基于MATLAB的直接序列扩频通信系统仿真分析

鄢 冉

（郑州大学，郑州 450000）

1 引言

扩展频谱通信系统简要讲是将输入信号用特定函数进行处理，使被传输的信号频谱扩展从而占有远超原信息所需的带宽。在接收端时进行相应的接扩处理将频带压缩相同倍数。扩展信号常用的类型有四种，分别为：直接序列（DS）、跳变频率（FH）、跳变时间（TH）以及宽带线性调频脉冲（Chirp）。在实际通信中，也可将它们进行混合来满足不同的系统需求。

2 直接序列扩频通信技术

2.1 理论依据

香农（Shannon）公式：C=Blog2（1+S/N）

式中，C为信道容量（信道传输速率最大值）；B为信号频带宽度；S为信号功率；N为噪声功率；S/N为信道输出信噪比。根据上式可以推断：信道容量C一定时，带宽B与信噪比S/N可以互相转换，即通过增加信号的带宽可以使得信噪比要求降低。扩频通信的理论基础和基本思想就是以牺牲带宽来换取信噪比好处。

2.2 基本原理

直接序列扩频是直接用高速率的扩频码序列在发送端扩展信号频谱。在接收端用该扩频码进行解扩，还原该信号。如图1所示。

图1 直扩通信系统的原理框图

图1中，信源先由PN码进行扩频调制，展宽频谱；再经BPSK调制后发送。接收机收到信号后，以相位完全一致的本地PN码作为扩频解调的扩频码序列将收到的信号带宽恢复为原始带宽；最后输出信息。

2.3 直接序列扩频系统的主要性能

2.3.1 抗干扰性

直扩系统对窄带、宽带干扰，都有强抗干扰能力。下面对直扩系统抗宽带干扰和抗窄带干扰的原理进行分析。

（1）宽带干扰，指与扩频信号不相关的信号（CDMA网络中其他用户的信号）带来的干扰。处理过程使有较宽频谱的信号有用部分被解扩，功率谱集中于信息带宽内。而宽带干扰通过相关器，其功率谱密度基本不变。解扩后经过窄带滤波器信号能顺利通过，对信号频带之外的干扰起到抑制作用。

（2）窄带干扰。如图，信号解扩前干扰功率非常大。而干扰与本地扩频码（PN码）不相关，因此相关器对于干扰起到扩展频谱的作用，功率谱密度大幅度下降，干扰会进入信息带宽部分，从而抑制掉大部分干扰。

2.3.2 抗多径干扰性能

发射机和接收机之间电波传播的多条不同路径，称为多径信道。信号在多条路径上会有不同的衰减，时延也不同。直扩系统可以瞄准在性质最好的电波（直达路径）上。其它有延迟的电波由于相关解扩只相当于噪声干扰。PN码具有良好自相关特性，相关性小时作为噪声处理。

2.3.3 易于码分多址

码分多址的码其实指扩频码（PN码），一个PN码序列代表一个用户，对于其他用户发出的信号（PN码不同），由于PN码的相关值很小，因此不会被解扩。其次，直扩系统的频谱被扩展，功率谱密度低，同一频带可以被多用户共同使用。他们相互之间干扰很小，可近似视为噪声。同时，每个用户都只占用较窄的带宽，整体频谱利用率达到较高水平。

3 扩频与解扩仿真模型

扩频与解扩使用的码序列码数、相位均一致。如图2所示。

图2 扩频与解扩的仿真模型

4 仿真结果

输入输出波形如图3、4所示。

图3 信源波形

图4 接收信号波形

5 结束语

本文解释了直接序列扩频通信的理论依据，对其主要的性质进行了分析，并利用MATLAB对其进行了仿真，结果证明扩频通信系统的误码率低，抗干扰性能良好。

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