MATLAB GUI在直接序列擴頻通信系統 教學中的應用

虞湘賓 潘青

摘? 要 擴頻通信通過擴展信號頻帶寬度以提高抗干擾能力和保密性，但其概念抽象，內容復雜，為課程的學習帶來一定的難度。基于此，利用MATLAB軟件中GUI設計一種適用于直接序列擴頻系統的仿真實驗演示平臺，該平臺可根據參數設置，給出系統中不同功能模塊輸出的仿真和測試結果。教學實踐結果表明，該平臺能夠直觀地顯示系統中信號在時域和頻域上的變化，使得學生對直接序列擴頻通信系統有著更深入的理解。

關鍵詞 擴頻通信;直接序列擴頻系統;MATLAB GUI

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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

擴頻通信技術是一種利用擴頻函數擴展信號頻帶寬度后再進行傳輸的技術。擴頻函數采用的是碼率高于原始信號且具有一定隨機性的偽隨機序列[1]。擴展后的頻帶寬度只取決于擴頻函數，而與被傳輸信號無關。擴頻技術能夠抗擊多種人為干擾，且能較好地進行保密傳輸，同時具有較高的測距精度，因此被廣泛應用于衛星、導航、測距、移動通信和計算機通信及電子對抗領域[2]。

擴頻通信是信息工程和電子科學技術專業的一門重要課程。與其他基礎通信課程相比，該課程的概念更為抽象，內容更加深入，而且傳統的教學大多是較為復雜的理論分析和公式推導，因此很容易給學生的學習造成一定的困難。為了解決該問題，利用MATLAB軟件中圖形用戶界面（GUI）設計一個由多個功能模塊組成的直接序列擴頻（DS-SS）系統的實驗平臺。該平臺可直觀地顯示出信號在系統中經過不同功能模塊后的時域和頻域上的變化，便于學生深入理解擴頻系統的組成和原理，獲得較好的教學效果。

2 DS-SS系統

系統模型? DS-SS系統框圖如圖1所示。利用偽隨機序列將輸入信號的頻帶展寬，經載波調制后發送至接收端。接收端接收到經過信道的信號后對其進行解擴，即采用同一隨機序列與接收信號模二加或相乘，以恢復出原始頻帶寬度。解擴后的信號進入解調器，利用載波信號對其進行相干解調，將信號的中心頻率搬移至低頻，由此得到被傳輸信息。和有用信號一起到達接收端的還有干擾信號，經解擴與擴頻碼序列相乘后，帶寬反而被展寬，這導致處于信號頻帶內的功率降低，從而削弱了干擾信號的影響[1]。

擴頻調制是將碼率較高的擴頻碼與輸入的數字信號相乘或者模二疊加，以達到擴展頻帶的目的。令輸入信號的碼元寬度為Ta，Ta=1/Ra，其中Ra表示速率，則輸入信號可表示為：

其中an為信息碼，ga（t）為門函數， 。

偽隨機序列是具有某種隨機序列的隨即特性的序列。但不同于純隨機序列的不可復制性，偽隨機序列可預先生成，并且能夠被完全復制用于系統的其他部分。因此，偽隨機碼可作為擴頻碼進行擴頻調制。令偽隨機序列速率為Rc，其遠大于信號碼率，即Rc/Ra?1則該序列表示為：

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

其中。

對擴展后的序列進行載波調制可得到：

s（t）=d（t）cos（ω0t）? ? ? ? ? ? ? （4）

其中ω0為載波頻率。

調制后的信號被發往接收端，經過信道后，接收端的接收信號可表示為：

r（t）=s（t）+n（t）? ? ? ? ? ? ? ? （5）