【文章內(nèi)容簡介】 為 177。 1 ，碼元速率為 Rabps，碼元寬度為 Ta=1/Ra/秒。擴頻所使用的偽隨機序列 c(t)也 是電平取值為 177。 1 的雙極性波形，偽隨機序列 （ PN 序列） 的碼元也稱為碼片（ chip），碼片速率設為 Rcchip/s，對應的碼片寬度就是 Tc=1/Rc/秒。對于雙極性波形而言，擴頻過程等價于數(shù)據(jù)流 a(t)與偽隨機序列 c(t)相乘的過程，擴頻輸出序列設為 d(t)，也是取值為 177。 1 的雙極性波形，其速率等于碼片速率。擴頻序列經(jīng)過調(diào)制后得到調(diào)制輸出信號 s(t)送入信道。對于BPSK 調(diào)制 ，發(fā)送的信號就相當于是數(shù)據(jù)流與偽隨機序列相乘后再乘于一個高頻的余弦信號。在接收端，接收到的信號中有包含了有用信號 s(t)及各種干擾 J(t)和噪聲 n(t)。由于接收端采用相關(guān)解擴，即將 s(t)J(t)n(t)和本地 PN 序列 c(t)相乘，只有有用信號的頻譜能夠被還原為窄帶信號，其他的噪聲和干擾的頻譜只會被展寬，當信號通過窄帶濾波器后只有一小部分被展寬了的頻譜會混進有用信號中，由此大大增強了其抗干擾的能力。 直接序列擴頻（ direct sequence spread spectrum）直接用具有高碼片（ chip）速率的 擴頻 碼序列去擴展數(shù)字信號的頻譜。簡稱直擴（ DS）。在接收端，用相同的擴頻碼序列將頻譜展寬的擴頻信號還原成原始信號。 成都學院（成都大學）課程設計報告 9 圖 31 直接序列擴頻 通信系統(tǒng) 的原理框圖 圖 31是直接序列擴頻 通信系統(tǒng) 的原理框圖。欲傳輸?shù)臄?shù)字信號與碼片速率很高的擴頻碼進行調(diào)制，其輸出為頻譜帶寬被擴展的信號，這個過程稱為擴頻。擴展頻譜信號再變換為射頻信號發(fā)射出去。 在接收端，射頻信號經(jīng)過變頻后輸出中頻信號，通常是 N 個發(fā)射信號和干擾及噪聲的混合信號。它與發(fā)端相同的本地擴頻碼進行擴頻解調(diào)（解擴），使寬帶信號變?yōu)檎瓗盘?。再?jīng)信息解調(diào)器恢復成原始數(shù)字信號。擴展頻譜的特性取決于所采用的擴頻碼序列的碼型和碼片速率。為了獲得具有近似噪聲的頻譜，采用偽噪聲（ PN）序列作為擴頻系統(tǒng)的擴頻碼。 擴頻和解擴的頻譜變化過程如圖 32所示。 成都學院（成都大學）課程設計報告 10 圖 32 擴頻和解擴的頻譜變化 采用碼片速率很高的 PN 碼序列進行擴頻調(diào)制，擴頻信號的帶寬可達1~100MHz。通過擴頻解擴處理能夠提高抗干擾能力。擴 展頻譜信號在接收端做相關(guān)解擴處理，有用信號被解擴為窄帶譜信號；寬帶無用信號與本地偽碼不相關(guān)，因此不能解擴，仍為寬帶譜；窄帶干擾信號則被本地偽碼擴展成為寬帶譜。用一個窄帶濾波器排除帶外的干擾，這樣窄帶內(nèi)的信噪比就大大提高了。 直接序列擴頻通信技術(shù)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。因信號接收需要擴頻編碼進行相關(guān)解擴處理才能得到，所以即 使以同類型信號進行干擾，在不知道成都學院（成都大學）課程設計報告 11 信號的擴頻碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術(shù)抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術(shù)的 無線網(wǎng)橋 來連接分布在不同區(qū)域的 計算機網(wǎng)絡 。 （ 2） 隱蔽性好 因為信號在很寬的頻帶上 被擴展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，加之不知擴頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設備構(gòu)成干擾。 （ 3） 易于實現(xiàn)碼分多址（ CDMA） 直擴通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費了頻段？其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴通信要用擴頻編碼進行擴頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關(guān) 解擴才能得到，這就給頻率復用和多址通信提供了基礎(chǔ)。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。發(fā)送者可用不同的擴頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)； 同樣，接收者用不同的擴頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信。美國國家航天管理局（ NASA)的技術(shù)報告指出：采用擴頻通信提高了頻譜利用率。另外，擴頻碼分多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。 （ 4） 抗多徑干擾 成都學院（成都大學）課程設計報告 12無線通信中抗多徑干擾一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。 成都學院（成都大學）課程設計報告 13第 4章 基于 Simulink 的發(fā)射機的仿真設計 直接序列擴頻通信系統(tǒng)發(fā)射機的設計 直接序列擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 41所示。其中設數(shù)據(jù) 序列 {na}對應 的雙極性波形為()at，其電平取值為，碼元速率為 aRbps，碼元寬度為aaTR?s。擴頻所使用的偽隨機序ct，也是電平取值為的雙極性波形，偽隨機序列的碼元也稱之為碼片（ chip），碼片速率設為 cchip/s，對應的碼片寬度就是1ccs。碼片速率通常是數(shù)據(jù)速率的整數(shù)倍。對于雙極性的波形而言，擴頻過程等價于數(shù)據(jù)流 與偽隨機序列 相乘的過程，擴頻輸出序列設為dt，也是取值為的雙極性波形，其速率等于碼片速率。擴頻序列經(jīng)過調(diào)制后得到調(diào)制輸出信號st送入信道。 所以有 () ()cos2 ()()cos2ccst dt ft atct ft???? （ 41） 二 進 制數(shù) 據(jù) 源P N 序 列數(shù) 字調(diào) 制擴 頻發(fā) 送()ct()dt ()st()at 圖 41 直接序列擴頻通信系統(tǒng)發(fā)射機結(jié)構(gòu)圖 QPSK 和 BPSK 一樣，傳輸信號包含的信息都存在于相位之中。 QPSK（四相相移鍵控）具有兩條通道，四個相位變換，所以能大大提高通信系統(tǒng)的可靠性傳輸效率。所以本文采取 QPSK 調(diào)制器來調(diào)制信號。由于 QPSK 調(diào)制器內(nèi)部有兩條通道， I 通道和 Q 通道兩條正交的通道，兩條通道的輸入信號可以是相同的，也可以不同。本文兩通道都將用于調(diào)制同一數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)()at，經(jīng)過 QPSK 調(diào)制后，輸出信號有()st 成都學院（成都大學）課程設計報告 14() ()sin2 ()cos2i c Q cst dt ft d t ft???? () ()sin2 () ()cos2I I c Q Q catct ft a