基于MATLAB的扩频和调频通信系统仿真

仿真模型，实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真，为系统的研究和设计提供强有力的平台。图5-3为基于MATLAB/Simulink的扩频通信系统仿真模型。

图5-3 仿真模型

图5-4加性高斯白噪声模块子系统

其中子系统的统计模块说明：在Simulink中，没有单独实现统计的计数器模块，需要自行创建，计数子系统的设计如图5-5。参数设置如5-6.

图5-5 计数模型实现框图

图5-6计数器设置

信源：随机整数发生器（Random Integer generator）作为仿真系统的信源，随机整数发生器产生二进制随机信号，采样时间、初始状态可自由设置，从而满足扩频通信系统所需信源的要求。

扩频与解扩：PN序列生成器模块（PN Sequence Generator）作为伪随机码产生器，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。

调制与解调：使用二相相移键控PSK方式进行调制、解调。调制由正弦载波与双极性扩频码直接相乘实现，采用相干解调法进行解调。

信道：传输信道为加性高斯白噪声信道。在加性高斯白噪声信道模块中，可进行信号功率和信噪比的设置。

误码计算：误码计算由误码仪实现，误码仪在通信系统中的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。

3．仿真以及运行情况

在给出下列仿真的条件下，观察仿真运行情况。信息速率20b/s，幅度为1；伪随机序列采用10级，传输速率为200b/s的m序列；载波频率10KHz；信号功率为1W，信噪比30dB；仿真时间设为2s。在这样的仿真条件下，理论上可获得10倍的扩频增益。图5-7是系统扩频解扩的仿真结果。上图为信源，中图为扩频码，下图为信宿。从图5-7可见，信源和信宿相同，误码率小于5%，基于MATLAB/Simulink所设计的仿真系统满足扩频通信系统的软件仿真要求。

图5-7系统扩频解扩的仿真结果

4．扩频增益与输出信噪比

设置信息速率和伪随机序列传输速率，在扩频增益10和50的情况下，不断改变信噪比的大小，从而得到扩频增益、误码率和信噪比的关系如图5-8。从图5-8可以看到，在相同误码率下，扩频增益越大，输出端信噪比越大，并且随着系统要求的提高，增大扩频增益，输出端信噪比会得到更大的好处。

图5-8不同扩频增益下误码率仿真曲线

六、跳频扩展频谱

1. 原理

跳频技术是扩频技术的一种。跳频，即载波频率在伪随机码控制下随机跳变，因此跳频系统可以看做是载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。

跳频扩展频谱通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统的简称，更确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳变系统可供随机选取的频率数通常是几千到2个离散频率。每次移频是根据伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的系统模型参见图6-1。

频率 合成器 伪码 时钟源 产生器 图6-1 跳频通信系统模型

频率跳变扩展频谱通信系统主要由伪随机码产生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是频率跳变扩展频谱通信系统的关键部件。

频率跳变扩频通信系统发信机的发射频率，在一个预定的频率集内由伪随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一个跳到另一个。收信机中的频率合成器也按照相同的顺序跳变，产生一个和发射频率只差一个中频的本振频率，经混频后得到一个频率固定的中频信号。这一中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传输的信息。

在频率跳变扩频通信系统中，控制频率跳变的指令码(伪随机码)的速率，没有直接序列扩频通信系统中的伪随机码速率高，一般为每秒几十跳到几万跳，根据频率跳变的速度，可以将频率跳变系统分为慢频率跳变系统和快频率跳变系统两种。

假设数据调制采用频移键控调制，T是一个信息比特宽度，每LT秒数据调制器输出2L个频率中的一个。每隔

20 调制器 混频器 中频 放大器 解调器 数据

数据 频率 合成器 伪 码 产生器 时钟源 Tc秒系统输出信号的射频频率跳变到一个新的频率上。若

Tc?LT，

这样的频率跳变系统称为慢频率跳变系统。现举例说明慢频率跳变系统的工作过程，参见图

Wd?6-2。图6-2中，L=2，

2L2L?LTTs，Ws?2kWd，k?3。数据调制器根据二进制码选

择4个频率中的一个，即每隔

Ts?2T秒数据调制器从4个频率中选择1个。频率合成器有

k?3，2k?23?8个频率可供跳变，每传送2个符号或4个比特后跳变到一个新的频率。

发送信号在收信机中同本地振荡信号进行下变频，本振频率的集合为

?0,5Wd,6Wd,2Wd,7Wd,3Wd,4Wd,Wd?，下变频后的中频信号频率集中在