【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接近于 C 的傳輸信息的速率來(lái)傳送信息。其中 W 為頻帶寬度， C 為傳輸速率。這個(gè)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(lái)傳輸信息。 也就是說(shuō)，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(cuò)概率傳輸信息，甚至是在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下，只要相應(yīng)的增加信號(hào)的帶寬，也能保持可靠的通信。這一公式指明了采用擴(kuò)展頻譜信號(hào)通信的優(yōu)越性，即用擴(kuò)展頻譜的方法換取信噪比的改善。 擴(kuò)頻通信可行性的另一理論基礎(chǔ)，為柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概 公式： Pow ?－ f(E/N。 ) （ 2）公式指出：差錯(cuò)概率 Pow 是信號(hào)能量 E 與噪聲功率密度 N。之比的 函數(shù)。設(shè)信號(hào)頻帶寬度為 W，信息時(shí)間為 T。信號(hào)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(gè)式子說(shuō)明：對(duì)于一定帶寬 ?F的信息而言，用 Gp 值較大的寬帶信號(hào)來(lái)傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強(qiáng)干擾條件下，通信的安全可靠。即式 (4)與式 (2)一樣，說(shuō)明信噪比和帶寬是可以互換的。 1． 3 擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn) 由于擴(kuò)頻通信大大擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制，在接收端利用相關(guān)解調(diào)技術(shù)恢復(fù)出信 息數(shù)據(jù)，所以它具有很多特點(diǎn)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(shuō)它有以下的特點(diǎn) 1 抗干擾性強(qiáng) 頻通信系統(tǒng)的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性能越強(qiáng)，從理論上講，擴(kuò)頻通信能把信號(hào)從噪聲淹沒(méi)中提取出來(lái)。當(dāng)然，在接收端一般采用相關(guān)檢測(cè)或匹配濾波的方法提取信號(hào)。此外，對(duì)于單頻及多頻載波信號(hào)的干擾、其他偽隨機(jī)調(diào)制信號(hào)的干擾以及脈沖正弦信號(hào)的干擾等，擴(kuò)頻系統(tǒng)都有抑制干擾提高輸出信噪比的作用。特別是對(duì)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(yīng)用的主要原因。簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果信號(hào)帶寬展寬 10 倍 ，干擾方面需要在更寬的頻帶進(jìn)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(qiáng)度只有原來(lái)的 1/10。要保持原有的干擾強(qiáng)度，必須加大 10 倍總功率，這在實(shí)際的戰(zhàn)場(chǎng)條件下有時(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的。另外，由于在接收端采用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，即使采用同類型信號(hào)進(jìn)行干擾，如果不能檢測(cè)出有用信號(hào)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。可以說(shuō)?？垢蓴_性是擴(kuò)頻通信最突出的優(yōu)點(diǎn)。 要完整版加我 625880526 2 隱蔽性好 由于擴(kuò)頻信號(hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)頻，單位頻帶內(nèi)的功率很小，即信號(hào)的功率譜密度很低，所以應(yīng)用擴(kuò)頻碼序列擴(kuò)展頻譜的序 列擴(kuò)頻系統(tǒng)，可在信道噪聲和熱噪聲的背景下在很低的信號(hào)功率譜密度上通信。信號(hào)既然被淹沒(méi)在噪聲里，敵方就很不容易發(fā)現(xiàn)有信號(hào)的存在，想進(jìn)一步檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)就更困難了。因此，擴(kuò)頻信號(hào)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(jìn)行隱蔽通信。再者，由于擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的功率譜密度，對(duì)目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。近年來(lái)在民用通信上，各國(guó)都在研究和在原有窄帶通信的頻帶內(nèi)同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)頻通信，大大提高了頻帶利用率。特別是對(duì)于一些信的通信服務(wù)，如個(gè)人通信服務(wù)，采用擴(kuò)頻碼分多址方式時(shí)，理論和實(shí)踐證明，不需要分配 另外的頻段即可實(shí)現(xiàn)，因而引起了廣泛的重視。 3 實(shí)現(xiàn)碼分多址 我們知道，擴(kuò)頻通信提高了抗干擾性，但是卻付出了占用頻帶寬的代價(jià)。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(kuò)頻通信中存在擴(kuò)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(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，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(hào)，提取信號(hào)。這樣，在一個(gè)寬頻帶上，許多對(duì)用戶可以同時(shí)通話而不相互干擾，這與利用頻帶分割或時(shí)間分割方法實(shí)現(xiàn)多址通信的概念相類似，即用不同的碼型進(jìn)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(gè)用戶占用的頻帶來(lái)計(jì)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(dòng)通信中，采用擴(kuò)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(shí)入網(wǎng)等問(wèn)題。 4 抗多徑干擾 在無(wú)線電通信的各個(gè)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(zhǎng)期以來(lái)，抗多徑干擾問(wèn)題始終是一個(gè)難以解決的問(wèn)題之一。一般的方法是排除干擾或變害為利。前者是設(shè)法把最強(qiáng)的有用信號(hào)分離出來(lái)，排除其他路徑的干擾信號(hào)，這就 是采用分集技術(shù)的基本思路。后者是設(shè)法把不同路徑來(lái)的延時(shí)的信號(hào)在接收端從時(shí)間上對(duì)齊相加，合并成較強(qiáng)的有用信要完整版加我 625880526 號(hào)，這就是采用梳狀濾波器的基本思路。這兩種基本方法在擴(kuò)頻通信中都是很容易實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)單的說(shuō)。就是可以利用擴(kuò)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(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來(lái)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(gè)頻率的信號(hào)傳送同一信息，實(shí)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(dòng)通信及有的軍事通信設(shè)備中經(jīng)常采用簡(jiǎn)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(shí)和測(cè)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(cè)量電磁波在兩個(gè)物體之間傳播地時(shí)間，也就等于測(cè)量出了兩個(gè)物體之間的距。在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，意味著所采用的擴(kuò)頻碼速率很高，每個(gè)碼片占用的時(shí)間很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測(cè)物體反射回來(lái)后在接收端調(diào)出擴(kuò)頻序列，比較收發(fā)兩端兩個(gè)碼序列的相位之差，就可以精確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差，算出兩者之間的距離。測(cè)量的精確度決定于碼片的寬度，也就是擴(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄，精度越高。目前廣泛應(yīng)用的全球定位系統(tǒng)也就是 利用擴(kuò)頻信號(hào)的這一特點(diǎn)來(lái)精確定位和定時(shí)的。 1． 4 擴(kuò)頻通信的幾種方式 擴(kuò)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(kuò)頻調(diào)制 擴(kuò)頻編碼發(fā)生器 信 道 擴(kuò)頻解調(diào) 數(shù)據(jù)解調(diào) 信息接收 擴(kuò)頻編碼發(fā)生器 同步時(shí)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(kuò)頻通信增加 了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分兩個(gè)環(huán)節(jié)。按工作方式我們可以把擴(kuò)頻通信劃分為如下幾種工作方式： 1 直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)（ DSSS） 這種 擴(kuò)頻系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為直接序列（ DS）系統(tǒng)，準(zhǔn)確的說(shuō)，這種系統(tǒng)應(yīng)該稱為直接用編碼序列對(duì)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(jī)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(jī)序列模 2 加后合成復(fù)合碼去調(diào)制載波。在接收端要有一個(gè)和發(fā)送端中的偽隨機(jī)碼同步的本地碼，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，解括后的信號(hào)送到解調(diào)器取出傳送的信息。 2）跳頻擴(kuò)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(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)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(shuō)因該叫做“多頻、碼選、頻移鍵控”系統(tǒng)。 3） 跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)（ FH_SS） 與跳頻相似，跳時(shí) (TH－ Time Hopping)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。首先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。跳時(shí)也可以看成是一種時(shí)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(shí)片，而是由擴(kuò)頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時(shí)片。跳時(shí)系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時(shí)片數(shù)。跳時(shí)一般和跳頻結(jié) 合起來(lái)使用，兩者一起構(gòu)成“跳頻跳時(shí)”系統(tǒng) 4）混合式擴(kuò)頻系統(tǒng) 以上 3 中基本擴(kuò)頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來(lái)，便構(gòu)成了一些混合擴(kuò)頻體制，如 FH/DS、 FH/TH、 DS/FH 等，它們比單一的擴(kuò)頻、跳頻、跳時(shí)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(hào)傳輸過(guò)程 調(diào)頻通信系統(tǒng)（ FHSS）是一個(gè)用戶的載波頻率按某種跳頻圖案（偽隨機(jī)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(hào)經(jīng)過(guò)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(jī)序列）控制跳變頻率合成器來(lái)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(dāng)跳頻序列值改變一次時(shí)，則載波頻率跳變一次。跳頻序列習(xí)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(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后形成跳頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道傳輸被接收機(jī)接收。接收機(jī)首先從發(fā)送來(lái)的調(diào)頻信號(hào)中提取跳頻同步信號(hào)，使接收機(jī)頻率本地偽隨機(jī)序列控制的頻率跳變與接收到的跳頻信號(hào)的頻率跳變同步。產(chǎn)生與發(fā)射機(jī)頻率完全同步一致的本地載波。這個(gè)過(guò)程稱為解跳。再用本地 載波與接收信號(hào)作解調(diào)（載波解調(diào)），可獲得攜帶有信息得信號(hào)，從而得到發(fā)射機(jī)發(fā)送來(lái)的信息，實(shí)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(gè)概念 1 為什么要跳頻 信號(hào)信息 信息調(diào)制 擴(kuò)頻調(diào)制 PN碼發(fā)生器 跳變頻率合成器 信 道 解 擴(kuò) 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(wú)線通信系統(tǒng)都是載波頻率固定的通信系統(tǒng)，如無(wú)線對(duì)講機(jī)，汽車移動(dòng)電話等，都是在指定的頻率上進(jìn)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(yán)重時(shí)甚至使通信中斷。例如：電臺(tái)的廣播節(jié)目，一般是一個(gè)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(shí)為了讓聽(tīng)眾能很好地收聽(tīng)一套節(jié)目，電臺(tái)同時(shí)用幾個(gè)發(fā)射頻率發(fā)送同一套節(jié)目。這樣，如果在某個(gè)頻率上受到了嚴(yán)重干擾，聽(tīng)眾還可以選擇最清晰的頻道來(lái)收聽(tīng)節(jié)目，從而起到了抗干擾的效果。但是這樣做的代價(jià)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(gè)載波頻率上傳送一套廣播節(jié)目，而聽(tīng)眾的收音機(jī)也跟隨著不斷地在這幾個(gè)頻率上調(diào)諧接收，這樣，即 使某個(gè)頻率上受到了干擾，也能很好地收聽(tīng)到這套節(jié)目。這就變成了一個(gè)跳頻系統(tǒng)。另外在敵我雙方的通信對(duì)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(jī)所在的方位，以便于引導(dǎo)炮火摧毀。定頻通信系統(tǒng)容易暴露目標(biāo)且易于被截獲，這時(shí)，采用跳頻通信就比較隱蔽也難以被截獲。因?yàn)樘l通信是“打一槍換一個(gè)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(gè)頻率上了。當(dāng)敵方摸不清“轉(zhuǎn)移規(guī)律”時(shí)，就