【導(dǎo)讀】等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中。針對(duì)頻通信廣泛的應(yīng)用，直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析和仿真，使其更加形象和具體。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 4— 9） 當(dāng) m（ t）與 p（ t）符號(hào)相同時(shí)， c（ t）為 0；而當(dāng) m（ t）與 p（ t）不同時(shí)，則為 1。 c（ t）的波形如圖 42 所示中的第（ 3）個(gè)波形。由圖可見(jiàn)，當(dāng)信碼 m（ t）為 0 時(shí)， c（ t）與 p（ t）相同；而當(dāng)信碼 m（ t）為 1 時(shí)，則 c（ t）為 p（ t）取反既是。顯然，包含信碼的 c（ t）其碼元寬度已變成了 pT ，即已進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。其擴(kuò)展處理增益也可用下式表示 1 0 l gbp pTG T? （ 4— 10） 在 bT 一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度（碼片寬度） pT 越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。 經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號(hào)在信道上有效的傳輸。圖中采用二相相移鍵控方式。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將 c（ t）與載頻 1cosAt? 相乘，輸出為 ??1st 。即 ? ? ? ?11c o ss t c t A t?? （ 4— 11） 式中， ? ? 1011ct ????????????? ? ? ?????????? 當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼 （ 4— 12） 因此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào) ??1st為 ? ? ? ? 1111c o sc o sc o sAts t A c t tAt??????????? ???????? （ 4— 13） 由上面討論可知，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào) c（ t）可看作只取 ? 1 的二進(jìn)制波形，然后對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制，這里是采用調(diào)相（ BPSK）。所謂調(diào)制，就是指相乘過(guò)程，可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器（或平衡調(diào)制器），最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)。這里假定平衡調(diào)制器是理想對(duì)稱，碼序列取 + ? 1 的概率相同，即調(diào)制信號(hào)無(wú)直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中，無(wú)載波分量。 ??1st 通過(guò)發(fā)射機(jī)中推動(dòng)級(jí)、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。 通常載波頻率較高，或者說(shuō)載波周期 cT 較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期 pT ，即滿足 cT pT 。但圖 42 中（ 4）示出的載波波形 cT =寬度為 pT ，這是為了便于看清楚一些，否 則要在一個(gè) pT期間內(nèi)畫(huà)幾十個(gè)甚至幾百個(gè)正弦波。對(duì)于 PSK 來(lái)說(shuō)，主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)之間的相位關(guān)系。圖 42 中的第（ 5）個(gè)圖為已調(diào)波 ??1st 的波形。這里，當(dāng) c（ t）為一碼時(shí)，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng) c（ t）為 0 碼時(shí)，取同相。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 42 中的第（ 6）個(gè)圖所示。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 18 接收端的工作原理： 假設(shè)發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸，不出現(xiàn)差錯(cuò)，經(jīng)過(guò)接收機(jī)前端電路（包括輸入電路、高頻放大器等），輸出仍為 ??1st 。這里不考慮信道衰減問(wèn)題，因?yàn)閷?duì) PSK 調(diào)制信號(hào)而言，重要的是相位問(wèn)題，這里的假定對(duì)分析工作原理是不受影響的。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。接收機(jī)中的本振信號(hào)頻率與載波相差為一個(gè)固定的中頻。假定收端的偽碼（ PN）與發(fā)端的 PN碼相同。接收端本地調(diào)相情況與發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號(hào)是 p（ t），即調(diào)相器輸出信號(hào) ??2st的相位僅取決于 p（ t），當(dāng) p（ t） =1 時(shí)， ??2st的相位為 ? ；當(dāng) p（ t） =0 時(shí)， ??2st的相位為0。 信號(hào) ??2st的相位如圖 42 中（ 7）所示。 相關(guān)器的作用在這里可等效為對(duì)輸入相關(guān)器的 ??1st 、 ??2st相位進(jìn)行模 2 加。對(duì)二元制的 0、 ? 而言，同號(hào)模 2 加為 0，異號(hào)模 2 加為 ? 。因此相關(guān)器的輸出的中頻相位如圖 42 中的（ 8）所示。然后通過(guò)中頻濾波器。濾除不相關(guān)的各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出原始信息。 這一過(guò)程說(shuō)明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 直擴(kuò)系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)窄帶干擾、寬帶干擾等，都具有抗干擾能力，其抗干擾能力大小就是前面提出的擴(kuò)頻處理增益 PG ， PG 越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。 下面就來(lái)分析直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾和抗窄帶干擾的原理 圖 43 為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖 。 這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)的，在 CDMA 通信網(wǎng)中，其它用戶的信號(hào)就是一種寬帶干擾。相關(guān)處理前，信號(hào)頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，有用信息被解擴(kuò)，其功率譜集中于信息帶寬內(nèi)，而寬帶干擾通過(guò)相關(guān)器，其功率譜密度基本不變。由于解擴(kuò)后必然連接窄帶濾波器，保證信號(hào)能順利通過(guò)，對(duì)信號(hào)頻帶之外的各種干擾起到很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。 對(duì)單頻或窄帶干擾，直擴(kuò)系統(tǒng)有很強(qiáng)的抗干擾能力。圖 44（ a）為解擴(kuò)前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地?cái)U(kuò)頻碼（ PN 碼）是不相關(guān)的。對(duì)干擾來(lái)說(shuō)，相關(guān)器起到擴(kuò)解擴(kuò)后的有用信號(hào)信息帶寬 B A 有用信號(hào) 干擾電平 白限熱噪聲電平 cR cR 功率頻譜 干擾信號(hào) cf f cR f 圖 43 直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖 （ a）接收機(jī)輸入的信號(hào)及干擾的功率譜 （ b）相關(guān)器輸出的信號(hào)及干擾的功率譜 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 19 展頻譜的目的，功率譜密度就大大下降，其中對(duì)信號(hào)有害的干擾分量只有落入信息帶寬部分，從而抑制了大部分干擾。由于有用信號(hào)能順利通過(guò)窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。 直擴(kuò)信號(hào)的抗截獲性 截獲 敵方信號(hào)的目的在于： 1. 發(fā)現(xiàn)敵方信號(hào)的存在， 2. 確定敵方信號(hào)的頻率， 3. 確定敵方發(fā)射機(jī)的方向。 理論分析表明，信號(hào)的檢測(cè)概率與信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號(hào)的頻帶寬度成反比。直擴(kuò)信號(hào)正好具有這兩方面的優(yōu)勢(shì)，它的功率譜密度很低，單位時(shí)間內(nèi)的能量就很小，同時(shí)它的頻帶很寬。因此，它具有很強(qiáng)的抗截獲性。 如果滿足直擴(kuò)信號(hào)在接收機(jī)輸入端的功率低于或與外來(lái)噪聲及接收機(jī)本身的熱噪聲功率相比擬的條件、則一般接收機(jī)發(fā)現(xiàn)不了直擴(kuò)信號(hào)的存在。另外，由于直擴(kuò)信號(hào)的寬頻帶特性，截 獲時(shí)需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測(cè)，也是困難之一。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來(lái)進(jìn)行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號(hào)的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)與估值問(wèn)題。 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) 多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個(gè)通信網(wǎng)，網(wǎng)中任何兩個(gè)用戶都可以通信，而且許多對(duì)用戶同時(shí)通信時(shí)互不不擾。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一個(gè)多址通信系統(tǒng) (網(wǎng) )。 具體的做法是給每一個(gè)用戶分配一個(gè) PN 碼作為地址碼。首先，利用直擴(kuò)信號(hào)中 PN碼的相關(guān)特性來(lái)區(qū)分不同的用戶，每個(gè)用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來(lái)的信 號(hào)，此時(shí)自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號(hào)。對(duì)于其他用戶發(fā)來(lái)的別的信號(hào)，因 PN 碼不同時(shí)互相關(guān)值很小，不會(huì)被解擴(kuò)出來(lái)。其次，利用直擴(kuò)信號(hào)中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻帶。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個(gè)用戶占用的頻寬很窄，相對(duì)說(shuō)來(lái)，頻譜利用率也是高的。 A A 解擴(kuò)后的有用信 號(hào) 干擾被擴(kuò)展頻譜 有用信號(hào) 窄帶干擾信號(hào) 2cR f if f cf cf （ a） 未解擴(kuò)的功率譜 （ b） 解擴(kuò)后的功率譜 圖 44 直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 20 實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多址通信值得注意的問(wèn)題有： 1. 是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。 一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。同時(shí)還需要有一定的數(shù)量。 Gold 碼就可以作為地址碼來(lái)用，它既有較優(yōu)良的相關(guān)特 性，也有足夠的數(shù)量可供選。 2. 是要注意克服“遠(yuǎn)－近”問(wèn)題。 所謂“遠(yuǎn)一近”問(wèn)題指的是距離近的用戶的信號(hào)強(qiáng)，它會(huì)干擾距離遠(yuǎn)的弱信號(hào)的接收。解決的辦法是采用自動(dòng)功率控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá)到接收機(jī)時(shí)各用戶信號(hào)功率基本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件，才能正確地區(qū)分有用信號(hào)。 3. 是同時(shí)通話的用戶數(shù)，決定于整個(gè)網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 多徑信道就是發(fā)射機(jī)和 接收機(jī)之間電波傳播的路徑不止一條。例如由于大氣層的反射和折射，以及由于建筑物等對(duì)電波的反射都是形成多徑信道的原因。不同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達(dá)時(shí)間的延遲也不同。 直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。其它有延遲到達(dá)的電波，由于相關(guān)解擴(kuò)的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用 PN 碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過(guò)半個(gè)PN碼時(shí)片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來(lái)對(duì)待。另外，如果采用不同時(shí)延的匹配濾波器，把多徑信號(hào)分離出來(lái)，還可以變害為利，將這些多徑信號(hào)在相位上對(duì)齊相加，起到增加接收信號(hào)能量的作用。 因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。 直擴(kuò)測(cè)距定時(shí)系統(tǒng) 直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展是從測(cè)距開(kāi)始的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。如果測(cè)定了電波傳播的時(shí)間，也就測(cè)定了距離。 用直擴(kuò)信號(hào)來(lái)測(cè)取和定時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用一個(gè)較長(zhǎng)周期的 PN碼序列作為發(fā)射信號(hào)、用它于目的地反射回來(lái)或轉(zhuǎn)發(fā)回來(lái)的 PN 碼序列的相位進(jìn)行比較，即比較兩個(gè)碼序列相差的時(shí)片數(shù)，就可以看出其時(shí)間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。不難把碼片選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的測(cè)距與定時(shí)，基本的分辨率即一個(gè)碼片。 此外 ，有了精確的測(cè)距的定時(shí)系統(tǒng)，不難形成一個(gè)精確的定位系統(tǒng)；按照簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系，已知兩個(gè)點(diǎn)的位置 (座標(biāo) )和距離，及其在某一平面上分別與第三點(diǎn)的距離，也就能確定第三點(diǎn)的座標(biāo)位置。 擴(kuò) 頻序列通信系統(tǒng)的同步原理 任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號(hào)的傳輸，要求收發(fā)兩端信號(hào)在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。一個(gè)相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實(shí)現(xiàn)信息碼元同步、 PN 碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作。可以說(shuō)沒(méi)有同步就沒(méi)有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 21 同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時(shí)鐘可以和 PN 碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)，有固定的關(guān)系，一個(gè)實(shí)現(xiàn)了同步，另一個(gè)自然也就同步了。對(duì)于載頻同步來(lái)說(shuō)，主要是針對(duì)相干解調(diào)的相位同步而言。常見(jiàn)的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論 PN 碼碼元和序列的同步。 一般說(shuō)來(lái)，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中采用精確的頻率源，可以去掉大部分頻率和相位的不確定性。但引起不確定性的因素有以下一些： 1. 收發(fā)信機(jī)的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差 。 2. 收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差 。 3. 收發(fā) 信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移； 4. 以及多徑傳播也會(huì)影響中心頻率的改變。 因此，只靠提高頻率源的穩(wěn)定度是不夠的，需要采取進(jìn)一步提高同步速率和精度的方法。 同步系統(tǒng)的作用就是要實(shí)現(xiàn)本地產(chǎn)生的 PN 碼與接收到的信號(hào)中的 PN 碼同步，即頻率上相同，相位上一致。同步過(guò)程一般說(shuō)來(lái)包含兩個(gè)階段： 1. 接收機(jī)在一開(kāi)始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過(guò)程，即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號(hào)。這一階段也稱為起始同步或粗同步，也就是要把對(duì)方發(fā)來(lái)的信號(hào)與本地信號(hào)在相位之差納入同步保持范 圍內(nèi)，即在 PN 碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。 2. 一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過(guò)程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。也就是說(shuō)，無(wú)論由于何種因素兩端的頻率和相位發(fā)生偏移，同步系統(tǒng)能加以調(diào)整，使收發(fā)信號(hào)仍然保持同步。 如果由于采種原因引起失步，則重新開(kāi)始新的一輪搜捕和跟蹤過(guò)程。因此，整個(gè)同步過(guò)程是包含搜捕和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整過(guò)程。 圖 45 為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖 ，圖中 接收到的信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后，在乘法器中與本地 PN 碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。此時(shí)搜捕器件，調(diào)整壓控鐘源，調(diào)整 PN 碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地脈序列偽重復(fù)頻率和相位，以搜捕有用信號(hào)。一旦捕獲到有用信號(hào)后，則起動(dòng)跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地 PN碼發(fā)生器與外來(lái)信號(hào)保持同步 接收信號(hào) 圖 45 同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖 輸出出 寬帶濾波器 碼跟蹤器 PN碼發(fā)生器 壓控鐘源 搜捕器件 解調(diào)器 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 22 5. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 矩陣實(shí)驗(yàn)室（ MATLAB:Matrix Laboratory）是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式的程序語(yǔ)言。