【正文】 系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。 = 輸出端的信噪比， SL = 系統(tǒng)損耗 由此可見，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)在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。 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。圖 41示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖 16 大地的 淡淡的 1 就不 個(gè) 飯 的 淡 淡 的his圖 41 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖 信息 信碼 m(t) QPSK 調(diào)制 載波 PN 碼 擴(kuò)頻解調(diào) 本地 PN 碼 QPSK 解調(diào) 本地載波 串并 變換 映射 擴(kuò)頻 偽碼發(fā)生器 載波發(fā)生器 I Q 濾波 IPN QPN ? ?sin? ? ?cos? 輸入 圖表 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)框圖 17 圖表 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)框圖 圖表 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)框圖 18 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 。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 。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。由圖可見，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。其擴(kuò)展處理增 益也可用下式表示 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） QPSK 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 19 1 0 l gbppTG 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。圖中采用二相相移鍵控方式。即 ? ? ? ?11c oss 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)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào) ??1st為 ? ? ? ? 1111c osc osc osAts t Ac t tAt??????????? ????? ??? （ 4— 13） 由上面討論可知，經(jīng)過擴(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（ QPSK）。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)無直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中，無載波分量。 通常載波頻率較高，或者說載波周期 cT 較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期 pT ，即滿足 cT pT 。對(duì)于 QPSK 來說，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。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。 接收端的工作原理： 假設(shè)發(fā)射 的信號(hào)經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯(cuò)，經(jīng)過接收機(jī)前端電路（包括輸入電路、高頻放大器等），輸出仍為 ??1st 。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。假定收端的偽碼（ PN）與發(fā)端的 PN碼相同。 信號(hào) ??2st的相位如圖 42 中（ 7）所示。對(duì)二元制的 0、 ? 而言，同號(hào)模 2 加為 0，異號(hào)模 2 加為 ? 。然后通過中頻濾波器。 這一過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲 20 得提高輸出信噪比的好處的。 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。 下面就來分析直擴(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 。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)，而寬帶干擾通過相關(guān)器，其功率譜密 度基本不變。 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。對(duì)干擾來說，相關(guān)器起到擴(kuò)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。 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 21 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。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。 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。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來進(jìn)行隱藏通信。 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。 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。對(duì)于其他用戶發(fā)來的別的信號(hào)，因 PN碼不同時(shí)互相關(guān)值很小，不會(huì)被解擴(kuò)出來。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。 實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多址通信值得注意的問題有： 1. 是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。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 22 2. 是要注意克服“遠(yuǎn)－近”問題。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)。 因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。 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。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。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。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，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。 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)距開始的。如果測(cè)定了電波傳播的時(shí)間，也就測(cè)定了距離。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或轉(zhuǎn)發(fā)回來的 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。 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)頻通信系統(tǒng)也不例外。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作。 同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于載頻同步來說，主要是針對(duì)相干解調(diào)的相位同步而言。因此，這里我們只需討論 PN 碼碼元和序列的同步。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 。 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。 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。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)。也就是說，無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。因此，整個(gè)同步過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)整過程。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)。與其它計(jì)算機(jī)語言相比，具有簡(jiǎn)潔和智能化程度高的特點(diǎn) ，而且適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。因而出現(xiàn)了各種以 MATLAB 為基礎(chǔ)的工具箱，應(yīng)用于自動(dòng)控制、圖像信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、信號(hào)分析、時(shí)序分析與建模、優(yōu)化設(shè)計(jì)等廣泛的領(lǐng)域，表現(xiàn)出了一般高級(jí)語言難以比擬的優(yōu)勢(shì)。 在 MATLAB 通信工具箱中有 SIMULINK 仿真模塊和 MATLAB 函數(shù)，形成一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體，用來進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。 MATLAB 通信工具箱中的系統(tǒng)仿真，分為用 SIMULINK 模塊框圖進(jìn)行仿真和用 MATLAB 函數(shù)進(jìn)行的仿真兩種。這種仿真被稱為時(shí)間流的仿真。某些特定的應(yīng)用會(huì)要求采用兩種仿真方式中的一種，但無論是哪種，仿真的結(jié)果是相同的。圖 51便是 啟用后的默認(rèn)界面。 其中，標(biāo)題欄用于顯示打開文件的名稱：菜單欄包括“ File”、“ Edit”、“ Web”、“ Window” 、 和“ Help” 5 個(gè)菜單 ；工具欄包括了一些常用的操作圖標(biāo)，單擊它們 MATLAB 可立即執(zhí)行相圖 51 MATLAB 啟用 后的默認(rèn)界面 25 應(yīng)操作。 Simulink 仿真技術(shù) Simulink 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像用手和紙來畫一樣容易。 SIMULINK 包含有 SINKS（輸入 方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個(gè)子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊 ， 用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。用戶可以從最高級(jí)開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行一大類仿真非常有用。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。 模型分析工具包括線性化和平衡點(diǎn)分析工具、 MATLAB 的許多工具及 MATLAB 的應(yīng)用工具箱。 Simulink 窗口環(huán)境 在 MATLAB 窗口工具欄中單擊“ ”圖標(biāo)，或在 Command window 窗口中鍵入命令： simulink 即可啟動(dòng) Simulink 的模塊庫瀏覽器，如圖 52所示 26 Simulink 的模塊庫瀏覽器主要用于瀏覽及選擇模塊， MATLAB 為模型的搭建、仿真提供了一個(gè)專用的 Simulink 模型編輯窗口。重復(fù)上述連接過程，直到完成全部連接，組成仿真系 統(tǒng)。在連接時(shí)，可在連接線交點(diǎn)處按下“ Shift”鍵，再釋放鼠標(biāo)左鍵； 3） 移動(dòng)連接線位置的方法是，選中連接線，在連接線的各轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)小方塊，