【正文】 響。這種序列僅僅是對(duì)擴(kuò)展信號(hào)頻譜有一定的幫助。（3）利用相關(guān)解調(diào)方式在接收端解擴(kuò)正如在一般的窄帶通信中，恢復(fù)所傳的信息需要進(jìn)行解調(diào)，是利用已調(diào)信號(hào)在接收端上進(jìn)行的。在擴(kuò)頻通信接收端，以同樣的擴(kuò)頻碼序列和發(fā)送端接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)傳送信息。用另一種方式去解釋，解擴(kuò)這一作用由這一解調(diào)體現(xiàn)出。即該信號(hào)擴(kuò)展后，恢復(fù)其原所傳信息。在窄帶開始擴(kuò)展到接收端的寬頻帶信號(hào)，并把它變成一個(gè)窄帶解擴(kuò)信息處理這些信息，這會(huì)帶來(lái)很多好處。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 長(zhǎng)期以來(lái)，常規(guī)通信為了使寶貴的頻譜資源得到充分的利用，總是想法占領(lǐng)盡可能窄的頻譜[5]。而這樣寬頻帶的信號(hào)在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，為了通信的安全可靠被用來(lái)傳遞信息。擴(kuò)頻通信的傳輸信號(hào)所占用的頻帶寬度(W)比原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(DF)高很多倍，這是它的基本特點(diǎn)，處理增益是它們之間的比值[1]: （21）有效地傳輸任何信息都需要一定的頻率寬度， ，電視圖像則可達(dá)到數(shù)兆赫。為了使有限的頻率資源被充分利用，不同調(diào)制方式被人們廣泛地運(yùn)用，增加通路數(shù)目，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等)，和壓縮頻帶等措施，同時(shí)盡量減少傳輸媒介中傳輸信號(hào)帶寬的占用。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，屬于窄帶通信，調(diào)制制式不論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或是脈沖編碼調(diào)制，值一般都不會(huì)超過20倍[5]。而擴(kuò)頻通信屬于寬帶通信，其值高達(dá)數(shù)百甚至上千倍。信息論中關(guān)于信息容量的香農(nóng)(Shannon)公式，是由信息論和抗干擾理論的基本公式引伸而來(lái)的，這也驗(yàn)證了擴(kuò)頻通信的可行性。其公式如下[1]： （22）式中：P 信號(hào)功率C 信道容量(用傳輸速率度量) N 噪聲功率 W信號(hào)頻帶寬度式(22)說(shuō)明，頻帶寬度W和信號(hào)功率與噪聲功率之間的比值（信噪比）可以互換，其建立在傳輸速率C不被改變的條件下成立。在信噪比P／N(S／N)較低的情況下，可以通過增加頻帶寬度來(lái)傳輸信息。擴(kuò)頻通信中擴(kuò)展頻譜以更低的要求換取信噪比，是它的重要特點(diǎn)，在擴(kuò)頻通信應(yīng)用方面奠定了基礎(chǔ)。信息傳輸差錯(cuò)概率的公式，被柯捷爾尼可夫提出，是另一個(gè)理論基礎(chǔ)關(guān)于擴(kuò)頻通信可行性的，其表達(dá)式如下[6]： （23）式中：Powj 誤差幾率 E 信號(hào)能量 N。 噪聲功率譜密度 因?yàn)?，信?hào)功率 (T為信息持續(xù)時(shí)間) 噪聲功率 (W為信號(hào)頻帶寬度) 信息帶寬 則式(23)可化為： （24）式(24)說(shuō)明，對(duì)于帶寬 DF不變的信息而言， 為提高通信系統(tǒng)抗干擾的能力，用來(lái)傳輸?shù)膶拵盘?hào)Gp值較大， 保證通信在惡劣條件下安全可靠的傳輸。 其中式(24)與式(22)說(shuō)明了信噪比和帶寬是可以互換的。 之所以傳輸信息用信息帶寬成百上千倍的寬帶信號(hào)，就是為了使通信系統(tǒng)的抗干擾能力增強(qiáng)，即可以在惡劣條件下仍舊保持安全可靠的通信。這一基本思想和理論依據(jù)在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中得到了運(yùn)用[2]。 直接序列擴(kuò)頻工作方式直接去求高碼率的擴(kuò)頻碼序列和待傳輸序列的積，在發(fā)送端的信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，在接收端對(duì)擴(kuò)展的信號(hào)頻譜解擴(kuò)時(shí)使用相同的擴(kuò)頻碼序列，并讓原始信息得到還原，這樣的通信方式叫做直接序列擴(kuò)頻通信 (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)[5]。具體來(lái)說(shuō)，就是將信源與一定的PN碼序列（PN: PseudoNoise偽噪聲碼）進(jìn)行模二加，是一種數(shù)字調(diào)制方法。擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)方式可以這樣打個(gè)比方,在發(fā)射端用11000100110去代替“1”，而用00110010110去代替“0”即可實(shí)現(xiàn)；解擴(kuò)的方式與擴(kuò)頻方式實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)，收到的序列是11000100110在接收機(jī)處被恢復(fù)成1，而序列00110010110被恢復(fù)成0，這就是解擴(kuò)。在不丟失數(shù)據(jù)的情況下，可以把信號(hào)能量降低到噪聲限度以下，是由于PN碼序列的帶寬很寬：直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的帶寬通常被認(rèn)定為功率輸出頻譜主瓣的零值到零值（null to null）的帶寬(2Rc) (Rc是偽碼時(shí)鐘速率)。應(yīng)該注意的是，90％以上的總能量都在擴(kuò)頻主瓣中，這些能量構(gòu)成了擴(kuò)頻信號(hào)。因此在較窄的射頻帶寬里清晰的時(shí)域脈沖信號(hào)被接收信號(hào)還原是可行的。在信息還未發(fā)送時(shí)，直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中被隱藏信息的內(nèi)容采用了偽隨機(jī)（PN）序列調(diào)制，經(jīng)歷了這一過程，原信號(hào)的頻譜被大幅度加寬，使要傳輸信號(hào)的頻譜比調(diào)制前寬得多，其倍數(shù)可達(dá)幾十倍至幾萬(wàn)倍，原始的信息序列是由接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)使用同一個(gè)PN序列而得到的。令是一個(gè)待傳輸?shù)男畔⑿蛄?，它的傳輸速率為每秒B個(gè)比特，每個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間為，信號(hào)的有效帶寬為B，則可以被表示為： （25）這里，數(shù)據(jù)比特，是幅度為持續(xù)期為的矩形脈沖。偽隨機(jī)序列可表示為[6]： （26）式中偽隨機(jī)碼序列近似認(rèn)為隨機(jī)產(chǎn)生，稱為切普(Chip)[6],是單位幅度、持續(xù)期為的矩形脈沖，切普率為，C遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于B。待傳輸?shù)男蛄信c偽隨機(jī)序列相乘后，得到： （27）由于時(shí)域相乘對(duì)應(yīng)著頻域卷積，則的頻譜帶寬是B與C之和，由于，則的帶寬比原信號(hào)帶寬要大得多，這樣，通過偽隨機(jī)序列相乘使信號(hào)的頻譜擴(kuò)展很多。被調(diào)制后（以PSK為例）發(fā)射。 （28）因?yàn)?，則在接收端，假設(shè)沒有噪聲和其它的人為干擾，接收到的信號(hào)首先被同一個(gè)偽隨機(jī)序列相乘來(lái)解擴(kuò)： （29）這里，再經(jīng)過PSK解調(diào)后，則接收到的信號(hào)和發(fā)射的信號(hào)完全相同。在有噪聲和人為阻塞干擾存在的情況下，接收到的信號(hào)被解擴(kuò)后： （210）假定偽隨機(jī)序列與發(fā)送端嚴(yán)格一致，則解調(diào)后的第一項(xiàng)就是原始信號(hào)，而第二、第三項(xiàng)分別是將噪聲和干擾擴(kuò)散到更寬的帶寬上，假設(shè)干擾是窄帶的，則經(jīng)過解擴(kuò)、解調(diào)和用帶寬為B的低通濾波器濾波后，則干擾被大大減小，定義擴(kuò)頻增益為： （211）由此可見，偽隨機(jī)序列碼每個(gè)切普的持續(xù)時(shí)間與擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力成反比，持續(xù)周期與擴(kuò)頻系統(tǒng)抵御干擾的能力成正比[1]。（1） 直接序列擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) 在直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，有兩個(gè)重要性能指標(biāo)，分別叫做處理增益和抗干擾容限。 處理增益，被稱作擴(kuò)頻增益(Spreading Gain)，用字母G來(lái)表示。它的定義是頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬W比上頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬DF： （212）在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，只有在接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，帶寬為DF 的信息在被偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后提取，而外部干擾、噪音和其他用戶的通信影響在寬頻帶W中被排除掉。因此，在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，信噪比改善的程度由處理增益G的大小所反映[5]。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，在能承受的最大干擾的環(huán)境下仍舊能正常工作的能力叫做抗干擾容限Mj，定義為[2]： （213）其中：G 處理增益 Ls 接收系統(tǒng)的工作損耗(S／N)out 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比Mj 抗干擾容限（2） 直接序列擴(kuò)頻通信的性能特點(diǎn)由于信號(hào)的頻譜能被直接序列擴(kuò)頻通信大大的擴(kuò)展，發(fā)端進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制采用了擴(kuò)頻碼序列，以及相關(guān)解調(diào)技術(shù)被用在接收端上面，使其能迅速在各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中推廣，同時(shí)具有一些優(yōu)良性能讓許多窄帶通信難于替代，主要有以下幾項(xiàng)特點(diǎn)： 易于重復(fù)使用頻率，使之無(wú)線頻譜利用率得到提高。無(wú)線頻譜雖然在開發(fā)利用方面從長(zhǎng)波到微波都被包含，但是社會(huì)的需求還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了，所以說(shuō)無(wú)限頻譜資源十分寶貴。在窄帶通信中，波道劃分是防止信道之間發(fā)生干擾的主要方式。 為此，頻率管理機(jī)構(gòu)在世界各國(guó)設(shè)立，只有獲準(zhǔn)的頻率才能被用戶所申請(qǐng)。擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低，它的功率大小不足1W，通常在幾mW至幾百mW之間[7]，相關(guān)接收這一高技術(shù)被采用，且在熱噪聲和信道噪聲背景中亦可工作，這給在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率提供了方便, 現(xiàn)今各種窄道通信也可與其共享同一頻率的資源。所以，擴(kuò)頻通信不需在美國(guó)及世界絕大多數(shù)國(guó)家申請(qǐng)頻率，可免費(fèi)提供使用給任何個(gè)人和單位[7]。誤碼率低，抗干擾性強(qiáng)。在空間傳輸時(shí)，直接序列擴(kuò)頻通信占用了較寬的帶寬，在收端解擴(kuò)將有用的寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法，而寬帶信號(hào)是由非所需信號(hào)擴(kuò)展的，然后有用的信號(hào)利用了窄帶濾波技術(shù)提取。這祥，因其在收端的非相關(guān)性，對(duì)于解擴(kuò)后的各種干擾信號(hào)，只有很微弱的成份存在于窄帶信號(hào)中，因此抗干擾性強(qiáng)、信噪比很高。擴(kuò)頻通信是在目前商用的通信系統(tǒng)中能夠在負(fù)信噪比條件下工作的唯一通信方式[5]。 在擴(kuò)頻設(shè)備中對(duì)于脈沖干擾和寬帶干擾如何被抑制的物理過程，可以用圖21和圖22加以說(shuō)明。 波形、時(shí)間和碼元只要不完全相同，在解擴(kuò)之后任何人為的(如電子對(duì)抗中)干擾、寬帶干擾、寬帶（擴(kuò)頻）系統(tǒng)干擾都可以保持寬帶特性，而把有用的信號(hào)壓縮，見圖21所示。 圖21 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗寬帶干擾能力示意圖 對(duì)于脈沖干擾，在有用信號(hào)被壓縮后仍舊比干擾高，把帶寬增寬到B，見圖22所示。 圖22 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗脈沖干擾能力示意圖直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼率在正常條件下能達(dá)到l 010，誤碼率最高的時(shí)候也有約106，利用了這一超低誤碼率的優(yōu)良特性，在國(guó)內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)要求對(duì)通道傳輸質(zhì)量要求的指標(biāo)完全能達(dá)到[1]。 具有優(yōu)良的隱蔽性，使各種窄帶通信系統(tǒng)受到干擾的影響降低。由于一般不容易發(fā)現(xiàn)擴(kuò)頻信號(hào)，因?yàn)閱挝活l帶內(nèi)的功率很小，噪聲把信號(hào)覆蓋了，信號(hào)也在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，信號(hào)的參數(shù)(如偽隨機(jī)編碼序列)想被進(jìn)一步檢測(cè)就變得更加困難，因此它具有優(yōu)良的隱蔽性。再者，功率譜密度在擴(kuò)頻信號(hào)當(dāng)中非常的低，所以目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)幾乎不會(huì)被它干擾。 碼分多址能夠被實(shí)現(xiàn)。直接序列擴(kuò)頻通信的缺點(diǎn)是占用頻帶寬較多，但是可以把抗干擾性能提高。要大幅度提高頻帶的利用率，可以采用把這一寬頻帶分給多個(gè)用戶使用。由于擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制被包含于直接序列擴(kuò)頻通信中，需要將各種不同碼型的優(yōu)良特性充分利用，即擴(kuò)頻碼序列之間的互相關(guān)特性和自相關(guān)特性，運(yùn)用相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)可以在接收端進(jìn)行解擴(kuò)，要把有用的信號(hào)提取出來(lái)，還需要讓不同用戶的信號(hào)被分配給不同的用戶碼型的情況下區(qū)分出來(lái)。這樣一來(lái)，一個(gè)寬頻帶上可以多用戶無(wú)干擾地通話[7]。多徑干擾可被抵抗。長(zhǎng)期以來(lái)，多徑干擾存在于無(wú)線通信的各個(gè)頻段，一直都是一個(gè)難解決的問題。過去有兩種方法來(lái)提高窄帶通信抗多徑干擾的能力：一是采用梳狀濾波器的方法，把不同路徑來(lái)的信號(hào)來(lái)自于不同延遲、不同相位設(shè)法在接收端從時(shí)域上對(duì)齊相加，使較強(qiáng)的有用信號(hào)合并出來(lái)。二是采用分集／接收技術(shù)，分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，把其他路徑的干擾信號(hào)排除掉。在直接序列擴(kuò)頻通信中，實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)很容易。要使最強(qiáng)的有用信號(hào)在接收端從多徑信號(hào)中分離提取出，就要用上擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性，或相加合成由多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形，它的作用相當(dāng)于梳狀濾波器。另外，在擴(kuò)頻系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式是頻率跳變擴(kuò)頻，起到了頻率分集的作用，是因?yàn)閭魉屯恍畔⑿盘?hào)用到了多個(gè)頻率。能夠準(zhǔn)確定時(shí)，也可使距離被準(zhǔn)確測(cè)量。我們知道電磁波是以光速在空間中傳播的。要想測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的距離，只需要精確測(cè)量電磁波在兩個(gè)物體之間傳播的時(shí)間就能得到結(jié)果。在直接序列擴(kuò)頻通信中，如果擴(kuò)展頻譜越寬，則每個(gè)碼片占用時(shí)間越短，所采用的擴(kuò)頻碼速率越高。當(dāng)被測(cè)物體反射回來(lái)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)后，擴(kuò)頻碼序列在接收端被解調(diào)出，要算出二者之間的距離，需要比較收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差，擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差也能夠被精確測(cè)出。碼片的寬度，即擴(kuò)展頻譜的寬度，由測(cè)量精度決定。較窄的碼片可以得到較寬的擴(kuò)展頻譜，能夠得到高精度。能夠在數(shù)字話音、數(shù)據(jù)傳輸和開展多種通信業(yè)務(wù)上使用。數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)在直接序列擴(kuò)頻通信中普遍使用，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面適用，可被用作數(shù)據(jù)和圖象傳輸。安裝簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。直接序列擴(kuò)頻通信采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術(shù)，設(shè)備高度集成[5]，因此，它易于推廣使用，可靠性高、小巧、大量使用的成本低、安裝便捷是它的優(yōu)點(diǎn)。直接序列擴(kuò)頻通信的一般工作原理如圖23所示?！D23 直接序列擴(kuò)頻通信工作原理 數(shù)字信號(hào)的形成是將發(fā)端輸入的信息經(jīng)過信息調(diào)制，然后使信號(hào)的頻譜展寬，用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過展寬后，再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)前，先將收到來(lái)自接收端的寬帶射頻信號(hào)變頻至中頻。要得到原始信息輸出，還需經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)。直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一般要進(jìn)行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)[1]。信息調(diào)制是第一次調(diào)制，擴(kuò)頻調(diào)制是第二次調(diào)制，射頻調(diào)制是第三次調(diào)制，還需要進(jìn)行相應(yīng)的信息射頻解調(diào)、解調(diào)和解擴(kuò)。 其他工作方式 （1）跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式還有一種方式用來(lái)擴(kuò)展頻譜，它是這樣工作的：多頻率頻移鍵控需要用一定碼序列進(jìn)行選擇。還可以這樣解釋，頻移鍵控調(diào)制采用了擴(kuò)頻碼序列，使載波頻率不斷地跳變，這樣的工作方式叫做跳頻。 例如2FSK是一個(gè)簡(jiǎn)單的頻移鍵控，只有傳號(hào)和空號(hào)兩個(gè)頻率。而跳頻系統(tǒng)的頻率非常之多，有的跳頻系統(tǒng)的頻率可以達(dá)到數(shù)百個(gè)，要使其不斷跳變，就要去選擇控制所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合[2]。圖24為跳頻的原理示意圖。要使頻率合成器按照不同的碼字來(lái)控制，發(fā)端信息碼序列應(yīng)該與擴(kuò)頻碼序列相組合。在頻域上