《通 信 原 理 》课 程 设 计
的性能仿真及其分析。
1.3 本次课程设计工作
这次课程设计是围绕我们上学期所学的《通信原理》这门课而展开的，此外也包括《计算机文化基础》、《高级程序设计》、《微型计算机原理与接口技术》、《EDA技术》本次等学科内容。课程设计的任务是让我们设计、编程并测试一个小型的通信电路系统，其中需要我们综合运用《通信原理》课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取硬件电路；设计相应的程序、组装和调试电路系统，测试指标及分析讨论，进一步来完成设计任务。
扩频通信技术本身的优越性，使其成为未来通信方式的主流。而直接序列扩频通信系统实扩频通信系统应用广泛的一种方式，本文主要分析了直接序列扩频通信系统的基本通信原理，说明其抗干扰的性能。并根据数学分析模型建立MATLAB仿真模型进行系统性能分析，主要有：抗正弦干扰、窄带干扰，进而对仿真结果进行分析说明直扩系统的性能。本次课程设计中，我的课题便是与直接序列扩频相关的--直接序列抗窄带扩频系统性能研究。
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2扩频通信技术原理
扩展频谱（SS, Spread Spectrum,简称扩频）技术具有许多特有的优点。将其用于通信系统中，可以大大提高通信系统的抗干扰性能。将其用于移动通信系统，不但可以实现CDMA移动通信系统，而且能减轻甚至消除由于移动信道多径时延扩展所引起的频率选择性衰落对数字移动通信系统性能的影响。扩频通信技术已成为当今无线电通信的主流技术。
2.1扩频通信的理论基础
扩频通信技术是一种信息传输方式，在发端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传信息需要的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关处理后再进行解调，以恢复所传信息数据，进而使通信更安全可靠。
在扩频通信系统中，信号格式的设计思想与窄带概念是信息论的奠基者Claude E.Shannon在20世纪40年代提出的。根据无线传输信道容量的理论公式，即香农公式：
C=B lb(1+S/N)
式中：C是信道可能传输的最大信息速率，即信道容量，单位为b/s；B为信号频带宽度,单位为Hz；N为白噪声的平均功率，S是信号的平均功率，单位为W。从上式中可以看出：在信噪比很小的条件下，可以用增加带宽的办法来提高系统的抗干扰性能，以保证信道容量不变。换句话讲，在信道容量相同的条件下，宽带系统比窄带系统的抗干扰性能要好，所以当信噪比太小而且不能保证通信质量时，可以采用增加带宽的方法来改善通信质量。
需要指出的是，当B增加到一定程度后，信道容量C不可能无限的增加。有香农公式可知，信道容量C与信号带宽B成正比，增加B，势必会增加C，但当B增加到一定程度后，C增加缓慢。由于N=nB，因而随着B增大，N也要增加，从而使信噪比下降，影响到C的增加。
由于扩频技术在传输扩频信号时，并不增加发射信号的平均功率，仅是将要传输的信号的频带扩展后，再进行传输的。因此扩频通信系统在信道上传输的信号功率谱密度就很低。这种系统可以在信噪比很小的情况下，甚至在信号已被噪声淹没的情况下，仍可保持可靠的通信。扩频通信的基本特点是传输信息所用的信号带宽远大于信息本身的带宽，也因为如此，扩频通信具有一些其它通信方式无法比拟的优越性：
（1）扩频通信最为显著的优越性是其极强的抗干扰性。由于扩频系统采用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行带宽压缩，恢复
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成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，故被扩展到一个很宽的频带上使之进入信号的通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器输出端的信噪比，因而扩频系统具有较强的抗干扰能力。扩频系统的抗干扰能力主要取决于系统的扩频增益，或称为处理增益。
（2）扩频通信的另一个优越性是其隐蔽性好。扩频通信本身就是一种多址通信，即扩频多址（SSMA，Spread Spectrum Multiple Access）。由于扩频信号的频带较宽，所以信号的功率谱密度很低，近似于噪声，有的系统可在-20~-15dB，敌方不容易发现信号的存在，在战争中，扩频信号的被截获率很低，可以进行隐蔽通信。从民用通信方面来说，由于扩频信号的隐蔽性好，它对目前使用的各中窄带通信系统干扰很小。理论和实验证明，在原有的窄带通信的频带内同时进行扩频通信，不需要分配另外的频段，即可实现。
（3）扩频通信可以很容易地实现码分多址，提高频带的利用率。由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，利用不同码型的扩频码序列之间优越的自相关性和互相关性，对不同的用户分配不同的码型，使多个用户公用一个宽频带，提高了系统的容量。同时还有利于组网、选呼、增加保密性及解决新用户随时入网的问题。
除此之外，扩频通信还具有良好的抗多经干扰的能力，使无线通信的性能变得更加可靠。除通信以外，扩频系统还可用于定时、定位及测距，应用在导航、雷达等系统中。
2.2扩频通信系统的分类
通信理论和通信技术的研究是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。通信系统的有效性是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中多路复用技术可提高系统的有效性。显然信道复用程度越高系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中由于传输的是数字信号因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。通信系统的可靠性是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此可靠性决定于系统抵抗干扰的性能也就是说通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种：
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1、直接序列扩频（DS）就是直接用具有高码速率的直接序列（Direct Sequence）伪随机码在发端进行扩展频谱，在收端采用相同的伪码（ＰＮ）进行相关解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信号。
2、跳频系统（ＦＨ）就是采用跳频（Frequency Hopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多频率移频键控，也就是说，用扩频码序列进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。
3、跳时系统（ＴＨ）就是采用跳时（Time Hopping）方式进行扩频，形象地说是采用特定的伪码控制的多时片的时移键控。
4、混合系统就是上述几种扩频方式的组合，跳频和跳时的相应组合即DS/FH、DS/TH混合系统。
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3直接序列扩频系统
直接序列扩展频谱系统（DS-SS ，Direct Sequece Spread Spectrum Systems），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是目前应用较广泛的一种扩展频谱系统。直扩系统用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。在接收端利用同步的伪码对接收信号进行相关处理后解调出所传信息。相关处理的使用使直扩系统比一般调制系统具有更好地抗干扰、抗衰落的特性。
3.1 直接序列扩频通信系统简介
图3-1为直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图。在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，最后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。以伪随机码序列作为扩频函数的直
数据 乘法器 调制器 发射机 混频器 中频 滤波器 解调器 数据
时钟源 伪码 发生器 载波 发生器 调制器 伪码 发生器 时钟源
(a)
本地 振荡器 (b) 图3-1 直接序列扩频通信系统简化图
(a) 发射系统；(b) 接收系统
接序列扩展频谱通信为例，来研究其系统模型，图1为其基本组成框图，由信号源输出的信号a(t)是码元持续为时间Ta的信息流，伪随机码产生器产生高速伪随机码
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DS扩频通信系统抗窄带干扰性能研究资料
