扩频通信系统传输语音信号的仿真设计

江腾蛟， 廖佐标

（①嘉应学院 物理与光信息科技学院，广东 梅州 514015;②中国移动通信集团广东有限公司梅州分公司, 广东 梅州 514021）

0 引言

扩频通信，即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication)，是应用频谱展宽技术，实现加密、选址通信的一门新学科。扩频通信由于具有抗干扰性强、载获率低、码分多址、信号隐蔽、保密和易于组网等许多独特的优点，便成为一种非常重要的通信方式，其应用也越来越普及[1]。文中就是将语音模拟信号数字化再经扩频系统传输，采用SystemView软件进行仿真设计，并分析了扩频通信系统的噪声对语音传输的影响。

1 系统仿真模型与各模块参数

直扩系统（DS-SS，Direct seqcuence spread spectrdm）属于扩频通信中的一种，由于原理简单，应用广泛，大家对它的研究比较多[2-5]，故文中采用直扩系统来进行仿真研究，系统发送机和接收机模型方框如图1所示，并采用SystemView软件仿真设计语音模拟信号数字化后再扩频通信的系统，模型如图2所示，参数如表1所示，系统定时窗口设置为样本数等于28 8001、采样频率等于8e+3 Hz。SystemView是美国Elanix公司设计和开发的信号及系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计、仿真,能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求[6]。为了分析该扩频系统的性能，另外还设计了一个没有使用扩频传输技术的语音模拟信号数字化通信系统，在图2基础上去掉部分部件，其他的图符及参数不变，如图3所示。

图1 直接扩频系统发送机和接收机模型方框

语音信号数字化再经扩频传输系统的System View仿真，首先，用Windows XP附带的录音软件录一段话，或者网上下载一段WAV格式的音频文件，格式为“PCM 8 kHz 8 bit 单声道 7 kbit/s”作为音频输入文件，经过与阶跃信号相乘后缩小电平幅度，再经过低通滤波，滤除2 kHz以上的高频信号，随后经过增量调制，将语音模拟信号波形转换为数字信号波形，作为扩频系统的源数字信号，从而进入扩频调制和射频调制，然后发射出去，在信道上传输的时候加入适当的噪声。接收端经过解扩、解调后，恢复出原来的数字信号，最后用脉冲调幅器和积分器进行数模转换，恢复出音频模拟信号，采用增量调制与解调方式将语音模拟信号数/模转换[7-8]，其原理如图4所示。

图2 语音信号数字化扩频传输系统SystemView仿真

表1 系统各主要模块参数

图4 增量ΔM调制与解调原理

2 仿真结果与分析

在没有加入噪声情况，运行图2的仿真系统，得到波形图如图5所示，通过上面的测试，输出音频信号尽管存在着一定的噪声干扰，但仍然可以比较清晰地还原。存在着一定的噪声干扰的原因并非扩频传输过程产生的噪声，可能是模数转换（增量调制）时的一系列误差导致的。

图5 输入与输出波形比较

通过分别加入5 mV、15 mV、45 mV电平幅度高斯白噪声，可以看到噪声电平越高对系统影响越大，像输入45 mV电平幅度的高斯白噪声，后来系统输出的波形几乎找不到原来的语音信号，都被噪声淹没了，如图6所示。

图7为语音信号未经扩频传输系统SystemView仿真，分别加入5 mV、15 mV、45 mV电平幅度高斯白噪声，运行图3的系统得出的输出波形。比较图7波形图与图6波形图可得，由于语音信号是没有经过扩频系统传输，图7的波形图相对于原始信号失真较大，受干扰较严重，信号不易恢复。而使用扩频传输系统的语音信号，得到的输出波形如图6所示，与图7比较，失真没那么大，受干扰没那么严重，信号相对容易恢复。因此可得出，信号未经扩频处理的传输系统抗干扰能力较弱，而使用了扩频通信技术的传输系统抗干扰能力强，这正是扩频通信技术最大的优点之一。

图6 分别加入不同幅度噪声输出波形

图7 未经扩频系统分别不同幅度噪声输出波形

3 结语

文中是利用SystemView软件仿真语音模拟信号经扩频通信系统传输的研究，分析了有噪声和没有噪声的情况。经分析，该系统分别加入5 mV、15 mV、45 mV电平幅度高斯白噪声，可以看到噪声电平越高对系统影响越大，像输入45 mV电平幅度的高斯白噪声，后来系统输出的波形几乎找不到原来的语音信号，都被噪声淹没了；在相同噪声条件下，语音信号有经过扩频通信系统，到的输出波形失真比没有经过扩频通信系统小很多。仿真设计的系统，具备了直接扩频系统的信号处理能力，对于语音经过扩频系统传输的通信技术研究具有一定意义。

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