【文章內容簡介】 PjGNSfFWNSfNS T WfNEfP o w??????? 因此，可通過提高處理增益 GP降低對 S/N 的要求，在強干擾條件下保證可靠安全的通信。 擴頻通信的特點 由于擴頻通信在發(fā)射端用偽隨機碼進行了擴頻調制，接收端用了相關的解擴技術，與其他通信手段相比，具有其獨特的特點。下面對其獨特的特點進行簡要介紹： 抗干擾性能強 擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性能越強，擴頻通信對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，都有抑制干擾提高輸出的信噪比的作用，特別是對擴敵方人為干擾方面，效果更為突出。另外，由于在接收端采用了擴頻碼序列進行相關檢測，即使采用同類型信號進行干擾，如果不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大的作用。 通信原理 課程設計 8 誤碼率低、通信穩(wěn)定可靠、保密性好 在充滿噪聲和干擾的環(huán)境中能檢差錯，保密的進行工作，一般的誤碼率為 10^(10)。特別是銀行系統(tǒng)進行同城票據傳輸，以前 的調頻設備其誤碼率較高，其工作穩(wěn)定可靠性差，采用擴頻技術，誤碼率就低了。保密性好是擴頻通信最初在軍事通信中獲得應用的主要原因。由于擴頻系統(tǒng)使用周期很長的偽隨機友進行擴頻，經調制后的數字信息類似于隨機噪聲，在接收端進行解擴時，只有采用與發(fā)送端同步的擴頻碼才能正確恢復發(fā)送的信息。而且在不知偽隨機碼時破譯是很困難的，所以使信息得到了保密。此外，由于擴頻信號的頻譜被擴展到很寬的頻帶內，其功率譜密度也隨之降低（可明顯低于環(huán)境噪聲和干擾電平），難以檢測，所以信號具有隱蔽性。 抗多徑干擾 在無線電通信的各個頻段，都不 同程度的存在大量各種類型的多徑干擾，成為多年難以解決的問題之一。在擴頻通信中，可以采用分集技術和梳妝濾波器技術，能有效地解決這一問題。 具有多址功能，易于實現碼分多址 由于擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調制，可充分利用各種不同碼型擴頻序列之間優(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用碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號，這樣在同一頻帶上許多用戶可以同時通話而互不干擾。擴頻通信系統(tǒng)中采用偽隨機序列擴頻，在實際的通信系統(tǒng)中可以利用不同的偽隨機序列作為不同用戶的地址碼，從而實現碼多分址。 擴頻通信系統(tǒng)的優(yōu)越性 擴頻通信的基本特點是傳輸信息所用的信號帶寬遠大于信息本身的帶寬，也因為如此，擴頻通信具有一些其它通信方式無法比擬的 優(yōu)越性： 擴頻通信最為顯著的優(yōu)越性是其極強的抗干擾性。理論上講它可以在信噪比為負值，即信號被噪聲淹沒的情況下，將信號提取出來。對于單頻及多頻都有比較強的抑制作用，即使采用同類型的信號干擾，也由于擴頻碼序列之間的不相關性，干擾不起太大作用。 通信原理 課程設計 9 擴頻通信的另一個優(yōu)越性是其隱蔽性好。由于擴頻信號的頻帶較寬，所以信號的功率譜密度很低，敵方不容易發(fā)現信號的存在，在戰(zhàn)爭中，擴頻信號的被截獲率很低，可以進行隱蔽通信。從民用通信方面來說，由于擴頻信號的隱蔽性好，它對目前使用的各中窄帶通信系統(tǒng)干擾很小。理論和實驗證明， 在原有的窄帶通信的頻帶內同時進行擴頻通信，不需要分配另外的頻段，即可實現。 擴頻通信可以很容易地實現碼分多址，提高頻帶的利用率。由于擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調制，利用不同碼型的擴頻碼序列之間優(yōu)越的自相關性和互相關性，對不同的用戶分配不同的碼型，使多個用戶公用一個寬頻帶，提高了系統(tǒng)的容量。同時還有利于組網、選呼、增加保密性及解決新用戶隨時入網的問題。 除此之外，擴頻通信還具有良好的抗多經干擾的能力，使無線通信的性能變得更加可靠。除通信以外，擴頻系統(tǒng)還可用于定時、定位及測距，應用在導航、雷達等系統(tǒng)中。 擴頻通信的分類 直接序列擴展頻譜系統(tǒng) 直接序列擴展頻譜系統(tǒng)（ Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems， DSSS），通常簡稱為直接序列系統(tǒng)或直擴系統(tǒng)，是用待傳輸的信息信號與高速率的偽隨機碼波形相乘后，去直接控制射頻信號的某個參量，來擴展傳輸信號的帶寬。 跳頻擴頻通信系統(tǒng) 跳頻擴頻通信系統(tǒng)是頻率跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)（ Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems， FHSS）的簡稱，或更簡單地稱為跳頻通信系統(tǒng)，確切地說應叫做“多頻、選碼和頻移鍵控通信系統(tǒng)”。它是用二進制偽隨機碼序列去離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號的頻率隨偽隨機碼的變化而跳變。跳頻系統(tǒng)可供隨機選取的頻率數通常是幾千到 個離散頻率，在如此多的離散頻率中，每次輸出哪一個是由偽隨機碼決定的。 跳時擴頻通信系統(tǒng) 通信原理 課程設計 10 跳時擴頻通信系統(tǒng)（ Time Hopping Spread Spectrum Communication Systems，THSS）是時間跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)的簡稱，主要用于時分多 址 (TDMA)通信中。與跳頻系統(tǒng)相似，跳時是使發(fā)射信號在時間軸上離散地跳變。我們先把時間軸分成許多時隙，這些時隙在跳時擴頻通信中通常稱為時片，若干時片組成一跳時時間幀。在一幀內哪個時隙發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制。因此，可以把跳時理解為：用一偽隨機碼序列進行選擇的多時隙的時移鍵控。由于采用了窄得很多的時隙去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。 線性脈沖調頻系統(tǒng) 線性脈沖調頻系統(tǒng)（ Chirp）是指系統(tǒng)的載頻在一給定的脈沖時間間隔內線性地掃過一個寬帶范圍，形成一帶寬較寬的掃頻信號，或者說載頻在一給定 的時間間隔內線性增大或減小，使得發(fā)射信號的頻譜占據一個寬的范圍。在語音頻段，線性調頻聽起來類似于鳥的“啾啾”叫聲，所以線性脈沖調頻也稱為鳥聲調制。 br/線性脈沖調頻是一種不需要用偽隨機碼序列調制的擴頻調制技術，由于線性脈沖調頻信號占用的頻帶寬度遠遠大于信息帶寬，從而也可獲得較好的抗干擾性能。 混合擴展頻譜通信系統(tǒng) 以上幾種基本的擴展頻譜通信系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，單獨使用其中一種系統(tǒng)時有時難以滿足要求，將以上幾種擴頻方法結合起來就構成了混合擴頻通信系統(tǒng)。常見的有頻率跳變 直接序列混合系統(tǒng) (FH/DS)，直接 序列 時間跳變混合系統(tǒng) (DS/TH)，頻率跳變時間跳變混合系統(tǒng) (HF/TH)等。它們比單一的直接序列、跳頻、跳時體制有更優(yōu)良的性能。 擴頻通信系統(tǒng)中的部分名詞解釋 高斯白噪聲 白噪聲是指功率譜密度在整個頻域內均勻分布的噪聲。即其功率譜密度 : ( 為常數 ), （ 3） 白噪聲的自相關函數 : 因為 ，所以其自相關函數為 : 通信原理 課程設計 11 （ 4） 由式 (4)可知，白噪聲的自相關函數僅在 時才不為零 。而對于其他任意的 ，它都為零。這說明只有在 時才相關，而它在任意兩個時刻上的隨機變量都是不相關的。 但是帶限的白噪聲就不是這樣的自相關函數了，因為其功率譜密度是窗函數（線段），而不是一條直線。 加性高斯白噪聲（ AWGN）從統(tǒng)計上而言是隨機無線噪聲，其特點是其通信信道上的信號分布在很寬的頻帶范圍內。 高斯白噪聲的概念。 白 指功率譜恒定；“高斯”指幅度取各種值時的概率 p (x)是高斯函數；“加性”指 噪聲獨立于有用信號，不隨信號的改變而改變。 誤碼率 在數字通信中，誤碼率是一項主要的性能指標。在實際測量數字通信系統(tǒng)的誤碼率時，一般測量結果與信源送出信號的統(tǒng)計特性有關。通常認為二進制信號中 0 和 1是以等概率隨機出現的，所以測量誤碼率時最理想的信源應是隨機信號發(fā)生器。 由于 Walsh 函數是周期性的偽隨機序列，因而可作為一種較好的隨機信源。擴頻序列通過終端機和信道后，輸出仍為擴頻序列。在接收端，本地產生一個同步的擴頻碼，與收碼序列逐位相乘再求規(guī)格化內積，再與發(fā)送端信源碼進行比較，一旦有錯，誤碼計數器加一。 誤碼率的數學表達式為： 100%eE S?? (5) 其中 S 是信碼個數， e 是誤碼個數， E 就是誤碼率。 信噪比 測量通信系統(tǒng)的性能時，常常要使用噪聲發(fā)生器，由它給出具有所要求的統(tǒng)計特性和頻率特性的噪聲，并且可以隨意控制其強度，以便得到不同信噪比條件下的系統(tǒng)性能。 通信原理 課程設計 12 在實際測量中，往往需要用到帶限高斯白噪聲。本實驗中的噪聲主要有兩類，一類是用戶間相互干擾的噪聲，由于用戶信息經過擴頻具有偽隨機性，所以又可稱為偽噪聲；另一類是我們自己添加到信道 的高斯加性白噪聲 AWNG，它獨立于信源信號。 信噪比計算是數學表達式為： 221 0 l o g 1 0 l o g 1 0 l o g)s s sn n s rES N R E ??? ? ?? ?? ? ? (6) 其中 sE 為信碼發(fā)射功率， nE 為噪聲功率， s? 為信源碼， r? 為信宿碼，計算結果單位為 dB。 DS 擴頻通信系統(tǒng) DS 擴頻系統(tǒng)簡述 直接序列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。而在接收端 , 用相同的擴頻碼序列去進行解擴 , 將展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直擴通信系統(tǒng)原理如圖 1 所示。 在發(fā)送端輸入的信息先經信息調制形成調頻或調相數字信號 , 然后由擴頻碼發(fā)生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜 , 再將展寬后的寬帶信號調制到射頻發(fā)送出去。在接收端 , 接收機接收到寬帶射頻信號后 , 首先將其變頻至中頻 , 然后通過同步電路捕捉發(fā)送來的擴頻碼的準確相位 , 由此產生與發(fā)送來的偽隨機碼相位完全一致的接收用的偽隨機碼 , 作為擴頻解調用的本地擴頻碼序列 , 最后經信息解通信原理 課程設計 13 調 , 恢復成原始信息輸出。由此可見 , 直擴通信系統(tǒng)要進行三次調制和相應的解調 , 分別為信息調制、擴頻調制和射頻調制 , 以及相應的信息解調、解擴和射頻解調。與一般通信系統(tǒng)比較 , 擴頻通信就是多了擴頻調制和解擴部分。 DS 擴頻通信系統(tǒng)原理 以偽隨機碼序列作為擴頻函數的直接序列擴展頻譜通信為例，來研究其系統(tǒng)模型，圖 2 為其基本組成框圖，由信號源輸出的信號 a(t)是碼元持續(xù)為時間 Ta 的信息流，偽隨機碼產生 器產生高速偽隨機碼 C(t)，碼元寬度為 Tc 將信息碼 a(t)與偽隨機碼 C(t)進行相乘或模二加，產生一個速率與偽隨機碼速率相同的擴頻信號，信號的頻帶得到擴展，再去調制載波，這樣就可以得到已擴頻的射頻信號 s(t)。 ttCtats 0c o s)()()( ?? 在接收端，接收到的擴頻信號經高頻放大