【正文】 擴頻通信技術誕生得較早，從 20 世紀 40年代起，人們就開始了對擴頻技術 的研究，其抗干擾性、抗竊聽、自 50年代中期美國軍方開始研究，擴頻通信技術一直為軍 事通信所獨占，廣泛應用于軍事通信、電子對抗以及導航、測量等各個領域。到本世紀 80年代初擴頻通信技術開始被應用于民用通信領域。 從國內來看，近十多年來，出于民用通信特別是陸地移動通信的迅速發(fā)展，擴頻通信的研究也在不斷深入。 從國外來看，軍事通信技術的進步和發(fā)展，軍工產(chǎn)品向民用產(chǎn)品的轉化，直接推動了擴頻通信理論、方法、技術等方面的研究發(fā) 展和應用普及。但由于擴頻系統(tǒng)的設備復雜等多方面的原因，致使擴頻通信技術一直都發(fā)展得較為緩慢。 DSSS 局域網(wǎng)可在很寬的頻率范圍內進行通信，支持 1~2Mb/s 數(shù)據(jù)速率，在發(fā)送和接收端都以窄帶方式進行，而傳輸過程中則以寬帶方式通信。術語“擴頻”指將信號帶寬擴展幾個數(shù)量級，在信道中加入索引即可實現(xiàn)擴頻。擴展帶寬與初始信號之比稱為處理增益 (dB)，典型的擴頻處理增益可以從 10dB 到 60dB。在接收鏈路中數(shù)據(jù)恢復之前移去擴頻碼，稱為解擴。顯然，在信息傳輸通路的兩端需要預先知道擴頻碼。擴頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。 擴頻通信系統(tǒng)的主要特點 擴頻通信技術在發(fā)端以擴頻編碼進行擴頻調制，在收端以相關解調技術收信，這一過程使其具有諸多優(yōu) 良特性： (1)抗干擾性強 抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為 100 倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強度降低了 100倍，如要保持原干擾強度，則需加大100倍總功率，這實質上是難以實現(xiàn)的。正因為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴頻技術的無線網(wǎng)橋來連接分布在不同區(qū)域的計算機網(wǎng)絡。 G=B2/B1 擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調，只提取擴頻編碼相關處理后帶寬為 B1的信號成份，而排除了擴展到寬帶 B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當于把接收信噪比提高了 G 倍。 (2)隱蔽性強、干擾小 因信號在很寬的頻帶上被擴展，則單位帶寬上的功率 很小，即信號功率譜密度很低。而極低的功率譜密度，也很少對其他電訊設備構成干擾。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼，就 可以互不干擾地同時使用同一頻率通信，從而實現(xiàn)了頻率復用，使擁擠的頻譜得到充分利用。 (4)抗多徑干擾 在無線通信中，抗多徑干擾問題一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關特性；在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。 除了上面四種基本方式外，還有這些擴頻方式的組合方式，如 FH/DS， TH/DS，F(xiàn)H/TH等 [6]。 偽隨機序列 m 序列 在擴頻系統(tǒng)中，信號的頻譜擴展是通過擴頻碼實現(xiàn)的，擴頻碼對整個系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。能滿足上述要求的擴頻編碼應具有如下理想特性 : 1）偽隨機碼應必需具有尖銳的自相關函數(shù)，而互相關函數(shù)應接近于零； 2）具有足夠長的碼周期，以確?？箓善?、抗干擾的要求； 3）有足夠多的獨立地址數(shù)，以實現(xiàn)碼分多址的要求； 4）工程上易于產(chǎn)生、加工、復制和控制。它具有優(yōu)良的相關特性，但是至今無法實現(xiàn)對白噪聲放大、調制、檢測、同步及控制等。 m序列是最長線性移位寄存器序列，是偽隨機序列中最重要北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 6 的一種。它的產(chǎn)生是由移位寄存器加反饋形成的，其結構如圖 21所示。 2）移位可加性：某個 m 序列同相移為 任意值的同一 m序列的模 2 和是另一相移的 m 序列。 B． m 序列信號的產(chǎn)生 1）序列多項式與特征多項式 設線性移位寄存器產(chǎn)生的序列為 {an }=a0 ,a1 ,a2 ,? 定義以二元有限域的元素 an (n=0,1,2,? )為系數(shù)多項式叫序列多項式。 若 r 級線性移位寄存器的初始狀態(tài)為 a r? ,a 1??r ,…,a 1? 且滿足線性反饋邏輯 an =c1 a 1?n +c2 a 2?n +…+cra rn? (模 2 加 ) 式（ 22） 可得序列多項式 G(x)與反饋邏輯函數(shù)關系： 北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 7 G(x)=??? ri iirxcc11 式（ 23） 如果把模 2加法器反饋到第一級的連線 c0 =1考慮進去，式 212的分母就是反饋邏輯。因 cr =1,所以上式變?yōu)? G(x)=1/F(x) 式（ 25） 上式說明序列多項式是特征多項式的倒數(shù)。于是 G(F)中之非零序列均為 m 序列的充要條件是F(x)為 F2 上的本原多項式。 直接序列擴頻通信系統(tǒng) 直接序列擴頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機 (PN)序列擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴展相同的偽隨機序列對 接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出原來的信息 [7]。 北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 8 信 源 擴 頻P N 碼調 制振 蕩 器a ( t )s ( t )c ( t )d ( t ) 0f高 放 混 頻 解 擴 解 調本 振 P N 碼 同 步)(1 tr )(39。 ta1f )(39。 a(t)是碼元持續(xù)時間為 Ta的信息流，偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機碼為。將信息碼 a(t)和 c(t)進行模 2加，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調制載波，這樣就得到已擴頻調制的射頻信號。對于千擾和噪聲，由于和偽隨機序列不相關，在相關解擴器的作用下，相當于進行了一次擴頻。 直接序列擴頻系統(tǒng)簡稱直接擴頻（ DSS）系統(tǒng)或叫直接序列（ DS）系統(tǒng)，是目前使用最多，最典型的擴頻 工作方式，直擴方式是在發(fā)端直接用具有高碼率的擴頻編碼去擴展信號的頻譜，而在收端用相同的擴頻編碼進行解擴使擴頻信號還原為原始信號。要傳送的信息經(jīng)數(shù)字化后變成二元數(shù)字序列，它和偽隨機序列模二相加后變成復合碼去調制載波。當擴頻調制后由天線發(fā)射出去。 直接序列擴頻通信系統(tǒng)性能的分析 抗干擾能力 直接擴頻通信系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，通常工作在強干擾環(huán)境，這些干擾北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 9 可分為自然干擾和人為干擾。接收機內部噪聲也歸于自然干擾。 比較常見的是噪聲干擾，可以用高斯白噪聲作為其模型 ,其功率譜密度覆蓋擴頻系統(tǒng)頻帶。接收信號 u(t)為： u(t)=Ad(t)pn(t)cosω 0t+n(t) 式 （ 26） 設 n(t)是獨立的、 0均值帶限 fd 平穩(wěn)隨機過程 ,功率譜密度為 Sn (f),噪聲功率為 ： E(|n(t)|2 )=???? dffSn )(=Pn 式 （ 27） 在系統(tǒng)同步后，基帶濾波器濾除ω 0 及以上的高頻分量，噪聲輸出成分為 ： N(t)=???? ? daapnanath )()()( 式 ( 2 8) 其中 h(t)為基帶濾波器的傳輸函數(shù)。 而噪聲輸出成分的方差，即噪聲輸出成分的平均功率為 ： 2? = ???????? ddRRhhpnn )()()()( ??????? 式 （ 29） 式中， Rn (β α )=E[n(α )n(β )],是噪聲的自相關函數(shù)，等于它的功率譜密度 Sn (f)的付氏變換。 2? =???? dffSfSfH npn ))(*)((|)(| 式 （ 210） 這里， H(f)是理想基帶濾波器的頻率特性， h(t)付氏變換。 fd 為基帶信息的速率，這北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 10 樣 ： 2? =???? dffSfS npn )(*)( 式 （ 211） 我們定義反映擴頻通信特征的重要參數(shù) 擴頻增益 G，在擴頻通信中，接收機作解擴解調后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為 B1 的信號成分，而排除掉擴展到寬頻帶 B2中的外部干擾、噪聲等其他影響。所以根據(jù) G的定義，系統(tǒng)噪聲輸出功率可表示為 ： 2? ? PnNPn? Pn21BB = Pn /G 式 （ 212） 由上式可知，噪聲輸出功率與擴頻增益成反比。 對于式 27，擴頻碼 pn(t)對噪聲 n(t)在頻域上做卷積，實際上 是擴頻碼對基帶噪聲干擾作頻譜擴展，擴展后的噪聲功率譜密度既然明顯降低，為原譜密度的 1/G，而能經(jīng)基帶濾波器輸出的噪聲功率也就僅為原噪聲功率的 1/G，實現(xiàn)了對噪聲干擾的抑制，體現(xiàn)了擴頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力?？梢宰C明，當噪聲帶寬非常寬時，擴頻通信系統(tǒng)對噪聲功率不再有明顯的抑制能力。 信噪比和誤碼率 信噪比和誤碼率是數(shù)據(jù) 通信最重要的性能指標，它充分反映了數(shù)據(jù)通信的抗噪聲能力和傳輸數(shù)據(jù)的準確性，這里開始分析直接擴頻系統(tǒng)的信噪比和誤碼率。擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)射信號 ： S(t)= P2 d(t)pn(t)cosω 0t 式 （ 213） 忽略傳輸時延和衰減，其接收信號為 ： 北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文） 11 u(t)=S(t)+n(t) 式 （