【文章內(nèi)容簡介】 取出來。 ⑴ 信號占用的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)送信息所需的最小帶寬。 ⑵ 擴(kuò)頻是由擴(kuò)頻信號 (spreading singnal)實現(xiàn)的，擴(kuò)頻信號通常稱為編碼信號 (code signal)， 與數(shù)據(jù)無關(guān)。 ⑶ 接收端解擴(kuò) (恢復(fù)原始信號 )是將接收機(jī)的擴(kuò)頻信號與擴(kuò)頻信號的同步副本通過相關(guān)完成。 標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方式，如頻率調(diào)制，脈沖編碼調(diào)制也擴(kuò)展了原始信號的頻譜，但它們并 不滿足上述條件，因此不能稱為擴(kuò)頻系統(tǒng)。 擴(kuò)頻通信特征 ⑴ 是一種數(shù)字傳輸方式。 ⑵ 帶寬的展寬是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù) (擴(kuò)頻函數(shù) )對被傳信息進(jìn)行調(diào)制實現(xiàn)的 。 ⑶ 在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 18 2 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖 直接序列 (DS)擴(kuò)頻 是一種直接用具有高碼元速率的 PN碼序列在發(fā)送端擴(kuò)展基帶信號的頻譜 ， 在接收端用相同的 PN 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 。 圖 5 為直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成與原理框圖。 帶通 帶通 濾波 積分判決 信碼 PN 碼 載波 干擾 載波同步 PN 碼同步 載波 PN 碼 信碼 圖 5 直擴(kuò)系統(tǒng)組成原理框圖 直接序列擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生原理 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是目前廣泛應(yīng)用的一種擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。美國的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)都是直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用實例。 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻信號體制。下面就從偽隨機(jī)碼序列 (m 序列和 GOLD 碼序列 )的產(chǎn)生原理、調(diào)制信號的產(chǎn)生原理幾方面來說明直接序列擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生原理。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 19 ⑴ m 碼序列的產(chǎn)生原理 偽隨機(jī)碼序列是一種具有類似白噪聲統(tǒng)計特性的編碼信號，通常作為擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)展碼。 M 碼序列是移位寄存器序列 ??8 。 M碼序列可以由移位寄存器加反饋產(chǎn)生，如圖 6 所示。 Cn 1 Cn 2 Cn 3 Cn 4 C1 C0 Cn 5 …… A0 A1 A4 A5 …… An 1 An A2 A3 圖 6 n級反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu) Cn 是每個移位寄存器的初值，可以是 1 或 0， An 是第 n 級移位寄存器的反饋系數(shù)， An=0 時表示無反饋，反饋線斷開： An=1時表示有反饋，反饋線相連。這種結(jié)構(gòu)的 A0 和 An 必須有反饋，否則 n 級最長線性反饋移位寄存器將簡化為 n1 級 最長線性反饋移位寄存器。采用不同的反饋邏輯，即 An 的不同取值將產(chǎn)生不同的移位寄存序列。 N 級最長線性反饋移位寄存器的周期為 2n1， n 為移位寄存器的級數(shù)。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 20 ⑵ GOLD 碼序列的產(chǎn)生原理 由于 m 碼序列具有的移位寄存序列不能滿足擴(kuò)頻系統(tǒng)碼分多址的要求 ??9 ，因此實際采用的地址由 2 個長度和速率相同的 m碼序列優(yōu)選對模 2 相加得到 GOLD 碼序列。 GOLD 碼序列產(chǎn)生的移位寄存序列為 2n+1 個。 GOLD 碼序列可以通過 2 個 m 碼序列優(yōu)選對串聯(lián)產(chǎn)生，如圖 7 所示。 C4 D4 D3 D2 D1 D0 C1 C2 C3 D5 C0 C5 圖 7 有 2個 n=6的 m碼序列優(yōu)選對串聯(lián)產(chǎn)生的 GOLD碼序列 由 2 個 n=6 的 m 碼序列優(yōu)選對串聯(lián)組成 1 個 n=12 的移位寄存器序列 (GOLD 碼序列 )不是最長線性移位寄存器序列。根據(jù) Cn和 Dn(n+1…6 )的不同取值產(chǎn)生的 GOLD 碼序列總共為 26+1=65條。 直接序列擴(kuò)頻原理 直接序列擴(kuò)頻的實質(zhì)是用一組編碼序列調(diào)制載波，其調(diào)制過程可以簡化表示為：信碼和擴(kuò)展碼序列模 2 相加進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，產(chǎn)生擴(kuò)頻調(diào)制信號；擴(kuò)頻調(diào)制信號對載波反相鍵控進(jìn)行載波調(diào)制，產(chǎn)生直接序列擴(kuò)頻信號，如圖 8 所示 ， 任 意波形發(fā)生器的實現(xiàn)方法 。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 21 信碼 擴(kuò)展碼 載波 圖 8直接序列擴(kuò)頻信號的產(chǎn)生原理 理想的任意波形發(fā)生器既是一種信號源，又是一種調(diào)制源。 直接序列擴(kuò)頻信號的實現(xiàn)方法 直接序列擴(kuò)頻信號的調(diào)制分為擴(kuò)頻調(diào)制 和載波調(diào)制 兩部分。 擴(kuò)頻調(diào)制為信息碼和擴(kuò)展碼模 2 相加，這里為了簡單，采用m序列作為擴(kuò)展碼調(diào)制信息碼，信息碼用全 0代替進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。當(dāng)信息碼為全 0 時，擴(kuò)頻調(diào)制信號即原來的 m 碼序列 ??10 。擴(kuò)展碼的設(shè)計碼速率為 4MHz，擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生的擴(kuò)頻調(diào) 制信號即 m 碼序列存為 。要注意的是，實際擴(kuò)頻調(diào)制時，由于信息碼和擴(kuò)展碼速率不同，需要對信息碼波形進(jìn)行水平擴(kuò)展，擴(kuò)展的倍數(shù)約等于擴(kuò)展碼速率與信息碼速率的比值。 載波調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制信號與載波相乘，要注意的是擴(kuò)頻調(diào)制信號對載波進(jìn)行反相鍵控時，要求擴(kuò)頻調(diào)制信號必須為 1 兩種狀態(tài)，另外，由于擴(kuò)頻調(diào)制信號的碼速率和載波頻率不同，載 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 22 波調(diào)制時需要對擴(kuò)頻調(diào)制信號進(jìn)行水平擴(kuò)展 (expand)，擴(kuò)展的倍數(shù)約等于載波頻率與擴(kuò)頻調(diào)制信號速率的比值。 應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的直接序列擴(kuò)頻信號存在兩點不足，一是輸出頻 率是中頻，不能進(jìn)行射頻調(diào)制；二是擴(kuò)頻信號的副瓣沒有抑制，儀器內(nèi)置的數(shù)字濾波器頻率上限為 50MHz，因此不能直接利用儀器內(nèi)置的數(shù)字濾波器對載波為 50MHz 以上的直接序列擴(kuò)頻信號濾波。因此任意波形發(fā)生器在實際應(yīng)用中，往往需要和其他測試儀器配合完成射頻調(diào)制過程，另外需要單獨使用帶通濾波器進(jìn)行濾波。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 23 3 直序擴(kuò)頻信號傳輸過程 直接序列 擴(kuò)頻系統(tǒng)與 PSK調(diào)制 由于直擴(kuò)基帶信號采用雙極性 NRZ 波形，因此實際上直擴(kuò)基帶信號與正弦載波相乘就是 PSK 調(diào)制。載波、數(shù)據(jù)與 PN碼三者之間都是相乘關(guān)系 ??11 ，相乘次序的變化不影響結(jié)果，因此實際發(fā)送的設(shè)備中可以是先將數(shù)據(jù)進(jìn)行 PSK 調(diào)制得到窄帶的射頻信號，再進(jìn)行擴(kuò)頻，同樣接收設(shè)備也可能是先解擴(kuò)，再進(jìn)行 PSK解調(diào) 。如圖 9 所示 。 判決輸出 取樣脈沖 載波基準(zhǔn) PSK 波形 相乘輸出 低濾輸出 圖 9 PSK調(diào)制與解調(diào) 利用二進(jìn)制 PSK 的一個二進(jìn)制信息序列的傳輸問題。信息的速率是 sbR 比特區(qū)間是 1bTR? ?？捎眯诺朗?? ?HzBC ， CBR?? 。在調(diào)制器中，按照 PN 碼的變化形式，以每秒 W 次的速度，偽隨 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 24 機(jī)地將載波相位移項，將信號的帶寬擴(kuò)展到 ? ?HzBW C? 。這樣所得到的以調(diào)信號稱為 直 接序列 (DS)擴(kuò)頻信號。 擴(kuò)頻信號解調(diào) 信號解調(diào)按圖 10 完成。接收信號首先乘以在接收機(jī)的 PN碼序列發(fā)生器產(chǎn)生的波形 )(tc 的復(fù)本 ??12 ，它是與接收信號中的 PN碼同號的。這一運(yùn)算稱為 (頻譜 )解擴(kuò)，因為在接收端乘以 )(tc 的效果就是將在發(fā)送端的擴(kuò)頻運(yùn)算解開。據(jù)此有 )2c os ()()2c os ()()( 2 tftvAtftctvA cCcC ?? ? （ 31） 上式中因有對全部 t ， 1)(2 ?tc 。所得信號 )2cos()( tftvA cC ? 占有帶寬為 )(HzR (近似 )，它就是載有信息信號的帶寬。因此，對解擴(kuò)信號而言，這個解調(diào)器就是常規(guī)互相關(guān)器或匹配濾波器。因為該解調(diào)器具有 和解擴(kuò)信號相同的帶寬，所以在解調(diào)器上使信號受到污損的僅是那些位于接收信號的信息帶寬以內(nèi)的加性噪聲。 圖 10 DS擴(kuò)頻信號的解調(diào) 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 25 設(shè)想接收信號是 )()2c o s ()()()( titftctvAtr cC ?? ? （ 32） 式中 )(ti 代表干擾。在接收端的解擴(kuò)處理產(chǎn)生 )()()2c o s ()()( tctitfAtctr cC ?? ? （ 33） 將干擾 )(ti 與 )(tc 相乘的效果就是將 )(ti 的帶寬擴(kuò)頻到 WHz 。 舉一個例子，考慮一個如下式的正弦干擾信號 )2cos()( tfAti cJ ?? （ 34） 式中 Jf 是為于傳輸信號帶寬內(nèi)的某一頻率 。它與 )(tc 相乘就會產(chǎn)生一個功率譜密度 WPJ J?0 的帶寬干擾，這里 22JJ AP ?是該干擾的平均功率。因為所期望的信號是用帶寬為 R 的匹配濾波器 (或相關(guān)器 )解調(diào)，所以在解調(diào)器輸出端干擾的總功率是 CJcbJJJ LPTT PRWPWPRJ ????0 （ 35） 因此，在干擾信號中的功率就降低了等于帶寬擴(kuò)展因子 RW的倍數(shù)。這個因子 Ccb LTTRW ?? 稱為擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益。干擾功率的降低是在有干擾的信道上采用擴(kuò)頻信號傳輸數(shù)字信息的根本原因。 沈陽大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） No 26 總之，在發(fā)送端用 PN 碼序列將在有信息的信號擴(kuò)頻到某個較寬的帶寬上，然后在信道上進(jìn)行傳輸。當(dāng)這個接收信號乘以一個同步了的 PN碼信號的復(fù)本時，所期望的信號被解擴(kuò)回到窄帶帶寬上來 ??13 ，而任何干擾信號都被擴(kuò)頻到一個較寬的寬帶 內(nèi)。在干擾功率上的凈效果就是降低 RW 倍，這就是擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益。 假定這個 PN 碼序列 }{nc 已知是僅對這個目標(biāo)中的接收機(jī)而言的。任何不具有該 PN碼序列知識的其他接收機(jī)不可能解出這個信號。這樣，利用一個 PN 碼序列就提供了某種程度的保密性(或安全性 )，而這個用常規(guī)的調(diào)制是不能達(dá)到的。為這一安全性和抗干擾性能獲益所付出的主要代價是在信道帶寬利用上的降低和在通信系統(tǒng)復(fù)雜性上的增加。 在 AWGN 信道中，采用二進(jìn)制 PSK 的 DS 擴(kuò)頻系統(tǒng)的差錯概率與一般的 (未擴(kuò)頻 )二進(jìn)制 PSK 的差錯概率相同的，即