【正文】 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)。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。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。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)。 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。 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。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 。因此，這里我們只需討論 PN 碼碼元和序列的同步。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。 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)。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。 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。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。如果測(cè)定了電波傳播的時(shí)間，也就測(cè)定了距離。 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。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。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。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)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。 因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。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)。 2. 是要注意克服“遠(yuǎn)－近”問(wèn)題。同時(shí)還需要有一定的數(shù)量。 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。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。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)。 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。 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。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來(lái)進(jìn)行隱藏通信。 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。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。 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。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。 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。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。 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 。 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。 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。然后通過(guò)中頻濾波器。對(duì)二元制的 0、 ? 而言，同號(hào)模 2 加為 0，異號(hào)模 2 加為 ? 。 信號(hào) ??2st的相位如圖 42 中（ 7）所示。假定收端的偽碼（ PN）與發(fā)端的 PN碼相同。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。 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，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。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。 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 。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。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）。圖中采用二相相移鍵控方式。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。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。模 2 加法器的運(yùn)算規(guī)則可用下式表示 ? ? ? ? ? ?c t m t p t?? （ 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。偽碼的波形如圖 42 中的第（ 2）個(gè)波形，其碼元寬度為 pT ，且取 bT =16 pT 。圖 41示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 16 0 0 0? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0 0 0? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 3） ? ? ? ? ? ?c t m t p t?? 000000 ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 4）載波 0 0 0 0 0 0? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 （ 1）信碼 m（ t） （ 2）偽碼 p（ t） （ 5） PSK 已調(diào)波 ??1st （ 7） ??2st相位 （ 6） ??1st相位 （ 9）解調(diào)輸出 （ 8）中頻調(diào)相 圖 42 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要相位或波形 圖 41 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖 信息 信碼 m(t) BPSK 調(diào)制 載波 PN 碼 擴(kuò)頻解調(diào) 本地 PN 碼 BPSK 解調(diào) 本地載波 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 17 在發(fā)送端輸入信息碼元 m（ t），它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為 0、 1 兩個(gè)碼元，其碼元寬度為 bT 。 直接序列擴(kuò)頻的基本原理 所謂直接序列擴(kuò)頻（ DS），就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。 = 輸出端的信噪比， SL = 系統(tǒng)損耗 由此可見(jiàn)，抗干擾容限 jM 與 擴(kuò)頻處理增益 pG 成正比，擴(kuò)頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號(hào)在一定的噪聲湮沒(méi)下也能正常通信。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。一般把擴(kuò)頻信號(hào)帶寬 W 與信息帶寬 △F 之比稱為處理增益PG ， 即 P WG F? (47) 它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，在接收端解擴(kuò)還原了信息，這樣的系統(tǒng)帶來(lái)的好處是大大提高了抗干擾容限。 綜上所述：將信息帶寬擴(kuò)展 100 倍，甚至用 1000 倍以上的帶寬信號(hào)來(lái)傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。設(shè)信息持續(xù)時(shí)間為 T，或數(shù)字信息的碼元寬度為 T，則信息的帶寬 Bm 為 1mB T? （ 43） 信號(hào)功率 S 為 1S T? （ 44） 已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號(hào)的寬度為 B，則噪聲功率為 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 15 0N nB? （ 45） 將式（ 43） ~（ 45）代入式（ 42），可得 e mS T S BP f B fN N B????? ? ? ??????? ?? （ 46） 上面公式指出，差錯(cuò)概率 Pe 是輸入信號(hào)與噪聲功率之比（ S/N）和信號(hào)帶寬與信息帶寬之比（ B/Bm）二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶 傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處 。 由式中可以看出： 為了提高信息的傳輸速率 C，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬 B 或提高信噪比 S/N。為什么要用寬頻帶信號(hào)來(lái)傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的安全可靠性。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ) 長(zhǎng)期以來(lái)，人們總是想方 設(shè)法使信號(hào)所占的頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源利用率。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 14 4． 直接序列擴(kuò)頻 通信 技術(shù) 直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ) 直接序列擴(kuò)頻的概念 所謂直接序列 (DS： Direct Sequence)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送 端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。因?yàn)榭偣灿?2n－ 1 個(gè)不同的相對(duì)位移，加上原來(lái)的兩個(gè) m 序列本身，所以，兩個(gè) m 級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生 2n＋ 1 個(gè) Gold序列。其旁辯的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對(duì)的條件。這兩個(gè) m序列雖然碼長(zhǎng) 相同，但相加以后并不是 m 序列，也不具備 m 序列的性質(zhì)。 例如 n=5， m序列只有 6 個(gè)，而 Gold 序列數(shù)為 52 1 33?? 。因?yàn)榭偣灿?21n? 個(gè)不同的相對(duì)位移，加上兩個(gè) n 級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生 21n? 個(gè) Gold 序列。 圖中碼發(fā)生器 1 和 碼發(fā)生器 2 為 m 序列優(yōu)選對(duì)。 中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文 12 如果把兩個(gè) m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對(duì)序列模二相加，則產(chǎn)生一個(gè)新的碼序列，即 Gold 序列。