【正文】 ， 通過相關(guān)處理后可消除干擾影響 。使用 直擴 系統(tǒng)中的偽隨機碼的相關(guān)特性，可以完成 高精度的 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 2 測距和定位。 為了 滿足日益增長的民用通信需求，并有效地利用頻譜資源， 各國 提出了在數(shù)字蜂窩移動通信，衛(wèi)星移動通信和未來的個人通信 中 采用 擴頻 技術(shù)， 擴頻 技術(shù) 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用 在手機，無繩電話，微波通信，無線數(shù)據(jù)通信，遙測，監(jiān)控，報警系統(tǒng) 中 。 擴頻 技術(shù)采用兩種方式：一種是直接序列 擴頻 技術(shù)，另一種是跳頻 擴頻 技術(shù) ，前一種使用的比較多 ?？垢蓴_性強，低誤碼率 ； 可與窄帶無線通信 共存； 實現(xiàn)有效利用頻譜 ； 適用于數(shù)字語音和數(shù)據(jù)傳輸 ； 安裝方便，成本低。 無論是在 城市地 區(qū)，如證券，金融，商業(yè)零售網(wǎng)點，信息傳輸 ， 信用卡網(wǎng)絡(luò)，或公安網(wǎng)，工業(yè)區(qū)， 或者 偏遠的農(nóng)村地區(qū)，油田，山區(qū)，建立 擴頻 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是一個投資小，安裝方便，見效快 ， 可靠性高，實用的方法。典型的應(yīng)用包括 ： /數(shù)據(jù)通信 ； 互聯(lián)網(wǎng) ； （ Mbps）連接 ； ； e.“最后一公里”連接 ； 事件 ， 抗險救災(zāi) 通信。 課題研 究的意義 MATLAB 是 Mathworks 公司推出 的 數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，經(jīng)過多年的發(fā)展，已開發(fā)出 包括 通信系統(tǒng) 的 多個工具箱， 并 成為目前的科學(xué)研究 、 工程應(yīng)用中最流行的軟件 包之一。 Simulink 的主要功能，允許用戶通過簡單的鼠標點擊和復(fù)制命令建立直觀的系統(tǒng)框圖模型，用戶可以自由地改變模型中的參數(shù)，更改參數(shù)后，您可以立即看到結(jié)果，從而達到方便快速，輕松 地建模和仿真的目的。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 20xx） 3 3 擴頻通信系統(tǒng)介紹 擴頻的概念 擴頻通信（ Spread Spectrum Communication），可簡單地表示如下： “ 擴頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方法，信號的通頻帶寬度遠遠大于所需的最低限度的信息帶寬 。在 接收端用相同的代碼同步接收 ， 解擴和數(shù)據(jù)恢復(fù) ” 。 來展寬 信號的 頻譜 。 擴頻通信的理論基礎(chǔ) 長期以來，人們一直 認 為 使 信號占用的頻譜盡可能窄的一個 充分利用寶貴的頻譜資源 的方法 。 擴頻通信的基本 特點 ，所占用的傳輸信號的頻帶寬度（ W）要遠遠大于原始信息實際所需的最小（有效）帶寬（ ?F），該比率被稱為處理增益 Gp。為了充分利用有限的頻率資源，增加路徑的數(shù)目， 人們選擇不同調(diào)制方式，采用寬頻信道 （同軸電纜， 光纖 和 微波等 ），壓縮 頻 帶及其他措施，力爭 使得 傳輸介質(zhì) 中的 傳輸信號占用的帶寬盡可能窄。 擴展頻譜通信的可行性，是 來自于信息論和抗干擾理論的基本公式。 可通過增加頻帶寬度 ，在低信號噪 聲比（ S / N） P / N 的情況下，發(fā)送信息。 總之，我們用 100 倍的，甚至是 1000 倍或更多的寬帶信號傳輸，以確保通 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 4 信 的抗干擾能力 ，即 在 強干擾的條件下 ，能夠安全可靠的通信 。 擴頻通信的主要性能指標 干擾容限 和 處理增益 是 擴展頻譜通信系統(tǒng)中兩個重要的性能指標。因此，處理增益 G 反映 了 擴展頻譜通信系統(tǒng)的 信噪 比的改善 程度 。一般擴頻設(shè)備總是擴展用戶信息（要發(fā)送的信息） 數(shù)十倍 ， 上 百倍或一千倍的帶寬，以提高處理增益。對各種干擾信號 由于在 接收端 的非相關(guān)性 ，窄帶信號解擴后只有非常微弱 的成分 ，信號噪聲比 高 ， 因此 抗干擾能力強。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 20xx） 5 圖 31 擴頻系統(tǒng)抗干擾頻譜示意圖 可以看出， 由于 信號的接收過程中脈沖干擾，它是一個 被一次 “模 二相加 ”的過程 ， 可以被看作是一個擴 頻 過程，帶寬將被擴展，且有用的信號是一個 被二次 “模 二相加 ” 的過程 ， 是 解擴過程，信號被恢復(fù)（壓縮） 后 ，確保高于干擾。 與同頻使用 ，提高無線頻譜的利用 率 用戶只能使用 申請到 的頻率，依靠信道劃分，以防信道之間的干擾。 抗多徑干擾的無線通信一直難以解決的問題，使用擴頻碼之間的相關(guān)性，可以 在接收端將信號從湮沒 中提取出來 ，在當前的商業(yè)通信系統(tǒng)，擴頻的通信是唯一能夠 工作于負信噪相關(guān)技術(shù) 提取和分離多徑信號 中 有用 信號的方法 ， 也可以把多條路徑的相同的碼序列的波形 相加從而 得到加強，以達到有效的抗多徑干擾。如果許多用戶共享寬帶，就可以大大提高 頻帶 利用率。 以這種方式，許多用戶在 一 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 6 寬 頻帶上可以 同時通話 而不互相干擾。 此外，由于擴頻信號功率譜密度 很低 ， 所以對 目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾是小的。 擴頻 通信可以很方便地使用碼分多路訪問，語音壓縮和其他新技術(shù)，更適合于計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字語音，圖像信息的傳輸。 ，組網(wǎng)方式靈活，便于統(tǒng)一規(guī)劃，分期實施，有利于擴大。這里主要介紹直接序列擴頻。接收端將收到的信號與本地偽碼進行相關(guān) 的 解擴，再經(jīng)過解調(diào)，恢復(fù)出原始的基帶信息。 和 解擴：擴頻 的 過程是將待傳輸信號 和 一個 高速率的偽碼 相乘 ，待傳輸信號的頻譜寬度 就 被大大展寬，功率譜密度 也 大大減小。經(jīng)過帶通濾波器，噪聲和干擾對有用信號造成的影響被抑制，從而實現(xiàn)了抗干擾。 收、發(fā)端可提前約定使用同 一 偽碼 ，保證碼型的一 致。若 實現(xiàn)了收發(fā) 同步 ， 但不 能保持 同步 ，也無法準確可靠地獲取 到 所發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。當 同步系統(tǒng)完成捕獲后， 同步 系統(tǒng) 就 轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，使 得 本地 偽碼 的相位與接收到的 偽碼 保持精確的 同步 。而在收端，用相同擴頻碼序列進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直擴系統(tǒng)組成框圖如圖 33所示。接收機收到信號后，首先由本地偽碼產(chǎn)生器產(chǎn)生與發(fā)送端相同的本地偽碼 ，用此偽碼對混頻器的輸出信號進行時域相乘，即所謂的解擴。 圖 34（ a） 直序擴頻前頻譜圖 圖 34（ b） 直序擴頻后頻譜圖 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 8 圖 34（ a）圖 34（ b）給出了直序擴頻前后的頻譜圖。 （ Frequency Hopping）工作方式，簡稱跳頻（ FH）方式 所謂跳頻，即載波頻率在偽碼 的 控制下不斷隨機跳變 。簡單的頻移鍵控如 2FSK，只有兩個頻率，分別代表傳號和空號。與直擴系統(tǒng)不同的是，跳頻系統(tǒng)的偽碼不是 用來 傳輸，而是用來選擇信道。 信 源頻 率 合 成 器偽 碼 產(chǎn) 生 器調(diào) 制 高 放 混 頻 中 放頻 率 合 成 器偽 碼 產(chǎn) 生 器解 調(diào)載 波同 步偽 碼 同 步 圖 35 跳頻系統(tǒng)組成框圖 頻率合成器受偽碼控制產(chǎn)生一定規(guī)律變化的射頻頻率，用該跳變的頻率去調(diào)制基帶信號，得到載波頻率不斷變化 的射頻信號，發(fā)送到信道中去。接收機的本地載波也是一個頻率跳變信號，其變化規(guī)律和發(fā)送端一致。只要收發(fā)雙方的偽碼完全同步，就可以使得收發(fā)雙方的頻率合成器同步輸出。由于干擾和本振頻率不相關(guān)，因而被濾除，從而達到抗干擾的目的。 圖 36（ a） 跳頻 調(diào)制前頻譜圖 圖 36（ b） 跳頻調(diào)制后頻譜圖 從圖 36（ a）中可以看出，跳頻調(diào)制之前，系統(tǒng)只工作在一個頻點。如果敵方不知道跳頻序列，要 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 20xx） 9 跟蹤跳頻信號會變得十分困難。 上述兩種擴頻方式可以組合起來，構(gòu)成 DS／ FH 混合擴頻系統(tǒng)，是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴頻系統(tǒng)。 DS／ FH 系統(tǒng)組成框圖如圖 37所示。在接收端，首先進行解跳。 圖 38 DS／ FH調(diào)制后頻譜圖 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 10 圖 38與圖 34（ b）、圖 36（ b）比較，可以看出混合擴頻通信系統(tǒng)比單一的擴頻通信系統(tǒng)擁有 更寬的頻帶。一般來說 ,LMS 算法包括兩個基本過程：濾波過程和自適應(yīng)過程。在自適應(yīng)過程中，濾波器根據(jù)估計出的誤差信號自動調(diào)整自身的參數(shù)。 圖 41中， x(n） 為輸入信號其定義為 TMnxnxnxnx )]()1()([)( ??? ? (單輸入結(jié)構(gòu)） (41) 或 TM nxnxnxnxnx )]()()()([)( 210 ?? （多輸入結(jié)構(gòu)） y（ n)為自適應(yīng)濾波器的輸出信號，表示為 )(ny = )()()()( TT nxnwnwnx ? (42) 自適應(yīng)濾波器的誤差信號為 )()()( nyndne ?? 。 LM S 算法的關(guān)鍵是尋找一個 ? 的遞推式，由 0??? ，起始值開始，沿著趨于 *? （ *? 是 )]([E 2 ne =rnin 時權(quán)矢量的值）的方向逐步遞推，直至 *??? 為止。如圖 41所示：原始輸人為有用信號與干擾之和 ,參考輸入是原始信號的延遲 (有用信號延遲后不相關(guān)，而窄帶干擾仍然具有相關(guān)性）。這樣，自適應(yīng)濾波器的輸出應(yīng)是對干擾的估計，在接收端的寬帶信 號是原始輸人減去干擾之后的值，即對有用信號的預(yù)測。參考輸人為原始輸入的延遲，與噪聲)0n（? 相關(guān)的信號 )()(), 001 nnn ??? 為（ ? 最佳估值，即兩者均方誤差最小 。 自適應(yīng)噪聲抵消器的輸出 )()()()( 00 nnnsne ?? ???? (46) 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 12 ))()()((2))()(()()( 0020xx2 nnnsnnnsne ???? ?? ????? (47) ))]n()()(([2)]()([)([)]([E 0020xx2 ???? ?? ????? nnsEnnEnsEne (48) 因為 )()()( 10 nnns ?? 、 為零均值的平穩(wěn)隨機過程，所以 )(ns 與 )() 10 nn ?? 、（無關(guān)， 0))]())(([ 00 ?? nnnsE ?? ?（ 。 0))]()([ 00 ?? nnE ?? ? 時， )]((E 2 ne =min。 時域非線性自適應(yīng)算法 線性預(yù)測方法是利用有用數(shù)據(jù)信號的寬帶特性抑制干擾，這樣的處 理只利用了擴頻數(shù)據(jù)信號的譜結(jié)構(gòu)特點。當背景噪聲是高斯白噪聲時，線性預(yù)測技術(shù)是最優(yōu)的。直擴序列是獨立同分布的二進制序列，非高斯的，所以即使窄帶干擾和背景噪聲假設(shè)是高斯的，這時的最優(yōu)濾波也應(yīng)是非線性的。 在高速通信領(lǐng)域，實際 問題對算法的計算量有很嚴格的要求，在自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)的更新中引人一定的非線性變換，可以在一定程度上簡化權(quán)系數(shù)更新過程中的乘法運算，并因此簡化 LMS 自適應(yīng)濾波器的硬件或軟件 實 現(xiàn)。 此處采用的是對輸人信號取符號的信號極性算法 SignData LMS,當輸人信號為正時置為 +1，當輸人信號為負時置為 1。 塊自適應(yīng)濾波器的原理框圖如圖 43所示。然后，將這些 據(jù) 塊一次一塊的送入長 度為 M的 F1R 濾波器 ,并且一塊一塊地進行自適應(yīng)迭代更新。 這樣，第 k 塊輸入數(shù)據(jù)定義為 10)}( ??? LiikLx｛ ，其矩陣形式為 ，)1(),([)(A ?? kLxkLxkT ? )]1( ??lkL (412) 在各輸入數(shù)據(jù)塊的持續(xù)時間內(nèi)，濾波器的權(quán)系數(shù)矢量 )(kw 保持不變，濾波器對輸入信號矢量 )( ikLx ? 的響應(yīng)輸出為 ???? )()()( ikLxkwikLy T ??? ???1M0 ,1,0),()(j j jjikLxk??， 1?L (413) 令 )( ikLd ? 表示期望相應(yīng)，則誤差信號為 )()()( ikLyikLdikLe ????? (414) LMS 算法的快速算法 一般選擇塊自適應(yīng)濾波器的長度 L與濾波器長度 M相等。另一方面，數(shù)字信號處理中常用的重疊存儲法和重疊相加法為快速傅里葉的計算 直序擴頻通信中窄帶干擾抑制算法研究 14