多源直接序列扩频通信系统仿真设计

资 源 简 介

本项目构建了一个完整的多源直接序列扩频（DSSS）通信仿真系统，主要用于演示和评估多用户环境下扩频技术的抗干扰性能与多址接入能力。系统首先产生多个相互独立的二进制信息源，并为每个信号源分配唯一且具有良好互相关特性的伪随机（PN）序列（如Gold序列或m序列）进行频谱展宽。该模型实现了多路信号在同一频带内的叠加传输，完整模拟了多用户干扰（MUI）以及加性高斯白噪声（AWGN）信道的影响。在接收端，系统采用相干解调与相关解扩技术，利用特定用户的PN码从复合信号中提取目标信息，通过处理增益有效抑制非相关的背景噪

详 情 说 明

多源直接序列扩频（DSSS）通信仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的多源直接序列扩频（DSSS）通信仿真系统。该系统旨在模拟多个用户在同一频带下进行数据传输的过程，展示了码分多址（CDMA）的基本原理。通过为不同用户分配正交性较好的伪随机（PN）序列，系统能够从包含多用户干扰（MUI）及加性高斯白噪声（AWGN）的复合信号中准确还原出目标用户的信息。该仿真涵盖了从信源产生、扩频调制、信道传输到相干解扩、判决输出的全过程，并提供了直观的性能评估可视化界面。

功能特性

1. 多用户并行传输：支持多个独立用户同时在线，模拟真实的多址接入场景。
2. 伪随机序列生成：内置m序列产生器，通过线性反馈移位寄存器（LFSR）为每个用户生成唯一的扩频码。
3. 动态信噪比评估：系统在指定的SNR范围内自动循环测试，计算并绘制误码率（BER）性能曲线。
4. 频谱分析能力：提供扩频前后的功率谱密度（PSD）对比，直观展示扩频技术对频谱展宽的效果。
5. 信号可视化：集成了时域波形对比、解扩前后的星座图分析，帮助深入理解处理增益对信号质量的提升。
6. 自定义参数配置：允许自由调整用户数量、比特长度、扩频因子和采样率等核心系统参数。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 配置要求：建议安装 Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）以获取最佳兼容性。

系统实现逻辑

本仿真系统的运行逻辑严格遵循以下步骤：

1. 参数初始化：设置仿真环境，包括4个用户的并发规模、每个用户1000个比特的数据量、扩频因子为31（对应长度为31的m序列），以及采样频率和SNR测试范围。
2. 序列生成与码分配：采用特征多项式x^5 + x^2 + 1，通过赋予不同的初始寄存器状态，为各用户生成互相关特性良好的m序列，并将数据和PN码转换为双极性信号（-1/1）。
3. 扩频调制：将每个数据比特与完整的PN序列周期相乘，实现频率扩展。为模拟模拟波形，系统对信号进行矩形脉冲成形上采样。
4. 复合信号合成：将所有用户的扩频信号在时域上直接叠加，构建多用户干扰环境，并根据设定的信噪比加入加性高斯白噪声。
5. 接收端处理：

- 匹配滤波与下采样：对接收到的信号进行积分判决处理，恢复到码片速率。 - 相关解扩：将采样信号与本地保存的目标用户（如用户1）PN序列进行逐位乘累加（相关运算）。 - 硬判决：根据相关结果的正负进行极性判定，还原原始二进制比特。

1. 性能统计：通过对比发送与接收的比特流，计算各SNR点下的误码率。

关键算法与算法细节分析

1. 线性反馈移位寄存器（LFSR）：序列生成函数通过多项式掩码和右移操作模拟物理移位寄存器的工作逻辑。对于长度31的序列，通过调节初始状态确保了用户间地址码的独立性。
2. 扩频增益：系统利用扩频因子（SF=31）获得的能量集中效应。在解扩阶段，非目标用户的信号因与本地码不匹配而保持展宽状态，从而在相关求和后表现为背景噪声，而目标信号则由于相关性得以能量聚拢。
3. 功率谱密度（PSD）估计：利用周期图法计算信号在频域的功率分布，证明了扩频过程将信号功率散布到更宽带宽内，显著降低了功率谱峰值，提高了隐蔽性和抗干扰性。
4. 积分判决（Integrate and Dump）：在下采样算法中，通过对每个码片周期内的采样点进行累加求均值，起到了低通滤波的作用，有效抑制了部分高频噪声。
5. 星座图分析逻辑：系统对比了相关处理前后的信号分布。解扩前，由于噪声和多用户干扰，信号在星座图中表现为杂乱的散点；解扩后，相关值在+/-1附近聚集，直观地反映了扩频技术对信噪比的改善。