【文章內(nèi)容簡介】 接近于 C 的傳輸信息的速率來傳送信息。其中 W 為頻帶寬度， C 為傳輸速率。這個公式暗示在保持信息傳輸速路 C 不變的條件下， 可以用不同的頻帶寬度 W和信噪比 P/W來傳輸信息。 也就是說，頻帶 W 和信噪比 P/W是可以互換的。如果增加頻帶寬度，就可以在要完整版加我 625880526 較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯概率傳輸信息，甚至是在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應的增加信號的帶寬，也能保持可靠的通信。這一公式指明了采用擴展頻譜信號通信的優(yōu)越性，即用擴展頻譜的方法換取信噪比的改善。 擴頻通信可行性的另一理論基礎，為柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概 公式： Pow ?－ f(E/N。 ) （ 2）公式指出：差錯概率 Pow 是信號能量 E 與噪聲功率密度 N。之比的 函數(shù)。設信號頻帶寬度為 W，信息時間為 T。信號功率為 P＝ E/T,噪聲功率為 N＝ Wno,信息帶寬為 ? F＝ 1/T，則上式可以表示為： Powj ? f() = f(P/? F )（ 3）。這個式子說明：對于一定帶寬 ?F的信息而言，用 Gp 值較大的寬帶信號來傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強干擾條件下，通信的安全可靠。即式 (4)與式 (2)一樣，說明信噪比和帶寬是可以互換的。 1． 3 擴頻通信的主要特點 由于擴頻通信大大擴展了信號的頻譜，發(fā)送端用擴頻碼序列調(diào)制，在接收端利用相關(guān)解調(diào)技術(shù)恢復出信 息數(shù)據(jù)，所以它具有很多特點和其他通信方式所不能有的一系列優(yōu)良的性能，具體的說它有以下的特點 1 抗干擾性強 頻通信系統(tǒng)的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性能越強，從理論上講，擴頻通信能把信號從噪聲淹沒中提取出來。當然，在接收端一般采用相關(guān)檢測或匹配濾波的方法提取信號。此外，對于單頻及多頻載波信號的干擾、其他偽隨機調(diào)制信號的干擾以及脈沖正弦信號的干擾等，擴頻系統(tǒng)都有抑制干擾提高輸出信噪比的作用。特別是對抗敵人人為干擾方面，效果更是突出，這也是在軍事通信領(lǐng)域率先廣泛應用的主要原因。簡單的說，如果信號帶寬展寬 10 倍 ，干擾方面需要在更寬的頻帶進行干擾，分散了干擾功率。在總功率率不變的條件下，其干擾強度只有原來的 1/10。要保持原有的干擾強度，必須加大 10 倍總功率，這在實際的戰(zhàn)場條件下有時是很難實現(xiàn)的。另外，由于在接收端采用擴頻碼序列進行相關(guān)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，由于不同碼序列之間的相關(guān)性，干擾也起不了太大的作用?？梢哉f?？垢蓴_性是擴頻通信最突出的優(yōu)點。 要完整版加我 625880526 2 隱蔽性好 由于擴頻信號在很寬的頻帶上被擴頻，單位頻帶內(nèi)的功率很小，即信號的功率譜密度很低，所以應用擴頻碼序列擴展頻譜的序 列擴頻系統(tǒng)，可在信道噪聲和熱噪聲的背景下在很低的信號功率譜密度上通信。信號既然被淹沒在噪聲里，敵方就很不容易發(fā)現(xiàn)有信號的存在，想進一步檢測信號的參數(shù)就更困難了。因此，擴頻信號具有很低的被截獲概率，這在軍事通信上是十分有用的，可以進行隱蔽通信。再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度，對目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。近年來在民用通信上，各國都在研究和在原有窄帶通信的頻帶內(nèi)同時進行擴頻通信，大大提高了頻帶利用率。特別是對于一些信的通信服務，如個人通信服務，采用擴頻碼分多址方式時，理論和實踐證明，不需要分配 另外的頻段即可實現(xiàn)，因而引起了廣泛的重視。 3 實現(xiàn)碼分多址 我們知道，擴頻通信提高了抗干擾性，但是卻付出了占用頻帶寬的代價。如果讓許多用戶共同使用這一寬頻帶，可大為提高頻帶利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，則在分配給不同用戶不同碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取信號。這樣，在一個寬頻帶上，許多對用戶可以同時通話而不相互干擾，這與利用頻帶分割或時間分割方法實現(xiàn)多址通信的概念相類似，即用不同的碼型進行分割，所以成為碼分多址（ CDMA）。碼分多址方式雖然要占用較寬的頻帶，但是平均到每個用戶占用的頻帶來計算，其頻帶利用率是很高的。最近的研究表明，在數(shù)字蜂窩移動通信中，采用擴頻碼分多址技術(shù)可以提高容量 20 倍，除此之外，采用碼分多址，還有利于組網(wǎng)、選呼、增加保密性、解決新用戶隨時入網(wǎng)等問題。 4 抗多徑干擾 在無線電通信的各個頻段，即短波、超短波、微波和光纖通信的光波中大量存在各種類型的多徑干擾。長期以來，抗多徑干擾問題始終是一個難以解決的問題之一。一般的方法是排除干擾或變害為利。前者是設法把最強的有用信號分離出來，排除其他路徑的干擾信號，這就 是采用分集技術(shù)的基本思路。后者是設法把不同路徑來的延時的信號在接收端從時間上對齊相加，合并成較強的有用信要完整版加我 625880526 號，這就是采用梳狀濾波器的基本思路。這兩種基本方法在擴頻通信中都是很容易實現(xiàn)的。簡單的說。就是可以利用擴頻碼序列之間的相關(guān)性，在接收端用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成。另外，在跳頻通信系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同一信息，實際上起到了頻率分集的作用。因此，在目前民用數(shù)字蜂窩移動通信及有的軍事通信設備中經(jīng)常采用簡單的跳頻技術(shù)作為抗多徑干擾的一種手 段。 5 能精確地定時和測距 電磁波在空間地傳播速度是固定不變地光速，我們可以很自然地想到如果能夠精確測量電磁波在兩個物體之間傳播地時間，也就等于測量出了兩個物體之間的距。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間很短。當發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來后在接收端調(diào)出擴頻序列，比較收發(fā)兩端兩個碼序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，算出兩者之間的距離。測量的精確度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，精度越高。目前廣泛應用的全球定位系統(tǒng)也就是 利用擴頻信號的這一特點來精確定位和定時的。 1． 4 擴頻通信的幾種方式 擴頻通信的框圖結(jié)構(gòu)可以用如下的方框圖表示： （ 發(fā)送部分的結(jié)構(gòu)框圖） （接收部分的結(jié)構(gòu)框圖） 信 源 數(shù)據(jù)調(diào)制 擴頻調(diào)制 擴頻編碼發(fā)生器 信 道 擴頻解調(diào) 數(shù)據(jù)解調(diào) 信息接收 擴頻編碼發(fā)生器 同步時鐘 要完整版加我 625880526 從上面的框圖結(jié)構(gòu)中我們可以看到與一般的通信方式不同，擴頻通信增加 了擴頻調(diào)制和解擴部分兩個環(huán)節(jié)。按工作方式我們可以把擴頻通信劃分為如下幾種工作方式： 1 直接序列擴展頻譜系統(tǒng)（ DSSS） 這種 擴頻系統(tǒng)簡稱為直接序列（ DS）系統(tǒng)，準確的說，這種系統(tǒng)應該稱為直接用編碼序列對載波調(diào)制的系統(tǒng)。直接序列系統(tǒng)中用的編碼序列通常是偽隨機序列或叫偽噪聲（ PN）碼，要傳送的信息經(jīng)數(shù)字化后變成二元數(shù)字序列，它和偽隨機序列模 2 加后合成復合碼去調(diào)制載波。在接收端要有一個和發(fā)送端中的偽隨機碼同步的本地碼，對接收的信號進行解擴，解括后的信號送到解調(diào)器取出傳送的信息。 2）跳頻擴頻系統(tǒng)（ FH_SS） 所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波 頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。更確切的說因該叫做“多頻、碼選、頻移鍵控”系統(tǒng)。 3） 跳時擴頻系統(tǒng)（ FH_SS） 與跳頻相似，跳時 (TH－ Time Hopping)是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制?？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。跳時也可以看成是一種時分系統(tǒng)，所不的地方在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。跳時一般和跳頻結(jié) 合起來使用，兩者一起構(gòu)成“跳頻跳時”系統(tǒng) 4）混合式擴頻系統(tǒng) 以上 3 中基本擴頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來，便構(gòu)成了一些混合擴頻體制，如 FH/DS、 FH/TH、 DS/FH 等，它們比單一的擴頻、跳頻、跳時體制有更優(yōu)良的性能。 要完整版加我 625880526 第二章 快跳頻通信系統(tǒng)的性能分析 2． 1 跳頻系統(tǒng)概述 2． 1． 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信號傳輸過程 調(diào)頻通信系統(tǒng)（ FHSS）是一個用戶的載波頻率按某種跳頻圖案（偽隨機調(diào)頻序列）在很寬的頻帶范圍內(nèi)跳變的通信系統(tǒng)。如圖 所示。信息信號經(jīng)過波形調(diào)制（信息調(diào)制）后，送入載波調(diào)制。載波由 跳變序列（偽隨機序列）控制跳變頻率合成器來產(chǎn)生，其頻率隨跳頻序列的值的改變而改變，因此，載波首先被跳變序列調(diào)制，稱作調(diào)頻調(diào)制。跳變頻率合成器受跳頻序列控制，當跳頻序列值改變一次時，則載波頻率跳變一次。跳頻序列習慣上被稱作跳頻指令，跳變頻率合成器被稱作跳頻合成器。信息信號經(jīng)過載波調(diào)制后形成跳頻信號，經(jīng)過信道傳輸被接收機接收。接收機首先從發(fā)送來的調(diào)頻信號中提取跳頻同步信號，使接收機頻率本地偽隨機序列控制的頻率跳變與接收到的跳頻信號的頻率跳變同步。產(chǎn)生與發(fā)射機頻率完全同步一致的本地載波。這個過程稱為解跳。再用本地 載波與接收信號作解調(diào)（載波解調(diào)），可獲得攜帶有信息得信號，從而得到發(fā)射機發(fā)送來的信息，實現(xiàn)跳頻通信。 圖 2。 1 調(diào)頻通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 2． 1． 2 跳頻系統(tǒng)的幾個概念 1 為什么要跳頻 信號信息 信息調(diào)制 擴頻調(diào)制 PN碼發(fā)生器 跳變頻率合成器 信 道 解 擴 信息解調(diào) 跳變頻率合成器 PN 碼發(fā)生器 同步電路 要完整版加我 625880526 通常我們所接觸到的無線通信系統(tǒng)都是載波頻率固定的通信系統(tǒng)，如無線對講機，汽車移動電話等，都是在指定的頻率上進行通信 ，所以也稱作定頻通信。這種定頻通信系統(tǒng)，一旦受到干擾就將使通信質(zhì)量下降，嚴重時甚至使通信中斷。例如：電臺的廣播節(jié)目，一般是一個發(fā)射頻率發(fā)送一套節(jié)目，不同的節(jié)目占用不同的發(fā)射頻率。有時為了讓聽眾能很好地收聽一套節(jié)目，電臺同時用幾個發(fā)射頻率發(fā)送同一套節(jié)目。這樣，如果在某個頻率上受到了嚴重干擾，聽眾還可以選擇最清晰的頻道來收聽節(jié)目，從而起到了抗干擾的效果。但是這樣做的代價是需要很多額譜資源才能傳送一套節(jié)目。如果在不斷變換的幾個載波頻率上傳送一套廣播節(jié)目，而聽眾的收音機也跟隨著不斷地在這幾個頻率上調(diào)諧接收，這樣，即 使某個頻率上受到了干擾，也能很好地收聽到這套節(jié)目。這就變成了一個跳頻系統(tǒng)。另外在敵我雙方的通信對抗中，敵方企圖發(fā)現(xiàn)我方的通信頻率，以便于截獲所傳送的信息內(nèi)容，或者發(fā)現(xiàn)我方通信機所在的方位，以便于引導炮火摧毀。定頻通信系統(tǒng)容易暴露目標且易于被截獲，這時，采用跳頻通信就比較隱蔽也難以被截獲。因為跳頻通信是“打一槍換一個地方”的游擊通信策略、使敵方不易發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦被敵方發(fā)現(xiàn)，通信的頻率也已經(jīng)“轉(zhuǎn)移”到另外一個頻率上了。當敵方摸不清“轉(zhuǎn)移規(guī)律”時，就