【正文】 益增長的民用通信需求，并有效地利用頻譜資源， 各國 提出了在數(shù)字蜂窩移動通信，衛(wèi)星移動通信和未來的個人通信 中 采用 擴頻 技術， 擴頻 技術 現(xiàn)在廣泛應用 在手機，無繩電話，微波通信，無線數(shù)據(jù)通信，遙測，監(jiān)控，報警系統(tǒng) 中 。 2 課題研究的背景與意義 課題研究的背景 擴 展 頻 譜 技術（ Spread Spectrum） 又叫擴頻 技術， 是 最近開發(fā)了一種新的技術， 用來 提高無線信息傳輸效率，充分利用有限的頻譜資源。 擴頻 技術采用兩種方式：一種是直接序列 擴頻 技術，另一種是跳頻 擴頻 技術 ，前一種使用的比較多 。 擴頻 通信的產(chǎn)品已經(jīng)越來越廣泛的應用，是因為它具有以下特點：防止阻塞能力 ?？垢蓴_性強，低誤碼率 ； 可與窄帶無線通信 共存； 實現(xiàn)有效利用頻譜 ； 適用于數(shù)字語音和數(shù)據(jù)傳輸 ； 安裝方便，成本低。 擴頻 技術的優(yōu)勢，在通信行業(yè)已被 確認。 無論是在 城市地 區(qū)，如證券，金融，商業(yè)零售網(wǎng)點，信息傳輸 ， 信用卡網(wǎng)絡，或公安網(wǎng)，工業(yè)區(qū)， 或者 偏遠的農(nóng)村地區(qū)，油田，山區(qū)，建立 擴頻 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡是一個投資小，安裝方便，見效快 ， 可靠性高，實用的方法。 擴頻 通信 廣泛適用于 話音，數(shù)據(jù)，圖像，高速文件傳輸，視頻等用途。典型的應用包括 ： /數(shù)據(jù)通信 ； 互聯(lián)網(wǎng) ； （ Mbps）連接 ； ； e.“最后一公里”連接 ； 事件 ， 抗險救災 通信。 可接到擴頻 調(diào)制解調(diào)器 的 設備 有 電腦， 網(wǎng)橋 ，路由器，語音 /數(shù)據(jù)復接設備 等。 課題研 究的意義 MATLAB 是 Mathworks 公司推出 的 數(shù)學應用軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，已開發(fā)出 包括 通信系統(tǒng) 的 多個工具箱， 并 成為目前的科學研究 、 工程應用中最流行的軟件 包之一。 Simulink 是 MATLAB 中 一種可視化仿真工具， 是可實現(xiàn) 動態(tài)系統(tǒng)建模，仿真和分析的集成環(huán)境，廣泛應用于線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)，數(shù)字控制 ，數(shù)字信號處理的建模與仿真 中 。 Simulink 的主要功能，允許用戶通過簡單的鼠標點擊和復制命令建立直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以自由地改變模型中的參數(shù)，更改參數(shù)后，您可以立即看到結果，從而達到方便快速，輕松 地建模和仿真的目的。 Simulink 對擴頻 通信 的仿真研究 有一個非常現(xiàn)實的實際意義，因為通過 C / VHDL 代碼生成工具，可以快速 將 驗證 之后的 算法在 DSP 芯片硬件實現(xiàn)，可以大大簡短通信產(chǎn)品的開發(fā)周期。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書（ 20xx） 3 3 擴頻通信系統(tǒng)介紹 擴頻的概念 擴頻通信（ Spread Spectrum Communication），可簡單地表示如下： “ 擴頻通信技術是一種信息傳輸方法，信號的通頻帶寬度遠遠大于所需的最低限度的信息帶寬 。頻帶的擴展是 通過一個單獨的代碼序列是 完成 的， 用 編碼和調(diào)制 來實現(xiàn) ，與所傳輸?shù)?數(shù)據(jù)無關 。在 接收端用相同的代碼同步接收 ， 解擴和數(shù)據(jù)恢復 ” 。 這個定義包括了以下三個方面的含義： 。 來展寬 信號的 頻譜 。 ， 用相關解調(diào)來解擴 。 擴頻通信的理論基礎 長期以來，人們一直 認 為 使 信號占用的頻譜盡可能窄的一個 充分利用寶貴的頻譜資源 的方法 。為什么 要 使用寬 頻 帶信號發(fā)送信息？答案很簡單，主要是 為了通信 安全和可靠。 擴頻通信的基本 特點 ，所占用的傳輸信號的頻帶寬度（ W）要遠遠大于原始信息實際所需的最?。ㄓ行В挘??F），該比率被稱為處理增益 Gp。 眾所周知， 信息 的 有效傳輸 都 需要一定的頻率寬度，如語音為 ，電視圖像 有 幾兆赫寬。為了充分利用有限的頻率資源，增加路徑的數(shù)目， 人們選擇不同調(diào)制方式，采用寬頻信道 （同軸電纜， 光纖 和 微波等 ），壓縮 頻 帶及其他措施，力爭 使得 傳輸介質(zhì) 中的 傳輸信號占用的帶寬盡可能窄。在今天使用的廣播 、電話 系統(tǒng) 中，無論是采用調(diào)頻 ， 調(diào)幅 或脈碼調(diào)制格式 ， GP 值一般在 10 倍的范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為 “ 窄帶通信 ”而擴頻通信 Gp 值，高達數(shù)百 、 數(shù)千 ，稱為 為 “寬帶通信。 擴展頻譜通信的可行性，是 來自于信息論和抗干擾理論的基本公式。 信息容量信息論（香農(nóng)）公式是： )/1(2 NPW L o gC ?? (31) 式 中 ： C 信道容量（ 用 傳輸速率 來 度量） W信號帶寬 P 信號功率 N 白噪聲的功率 式（ 31） 說明， 相同的條件下在給定的傳輸率 C 后 ，頻帶寬度 W 和 信噪比 P / N 可以互換。 可通過增加頻帶寬度 ，在低信號噪 聲比（ S / N） P / N 的情況下，發(fā)送信息。 換取較低的信噪比要求的擴頻，擴頻通信中的一個重要特性，在擴頻通信中的應用程序從而奠定了基礎。 總之，我們用 100 倍的，甚至是 1000 倍或更多的寬帶信號傳輸，以確保通 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 4 信 的抗干擾能力 ，即 在 強干擾的條件下 ，能夠安全可靠的通信 。這是擴頻通信的基本思想和理論基礎。 擴頻通信的主要性能指標 干擾容限 和 處理增益 是 擴展頻譜通信系統(tǒng)中兩個重要的性能指標。 G， 也稱為擴頻增益（ Spreading Gain） 定義為 頻譜擴展前的信息帶寬 DF 與頻帶擴展后的信號帶寬 W 之比： G＝ W／ DF （ 32） 擴頻通信 中 ， 接收機 擴頻解調(diào)后 ， 只提取 偽隨機編碼的 帶寬為 ?F 信息的相關處理， 而排除掉寬頻帶 W 中外部干擾、噪音和其 他 通信影響 。因此，處理增益 G 反映 了 擴展頻譜通信系統(tǒng)的 信噪 比的改善 程度 。 容限 指 擴展頻譜通信系統(tǒng) 能在多大 干環(huán)境中工作的能力 ， 定義為： dBLNSGM sopj ])/[( ??? (33) 式中 jM 抗干擾容限 PG 處理增益 oNS )/( 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而 需 的最小輸出信噪比 sL 接收系統(tǒng)的工作損耗 因此，抗干擾 容限 jM 和擴頻處理增益 PG 成正比 的， 擴頻處理增益 PG 提高后 極大地提高 了 抗干擾 容限 ，甚至信號 可以在一定的 噪聲 湮沒下 正常通信。一般擴頻設備總是擴展用戶信息（要發(fā)送的信息） 數(shù)十倍 ， 上 百倍或一千倍的帶寬，以提高處理增益。 的擴展頻譜通信的主要特點 ， 低 誤碼率 擴頻通信在傳輸 時 占用的空間帶寬是比較寬的， 在 接收端 采用相關 檢測的方法來解擴 ，將有用寬帶信號恢復成窄帶信號 ， 把不需要的信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波提取 有用信號 。對各種干擾信號 由于在 接收端 的非相關性 ，窄帶信號解擴后只有非常微弱 的成分 ，信號噪聲比 高 ， 因此 抗干擾能力強。擴頻通信的抗干擾如圖 31 所示。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書（ 20xx） 5 圖 31 擴頻系統(tǒng)抗干擾頻譜示意圖 可以看出， 由于 信號的接收過程中脈沖干擾，它是一個 被一次 “模 二相加 ”的過程 ， 可以被看作是一個擴 頻 過程，帶寬將被擴展，且有用的信號是一個 被二次 “模 二相加 ” 的過程 ， 是 解擴過程，信號被恢復（壓縮） 后 ，確保高于干擾。由于擴頻系統(tǒng)的優(yōu)良性能，誤比特率是非常低的，在正常條件下 可達到 1010? ，最惡劣的條件 可以達 106，較強的抗干擾性能 是 擴頻通信的最突出的優(yōu)點。 與同頻使用 ，提高無線頻譜的利用 率 用戶只能使用 申請到 的頻率，依靠信道劃分，以防信道之間的干擾。 由于 擴頻通信 應用了相關接收 ，信號傳輸功率 極低 ，并 可工作于 該通道的噪聲和熱噪聲的背景 中 ，易于在同一地區(qū)重復使用相同的頻率工作，也可以共享相同的與今天的窄帶通信頻率資源。 抗多徑干擾的無線通信一直難以解決的問題，使用擴頻碼之間的相關性，可以 在接收端將信號從湮沒 中提取出來 ，在當前的商業(yè)通信系統(tǒng)，擴頻的通信是唯一能夠 工作于負信噪相關技術 提取和分離多徑信號 中 有用 信號的方法 ， 也可以把多條路徑的相同的碼序列的波形 相加從而 得到加強，以達到有效的抗多徑干擾。 擴頻通信提高了抗干擾性能 力，但是 占用頻率帶寬。如果許多用戶共享寬帶，就可以大大提高 頻帶 利用率。 在 充分利用多種不同的模式之間的擴頻碼序列的優(yōu)良的自相關性和互相關特性 的條件下 ，由于在擴展頻譜通信中 存在擴頻碼序列的擴頻調(diào)制 ，在接收器中使用相關檢測技術進行解擴，分配給不同的用戶 碼型的情況下 ， 可以區(qū)分不同用戶的信號，提取出有用信號。 以這種方式，許多用戶在 一 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 6 寬 頻帶上可以 同時通話 而不互相干擾。 ，各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾是非常小的，由于在一個相對寬的頻帶的擴 展 信號，頻帶內(nèi)的功率小， 信號湮沒在噪聲里 ，一般不易被發(fā)現(xiàn)， 并且 想進一步檢測信號的參數(shù)（如偽隨機編碼序列）比較困難，所以隱蔽性好。 此外，由于擴頻信號功率譜密度 很低 ， 所以對 目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾是小的。 是 數(shù)字通信，特別適用于數(shù)字語音和數(shù)據(jù) 同時傳輸 ， 并且自身具有加密功能，保密性強 ，容易開展各種 通信服務。 擴頻 通信可以很方便地使用碼分多路訪問，語音壓縮和其他新技術，更適合于計算機網(wǎng)絡和數(shù)字語音，圖像信息的傳輸。 是 數(shù)字電路，設備高度集成，易于安裝 和 維護，而且還非常小，可靠，易于安裝，易于擴展，平均 無 故障 時間很長 。 ，組網(wǎng)方式靈活，便于統(tǒng)一規(guī)劃，分期實施，有利于擴大。 跟 據(jù)的擴頻的方式，擴頻通信系統(tǒng)可以分為：直接序列擴頻（ DS），跳頻（ FH），跳時（ TH）幾種方法的組合。這里主要介紹直接序列擴頻。 擴頻通信原理 及工作 方式 擴頻通信 工作原理 擴頻通信系統(tǒng)結構如圖 32 所示，在發(fā)端輸入的信息先經(jīng) 過 信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后用擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼展寬數(shù)字信號的頻譜，再進行載波調(diào)制發(fā)送出去。接收端將收到的信號與本地偽碼進行相關 的 解擴，再經(jīng)過解調(diào)，恢復出原始的基帶信息。 信源信道編碼擴頻調(diào)制解調(diào)信道譯碼信宿信 道干 擾噪 聲發(fā) 送 端 接 收 端同 步載波調(diào)制解擴偽 碼 同 步 圖 32 擴頻通信系統(tǒng)模型 和 普通的數(shù)字通信系統(tǒng)相比，擴頻通信系統(tǒng)增加了擴頻調(diào)制和解擴部分，相應的同步部分也 增 加 了 偽碼同步。 和 解擴：擴頻 的 過程是將待傳輸信號 和 一個 高速率的偽碼 相乘 ，待傳輸信號的頻譜寬度 就 被大大展寬，功率譜密度 也 大大減小。 在 接收端解擴時，將接收的信號與發(fā)端相同的偽碼 相乘 ，有用信號的頻譜寬度 就 被恢復，而信道引入的噪聲 和 干擾在解擴時與偽碼相乘，相當于被擴頻， 就 使得落入有用信號頻帶 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書（ 20xx） 7 中 的干擾功率大大降低。經(jīng)過帶通濾波器，噪聲和干擾對有用信號造成的影響被抑制，從而實現(xiàn)了抗干擾。 ：偽碼同步是指接收端 的 本地偽碼 和 接收信息的偽碼 要 在碼型、碼率和相位上基本 保持 一致，否則就不能恢復出有用 的 信息，得到的只是一片噪聲。 收、發(fā)端可提前約定使用同 一 偽碼 ，保證碼型的一 致。但是即 使相同的 偽碼 ，當相位差大于一個碼片時 ， 也無法順利 進行 解擴。若 實現(xiàn)了收發(fā) 同步 ， 但不 能保持 同步 ，也無法準確可靠地獲取 到 所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。圖 33中 擴頻通信系統(tǒng)中的同步包括捕獲 和 跟蹤兩部分，捕獲將相位差減小到二分之一 個 碼片內(nèi)。當 同步系統(tǒng)完成捕獲后， 同步 系統(tǒng) 就 轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，使 得 本地 偽碼 的相位與接收到的 偽碼 保持精確的 同步 。 擴頻通信的工作方式 按照擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可分為 以下幾種 ： （ Direct Sequence Spread S