【正文】 中期發(fā)展起來的。在此后的二十多年中，擴頻通信技術(shù)得到較大的發(fā)展，但一直到80年代初期，擴頻通信都只是在軍事通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這種狀況到了80年代中期才得到改變，個人通信業(yè)務(wù)（PCS）的發(fā)展使擴頻技術(shù)終于迎來了另一次大發(fā)展的機遇?！　?0年代初，在第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了PCS研究的熱潮。采取第一種方案將要遇到巨大的政治和經(jīng)濟阻礙——當時只有政府使用的一些頻段還比較寬松，因此只能是讓政府用戶換用其它頻段來為PCS騰出頻譜資源；同時換用頻段意味著已有設(shè)備的射頻部分需要改造。利用擴頻碼的自相關(guān)特性能夠?qū)崿F(xiàn)對給定用戶信號的正確接收；將其他用戶的信號看作干擾，利用擴頻碼的互相關(guān)特性，能夠有效抑制用戶之間的干擾。擴頻通信技術(shù)也在民用通信中找到更為廣闊的應(yīng)用空間，而關(guān)于CDMA技術(shù)的研究熱潮也一直延續(xù)到現(xiàn)在。而信號處理技術(shù)、大規(guī)模集成電路和技術(shù)的發(fā)展，推動了擴頻通信理論、方法、技術(shù)等各方面的發(fā)展和應(yīng)用普及。直接序列擴頻方式直接用偽噪聲序列對載波進行調(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。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。 為了解調(diào)跳頻信號，需要有與發(fā)端完全相同的本地擴頻碼去控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收信號差頻出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息?？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。只要收發(fā)兩端在時間上嚴格同步進行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息。(Chirp Modulation)工作方式，簡稱Chirp方式如果發(fā)射的射頻脈沖信號在一個周期內(nèi)，其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。 在接收端，線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器對其進行壓縮，把能量集中在一個很短的時間內(nèi)輸出，從而提高信噪比，獲得處理增益。一般來說，線性調(diào)頻在通信中較少應(yīng)用。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。 對于DS／TH方式，它相當于在擴頻方式中加上時間復(fù)用。 對于DS／FH／TH，它把三種擴頻方式組合在一起，在技術(shù)實現(xiàn)上肯定是很復(fù)雜的。從式（）中可看出，增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。 擴頻通信就是根據(jù)該信道容量的公式，通過擴展頻譜來拓展信道容量。因此，擴頻通信在調(diào)制、解調(diào)上都與眾不同。顯然，當接收端不知道發(fā)送來的擴頻信號所使用的偽隨機編碼時，要進行擴頻是相當困難、甚至是不可能的，這時實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的保密通信。1 抗干擾性強擴頻通信系統(tǒng)的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性能越強，從理論上講，擴頻通信能把信號從噪聲淹沒中提取出來。例如，處理增益為30dB，則接收機可在15~20dB的信噪比下提取信號，除去內(nèi)部損耗約2dB外，接收機還能在干擾信號比有用信號強18dB的條件下，仍有不小于10dB的工作信噪比，既有10dB的余量做信號解調(diào)，進行正常通信。此外，對于單頻及多頻載波信號的干擾、其他偽隨機調(diào)制信號的干擾以及脈沖正弦信號的干擾等，擴頻系統(tǒng)都有抑制干擾提高輸出信噪比的作用。要保持原有的干擾強度，必須加大10倍總功率，這在實際的戰(zhàn)場條件下有時是很難實現(xiàn)的。信號既然被淹沒在噪聲里，敵方就很難發(fā)現(xiàn)有信號的存在，想進一步檢測信號的參數(shù)就更困難了。特別是對于一些信息的通信服務(wù)，如個人通信服務(wù)，采用擴頻碼分多址方式時，理論和實踐證明，不需要分配另外的頻段即可實現(xiàn)，因而引起了廣泛的重視。這樣，在一個寬頻帶上，許多對用戶可以同時通話而不相互干擾，這與利用頻帶分割或時間分割方法實現(xiàn)多址通信的概念相類似，即用不同的碼型進行分割，所以稱為碼分多址（CDMA）。長期以來，抗多徑干擾問題始終是一個難以解決的問題之一。這兩種基本方法在擴頻通信中都是很容易實現(xiàn)的，可以利用擴頻碼序列之間的相關(guān)性，在接收端用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間很短。目前廣泛應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)也就是利用擴頻信號的這一特點來精確定位和定時的。頻域和時域的關(guān)系由下式確定。這時信號頻域和時域關(guān)系式為 ()式中變量。(b)是它的接收系統(tǒng)。一般偽隨機碼的速率是Mbps的量級，有的甚至達到幾百Mbps。c(u,t)復(fù)合信號對載波調(diào)制(直接序列擴頻一般用PSK調(diào)制)后，通過發(fā)射機和天線送入信道中傳輸。在接收端用一個和發(fā)射端同步的偽隨機碼所調(diào)制的本地信號與接收到的s(u,t) 進行相關(guān)處理 。c(u,t)現(xiàn)代擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，發(fā)射增加了一個高速率的偽隨機碼，并與數(shù)字信號實現(xiàn)波形相乘，接收端增加一個本地擴頻碼，與接收到的信號進行一次相關(guān)解擴。 首先，擴展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)可用香農(nóng)(C對于任意給定的信噪比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。這是因為高斯白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜為 ()它的自相關(guān)函數(shù)為 ()其中：，為時延， ()白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有函數(shù)的特點，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。當偽隨機序列碼長p取足夠長或時，式()可簡化為 ()比較式()和式()，可看出它們比較接近，當碼長p足夠長時，式()就逼近式()。擴頻通信在理想傳輸信道的情況下，能準確解調(diào)傳送的信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。擴頻通信抗干擾能力的兩個重要的參數(shù)為處理增益和干擾門限。 在實際中，器件的非線性以及碼元跟蹤誤差會導(dǎo)致信噪比損失，且在輸入信噪比很低時存在門限效益，把實際允許的輸入干擾電平稱為“干擾門限”，而實際上輸入干擾與信號功率之比較干擾門限還要低。 T〈時多徑傳輸信號示意圖多徑干擾是由于電波傳播過程中，遇到各種反射體(如電離層、對流層、高山和建筑物等)引起反射和散射，在接收端收到的直接路徑信號與這些群反射信號之間的隨機干涉形成的。其中是各路徑射束間最大時延，T是信號每個碼元的持續(xù)時間(碼元寬度)。為使錯誤概率不超過某個規(guī)定值，就應(yīng)提高信號碼元的能量，也就是要提高信號的功率，當傳輸速率提高時，更需進一步增加信號的功率。從而減輕了多徑衰落的程度。所以多徑衰落在常規(guī)通信體制中是一個難于圓滿解決的問題。對于擴頻通信來說，提高頻帶利用率，就必須提高擴頻通信的多址能力，或者提高擴頻通信的數(shù)據(jù)傳輸能力。FDMA是把系統(tǒng)中的寬頻帶分成若干個窄的子頻帶，每個子頻帶再分配給每個用戶，即在FDMA系統(tǒng)中，所有的用戶同時發(fā)射各自占用一個窄的子頻帶；TDMA是把每個頻分信道再分成若干時隙，把每個時隙分配各每個用戶。其他的用戶的帶寬仍是寬帶信號，因而不能接收，這樣使各用戶之間的擴頻編碼彼此互相影響極小，能在同一寬頻內(nèi)互不干擾地發(fā)送和接收信號實現(xiàn)多址傳輸。第三章 擴頻偽隨機序列具有良好偽隨機特性和相關(guān)特性的擴頻編碼對于擴頻通信的應(yīng)用是非常重要的，在擴頻通信系統(tǒng)中，抗干擾、抗截獲、信息數(shù)據(jù)隱蔽和保密、抗多徑干擾和抗衰落、多址通信、實現(xiàn)同步與捕獲等都是與擴頻編碼的設(shè)計密切相關(guān)的。1976年L. R. Welch推導(dǎo)出一個序列集最大的自相關(guān)和互相關(guān)低限，是擴頻編碼設(shè)計中努力去達到的目標。1976年R. Gold提出了新的一類序列：Gold序列，它的自相關(guān)旁瓣值和互相關(guān)值與m序列的互相關(guān)值一樣，序列數(shù)目大大增加，序列復(fù)雜度也略有改善，是又一重要的擴頻序列。非線性理論的研究和發(fā)展，造成非線性擴頻序列的問世。移位寄存器產(chǎn)生的序列，有線性反饋結(jié)構(gòu)、非線性反饋結(jié)構(gòu)和非線性前饋結(jié)構(gòu)方式。移位寄存器是由外部時鐘控制，來一個時鐘脈沖移位一次，同時相加反饋一次。當?shù)诙€脈沖時鐘作用時，重復(fù)上述過程。0=0因此，這個移位寄存器的反饋函數(shù)是： 這個移位寄存器稱為n階移位寄存器。也就是說，該移位寄存器產(chǎn)生的序列是最大長度序列；否則，是非最大長度序列。（）的序列是最大長度序列。(a)的移位寄存器反饋系數(shù)，；(b)的移位寄存器反饋系數(shù)。對線性移位寄存器的數(shù)學描述是移位寄存器的特征多項式。對移位寄存器序列，其中，表示0時刻的序列值，表示1時刻的序列值……，一直到無窮。如果n階移位寄存器的特征多項式 ，即特征多項式可分解成部分多項式相乘的多項式，那么，總可以利用部分因式分解，得出： 其中，是階的；是階的，有。代數(shù)理論的嚴格證明表明，特征多項式為本原多項式（本原多項式一定是最簡多項式）的移位寄存器一定能生成周期為的最大長度序列。其中“+1”的游程和“1”的游程數(shù)目相同。游程分布的隨機性把一個序列中取值(1 或 0)相同連在一起的元素合稱為一個游程。m序列的一個周期(p=2n1)中，游程總數(shù)為2n1。 例如，mp=0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1， …mp延遲兩位后得mr, 再模二相加mr=0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0，…ms=mp +mr=0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 ，…可見，ms=mp+mr為mp延遲 8 位后的序列。記作 （）當采用二進制數(shù)字 0 和 1 代表碼元的可能取值時 （） （）由移位相加特性可知，新序列仍是m序列， 所以上式分子就等于m序列中一個周期中 0 的數(shù)目與 1 的數(shù)目之差。 而且R(j)是偶函數(shù)， 即 （）RaNTc NTc 0 m序列信號的自相關(guān)函數(shù) (N+1)Tc (N1)Tc Tc Tc (N1)Tc (N+1)Tc 這種結(jié)果表明：m序列的自相關(guān)函數(shù)只有兩種取值（0）和（1/p），把這種只有兩種取值的自相關(guān)函數(shù)序列稱為雙值自相關(guān)序列。例如n=5，表上給出了[2,5]、[2,3,4,5]、[1,2,4,5]，其中，[2,5]：；[2,3,4,5]：；[1,2,4,5]：。在MATLAB中，不同應(yīng)用領(lǐng)域的專用庫函數(shù)和模板匯集起來作為工具箱添加到MATLAB的軟件包中。2基于向量、數(shù)組和矩陣的高級程序設(shè)計語言。6跨平臺兼容，可以和C語言、C++語言相互調(diào)用。 %周期a=[1 0 1 0 0]。 a(5)=a(4)。 a(1)=temp。 %長度t=[0:1:T1]。)。 L=length(s1)。 end figure plot(corr1)。 a=[1 0 1 0 0]。temp2=xor(a(2),temp1)temp=xor(temp2,a(1))。 a(2)=a(1)。 end end T=length(ll)。L=length(s1)。 end figure(3)。title(39。plot(1:length(corr1),corr1,39。)。第三章介紹了m序列游程分布的隨機性，一般說來，在q元n級m序列的一個周期p中，游程總數(shù)為。同時在上面的序列中1的個數(shù)有16個比0的個數(shù)多一個，這也印證了m序列的均衡性。由數(shù)字“1”和“0”構(gòu)成的二進制序列的互相關(guān)函數(shù)就可以改寫為 （）式中，A表示兩個序列在一個周期中對應(yīng)元素相同的個數(shù)，或兩序列模二加后0的個數(shù)；D表示兩序列在一個周期中對應(yīng)元素不同的個數(shù)，或兩序列模二加后為1的個數(shù)；p表示一個序列中元素的總數(shù)，即序列長度，p=A+D。以下是直擴序列實現(xiàn)的源程序和圖形。 m=length(a)。 a(4)=a(3)。 end end n=length(s)。 plot(t,ss) axis([0 T1 ]) d=round(rand(1,16))。 end signal=[signal sig]。 title(39。 q=signal(1:length(ss)).*ss。第五章 結(jié)論 本論文主要針對直擴信號發(fā)生器的設(shè)計，介紹了擴頻通信的基本原理，在Matlab平臺上實現(xiàn)了m序列生成和直序擴頻調(diào)制，并對m序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性進行了仿真分析。第四章詳細說明了在Matlab環(huán)境中對m序列和直序擴頻信號的仿真及對m序列相關(guān)特性進行的分析，給出了源程序和仿真結(jié)果。其次，同是做Matlab仿真的廖峰同學在設(shè)計的過程當中經(jīng)常和我交流討論，也幫助我解決了一些問題，在此一并表示感謝。 % 初始狀態(tài)m=length(a)。 a(4)=a(3)。 end end n=length(s)。 plot(t,ss)。axis([0 T1 ])。 for delta=1:n s2=[zeros(1,delta) s1(1:Ldelta)]。title(39。 m=length(a)。 a(5)=a(4)。 a(1)=temp