擴頻通信系統傳輸語音信號的仿真設計

江騰蛟， 廖佐標

（①嘉應學院 物理與光信息科技學院，廣東 梅州 514015;②中國移動通信集團廣東有限公司梅州分公司, 廣東 梅州 514021）

0 引言

擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(Spread Spectrum Communication)，是應用頻譜展寬技術，實現加密、選址通信的一門新學科。擴頻通信由于具有抗干擾性強、載獲率低、碼分多址、信號隱蔽、保密和易于組網等許多獨特的優點，便成為一種非常重要的通信方式，其應用也越來越普及[1]。文中就是將語音模擬信號數字化再經擴頻系統傳輸，采用SystemView軟件進行仿真設計，并分析了擴頻通信系統的噪聲對語音傳輸的影響。

1 系統仿真模型與各模塊參數

直擴系統（DS-SS，Direct seqcuence spread spectrdm）屬于擴頻通信中的一種，由于原理簡單，應用廣泛，大家對它的研究比較多[2-5]，故文中采用直擴系統來進行仿真研究，系統發送機和接收機模型方框如圖1所示，并采用SystemView軟件仿真設計語音模擬信號數字化后再擴頻通信的系統，模型如圖2所示，參數如表1所示，系統定時窗口設置為樣本數等于28 8001、采樣頻率等于8e+3 Hz。SystemView是美國Elanix公司設計和開發的信號及系統仿真軟件,主要用于電路與通信系統的設計、仿真,能滿足從數字信號處理、濾波器設計、直到復雜的通信系統等不同層次的設計、仿真要求[6]。為了分析該擴頻系統的性能，另外還設計了一個沒有使用擴頻傳輸技術的語音模擬信號數字化通信系統，在圖2基礎上去掉部分部件，其他的圖符及參數不變，如圖3所示。

圖1 直接擴頻系統發送機和接收機模型方框

語音信號數字化再經擴頻傳輸系統的System View仿真，首先，用Windows XP附帶的錄音軟件錄一段話，或者網上下載一段WAV格式的音頻文件，格式為“PCM 8 kHz 8 bit 單聲道 7 kbit/s”作為音頻輸入文件，經過與階躍信號相乘后縮小電平幅度，再經過低通濾波，濾除2 kHz以上的高頻信號，隨后經過增量調制，將語音模擬信號波形轉換為數字信號波形，作為擴頻系統的源數字信號，從而進入擴頻調制和射頻調制，然后發射出去，在信道上傳輸的時候加入適當的噪聲。接收端經過解擴、解調后，恢復出原來的數字信號，最后用脈沖調幅器和積分器進行數模轉換，恢復出音頻模擬信號，采用增量調制與解調方式將語音模擬信號數/模轉換[7-8]，其原理如圖4所示。

圖2 語音信號數字化擴頻傳輸系統SystemView仿真

表1 系統各主要模塊參數

圖4 增量ΔM調制與解調原理

2 仿真結果與分析

在沒有加入噪聲情況，運行圖2的仿真系統，得到波形圖如圖5所示，通過上面的測試，輸出音頻信號盡管存在著一定的噪聲干擾，但仍然可以比較清晰地還原。存在著一定的噪聲干擾的原因并非擴頻傳輸過程產生的噪聲，可能是模數轉換（增量調制）時的一系列誤差導致的。

圖5 輸入與輸出波形比較

通過分別加入5 mV、15 mV、45 mV電平幅度高斯白噪聲，可以看到噪聲電平越高對系統影響越大，像輸入45 mV電平幅度的高斯白噪聲，后來系統輸出的波形幾乎找不到原來的語音信號，都被噪聲淹沒了，如圖6所示。

圖7為語音信號未經擴頻傳輸系統SystemView仿真，分別加入5 mV、15 mV、45 mV電平幅度高斯白噪聲，運行圖3的系統得出的輸出波形。比較圖7波形圖與圖6波形圖可得，由于語音信號是沒有經過擴頻系統傳輸，圖7的波形圖相對于原始信號失真較大，受干擾較嚴重，信號不易恢復。而使用擴頻傳輸系統的語音信號，得到的輸出波形如圖6所示，與圖7比較，失真沒那么大，受干擾沒那么嚴重，信號相對容易恢復。因此可得出，信號未經擴頻處理的傳輸系統抗干擾能力較弱，而使用了擴頻通信技術的傳輸系統抗干擾能力強，這正是擴頻通信技術最大的優點之一。

圖6 分別加入不同幅度噪聲輸出波形

圖7 未經擴頻系統分別不同幅度噪聲輸出波形

3 結語

文中是利用SystemView軟件仿真語音模擬信號經擴頻通信系統傳輸的研究，分析了有噪聲和沒有噪聲的情況。經分析，該系統分別加入5 mV、15 mV、45 mV電平幅度高斯白噪聲，可以看到噪聲電平越高對系統影響越大，像輸入45 mV電平幅度的高斯白噪聲，后來系統輸出的波形幾乎找不到原來的語音信號，都被噪聲淹沒了；在相同噪聲條件下，語音信號有經過擴頻通信系統，到的輸出波形失真比沒有經過擴頻通信系統小很多。仿真設計的系統，具備了直接擴頻系統的信號處理能力，對于語音經過擴頻系統傳輸的通信技術研究具有一定意義。

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