【文章內(nèi)容簡介】 ，易于擴(kuò)展，平均無故障時間很長。 ，組網(wǎng)方式靈活，便于統(tǒng)一規(guī)劃，分期實(shí)施，有利于擴(kuò)大。 跟據(jù)的擴(kuò)頻的方式，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可以分為：直接序列擴(kuò)頻（DS），跳頻（FH），跳時（TH）幾種方法的組合。這里主要介紹直接序列擴(kuò)頻。 擴(kuò)頻通信原理及工作方式 擴(kuò)頻通信工作原理 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖32所示，在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后用擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽碼展寬數(shù)字信號的頻譜，再進(jìn)行載波調(diào)制發(fā)送出去。接收端將收到的信號與本地偽碼進(jìn)行相關(guān)的解擴(kuò)，再經(jīng)過解調(diào)，恢復(fù)出原始的基帶信息。圖32 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型和普通的數(shù)字通信系統(tǒng)相比，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分，相應(yīng)的同步部分也增加了偽碼同步。：擴(kuò)頻的過程是將待傳輸信號和一個高速率的偽碼相乘，待傳輸信號的頻譜寬度就被大大展寬，功率譜密度也大大減小。在接收端解擴(kuò)時，將接收的信號與發(fā)端相同的偽碼相乘，有用信號的頻譜寬度就被恢復(fù)，而信道引入的噪聲和干擾在解擴(kuò)時與偽碼相乘，相當(dāng)于被擴(kuò)頻，就使得落入有用信號頻帶中的干擾功率大大降低。經(jīng)過帶通濾波器，噪聲和干擾對有用信號造成的影響被抑制，從而實(shí)現(xiàn)了抗干擾。：偽碼同步是指接收端的本地偽碼和接收信息的偽碼要在碼型、碼率和相位上基本保持一致，否則就不能恢復(fù)出有用的信息，得到的只是一片噪聲。收、發(fā)端可提前約定使用同一偽碼，保證碼型的一致。但是即使相同的偽碼，當(dāng)相位差大于一個碼片時，也無法順利進(jìn)行解擴(kuò)。若實(shí)現(xiàn)了收發(fā)同步，但不能保持同步，也無法準(zhǔn)確可靠地獲取到所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。圖33中擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的同步包括捕獲和跟蹤兩部分，捕獲將相位差減小到二分之一個碼片內(nèi)。當(dāng)同步系統(tǒng)完成捕獲后，同步系統(tǒng)就轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，使得本地偽碼的相位與接收到的偽碼保持精確的同步。 擴(kuò)頻通信的工作方式 按照擴(kuò)展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為以下幾種：（Direct Sequence Spread Spectrum）工作方式，簡稱直擴(kuò)（DS）方式直接序列擴(kuò)頻就是直接用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端擴(kuò)展信號的頻譜。而在收端，用相同擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的信息。這種系統(tǒng)具有信號發(fā)射功率小、抗干擾強(qiáng)、抗多徑、多址能力強(qiáng)和抗跟蹤干擾及抑制遠(yuǎn)近效應(yīng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。直擴(kuò)系統(tǒng)組成框圖如圖33所示。圖33 直擴(kuò)系統(tǒng)組成框圖首先對信源的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行直序擴(kuò)頻調(diào)制、載波調(diào)制，然后送入信道。接收機(jī)收到信號后，首先由本地偽碼產(chǎn)生器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的本地偽碼，用此偽碼對混頻器的輸出信號進(jìn)行時域相乘，即所謂的解擴(kuò)。對解擴(kuò)后的信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始信息。 圖34（a） 直序擴(kuò)頻前頻譜圖 圖34（b） 直序擴(kuò)頻后頻譜圖圖34（a）圖34（b）給出了直序擴(kuò)頻前后的頻譜圖。從圖（a）可看出基帶信號的頻寬為1Hz，圖（b）的信號帶寬約為40Hz左右，擴(kuò)頻調(diào)制后，信號頻譜被大大擴(kuò)展了。（Frequency Hopping）工作方式，簡稱跳頻（FH）方式所謂跳頻，即載波頻率在偽碼的控制下不斷隨機(jī)跳變。跳頻可看作是載波按照一定規(guī)律變化的多頻頻移鍵控（MFSK）。簡單的頻移鍵控如2FSK，只有兩個頻率，分別代表傳號和空號。而跳頻系統(tǒng)則有幾個、幾十個、甚至上千個的頻率，由所傳的信息與擴(kuò)頻碼的組合進(jìn)行選擇控制，不斷的跳變。與直擴(kuò)系統(tǒng)不同的是，跳頻系統(tǒng)的偽碼不是用來傳輸，而是用來選擇信道。跳頻系統(tǒng)組成框圖如圖35所示。圖 35 跳頻系統(tǒng)組成框圖頻率合成器受偽碼控制產(chǎn)生一定規(guī)律變化的射頻頻率，用該跳變的頻率去調(diào)制基帶信號，得到載波頻率不斷變化的射頻信號，發(fā)送到信道中去。在接收端，接收到的信號（含噪聲和干擾）經(jīng)過高頻放大濾波后送至混頻器。接收機(jī)的本地載波也是一個頻率跳變信號，其變化規(guī)律和發(fā)送端一致。但與發(fā)送頻率相差一個固定中頻。只要收發(fā)雙方的偽碼完全同步，就可以使得收發(fā)雙方的頻率合成器同步輸出。經(jīng)過混頻后可以得到一個固定的中頻，然后對這個中頻信號進(jìn)行解調(diào)就可以獲得發(fā)送的原始信號。由于干擾和本振頻率不相關(guān)，因而被濾除，從而達(dá)到抗干擾的目的。在這里，混頻器實(shí)際上是擔(dān)當(dāng)了解跳器的角色，將接收的信號轉(zhuǎn)化為一個中頻信號。 圖36（a） 跳頻調(diào)制前頻譜圖 圖36（b） 跳頻調(diào)制后頻譜圖從圖36（a）中可以看出，跳頻調(diào)制之前，系統(tǒng)只工作在一個頻點(diǎn)。圖36（b）中系統(tǒng)在跳頻調(diào)制之后，工作在四個頻點(diǎn)。如果敵方不知道跳頻序列，要跟蹤跳頻信號會變得十分困難。實(shí)際上跳頻通信系統(tǒng)在某一個時刻還是工作在一個固定頻點(diǎn)，因此它屬于一種“時間段上的擴(kuò)頻”調(diào)制方式。上述兩種擴(kuò)頻方式可以組合起來，構(gòu)成DS／FH混合擴(kuò)頻系統(tǒng)，是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)抗干擾、多址組網(wǎng)、定時定位和抗多徑等功能。DS／FH系統(tǒng)組成框圖如圖37所示。 圖37 DS／FH系統(tǒng)組成框圖在發(fā)送端，原始信息首先用擴(kuò)頻序列進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻，然后用頻率合成器輸出的載波進(jìn)行跳頻調(diào)制，頻率合成器輸出頻率受跳頻序列控制。在接收端，首先進(jìn)行解跳。得到一個中頻的直擴(kuò)信號，再進(jìn)行解擴(kuò)，最后送至解調(diào)器將原始信息恢復(fù)出來。圖38 DS／FH調(diào)制后頻譜圖圖38與圖34（b）、圖36（b）比較，可以看出混合擴(kuò)頻通信系統(tǒng)比單一的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擁有更寬的頻帶。 時域線性自適應(yīng)算法時域線性自適應(yīng)算法采用的是最小均方（LMS)算法，它是一種線性自適應(yīng)濾波算法。一般來說,LMS算法包括兩個基本過程：濾波過程和自適應(yīng)過程。在濾波的過程中，自適應(yīng)濾波器將自己的輸出與期望值相比較，估計出誤差信號。在自適應(yīng)過程中，濾波器根據(jù)估計出的誤差信號自動調(diào)整自身的參數(shù)。這兩個過程共同組成一個反饋環(huán)，如圖41所示。圖41中，x(n）為輸入信號其定義為 (單輸入結(jié)構(gòu)） (41) 或 （多輸入結(jié)構(gòu)） y（n)為自適應(yīng)濾波器的輸出信號，表示為 = (42) 自適應(yīng)濾波器的誤差信號為。 令下一刻權(quán)矢量與現(xiàn)在的權(quán)矢量的關(guān)系為 (43)式中，0是一個控制穩(wěn)定性和收斂速度的參數(shù)。LM S算法的關(guān)鍵是尋找一個的遞推式，由，起始值開始，沿著趨于（是=rnin時權(quán)矢量的值）的方向逐步遞推，直至為止。 圖41 自適應(yīng)橫向?yàn)V波器原理框圖 用梯度表示為，當(dāng)是多維的情況時，可用矩陣表示為== = (44) 又，得，故=，帶入得自適應(yīng)濾波器的權(quán)矢量遞推公式為 (45) 一般，當(dāng)一個寬帶信號既受到周期干擾的污染，又沒有外部參考輸人可以利用時，可以直接從原始輸人引出，接人一具有固定延遲的延遲線，從而得到類似的參考輸人。如圖41所示：原始輸人為有用信號與干擾之和,參考輸入是原始信號的延遲(有用信號延遲后不相關(guān)，而窄帶干擾仍然具有相關(guān)性）。自適應(yīng)濾波器自動調(diào)節(jié)其權(quán)值，使原始輸人與輸出的差值的均方誤差最小。這樣，自適應(yīng)濾波器的輸出應(yīng)是對干擾的估計，在接收端的寬帶信號是原始輸人減去干擾之后的值，即對有用信號的預(yù)測。 該算法的基本原理框圖如圖42所示 圖42 自適應(yīng)干擾抵消的原理框圖 圖42中原始輸人為：。參考輸人為原始輸入的延遲，與噪聲相關(guān)的信號最佳估值，即兩者均方誤差最小。設(shè)定為零均值的平穩(wěn)隨機(jī)過程，且與互不相關(guān)。 自適應(yīng)噪聲抵消器的輸出 (46) (47) (48) 因?yàn)闉榱憔档钠椒€(wěn)隨機(jī)過程，所以與無關(guān)。求自適應(yīng)濾波是使均方誤差最小=min。時，=min。要求是相關(guān)，這樣才能進(jìn)行噪抵消。 線性預(yù)測方法是利用有用數(shù)據(jù)信號的寬帶特性抑制干擾，這樣的處理只利用了擴(kuò)頻數(shù)據(jù)信號的譜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如果能利用更多有用信號的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對線性預(yù)測方法進(jìn)行改進(jìn)，就可以獲得更好的抑制效果。當(dāng)背景噪聲是高斯白噪聲時，線性預(yù)測技術(shù)是最優(yōu)的。而當(dāng)面臨的噪聲是非髙斯噪聲時，為了獲得更好的性能，需要求助于某些非線性技術(shù)。直擴(kuò)序列是獨(dú)立同分布的二進(jìn)制序列，非高斯的，所以即使窄帶干擾和背景噪聲假設(shè)是高斯的，這時的最優(yōu)濾波也應(yīng)是非線性的。利用直擴(kuò)信號的非高斯結(jié)構(gòu)，可以獲得非線性濾波器，這種濾波器在非高斯成分占主要地位的情況，可以獲得比線性濾波器更好的窄帶干擾抑制效果。在高速通信領(lǐng)域，實(shí)際問題對算法的計算量有很嚴(yán)格的要求，在自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)的更新中引人一定的非線性變換，可以在一定程度上簡化權(quán)系數(shù)更新過程中的乘法運(yùn)算，并因此簡化LMS自適應(yīng)濾波器的硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。極性LMS自適應(yīng)算法就是這種典型的算法。此處采用的是對輸人信號取符號的信號極性算法SignData LMS,當(dāng)輸人信號為正時置為+1，當(dāng)輸人信號為負(fù)時置為1。它的權(quán)矢量迭代公式為 (49)頻域自適應(yīng)算法實(shí)際上是塊LMS(Block LMS)自適應(yīng)濾波算法在頻率域上的實(shí)現(xiàn)，其基本原理及框圖與時域的一樣，不過兩者的濾波器實(shí)現(xiàn)方式不同而已。塊自適應(yīng)濾波器的原理框圖如圖43所示。 圖43 塊自適應(yīng)濾波器的原理框圖 經(jīng)過串并變換,把輸人信號序列分為一個一個長度為L的數(shù)據(jù)塊。然后，將這些據(jù)塊一次一塊的送入長度為M的F1R濾波器,并且一塊一塊地進(jìn)行自適應(yīng)迭代更新。設(shè)時刻輸入信號矢量為 … (410) 相應(yīng)的，設(shè)n時刻自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)矢量為 … (411) 令k表示塊下標(biāo)，且k與n的