【正文】 在接收端收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)（一般采用相干解調(diào)）。 （ 4） 抗多徑干擾 無(wú)線通信中抗多徑 （發(fā)射的信號(hào)經(jīng)多條不同路徑傳播） 干擾一直是難以解決的問(wèn)題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。 例如人類(lèi)的語(yǔ)音的信息帶寬為 300Hz 3400Hz，電視圖像信息帶寬為數(shù) MHz。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 三、在接收端用相關(guān)解調(diào)來(lái)解擴(kuò) 正如在一般的窄帶通信中，已調(diào)信號(hào)在接收端都要進(jìn)行解調(diào)來(lái)恢復(fù)所傳的信息?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。 在上述幾種基本的擴(kuò)頻方式的基礎(chǔ)上，可以組合起來(lái)，構(gòu)成各種混合方式。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 擴(kuò)頻通信原理圖 擴(kuò)頻通信是數(shù)字通信，特別適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸，擴(kuò)頻通信自身具有加密功能，保密性強(qiáng)，便于開(kāi)展各種通信業(yè)務(wù)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。 因此，只靠提高頻率源的穩(wěn)定度是不夠的，需要采取進(jìn)一步提高同步速率和精度的方法。 圖 滑動(dòng)相關(guān)器的方框圖 圖 滑動(dòng)相關(guān)器的流程圖 接收到的信號(hào)與本地 PN 碼相乘后再積分，即求出它們的互相關(guān)值，然后在門(mén)限檢測(cè)器中某一門(mén)限值比較，以判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。做到這一點(diǎn)有時(shí)是困難的。因此，可以利用卷積運(yùn)算的器件來(lái)代替相關(guān)器或匹配濾波器進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)或搜捕。 跟蹤環(huán)路可分為相干與非相干兩類(lèi)。此即鎖相環(huán)的鑒相特性。此外，另加一相關(guān)器，還可以起到解碼的作用。 在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來(lái)表示信號(hào)與它自身相移以后的相似性的。如果用 ＋ 1， － 1 脈沖分別表示“ 1”和“ 0”，則其波形和它相對(duì)延遲 t 個(gè) 時(shí)片的波形。在一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段內(nèi)用一組新的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號(hào)的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)展。在圖 (c)中示出，在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，三級(jí)移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。 ―1‖和 ―0‖的游程數(shù)相等。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬比例有關(guān)。故直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)這類(lèi)干擾有很好的抗干擾性。 直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。避免了用手勢(shì)、送話沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 器和人工錄入及報(bào)價(jià)而產(chǎn)生的不準(zhǔn)確和時(shí)間延誤所造成的損失。 （ 7）展覽和會(huì)議在大型會(huì)議和展覽等臨時(shí)場(chǎng)合可在極短的時(shí)間方便的得到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。 在 MATLAB 通信工具箱中 有 SIMULINK 仿真模塊和 MATLAB 函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。這些窗口不是MATLAB 圖形 窗口。每一條連線可以傳送標(biāo)量和矢量信號(hào)．而輸出端口和輸入端口就是使用連線和分支線連接起來(lái)的。 引用模塊 ——庫(kù)模塊的拷貝。 Simulink 模 塊庫(kù)窗口中顯示代表各個(gè)模塊庫(kù)的圖標(biāo)。與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有簡(jiǎn)潔和智能化程度高的特點(diǎn)，而且適應(yīng)科技專(zhuān)業(yè)人員的思維方式 和書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。還可以訪問(wèn)中央專(zhuān)家系統(tǒng)以幫助診斷或預(yù)測(cè)藥物的相互作用和反應(yīng)。 擴(kuò)頻通信的應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1）金融服務(wù)。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號(hào)的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)與估值問(wèn)題。 對(duì)于部分頻帶噪聲干擾，由于能量相對(duì)集中，對(duì)直擴(kuò)系 統(tǒng)的危害比寬帶噪聲要大一些。 m序 列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生 m序列。同理我不難得到 3 6 12 25 51 l023… 位的 m序列。 圖 (a) 輸入 輸出 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 圖 (b) D1 D2 D3 1 1 1 0 1 1 D1 D2 D3 鐘脈沖 輸出1110010 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 圖 (c) 圖中 Dl、 D D3 為三級(jí)移位寄存器，為模二加法器。如果有一定的相似性，則不完全為 0。因?yàn)槲覀儾荒墚a(chǎn)生兩個(gè)完全相同的隨機(jī)信號(hào)。 為什么要選用隨機(jī)信號(hào)或噪聲性能的信號(hào)來(lái)傳輸信息呢？許多理論研究表明，在信息傳輸中各種信號(hào)之間的差別性能越大越好。但它多了一個(gè) ?— 抖動(dòng)環(huán)信號(hào)發(fā)生器。按照 PN 碼相 關(guān)特性。也就是無(wú)論什么外界因素引起收發(fā)兩端PN 碼的頻率或相位偏移，同步系統(tǒng)總能使接收端 PN 碼跟蹤發(fā)端 PN碼的變化。如有失配情況，則影響同步質(zhì)量。如未超過(guò)門(mén)限，則繼續(xù)上述過(guò)程。 下面介紹三種常用的搜捕方法： (1)滑動(dòng)相關(guān)搜捕法 當(dāng)收到的 PN 碼序列與本地 PN碼序列的鐘頻不同時(shí)，在示波器上可以看到兩個(gè)寬帶濾波器 解調(diào)器 搜捕器件 壓控鐘源 PN 碼發(fā)生器 碼跟蹤器 輸出 接收信號(hào) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 序列在相位上相互滑動(dòng)。 (2) 一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過(guò)程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。 輸出數(shù)據(jù) 調(diào)制器材 信道編碼器 信 道 解調(diào)器 信道解碼器 偽隨機(jī)序列發(fā)生器 偽隨機(jī)序列發(fā)生器 信息序列 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 直接序列擴(kuò)頻通信 的 擴(kuò)頻 和解擴(kuò) 過(guò)程 圖 信息的頻譜擴(kuò)展過(guò)程 圖 擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)過(guò)程 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 由上 圖 易得如下結(jié)論 ： （ 1） 在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的 PN 碼調(diào)制以后，頻譜被擴(kuò)展了。 除此以外，擴(kuò)頻通信還具有如下特征 : 它 是一種數(shù)字傳輸方式； 帶寬的展寬是利用與被傳信息無(wú)關(guān)的函數(shù) (擴(kuò)頻函數(shù) )對(duì)被傳信息進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的； 在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。其作用機(jī)理是對(duì)不同頻率的延遲時(shí)間不一樣。而跳頻系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)、甚至上干個(gè)頻率、由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。 如下面介紹的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)就是采用這種方法獲得擴(kuò)頻信號(hào)。 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)序列擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號(hào)接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。 序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理如圖 所示。在容許無(wú)線設(shè)備公開(kāi)使用的電磁環(huán)境里，它對(duì)其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時(shí)對(duì)附近其他設(shè)備有更高的抗擾性。 本文以擴(kuò)頻通信理論為基礎(chǔ)，用 MATLAB 工具箱中的 Simulink 通信仿真模塊和MATLAB 函數(shù)對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，在給定條件下運(yùn)行了仿真程序，得到了預(yù)期的結(jié)果。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方的重視，直到十九 世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無(wú)線通信系統(tǒng)。隨著科技的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。 （ 2） 隱蔽性好 因?yàn)樾盘?hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號(hào)功率譜密度很低，信號(hào)淹沒(méi)在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難拾取有用信號(hào)，而極低的功率譜密度，也很少對(duì)于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。最后提到了本文所用到的參考文獻(xiàn)。信號(hào)的頻帶寬度與其持續(xù)時(shí)間近似成反比。 所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。它和掃頻信號(hào)發(fā)生 器產(chǎn)生的信號(hào)一樣。 對(duì)于 DS／ FH／ TH，它把三種擴(kuò)頻方式組合在一起，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上肯定是很復(fù)雜的。 （ 6） 接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，或采用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)信號(hào)。 同步系統(tǒng)的作用就是要實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的 PN 碼與接收到的信號(hào)中的 PN 碼同步，即頻率上相同，相位上一致。所有的搜捕方法的共同特點(diǎn)是用本地信號(hào)與收到的信號(hào)相乘 (即相關(guān)運(yùn)算 )，獲得二者相似性的量度，并與一門(mén)限值相比較，以判斷其是否捕獲到有用信號(hào)。圖 中示出，從收到的碼信號(hào)中，先把 PN 碼檢測(cè)出來(lái)，通過(guò)開(kāi)關(guān) “ 1” 進(jìn)入到 n 級(jí) PN 碼發(fā)生器 的移位寄存器中。顯然， PN 碼越長(zhǎng)，級(jí)數(shù)越多， Gp 越高?？捎?AGC 以限制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。輸入 PN 碼信號(hào)分別與本地產(chǎn)生的延遲相 差 1 個(gè)比特的 PN 碼進(jìn)行 相關(guān)運(yùn)算。所以從移位寄存器 末級(jí)取出的 PN 碼序列經(jīng)過(guò) l／ 2 時(shí)片延遲后可以作為解碼相關(guān)器支路的本地 PN碼參考信號(hào)，它正為與收到的信號(hào)相位一致。因?yàn)樵肼暰哂型耆碾S機(jī)性，也可以說(shuō)具有近似于噪聲的性能。利用這種特性，就很容易地判斷接收到的信號(hào)與本地產(chǎn)生的相同信號(hào)復(fù)制品之間的波形和相位是否完全一致。例如有許多用戶(hù)共用一 個(gè)信道，要區(qū)分不同用戶(hù)的信號(hào)，就得靠相互之間的區(qū)別或不相似性來(lái)區(qū)分。在二進(jìn)制移位寄存器發(fā)生器中，若 n 為級(jí)數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為 2n－ 1 位。對(duì)于何種抽頭能產(chǎn)生何種長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作。 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(dāng)于原序列向右移一位后的序列，仍是 m序列。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 對(duì)于寬帶噪聲，經(jīng)過(guò)解擴(kuò)中與本地 PN 相乘以后相關(guān)輸出仍然是寬帶噪聲，且噪聲功率譜密度不變。 如果滿(mǎn)足直擴(kuò)信號(hào)在接收機(jī)輸入端的功率低于或與外來(lái)噪聲及接收機(jī)本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機(jī)發(fā)現(xiàn)不了直擴(kuò)信號(hào)的存在。當(dāng)采用一個(gè)較長(zhǎng)周期的 PN 碼序列作為發(fā)射信號(hào)、用它于目的地反射回來(lái)或轉(zhuǎn)發(fā)回來(lái)的 PN 碼序列的相位進(jìn)行比較，即比較兩個(gè)碼序列相差的時(shí)片數(shù)，就可以看出其時(shí)間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。 （ 4）醫(yī)護(hù)管理現(xiàn)在很多醫(yī)院都有了計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、大量的計(jì)算機(jī)病人監(jiān)護(hù)設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制的醫(yī)療裝置和藥品等庫(kù)存計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)完成處理、統(tǒng)計(jì)、發(fā)送和顯示工作，可以不必花昂貴的錢(qián)安裝管道、敷設(shè)專(zhuān)用線路 (而且今后還不能移動(dòng) )，效率高、質(zhì)量好。有兩種方法可以打開(kāi) Simulink 仿真環(huán)境： 單擊 MATLAB 工具欄中的 Simulink 圖標(biāo)。 使用該特件有幾個(gè)重要的術(shù)語(yǔ)需要理解： 模塊庫(kù) ——庫(kù)模塊的集合。畫(huà)線時(shí)如果按住 Shift 鍵還可以畫(huà)對(duì)角線。如果用戶(hù)的顯示器分辨率過(guò)大或過(guò)小，可以手動(dòng)地調(diào)整窗大小。在 用 SIMULINK 模 塊框圖的仿真中，每個(gè)模塊，在 每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上執(zhí)行一次，就是說(shuō)，所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同時(shí)執(zhí)行。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 （ 8）飲食、交通旅游服務(wù)很多餐廳的服務(wù)員已經(jīng)使用步話機(jī)或?qū)ず艏夹g(shù)把餐廳中顧客需要的菜通知廚房，廚房也用同樣的辦法通知餐廳，顧客所需要的菜已經(jīng)準(zhǔn)備好了。無(wú)線網(wǎng)連接可提供從鉆井臺(tái)到壓縮機(jī)房的數(shù)據(jù)鏈路以便顯示和輸入由鉆井獲取的重要數(shù)據(jù)。另外，如果采用不同時(shí)延的匹配濾波器，把多徑信號(hào)分離出來(lái)，類(lèi)似梳狀濾波器 (RAKE)的作用那樣，還可以變害為利，將這些多徑信號(hào)在相位上對(duì)齊相加，起到增加接收信號(hào)能量的作用。故對(duì)這類(lèi)干擾的抗干擾性較差。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。例如上述 7 位碼中有 4個(gè) ―1‖和 3 個(gè) ―0‖。在輸出周期為 23 － 1＝ 7 的碼序列后， Dl、 D D3 又回到 111 狀態(tài)。 目前常見(jiàn)的碼型有以下三種： （ 1） M 序列，即最長(zhǎng)線性偽隨機(jī)系列； （ 2） LD 序列； （ 3） WALSH 函數(shù)正交碼。 t 0為脈沖寬度。 因此， ya(t)的大小可用來(lái)表征 f(t)與自身延遲后的 f( t － t)的相關(guān)性，故稱(chēng)為自相關(guān)函數(shù)。因此，可以說(shuō)同步系統(tǒng)在直擴(kuò)系統(tǒng)中起著核心的作用。此電壓經(jīng)環(huán)路濾波器后去控制本地壓控振蕩器 VCO。大多數(shù) 實(shí)際情況屬于后者。因要進(jìn)行卷積運(yùn)算，參考信號(hào)應(yīng)是輸入信號(hào)在時(shí)間上的鏡像。 (3)匹配濾波器搜捕法 因?yàn)槠ヅ錇V波器有識(shí)別碼序列的功能，可以利用它進(jìn)行快速捕獲。 積分器 門(mén)限檢測(cè)器 搜索控制鐘 PN碼發(fā)生器 接收信號(hào) 同步 脈沖 放慢時(shí)鐘 停止搜捕 接收機(jī)是否鎖 定 ? 進(jìn)入跟蹤狀態(tài) 繼續(xù)搜捕 跟蹤 是 失控同步 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 由于滑動(dòng)相關(guān)器對(duì)兩個(gè) PN 碼序列是順序比較相關(guān)的，所以這種方法又稱(chēng)為順序搜索法。一旦捕獲到有用信號(hào)后，則起動(dòng)跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN 碼發(fā)生器與外來(lái)信號(hào)保持同步?？梢哉f(shuō)沒(méi)有同步就沒(méi)有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。 其特點(diǎn)如下： （ 1） 直擴(kuò)信號(hào)工作中信噪比比較低。但是，不同方式結(jié)合起來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是有時(shí)能得到只用其中一種方式得不到的特性。 由于簡(jiǎn)單的跳時(shí)抗于攏性不強(qiáng)，很少單獨(dú)使用。即把擴(kuò)展以后的信號(hào)又恢復(fù)成原來(lái)所傳的信息。如用調(diào)幅信號(hào)來(lái)傳送語(yǔ)音信息，其帶寬為語(yǔ)音信息帶寬的兩倍；電視廣播射頻信號(hào)帶寬也只是其視頻信號(hào)帶寬的一倍多。 對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度 很低，甚至淹沒(méi)在噪音中，就很難檢查到信號(hào)的存在。 圖 擴(kuò)頻通信工作原理 由此可見(jiàn)， —