MATLAB GUI在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 教學(xué)中的應(yīng)用

虞湘賓 潘青

摘? 要 擴(kuò)頻通信通過擴(kuò)展信號(hào)頻帶寬度以提高抗干擾能力和保密性，但其概念抽象，內(nèi)容復(fù)雜，為課程的學(xué)習(xí)帶來一定的難度。基于此，利用MATLAB軟件中GUI設(shè)計(jì)一種適用于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)演示平臺(tái)，該平臺(tái)可根據(jù)參數(shù)設(shè)置，給出系統(tǒng)中不同功能模塊輸出的仿真和測(cè)試結(jié)果。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，該平臺(tái)能夠直觀地顯示系統(tǒng)中信號(hào)在時(shí)域和頻域上的變化，使得學(xué)生對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有著更深入的理解。

關(guān)鍵詞 擴(kuò)頻通信;直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng);MATLAB GUI

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）20-0022-04

Application of MATLAB GUI in Teaching of Direct Sequence Spread Spectrum Communication System//YU Xiangbin， PAN Qing

Abstract Spread spectrum communication technique has strong abi-

lity of anti-interference and high security by spreading signal spec-trum， while its concepts are abstract and complicated. Based on this，

a demonstrating and experimental platform of direct sequence spread

spectrum communication system is designed by MATLAB GUI. This

platform provides the corresponding simulation results of signals in

the system according to different input parameters. Teaching prac-tice shows that this platform can directly display the change of sig-nals in the time domain and frequency domain， which can deepen the

students understanding of direct sequence spread spectrum commu-nication system.

Key words spread spectrum communication; direct sequence spread spectrum system; MATLAB GUI

1 前言

擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種利用擴(kuò)頻函數(shù)擴(kuò)展信號(hào)頻帶寬度后再進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。擴(kuò)頻函數(shù)采用的是碼率高于原始信號(hào)且具有一定隨機(jī)性的偽隨機(jī)序列[1]。擴(kuò)展后的頻帶寬度只取決于擴(kuò)頻函數(shù)，而與被傳輸信號(hào)無關(guān)。擴(kuò)頻技術(shù)能夠抗擊多種人為干擾，且能較好地進(jìn)行保密傳輸，同時(shí)具有較高的測(cè)距精度，因此被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、導(dǎo)航、測(cè)距、移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)通信及電子對(duì)抗領(lǐng)域[2]。

擴(kuò)頻通信是信息工程和電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)的一門重要課程。與其他基礎(chǔ)通信課程相比，該課程的概念更為抽象，內(nèi)容更加深入，而且傳統(tǒng)的教學(xué)大多是較為復(fù)雜的理論分析和公式推導(dǎo)，因此很容易給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成一定的困難。為了解決該問題，利用MATLAB軟件中圖形用戶界面（GUI）設(shè)計(jì)一個(gè)由多個(gè)功能模塊組成的直接序列擴(kuò)頻（DS-SS）系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)可直觀地顯示出信號(hào)在系統(tǒng)中經(jīng)過不同功能模塊后的時(shí)域和頻域上的變化，便于學(xué)生深入理解擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成和原理，獲得較好的教學(xué)效果。

2 DS-SS系統(tǒng)

系統(tǒng)模型? DS-SS系統(tǒng)框圖如圖1所示。利用偽隨機(jī)序列將輸入信號(hào)的頻帶展寬，經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送至接收端。接收端接收到經(jīng)過信道的信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行解擴(kuò)，即采用同一隨機(jī)序列與接收信號(hào)模二加或相乘，以恢復(fù)出原始頻帶寬度。解擴(kuò)后的信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器，利用載波信號(hào)對(duì)其進(jìn)行相干解調(diào)，將信號(hào)的中心頻率搬移至低頻，由此得到被傳輸信息。和有用信號(hào)一起到達(dá)接收端的還有干擾信號(hào)，經(jīng)解擴(kuò)與擴(kuò)頻碼序列相乘后，帶寬反而被展寬，這導(dǎo)致處于信號(hào)頻帶內(nèi)的功率降低，從而削弱了干擾信號(hào)的影響[1]。

擴(kuò)頻調(diào)制是將碼率較高的擴(kuò)頻碼與輸入的數(shù)字信號(hào)相乘或者模二疊加，以達(dá)到擴(kuò)展頻帶的目的。令輸入信號(hào)的碼元寬度為Ta，Ta=1/Ra，其中Ra表示速率，則輸入信號(hào)可表示為：

其中an為信息碼，ga（t）為門函數(shù)， 。

偽隨機(jī)序列是具有某種隨機(jī)序列的隨即特性的序列。但不同于純隨機(jī)序列的不可復(fù)制性，偽隨機(jī)序列可預(yù)先生成，并且能夠被完全復(fù)制用于系統(tǒng)的其他部分。因此，偽隨機(jī)碼可作為擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。令偽隨機(jī)序列速率為Rc，其遠(yuǎn)大于信號(hào)碼率，即Rc/Ra?1則該序列表示為：

其中Tc=1/Rc，cn為偽隨機(jī)碼碼元。將此擴(kuò)頻碼與碼率較低的原始信號(hào)a（t）相乘，即可得到頻譜擴(kuò)展后的信號(hào)：

其中。

對(duì)擴(kuò)展后的序列進(jìn)行載波調(diào)制可得到：

s（t）=d（t）cos（ω0t）? ? ? ? ? ? ? （4）

其中ω0為載波頻率。

調(diào)制后的信號(hào)被發(fā)往接收端，經(jīng)過信道后，接收端的接收信號(hào)可表示為：

r（t）=s（t）+n（t）? ? ? ? ? ? ? ? （5）