【正文】 為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關特性，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)了頻率復用，使擁擠的頻譜得到充分利用。5）直擴通信速率高直擴通信速率可達 2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡性能好。 ：中北大學分校學士學位論文3直擴系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機碼的同步，以便接受機用此同步后的偽隨機碼去對接受信號進行相關解擴。上世紀 80 年代末，晶體電子技術的先進程度已經(jīng)足以提供商用的、成本效益好的直接序列擴頻系統(tǒng)。根據(jù) ITU 的標準，世界各大電信公司聯(lián)盟均提出了自己的第三代移動通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動通信系統(tǒng)的標準差異很大，但采用碼分多址技術已經(jīng)達成共識。因此，應用的驅動一直是擴頻技術發(fā)展的強大動力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動通信、無線局域網(wǎng)、全球個人通信等，擴頻技術必將發(fā)揮重要作用。CDMA 是根據(jù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質量、綜合業(yè)務、軟切換、國際漫游等要求而設計的一種移動通訊技術。它為每個用戶分配各自特定的地址碼，利用公共信道來傳輸信息。CDMA 的示意圖如21 所示，用戶信號是用 Ci 來區(qū)分的。2. B－ CDMA：寬帶碼分多址系統(tǒng)，包括 W－CDMA、CDMA2022 和 TD－SCDMA，它們分別是歐洲、美國（高通）和中國（大唐電信與西門子合作）所提出并開發(fā)的第三代移動通信標準。 CDMA 的特點：：理論上，CDMA 移動網(wǎng)的容量比模擬網(wǎng)大 20 倍。這就好像系統(tǒng)的帶寬是一間大房子，所有的人都將進入這個大房子。 系統(tǒng)的軟切換和自動跟蹤多徑信號技術，降低切換時通話中斷的可能性，這便于用戶在移動中進行通話和數(shù)據(jù)傳輸。：CDMA 系統(tǒng)中的通話保護措施可提供最佳的保密特性，防止通信過程中被竊聽和手機密碼被盜。目前擴頻通信系統(tǒng)可分為：1. 直接序列（DS）擴頻　所謂直接序列擴頻（DS：Ddirect Sequence） ，就是使用具有高碼率的擴頻序列，在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。我們先把時間軸分成許多時片，在一幀內哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制。這種擴頻調制方式主要用在雷達中，在通信中也有應用。在接收端，接收機不但接收到有用的信號，同時還接收到各種干擾和噪聲。 CDMA 的應用前景CDMA 以其本身所具有的特點及優(yōu)越性而廣泛應用于數(shù)字移動通信和個人通信系統(tǒng)中。話音數(shù)據(jù)話音數(shù)據(jù)PN 碼 載頻本地載波本地 PN碼圖 22 CDMA 通信系統(tǒng)中北大學分校學士學位論文73． 擴頻碼序列 碼序列的相關性在擴展頻譜通信中需要用高碼率的窄脈沖序列。這類碼序列最重要的特性是具有近似于隨機信號的性能。為什么要選用隨機信號或噪聲性能的信號來傳輸信息呢？許多理論研究表明，在信息傳輸中各種信號之間的差別性能越大越好。在數(shù)學上是用自相關函數(shù)來表示信號與它自身相移以后的相似性的?，F(xiàn)在來看看隨機噪聲的自相關性。如果稍微延遲一 t，對于完全的隨機噪聲，相乘以后正負抵消，積分為 0。利用這種特性，就很容易地判斷接收到的信號與本地產(chǎn)生的相同信號復制品之間的波形和相位是否完全一致。我們所能做到的是產(chǎn)生一種具有類似自相關特性的周期性信號。這樣我們很容易求出這兩個脈沖序列波形?的自相關函數(shù)，如圖 31 (d)中。而其它延遲時，自相關函數(shù)值為－1/7, 即碼位長的倒數(shù)取負?值。擴頻碼序列除自相關性外，與其他同類碼序列的相似性和相關性也很重要。如果有一定的相似性，則不完全為 0。二進制的 m 序列是一種重要的偽隨機序列，有優(yōu)良的自相關特性。在二進制移位寄存器發(fā)生器中，若 n 為級數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為 2n－1位。移位寄存器的作用為在時鐘脈沖驅動下，能將所暫存的“1”或“0”逐級向右移。D3 的變化即輸出序列。因 7 位為所能產(chǎn)生的最長的碼序列，1110010 則為 m 序列。對于何種抽頭能產(chǎn)生何種長度和結構的碼序列，已經(jīng)進行了大量的研究工作。一個碼序列的隨機性由以下三點來表征：　1. 一個周期內“l(fā)”和“0”的位數(shù)僅相差 1 位。3. 一個周期長的序列與其循環(huán)移位序列比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差 l位。在表 32 中列出長為 15 位的游程分布。例如 1110100 與向右移三位后的序列 1001110 逐位模二相加后的序列為 0111010，相當于原序列向右移一位后的序列，仍是 m 序列。理論分析指出，產(chǎn)生的 m 序列數(shù)由下式?jīng)Q定 （3??21/Fn?游程長度（比特）“1”的游程數(shù)“0”的游程數(shù) 所包含的比特數(shù)1 2 2 42 1 1 43 0 1 34 1 0 4游程總數(shù) 8 合計 15中北大學分校學士學位論文126）其中由 F(X)為歐拉數(shù)(即包括 1 在內的小于 X 并與它互質的正整數(shù)的個數(shù))。Gold 提出了一種基于 m 序列的碼序列,稱為 Gold 碼序列?！?互相關31 位自相關圖 33 自相關和互相關函數(shù)曲線如果把兩個 m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對序列模二相加，則產(chǎn)生一個新的碼序列，即Gold 序列。因為總共有 個1n?不同的相對位移，加上兩個 n 級移位寄存器可以產(chǎn)生 個 Gold 序列。這兩個 m 序列雖然碼長相同，但相加以后并不是 m 序列，也不具備 m 序列的性質。因為總共有 2n－1 個不同的相對位移，加上原來的兩個 m 序列本身，所以，兩個 m 級移位寄存器可以產(chǎn)生 2n＋1個 Gold 序列。 擴頻通信的理論基礎長期以來，人們總是想方設法使信號所占的頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源利用率。由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率 C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬 B 或提高信噪比 S/N。設信息持續(xù)on時間為 T，或數(shù)字信息的碼元寬度為 T，則信息的帶寬 Bm 為 （43）1mB?信號功率 S 為 （4T4）已調（或已擴頻）信號的寬度為 B，則噪聲功率為 （45）0NnB?將式（43）~（45）代入式（42），可得 （46）e mSTSBPffN???????????????上面公式指出，差錯概率 Pe 是輸入信號與噪聲功率之比（S/N）和信號帶寬與信息帶寬之比（B/Bm）二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。 擴頻增益和抗干擾容限擴頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴展了信號頻譜，在接收端解擴還原了信息，這樣的系統(tǒng)帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。因此，處理增益是擴頻系統(tǒng)的一個重要性能指標。 直接序列擴頻的基本原理所謂直接序列擴頻（DS），就是直接用具有高速率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。偽碼的波形如圖 42 中的第（2）個波形，其碼元寬度為 ，且取 =16 。由圖可見，當信碼 m（t）為 0 時，c（t ）與 p（ t）相同；而當信碼 m（t）為 1 時，則 c（t ）為 p（t）取反既是。圖中采用二相相移鍵控方式。這里假定平衡調制器是理想對稱，碼序列取+1 、 1 的概率相同，即調制信號無直流分量，這樣平衡調制器輸?出的已調波中，無載波分量。對于 PSK 來說，主要是看清楚已調波與調制信號之pT間的相位關系。接收端的工作原理：假設發(fā)射的信號經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯，經(jīng)過接收機前端電路（包括輸入電路、高頻放大器等），輸出仍為 。假定收端的偽碼（PN）與發(fā)端的PN 碼相同。對二元1t2st制的 0、 而言，同號模 2 加為 0，異號模 2 加為 。這一過程說明了直擴系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對信號進行擴頻與解擴處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。下面就來分析直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾和抗窄帶干擾的原理PG圖 43 為直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。解擴后的有用信號信息帶寬 BA 有用信號 干擾電平白限熱噪聲電平cRcR功率頻譜 干擾信號 ff f圖 43 直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖（a）接收機輸入的信號及干擾的功率譜 （b）相關器輸出的信號及干擾的功率譜對單頻或窄帶干擾，直擴系統(tǒng)有很強的抗干擾能力。中北大學分校學士學位論文20A A解擴后的有用信號干擾被擴展頻譜有用信號窄帶干擾信號 2cRf ifff c（a）未解擴的功率譜 （b）解擴后的功率譜圖 44 直擴系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖 直擴信號的抗截獲性 截獲敵方信號的目的在于： 1. 發(fā)現(xiàn)敵方信號的存在， 2. 確定敵方信號的頻率，3. 確定敵方發(fā)射機的方向?！? 如果滿足直擴信號在接收機輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機發(fā)現(xiàn)不了直擴信號的存在。 直擴碼分多址通信系統(tǒng) 多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個用戶都可以通信，而且許多對用戶同時通信時互不不擾。對于其他用戶發(fā)來的別的信號，因 PN 碼不同時互相關值很小，不會被解擴出來。實現(xiàn)直擴碼分多址通信值得注意的問題有： 1. 是要選擇有優(yōu)良互相關特性的碼。 中北大學分校學士學位論文212. 是要注意克服“遠－近”問題。 因此，直擴碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。不同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達時間的延遲也不同。另外，如果采用不同時延的匹配濾波器，把多徑信號分離出來，還可以變害為利，將這些多徑信號在相位上對齊相加，起到增加接收信號能量的作用。如果測定了電波傳播的時間，也就測定了距離。此外，有了精確的測距的定時系統(tǒng)，不難形成一個精確的定位系統(tǒng)；按照簡單的幾何關系，已知兩個點的位置(座標)和距離，及其在某一平面上分別與第三點的距離，也就能確定第三點的座標位置。只有實現(xiàn)了這些同步，直擴系統(tǒng)才能正常的工作。對于載頻同步來說，主要是針對相干解調的相位同步而言。但引起不確定性的因素有以下一些：1. 收發(fā)信機的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差。 同步系統(tǒng)的作用就是要實現(xiàn)本地產(chǎn)生的 PN 碼與接收到的信號中的 PN 碼同步，即頻率上相同，相位上一致。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)能加以調整，使收發(fā)信號仍然保持同步。此時搜捕器件，調整壓控鐘源，調整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地脈序列偽重復頻率和相位，以搜捕有用信號。因而出現(xiàn)了各種以 MATLAB 為基礎的工具箱，應用于自動控制、圖像信號處理、生物醫(yī)學工程、語音處理、信號分析、時序分析與建模、優(yōu)化設計等廣泛的領域，表現(xiàn)出了一般高級語言難以比擬的優(yōu)勢。MATLAB 通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用 SIMULINK 模塊框圖進行仿真和用 MATLAB 函數(shù)進行的仿真兩種。某些特定的應用會要求采用兩種仿真方式中的一種，但無論是哪種，仿真的結果是相同的。其中，標題欄用于顯示打開文件的名稱：菜單欄包括“File” 、 “Edit”、 “Web”、“Window”、和“Help”5 個菜單；工具欄包括了一些常用的操作圖標，單擊它們 MATLAB 可立即執(zhí)行相應操作。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型就像用手和紙來畫一樣容易。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。 Simulink 窗口環(huán)境在 MATLAB 窗口工具欄中單擊“ ”圖標，或在 Command window 窗口中鍵入命令：simulink即可啟動 Simulink 的模塊庫瀏覽器，如圖 52 所示中北大學分校學士學位論文25圖 52 Simulink 的模塊庫瀏覽器Simulink 的模塊庫瀏覽器主要用于瀏覽及選擇模塊，MATLAB 為模型的搭建、仿真提供了一個專用的 Simulink 模型編輯窗口。在連接時，可在連接線交點處按下“Shift ”鍵，再釋放鼠標左鍵； 3）移動連接線位置的方法是，選中連接線，在連接線的各轉角處出現(xiàn)小方塊，鼠標選中所需方塊，拖動到合適位置后釋放鼠標左鍵； 4）增加連接線轉折點的方法是，選中連接線，鼠標移到所需增加轉折點處，按下“Shift”鍵，點擊鼠標左鍵，移動轉折點到所需位置； 3）連接線的復制、粘貼和剪切等操作方法與 Windows 對應的操作方法相同； 2．功能模塊的參數(shù)設置使用者需設置功能模塊參數(shù)后，方可進行仿