基於MATLAB的擴頻通信系統仿真研究
魏凡寨川潤展興群
(上海交通大學電子信息與電氣工程學院，200030，上海)
闡述了擴頻通信技術的理論基礎和實現方法，並利用MATLAB提供的可視化
利用Simulink建立了擴頻通信系統的仿真模型，詳細描述了各個模塊的設計，並指出了仿真建模的要點。
中應註意的問題。在給定的仿真條件下，運行仿真程序，得到了預期的仿真結果。與此同時，
利用建立的仿真系統，研究了擴頻增益與輸出信噪比的關系。結果表明在相同的誤碼率下，
提高擴頻增益可以提高系統輸出端的信噪比，從而提高通信系統的抗幹擾能力。
擴頻通信，信噪比，誤碼率，擴頻增益
中國圖書館分類號:TN914.42文獻識別碼:a。
擴頻通信系統的仿真
基於MATLAB
範偉，翟傳潤，詹興群
(上海交通大學電子信息與電氣工程學院，200030，上海)
文摘:擴頻通信的理論基礎和實現方法
這項研究介紹了技術。擴頻仿真模型
利用MATLAB提供的SIMULINK搭建了通信系統。在…裏
另外，對仿真模型的各個模塊進行了詳細介紹，並指出了
系統仿真中必須註意的問題。在設計好的基礎上
模擬條件，運行模擬程序，得到了預期的結果。
此外，還研究了擴頻增益與扇出誤碼率之間的關系
利用仿真系統進行研究。結果表明，在相同錯誤率的基礎上，
如果擴展頻譜增益增大，系統扇出的信噪比將為
增強了通信系統的抗幹擾能力。
關鍵詞:擴頻通信，信噪比，誤碼率，擴頻增益
1簡介
擴頻通信(簡稱擴頻通信)、光纖通信和衛星通信壹起被稱為信息時代的第三種。
高科技通信傳輸模式，這意味著傳輸的信息被展寬到很寬的頻帶，並在接收端相關。
壹種接收信號並將其恢復到信息帶寬的系統。使用擴頻信號進行通信的優勢在於使用擴頻。
該方法可以交換信噪比的好處，即接收機輸出的信噪比與輸入的信噪比相比大大提高，
從而提高系統的抗幹擾能力。根據擴頻通信的原理，本文使用了MATALB提供的可視化模擬器
利用Simulink建立了擴頻通信系統的仿真模型，研究了擴頻通信特性、擴頻增益和輸出信號噪聲。
本文的目的是為基於擴頻通信的現代通信的研究和設計提供依據。
2擴頻通信技術
2.1理論基礎
擴頻通信的基本理論是基於信息論中的香農公式，即
log (1 / ) 2 C = B + S N (1)
其中:c是系統的信道容量(比特/秒)；b是系統信道帶寬(Hz)；s是信號的平均功率；n是噪聲
聲音功率。
香農公式表明，系統信道無差錯傳輸信息的能力與信道中存在的信噪比有關。
(信噪比)和用於傳輸信息的系統信道帶寬(b)。這個公式解釋了兩個最重要的概括。
讀:壹種是在信道容量壹定的情況下，可以通過降低發射信號功率，增加信道帶寬來實現。
提高信道容量的要求；壹種是可以通過減少帶寬和增加信號功率來實現。
擴頻增益是擴頻通信的重要參數，反映了擴頻通信系統的抗幹擾能力。它被定義為
接收器相關器的輸出SNR與接收器相關器的輸入SNR之比，即
d
s
d
s
i i B
B
稀有
稀有
S N
S N
G = = =
/
/ 0 0 (2)
其中Si和S0分別是接收機相關器輸入端和輸出端的信號功率；Ni和N0分別是相關器的輸入和輸出。
末端幹擾功率；Rs是偽隨機碼的信息速率，Rd是基帶信號的信息速率；Bs是擴頻後的信號頻帶。
寬度，Bd頻譜擴展前的信號帶寬。
2.2實施方法
與壹般的通信系統相比，擴頻通信主要是在發射端增加擴頻調制，在接收端增加。
在擴頻解調過程中，擴頻通信主要分為直接序列擴頻系統、跳頻擴頻系統、
跳時擴頻系統、線性調頻系統和混合調頻系統。現在以直接序列擴頻系統為例來說明擴頻通信
實現方法。圖1是直接序列擴頻系統的原理框圖。
圖1直接序列擴頻系統示意圖
從直接序列擴頻系統的原理圖可以看出，在發射端，信源輸出的信號與偽隨機碼發生器產生的信號相同。
生成的偽隨機碼以模2相加，生成與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然後再次使用該擴頻序列。
解調載波，得到擴頻調制射頻信號。在接收端，接收的擴頻信號被放大和混頻。
然後利用與發射機同步的偽隨機序列對擴頻調制信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復為信息。
然後，對序列的頻帶進行解調，以恢復傳輸的信息。
3.系統仿真模型的建立
3.1 Simulink簡介
MATLAB最初是Mathworks公司推出的壹種數學應用軟件。經過多年的發展，它已經開發了以下內容
通信系統，從而成為科學研究和工程應用中最受歡迎的軟件包之壹。
Simulink是MATLAB中的可視化仿真工具，集動態系統建模、仿真和分析於壹體。
環境，廣泛應用於線性系統、非線性系統、數字控制和數字信號處理的建模與仿真。塔堡
包括由接收器、信號源、線性和非線性組件和連接器組成的復雜模塊庫，用戶還可以
根據需要定制或創建您自己的模塊。Simulink的主要特點是用戶可以用簡單的鼠標進行操作。
Make和copy命令建立壹個直觀的系統框圖模型，用戶可以隨意改變模型中的參數，並且可以
立即看到改變參數後的結果，方便快捷的達到建模仿真的目的。
3.2模型建立和主要模塊設計
基於MATLAB /Simulink的擴頻通信系統仿真模型能夠反映擴頻通信系統的特性
根據研究和設計的需要，可以擴展動態工作過程，如波形觀察、頻譜分析和性能分析等。
開發了仿真模型，實現了基於擴頻通信的現代通信仿真，為系統的研究和設計提供了有力的依據
武力的平臺。圖2是基於MATLAB/Simulink的擴頻通信系統的仿真模型。
圖2系統模擬模型
來源:作為模擬系統的來源，隨機整數生成器發送隨機整數。
該發生器產生二進制隨機信號，采樣時間和初始狀態可以自由設置，滿足擴頻通信系統的要求。
接收
高放大器混合解擴解調
本地振蕩器PN碼的同步
源擴頻調制
PN碼振蕩器
開火
來源的要求。
擴頻和解擴:PN序列發生器作為偽隨機碼發生器，進行擴頻
頻率處理通過雙極變換後的信息碼和PN碼相乘來實現。解擴過程與擴頻過程相同，即
用PN碼對接收信號進行第二次擴頻。
調制解調:調制解調采用二相相移鍵控PSK。調制由正弦載波和雙極性擴展組成
頻率碼直接相乘，用相幹解調法解調。
信道:傳輸信道是加性高斯白噪聲信道。在加性高斯白噪聲信道模塊中，可以進行信號工作。
設置速率和信噪比。
誤碼計算:誤碼計算由誤碼儀實現，誤碼儀在通信系統中的主要任務是對傳輸系統進行評估。
誤碼率，有兩個輸入端口:第壹個端口(Tx)接收發送方的輸入信號，第二個端口(Rx)。
接收接收器的輸入信號。
3.3壹些解釋
在Simulink中，沒有單獨的計數器模塊實現統計，需要自己創建。計數模型的設計如圖所示。
3。在計數模型中，采用與源同頻的脈沖模塊和偽隨機碼分別實現符號同步和碼片同步。
利用加法器的累加功能，實現了每個符號的相關峰值統計。
圖3計數模型實現框圖
在擴頻通信的建模中，用於擴頻和解擴的PN碼和用於調制解調的載波必須相同。
步，所以要註意偽隨機碼模塊和載波模塊的參數設置。
在誤碼率的計算中，接收信號經過擴頻解擴、調制解調、相關統計等處理後
存在延遲，應在誤差儀表模塊的對話框中設置適當的延遲。
4模擬結果分析
4.1仿真系統運行分析
觀察以下模擬條件下的模擬操作。信息速率為20b/s，幅度為1；偽隨機序列
列采用10級別的M序列，傳輸速率200b/s；載頻10 kHz；信號功率1W，信噪比30dB。
模擬時間設置為2s。在這樣的仿真條件下，理論上可以獲得10倍的擴頻增益。圖4是系統擴展頻譜
解擴仿真結果。上圖為信源，中圖為擴頻碼，下圖為信宿。從圖4中可以看出，源和目的地是相同的，
誤碼率為0，基於MATLAB/Simulink的仿真系統滿足擴頻通信系統的軟件仿真要求。
圖4系統擴頻和解擴的仿真結果
4.2擴頻增益和輸出信噪比之間的關系
設置信息速率和偽隨機序列傳輸速率，以10和50的擴頻增益不斷改變信噪比。
擴頻增益、誤碼率和信噪比之間的關系如圖5所示。從圖5可以看出，在相同的錯誤率下
速率，擴頻增益越大，輸出端信噪比越大，並且隨著系統要求的提高，提高擴頻增益和輸出。
最終信噪比會得到更大的好處。
圖5不同擴頻增益下的誤碼率仿真曲線
5結論
擴頻通信以其強大的抗幹擾、抗衰落和抗多徑性能成為第三代通信的核心技術。這篇論文
闡述了擴頻通信的理論基礎和實現方法，並利用MATLAB提供的可視化工具箱Simulink進行了搭建。
擴頻通信系統的仿真模型，詳細描述了各模塊的設計，並給出了仿真建模中需要註意的問題。存在
在給定的仿真條件下，運行仿真系統，驗證仿真模型的正確性。通過仿真研究了擴頻增益。
結果表明，在誤碼率相同的情況下，提高擴頻增益可以提高系統輸出。
提高了終端的信噪比，從而提高了系統的抗幹擾能力。作者的創新點:用MATLAB/Simulink建立。
仿真平臺研究擴頻增益、誤碼率和信噪比的關系，是基於擴頻通信的衛星信號。
設計提供了基礎。
參考資料:
1曾興文，劉乃安，孫。擴頻通信及其多址技術[M].Xi安:西安電子科技大學
出版社，2004年。
2徐明遠，邵玉斌。MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用[M].Xi安:Xi安電子科技大學
薛出版社，2005。
李建新，劉乃安，劉繼平。現代通信系統的分析與仿真- MATALAB通信工具箱[M].西安:
西安電子科技大學出版社，2001。
4許，，人。基於MATLAB串行通信的數據采集系統設計。微機信息，
2005,21(8-1),89-90。
5，畢。MATLAB在偽隨機碼產生和仿真中的應用。計算機模擬，21(3)，2004年3月。
基金項目:上海市科技重點項目，項目編號:45115031。
作者簡介:魏凡(1973-)，男，漢族，碩士研究生，主要研究方向為衛星導航和CDMA擴頻。
交流。電子郵件:weifan@sjtu.edu.cn
郵寄地址和郵政編碼:上海市長寧區安順路220弄18號402室，200051。
翟傳潤(1972-)，男，漢族，博士，副教授，主要研究方向為衛星導航與測控技術。
詹興群(1970-)，男，漢族，博士，教授，主要研究方向為衛星導航及新型控制理論與應用。
作者簡介:
魏輝，出生於1973，男，漢族，碩士研究生。他的研究課題包括
衛星導航與CDMA擴頻通信。
翟傳潤，出生於1972，男，漢族，博士，副教授。他的
研究課題包括衛星導航和測控技術。
詹興群，出生於1970，男，漢族，博士，教授。他的研究興趣
包括衛星導航、新控制理論和應用。