预先生成，并且能够被完全复制用于系统的其他部分。因此，伪随机码可作为扩频码进行扩频调制。令伪随机序列速率为Rc，其远大于信号码率，即Rc/Ra?1则该序列表示为：

其中Tc=1/Rc，cn为伪随机码码元。将此扩频码与码率较低的原始信号a（t）相乘，即可得到频谱扩展后的信号：

其中。

对扩展后的序列进行载波调制可得到：

s（t）=d（t）cos（ω0t）              （4）

其中ω0为载波频率。

调制后的信号被发往接收端，经过信道后，接收端的接收信号可表示为：

r（t）=s（t）+n（t）                （5）