扩频通信讲义第八章PN码的捕获

扩频通信讲义第八章PN 码的捕获

8．1 PN 码的捕获过程

设接收信号为：

S(t)=p 2d(t)PN(t)cos(w 0t+θ0)

本地扩频的为PN(t-τ)。

码捕获过程要解决的问题是，在接收机PN （t ）无任何先验知识前提下，它与本地PN(t-τ)的时速τ是个随机变量，取值范围为1T C ——NT C ，其中N 为要搜索

的码元数，接收机必须控制本地PN(t-τ)，使τ=

C T q

N

（其中q 为要搜索的单位数，称此为机码。若取q=2N,也可取q=3N,4N,…）然后通过求PN(t-τ) 与S （t ）的相关值是否≥某个门限来判断是否已实现码同步。框图如下：

图中通过相乘，滤波，平方，积分来检测码相关值。积分时间间隔T D 是数据（符号）宽

度。如果一次后τ=

C T q N ，未能实现码捕获，则依次令τ=2C T q N , 3C T q

N

, …,直到积分值超过门限后，T N 不再改变（不再机码）并使码能受控于码跟踪环的

误差信号。于是完成了PN 码的捕获过程。

如果接收信号的载波频率（或接收机中频的频率）偏离BPF 2的中心频率较远，即使两个PN 码的时延差很小，积分值也不大会超过T N . 为此必须进行载波的频率搜索。这样，对于接收机要实现的捕获必须包括载波频率和PN 码相位两个参数的搜索——二维搜索。如下图。在T D 时间间隔内（求得一个相关值）。频率搜索的变化量为M

B 2

=

?，其中2B 为BPF 2的带宽，M=4,5,6,…。显然，如M 取值较小，如M=1，在τ=0时，相关值至少也会减半。2B 大，搜索快，但会降低输

出SNR 。扫描间隔的次数为

?

?f 。

8．2 码捕获时间（P D =1,P FA =0）

8． 2。1 P D =1,P FA =0时，平均码捕获时间是指从码捕获搜索开始到码捕获为止所花费的

平均时间。显然，接收与本地PN 码的时延τ是个随机变量，同时平均捕获时间acq T 是个统计平均值。另一方面频差?f 在无任何先验知识的情况下也是个随机变量。为简单起见，这里假定?f 很小，对相关结果影响很小。

分析计算捕获时间的数学方法不利用马尔可夫链（时间参数，状态参数均离散的马尔可夫过程）。对于最简单情况：设q=2N ，码同步检测概率P D 为1，虚警概率P FA 为0，驻留时间（积分时间）为T D ，则平均捕获时间为：

acq T =(N+2

1

) T D ≈N T D , (τ在2C T —2N 2C T =T C 间均匀分布)

如?f 很大，搜索频率为

M

B 2则其搜索M B f 2?等。故平均捕获时间=M B f

2? N T D 。当检测概率P D ≠1,P FA ≠0时，计算就复杂了。这时捕获模型流程图：此处缺少一个

流程图。

PN 码的搜索过程是个离散的马氏过程。 （1）离散的时不变马氏过程和生成函数流图

在随机过程中，对离散马氏过程的表征方法一般用差分方程或矩阵。这里介绍用状态转移图来描述。然后从这些图形出发导出被研究过程的生成函数。 首先以只有两个状态的时不变离散马氏过程，如图 3/8

5/8 1/2

状态转移图

3/8z

5/8z

1/2z 生成函数流程图 时刻的状态转移概率矩阵为： S1 S2

S1 85 83

S2 2

1

2

1

也可写成概率差分方程

P1(n+1)= 85

P1(n)+ 21

P2(n) P2(n+1)= 8

3

P1(n)+

2

1

P2(n) 我们可以把每一次状态转移的时间延迟用z 表示。用p ij (n)表示经n 个单位时间从状态i 转移到状态j 的时不变概率，称n 阶转移概率。p ij (n)的z 损变即为生成函数，即生成函数为：

∑∞

==0

)()(n ij n ij n p z z P

对单位圆内的所有z ，该级数收敛。

∑∞

===0

)()()(n ij ij ij T E n np dZ

n dP

其中E( )是由状态i 转移到状态j 的平均时间。 可以证明： 方差2

2

2)1()1()1()(??

????-+

=

dz dp dz

dp dz

p d T D ij ij ij ij

(2)捕获模型和生成函数流图

● 实现方框图如前图，使用平方检波器，积分，门限比较

● PN 码级数为N ，所搜索单元为q 个，一般选q=2N (即频长半个码元)

● 如积分输出高于门限，系统进入检测状态。如果不是真同步，即为重叠，则代价为

k T D 秒，然后继续搜索。如是真同步则码捕获完成。 ● P D ≠1,P FA ≠0 (P D , P FA 近似高斯分布)。

这时码捕获时间是一个随机变量。如果能求出它的分布，当然即可以从理论上求出平均捕获时间等数字表征量，然而在实际工作中很难得到其概率分布。

在码搜索捕获时对q 个搜索单元编号1,2,…,i -1,i, i+1,…q. 因此在第1到i-1个单元无信号，而在第k 个单元有信号的概率为（i-1

i

q i q P e -+=--=

11

)1(1

整个搜索过程的生成函数流图如图所示，回94页图（即为没画的那个图）。

从节点1开始，能存在真同步的概率为q

q P 1

1111=-+=

，不存在的概率1-1P ，如同

步信号不存在，进入1a （只作概率判别没有延时）。在1a 如产生产生虚警，其概率为α，产生虚警本身需时间T D ，然后用k T D 时间判断退出虚警进入节点2的支线为

α1+=?k k z z z α。如未产生虚警，也需T D 时间，进入节点2的直线为(1-α)z 。

节点1的另一支路则概率判断令1a '（没延时）。如同步发生而捕获成功过程终止，通过支线P D Z 进入节点F 。如同步发生，通过支线(1-P D )Z 进入节点2（下一个搜索点），在此是不可能有同步信号（ 因为是在前一支路为1P 的条件下）。节点2以后到3，与节点1a 到2相似。

信号流程图（介绍节点与支线）

信号流程图是描述系统函数的联立方程的拓扑逻辑表示。一旦用流程图表示系统，那么确定闭环传递函数就变的简单了。

由两个节点x j ,x i 以及它们之间的单向连线就可构成最简单的信号流图。节点x j ,x i 表示一个变量，可以是时间函数也可以是状态。T ij 表示x j 变到x i 的关系，一般称为传递函数。所以描述右图中的信号流图的方程为：

x i T ij x j x i =x j T ji

一个节点（代表一个变量）可通过多条支线与多个节点相联，如图，（1）并型,设信号流图对称方程为：∑==

n

j j ji

i x T

x 1

x 1

x 2 T 2i T 1i

x n T ni

（2）串型：x n =T n-1 n x n-1

= T n-1 n xT n-2 n-1x n-2

x 1 T 12 x 2 T 23 x 3 x 4 x n-1 T n-1,n x n

=

∏-=1

1

n j j T

j j x 1

+

称仅有出方向支线的节点为输入节点（或源点），仅有入方向支线的节点为输出节点（或终止点） 信号流图定义：

上面给出了信号流图的基本概念，这里根据不同具体信号流图的形式给出名称定义。这对于信号流图的改环以及变量简化等很有用。首先看以下信号流图。 开路径：连续带方向通过多个支线且沿该支线所有节点仅通过一次。如 x1→x2→x3→x4→x5

x1→x2→x4→x5 T 24

T 33

x 1 T 12 x 2 T 23 x 3 T 34 x 4 T 45 x 5

反馈路径：（反馈环）起始和终止都在一个节点的路径。如x2→x3→x2。要注意，在经典反馈系统中输出变量也是回授给反馈传递函数的变量。这时输出节点有一个出方向的支线，这与输出节点定义矛盾。可通过增加一个具有单位传递函数的支线与一个假想的节点相联系而得到解决。后面将有这方面例子。

前向路径：从输入节点到输出节点的开路径。如x1→x2→x3→x4→x5

以及x1→x2→x4→x5。

非接触环：一系列环路，它们没有公共的节点。以后将举例。 自身环：由单一支线组成的反馈环。如T 33。

支线增益：当传递函数是一乘法因子时的支线传递函数。

环路增益：环路支线增益之积。例对x2→x3→x2环路，其环路增益为T 23T 32。

路径增益：沿该路径上所有支线增益之积。例x1→x2→x3→x4→x5前向路径，其路径增益为T 12T 23T 34T 45。

2.从方框图到信号流图：

如何根据方框图画出信号流图？原则如下： （1）以组成方框图的每个变量作为一个节点 （2）以每个方框作为一条支线 举例如右图的反馈环路，总增益H

G G R C +=1

R

方框图

该方框图对应的信号流图如下。

-H

R

3信号流图的简化和梅森增益公式

在实际工作中，第一步可由方框图到信号流图，第二步不把信号流图简化为只由输入输出两节点和一支线构成的最简信号流图。 现在先考虑生成函数流图中点1。q

q P 1

1111=-+=

,——在点1为出现相关峰信号的概

率——简称为有信号的概率。无信号的概率为1-P 1。如不存在信号，就进入下一个节点（1a ）。由于这仅是先验概率的判断不需时间驻留，所以不乘z ，进入1a,在1a 点如产生虚警，其概率为P FA =α，由于需驻留T D 秒（积分时间）才可测得虚警，因此乘z ，进入1a 点。因是虚警，就必然不是稳态，设经k 次判定后（需k T D 秒）才发现信号不真正存在（k=1,2,…）（意味着第k=1,…k -1仍发生虚警）然后进入点2，支线为1

+?k z

α。如

果不产生虚警，概率为1-α，也驻留一个T D ，所以进入点2的支线为(1-α)z 。在节点1还有另一种情况，出现信号。其概率为P 1，进入1a '点。驻留T D 秒后如果相关信号出现，则码捕获实现，搜索过程终止。以支线P D Z 进入终点F 。P D 为检测概率。驻留T D 秒后，如相关概率不出现，则以支线(1-P D )Z 进入点2。由节点2，若为虚警产生αz ，经k

z

退出虚警进入点3：如无虚警以支线(1-α)z 进入点3，依次类推，最后到达q 然后进入1a '点，重新重复上过程。

从点1经1-P 1支路到达点2后流图与在1点时相同。最后一点是q 点。因为前q-1个点仍未进入终止态F ，则以p q =1(k=q)进入q a '点。然后进入终止态F 。 为了得到流图的传递函数，令

z z Z H k )1()(1αα-+=+

然后令D P -=1β和 1

)

(1)(--=

q H z z

z Q β 其中有反馈环 则可得简化流图如右 F

图中())

()1(1)1()(1z H P z A zH z

P z B i i q i i -=--=

-ββ

S A 1(z) A 2(z) A 3(z) A q-1(z) 从图得出到达终止态F 的离散概率函数为： U(z)=B 1+A 1B 2+A 1A 2B 3+…+A 1A q-1B q =

1

1)1(---q zH

z

ββ[P 1+(1-P 1)HP 2+…+(1-P 1)(1-P 2)…(1-P q-1)H q-1Pq] 如果用q 表示P i 和（1-P i ）, 前面推出，P i =

i

q -+11

则：

U(Z)= 11)1(---q zH z ββ[q

1+11-?-q H

q q +…+q H q 1-]

= 1

1)1(---q zH

z ββq 1[()∑-=10q i i

z H ]

作为检验

U(1)=

1111110==?--∑-=q

q

q q i i ββ (z=1?H=1) 平均捕获时间：

)

(1ln D T z dz

U d T ==

=

D FA D zP kP q P z z )

1)(1)((+--+T D

=

D

FA D zP kP P z )

1)((+-qT D (其中q>>1)

1222

][=+=z dz dU dz U d σ=)11121()1(2222D

D FA D P P q kP T +-+(q kP k FA <<+)1()

上两式是非常重要的，它们均为PD ，PFA ，k 的函数。特例PFA=0，PD=1，则

D

T q

T 2

1+=

,与直接计算相同（

D D T q T b

a 2

12+=+ 均匀分布） 12

)(2

2

D qT =

σ )12)((2

a b -

注意：

（1）在上式中未考虑多谱勒的影响。如果有多谱勒影响，首先它会改变码搜索的 改变 。等次影响检测概率和 概率等。

（2）上方说进入 ，但能否稳定，主要看从捕获到跟踪的 切换。在等信噪比下，这个切换过程是可靠的。在很低的情况下，这个切换成功的概率可能性趋向1，这样使捕获时间加长，这时，要将推测概率修改为： PD'= PD PH0,

PH0————过程转移概率，PH0还与多谱勒有关。如果

8．2．3

双驻留时的捕获时间如图所示：在一次驻留中，每 一次，要进出进入下一点就花 时间。为此，如果对有两个积分时间，前一个积分时间较短TD1，初步测定码是否出现相

关 ，如果出现，则每用第二个积分较长时间TD2，由于TD2大，所以PFA2低，可增加判定的准确性。如第一次积分 就不 证，就系上进入下一个搜索单元。由于TD1小，使搜索加快。 过Th1的概率总是较小的。即使在这些上增加TD2驻留时间。从总的搜索时间看，还是比较小的，结果为：

q kP P T T P P T FA FA D D D

D )]1([222121++-=，q>>1

)11121()1(2

222

212212D D FA FA D D P P q kP P T T +-++=σ,)1(2+>>k k P q FA 思考：一积分分担 一小部分 保护， 积分分担大部分 保护，式中PD =PD1 PD2，PFA1为一次驻留概率，PFA2为二次 …..，q 搜索单元，k 第二检测器的 代价（TD2时间的 单位数目），由于需稳定捕获跟踪程序流程图：

习题：如右图的 相关曲线在点（I=1,2,3,4）处的 概率为PD ，证明包括所有四个点的推测概率为 )

1)(1)(1()1)(1()1()

3()

2()

1()

4()

2()

1()

3()

1()

2()

1(D

D

D

D

D

D

D

D

D

D

T

D

P P P P P P P P P P P ---+--+-+=8.3检测概率和虚警概率

在实现码捕获之后,还要求不 的检测码是否处于锁定状态。 现推导：与电路设计基本参数的关系 与电路设计参数关系 。 信号处理模型如下图。 设解扩码的输出为)(sin 2)

(0t n t w P t X +=

然后BPF ，带宽为B 。然后平方律检波。最后积分（时间TD ）后 出为 。在Y(t)中，有用信号功率为P 。 形（数据调制），n(t)是白高斯（WGN ）噪声，双边谱密度为N0/2。 Davenport and Rost 已经平方律检波器的输出功率均值为： U=N0B+P=N0B(1+SNR) N0为噪声功率，P 为信号功率。

B 为带通滤波器的噪声带宽。SNR=P/N0B ，TD 积分后，输出均值为 UO= N0B （1+SNR ）TD

我们在2-3节中已经给出平方检波器的输出，双边噪声功率谱密度为

0202)0(PN B N +=?

而TD 秒积分器的传递函数为

2

/sin )(jwTD D

D D

e

fT fT T f H -=ππ 所以积分器输出方差为

df fT fT T J D

D D

?

∞

∞

-≈

22

2

0)sin ()0(ππ?

上式中已假定TD 很大，（只对低频 输出不为0）满足1/TD<

D T SNR B N )21(2020+=σ

如果进一步假定带通滤波器具有理想截止特性，则按1/B 秒间隔进行抽样，抽样值之间是互相独立的。如果BTD>>1,则Z （t ）是大量独立变量之和。根据中心极限定理，在Z(t)近似服从正态分布，则超过门限Th 的检测概率为

?

∞

--=

D

Th D dz J u Z P ]2)(exp[212

2

00

σπ 或)(

σU Th Q P D D -=中?

∞

-=

t

du u t Q )2exp(21

)(2

π虚警概率PFA

为(信号功率为0而Z 超过门限) ?

∞

--=

D

Th FA dz u Z P ]2)(exp[

212

2

0σ

σ

π

其中D D BT N BT N u 20200,'==σ 如果定义σβD D BT N BT N Th 00-=

则)21(

SNR

SNR

BT Q P D D +-=βPFA=Q

所以由N0，B,TD,Th 可求PFA

由N0，B,TD,Th,SNR 可求PD

若给定PFA=0.0001, PD=0.99,SNR=12Db,B=8kHz,P=8 ,求TD,Th 解：由PFA 求 ，由PD 求TD,带入B ，求Th.。

如考虑当信号被调制以及由于带通滤波器引起损耗等因素对上结果，仍可用，只是

B

N P SNR 0α=

其中a 为带通滤波器的调制信号分量。 值得注意并已由 证的是，随数据率的增加，B 也成比例的增加，功率也成比例的增加，仍保持SNR 不变。在PFA 不变时，则PD 增加更快些。（TD 不变时）

利用一起学习的结果（相关曲线有四个点的检测概率），证明：将两个相邻相关积分值相加，并与改进后的门限比较（保持PFA 不变），可以改善总的捕获概率，因此可以减小捕获时间。假定：SNR=0dB,BT=100,

PFA=0.0001。注意，对该情况，PFA ，PD 的表达式都需改变。假定积分器输出的相关值相互独立且高斯分布。 8.4码锁定检测及其保护

码的锁定检测器的功能是判定和指示本地PN 码是否处在 将PN 码的锁定状态，它是码捕获的一个部分。只有码处于锁定状态时，才可重现载波同步。此外，码锁定检测时间是码捕获总时间的一部分。对码锁定检测时间解析采用Keneny 和Snell 的马尔可夫链的方法。

8.4.1吸收式马氏链

马尔可夫链的状态可分为过渡态和稳定态。过渡态一旦消失就再不可能重现。而稳定态一旦出现就不可能消失。仅仅只有一个元素的稳定态序列称为吸收态，它是稳定态的一种特例，其特征是它的转移概率为1，如果所有的非过渡态都是吸收态,则称该马氏链为吸收式马氏链。每一个马氏链必须具备有一个稳定状态序列。但不一定要有过渡状态序列。如果一个马氏链仅包含一个状态，那么它必然是个吸收链。例：如下状态转移矩阵

????

????????????=10000000000000000011p q p q p q P 状态1,5为吸收态（P11=P55=1）,2,3,4为过渡态（一旦消失，不再出现），所

以为吸收式马氏链。

????????????????=01000000000000000102p q p q p q P 5为反射壁，由于各状态之间是相互转移。所以它是一个稳定序列。不存在过

渡态，都不稳定。因为在状态之间可相互转移，它没有吸收态。

8.4.2码锁定检测及其保护

在7.3.3的流程图中已查明，当积分结果连续三次不超过门限，则码环失锁。对一般情况，在码捕获之后，可有三种形式的码锁定检测器：如专用时间积分器，或计数式串联积分器等。码入锁后，如进行几次积分终值都低于门限，则才判为码失锁——码锁定保护。这样， 次或两次发生积分终结低于门限并不判定为码失锁。因为在存在噪声时，检测概率PD 不等于1，即QD 不等于0。所以，积分终值<门限，并不一定以为码环失锁。如连续几次发生积分终结V03

方差

在马氏链的状态转移概率距阵中，可把它表示成规范形式：把所有稳定状态放在一起，然后把所有过渡状态放在一起。总共有n 个状态，有t 个过渡态。N-t 个稳态。则规范形式为：

??

?

?

??=Q R O S P *根据定理1（P505）：对任何马式链，当转移步数趋向无穷大时，不管把 放在何处，过程最终处于稳态的概率趋向于1。如果链是吸收的。那么过程最

终处于吸收态的概率趋向于1，我们所研究的大多数锁定检测问题都可看成为具有单吸收态的吸收式链。为了研究方便， 其中：s —达到稳态过程 o —(n-t) *t 距阵。

R —t*(n-t)从过渡态到稳态的转移子距阵 Q —仍停留在过渡态的字距阵 对于吸收式马氏链，规范形式为

??

?

?

??=Q R O I

P * 其中I 为（n-t ）(n-t)单位子阵。表示有n-t 个吸收态，其他不变。

例：在前例中，状态1,5是吸收态，写成规范形式

???????

?

????????=00

00000

0001

000001*1q

p p q p q

P

??

??

??=1001

I ??

??

??=00

000

o

????

?

?????=p q k 0000 ????

??????=00

000q

p q

p Q 根据马氏链理论，得出过程从状态I 开始处于过渡态所经过的平均时间为（推理式）

NT E i =][ξ

其中 表示时间

1][--=Q I N I 幺阵，Q 为以前定义过的子阵。

?????

??????????????

?=t T T T T ...21 T1,T2…..Tt 为各次驻留时间

（2）过程从状态I 开始，处于过渡态所经历的时间方差为（推论5，P512）

sq sq

i T Q I T Q I T Q I Q T Q I Var )]([)(][][][][2)(1

111-------+--=ξ

其中??????????

??????

?

????

?=t T T T T ..

.

.

.

0....

..

0.

0..

.000...00][2

1

Tsq 表示对T 中的每个元素平方。

sq T Q I )]([1--表示对（）中每个元素平方

（3）马氏链从过渡态I 开始到吸收态j 结束的概率Bij 为{Bij}=B=NR ,t*(n-t)阵（定理6，P514）

例：考虑右边的状态转移图

该图表示了求锁定概率的一个简化模型

其中PD=P{超过门限|搜索模式下}qD={低于门限|搜索模式下} a) 证明：从状态1开始到达状态3概率为D D D L q P P P -=12

b) 证明：从状态1开始到达状态3和0的概率是1

证：a) 因为?????

???????=100000000001

D D D D P q P q P

所以?????

?????

??=00

000010

0001*D D

D D q P P q P ??

?

???-=??????-=????????

??

??--=-==--D D D D D D D D D D D D D P q P q P q q P P q P q q P R Q I NR B 22

01

1

11

1111

0011

]

[

所以D

D D

L P q P b P -=

=12

13

c) 11)1(1)(112

2

22

2

2

1013=++=+-+=--+=+-=+=D

D D D D D D D D D D D D D D D P q P q P P P q P P P q P q P q b b P

前面所示：不管过程从过渡态开始，最终处于吸收态的概率为1。

例二：锁定检测器如图所示。发生一次漏检就引起锁定检测器失锁。检测概率为PD,漏检概率为qD,求 和 解：????

??=10D D q P P ??

?

???=?D D

P q P 01* 所以R=qD Q=PD 所以D

D

P T T Q I T -=

-=-1][1

2

22

2

2

22

2

22

2

11112)

)1(112(1)1(2)1(11*12

)]([)(][][][][2)(D

D

D D D

D D D

D D D D D D D D D D D D D D sq

sq i T q P P P P T P T P T T P P T P T P T P T P T Q I T Q I T Q I Q T Q I Var =--+-=-+

--=

---+--=---+--==----ξσ

例三：锁定检测器在连续发生漏检时才判定系统失锁。状态转移图如下：

求从锁定态到失锁态的平均时间和方差 解：?????

???????=??

?

????????

??=00

00000000

1

*10

000000D

D

D D D D D D D

D D P q q P P P q P q P q P P 标准形 )

1(111110

0100

00100010001][3

3

2

1

1

11<<≈

++=

????

?

?????????

?????

?-----=??????????????????????????????-??????????=-=---D D

D D D

D

D D D D D

D D

D D D D q q T T q q q T P q P q P TD TD TD P

q P q T Q I T

Holmes 证明：n 次连续记数式的锁定检波器所具有的平均失锁时间 D n

D

n D

D T q q q T 1

.....1-+++=

（在状态转移图中有n+1个节点）

例4:三状态可逆计数器检测器，如图，如不发生漏检，就停留在状态1，发生一次漏检，就由状态1进入状态2。如三次连续发生漏检，就进入状态四，表明系统失锁。在2，3

状态发生正确判测就分别依次退回到状态1，3。求平均失锁时间。

解：?????

???????=??

?

???????

???=00

0000000

1

*10

000000D

D

D D D D D D D D

D D P q q P q P P q P q P q P P D D D D

D

T q q q q q T 3

2

3

2

121++<+=

与例二相比，二者无明显差别。只是比例二略小，（例二分子为qD ，这里为q*q ） 思考：在例三中，若驻留时间为2TD, 3TD, 4TD 时, 如何改变（TD 影响qD ） 8.5序 检测（林， holmes ）

前面在码捕获过程中，主要介绍了 次驻留时间和平均捕获时间。还讲了两次驻留时间的捕获方法，后者较前者优。在码捕获进程中，要搜索的解元很多，但真正有较大相关值输出的解只有一两个。即有信号的概率，信号的概率很高。要减小捕获时间，主要是快速处理虚警解 ；另一方面，要尽量减小漏检概率，因为如果发生漏检，就要从所一个周期，也使捕获时间加长。为此，序虚警检测是一种减小捕获时间的较好办法。

序号检测采用不规则观测时间，使得总平均观测时间变小。事实上，序号检测的观测时间Ts 是个随机变量。因为序号检测是一个阶段进行的，终止观测后，阶段数目n 是一个随机变量。如每一阶段的 时间之 相等，则观测时间为 t n T s ?=

在每一个阶段终了，规定好判决规则：选下三 之一：（1）有信号 H1假设成立，（2）元信号 H0假设成立（3）不能判定有无信号——再进行下一阶段检测。总共进行n 段后结束，每段检索 时间，一项试行结束，n 取m 段（具体数值），则样本x1,x2,….xm 的总构成m 维空间Xm ，所选定的判决规则就是把观测空间X 划分为三个相邻而又不相等的区域X0,X1,X2，共边界（双门限）为B2（高）和B1（低），如图：在实际中常用的是序号似然检测规则。具体内容为：定义似然比为：)/()/()(01??λm m m

x p x p x =

其中，P(Xm/Q1)表示在H1假设下，即有信号时间条件概率密度函数 P(Xm/Q0)表示在H0假设下，即有信号时间条件概率密度函数 如果，设B2>B1（Xm ）<=B1,认为是H0 如果 (Xm ）>=B1,认为是H1 如果1B 2)(B x m <Λ≤-------继续采样观测

由以上规定可得在给定FA D P P ,如何求21,B B 由两个不等式得

)|()|(021θθm m x p B x p ≥ 在1H 假设成立的区域内积分（样本m x 落在1X 区）

??==≥=

1

1

,)|()|(2201X X FA m L m

D B p B x p B x

p P ααθθ为虚警概率

FA D p B p 2≥?

定理 ，定理必然终止，这时

β-=1d p 其中β为漏检概率，?=

)|(1X m

dx x

θβ

αβ21B ≥-∴

同理前一个不等式可化为

??≤0

)|()|(011X X m m

dx x p B dx x

p θθ（样本落在0X 内）

即)1(1αβ-≤B

????-≥-≤

αβ

α

β1112B B 上式给出1B 的下界和B 2上界，要准确的给出很困难，由于)(m x Λ是m 的函数，m 的变化为（m=1,2,3……）所以在 经些可能，似然比征可能要 -------称此现象为域界现象，通常假设域界不大，特别是在m 很大时域界可以忽略，这时等号成立即

???-=-=αβ

α

β1112B B 给定αβ后可求出B 1,B 2 例：(Holmes524)

序列探测概率和捕获时间

8．6匹配滤波器：)()(t s t h -=τ主脉冲响应是信号的时间反转，实现PN 码快捕的一种重要途径是使用匹配滤波器，其中又有有源和无源之分，有源的 一种建立在数字相关基础上的数字相关匹配滤波器。无源中常用的有san 器件，抽头延迟线和卷积器 8．6．1 数字匹配滤波器 如图：工作在码基带

接收信号 锁存 参考

8．6．2 SAW 抽头延迟线 SAW 卷积器

信号输入的正序列 参考输入的逆序列

))(exp()/()(kx t j v x f s t S -?-=ω ))(exp()/()(kx t j v x t R t R +?+=ω

输出为?-+?-?

2

/2

/2)/()/(l l t

j dx v x t R v x t S e

ω

包络=?+--?

2

/2

/)2()(T t T t dr r t R r S v

其中T=l/v

对频率和时间的二段移来说，不管是频率还是相位，如有 知识，即载波频率对本地偏离多大范围内，本振参考载相就以此为向两边移动，逐次扩大范围，如下图所示

8．8环相关引起的假锁

主要介绍在码捕获时间平方器的BPF 是如何影响相关过程的

)()cos()()(2)(00t n t t pn t d p t x ++=θω

相乘后：

)()cos()()(2)(001t n t t pn t d p t y ++-=θωτ

其中

)()()(1ττ-=-t pn t pn t pn 仍为pn 码

由于BPF 的带宽在系差动频衣存在或在有数据调制时不能太窄，须适当放宽，这样在码未同步时)(1τ-t pn 的谱线中靠近流动几根谱线就能通过BPF ，然后混平方，积分后输出可能 判为捕获，就造成假锁。BPF 的B 域宽，假锁域高易发生——环相关引起假

PN(T-)

锁。克服的办法：1。尽可能减小B（在允许的范围内），当有数据调制时，每根码谱上都有数据调制。2。增加积分时间，使平均时间更长，减小脾时“剩余”相关的影响。

基于SIMULINK直接扩频序列通信系统的设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于Simulink直接序列扩频通信系统 设计 Direct Sequence Spread Spectrum Communication Systems Design Based on Simulink

摘要 直接序列扩频通信系统(DSSS)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，而被广泛应用于许多领域中。 本文设计了一种基于Simulink的直接序列扩频通信系统。首先对直接序列扩频通信系统从应用背景、特点、意义和发展几个方面进行了研究，然后从直接序列扩频通信系统的基本理论、基本原理、性能和扩频通信系统的同步原理等方面阐述了直接序列扩频通信系统，并对直接扩频通信系统进行了仿真研究和理论分析，达到了预期的效果。本文从理论上分析了直接序列扩频通信系统的抗干扰性能。 本系统包括信号生成部分、发送部分、接收部分、调制和解调、加扩与解扩五个部分。并以BPSK系统为例，给出了误码率理论分析结果，达到了预期的效果。本文研究的直接序列扩频通信系统，为以后的频谱通信系统打下了基础。 关键词：直接序列扩频通信系统MATLAB仿真Simulink模块仿真

Abstract Direct sequence spread spectrum communication system (DSSS) because of its strong anti-interference, easy to conceal and easy to realize code division multiple access (CDMA), fight multipath interference, straight expansion communication rate higher numerous advantages, is widely used in many fields. This paper introduces a design of Simulink based on the direct sequence spread spectrum communication system. First to direct sequence spread spectrum communication system from application background, features, significance and the development of a research, and then from the direct sequence spread spectrum communication system, the basic theory of basic principle, performance and spread spectrum communication system of synchronous principle, this paper describes direct sequence spread spectrum communication system, and the directly spread spectrum communication system simulation and theory analysis, achieve the expected effect. The paper theoretically analyzes the direct sequence spread spectrum communication system of anti-jamming performance. This system includes signal generation part, sending part, receiving part, modulation and demodulation, add expansion and solution expansion of five parts. And with BPSK system as an example, the theoretical analysis results are ber, achieve the expected effect. This paper studies the direct sequence spread spectrum communication system, for the following spectrum communication system laid a foundation. Keywords: Direct sequence spread spectrum communication system Simulink MATLAB Simulation

扩频通信的基本原理

扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 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。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ? ∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。

扩频通信

目录 一．扩频通信系统工作原理 (1) 二．扩频通信的分类及优缺点 (3) 1、直扩系统（DS） (3) 2、跳频系统 (6) 3、跳时系统 (9) 三．扩频通信在移动通信中的应用 (10) 四．扩频系统在其他领域中的应用 (11) 五．参考文献 (13)

一．扩频通信系统工作原理 长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢？简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。 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（有效）带宽（DF），其比值称为处理增益Gp: Gp = W/DF (1) 众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 --- 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道（同轴电缆、微波和光纤等），和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。 扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的仙农（Shannon）公式为： C ＝WLog2（1十P/N） (2) 式中： C --- 信道容量（用传输速率度量） W --- 信号频带宽度 P --- 信号功率

N --- 白噪声功率 式（2）说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N（S／N）情况下，传输信息。 扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。 扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式： Powj = f（E/N。） (3) 式中： Powj --- 差错概率 E --- 信号能量 N。--- 噪声功率谱密度 因为， 信号功率P＝E／T （T为信息持续时间） 噪声功率N＝WN。（W为信号频带宽度） 信息带宽 D F＝l／T 则式（3）可化为： Powj ? f（TW.P/N）= f（P/N.W/D F ） (4) 式（4）说明，对于一定带宽DF的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠。亦即式（4）与式（2）一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。 总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上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。扩频通信，的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还具有如下特征： 是一种数字传输方式； 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数（扩频函数）对被传信息进行调制实现的；在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。

基于MATLAB的直接序列扩频通信系统课程设计报告

《扩频通信原理》课程设计报告 题目：直接扩频系统仿真 班级：0110910和0110911 姓名：詹晓丹（2009210432） 姜微（2009210503） 张建华（2009210336） 指导老师：李兆玉

1.课程设计目的 （1）了解、掌握直接扩频通信系统的组成、工作原理； （2）了解、熟悉扩频调制、解调、解扩方法，并分析其性能； （3）学习、掌握Matlab相关编程知识并用其实现仿真的直接扩频通信系统； 2.课程设计实验原理 直接扩频通信系统工作原理： 直接序列扩频，就是直接用高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱，在收端用相同的扩频码去解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的基带信号。 在发端输入的信息与扩频码发生器产生的伪随机码序列（这里使用的是m序列）进行波形相乘，得到复合信号，实现信号频谱的展宽，展宽后的信号再调制射频载波发送出去。由于采用平衡调制可以提高系统抗侦波的能力，所以直接序列扩频调制一般都采用二相平衡调制方式。一般扩频调制时一个信息码包含一个周期的伪码，用扩频后的复合信号对载波进行二相相移监控（BPSK）调制，当gt从“0”变成“1”或从“1”变到“0”时，载波相位发生180度相移。接收端的本振信号与发射端射频载波相差一个中频，接收端收到的宽带射频信号与本振信号混频、低频滤波后得到中频信号，然后与本地产生的与发端相同并且同步的扩频码序列进行波形相乘，实现相关解扩，再经信息解调，恢复出原始信号。 3.建立模型描述 （1）直接扩频通信系统组成框图： （2）直接扩频通信系统波形图：

4.模块功能分析 （1）直扩系统的调制功能模块：（都包含模块框图和不同调制、解调方式介绍、分析）（a）扩频调制模块 用扩频码发生器产生一个伪随机码pn（这里用的是m序列），与信源信息码序列xt相乘，实现频谱的展宽 （b）BPSK调制模块

直接序列扩频通信系统开题报告

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）开题报告 题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现 系（部）应用电子与通信技术 专业通信工程 学生薛光宇 学号24 班号0992222 指导教师周凯 开题报告日期2012.10,22 哈工大华德学院

说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2．进度计划是否切实可行； 3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5．主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字：检查日期：

一、课题题目和课题研究现状 课题题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现。 研究现状：目前扩频技术中研究最多的对象是CDMA技术，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了目前扩频技术研究的现状。 1．码捕获 同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。目前的研究主要集中在码捕获过程。 2, 多用户检测 CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制，多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能，因此是一种提高系统容量的有效方法。传统的CDMA 接收机是由一系列单用户检测器组成，每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器，它并没有考虑多址干扰的结构，而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声，因此当用户数量增加时，其性能急剧下降。通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机，其复杂度随用户数量成指数增长，因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点 二、目的及意义 通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。 三、课题的基本内容 所谓直接序列扩频（DS），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。

扩频通信的特点和优势

扩频通信的特点和优势 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

扩频通信的特点和优势 扩频通信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，具有较强的抗干扰能力和较好的保密性能，20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了很大的发展，近年来随着移动通信技术发展，扩频通信已经成为第三代移动的核心技术之一。 扩频通信具有以下几个特点 ? 1、抗干扰能力强 扩频信号的不可预测性，使扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍然能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。此外，对于单频及多载波信号的干扰，其他伪随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说，若将频带展宽 10 倍，在总功率不变的情况下，其干扰强度只是原来的 1/10。而一般频谱带宽至少是信 息带宽的几十倍甚至更高。另外，由于接受端采用了伪随机序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的伪随机序列，干扰也起不了太大作用。 抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。 2、隐蔽性好、低截获性 由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上，单位带宽的功率也随之降低，信号功率密度很低，信号被淹没在噪声中、难以被发现，因而不易被敌方截获；加之扩频编码，就更难获取有用信号，而且扩频信号的功率密度极低，对周围的电信设备产生干扰的可能性极小。 3、保密性好 在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度很低，有用信号被淹没在噪声下，而且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列，只有接受方知道扩频序列的具体内容，其他不知道地接受方几乎不可能破译，因此扩频技术能很好的保证通信的可靠性。 4、抗多路径干扰性能好 多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体（如电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的这些反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，从多径信号中分离出最强的有用信号，或者将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

扩频通信系统的FPGA实现.

扩频通信自上世纪50年代中期被美国军方开始研究以来,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。进入上世纪90年代以后,扩频通信又开始向各种民用通信领域发展,典型的如CDMA和GPS等。应用最广的是直接序列扩频方式(DSSS)。它是将待传送的信息数据被伪随机码调制,实现频谱扩展后再传输,接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。本文采用VHDL语言、Altera公司的集成开发环境QuartusII 6.0和Cyclone系列芯片EPlC3T144C8以及Prote199se完成对直接序列扩频发射系统和接收系统的软件仿真和硬件电路设计。 扩频通信系统发送端设计 扩频通信可以显著提高通信系统抗下扰的能力,特别是频率选择性衰落和多径干扰。为此在发端输入的信息先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。展宽后的信号再调制到射频发送出去。 一般的扩频通信系统都要进行三次调制：一次调制为信息调制,二次调制为扩频调制,三次调制为射频调制,如图1所示。 扩频码序列 在扩展频谱通信中需要用高码率的窄脉冲序列,现在实际当中用得最多的是伪随机码或称PN码。这类码序列最重要的特性是具有近似于随机信号的性能。因为噪声具有完全的随机性,也可以说具有近似于噪声的特性。但是,真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种类周期性的脉冲信号来近似随机噪声特性。二元M序列是一种伪随机序列。 构造一个产生M序列的线性移位寄存器,首先要确定本原多项式,本电路设计中,我们构造的M序列：n=4,周期p=15,PN码为：111101*********．如图2所示。 D1、D2、D3、D4为四级移位寄存器,求和符号为模二加法器。移位寄存器的作用为在时钟脉冲驱动下,能将所暂存的"1" 和"0"逐级向右移。模二加法器的作用为异或运算。在时钟脉冲的驱动下,四级移位寄仔器的暂存数据按顺序改变,输出序列在时钟脉冲作用下做周期性的重复。

扩频通信系统仿真论文

扩频信号处理仿真技术 摘要 本文阐述了扩展信号处理过程的基本原理、主要性能指标及其工作特点，然后根据香农定理，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink，建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各个模块的设计，并指出了仿真建模过程中所需注意的问题。通过建模深入理解MATLAB/Simulink基本建模仿真方法的实质性，掌握通信系统仿真的思维方法，增强系统建模和设计的自主能力和创造力。并根据给定的参数设置，仿真出结果，证明了所建仿真模型的正确性

Simulation Technology of spread-spectrum signal processing Abstract This article elaborated the spread spectrum communication technology's basic principle, the main performance index and the operating feature, then act according to the Shannon theorem, provides visualization tool Simulink using MATLAB, has established the wide frequency communications system simulation model, narrated in detail each module's design, and had pointed out in the simulation model must pay attention question. Through the modeling further understanding the substantive of this simulation based on MATLAB, master the methods of communication system simulation. Enhance the independent ability and creativity of system modeling and design, and according to a given set of parameters, and the simulation the results. Had proven constructs the simulation model the accuracy. 目录 1 绪论 (1) 1.1选题的背景 (1) 1.2选题的主要任务 (2) 2 扩频通信系统 (3) 2.1扩频通信的基本原理 (3) 2.2扩频通信的特点 (3) 2.2.1抗干扰性强 (3) 2.2.2 抗干扰性强 (4) 2.2.3 抗多径干扰 (4) 2.2.4 保密性好 (4) 3 线性调频扩频系统 (5)

数字信号处理课设--二进制扩频通信系统

一．引言 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信，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。扩频通信技术自50 年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到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，各国都纷纷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采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 二．概述 序列扩频系统（DS，Direct Sequence）又称为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。直扩系统是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪（干）比，达到抗干扰的目的。一种典型的扩展频谱系统如图1 所示。 图 1 典型扩展频谱系统框图 它主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。数字信号的频带传输与模拟通信相似，要使某一数字信号在带限信道中传输，就必须用数字信号对载波进行调制。对于大多数的数字传输系统来说，由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分，而实际的通信信道又具有带通特性，因此，必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波，使已调信号能通过带限信道传输。这种用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。那么，已调信号通过信道传输到接收端，在

扩频通信系统MATLAB仿真的开题报告

重庆邮电大学 毕业设计（论文）开题报告题目：基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究 学院通信与信息工程学院 专业电子信息工程 学生高洪涛 学号2009210314 班号0120901 指导教师曹建玲 开题报告日期2013.3.7 重庆邮电大学通信与信息工程学院一、选题依据

1.论文(设计)题目 基于Matlab的扩频通信系统的仿真研究。 2.研究领域 扩频通信系统简介：扩展频谱通信具有很强的抗干扰性能，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数人为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。本文利用MATLAB对扩频系统中的m序列的产生、频谱、相关函数，以及整个扩频系统工作原理进行了仿真，为今后扩频通信系统在各个领域的应用和研究提供了依据。 3.论文(设计)工作的理论意义和应用价值 （1）理论意义：扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。扩频技术还具有保密性好、易于实现多址通信等优点，因此该技术越来越受到人们的重视。 近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一。因此研究扩频通信具有很深远的意义。 （2）实践意义：通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。

跳频通信技术及其应用与发展

跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。

2.2同步条件（通信条件） 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率 的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说，如果扩展了频带，

扩频通信基础知识

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（A SK）、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、I S-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

1扩频技术的发展

1.扩频技术的发展 在各种通信技术中，扩频通信比常规通信具有更强的抗干扰、抗截获能力，因此得到了越来越广泛的应用。目前，采用扩频技术的CDMA蜂窝通信系统、CDMA无限用户环等都已 经进入了实用化阶段。直接序列扩频（Direct SequenceSpreadSpectrum，即DSSS）[1-4]通信是扩频通信的一种主要方式。直接序列扩频通信功率谱低，频带宽，伪噪声编码保密能力强，信号的相关处理性能好，因此具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可以同频工作及便于实现多址通信等一系列的优点，在军事通信中应用广泛。但是这些特点也给扩频通信的检测和识别带来新的挑战。因此对直接扩频信号的存在性进行判定、检测，对直接扩频信号进行参数估计，成为当前通信对抗领域的一个重大课题。扩频技术到目前为止，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。对跳频系统的分析，现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。而直扩系统在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。码捕获同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现：首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。 2 扩频通信的理论基础[1] 扩展频谱通信(Spread SpectrumCommuncation,简称扩频通信),是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式,它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信的可行性,可由信息论中的相关公式中引申而来的。信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为: 式中,C为信道容量;B为信号频带宽度;S为信号功率;N为白噪声功率。由Shan-non公式可以看出:要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S／N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S／N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。 3 扩频技术的几种基本工作方式 随着通信技术的发展,扩频通信的方式也在不断更新,按照扩展频谱的方式不同,可以将其归结为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、脉冲调频(chirp调制)及混合扩频等。 3.1直接序列扩频 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是以直接扩频方式构成的扩频通信系统，通常简称为（DS）系统，是最典型的扩频通信系统。直接扩频系统的发射机结构和接收机结构分别如下图所示

移动通信课程设计报告

直接序列扩频通信系统Simulink的仿真设计 摘要：本次设计的是直接序列扩频通信系统，主要利用了Matlab/Simulink对直接序列扩频系统进行仿真，并详细的分析了仿真结果。首先介绍直接序列扩频的系统原理，然后基于Simulink的发射机和接收机仿真，设计误码率分析模块部分，再对前后扩频解扩频谱波形比较及收发误码率进行分析，最后对设计完成的系统加入干扰源，完成对系统抗干扰性能的分析。 关键词：直接序列扩频；扩频通信；Matlab/Simulink

目录 第一章绪论 (1) 课题背景及意义 (1) 课程设计的总体介绍 (1) 课程设计的基本任务和要求 (1) Simulink的简介 (2) 第二章直接序列扩频原理 (3) 扩频通信的定义及原理 (3) 直接序列扩频定义及原理 (3) PN序列生成与作用 (4) 第三章基于Simulink的发射机仿真设计 (6) 直接序列扩频通信系统发射机的设计 (6) 基于Simulink的发射机的仿真 (6) 基于Simulink的接收机仿真设计 (10) 第四章直接序列扩频通信系统的抗干扰性能分析 (12) 第五章结束语 (18) 参考文献 (19)

第一章绪论 课题背景及意义 扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴的通信方式，其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点为人们所认识，并被广泛的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迅速发展。 扩频通信，即(Spread Spectrum Communication)扩展频谱通信，它与光纤通信、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。 扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。 随着近年来大规模、超大规模集成电路和微处理器技的广泛应用，以及一些新型器件的应用，扩频技术的应用形成了新的高潮。事实上，扩频通信已成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效的手段，并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的威力。随着CDMA扩频通信技术在民用通信中的深入应用和不断渗透，以及在卫星通信、深空通信、武器制导、GPS全球定位系统和跳频通信等民用和国防民事通信的强烈需求下，扩谱通信的地位越来越重要。 课程设计的总体介绍 首先设计直接序列扩频通信系统的发射机和接收机。发射机的设计采用m序列来扩展二进制数据流，将其扩频为宽频信号，并采用QPSK调制方式将信号调制后发送出去。信号经过AWGN信道传输到接收端。接收机采用相干解调原理解调信号，采用的解扩码序列与发射机扩频码序列完全相同，信号经解扩调制后，带宽恢复原始宽度。在Simulink平台上分别对系统的发射机和接收机进行仿真测试，研究信号在整个扩频调制、解扩调制过程中的变化情况。最后在该系统中加入特定的干扰，进行仿真测试，研究整个系统的抗干扰性能。 课程设计的基本任务和要求 1、说明直接序列扩频原理及PN序列的生成和作用，画出直接序列扩频原理图。

直接序列扩频通信仿真实现毕业设计.

沈阳理工大学 毕业设计（论文）成绩评定 学生姓名：专业：通信工程学号： 题目：直接序列扩频通信仿真实现 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）评语： 答辩评分：答辩委员会主任（组长）（签字）：年月日 毕业设计（论文）成绩 毕业设计（论文）总评成绩（等级）： 答辩委员会主任（签字）： 年月日

毕业设计（论文）评语

毕业设计（论文）任务书

学生毕业设计档案 *注：阶段成绩分A、B、C三级：A为全面完成任务、B为完成任务、C为完成

摘要 直接序列扩频通信系统因其抗干扰性强、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，在个人通信网、无线局域网、第三代移动通信、卫星通信以及军事战术通信等领域得到广泛应用。 本文以扩频通信理论为基础，用MATLAB工具箱中的Simulink通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了仿真分析，在给定条件下运行了仿真程序，得到了预期的结果。本文具体介绍了扩频通信的国内外发展背景和发展趋势，阐明了扩频通信在当今社会的重要性，扩频通信是70年代中期迅速发展起来的一种新型的通信系统，它抗干扰能力、抗衰落能力、抗多径的能力是上述其它通信系统无与伦比的。根据扩频通信的特点和原理，对扩频通信进行具体分析如扩频同步，扩频码序列，扩频增益和抗干扰容限等相关问题进行了具体研究，同时介绍了扩频通信在各个领域的应用，说明了其重要性所在。 关键词：扩频通信；同步；调制；Simulink仿真；解调

Abstract The direct sequence spread spectrum communication system is widely used in various areas, such as personal communication, networks, wireless local area network, the third generation mobile communications, satellite communications and military tactical communications, because of its many advantages: strong anti-interference, good for hiding, easy to implement code division multiple access (CDMA), anti-multipath interference, and higher DSSS communication rate. Based on spread spectrum communication theory, By using Simulink, and MATLAB function,the direct sequence spread frequency communication was simulated, and under the given conditions, the simulation program running the expected results. The article specifically on the spread-spectrum communications background and the development of domestic and international development trends, clarify the spread spectrum communication in today's society of the importance of spread spectrum communication is the mid-1970s up to the rapid development of a new type of communications system, and its anti-interference capability, Anti-Fading capacity, multi-path resistance is the ability of these other communication systems incomparable. According to spread-spectrum communications features and principles of spread spectrum communications for a specific analysis such as spread spectrum synchronization, the spreading code sequences, Spreading Gain and interference tolerance, and other issues related to the specific research, Meanwhile on the spread spectrum communication in various fields of application, shows its importance lies. Finally, based on the simulation software MATLAB Simulink tools for dynamic simulation, come out with a complete simulation results, using Simulink summed up the basic methods and steps. Keywords: Spread spectrum communication; Synchronization; Modulation; Simulink; Demodulation