【正文】 不可能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。 1． 2 直序擴頻系統(tǒng)的特 點 : ： 1） 抗干擾性強 抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了 100 倍，如要保持原干擾強度，則需加大 100 倍總功率，這實質(zhì)上是難以實現(xiàn)的。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。 直擴系統(tǒng)的發(fā)展 由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。 無線擴頻通信作為另一種有效的補充通信手段 ,已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。與使用時分多路的 GSM 技術(shù)不同， CDMA 并不給每一個通話者分配一個確定的頻率，而是讓每一個通信都使用全部的頻率，使大量用戶能夠共享同一個無線頻率。 1. N－ CDMA：窄帶碼分多址系統(tǒng)，在美國又稱為 IS－ 95。 f Ci 碼 t 圖 21 CDMA 的示意圖 中北大學分校學士學位論文 5 2. 系統(tǒng)容量配置靈活：這是 由 CDMA 的原理決定的。 音 質(zhì)量好： CDMA 系統(tǒng)話音質(zhì)量很高，其通話質(zhì)量已經(jīng)接近了固定電話的效果。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。接收端經(jīng)過解調(diào)、解擴恢復出話音數(shù)據(jù)。 在向第三代移動通信標準的演進中，靠目前的 GSM和模擬系統(tǒng)已遠不能滿足要求， 第三代 CDMA20xx的開發(fā)策略是對以 IS95標準為藍本的 CDMA系統(tǒng)的平滑升級， CDMA20xx 1X在商用化進程方面處于領(lǐng)先階段， CDMA20xx 1X 技術(shù)使得運營商可以靈活地引入多種先進數(shù)據(jù)服務(wù)來滿足逐漸增長的市場需求，而且運營商可以在當前的 頻帶內(nèi)就享用 3G 的能力。但是，真正的隨機信號和噪聲是不能重復再現(xiàn)和產(chǎn)生的。 上式的物理概念是 f(t)與其相對延遲的 ? 的 ? ?ft?? 來比較 : 如二者不完全重疊，即 0?? ，則乘積的積分 ??a??為 0； 如二者完全重疊，即 0?? ；則相乘積分后 ??a??為一常數(shù)。在其他 t 時，其值為 0。例如二元碼序列1110l00 為碼長為 7 位的 PN 碼。自然這種碼序列就被稱為偽隨機碼或偽噪聲碼。通常希望兩個信號的互相關(guān)值越小越好，則它們越容易被區(qū)分，且相互之間的干擾也小。 圖 32 (a)為一最簡單的三級移位寄存器構(gòu)成的 m 序列發(fā)生器。在輸出周期為 32 － 1＝ 7 的碼序列后， D D D3 又回到 111 狀態(tài)。 例如 4 級移位寄存器產(chǎn)生的 15 位 的 m 序列之一為 111101011001000。例如上述 7 位碼中有 4 個“1” 和 3個 “0” 。 如 7 位 m序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為 111， 110， 101， 010， 100， 00l和 011，然后再回到初始狀態(tài) 111。 如有兩個 m 序列，它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對值有界，且滿足以下條件： ? ? ? ?12122 1 ,21nnnRn???? ??? ?? ??為 奇 數(shù)， 為 偶 數(shù) 不 是 4 的 倍 數(shù) （ 37） 我們稱這一對 m 序列為優(yōu)選對。 例如 n=5， m序列只有 6 個，而 Gold 序列數(shù)為 52 1 33?? 。 中北大學分校學士學位論文 14 4． 直接序列擴頻 通信 技術(shù) 直接序列擴頻的概念及理論基礎(chǔ) 直接序列擴頻的概念 所謂直接序列 (DS： Direct Sequence)擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送 端去擴展信號的頻譜。擴頻通信就是用寬帶 傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處 。一般把擴頻信號帶寬 W 與信息帶寬 △F 之比稱為處理增益PG ， 即 P WG F? (47) 它表明了擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。圖 41示出了直擴通信系統(tǒng)的原理方框圖 中北大學分校學士學位論文 16 0 0 0? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0 0 0? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 3） ? ? ? ? ? ?c t m t p t?? 000000 ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 4）載波 0 0 0 0 0 0? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 （ 1）信碼 m（ t） （ 2）偽碼 p（ t） （ 5） PSK 已調(diào)波 ??1st （ 7） ??2st相位 （ 6） ??1st相位 （ 9）解調(diào)輸出 （ 8）中頻調(diào)相 圖 42 直擴通信系統(tǒng)的主要相位或波形 圖 41 直擴通信系統(tǒng)的組成框圖 信息 信碼 m(t) BPSK 調(diào)制 載波 PN 碼 擴頻解調(diào) 本地 PN 碼 BPSK 解調(diào) 本地載波 中北大學分校學士學位論文 17 在發(fā)送端輸入信息碼元 m（ t），它是二進制數(shù)據(jù)，圖中為 0、 1 兩個碼元，其碼元寬度為 bT 。其擴展處理增益也可用下式表示 1 0 l gbp pTG T? （ 4— 10） 在 bT 一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度（碼片寬度） pT 越窄，則擴頻處理增益越大。 通常載波頻率較高，或者說載波周期 cT 較小，它遠小于偽碼的周期 pT ，即滿足 cT pT 。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴。然后通過中頻濾波器。相關(guān)處理前，信號頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，有用信息被解擴，其功率譜集中于信息帶寬內(nèi)，而寬帶干擾通過相關(guān)器，其功率譜密度基本不變。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。 具體的做法是給每一個用戶分配一個 PN 碼作為地址碼。同時還需要有一定的數(shù)量。 直擴系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 多徑信道就是發(fā)射機和 接收機之間電波傳播的路徑不止一條。 直擴測距定時系統(tǒng) 直擴系統(tǒng)的發(fā)展是從測距開始的。擴頻通信系統(tǒng)也不例外。因此，這里我們只需討論 PN 碼碼元和序列的同步。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對方發(fā)來的信號與本地信號在相位之差納入同步保持范 圍內(nèi)，即在 PN 碼一個時片內(nèi)。此時搜捕器件，調(diào)整壓控鐘源，調(diào)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。 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。對于載頻同步來說，主要是針對相干解調(diào)的相位同步而言。 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(guān)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。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。 因此，直擴碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。 A 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 2cR f if f cf cf （ 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 中北大學分校學士學位論文 20 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(guān)特性的碼。 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。 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。 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 圖 43 為直擴系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖 。對二元制的 0、 ? 而言，同號模 2 加為 0，異號模 2 加為 ? 。 中北大學分校學士學位論文 18 接收端的工作原理： 假設(shè)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 ??1st 。這里假定平衡調(diào)制器是理想對稱，碼序列取 + ? 1 的概率相同，即調(diào)制信號無直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中，無載波分量。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。 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。 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。 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。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。因為總共有 21n? 個不同的相對位移，加上兩個 n 級移位寄存器可以產(chǎn)生 21n? 個 Gold 序列。Gold 提出了一種基于 m 序列的碼序列 ,稱為 Gold 碼序列。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。 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 。對于何種抽頭能產(chǎn)生何種長度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進行了大量的研究工作。 D3 的變化即輸出序列。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。如果有一定的相似性，則不完全為 0。而其它延遲時，自相關(guān)函數(shù)值為－ 1/7, 即碼位長的倒數(shù)取負值。我們所能做到的是產(chǎn)生一種具有類似自相關(guān)特性的周期性信號。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。 在數(shù)學上是用自相關(guān)函數(shù)來表示信號與它自身相移以后的相似性的。這類碼序列最重要的特性是具有近似于隨機信號的性能。 CDMA 的應(yīng)用前景 CDMA 以其本身所具有的特點及優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動通信和個人通信系統(tǒng)中。這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達中，在通信中也有應(yīng)用。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。 系統(tǒng)的軟切換和自動跟蹤多徑信號技術(shù)，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 的特點： ：理論上， CDMA 移動網(wǎng)的容量比模擬網(wǎng)大 20 倍。 CDMA 的示意圖如 21 所示，用戶信號是用 Ci來區(qū)分的。 CDMA是根據(jù)現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換、國際漫游等要求而設(shè)計的一種 移動通訊技術(shù)。 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(shù)已經(jīng)達成共識 。 ： 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(guān)解擴。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關(guān)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。一次調(diào)制為擴頻調(diào)制，二次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的解擴和射頻解調(diào)。 直序擴頻通信系統(tǒng)的工作原理 如圖 11所示 。 它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供安全保障 , 是美軍重要的無線保密通信技術(shù) 。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明?！菊?直接序列擴頻通信系統(tǒng) （ DSCDMA） 因其抗干擾性強、 隱蔽性好、易于實現(xiàn)碼分多址（ CDMA）、抗多徑干擾、直擴通信速率高等眾多優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中 。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 這種 技術(shù) 是 將要發(fā)送的信息用偽隨機碼（ PN 碼）擴展到一個很寬的頻帶上去，在