【正文】 通信的基本概念和理論基礎 1． 2． 1 擴頻通信的定義 所謂擴頻通信，簡單的可以這樣表述：擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所占有的頻帶寬度遠大與所傳輸?shù)男畔⑺匦璧淖钚挘l帶的展寬通過編碼和調制的方法來實現(xiàn)，與所傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)無關，在接收端用相同的擴頻碼進行相關解擴及恢復所傳的 信息數(shù)據(jù)。至于為什么要用這樣寬的頻帶的信號傳輸信息 ， 在下面的理論分析中可以得到答案。信號的頻帶寬度與其持續(xù)時間近似成反比。這種很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列。正如在一般的窄帶通信中，已調信號在接收端都要進行解調來恢復所傳的信息。這種在發(fā)端把窄帶信息擴展成寬帶信號，而在收端又將其解擴成窄帶信息的處理過程，會帶來一系列好處。這可以用信息論和抗干擾理論的基本觀點來說明。 也就是說，頻帶 W 和信噪比 P/W是可以互換的。 ) （ 2）公式指出：差錯概率 Pow 是信號能量 E 與噪聲功率密度 N。這個式子說明：對于一定帶寬 ?F的信息而言，用 Gp 值較大的寬帶信號來傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強干擾條件下，通信的安全可靠。此外，對于單頻及多頻載波信號的干擾、其他偽隨機調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。 要完整版加我 625880526 2 隱蔽性好 由于擴頻信號在很寬的頻帶上被擴頻，單位頻帶內的功率很小，即信號的功率譜密度很低，所以應用擴頻碼序列擴展頻譜的序 列擴頻系統(tǒng)，可在信道噪聲和熱噪聲的背景下在很低的信號功率譜密度上通信。近年來在民用通信上，各國都在研究和在原有窄帶通信的頻帶內同時進行擴頻通信，大大提高了頻帶利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關特性和互相關特性，在接收端利用相關檢測技術進行解擴，則在分配給不同用戶不同碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取信號。 4 抗多徑干擾 在無線電通信的各個頻段，即短波、超短波、微波和光纖通信的光波中大量存在各種類型的多徑干擾。后者是設法把不同路徑來的延時的信號在接收端從時間上對齊相加，合并成較強的有用信要完整版加我 625880526 號，這就是采用梳狀濾波器的基本思路。另外，在跳頻通信系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同一信息，實際上起到了頻率分集的作用。當發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來后在接收端調出擴頻序列，比較收發(fā)兩端兩個碼序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，算出兩者之間的距離。 1． 4 擴頻通信的幾種方式 擴頻通信的框圖結構可以用如下的方框圖表示： （ 發(fā)送部分的結構框圖） （接收部分的結構框圖） 信 源 數(shù)據(jù)調制 擴頻調制 擴頻編碼發(fā)生器 信 道 擴頻解調 數(shù)據(jù)解調 信息接收 擴頻編碼發(fā)生器 同步時鐘 要完整版加我 625880526 從上面的框圖結構中我們可以看到與一般的通信方式不同，擴頻通信增加 了擴頻調制和解擴部分兩個環(huán)節(jié)。 2）跳頻擴頻系統(tǒng)（ FH_SS） 所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。首先把時間軸分成許多時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。信息信號經(jīng)過波形調制（信息調制）后，送入載波調制。信息信號經(jīng)過載波調制后形成跳頻信號，經(jīng)過信道傳輸被接收機接收。再用本地 載波與接收信號作解調（載波解調），可獲得攜帶有信息得信號，從而得到發(fā)射機發(fā)送來的信息，實現(xiàn)跳頻通信。例如：電臺的廣播節(jié)目，一般是一個發(fā)射頻率發(fā)送一套節(jié)目，不同的節(jié)目占用不同的發(fā)射頻率。如果在不斷變換的幾個載波頻率上傳送一套廣播節(jié)目，而聽眾的收音機也跟隨著不斷地在這幾個頻率上調諧接收，這樣，即 使某個頻率上受到了干擾，也能很好地收聽到這套節(jié)目。因為跳頻通信是“打一槍換一個地方”的游擊通信策略、使敵方不易發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦被敵方發(fā)現(xiàn)，通信的頻率也已經(jīng)“轉移”到另外一個頻率上了。通常我們希望頻率跳變的規(guī)律不被敵方所識破，所以需要隨機地改變以至無規(guī)律可循才好。所謂“偽隨機”，就是“假”的隨機，其實是有規(guī)律性可循的，但當敵方不知跳頻圖案時，就很難猜出其 跳頻的規(guī)律來。通常，跳頻器是由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構成的， 跳頻系統(tǒng)的頻率合成器輸出什么頻率的載波信號是受跳頻指令控制的。因此，有什么樣的跳頻指令就會產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案 ?通常，是利用偽隨機發(fā)生器來產(chǎn)生跳頻指令的，或者由軟件編程來產(chǎn)生跳頻指令。 2． 2． 2 跳頻信號的接收 定頻信號的接收設備中，一般都采用超外差式的接收方法，即接收機本地振蕩器的頻率比所接收的外來信號的載波頻率相差一個中頻，經(jīng)過混頻后產(chǎn)生一個固定的中頻信號和混頻產(chǎn)生的組合波頻率成分。為了保證混頻后獲得中頻信號，要求頻率合成器的輸出頻率要比外來信號高出一個中頻。 可以看出，跳頻器是跳頻系統(tǒng)的關鍵部件，而跳頻同步則是跳頻系統(tǒng)的該心技術。因此，為了實現(xiàn)收、發(fā)雙方的跳頻同步，收端首先必須獲得有關發(fā)端的跳頻同步的信息，它包括采用什么樣的跳頻圖案，使用何種頻率序列，在什么時刻從那一個頻率上開始起跳，并且還需要不斷地校正收端本地時鐘，使其與發(fā)端時鐘一致。 在傳送數(shù)字信息時，還應做到幀同步和位同步。 要完整版加我 625880526 2． 2． 4 跳頻信號的波形 與定頻連續(xù)信號波形不同，跳頻信號的波形是不連續(xù)的，這是因為跳頻器產(chǎn)生的跳變載波信號之間是不連續(xù)的。從 建立到消退的整個時間叫作一個跳周期，記作 Th。 圖 2－ 3 跳頻通信系統(tǒng)為了能更有效地傳送信息，要求頻率切換占用的時間越短越好。 2． 3 快跳頻系統(tǒng)的擴頻碼序列和跳頻圖案的設計 2． 3． 1 引言 具有良好的偽隨機特性和相關特性的編碼 對于擴頻通信和它的應用是非常重要的。 2 具有處處為零的互相關值。 然而，上述理想特性和目前任何編碼所不能達到的。但是 m 序列的序列數(shù)不多，序列復雜度不大。在本節(jié)中重點介紹 Gold 序列的實現(xiàn)。 產(chǎn)生 Gold 碼可以用兩種方法，一種是對應于優(yōu)選對的兩個移位寄存器串連成 2r 級的線性移位寄存器；另外一種方法是將兩個移位寄存器并聯(lián)然后模 2 加。因此 在實際的調頻通信中，要完整版加我 625880526 我們一般采用平衡的 Gold 碼序列。 在求得序列的特征相位以后，還要研究兩個處于特征相位的 m 序列優(yōu)選對的相位關系，這樣才能尋找平衡 Gold 碼。這樣，在 5MHz 帶寬內可供選用的頻道數(shù)遠大于 64 個，那么你怎樣選擇出 64個頻率來呢 ? 這就是所謂的跳頻頻率表。跳頻指令發(fā)生器主要是一個偽碼發(fā)生器。再根據(jù)此頻率，按照頻率合成器可變分頻器、置位端的要求，轉換成控制頻率合成器的跳頻指令。隨機性好，抗干擾能力也強。這樣將有利于組網(wǎng)通信和多用戶的碼分多址。下面簡單介紹一下這三種常用偽隨機序列的特點： m 序列的優(yōu)點是容易產(chǎn)生，自相關特性好，且是偽隨機的。其缺點是硬件產(chǎn)生時設備較復雜。 隨著版本的不斷升級， MATLAB 的功能越來越強大，應用范圍也越來越廣泛。而且還在不斷增加新的功能。Systems Library ）、 專 用 模 塊 和 工 具 箱 集 合（ Blocksetsamp。 如下頁所示是通信模塊的工作窗口，我們可以看到，這個工作窗口包含有信源（ Comm Source）、信宿（ Comm Sink）、信源編碼（ Source Code）、信道編碼（ Channel Code ）、調制與解調（ Munication）、信道（ Channel ）、同步（ Synchronication）等 9 個模塊庫，與 SIMULINK 一樣，也包含有一個 Demos模塊。 2 基于向量、數(shù)組和矩陣的高級程序設計語言。 6 跨平臺兼容，可以和 C 語言、 C++語言相互調用。 首先，因為快跳頻通信是擴頻通信的一種實現(xiàn)方式，所以首先介紹了擴展頻譜通信（擴頻通信）的理論基礎和基本技術，簡單介紹了擴頻通信的發(fā)展和擴頻通信的基本理 論和基本概念、擴頻通信的主要特點和應用以及在實際中幾種常見的擴頻頻通信的實現(xiàn)方式。然后重點介紹了在跳頻系統(tǒng)中，偽隨機碼（ Gold 碼）的實現(xiàn)原理和設計以及調頻圖案的設計。具體的說首先設計由偽隨機序列控制的頻率合成器是整個系統(tǒng)的核心，在設計中我很好的實現(xiàn)了在一個碼元內實現(xiàn)兩次跳頻，其實是發(fā)送端和接收端如何實現(xiàn)同步，這是跳頻系統(tǒng)的關鍵。但是在信號的接收端，對于信號的接收的仿真結果還不是很理想，這是需要進一步改進的地方。同時，還要感謝張芳娟老師，她給我提供了很好的畢業(yè)設計環(huán)境。 2020 年 9 月 2 《擴頻通信》， 查光明 ,熊賢祚編著 。電子工業(yè)出版社。人民郵電出版