扩频与解扩

玉溪师范学院信息技术工程学院通信系统应用设计报告

题目：扩频与解扩系统

姓名：王XX

学号：2009XXXXX

专业：通信工程

班级：09级通信XX

指导教师:XXXX

时间: 2012年12月17日－2012年12月 25日

一、课题内容 (3)

二、设计目的 (3)

三、设计要求 (3)

四、实验条件 (3)

五、系统设计 (3)

六、详细设计与编码 (4)

1. 设计方案 (4)

2. 编程工具的选择 (6)

3. 设计步骤 (6)

4. 运行结果及分析 (7)

七、设计心得 (8)

八、参考文献 (9)

九、附件 (10)

一、课题内容

扩频与解扩系统

二进制随机信号+PN码扩频+加性高斯白噪声信道+解扩+误码率测试+信宿

二、设计目的

1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；

2.培养学生系统设计与系统开发的思想；

3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力；

4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力；

5.培养学生查找相关资料的能力。

三、设计要求

1.个人独立完成该课题；

2.对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原

理的基础，画出对应的通信子系统的原理框图；

3.提出仿真方案；

4.完成仿真软件的编制；

5.仿真软件的演示；

6.认真完成并提交详细的设计报告。

四、实验条件

计算机、Matlab7.0版软件、相关资料、网络

五、系统设计

1、扩频

（1）概念：利用与信息无关的PN伪随机码，以调制方法将已调制信号的频谱宽度扩展得比原调制信号的带宽宽很多的过程。例如：跳频、混合扩频、直接序列扩频，英文表示为frequency spread。

（2）扩频原理：

2、解扩

（1）概念：采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。

在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。显然，在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码。

（2）解扩原理：解扩通常在解调之前进行，在传输过程中加入的信号（干扰或阻塞）将在解扩处理中被扩频。

3、扩频与解扩的意义

扩频信号是用扩展随机序列——伪随机码调制射频信号或不断跳跃的载波信号频率而得到的，这样,扩频系统统不同于传统通信系统，它可以极大限度地共享相同的频道资源。每套系统都具有与众不同的扩展序列来减少来自其他设备的干扰，只有具有与发射者相同扩展序列的接收者才可以重组或压缩扩频传输信号来获得其中加载的有效信息。即使是多套扩频设备使用同一个频道在同一地区进行信号传输，只要采用不同的扩频序列，就不会相互干扰。扩频系统这一频道复用的优势，使其成为在大城市频谱资源十分拥挤的环境下最理想的选择。

六、详细设计与编码

1. 设计方案(可以画出编程的流程图，阐述设计思路等)

实验流程图：

设计思路：

（1）信源：用随机整数发生器（Random Integer generator）产生二进制随机信号作为信源；

（2）PN序列生成器模块（PN Sequence Generator）：伪随机码产生器，扩频过程通过信息码与PN码进行双极性变换后相乘加以实现。解扩过程与扩频过程相同，即将接收的信号用PN码进行第二次扩频处理。

（3）扩频调制/扩频解扩：扩频调制的过程就是使用一个高速率的伪随机码与待传信号相乘，待传信号的频谱被大大的展宽，信号的能量几乎均匀地分散在带宽的频带内，使得功率谱密度大大减小。在接收端解扩时，将接收到的已扩信号，在同步电路的控制下，接收到的信

号乘以相同的伪随机码，把已扩信号解扩为窄带信号。在信道中引入的窄带干扰信号，在接收端经过扩频解调时，被扩展为宽带信号，干扰信号的密度大大的降低。然后解扩后的信号经过窄带滤波器，滤掉有用信号的带外干扰，从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比，还原出原始信号。

（4）信道：加性高斯自噪声信道。

（5）误码仪（Error Rate Calculation）：误码仪在通信系统中主要任务是评估传输系统的误码率，它具有两个输入端口：第一个端口（Tx）接收发送方的输入信号，第二个端口（Rx）接收接收方的输入信号。（6）示波器（Scope）：将发送方的信号和经过整个扩频系统的接受方信号同时输入示波器，可以很清晰直观地观察二者之间的差异。2. 编程工具的选择本次仿真使用Matlab

MATLAB具有以下几个特点：

（1）友好的工作平台和编程环境

（2）简单易用的程序语言

（3）强大的科学计算机数据处理能力

（4）出色的图形处理功能

（5）应用广泛的模块集合工具箱

（6）实用的程序接口和发布平台

（7）应用软件开发（包括用户界面）

3.设计步骤

a．确定设计课题、查阅资料并进行原理图设计；

b．根据实验流程图设计系统图，打开matlab软件中的simulink，新建一个.mdl文件并保存，在simulink中选择所需模块进行扩频与解扩系统的设计后保存。

c.开始调试系统设计，观察运行结果，根据结果进行各模块的参数设计，并观察实验现象。

d.修改参数，多次进行调试，并在示波器中详细对比和分析实验结果。

4. 运行结果及分析

a，随机整数发生器产生二进制随机信号

b，PN码波形图

c，解扩后的信号

d ，扩频后号

e ，运行完程序之后的

workspace

f,display 模块误码率显示结果及分析

七、设计心得

开始课程设计实验之前是做准备工作，准备实验所需的理论知识及实验器件及相应软件理论知识的学习，选择自己感兴趣的课题进行设计，在老师的帮助下，

我选择了扩频与解扩这个课题作为我的通

信系统设计课题，之后就是进行大量的收集与该课题有关的资料，并合理利用所学教材、图书馆相应文献和网络平台，进行课程设计。

该课程设计的心得有以下几点：

首先对该系统的详细了解和分析，初步掌握该系统的定义、作用、功能和意义；

其次，了解matlab中simulink的相关知识，并熟练掌握了simulink下的常用模块名称、用途和相应参数的设置；

再次，选择相应模块进行系统设计并调试，观察调试结果及示波器，分析结果及意义；

最后，改变系统中的一些模块在进行实验调试与分析并总结经验。

八、参考文献

[1]樊昌信曹丽娜. 通信原理（第6版）[M]. 国防工业出版社，2011年8月

[2]肖燕彩邱成等著, 朱衡君编. MATLAB语言及实践教程（第2版）

[M], 清华大学出版社，北京交通大学出版社

[3]李卫东等著.移动通信原理与应用技术,人民邮电出版社，2010

年11月

[4]赵刚等著.扩频通信系统实用仿真技术，国防工业出版社，2009年8月

[5]matlab_百度百科,https://www.360docs.net/doc/91924626.html,

[6] simulink_https://www.360docs.net/doc/91924626.html,

九、附件

1、扩频与解扩系统模块图

2、matlab中运行状况

Warning: The model 'my' does not have continuous states, hence using the solver 'FixedStepDiscrete'

instead of solver 'ode4'. You can disable this diagnostic by explicitly specifying a discrete solver

in the solver tab of the Configuration Parameters dialog, or setting 'Automatic solver parameter

selection' diagnostic to 'none' in the Diagnostics tab of the Configuration Parameters dialog.

Warning: Input port 1 of 'my/PN Sequence Generator' is not connected. >>

基于正交循环码的M-ary扩频解扩新算法及FPGA实现

收稿日期:2010 10 18 收修改稿日期:2010 12 09 第32卷第1期遥测遥控 Vo.l 32, .1 2011年1月Journal of Te le m etry ,Tracking and Comm and Januar y 2011 基于正交循环码的M ary 扩频解扩新算法及FPGA 实现文霄杰, 张彦仲, 邵定蓉, 李署坚, 宋伟宁 (北京航空航天大学电子信息工程学院北京 100191) 摘要:针对基于正交循环码M ary 扩频解扩算法消耗硬件资源较多的问题,提出一种以折叠匹配滤波器为基础的算法及FPGA 实现方案。选择合适的计算时钟,算法使用6个加法器和4个乘法器即可实现非相干解扩,比传统相关解扩算法节省资源,两者消耗资源之比随进制数M 的增加而降低。实验结果证明了算法的正确性和有效性。关键词:M ary 正交扩频; 解扩; 折叠匹配滤波器; FPGA 中图分类号:TN914.4 文献标识码:A 文章编号:CN 11 1780(2011)01 0052 05 前言 M ar y 扩频通信系统可解决直扩通信中带宽有限情况下扩频增益与信息传输速率的矛盾,在军事和民用领域得到了广泛应用 [1,2] ,例如民用的IS 95系统,军用的J T I DS 皆采用了该项技术。解扩算法是M ary 扩频系统正常工作的关键技术之一[3,4] 。随着软件无线电的发展,FPGA 技术以其丰富的逻辑资源与可重构性得到广泛应用。研究适用于FPGA 的解扩算法具有重要意义。 M ar y 扩频通信的解扩通常采用多路相关累加[4,5]或者FFT [2,6] 的办法。前者结构简单,所需相关器个数正比于进制数M;随着M 增加,消耗资源直线上升。后者利用频域相乘得到时域相关值,所耗资源取决于伪码长度,与M 无关,但硬件实现结构复杂,实时性较差。本文利用正交循环码的特性,提出一种基于折叠匹配滤波器的算法,用两组匹配滤波器进行乒乓操作,实现解调数据的连续实时输出。 1 系统模型 1.1 发射模型基于正交循环码的M ary 扩频系统的发射结构如图1所示,其中扩频码集合PN 采用正交循环码实现。串行数据先经过串并变换器,转换成k 比特的并行数据,共有M =2k 个状态,即M 个码元,组成集合D ={D i |i =0,1, ,M -1},用M 条长为N (N M )的扩频码来对应传输。图1 M ar y 正交扩频原理图挑选一条长度为N 、自相关性好的伪随机序列PN 0作为原型扩频码,选择其M 个循环右移相位序列构成集合PN ={PN i |i =0,1, ,M -1},D 中元素和PN 中的元素一一对应:D i PN i 。码元D i 对应的扩频码PN i 可以表示为: PN i (t)= N -1 n =0 PN i ,n g c (t-nT c )(1) 其中,PN i ,n { 1}为扩频码P N i (t)的第n 个码片,T c 为码片宽度,g c (t)为门函数,定义如下:

扩频与解扩实验

电子信息工程系实验报告课程名称：移动通信技术实验项目名称：扩频与解扩实验实验时间：班级：通信091 姓名：Jxairy 学号：910705131 实验目的: 1、掌握扩频的基本原理。 2、理解扩频增益的概念。实验设备: 1、移动通信实验原理实验箱一台 2、20M 双踪示波器一台实验内容: 1、观察基带信号扩频前后波形（频谱）。 2、观察扩频前后PSK 调制的波形（频谱）。实验原理：扩展频谱通信系统是指将待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数扩展成为宽频带信号后送入信道中传输，在接收端利用相应手段将信号解压缩，从而获取传输信息的通信系统。也就是说在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们已熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。扩频带宽至少是信息带宽的几十倍甚至几万倍。信息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函数来决定。在本实验中我们采用的是直接序列扩频。图1 直接序列扩频流程图直接序列扩频通信的过程是将待传送的信息码元与伪随机序列相乘，在频域上将二者的频谱卷积，将信号的频谱展宽，展宽后的频谱呈窄带高斯特性，经载波调制之后发送出去。在接收端，一般首先恢复同步的伪随机码，将伪随机码与调制信号相乘，这样就得到经过信息码元调制的载波信号，再作载波同步，解调后得到信息码元。直接序列扩频通信的过程是将待传送的信息码元与伪随机序列相乘，在频域上将二者的频谱卷积，将信号的频谱展宽，展宽后的频谱呈窄带高斯特性，经载波调制之后发送出去。在接收端，一般首先恢复同步的伪随机码，将伪随机码与调制信号相乘，这样就得到经过信息码元调制的载波信号，再作载波同步，解调后得到信息码元。我们采用“扩频增益”GP 的概念来描述扩频系统抗干扰能力的优劣，其定义为解扩接收机输出信噪比与其输入信噪比的比值，即：

扩频技术概述

扩频技术概述许多文献和书籍已对扩频通信这一专题进行了论述，但是仍有许多工程师仍然对它存在一些疑问。实际上，如果不通过公式推导，一些复杂的概念只是用简单的解释很难被人们接受。本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。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。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统、移动通信系统、WLAN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提供帮助。扩频理论的基础在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用：式中：C是信道容量、单位为比特每秒（bps），它是在理论上可接受的误码率（BER）下所允许的最大数据速率；B是要求的信道带宽，单位是Hz；S/N是信噪比。C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能，带宽（B）则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源，S/N表示周围的环境或者物理的特性。用于恶劣环境（噪声和干扰导致极低的信噪比）时，从上式可以看出：需要提高信号带宽（B）来维持或提高通信的性能。修改上面的公式得： C/B = (1/Ln2)*Ln(1+S/N) = 1.443*Ln(1+S/N) 由MacLaurin级数：Ln(1+x) = x - x2/2 + x3/3 - x4/4 + … + (-1)k+1xk/k + …: 得： C/B = 1.443[S/N – 1/2 *(S/N)2 + 1/3 *(S/N)3 - …] 在扩频技术应用中，信噪比较低。假定较大的噪声使信噪比远远小于1（S/N<<1），则Shannon表示式近似为：C/B ≈ 1.433 * S/N 可进一步简化为：C/B ≈ S/N 或N/S ≈ B/C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息，我们仅仅需要提高发射的带宽。这个原理似乎简单、明了，但是具体实施非常复杂。定义扩频技术在具体实施时由多种方案，但思路相同：把索引（也称为码或序列）加入到通信信道，插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语"扩频"指将信号带宽扩展几个数量级，在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是：扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益（dB），典型的扩频处理增益可以从20dB到60dB。

扩频

扩频科技名词定义中文名称：扩频英文名称： frequency spread 定义：利用与信息无关的伪随机码，以调制方法将已调制信号的频谱宽度扩展得比原调制信号的带宽宽得多的过程。例如：跳频、混合扩频、直接序列扩频。所属学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布扩频是一种信息处理传输技术。扩频技术是利用同欲传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。特性 1．扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号扩频 2．扩频信号带宽远大于欲传输数据(信息)带宽 3．接收机中必须有与宽带载波同步的副本补充传输信息时所用信号带宽远大于传输些信息所需最小带宽的一种信号处理技术。发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现，接收端用同步的相同码解扩以恢复所传数据。扩频的基本方法有，直接序列（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）和线性调频（Chirp）等4种，其频率时间关系如图1所示，目前人们所熟知的新一代手机标准CDMA就是直接序列扩频技术的一个应用。而跳频、跳时等技术则主要应用于军事

领域，以避免己方通信信号被敌方截获或者干扰。扩频的主要特点为：抗干扰，抗多径衰落，低截获概率，码分多址能力，高距离分辨率和精确定时特性等。工作原理码序列去调制数字信号以按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为：直扩方式直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式直接序列扩频方式所谓直接序列(DS-DirectScquency)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直接序列扩频的原理如图所示。

扩频通信实验报告

中南大学扩频通信实验报告实验一：扩频与解扩观测实验时间：4月9号一、实验目的 1、了解直接序列扩频的原理。 2、了解扩频前后信号在时域及频域上的变化。二、实验器材 ⒈主控&信号源模块、2号、14号、11号模块各一块 ⒉双踪示波器一台 ⒊连接线若干

三、实验原理 1、实验原理框图数字信号源扩频解扩 DoutMUX BSOUT 2# 模块14# 模块 11# 模块 NRZ1 NRZ-CLK1 扩频序列1 序列1（TP8）扩频序列2 序列2（TP8） CDMA1AD 输入1 AD 输入2CDMA2 Dout 实验框图 2、实验框图说明本实验选择【扩频与解扩观测实验】菜单。如框图所示，我们用2号模块作为信号源，DoutMUX 输出32K 数字信号，送入至14号模块的NRZ1。14号模块此时完成扩频功能，扩频序列由14号模块内部产生，将开关S1设置为0000，开关S2设置为0111，即可设置该路扩频序列1的码型（测试点为TP8序列1）。扩频信号由端口CDMA1输出。同时，当14号模块的开关S3设置为0111、开关S4设置为0000且端口NRZ2和NRZ-CLK2无信号输入时，端口CDMA2输出的伪随机序列与14号模块的扩频序列1相同，本实验中将该序列“CDMA2”可作为后续的解扩序列。此时的11号模块完成解扩功能，其中扩频信号从端口“AD 输入1”输入，解扩序列从“AD 输入2”输入，解扩信号从11号模块的“Dout ”输出。该实验【扩频与解扩观测实验】中扩频序列的长度可通过PN 序列长度设置开关S6进行选择15位或16位。当开关S6拨至“127位”时，表示该实验的扩频为15位；当开关S6拨至“128位”时，表示该实验的扩频为16位。注：为配合示波器调节，为了较好的对比观测扩频前和扩频后的码元，建议选择16位。四、实验步骤 1、按框图所示连线。源端口目标端口连线说明模块2：DoutMUX 模块14：TH3(NRZ1) 数据送入扩频单元

扩频信号的BPSK调制仿真

《控制系统CAD与数字仿真》2014～2015学年第一学期学院（部）电子电气工程学院学号021211229 姓名纪辰授课教师陈剑雪

扩频信号的BPSK调制仿真摘要：随着数字信号处理技术的不断发展，数字化软件无线电接收机已经成为趋势，调制/解调技术是数字通信系统中的核心技术。现代计算机科学技术快速发展，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性,有助于更好地研究通信系统性能。本文介绍了数字化调制解调技术的现状发展及其应用，然后介绍了BPSK数字调制解调的理论基础，重点分析了BPSK数字调制和解调的原理。本文利用MATLAB强大的仿真功能,在其仿真环境下建立了直扩系统和BPSK调制解调系统仿真模型，给出各路观察波形,证实了解调算法的可行性。最后，本文对所做研究工作进行了总结，并且提出了今后的工作和研究方向。关键词：BPSK；调制解调器；MATLAB ；直扩系统

The simulation of spread spectrum signal with BPSK digital modulation Abstract：With digital signal processing technology continues to evolve, digital software radio receiver has become a trend, modulation/demodulation technology is the core technology in digital communication system。The rapid development of modern computer science and technology, makes the communications system simulation design and analysis process become relatively intuitive and convenient, which also makes the communication system simulation technology has been faster development. Communication system simulation with wide adaptability and excellent flexibility, helps to better study the communication system performance. This paper introduces the digital modem technology situation and development.Then introduced digital modulation and demodulation of BPSK theoretical foundation, including analysis of the BPSK digital modulation and demodulation principle. In this paper, based on the powerful simulation using MATLAB function in its environment designed the spread spectrum signal system and the BPSK modulation demodulation system simulation model, and through the constellation confirmed that the demodulation algorithm. Finally, this paper made a summary of the research work, and proposed future work and research directions. Key words: BPSK, Modem, MATLAB, Spread spectrum signal system

扩频通信的基本原理

扩频通信的基本原理所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小带宽（B），其比值称为处理增益（Gp）：总之，我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。一、扩频通信系统的主要优点 ●易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率 ●抗干扰性强，误码率低。扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。 ●保密性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其保密性好。 ●可以实现码分多址。扩频通信提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。但是如果许多用户共用这一宽频带，则可提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样在这一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。 ●抗多径干扰。在无线通信中，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。在扩频通信中利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，都可以起到抗多径干扰的作用。按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为以下几种：

扩频与解扩

玉溪师范学院信息技术工程学院通信系统应用设计报告题目：扩频与解扩系统姓名：王XX 学号：2009XXXXX 专业：通信工程班级：09级通信XX 指导教师:XXXX 时间: 2012年12月17日－2012年12月 25日

目录一、课题内容 (3) 二、设计目的 (3) 三、设计要求 (3) 四、实验条件 (3) 五、系统设计 (3) 六、详细设计与编码 (4) 1. 设计方案 (4) 2. 编程工具的选择 (6) 3. 设计步骤 (6) 4. 运行结果及分析 (7) 七、设计心得 (8) 八、参考文献 (9) 九、附件 (10)

一、课题内容扩频与解扩系统二进制随机信号+PN码扩频+加性高斯白噪声信道+解扩+误码率测试+信宿二、设计目的 1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念； 2.培养学生系统设计与系统开发的思想； 3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力； 4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力； 5.培养学生查找相关资料的能力。三、设计要求 1.个人独立完成该课题； 2.对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子系统的原理框图； 3.提出仿真方案； 4.完成仿真软件的编制； 5.仿真软件的演示； 6.认真完成并提交详细的设计报告。四、实验条件计算机、Matlab7.0版软件、相关资料、网络

五、系统设计 1、扩频（1）概念：利用与信息无关的PN伪随机码，以调制方法将已调制信号的频谱宽度扩展得比原调制信号的带宽宽很多的过程。例如：跳频、混合扩频、直接序列扩频，英文表示为frequency spread。（2）扩频原理： 2、解扩（1）概念：采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。显然，在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码。（2）解扩原理：解扩通常在解调之前进行，在传输过程中加入的信号（干扰或阻塞）将在解扩处理中被扩频。 3、扩频与解扩的意义扩频信号是用扩展随机序列——伪随机码调制射频信号或不断跳跃的载波信号频率而得到的，这样,扩频系统统不同于传统通信系统，它可以极大限度地共享相同的频道资源。每套系统都具有与众不同的扩展序列来减少来自其他设备的干扰，只有具有与发射者相同扩展序列的接收者才可以重组或压缩扩频传输信号来获得其中加载的有效信息。即使是多套扩频设备使用同一个频道在同一地区进行信号传输，只要采用不同的扩频序列，就不会相互干扰。扩频系统这一频道复用的优势，使其成为在大城市频谱资源十分拥挤的环境下最理想的选择。

扩频原理

1.1 扩频通信系统发展概述扩频通信(spread spectrum communication)是近几年内迅速发展起来的一种通信技术。在早期研究这种技术的主要目的是为提高军事通信的保密和抗干扰的性能，因此这种技术的开发和应用一直是处于保密状态。美国在20世纪50 年代中期，就开始了对扩频通信的研究，当时主要侧重在空间探测、卫星侦察和军用通信等方面。以后，随着民用通信的频带拥挤日益严重，又由于近代微电子技术、信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展，与扩频通信有关的器件的成本大大地降低，从而进一步推动了扩频通信在民用领域的发展金额应用，而且也使扩频通信的理论和技术也得到了进一步的发展。目前在军事上，它已经广泛应用于各种战略和战术通信的系统中，成为电子战中反干扰的一种重要的手段。扩频技术在军事应用上的最成功的范例可以以美国和俄国的全球卫星定位系统(GPS和GLONASS)以及美军的联合战术分布系统(JTIDS)为代表；GPS和GLONASS在民用上也都得到了广泛的应用，这些系统的技术基础就是扩频技术。扩频的码分多址技术应用于蜂窝移动通信中时，大大降低了噪声和衰落的影响，同时还避免了复杂的频率分配和时隙划分等技术上的困难，并可以省去保护频带或时隙，极大地提高了蜂窝通信系统中小区的频率复用度，使信号频谱利用率得到提高。1990年1月，国际无线电咨询委员会(CCIR,现为ITUR)在研究未来民用陆地移动通信系统的计划报告中已明确地建议采用扩频通信技术[5]。美国已制定出了基于CDMA蜂窝技术的IS-95标准，Samsung、Motorola等公司也已相继推出了各自的CDMA移动通信商用实验网已开通运行，并取得了良好的效果。扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术。面对全世界范围内对移动通信日益增加的要求，CDMA将是无线通信中最主要的多址介入手段。在本世纪，扩频技术将得到更加广泛的应用。从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。军事通信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未来，第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展。直接序列扩频系统又称为直接序列调制系统或伪噪声系统(PN系统)，简称为直扩系统，是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。人们对直扩系统的研究最早，如美军的国防卫星通信系统(AN-VSC-28)、全球定位系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统

现代移动通信 CDMA扩频与解扩

南京邮电大学实验报告实验名称__CDMA扩频与解扩 _ 呼叫实验_____ 课程名称现代移动通信 _ _ 班级学号姓名开课时间 2011 /2012 学年，第二学期

实验一 CDMA扩频与解扩一、实验目的 1. 了解扩频调制的基本概念； 2.掌握PN码的概念以及m序列的生成方法； 3.掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。 4. 了解CDMA解扩的基本概念； 5. 掌握解扩的基本方法； 6. 掌握解扩过程中信号频谱的变化规律。二、实验设备 1. 移动通信实验机箱一台 2. 微型计算机一台三、实验原理 1. 扩频实验原理 m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。 1.长度为15的m序列由4级移存器产生，反馈器如图所示。 + 输出 a3a2a1a0 初始状态 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ……………………………….

1 0 0 0 2.长度为31的m 序列由5级移存器产生，反馈器如图所示。 a4a3a2a1+ a0 3. 长度为31的gold 序列: Gold 码是Gold 于1967年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的m 序列模二加后得到的。其构成原理如图2.1.3所示。两个m 序列发生器的级数相同，即n n n ==21。如果两个m 序列相对相移不同，所得到的是不同的Gold 码序列。对n 级m 序列，共有12-n 个不同相位，所以通过模二加后可得到12-n 个Gold 码序列，这些码序列的周期均为12-n ，如图2.1.4所示。两组数据为： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 m 序列发生器 n 级 m 序列发生器 n 级初态设置时钟 Gold 码 21m m ⊕ 1m 2m

扩频解扩

太原理工大学现代科技学院移动通信技术课程实验报告专业班级学号姓名指导教师

实验名称扩频解扩同组人专业班级学号姓名成绩一实验目的 1、通过本实验掌握基带信号m 序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化。 2、通过本实验掌握基带信号Gold 序列扩频原理及方法，掌握扩频前后信号在时域及频域上的变化二实验内容 1、观察解扩时本地扩频码与扩频时扩频码的同步情况。 2、观察已调信号在解扩前后的频域变化。 3、观察已调信号在扩频前后的频域变化。三实验原理 m 序列解扩的是在接收到的RF 信号上进行的，其实解扩的原理很简单。PN 码序列的同步是CDMA 扩频通信的关键技术。 CDMA 系统中的PN 码同步过程分为PN 码捕获和PN 码跟踪两部分。接收信号经宽带滤波器后，在乘积器中与本地PN 码进行相关运算。 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

图12-1 同步系统捕获与跟踪原理图 1、PN序列的捕获图12-2（a）为滑动相关器的方框图。图12-2（b）为滑动相关器的流程图。由于滑动相关器对两个PN 码序列是顺序比较相关的，图12-2 滑动相关器的原理

2 PN 码序列跟踪常用的跟踪锁相环有以下几种 ①延迟图 3 延迟锁相环框图由于提供给DLL 是2种相位不同的PN 码序列如图12-4（c ）所示的相关特性曲线称为S 曲线，Ｅ-code 与Ｌ-code 的相位差为T c ，有时为2 T c ，S 曲线形状随基带波形不同而异。 (a)m 序列的自相关函数 (c)S 曲线 ① ② (b)①与L-code 的相关函数②与E-code 的相关函数 ②抖动锁相环：

3.CDMA扩频与解扩 - 移动通信实验报告

计算机与信息工程学院验证性实验报告一、实验目的 1.了解扩频调制的基本概念； 2.掌握PN码的概念以及m序列的生成方法； 3.掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。 4.了解CDMA解扩的基本概念； 5.掌握解扩的基本方法； 6.掌握解扩过程中信号频谱的变化规律。二、预备知识 1. 不同多址接入方式（TDMA、FDMA、CDMA）的区别； 2. 扩频码的种类与应用； 3. 扩频码的基本性质。 4. 扩频的基本原理； 5. 扩频过程中信号频谱的变化； 6. 解扩过程中信号频谱的变化。三、实验仪器 2、移动通信实验箱一台； 2、台式计算机一台；四、实验原理 m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。

实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。 1.长度为15的m序列由4级移存器产生，反馈电路如图4. 2.14所示。初始状态 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ………………………………. 1 0 0 0 图 4.2.14 长度为15的m序列的生成 2.长度为31的m序列由5级移存器产生，反馈电路如图4.2.15所示。图 4.2.15 长度为31的m序列的生成需要说明的是：反馈电路如何连接由m序列生成多项式确定，生成多项式不同，反馈电路的连接方式也不同。图4.2.15仅为可产生长度为31的m序列的反馈电路连接方式之一。

直接序列扩频(实验报告)

直接序列扩频 ——《信号与系统》实验报告学院：弘深学院班级：电子信息实验班学号： 20136927 姓名：文政指导老师：欧静兰 2015年6月6日

直接序列扩频目录一、课题目的 (2) 二、课题要求 (2) 三、设计原理 (2) 1.PN序列 (2) 2.工具软件使用 (2) 四、实验过程 (3) 1.产生信号signal和PN码 (3) 2.扩频与解频 (4) 3.时域波形图绘制 (4) 4.绘制频域波形图 (5) 5.制作移位寄存器 (5) 6.只用移位寄存器产生PN码，并绘制波形图 (5) 7.产生噪声并叠加，绘制叠加噪声后的信号波形图 (6) 8.最大峰值扩频解扩 (6) 五、实验结果及分析 (7) 附录 (11) (MATLAB 源程序代码) (12)

一、课题目的 1、熟悉MATLAB语言的基本用法； 2、掌握MATLAB语言中数据信号的产生； 3、掌握直接序列扩频信号的产生； 4、掌握直接序列扩频信号的解扩方法； 5、掌握MATLAB语言中信号频谱的绘制方法。二、课题要求 1、随机产生原始数据； 2、随机产生PN序列； 3、绘制数据信号频谱； 4、绘制PN序列频谱图； 5、绘制扩频信号频谱； 6、绘制解扩信号频谱。 *7、PN码采用移位寄存器产生的m序列，采用整周期扩频； *8、给扩频信号添加噪声； *9、采用最大相关峰值解扩；三、设计原理利用MATLAB随机产生数据比特；利用MATLAB随机生成PN序列；将数据比特与PN序列相乘完成信号扩频；将扩频信号与PN序列再次相乘完成解扩。 1.PN序列一种具有类似随机噪声的统计特性，但和真正的随机信号不同，它可以重复产生和处理。其中最基本常用的是一种移位寄存器序列，简称m序列。特具有平衡特性，相关特性。 2.工具软件使用本文使用MATLAB（使用版本MATLAB R2014b）软件对音频信号加高斯白噪声后制作滤波器去噪。（1）使用MATLAB 内置函数rand(length_signal,1)，生成随机长度为length_signal

扩频通信基础知识技术背景传统的模拟无线通信一般采用调频FM

扩频通信基础知识技术背景：传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。扩频通信的基本原理和优势：扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障碍，因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见，扩频技术在提高数据通信速率和改善数据

扩频通信原理

扩频通信原理技术背景：传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。扩频通信的基本原理和优势：扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩

频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障碍，因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见，扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面，大大优于常规数字通信。同时，由于所有用户可以共用同一频带，大大简化了网络系统的规划，使得系统在适应不断增长变化的业务方面，具有很高的灵活性。扩频通信是传输信息使用的射频带宽是信息带宽的10倍至100倍以上的通信体制。信息本身不再是决定传输带宽的决定因素，传输带宽主要由发信机和对应收信机预先制定的扩频码(又称地址码)序列确定。

CDMA扩频、解扩实验

实验三CDMA扩频调制实验一、实验目的 1.了解扩频调制的基本概念； 2. 掌握PN码的概念以及m序列的生成方法； 3. 掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。二、预备知识 1.不同多址接入方式（TDMA、FDMA、CDMA）的区别； 2.扩频码的种类与应用； 3. 扩频码的基本性质。三、实验仪器 1、移动通信实验箱一台； 2、台式计算机一台；一、实验原理 m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。 1.长度为15的m序列由4级移存器产生，反馈电路如图4. 2.14所示。初始状态 1 0 0 0 1 1 0 0

1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ………………………………. 1 0 0 0 图 4.2.14 长度为15的m 序列的生成 2.长度为31的m 序列由5级移存器产生，反馈电路如图4.2.15所示。图 4.2.15 长度为31的m 序列的生成需要说明的是：反馈电路如何连接由m 序列生成多项式确定，生成多项式不同，反馈电路的连接方式也不同。图4.2.15仅为可产生长度为31的m 序列的反馈电路连接方式之一。 3. 长度为31的Gold 序列: 图4.2.16 Gold 码发生器 Gold 序列是Gold 于 1967年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的m 序列模二加后得到的。其构成原理如图4.2.16所示。 Gold 码 21m m

CDMA扩频与解扩

一、实验目的 1、了解CDMA通信系统架构及特性。二、实验模块主控单元模块 2号数据终端模块 4号信道编码模块 5号信道译码模块 10号软件无线电调制模块 11号软件无线电解调模块 14号CDMA扩频模块 15号CDMA解扩模块示波器三、实验原理 CDMA扩频通信系统框图2、实验框图说明

我们扩频通信的实现机理为：在CDMA扩频通信发送端，14号模块提供两路扩频码道，每个码道的输入序列为16K，可由信号源模块提供，如框图中2号模块提供的数字源；另外，输入序列也可以是8K的数字信号经4号模块的卷积编码得到，如框图中主控模块提供的数字信号。两路输入数据与14号模块上的不同的512K高速率扩频码进行扩频处理，再经过10号模块的调制单元搬移到一个适当的频段进行传输。在CDMA扩频通信接收端，接收信号由15号CDMA解扩模块完成扩频码的捕获跟踪及同步过程；只有当解扩码与扩频码一致时，解扩单元才能根据序列的相关特性来进行同步解扩。解扩后的信号送至11号模块，由11号模块完成码元恢复工作以及解调过程中所需的载波同步工作。若输入序列为框图中的数字源，解扩码与扩频码2一致，则当系统联调后11号模块恢复输出的序列即为原始数字源；若输入序列为框图中的数字信号，解扩码与扩频码1一致，则当系统联调后11号模块恢复输出的序列，再经过5号模块的信道译码处理得到原始数字信号。实验时需注意输入序列的速率要求、扩频码和解扩码是否一致等。四、实验步骤 1、登录e-Labsim仿真系统，创建实验文件，选择实验所需模块和示波器。 2、按表格所示，完成CDMA通信系统发送端的连线。源端口目的端口连线说明信号源：CLK 模块4：TH2(编码输入-时钟) 将信号送入信道编码单元信号源：PN 模块4：TH1(编码输入-数据) 提供信道编码时钟模块4：TH5(编码输出-时钟)模块14：TH1(NRZ-CLK1)提供第一路时钟模块4：TH4(编码输出-编码数模块14：TH3(NRZ1)提供第一路数据

BPSK信号的扩频解扩实现5页word文档

BPSK信号的扩频解扩实现 Spread spectrum Despreading Achievement of BPSK signals Wu Xin (China Mobile Tietong Wuhu Branch,Wuhu241000,China) Abstract:This paper studies based on direct sequence spread spectrum technology,the use of spread spectrum,BPSK signal despreading algorithm method,and through systematic analysis of specific experimental operation,a typical BPSK signals obtained,indicating that the method can meet the design requirements. Keywords:BPSK signal;Spread spectrum despreading;Direct sequence spread spectrum 一、前言 BPSK（Binary Phase Shift Keying）技术是指把模拟信号转换成数据值，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式，在通讯领域以及数字电视技术领域中有广泛的应用。本文系统研究了基于直接序列扩频理论下的BPSK信号的扩频解扩的实现方法。二、直接序列扩频直接序列扩频方式可以实现码分多址。扩频通信提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。但是如果许多用户共用这一宽频带，则可提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用