【正文】 射頻放大器擴頻碼發(fā)生器相位搜索控制器0 T0積分器 已捕獲 載波 圖29序列相位搜索捕獲系統(tǒng)若擴頻碼序列長為N，碼元寬度為Tc，則擴頻碼序列信號的周期為T=NTc。在串行捕獲方案中，利用一些新的搜索算法，進一步縮短捕獲時間，改進這些系統(tǒng)的性能，已經(jīng)成為研究的熱點。通常，把整個未知相位區(qū)間分成有限個小區(qū)間，每次檢測一個小區(qū)間。如果檢測不到相關(guān)峰，則時鐘脈沖驅(qū)動本地碼移向下一個搜索區(qū)間并重復(fù)上述的相關(guān)過程，一直到檢測到正確的相關(guān)峰為止。例如，m序列的自相關(guān)函數(shù)相移為零時為序列周期N；當(dāng)相移不等于零時，相關(guān)函數(shù)值為1。當(dāng)偽碼捕獲完成后，系統(tǒng)將控制權(quán)交給偽碼跟蹤電路，對本地偽碼序列相位進行精確調(diào)整，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步；當(dāng)偽碼跟蹤電路失步時，再將控制權(quán)交給偽碼捕獲電路，重新進行同步捕獲。也就是說，無論由于何種因素兩端的頻率和相位發(fā)生偏移，同步系統(tǒng)能加以調(diào)整，進一步減小收端碼元與發(fā)端碼元的相位誤差，一般誤差要小于十分之一碼元時間，并使收端碼元跟蹤發(fā)端碼元的變化。引起同步這兩個不確定性因素的原因主要有以下幾個方面：頻率源的漂移、擴頻序列的啟動時差、電波傳播的時延、多普勒頻偏、多徑效應(yīng)等，這些原因?qū)⒃斐墒瞻l(fā)兩端的不同步。接收機若要把偽碼擴展的信號解出，接收方就必須能產(chǎn)生一個與發(fā)方一樣的偽碼序列(保證最大相關(guān)值)，而且該本地偽碼速率、相位要與接收到的偽碼保持一致。若初始狀態(tài)為全0時，則線性移位寄存器輸出的狀態(tài)將不會改變，因此在實際應(yīng)用中全0這種狀態(tài)應(yīng)避免。 圖25 m碼的自相關(guān)函數(shù)曲線由相關(guān)函數(shù)理論可得知，信號的自相關(guān)函數(shù)R(τ)與功率譜密度函數(shù)G(f)構(gòu)成一對傅里葉變換，因此我們很容易由m碼的自相關(guān)函數(shù)經(jīng)過傅里葉變換得出功率譜密度，如圖26所示，其趨于白噪聲的功率譜特性。經(jīng)過這樣變換后，周期為N的m序列就變?yōu)榇a元寬度為Tc、周期為NTc的m碼。在一個游程中元素的個數(shù)稱為游程長度。 （2）m序列m序列是最長線性移位寄存器序列，這種序列易于產(chǎn)生與復(fù)制，有優(yōu)良的自 相關(guān)特性，是擴頻系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種偽隨機碼。大部分偽隨機碼都是周期碼，通常由二進制移位寄存器來產(chǎn)生，在工程上常用二元域{0，1}內(nèi)的0元素與1元素的序列來表示。同時香農(nóng)又指出：在高斯白噪聲的干擾下，在平均功率受限的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。(5) 便于實現(xiàn)多址通信由于不同的擴頻碼是正交或接近正交的，彼此相互影響很小，所以可以把不同的擴頻碼作為用戶的地址碼，則很容易實現(xiàn)碼分多址(CDMA)通信。直擴信號正好具有這兩方面的優(yōu)勢，它的功率譜密度很低，單位時間內(nèi)的能量就很小，同時它的頻帶很寬。反射和折射信號的傳播時問比直射信號長，就會對直射信號產(chǎn)生多徑干擾。 圖24 解擴前后信號功率譜密度示意圖 如圖24所示，解擴前，假設(shè)所有信號的功率譜是均勻分布在B=2Rc的帶寬之內(nèi)，各信號的功率相同，在圖中各部分的面積均為Po；解擴后的信號功率譜各部分面積保持不變，通過相關(guān)解擴后，有用信號的頻帶被壓縮在很窄的帶寬內(nèi)，可以無失真地通過帶寬為Bb=2Rb的中頻濾波器，其他信號與本地偽隨機序列不相關(guān)，根據(jù)頻域卷積定理，頻帶被擴展為本地偽隨機序列帶寬的兩倍，即B=4Rc，所以進入中頻濾波器的能量很少，大部分能量落在中頻濾波器的通頻帶之外，被中頻濾波器濾除了。解擴的過程與擴頻過程相同，用本地的偽隨機序列c,(t)與接收信號進行相關(guān)運算，相乘后為 r’(t)=r(t)c’(t)=sI’(t)+nI’(t)+JI’(t)+sJ’(t) （2—8） 對噪聲分量、干擾分量和不同網(wǎng)干擾，因與本地偽隨機碼不相關(guān)，經(jīng)相關(guān)處理后其頻帶在接收端被擴展，即干擾信號的能量被擴展到整個傳輸頻帶之內(nèi)，使落入信號頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低。 直擴系統(tǒng)的處理增益為碼片速率與信息數(shù)據(jù)速率的比值，即，其值越大，說明抗干擾能力就越強。稱為碼片速率Rc，通常發(fā)送信號的帶寬取決于碼片速率，一般擴頻序列的速率Rc是Mb／s的量級，有的甚至達到幾百Mb／s，而待傳輸?shù)男畔⒘鲾?shù)據(jù)的碼速率Rb較低，如數(shù)字語音信號一般為16～32kb／s。直接序列擴頻方式是直接用偽隨機編碼序列對載波進行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點有時能夠得到單用其中一種方式所得不到的特性[3]。 是指系統(tǒng)的工作頻率在一給定的脈沖時間間隔內(nèi)線性地掃過一個很寬的頻帶，形成一個帶寬很寬的掃頻信號。它是用二進制偽隨機碼控制射頻載波振蕩器輸出信號的頻率隨著偽隨機碼的變化而跳變。例如，某系統(tǒng)擴頻處理增益Gp=30dB，要求相關(guān)器輸出信嗓比(S／N)=10dB，系統(tǒng)損耗Lsys=2dB，由此可得干擾容限為Mj=30(2+10)=l8dB，也就是說，只要接收機前端的干擾功率不超過信號功率18dB，系統(tǒng)就能正常工作。干擾容限用來表示擴頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境中的工作能力。擴頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力與擴頻處理增益成正比，處理增益越大，則系統(tǒng)抗干擾能力越強。在衡量擴頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力的優(yōu)劣時，通常引入處理增益Gp來描述，它定義為接收相關(guān)處理器的輸出信噪比與輸入信噪比之比，即： Gp=輸出信號噪聲功率比/輸入信號噪聲功率比=10lg(db)= （2—2）式中：Bc為頻譜擴展后的信號帶寬，Bb為頻譜寬展前的信息信號帶寬。由接收端采用與發(fā)射端同步的代碼進行相關(guān)檢波，把被展寬有用頻譜收集起來，所形成的信息碼送給后端進行解碼。擴頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)大幾百倍至幾千倍，所以在相同的信噪比條件下，具有較強的抗噪聲干擾能力[2]。由上式可以看出，對于任意給定的信噪比S／N，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信道中無差錯地傳輸信息的速率C。 直接序列調(diào)制擴展頻譜通信系統(tǒng)，是將要發(fā)送的信息用偽隨機序列擴展到一個很寬的頻帶上去，在收端再用與發(fā)端擴展用的相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關(guān)處理，從而恢復(fù)出擴頻調(diào)制以前的信息。擴頻技術(shù)最初在無繩電話中獲得成功應(yīng)用，因為當(dāng)時已經(jīng)沒有可用的頻段供無繩電話使用，而擴頻通信技術(shù)允許與其它通信系統(tǒng)共用頻段，所以擴頻技術(shù)在無繩電話的通信系統(tǒng)中獲得了其在民用通信系統(tǒng)中應(yīng)用的第一次成功經(jīng)歷，而真正使擴頻通信技術(shù)成為當(dāng)今通信領(lǐng)域研究熱點的原因是碼分多址(CDMA)的應(yīng)用。第一個跳頻擴頻通信系統(tǒng)BLADES也在這段時期研制成功，在該系統(tǒng)中第一次利用移位寄存序列實現(xiàn)糾錯編碼。跳頻通信的思路就是在這段時期出現(xiàn)的：如果對窄帶信號使用編碼的頻率控制，則可以使其在任何時間占據(jù)寬頻段中的任何一部分，這樣敵人要進行干擾就必須維持很寬的頻段。 擴頻技術(shù)的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代中期，擴頻技術(shù)主要應(yīng)用在軍事通信和保密通信中，但是直到80年代初，隨著個人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，擴頻通信技術(shù)又在移動通信中得到廣泛的應(yīng)用，無線通信已經(jīng)成為電信產(chǎn)業(yè)最大的部門之一，經(jīng)過十年多的穩(wěn)步發(fā)展，儼然是21世紀(jì)中最有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域，到現(xiàn)在為止使用擴頻技術(shù)的用戶已經(jīng)超過一億。采用擴頻信號進行通信的優(yōu)越性在于用擴展頻譜的方法可以換取信噪比上的好處,即接收機輸出的信噪比相對于輸入的信噪比有很大改善,從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。在給定的仿真條件下，對仿真程序進行了運行測試，得到了預(yù)期的仿真結(jié)果。根據(jù)香農(nóng)定理和科捷爾尼科夫潛在抗干擾理論,通過MATLAB的仿真平臺對直擴通信系統(tǒng)進行了仿真,建立了擴頻通信系統(tǒng)仿真模型,詳細講述了各個模塊的設(shè)計,接收端同步捕獲過程采用數(shù)字匹配濾波器的原理。s potential interference theory, direct sequence spread spectrum is simulated by the simulation platform which is offered by MATLAB. And it tells the story of the design of various modules in detail. The receiver synchronization capture process adopts the principle of digital matched filter. In a given simulation conditions, I run the test simulation program and get the expectant simulation results.Key Words: direct sequence spread spectrum, munication, MATLAB 目錄1緒論 1 擴頻通信的概述 1 12 直接序列擴頻通信 3 3 4 5 6 擴頻序列 11 擴頻序列的同步捕獲 14 擴頻序列的偽碼同步 14 擴頻序列的同步捕獲 163 直接擴頻系統(tǒng)MATLAB仿真 25 直接擴頻MATLAB仿真組成框圖 25 m序列發(fā)生器 25 高斯噪聲 25 26 26 28附錄 29參考文獻 32致謝 331 緒論 擴頻通信的概述擴頻通信與光纖通信、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,它是指發(fā)送的信息被展寬到一個很寬的頻帶上,在接收端通過相關(guān)接收,將信號恢復(fù)到信息帶寬的一種系統(tǒng)[1]。由于擴展頻譜技術(shù)具有抗干擾能力強、截獲率低、多址能力強、抗多徑干擾、保密性好及測距能力強等一系列的優(yōu)點，使得擴頻通信越來越受到人們的重視[1]。在戰(zhàn)爭后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負的重要因素，戰(zhàn)后得出了“最好的抗干擾措施就是好的工程設(shè)計和擴展工作頻率的結(jié)論。麻省理工學(xué)院林肯實驗室開發(fā)的擴頻通信系統(tǒng)F9C．A／Rake系統(tǒng)被公認為第一個成功的擴頻通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的研制過程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功應(yīng)用，該系統(tǒng)也是第一個真正實用的寬帶通信系統(tǒng)。 一直到80年代初期，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)于1985年5月發(fā)布了一份關(guān)于將擴頻技術(shù)應(yīng)用到民用通信的報告，從此擴頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。目前，各個國家為了滿足R益增長的民用通信容量的需求和有效地利用頻譜資源，都紛紛提出在數(shù)字蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信和未來的個