【正文】 擴頻通信，即擴展頻譜通信 (Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同 被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機編碼 (擴頻序列： Spread Sequence)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。這種通信方式與常規(guī)的窄道通信方式是有區(qū)別的： 一是信息的頻譜擴展后形成寬帶傳輸； 二是相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 擴頻通信技術(shù)誕生得較早，從 20 世紀(jì) 40年代起，人們就開始了對擴頻技術(shù) 的研究，其抗干擾性、抗竊聽、自 50年代中期美國軍方開始研究，擴頻通信技術(shù)一直為軍 事通信所獨占，廣泛應(yīng)用于軍事通信、電子對抗以及導(dǎo)航、測量等各個領(lǐng)域。進入 20 世紀(jì) 60 年代后，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新型器件的出現(xiàn)，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路、微處理器、數(shù)字信號處理 (DSP)器件、擴頻專用集成電北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 路 (ASIC)以及 FPGA 等這樣的新型器件的問世，使擴頻通信技術(shù)有了重大的突破和發(fā)展。到本世紀(jì) 80年代初擴頻通信技術(shù)開始被應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域。為了滿足目益增長的民用通信容量的需求和有效地利用頻譜資源，各國都紛紛提出在數(shù)字峰窩移動通信、衛(wèi)星移動通信和未來的個人通信中采用擴頻技術(shù)，擴頻技術(shù)已廣泛 應(yīng)用于蜂窩電話、無繩電話、微波通信、無線數(shù)據(jù)通信、遙測、監(jiān)控、報警等系統(tǒng)中。 從國內(nèi)來看，近十多年來，出于民用通信特別是陸地移動通信的迅速發(fā)展，擴頻通信的研究也在不斷深入。各大高校及一些科研機構(gòu)都在進行這方面的工作，如清華大學(xué)、天津大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南京郵電大學(xué)等都在積極地開展擴頻通信系統(tǒng)的研究。 從國外來看，軍事通信技術(shù)的進步和發(fā)展，軍工產(chǎn)品向民用產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，直接推動了擴頻通信理論、方法、技術(shù)等方面的研究發(fā) 展和應(yīng)用普及。 抗測向等方面的能力早己被人們熟知。但由于擴頻系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜等多方面的原因，致使擴頻通信技術(shù)一直都發(fā)展得較為緩慢。 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 定義 直接序列擴頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼（ PN 碼）擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。 DSSS 局域網(wǎng)可在很寬的頻率范圍內(nèi)進行通信，支持 1~2Mb/s 數(shù)據(jù)速率，在發(fā)送和接收端都以窄帶方式進行，而傳輸過程中則以寬帶方式通信。 擴頻技術(shù)在 具體實施時由多種方案，但思路相同：把索引 (也稱為碼或序列 )加入到通信信道，插入碼的方式正好定義了所討論的擴頻技術(shù)。術(shù)語“擴頻”指將信號帶寬擴展幾個數(shù)量級，在信道中加入索引即可實現(xiàn)擴頻。 擴頻技術(shù)更加精確的定義是：擴頻是通過注入一個更高頻率的信號將基帶信號擴展到一個更寬的頻帶內(nèi)的射頻通信系統(tǒng)，即發(fā)射信號的能量被擴展到一個更寬的頻帶內(nèi)使其看起來如同噪聲一樣。擴展帶寬與初始信號之比稱為處理增益 (dB)，典型的擴頻處理增益可以從 10dB 到 60dB。 采用擴頻技術(shù)，在 天線 之前發(fā)射鏈路的某處簡單的引入相應(yīng)的擴頻碼，這個 過程稱為擴頻處理，結(jié)果將信息擴散到一個更寬的頻帶內(nèi)。在接收鏈路中數(shù)據(jù)恢復(fù)之前移去擴頻碼，稱為解擴。解擴是在信號的原始帶寬上重新構(gòu)建信息。顯然，在信息傳輸通路的兩端需要預(yù)先知道擴頻碼。 基本原理 擴展頻譜通信 (Spread Spectrum Communication)簡稱擴頻通信。擴頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。香農(nóng) (Shannon)在信息論的研究中得出了信道容量的公式： C=Blog2(1+S/N) 式 （ 21） 這個公式指示出：如果信息傳輸速率 C不變，則帶寬 B和信噪比 S/N是可以互換的，就是說增加帶寬就可以在較低的信噪比的情況下以相同的信息率來可靠的傳輸信息，甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加信號帶寬，仍然保持可北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 靠的通信，也就是可以用擴頻方法以寬帶傳輸信息來換取信噪比上的好處 。 擴頻通信系統(tǒng)的主要特點 擴頻通信技術(shù)在發(fā)端以擴頻編碼進行擴頻調(diào)制，在收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信，這一過程使其具有諸多優(yōu) 良特性： (1)抗干擾性強 抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了 100倍，如要保持原干擾強度，則需加大100倍總功率，這實質(zhì)上是難以實現(xiàn)的。因信號接收需要擴頻編碼進行相關(guān)解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾，在不知道信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術(shù)抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡(luò)。 表示擴頻通信特性的一個 重要參數(shù)是擴頻增益 G(Spreading Gain),其定義為擴頻前的信號帶寬 B1 與擴頻后的信號帶寬 B2 之比。 G=B2/B1 擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調(diào)，只提取擴頻編碼相關(guān)處理后帶寬為 B1的信號成份，而排除了擴展到寬帶 B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當(dāng)于把接收信噪比提高了 G 倍?？紤]到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗，可以認(rèn)為實際的擴頻增益帶來的信噪比的改善為： M=G輸出端信噪比一系統(tǒng)損耗公式中的 M叫做抗干擾容限。 (2)隱蔽性強、干擾小 因信號在很寬的頻帶上被擴展，則單位帶寬上的功率 很小，即信號功率譜密度很低。信號淹沒在白噪聲之中，別人難于發(fā)現(xiàn)信號的存在，再加之不知擴頻編碼，就更難拾取有用信號。而極低的功率譜密度，也很少對其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。 (3)易于實現(xiàn)碼分多址 擴頻通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，由于擴頻通信要用擴頻編碼進行擴頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼之間的相關(guān)解擴才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼，就 可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴頻編碼，北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 分別向不同接收者發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收者用不同的擴頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信。 (4)抗多徑干擾 在無線通信中，抗多徑干擾問題一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關(guān)特性；在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。 擴頻通信的方式 擴頻系統(tǒng)包括下面幾種擴頻方式 : 1)直 接序列擴頻，記為 DS (Direct Sequence)； 2)跳頻，記為 FH (Frequency Hopping)； 3)跳時，記為 TH (Time Hopping)； 4)線性調(diào)頻，記為 Chirp。 除了上面四種基本方式外，還有這些擴頻方式的組合方式，如 FH/DS， TH/DS，F(xiàn)H/TH等 [6]。本論文主要是針對直接序列擴頻系統(tǒng)干擾性能的研究，下面對其進行簡單介紹。 偽隨機序列 m 序列 在擴頻系統(tǒng)中，信號的頻譜擴展是通過擴頻碼實現(xiàn)的，擴頻碼對整個系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。系統(tǒng)的抗干擾、抗噪聲、 抗衰落、抗截獲、信息的隱蔽和保密、多址通信以及實現(xiàn)同步與捕獲等都是與擴頻碼的設(shè)計密切相關(guān)的 [8]。能滿足上述要求的擴頻編碼應(yīng)具有如下理想特性 : 1）偽隨機碼應(yīng)必需具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，而互相關(guān)函數(shù)應(yīng)接近于零； 2）具有足夠長的碼周期，以確保抗偵破、抗干擾的要求； 3）有足夠多的獨立地址數(shù)，以實現(xiàn)碼分多址的要求； 4）工程上易于產(chǎn)生、加工、復(fù)制和控制。 理論上白噪聲具有瞬時值服從正態(tài)分布，功率譜在很寬頻帶內(nèi)都是均勻的。它具有優(yōu)良的相關(guān)特性，但是至今無法實現(xiàn)對白噪聲放大、調(diào)制、檢測、同步及控制等。因此，我們必需 選用類似于帶限白噪聲統(tǒng)計特性的偽隨機碼信號來逼近它，并用做擴頻系統(tǒng)的擴頻碼。 m序列是最長線性移位寄存器序列，是偽隨機序列中最重要北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 的一種。這種序列易于產(chǎn)生，有優(yōu)良的自相關(guān)特性 [912]。它的產(chǎn)生是由移位寄存器加反饋形成的，其結(jié)構(gòu)如圖 21所示。 1a 2a 3a 1?ra ra?0c 1c 2c 1?rc rc輸 出圖 21反饋移位寄存器結(jié)構(gòu) A． m序列的性質(zhì) 主要有以下幾點 : 1）序列的平衡性： m序列一個周期中“ 1”的個數(shù)比“ 0” 多 1，且 1 的個數(shù)為2n1， 0的個數(shù)為 2n11。 2）移位可加性：某個 m 序列同相移為 任意值的同一 m序列的模 2 和是另一相移的 m 序列。 3）在周期為 p=2n 1的 m序列中，總共有 2 1?n 個游程，有一個長度為 n的 1游程，一個長度為 n1的 0游程。 B． m 序列信號的產(chǎn)生 1）序列多項式與特征多項式 設(shè)線性移位寄存器產(chǎn)生的序列為 {an }=a0 ,a1 ,a2 ,? 定義以二元有限域的元素 an (n=0,1,2,? )為系數(shù)多項式叫序列多項式。 G(x)= a 0 +a 1 x+a2x2+… = ???0nnnxa (模 2 加 ) 式（ 21） 式中 an 取 0， 1兩個值，符號 x的冪次表示序列元素的 位置。 若 r 級線性移位寄存器的初始狀態(tài)為 a r? ,a 1??r ,…,a 1? 且滿足線性反饋邏輯 an =c1 a 1?n +c2 a 2?n +…+cra rn? (模 2 加 ) 式（ 22） 可得序列多項式 G(x)與反饋邏輯函數(shù)關(guān)系： 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 G(x)=??? ri iirxc