基于MATLAB的扩频通信m序列的仿真

********************实践教学********************兰州理工大学计算机与通信学院2010年秋季学期移动通信课程设计题目：基于MATLAB的扩频通信m伪随机序列产生专业班级：通信工程07级（1）班姓名：周超学号：07250115指导教师：贾科军成绩：2目录摘要................................................................................................................................3前言................................................................................................................................4第一章基本原理......................................................................................................51．1扩频调制........................................................................................................51．2直接序列扩频（DS）原理............................................................................81．3伪随机（PN）序列........................................................................................9第二章m序列发生器的系统分析...........................................................................122．1m序列的产生..............................................................................................122．2m序列的反馈系数......................................................................................152．3m序列发生器结构......................................................................................162．4m序列的基本性质......................................................................................172．5m序列的相关性..........................................................................................17第三章详细设计......................................................................................................193．1十阶m序列的设计框图.........................................................................193．2工作流程图..................................................................................................20第四章仿真测试及结论........................................................................................224．1十阶m序列的仿真结果及分析...............................................................224．2该设计的序列相关性仿真结果及分析......................................................27参考文献......................................................................................................................28总结..............................................................................................................................293摘要所谓扩频通信，是扩展频谱通信技术的简称。它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式，扩频通信系统的出现，被誉为是通信技术的一次重大突破。伪随机序列是具有某种随机特性的确定的序列。它们是由移位寄存器产生确定序列，然而它们却具有某种随机序列的随机持性。因为同样具有随机特性，无法从一个已经产生的序列的特性中判断是真随机序列，只能根据序列的产生办法来判断。本设计运用MATLAB实现产生扩频通信中的m序列，并分析了相关性能。关键词：扩频通信；随机序列；m序列4前言随着社会，经济的发展，移动通信得到了越来越广泛的应用，在我国，移动通信发展的起步晚，但发展极其迅速。移动通信的发展日新月异，从1978年第一代模拟蜂窝网电话系统的诞生至今，不过10多年，第二代全数字蜂窝网电话系统就已问世，第三代的个人通信系统的方案和实验均已开始。在这种情况下，相应的扩频编码技术也随之诞生了。扩展频谱通信（SS，SpreadSpectrum）简称为扩频通信。扩频通信的定义可简单的表述如下：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必需的带宽，在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。扩频通信系统由于在发端扩展了信号频谱，在收端解扩后恢复了所传信息，这一处理过程带来了信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从机而提高了系统的抗干扰能力。因此，可以用系统输出的信噪比与输入信噪比二者之比来表征扩频系统的抗干扰能力。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频信号带宽B与信息带宽Bm之比成正比。工程上常以分贝（dB）表示，即GP=10lgB/Bm；Gp称作扩频系统的处理增益，它表示了扩频系统信噪比改善程度。因此，Gp是扩频系统一个重要的性能指标。m序列是伪随机序列的一种情况。他可以在很多领域中都有重要应用。由n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n为移位寄存器的级数）。二进制的M序列是一种重要的伪随机序列，有优良的自相关性，有时称为伪噪声（PN）序列。“伪的意思是说这种码是周期性的序列，易于产生和复制，但其随机性接近于噪声或随机序列。M序列在扩展频谱及码分多址技术中有着广泛的应用，并且在m序列基础上还能构成其它的码序列，因此无论从m序列直接应用还是从掌握伪随机序列基本理论而言，必需熟悉m序列的产生及其主要特性。5第一章基本原理1．1扩频调制Shannon编码定理指出:只要信息速率Ra小于信道容量C,则总可以找到某种编码方法,使在码字相当长的条件下,能够几乎无差错地从遭受到高斯白噪声干扰的信号中复制出原发送信息。这里有两个条件：一是Ra≤C;二是编码字足够长。Shannon在证明编码定理的时候,提出了用具有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程,它的瞬时值服从正态分布,功率谱在很宽的频带内都是均匀的,它有极其优良的相关特性。1．1．1扩频通信系统类型扩频通信的一般原理如图1-1所示。在发端输入的信息经信息调制形成数字信号，然后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。展宽以后的信号再对载频进行调制（如PSK或QPSK，OQPSK等），通过射频功率放大送到天线上发射出去。在收端，从接收天线上收到的宽带射频信号，经过输入电路，高频放大器后送入变频器，下变频至中频，然后由本地产生的与发端完全相同的扩频码序列去解扩，最后经信息解调，恢复成原始信息输出。1）直接扩频序列（DS）扩频所谓直接序列（DS，DirectSequency）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。例如我们用窄脉冲序列对某一载波进行二相相移键控信号，它相当于载波抑制的调幅双边带信号。输入载波信号频率为fc,窄脉冲序列的频谱函数为G（f）,它具有很宽的频带。平衡调制器的输出则为两倍脉冲频谱宽度，而fc被抑制的双边带扩频信号，其频谱函数为G（f+fc）。以后我们将说明，在接收端应用相同的平衡调制器作为解扩器，可将频谱为G（f+fc）的扩频信号，用相同的码序列进行再调制，将其恢复成原始的载波信号fc,关于直接序列扩频系统的组成和工作原理及抗干扰性能等问题，我们将在下面作较为详细的介绍。2）跳频（FH）另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频（FH，FrequencyHopping）。所谓跳频，比较确切的意思是：用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，因此称为跳频，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个，几十个甚至上千个频率，由所传信息与扩频码的组合去进行选择调控，不断跳变。图1-2为跳频的原理示意图。发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。其输出频6率根据码字的改变而改变，形成了频率的跳变，故称跳频。从图1-2中可以看出，在频域上输出频谱在一宽频带内所选择的某些频率随机地跳变。在收端，为了欠解调跳频信号，需要有与发端完全相同的本地扩频码发生器去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。从上述作用原理可以看出，跳频系统也占用了比信息带宽在宽得多的频带。图1-1跳频（FS）系统原理示意图3）跳时（TH）与跳频相似，跳时（TH，TimeHopping）是指使发射信号在时间轴上跳变，我们先把时间分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。因此，可以把跳时理解为用一定码序列进行多时片的时移键控。由于采用了窄很多的时片去发送信号，相对来说，信号的频谱也就展宽了。图1-3是跳时系统系统的原理图。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器产生的扩频扩频码序列去控制通——断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通——断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器经再定时后输出数据。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。跳时也可以看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益变频器中频带通信息解调器频率合成器扩频码发生器信息调制器频率合成器射频调制器扩频码发生器具射频发生器7等于一帧中所分的进片数。由于简单的跳时抗干扰性不强，故很少单独使用。跳时通常都有与其它方式结合使用。步时通