【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頻調(diào)制，而在接收端增加了擴(kuò)頻解調(diào)的過(guò)程，擴(kuò)頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)、線(xiàn)性調(diào)頻系統(tǒng)和混合調(diào)頻系統(tǒng)?，F(xiàn)以直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)為例說(shuō)明擴(kuò)頻通信的實(shí)現(xiàn)方法。直接序列擴(kuò)頻工作方式，簡(jiǎn)稱(chēng)直擴(kuò)方式（DS方式）。就是用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開(kāi)的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來(lái)的信號(hào)。 直接序列擴(kuò)頻方式是直接用偽噪聲序列對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過(guò)信道編碼后，與偽噪聲序列進(jìn)行模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。信息調(diào)制擴(kuò)頻解擴(kuò)解調(diào)PN碼發(fā)生器PN碼發(fā)生器同步電路ＤB1B2B2D 圖2直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖由上圖看出，在發(fā)射端，信源輸出的信號(hào)與偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼進(jìn)行模2加，產(chǎn)生一速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，這樣得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)。在接收端，接收到的擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機(jī)序列對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為信息序列的頻帶，然后進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?調(diào)制后的待傳信號(hào)PN碼待傳信息 圖3 直序擴(kuò)頻的頻譜擴(kuò)展過(guò)程直接序列擴(kuò)頻（DSDirect Scquency）的頻譜擴(kuò)展和解擴(kuò)過(guò)程見(jiàn)圖3和圖4所示。直接序列擴(kuò)頻就是用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端直接去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在收端直接使用相同的擴(kuò)頻碼序列對(duì)擴(kuò)展的信號(hào)頻譜進(jìn)行解調(diào)，還原出原始的信息。解調(diào)信息PN碼解擴(kuò)后的信號(hào) 圖4 直接序列的頻譜解擴(kuò)過(guò)程在圖上我們可以看出：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。在收端，擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被恢復(fù)；2，信息碼經(jīng)調(diào)制、擴(kuò)頻傳輸、解調(diào)然后恢復(fù)的過(guò)程，類(lèi)似與PN碼進(jìn)行了二次模二相加的過(guò)程。直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的內(nèi)容十分廣泛。根據(jù)需要不同，實(shí)際直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻、調(diào)制、解擴(kuò)、解調(diào)等部分可以采用不用的方案[4]。 本章小結(jié)直接序列擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum）系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)有：1 抗干擾性強(qiáng)2 隱蔽性好3 易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）4 抗多徑干擾5 直擴(kuò)通信速率高6 抗衰落7 遠(yuǎn)－近效應(yīng)8 組網(wǎng)能力9 窄帶系統(tǒng)的兼容基于MATLAB/Simulink所建立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型，能夠反映擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程，可進(jìn)行波形觀(guān)察、品剖分析和性能分析等，同時(shí)能根據(jù)研究和設(shè)計(jì)的需要擴(kuò)展仿真模型，實(shí)現(xiàn)以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)的現(xiàn)代通信的模擬仿真，為系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的平臺(tái)。圖2為基于MATLAB/Simulink的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型。圖5 基于Simulink 的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真模型 隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器（Random Integer genarator）隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器(Randon Integer generator)作為仿真系統(tǒng)的信源，隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)，采用時(shí)間、初始狀態(tài)可自由設(shè)置，從而滿(mǎn)足擴(kuò)頻通信系統(tǒng)所需信源的要求。 PN序列發(fā)生器（PN Sequence Generator）用PN序列發(fā)生器（PN Sequence Generator）產(chǎn)生偽隨機(jī)碼，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻。擴(kuò)頻過(guò)程通過(guò)信息碼與PN碼進(jìn)行雙極性變換后相乘加以實(shí)現(xiàn)。解擴(kuò)過(guò)程與擴(kuò)頻過(guò)程相同，即將接收的信號(hào)用PN碼進(jìn)行第二次擴(kuò)頻處理。 最小相移鍵控調(diào)制（MPSK Modulator Passband）對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，將頻譜從基帶搬移至頻帶，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男Ч?加性高斯白噪聲信道（AWGN Channel）信號(hào)通過(guò)加性高斯白噪聲信道，以達(dá)到對(duì)信號(hào)的傳輸后進(jìn)行再進(jìn)行解擴(kuò)解調(diào)的目的。改信道信噪比參數(shù)設(shè)置為負(fù)數(shù)，可驗(yàn)證擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗噪聲能力。 最小相移鍵控解調(diào) （MPSK Demodulator Passband）對(duì)解擴(kuò)后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)基帶信號(hào)。 誤碼率分析儀（Error Rate Calculation）在誤碼率計(jì)算中，接收到的信號(hào)，由于經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻解擴(kuò)、調(diào)制解調(diào)、相關(guān)統(tǒng)計(jì)等處理，會(huì)存在一個(gè)延遲，在誤碼儀模塊的對(duì)話(huà)框中要設(shè)置一個(gè)合適的延遲。 其他設(shè)置 RELAY 的設(shè)置 product的設(shè)置 display 的設(shè)置 頻譜分析儀（spectrum scope）的設(shè)置系統(tǒng)中有四個(gè)頻譜分析儀器，分別命名為：baseband、mod、SS和DSS。其中，baseband能觀(guān)察基帶信號(hào)的頻譜；mod能觀(guān)察到基帶信號(hào)調(diào)制到頻帶后的頻譜；SS能觀(guān)察擴(kuò)頻后的頻譜；DSS能觀(guān)察解擴(kuò)解調(diào)后的接受端輸出信號(hào)的頻譜。這四個(gè)頻譜分析儀的參數(shù)設(shè)置大致一致，其前方的零階保持器的采樣時(shí)間略有不同。頻譜分析儀名稱(chēng)BasebandModSSDSS采樣時(shí)間（s）1/30000 Simulink仿真結(jié)果l 基帶信號(hào)的頻譜如下l 經(jīng)調(diào)制后頻譜如下l 擴(kuò)頻后頻譜如下l 接收端恢復(fù)后的輸出信號(hào)頻譜如下l 誤碼計(jì)算儀的結(jié)果 Simulink仿真結(jié)果分析可以看出，基帶信號(hào)的頻率分量主要是在100Hz到100Hz，這與信號(hào)源所設(shè)置的頻率相符合?；鶐盘?hào)進(jìn)過(guò)MPSK調(diào)制后，可看出載波頻率為3KHz，這個(gè)結(jié)果與MPSK調(diào)制器所設(shè)置的載波頻率一致。頻帶信號(hào)經(jīng)過(guò)與PN碼相乘擴(kuò)頻后，觀(guān)察其信號(hào)的頻譜可以看出，正頻域的頻率分量主要集中在0Hz到20KHz這主瓣中，帶寬擴(kuò)展了約20倍。此時(shí)信號(hào)將經(jīng)過(guò)模擬信道的AWGN信道模塊，來(lái)到接收端。在接收端處，先經(jīng)過(guò)解擴(kuò)（即與擴(kuò)頻PN碼同步的PN碼相乘），得到解擴(kuò)后的頻帶信號(hào)，再經(jīng)過(guò)解調(diào)模塊，恢復(fù)成基帶信號(hào)。觀(guān)察恢復(fù)后的信號(hào)的頻譜，與信源處的信號(hào)基本一致。再看系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算分析。 輸出的數(shù)據(jù)是一個(gè)n 行（與輸入數(shù)據(jù)數(shù)目相等）3列的矩陣。 第1列是差錯(cuò)率， 第2列是差錯(cuò)碼的數(shù)量， 第3列是碼元總數(shù)即前述的n。 可看出，差錯(cuò)碼的數(shù)量為2，碼元總數(shù)為1000。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)具有較好的抗噪聲性能。企抗噪聲原理如圖3所示。圖6 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗噪聲原理示意圖 m文件的仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。其中，圖4是信號(hào)比和誤碼率的值；圖5 是繪制的函數(shù)關(guān)系圖像。 圖7 仿真結(jié)果的值圖8 信噪比和誤碼率的關(guān)系函數(shù)圖象 m文件的仿真結(jié)果分析通過(guò)觀(guān)察可知，信噪比越大，系統(tǒng)的誤碼率越小。這符合通信原理的規(guī)律。從圖中還可得知，在負(fù)的信噪比條件下，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)還能有比較小的誤碼率?？芍獢U(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能很好，能在負(fù)信噪比條件下工作。這是因?yàn)閿U(kuò)頻系統(tǒng)特有的頻譜擴(kuò)展特點(diǎn)和特有的解擴(kuò)技術(shù)，能使有用信號(hào)淹沒(méi)在偽噪聲之中，通過(guò)相關(guān)解擴(kuò)將之還原。擴(kuò)頻通信技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用：在軍事上，在現(xiàn)代科技的許多領(lǐng)域中，擴(kuò)頻技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。如空間系統(tǒng)通信、航空及航海電子系統(tǒng)等等。在民用通信中：90年代以來(lái)，擴(kuò)頻通信開(kāi)始向民用通信領(lǐng)域發(fā)展。一是隨著國(guó)際形勢(shì)的變化，原來(lái)從事軍品開(kāi)發(fā)的部門(mén)與企業(yè)都紛紛轉(zhuǎn)入民用開(kāi)發(fā)，以尋找出路；二是數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信、個(gè)人通信等新興通信方式，要求采用能節(jié)約頻帶的技術(shù)，解決頻帶擁擠問(wèn)題，使人們考慮到擴(kuò)頻通信可以與現(xiàn)有通信并存，是提高頻帶利用率的有效途徑；三是市場(chǎng)需求的推動(dòng)，采用新技術(shù)是為了占有國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，競(jìng)