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直接序列扩频通信技术.docx

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.30M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    摘要
    Abstract
    目录
    1. 引言
    1．1 研究背景
    1．2 研究现状
    2．CDMA数字蜂窝移动通信的介绍
    2．1 CDMA简介
    2.1.1 CDMA技术背景
    2.1.2 几种常见的CDMA技术。
    2.1.3 CDMA的特点：
    2.2 CDMA通信技术的基本原理
    2.2.1 CDMA通信技术的基础
    2.3 CDMA的应用前景
    3．直接序列扩频通信系统
    3.1直接序列扩频理论基础
    3.2直接序列扩频的基本原理
    3.3直扩系统的抗干扰性
    3.4直扩通信系统中的扩频码类型
    3.4.1 m序列
    3.4.2 Gold序列
    3.4.3 Walsh码
    4. 直接序列扩频通信系统的MATLAB仿真
    4.1仿真步骤及仿真结果
    4.2仿真源码
    5.总结
    【参考文献】
    摘要 扩频通信即扩展频谱通信 ( Spread Spectrum Communication) , 与光纤通 信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。简单来说, 扩频( 调制) 是这样一种通信技术: 被发射的调制信号在发射到信道之前, 被 与传输信号无关的伪随机码进行频谱扩展, 使之占有的带宽远远超过原有信息 所需的带宽； 而在接收端, 接收信号则被本地伪随机码进行解扩处理, 使其频 带被缩小相同倍数。在扩频通信中, 信息已不再是决定调制信号带宽的一个重要 因素, 其调制信号的带宽主要由扩频信号来决定。随着信息社会的来临，怎样在 恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行，是当今通信工作者面 临的一大课题。 直接序列扩频通信系统（DS-CDMA）因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现 码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于 军事通信和民用通信的各个领域，从而推动了通信事业的发展。尤其在电子战、 考试防作弊、保密会议等应用场景下，对扩频通信的有效干扰成为关键。本文用 MATLAB 对直接序列扩频通信系统进行了分析和仿真，使其更加形象和具体。 关键词： 直接序列扩频 码分多址 Ⅰ
    Abstract the receiving end, the received signal Spread Spectrum Communication (Spread Spectrum Communication), and optical fiber communications, satellite communications together as the information age into the three high-tech communications transmission. In short, spread spectrum (modulation) is a communication technique in which the transmitted modulated signal is spectrally spread by a pseudo-random code that has nothing to do with the transmitted signal before it is transmitted to the channel, giving it much more bandwidth than the original Information required bandwidth; and at is the local pseudo-random code despreading processing, the band is reduced by the same multiple. In spread spectrum communication, information is no longer an important factor in determining the bandwidth of a modulated signal. The bandwidth of a modulated signal is mainly determined by the spread spectrum signal. With the advent of the information society, how to ensure effective, accurate and rapid communication under harsh environmental conditions is one of the major topics for communication workers today. Direct Sequence Spread Spectrum Communication System (DS-CDMA) is widely used due to its strong anti-jamming ability, good concealment and easy implementation of Code Division Multiple Access (CDMA), anti-multipath interference, Military communications and civilian communications in all areas, thus contributing to the development of communications. Especially in the electronic warfare, anti-cheating exams, confidential meetings and other application scenarios, the effective interference of spread spectrum communication becomes the key. In this paper, direct sequence spread spectrum communication system was analyzed and simulated by MATLAB to make it more vivid and specific. Key words: Direct Sequence Spread Spectrum Code Division Multiple Acces II
    目录 摘要................................................................................................................................ I ABSTRACT.....................................................................................................................II 1.引言........................................................................................................................... 1 1．1 研究背景...................................................................................................... 1 1．2 研究现状...................................................................................................... 2 2.CDMA 数字蜂窝移动通信的介绍.......................................................................... 3 2.1 CDMA 简介.....................................................................................................3 2.1.1 CDMA 技术背景...................................................................................3 2.1.2 几种常见的 CDMA 技术......................................................................3 2.1.3 CDMA 的特点.....................................................................................4 2.2 CDMA 通信技术的基本原理...................................................................... 5 2.2.1 CDMA 通信技术的基础.......................................................................5 2.3 CDMA 的应用前景.........................................................................................6 3.直接序列扩频通信系统.........................................................................................7 3.1 直接序列扩频理论基础..................................................................................7 3.2 直接序列扩频的基本原理..............................................................................8 3.3 直扩系统的抗干扰性......................................................................................9 3.4 直扩通信系统中的扩频码类型....................................................................10 3.4.1 m 序列.............................................................................................11 3.4.2 Gold 序列.......................................................................................11 3.4.3 Walsh 码.........................................................................................12
    4.直接序列扩频通信系统的 MATLAB 仿真.......................................................... 12 4.1 仿真步骤及仿真结果....................................................................................13 4.2 仿真源码........................................................................................................16 5.总结......................................................................................................................... 21 【参考文献】..............................................................................................................21
    直接序列扩频通信技术 1. 引言 1．1 研究背景 扩频通信技术是一种工作信噪比低、低截获率、低利用率（LPE）、能够抗多径干扰、和 抗干扰技术，美国军方自 50 年代中期来开始研究，一直为军事通信所专用，广泛应用于军事 通倍、电子对抗等多个领域。20 世纪 80 年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增 长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源， 各国均提出在数字峰窝移动通信、卫星移 动通信和未来的个人通信中使用扩频技术，扩频技术在蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无 线数据通信、监控、报警等系统中得到普滴应用。 直扩通信技术是扩频通信技术的主要方式之一。由于其具有强抗干扰性与低截获率特性 在军事与民用通信领域中巳得到普遍应用。而正是由于直扩信号的强干扰性与低截获性使得 对应的扩频通信的侦察和有效干扰面临着严峻的挑战，通信干扰如何才能布效的阻止直扩信 息传输，如何完成直扩倍号的检测与识别和高效干扰日成为通信对抗领域的重点。 直接序列扩频(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技术是将要发送的信息用伪随 机码（PN 码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对 接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。 它是二战期间开发的，最初的用途是为军事通信提供安全保障, 是美军重要的无线保密 通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号，如果不知道正确的编码，也 不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在 1941 年由好莱坞女 演员 Hedy Lamarr 和钢琴家 George Antheil 提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路， 他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十 九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。 直序扩频解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G 移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高 无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。 在发端输入的数字信号信息，先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展 宽信号的频谱，扩频码序列一般采用 PN 码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。调制多 采用 BPSK、DPSK、MPSK 等调制方式。 在接收端收到的信号进行解调（一般采用相干解调）。然后由本地产生的与发端相同的 扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。 1
    由此可见，—般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制， 直接序列扩频通信技术 二次调制为射频调制，以及相应的解扩和射频解调。 与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。 1．2 研究现状 直扩技术在军用通信中应用已有半个多世纪的历史，主要用于两个目的：对抗外来强干 扰和信息保臂。直扩技术通过将信号的频谱扩展，使其隐藏于背景噪声中，从而使该信号逃 过检测。近几年来，世界各国对扩频技术的研究与应用巳形成高潮，在商用领域直扩系统， 即 DS-CDMA 系统，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。欧洲的 GSM 标准和 北美的以 CDMA 技术为基础的 IS-95 都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的 成功。而在第三代移动通信系统（3G）标准中（除了 EDGE）都采用了某种形式的 CDMA， 因此 CDMA 技术成为目前扩频技术中研究最多的对象。在军用领域,目前国内外研究的焦点 主要集中在军用通信，军用测控，对抗与反对抗等方面。 由于它的抗噪声的特性，直接序列扩频技术非常适合商业应用。在容许无线设备公开使 用的电磁环境里，它对其他传统微波设备造成最小的干扰，同时对附近其他设备有更高的抗 扰性。上世纪 80 年代末，晶体电子技术的先进程度已经足以提供商用的、成本效益好的直接 序列扩频系统。现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频技术在发展 的初始阶段，就已经实现了理论和技术上的重大突破，在此后的发展过程中主要是硬件的改 善和性能的提高。 随着移动通信的迅猛发展，目前 3G 系统由研制开发逐步进入商用并且向第四代无线多媒 体通信飞速发展。根据 ITU 的标准，世界各大电信公司联盟均提出了自己的第三代移动通信 系统方案，虽然第三代移动通信系统的标准差异很大，但采用码分多址技术已经达成共识。 直扩码分多址，由于具备通信容量大、能充分利用话音的统计特性、平滑的越区切换、通信 容量的软特性等优点被作为未来移动通信中最具竞争力、最有前景的无线多址接入技术。无 线扩频通信作为另一种有效的补充通信手段,已在金融系统得到了越来越广泛的应用。 发展到现在，扩频技术理论和技术都已趋于完善，主要应从系统的角度考虑总体性能， 且与其它新技术结合应用。因此，应用的驱动一直是扩频技术发展的强大动力，未来的无线 通信系统，如移动通信、无线局域网、全球个人通信等，扩频技术必将发挥重要作用。 随着科技的发展，扩频技术必将获得更加广阔的应用空间。 2
    直接序列扩频通信技术 2．CDMA 数字蜂窝移动通信的介绍 2．1 CDMA 简介 2.1.1 CDMA 技术背景 CDMA 的英文全称为（Code Division Multiple Access），中文意思是码分多址。它是基 于 IS-95 标准（双模宽带扩谱蜂窝系统的移动台—基站兼容标准）的数字移动电话系统。CDMA 是根据现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等要求而设 计的一种移动通讯技术。它是 20 世纪 60 年代由美国高通公司（QUALCOMM）开发的移动 通信技术，最早用于军事领域。与使用时分多路的 GSM 技术不同，CDMA 并不给每一个通 话者分配一个确定的频率，而是让每一个通信都使用全部的频率，使大量用户能够共享同一 个无线频率。 CDMA 系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。它 为每个用户分配各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。它的地址码通过相互间的正 交性进行区别。也就是说，每个用户有自己的地址码，地址码彼此之间是互相独立、互相不 影响的。由于有不同的地址码来区分用户，所以对频率、时间和空间没有特定的限制，在这 些方面通信是可以重叠的。CDMA 的示意图如 2-1 所示，用户信号是用 Ci 来区分的。 f 码 C 图 2-1 CDMA 的示意图 t 2.1.2 几种常见的 CDMA 技术。 1. N－CDMA：窄带码分多址系统，在美国又称为 IS－95。由高通公司创立，具有大容 量、小蜂窝半径、运用宽波技术和特殊密码主题的特点，1993 年被电信产业协会采用。 2. B－CDMA：宽带码分多址系统，包括 W－CDMA、CDMA2000 和 TD－SCDMA，它 们分别是欧洲、美国（高通）和中国（大唐电信与西门子合作）所提出并开发的第三代移动 通信标准。 3
    直接序列扩频通信技术 3. CDMAOne：流行于日本的一个品牌，是应用 IS―95 CDMA 技术的数字蜂窝通信系统。 4. CDMAPCS： CDMA 个人通讯服务系统。与运行在 800MHz 的 CDMA 进行比较，具 有系统容量大、收费低，适用于人口稠密地区等特点。 2.1.3 CDMA 的特点： 1.系统容量大：理论上，CDMA 移动网的容量比模拟网大 20 倍。实际要比模拟网大 10 倍，比 GSM 要大 4-5 倍。 2. 系统容量配置灵活：这是由 CDMA 的原理决定的。CDMA 是一个自扰系统， 所有 移动用户都占用同一个带宽和频率，传输信号之间就会有干扰。这就好像系统的带宽是一间 大房子，所有的人都将进入这个大房子。如果他们使用不同的语言, 他们就可以清楚地听到 同伴的声音，而其他人的谈话在他们听来只是干扰。我们可以不断地增加用户直到整个背景 噪音限制住我们的通话。如果能控制住用户的信号强度, 在保持通话的质量同时，我们就可 以容纳更多的用户。 3.CDMA 系统的软切换和自动跟踪多径信号技术，降低切换时通话中断的可能性，这便 于用户在移动中进行通话和数据传输。 4.频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以不相同 CDMA 载波可在相邻的小区 内使用，网络规划灵活，扩展简单。 5.话音质量好：CDMA 系统话音质量很高，其通话质量已经接近了固定电话的效果。 6.接通率高：CDMA 的扩频技术和频率复用技术，充分利用信道容量，提高了网络接通 率。 7.保密性好：CDMA 系统中的通话保护措施可提供最佳的保密特性，防止通信过程中被 窃听和手机密码被盗。 8.发射功耗小：CDMA 系统的发射功率非常小，最大只有 200 毫瓦，正常通话时仅需 0. １毫瓦，因此移动电话功耗小，无线辐射能量低。所以又被称为“绿色手机”。 9.支持多种业务：CDMA 采用宽带技术，支持短消息、语音信箱、自动漫游、呼叫转移、 呼叫等待、三方会谈、主叫号码显示、传真和数据通信等多项业务 4
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