直接序列扩频系统抗正弦干扰仿真分析项目

资 源 简 介

该项目利用MATLAB开发了一套完整的直接序列扩频（DSSS）通信仿真方案，专门用于模拟和评估通信系统在存在强单频正弦干扰时的稳健性。系统通过包含主程序及一系列功能子程序来实现仿真任务，主程序负责整体参数配置、信噪比循环控制和性能统计，子程序则涉及信号处理的核心算法模块。其具体实现方案是先将低速率的用户二进制数据信号与高码率的伪随机序列（PN码）进行模二加或乘积运算，从而将原本较窄的信号功率谱分布推广到极宽的频带之上，实现频谱扩展。在信号传输环节，系统建立了复数信道模型，模拟加性高斯白噪声（AWGN）环境

详 情 说 明

直接序列扩频通信系统抗干扰仿真项目说明

项目介绍

本项目实现了一个基于直接序列扩频（DSSS）技术的通信仿真系统，旨在定量评估扩频技术在强单频正弦干扰及高斯白噪声环境下的性能表现。系统采用二进制相移键控（BPSK）调制配合M序列扩频，通过完整的信号处理链路——从发射端的数据源生成、序列扩频、载波调制，到信道中的噪声与干扰注入，再到接收端的相干解调、低通滤波、解扩相关及判决，全过程模拟了扩频通信的抗干扰机理。

功能特性

• 标准M序列生成：利用线性反馈移存器生成长度为31的伪随机码。
• 完整的物理层链路：包含BPSK调制解调、载波频率搬移和基带信号处理。
• 动态干扰环境仿真：支持设置不同的信噪比（SNR）和信干比（SIR），并引入特定频率的单频正弦波干扰。
• 自研核心算法：内置了巴特沃斯滤波器设计函数及误码率统计分析工具，不依赖外部特定工具箱。
• 多维度可视化分析：提供时域信号对比、功率谱密度（PSD）分析以及误码率曲线对比。

实现逻辑与算法细节

#### 1. 系统参数初始化 仿真系统设定原始信息码率为低速，扩频因子（SF）为31。采样频率设为2MHz，载波频率为200kHz，码片速率为500kcps。这种配置确保了信号在频带内有足够的扩展空间。

#### 2. 发射端处理

• 序列生成：通过特征多项式 [1 0 0 1 0 1]（即 $x^5 + x^2 + 1$）生成M序列，并将其从单极性（0, 1）转换为双极性（-1, 1），以优化自相关特性。
• 扩频调制：将原始二进制信息比特根据扩频码进行映射，每个信息位被扩展为31个码片。
• 载波合成：将上采样后的扩频信号与200kHz的余弦载波相乘，生成BPSK扩频发射信号。

#### 3. 干扰与信道模型

• 干扰注入：根据设定的信干比（SIR = -15dB），系统计算并生成一个210kHz的强单频正弦干扰信号。
• 噪声模拟：在发射信号中叠加干扰后，再根据预设的SNR范围添加加性高斯白噪声（AWGN），模拟真实传播环境。

#### 4. 接收端处理

• 相干解调：接收信号首先与本地相干载波相乘，通过频率搬移恢复基带分量。
• 数字滤波：采用自定义的5阶巴特沃斯低通滤波器，截断频率设定在载波频率的1.5倍处，有效去除高频分量及部分带外噪声。
• 码片积分与下采样：对滤波后的信号在每个码片周期内取平均值，恢复出含有噪声的扩频码片序列。
• 相关解扩：将恢复出的码片序列按比特周期分段，与本地同步的M序列进行点积运算。利用扩频码的相关性，将有用信号的功率重新聚集在窄带内，而将单频干扰的功率扩展到宽带中。
• 判决统计：对相关结果进行零阈值判决，还原出原始二进制比特，并计算实际误码率。

#### 5. 性能分析与可视化

• 时域波形：实时展示前三个比特周期的原始数据与调制信号对比，以及受干扰前后的对比。
• 频域特征：利用周期图法计算并显示原始窄带信号、扩频信号及带干扰信号的归一化功率谱密度，直观展示扩频后的宽带特性。
• 性能评估：自动绘制BER-SNR曲线，并将实测值与理论BPSK无干扰性能曲线进行对比，验证扩频增益对干扰的抑制效果。

关键函数与核心计算

• 滤波器设计：系统实现了基于双线性变换法的巴特沃斯滤波器设计函数，支持零极点配置（ZP）到传递函数（TF）的转换。
• 功率谱估计：通过周期图法反映不同处理阶段的能谱特征。
• 误码统计：逐比特对比原始序列与恢复序列，精确给出误码发生概率。

使用方法

1. 运行主仿真程序。
2. 程序将自动启动循环，遍历从-20dB到4dB的信噪比区间。
3. 观察弹出的图形窗口，左侧展示时域对比，右上展示频域扩展效果，右下展示误码率随信噪比的变化曲线。
4. 在控制台查看最终的仿真报告，包括扩频增益、SIR以及不同SNR下的具体误码率数值。

系统要求

• 开发环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
• 硬件要求：标准PC即可，无需专用DSP硬件，程序优化了循环处理逻辑以提升仿真速度。