【正文】 7（ a） 是二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列雙極性脈沖波形等效形式x(t),二進(jìn)制數(shù)與脈沖電平的對(duì)應(yīng)關(guān)系如前所述；圖 67（ b）是二進(jìn)制擴(kuò)頻序列脈沖波形等效形式 g(t)。 則 DS/BPSK調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻序列相乘可由模 2加法器完成 。 在通信原理中曾介紹過抑制載波的二進(jìn)制相移鍵控 (BPSK)調(diào)制 ,它的載波受數(shù)據(jù)的控制發(fā)生瞬間的 π相位跳變 ,擴(kuò)頻序列采用 BPSK 調(diào)制 ,且 g(t)也是取值為 +1或 1的雙極性脈沖流 ,則式 (624) )]()()(c os [c os2)( 0 tttPts gx ??? ??? (624) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 可表示為 (625) 先將數(shù)據(jù)脈沖流與擴(kuò)頻序列相乘 ,再用復(fù)合的 x(t)調(diào)制載波 。 圖 66是直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理方框圖 。 因?yàn)樵撦d波電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于由偽碼調(diào)制產(chǎn)生的 ［ sinx/x］ 2頻譜電平 ,從而提高了系統(tǒng)抗偵破的能力 。 為了節(jié)省發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)工作效率 ,通常使用抑制載波的雙相平衡調(diào)制 。 而 FSK調(diào)制適合于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位不相干的情況。 在擴(kuò)頻技術(shù)中 ,通常使用兩種調(diào)制： (PSK)和頻移鍵控 (FSK)。 在接收端用相關(guān)檢測排除干擾 ,把干擾擴(kuò)展成低幅值的帶寬頻譜 ,再用濾波器濾除 ,而信號(hào)能量則經(jīng)解擴(kuò)后集中在帶通濾波器的通帶內(nèi) ,信息 被檢出 。 此外還具有信 息隱蔽 ,低的空間無線電波 “ 通量密度 ” 及多址保密通信等優(yōu)點(diǎn) 。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比 ,發(fā)射端增加了一個(gè)高速率的偽隨機(jī)碼 ,并與數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)波形相乘 ,接收端增加一個(gè)本地?cái)U(kuò)頻碼 ,與接收到的信號(hào)進(jìn)行一次相關(guān)解擴(kuò) 。c(u,t)是接收到的擴(kuò)頻信號(hào) ,c *(u,t)是本地?cái)U(kuò)頻碼信號(hào) ,它與 c(u,t)共軛 。c(u,t) 圖 65中 ,Rc為偽碼速率 ,fc為射頻 ,fif為中頻 ,Bbb為基帶數(shù)字信息 d(u,t)的基帶帶寬 。 由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地?cái)U(kuò)頻信號(hào)不相關(guān) ,故在相關(guān)處理中被削弱 ,干擾信號(hào)與本地?cái)U(kuò)頻碼卷積積分 , 其頻帶被擴(kuò)展 ,也就是干擾信號(hào)的能量被擴(kuò)展到整個(gè)擴(kuò)頻帶寬內(nèi) ,降低了干擾電平 ,如圖 65(b)所示 。 以上處理過程就達(dá)到了擴(kuò)展數(shù)字信 息流頻譜的目的 。c(u,t)復(fù)合信號(hào)對(duì)載波調(diào)制后 ,通過發(fā)射機(jī)和天線送入信道中傳輸 。 一般偽隨機(jī)碼的速率是 Mb／ s的量級(jí) ,有的甚至達(dá)到幾百 Mb／ s 。 二進(jìn)制數(shù)碼中所含的兩個(gè)符號(hào)的先驗(yàn)概率相同 ,均為 1/2,且兩個(gè)符號(hào)相互獨(dú)立 ,碼速率也比較低 ,其波形如圖 64 (a) 所示 ,二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) d(u,t)與圖 64(b)所示的一個(gè)高速率的二進(jìn)制偽隨機(jī)碼 (偽隨機(jī)碼為 m序列 )c(u,t)波形相乘 ,得到如圖 64(c)所示的復(fù)合信號(hào) d(u,t) 擴(kuò)頻通信的一般方框圖如 圖 63所示 ,圖 63 (a)是它的發(fā)射系統(tǒng) ,圖 63(b) 是它的接收系統(tǒng) 。 擴(kuò)頻和解擴(kuò)是用信碼控制的 ,收發(fā)的調(diào)制與解調(diào)碼序列必須相同 ,起始相位和重復(fù)周期也必須同步 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 62 擴(kuò)頻數(shù)學(xué)模型 Sw?? ( )Sw信道?? － 1 ( ) ＝ ?? ( ) Snn ( t ) ，來自信道 i ( t ) ，來自其他用戶第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 2. 擴(kuò)頻通信是一個(gè)二次調(diào)制和解擴(kuò)系統(tǒng) 。 如果對(duì)信號(hào)和噪聲只在有限的頻率區(qū)間 (即信息區(qū)間 )取值 ,則信號(hào)的能量全部取出 ,而噪聲的能量只取其擴(kuò)散后能量的一小部分 ,這就是對(duì)信號(hào)和對(duì)噪聲的非等價(jià)處理過程 ,大大抑制了噪聲 ,從而提高了輸出信噪比 。 如果我們假定收到信號(hào) sw,同時(shí)伴有很強(qiáng)的窄帶干擾信號(hào) in (t),則解擴(kuò)過程的結(jié)果可以表達(dá)為 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) ε1 (sw+in)=ε1［ ε(sn)］ +ε1 (in) =sn+ε(in) =sn+in （ 620） 這樣 ,解擴(kuò)頻過程就將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)變成一個(gè)有用的窄帶信號(hào)和若干寬帶信號(hào)之和 。 這樣做的目的是為了抗阻塞性的噪聲干擾 。 從形式上講 ,解擴(kuò)譜運(yùn)算可以表示為 ε1 ()=ε() （ 619） 上式表明 ,解擴(kuò)譜和擴(kuò)譜是完全一樣的運(yùn)算 。 擴(kuò)展頻帶后的寬帶信號(hào)記為 sw。 從形式上講 ,擴(kuò)頻無線通信的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作都可以分成兩個(gè)步驟 : 第一步我們稱為一次調(diào)制 ,重要任務(wù)是形成窄帶信號(hào) sn；第二步是二次調(diào)制 ,目的是進(jìn)行 ε()運(yùn)算 。 在擴(kuò)頻系統(tǒng)中 ,直擴(kuò) (DS)、 跳頻 (FH)是兩種最重要的形式 ,用得很普遍的是 DS和 FH以及二者的結(jié)合 (DS／FH)。 （ 5） 混合擴(kuò)頻 。 線性調(diào)頻擴(kuò)頻 (Chirp)是指在給定脈沖持續(xù)間隔內(nèi) ,系統(tǒng)的載頻線性地掃過一個(gè)很寬的頻帶 。 因?yàn)樾盘?hào)在時(shí)域中壓縮其傳輸時(shí)間 (占空比 l／ n),相應(yīng)地在頻域中要擴(kuò)展其頻譜寬度 ,故跳時(shí)也屬于擴(kuò)頻技術(shù) 。 （ 3） 跳時(shí) (Time Hopping,TH)。 只要收 、 發(fā)信雙方保證時(shí) —頻域上的調(diào)頻順序一致 ,就能確保雙方的可靠通信 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) （ 2） 跳頻 (Frequency Hopping,FH)。 在發(fā)信端直接用擴(kuò)頻序列去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜 ,在收信端 ,用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò) ,將展寬的頻譜擴(kuò)展信號(hào)還原成原始信號(hào) 。 按照頻譜擴(kuò)展方式的不同 ,擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為以下幾種基本形式： ][ NSLGM spj ???(618) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) (1) 直 接 序 列 擴(kuò) 頻 , 簡 稱 直 擴(kuò) （ Direct Sequencing,DS） 。 干擾容限是指保證系統(tǒng)輸出端達(dá)到門限信噪比的情況下 ,接收機(jī)輸入端能承受的干擾信號(hào)比有用信號(hào)高出的分貝 (dB)數(shù) ,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 式中 ,Mj為干擾容限 ,Gp為處理增益 ,Ls為系統(tǒng)損耗 ,S/N是系統(tǒng)輸出端必需的信噪比。 處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能量度 ,它表示擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度 ,但是由這一指標(biāo)還不能說明擴(kuò)頻系統(tǒng)就能在干擾比信號(hào)大 Gp倍的環(huán)境中正常工作 。 由式 （ 617） 可知 ,通信接收機(jī)的誤差概率性能取決于比率 SNR 。 假設(shè)信號(hào)長度是 T,信號(hào)帶寬是 B=Rb,擴(kuò)譜后信號(hào)帶寬成為 fss,擴(kuò)譜前后的信號(hào)維數(shù)可近似為 2RbT和 2 fss T。 信噪比可用下式來計(jì)算 : MEEssJJsUV ar jslkilijlkiil?? ?)|((614) DMEEUV ar jsi ?)((615) DMEEDMEEDEUV a rUES N Rjsjss ???22 )/()()( (616) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 這一結(jié)果同干擾如何分配其能量無關(guān) , 即在約束條 , 不管如何選擇 Jk,式 (616)給出了經(jīng)擴(kuò)維處理后信號(hào)相對(duì)于干擾的增益為 M／ D。 這樣就有下列方程 : 1≤ i≤ D (67) ????????01)()(0ijdtttT ki ??????MksikTi Esdtts1202 )(Msilik MEss ????????第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 下面再考察一個(gè)分布于 M維空間的干擾 : 其總能量是 設(shè)干擾是均值為零的加性干擾 。 NSWC ?HzW 53 103100 ?????第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 由此可見 ,只要將欲傳輸?shù)男畔⑾扔媚撤N方式擴(kuò)展其頻譜 ,再把接收的擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜變換到原始信息帶寬 ,信噪比就可以大大提高 。 這充分說明了用一個(gè)帶寬為信息帶寬幾百倍的寬帶信號(hào)來傳輸信息 ,可以大大提高通信系統(tǒng)的信噪比 ,增強(qiáng)抗干擾能力 。 )1()1(0 NSWl bWnSWl bC ???? (62) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況 ,即 S／ N1時(shí) , (63) 例如 ,我們希望一個(gè)系統(tǒng)工作于干擾比信號(hào)大 100倍的環(huán)境中 ,要求的傳信率是 3000 b/s， 由式 (63),系統(tǒng)應(yīng)有的帶寬為 由上式可以看出 ,對(duì)任意給定的信噪比 ,只要增加用于傳輸信息的帶寬 ,理論上就可以增加在信道中無誤差地傳輸信息率 。 香農(nóng)公式可用于實(shí)際的有擾連續(xù)信道 ,當(dāng)信道受到加性高斯噪聲的干擾 ,且信道傳輸信號(hào)的功率和信道的帶寬受限時(shí) ,它可以表示為 式中 ,C是信道容量 (b/s),W是信道帶寬 ,N=n0W是噪聲功率 , n0是單邊噪聲功率譜密度 ,S是信號(hào)功率 。 但是 ,并不是在同一系統(tǒng)內(nèi)必須同時(shí)利用上述的所有特點(diǎn) ,可以只利用其中的某一個(gè) 。 擴(kuò)頻信號(hào)的功率 、 譜密度遠(yuǎn)比普通信號(hào)小 ,這樣在任意窄的頻率范圍內(nèi) ,發(fā)送的功率都很低 ,如果信號(hào)在傳播中局部頻譜損耗 ,也不會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)信號(hào)的傳輸 。 擴(kuò)頻系統(tǒng)不但具有數(shù)字通信的特性 ,而且還具有抗衰落的能力 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 擴(kuò)頻通信采用不同的正交編碼來區(qū)分收發(fā)信號(hào) ,實(shí)現(xiàn)雙工 ,利用數(shù)字間控空隙可接收信號(hào) 。 集成電路體積小 ,功耗低 ,電氣性能穩(wěn)定可靠 ,用集成電路模塊組成的系統(tǒng) ,適合移動(dòng)通信的要求 。 利用這樣的系統(tǒng)就能夠完成通信 、 自動(dòng)控制和遙測 。 因而 ,擴(kuò)頻信號(hào)易于解決作用 距離遠(yuǎn)和距離鑒別力高的矛盾 ,并且可不模糊測速 ,可用于抗多路徑干擾 。 通過對(duì)寬帶擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)檢測 ,可以使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很高的距離鑒別力 。 在高斯信道中 ,對(duì)單個(gè)脈沖的一次性測量是不可靠的 ,擴(kuò)頻技術(shù)中通常采用極性不斷變化的長序列編碼信號(hào) ( 2PSK 調(diào)制信號(hào) )代替單個(gè)脈沖 。 利用脈沖在信道中的傳輸時(shí)延可以計(jì)算出傳播距離 ,時(shí)延測量的不確定度與脈沖信號(hào)帶寬成反比 。 擴(kuò)頻通信體制具有很強(qiáng)的抗干擾能力 ,尤其對(duì)瞄準(zhǔn)式干擾的抵制特別有效 ,因此在電子戰(zhàn)對(duì)抗中就有很強(qiáng)的抗干擾能力 ,要企圖封鎖和壓制這個(gè)系統(tǒng)的通信是比較困難的 ,所以擴(kuò)頻通信的可靠性好 。 即便是知道了地址碼 ,解出了加密的發(fā)射信息信號(hào) ,如果不了解密鑰 ,不采取相應(yīng)的解密措施 ,也還是聽不懂對(duì)方的講話 ,解不出正確的數(shù)字 、 文字符號(hào) ,所以擴(kuò)頻系統(tǒng)通信安全性好 。 （ 3) 通信信息不易被竊取 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) （ 2) 數(shù)字信息易加密 。 在擴(kuò)頻系統(tǒng)中 ,與傳統(tǒng)的調(diào)制方式相比 ,信號(hào)被擴(kuò)展到很寬的坐標(biāo)上 ,信號(hào)功率在擴(kuò)頻域內(nèi)分布較為稀疏并接近均勻 ,因此 ,擴(kuò)頻信號(hào)在抗干擾的同時(shí) ,還具有難以被察覺的優(yōu)點(diǎn) 。 此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得除既定接收者以外的任何一方檢測到信號(hào)的難度盡可能地大 。 這個(gè)系統(tǒng)可在信噪比低于 15～ 20 dB下進(jìn)行通信 ,從而使信號(hào)具有低幅度 、 隱蔽性好的優(yōu)點(diǎn) 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 3. 擴(kuò)頻通信是一種比較安全 、 可靠的通信 ,其原因如下： （ 1) 信號(hào)功率密度低 。 各個(gè)通信系統(tǒng)也便于用微處理機(jī)進(jìn)行信息處理與自動(dòng)交換控制 。 目前國際上已能達(dá)到60～ 70個(gè)用戶同時(shí)通話 。 每個(gè)用戶有自己的號(hào)碼 ,可以自由選呼其他各個(gè)用戶 ,呼叫中自動(dòng)接續(xù) ,不需人工交換 ,如同使用自動(dòng)電話一樣方便 。 所以 ,擴(kuò)頻通信是一種多地址通信 ,而且地址號(hào)碼可以隨機(jī)變動(dòng) 。 不同的用戶 ,可用不同的載頻跳變規(guī)律 (稱為跳頻圈 )相互區(qū)分 ,故在同一頻帶內(nèi) ,可容許很多不同地址號(hào)碼的電臺(tái) 。 （ 1） 將擴(kuò)展頻譜技術(shù)與正交編碼方法結(jié)合起來 ,可以構(gòu)成碼分選址通信 。 因此應(yīng)當(dāng)注意在圖 61中 ,圖 (a)和圖 (b) 的 Gss (f)曲線的坐標(biāo)比例不同 。 另外需要指出 ,上述擴(kuò)頻信號(hào)與非擴(kuò)頻信號(hào)性能的比較 ,都是在信號(hào)總平均功率相等的前提下完成的 。 如果干擾施放的坐標(biāo)選擇不當(dāng) ,干擾的效果就會(huì)大打折扣 。 圖 61(b)的上圖是擴(kuò)頻前的信號(hào)受到干擾的情形 ,設(shè)接收到的干擾功率為 J,則干擾功率譜密度 J0=J/B。 如圖 61(a)所示 ,白噪聲的單邊功率譜密度 N0在擴(kuò)頻 (信號(hào)帶寬由 B擴(kuò)展到 fss)之后保持不變 ,其平均功率 (功率譜密度曲線下的面積 )是無限的 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 61 (a) 白噪聲環(huán)境； (b) 人為干擾環(huán)境 B擴(kuò)頻