aaa接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 (2)

1、<p>　　【摘要】直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS-CDMA）因其抗干擾性強(qiáng)、 隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中。針對(duì)頻通信廣泛的應(yīng)用，本文用MATLAB工具箱中的SIMULINK通信仿真模塊和MATLAB函數(shù)對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析和仿真，使其更加形象和具體。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】：直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

2、 碼分多址 MATLAB仿真 SINMULINK模塊仿真</p><p>　　【ABSTRACT】Direct sequence spread spectrum communication system because of its advantage such as strong anti-disturbance,hidden, being easy to realize CDMA ,anti-mul

3、ti-path interference,DS communications rate higher strengths and so ,so it is widely used in many fields. With the wide use of the direct sequence spread spectrum communication technique , this text use communication si

4、mulated module of SIMULINK in the toolbox of MATLAB and MATLAB functions to make an analysis and emulation to DS-CDM</p><p>　　【KEY WORDS】： DS-CDMA CDMA MATLAB SINMULINK</p><p><b>　　目

5、錄</b></p><p><b>　　【摘要】I</b></p><p>　　【ABSTRACT】II</p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景1</p><p>　　1.2 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)

6、2</p><p>　　1.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展3</p><p>　　2．CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的介紹4</p><p>　　2.1 CDMA簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.1.1 CDMA技術(shù)背景4</p><p>　　2.1.2 幾種常見(jiàn)的CDMA技術(shù)4</p><p>　　2.

7、1.3 CDMA的特點(diǎn)4</p><p>　　2.2 CDMA通信技術(shù)的基本原理5</p><p>　　2.2.1 CDMA通信技術(shù)的基礎(chǔ)5</p><p>　　2.2.2 CDMA通信技術(shù)的基本原理6</p><p>　　2.3 CDMA的應(yīng)用前景6</p><p>　　3. 擴(kuò)頻碼序列7</p&

8、gt;<p>　　3.1 碼序列的相關(guān)性7</p><p><b>　　3.2 m序列9</b></p><p>　　3.3 GoId碼序列11</p><p>　　4．直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)14</p><p>　　4.1直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ)14</p><p>　

9、　4.1.1 直接序列擴(kuò)頻的概念14</p><p>　　4.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)14</p><p>　　4.1.3擴(kuò)頻增益和抗干擾容限15</p><p>　　4.2 直接序列擴(kuò)頻的基本原理15</p><p>　　4.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能18</p><p>　　4.3.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干

10、擾性18</p><p>　　4.3.2 直擴(kuò)信號(hào)的抗截獲性19</p><p>　　4.3.3 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng)19</p><p>　　4.3.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能20</p><p>　　4.3.5 直擴(kuò)測(cè)距定時(shí)系統(tǒng)20</p><p>　　4.4擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理20</p

11、><p>　　5. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真22</p><p>　　5.1 MATLAB的基本操作22</p><p>　　5.2 Simulink仿真技術(shù)23</p><p>　　5.2.1 Simulink窗口環(huán)境23</p><p>　　5.2.2功能模塊的連接及設(shè)置24</p&g

12、t;<p>　　5.2.3 Simulink對(duì)通信系統(tǒng)的仿真27</p><p>　　5.3 MATLAB源程序設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】40</b></p><p><b>　　【致 謝】41</b></p><p><b>　　【附錄】

13、42</b></p><p><b>　　英文文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　中文文獻(xiàn)46</b></p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　1．1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景:</p><p>

14、　　直接序列擴(kuò)頻(DSSS— Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)是當(dāng)今人們所熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（PN碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。</p><p>　　它是二戰(zhàn)期間開(kāi)發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供安全保障, 是美軍重要的無(wú)線保密通信技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很

15、難探測(cè)到信號(hào)。即便探測(cè)到信號(hào)，如果不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號(hào)重新匯編成原始的信號(hào)。有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn)是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家George Antheil提出的?；趯?duì)魚(yú)雷控制的安全無(wú)線通信的思路，他們申請(qǐng)了美國(guó)專利#2.292.387。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方的重視，直到十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無(wú)線通信系統(tǒng)。</p><p>

16、　　直序擴(kuò)頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。擴(kuò)頻技術(shù)也為提高無(wú)線電頻率的利用率(無(wú)線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源)提供幫助。</p><p>　　直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理如圖1-1所示。</p><p>　　在發(fā)端輸入的數(shù)字信號(hào)

17、信息，先由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，擴(kuò)頻碼序列一般采用PN碼。展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。調(diào)制多采用BPSK、DPSK、MPSK等調(diào)制方式。</p><p>　　在接收端收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)（一般采用相干解調(diào)）。然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。恢復(fù)成原輸入的信息輸出。</p><p>　　由此可見(jiàn)，—般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行兩次調(diào)制和

18、相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，二次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的解擴(kuò)和射頻解調(diào)。 </p><p>　　與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 </p><p>　　1．2 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn):</p><p>　　1.直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　1）抗干擾性強(qiáng)</b></

19、p><p>　　抗干擾是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比如信號(hào)擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度降低了100倍，如要保持原干擾強(qiáng)度，則需加大100倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號(hào)接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類(lèi)型信號(hào)進(jìn)行干擾，在不知道信號(hào)的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。正因?yàn)閿U(kuò)頻技術(shù)抗干擾性強(qiáng)，美國(guó)軍方在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)

20、的無(wú)線網(wǎng)橋來(lái)連接分布在不同區(qū)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　2）隱蔽性好</b></p><p>　　因?yàn)樾盘?hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號(hào)功率譜密度很低，信號(hào)淹沒(méi)在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難拾取有用信號(hào)，而極低的功率譜密度，也很少對(duì)于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。 </p><p

21、>　　3）易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA）</p><p>　　直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了頻段？其實(shí)正相反，擴(kuò)頻通信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號(hào)接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號(hào)，眾多用戶，只要

22、配對(duì)使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時(shí)使用同一頻率通信，從而實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)； 同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信，提高了頻譜利用率。另外，擴(kuò)頻碼分多址還易于解決隨時(shí)增加新用戶的問(wèn)題。</p><p><b>　　4）抗多徑干擾</b></p><

23、;p>　　無(wú)線通信中抗多徑（發(fā)射的信號(hào)經(jīng)多條不同路徑傳播）干擾一直是難以解決的問(wèn)題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。</p><p><b>　　5）直擴(kuò)通信速率高</b></p><p>　　直擴(kuò)通信速率可達(dá) 2M，8M，11M

24、，無(wú)須申請(qǐng)頻率資源，建網(wǎng)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)性能好。</p><p>　　6）有很強(qiáng)的保密性能。</p><p>　　對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒(méi)在噪音中，就很難檢查到信號(hào)的存在。由于直擴(kuò)信號(hào)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 </p><p>　　2.直擴(kuò)通信系統(tǒng)的不足：</p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)除了一般通信

25、系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)碼的同步，以便接受機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對(duì)接受信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長(zhǎng)，要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長(zhǎng)。</p><p>　　1.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。在容許無(wú)線設(shè)備公開(kāi)使用的電磁環(huán)境里，它對(duì)其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時(shí)對(duì)附近其他設(shè)備有

26、更高的抗擾性。上世紀(jì)80年代末，晶體電子技術(shù)的先進(jìn)程度已經(jīng)足以提供商用的、成本效益好的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。現(xiàn)在直擴(kuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破，在此后的發(fā)展過(guò)程中主要是硬件的改善和性能的提高。</p><p>　　隨著移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展，目前3G系統(tǒng)由研制開(kāi)發(fā)逐步進(jìn)入商用并且向第四代無(wú)線多媒體通信飛速發(fā)展。根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)，世界各大電信公司

27、聯(lián)盟均提出了自己的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差異很大，但采用碼分多址技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。直擴(kuò)碼分多址，由于具備通信容量大、能充分利用話音的統(tǒng)計(jì)特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點(diǎn)被作為未來(lái)移動(dòng)通信中最具競(jìng)爭(zhēng)力、最有前景的無(wú)線多址接入技術(shù)。無(wú)線擴(kuò)頻通信作為另一種有效的補(bǔ)充通信手段,已在金融系統(tǒng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　發(fā)展到現(xiàn)在，擴(kuò)頻技術(shù)理論和技術(shù)都已趨于完善，主

28、要應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮總體性能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。因此，應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)一直是擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，未來(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信、無(wú)線局域網(wǎng)、全球個(gè)人通信等，擴(kuò)頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。</p><p>　　2．CDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信的介紹</p><p>　　2．1 CDMA簡(jiǎn)介</

29、p><p>　　2.1.1CDMA技術(shù)背景 </p><p>　　CDMA的英文全稱為（Code Division Multiple Access），中文意思是碼分多址。它是基于IS-95標(biāo)準(zhǔn)（雙模寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái)—基站兼容標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。CDMA是根據(jù)現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換、國(guó)際漫游等要求而設(shè)計(jì)的一種移動(dòng)通訊技術(shù)。它是20世紀(jì)60年代由美國(guó)高

30、通公司（QUALCOMM）開(kāi)發(fā)的移動(dòng)通信技術(shù)，最早用于軍事領(lǐng)域。與使用時(shí)分多路的GSM技術(shù)不同，CDMA并不給每一個(gè)通話者分配一個(gè)確定的頻率，而是讓每一個(gè)通信都使用全部的頻率，使大量用戶能夠共享同一個(gè)無(wú)線頻率。</p><p>　　CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分</p><p>　　多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信</p><p>　　系統(tǒng)。它為每個(gè)用戶分配

31、各自特定的地址</p><p>　　碼，利用公共信道來(lái)傳輸信息。它的地址</p><p>　　碼通過(guò)相互間的正交性進(jìn)行區(qū)別。也就是</p><p>　　說(shuō)，每個(gè)用戶有自己的地址碼，地址碼彼</p><p>　　此之間是互相獨(dú)立、互相不影響的。由于</p><p>　　有不同的地址碼來(lái)區(qū)分用戶，所以對(duì)頻率、</p&

32、gt;<p>　　時(shí)間和空間沒(méi)有特定的限制，在這些方面</p><p>　　通信是可以重疊的。CDMA的示意圖如</p><p>　　2-1所示，用戶信號(hào)是用Ci來(lái)區(qū)分的。 </p><p>　　2.1.2．幾種常見(jiàn)的CDMA技術(shù)。 </p><p>　　1. N－CDMA：窄帶碼分多址系統(tǒng)，在美國(guó)又稱為IS－95。由高通公司創(chuàng)

33、立，具有大容量、小蜂窩半徑、運(yùn)用寬波技術(shù)和特殊密碼主題的特點(diǎn)，1993年被電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)采用。</p><p>　　2. B－CDMA：寬帶碼分多址系統(tǒng)，包括W－CDMA、CDMA2000和TD－SCDMA，它們分別是歐洲、美國(guó)（高通）和中國(guó)（大唐電信與西門(mén)子合作）所提出并開(kāi)發(fā)的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　3. CDMAOne：流行于日本的一個(gè)品牌，是應(yīng)用IS―95 CDMA

34、技術(shù)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)。</p><p>　　4. CDMAPCS： CDMA個(gè)人通訊服務(wù)系統(tǒng)。與運(yùn)行在800MHz的CDMA進(jìn)行比較，具有系統(tǒng)容量大、收費(fèi)低，適用于人口稠密地區(qū)等特點(diǎn)。</p><p>　　2.1.3 CDMA的特點(diǎn)：</p><p>　　1.系統(tǒng)容量大：理論上，CDMA移動(dòng)網(wǎng)的容量比模擬網(wǎng)大20倍。實(shí)際要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。

35、 </p><p>　　2. 系統(tǒng)容量配置靈活：這是由CDMA的原理決定的。CDMA是一個(gè)自擾系統(tǒng)， 所有移動(dòng)用戶都占用同一個(gè)帶寬和頻率，傳輸信號(hào)之間就會(huì)有干擾。這就好像系統(tǒng)的帶寬是一間大房子，所有的人都將進(jìn)入這個(gè)大房子。如果他們使用不同的語(yǔ)言, 他們就可以清楚地聽(tīng)到同伴的聲音，而其他人的談話在他們聽(tīng)來(lái)只是干擾。我們可以不斷地增加用戶直到整個(gè)背景噪音限制住我們的通話。如果能控制住用戶的信號(hào)強(qiáng)度, 在保持通話的質(zhì)量

36、同時(shí)，我們就可以容納更多的用戶。</p><p>　　3.CDMA系統(tǒng)的軟切換和自動(dòng)跟蹤多徑信號(hào)技術(shù)，降低切換時(shí)通話中斷的可能性，這便于用戶在移動(dòng)中進(jìn)行通話和數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　4.頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單：用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。</p><p>　　5.話音質(zhì)量好：CDMA系統(tǒng)話音質(zhì)量很高，其通

37、話質(zhì)量已經(jīng)接近了固定電話的效果。 </p><p>　　6.接通率高：CDMA的擴(kuò)頻技術(shù)和頻率復(fù)用技術(shù)，充分利用信道容量，提高了網(wǎng)絡(luò)接通率。</p><p>　　7.保密性好：CDMA系統(tǒng)中的通話保護(hù)措施可提供最佳的保密特性，防止通信過(guò)程中被竊聽(tīng)和手機(jī)密碼被盜。</p><p>　　8.發(fā)射功耗小：CDMA系統(tǒng)的發(fā)射功率非常小，最大只有200毫瓦，正常通話時(shí)僅需0.

38、１毫瓦，因此移動(dòng)電話功耗小，無(wú)線輻射能量低。所以又被稱為“綠色手機(jī)”。</p><p>　　9.支持多種業(yè)務(wù)：CDMA采用寬帶技術(shù)，支持短消息、語(yǔ)音信箱、自動(dòng)漫游、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、三方會(huì)談、主叫號(hào)碼顯示、傳真和數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)業(yè)務(wù)</p><p>　　2.2 CDMA通信技術(shù)的基本原理</p><p>　　2.2.1 CDMA通信技術(shù)的基礎(chǔ)</p>

39、;<p>　　CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。目前擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為：</p><p>　　1. 直接序列（DS）擴(kuò)頻</p><p>　　所謂直接序列擴(kuò)頻（DS：Ddirect Sequence），就是使用具有高碼率的擴(kuò)頻序列，在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開(kāi)的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來(lái)的信號(hào)。 <

40、;/p><p>　　2. 跳頻（FH）擴(kuò)頻</p><p>　　跳頻（FH：Frequence Hopping），它是用一定的碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。</p><p><b>　　3. 跳時(shí)（TH）</b></p><p>　　跳時(shí)（TH：Time Ho

41、pping）是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。我們先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片，在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制。即：用一定的碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。</p><p>　　4. 線性調(diào)頻（Chirp）</p><p>　　如果發(fā)射的射頻脈沖信號(hào)脈沖在一個(gè)周期內(nèi)，其載頻的的頻率做線性變化，則稱為線性調(diào)頻。因?yàn)槠漕l率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號(hào)的頻帶也被展寬了。這種擴(kuò)頻調(diào)制方式主要用在

42、雷達(dá)中，在通信中也有應(yīng)用。</p><p>　　2.2.2 CDMA通信技術(shù)的基本原理</p><p>　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)CDMA通信系統(tǒng)的組成如圖2-2所示</p><p>　　發(fā)送端將話音數(shù)據(jù)通過(guò)通過(guò)偽隨機(jī)碼進(jìn)行擴(kuò)頻，然后再進(jìn)行高頻調(diào)制，送到天線發(fā)射出去。接收端經(jīng)過(guò)解調(diào)、解擴(kuò)恢復(fù)出話音數(shù)據(jù)。</p><p>　　在發(fā)送端將待傳的的話音，通過(guò)A/

43、D轉(zhuǎn)換，將模擬話音成二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息，通過(guò)高速率的偽隨機(jī)擴(kuò)頻調(diào)制，從原理上講，兩者相乘，擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶，因而在在信道中傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信號(hào)本身帶寬。在接收端，接收機(jī)不但接收到有用的信號(hào)，同時(shí)還接收到各種干擾和噪聲。利用本地產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)的解擴(kuò)。本地偽隨機(jī)碼與擴(kuò)頻信號(hào)中中的偽隨機(jī)碼一致，因此可以還原成原始窄帶信號(hào)，能順利通過(guò)窄帶濾波器，恢復(fù)話音數(shù)據(jù)，再通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)原始話音。接收機(jī)接收到的干擾和噪聲，由于與本

44、地偽隨機(jī)序列不相關(guān)，經(jīng)過(guò)接收解擴(kuò)（實(shí)質(zhì)是相乘過(guò)程），將干擾和噪聲頻譜大大的擴(kuò)展，頻譜功率密度大大的下降（類(lèi)似于發(fā)送端將信號(hào)頻譜擴(kuò)展），落入窄帶濾波器的干擾和噪聲分量大大下降，因此在窄帶濾波器輸出端的信噪比得到了極大的改善，其改善程度就是擴(kuò)頻的處理增益。</p><p>　　2.3 CDMA的應(yīng)用前景</p><p>　　CDMA以其本身所具有的特點(diǎn)及優(yōu)越性而廣泛應(yīng)用于數(shù)字移動(dòng)通信和個(gè)人通

45、信系統(tǒng)中。近年來(lái),小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信和個(gè)人通信提供了條件, CDMA引入衛(wèi)星移動(dòng)通信中,使衛(wèi)星移動(dòng)通信產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,并在全球移動(dòng)通信和個(gè)人通信中占有決定性的地位。</p><p>　　在向第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)中，靠目前的GSM和模擬系統(tǒng)已遠(yuǎn)不能滿足要求， 第三代CDMA2000的開(kāi)發(fā)策略是對(duì)以IS-95標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本的CDMA系統(tǒng)的平滑升級(jí)，CDMA2000 1X在商用化進(jìn)程方面處于領(lǐng)先階段，CD

46、MA2000 1X 技術(shù)使得運(yùn)營(yíng)商可以靈活地引入多種先進(jìn)數(shù)據(jù)服務(wù)來(lái)滿足逐漸增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，而且運(yùn)營(yíng)商可以在當(dāng)前的1.25MHz頻帶內(nèi)就享用3G的能力。因此采用目前技術(shù)成熟、性能優(yōu)越的CDMA系統(tǒng)使得通信標(biāo)準(zhǔn)，易于向第三代系統(tǒng)過(guò)渡。</p><p><b>　　3． 擴(kuò)頻碼序列</b></p><p>　　3.1 碼序列的相關(guān)性</p><p&g

47、t;　　在擴(kuò)展頻譜通信中需要用高碼率的窄脈沖序列。這是指擴(kuò)頻碼序列的波形而言。并未涉及碼的結(jié)構(gòu)和如何產(chǎn)生等問(wèn)題。</p><p>　　那么究竟選用什么樣的碼序列作為擴(kuò)頻碼序列呢? 它應(yīng)該具備哪些基本性能呢? 現(xiàn)在實(shí)際上用得最多的是偽隨機(jī)碼，或稱為偽噪聲(PN)碼。這類(lèi)碼序列最重要的特性是具有近似于隨機(jī)信號(hào)的性能。因?yàn)樵肼暰哂型耆碾S機(jī)性，也可以說(shuō)具有近似于噪聲的性能。但是，真正的隨機(jī)信號(hào)和噪聲是不能重復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生

48、的。我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)來(lái)近似隨機(jī)噪聲的性能，故稱為偽隨機(jī)碼或PN碼。</p><p>　　為什么要選用隨機(jī)信號(hào)或噪聲性能的信號(hào)來(lái)傳輸信息呢？許多理論研究表明，在信息傳輸中各種信號(hào)之間的差別性能越大越好。這樣任意兩個(gè)信號(hào)不容易混淆，也就是說(shuō)，相互之間不易發(fā)生干擾，不會(huì)發(fā)生誤判。理想的傳輸信息的信號(hào)形式應(yīng)是類(lèi)似噪聲的隨機(jī)信號(hào)，因?yàn)槿∪魏螘r(shí)間上不同的兩段噪聲來(lái)比較都不會(huì)完全相似。用它們代表兩種信號(hào)，其差別

49、性就最大。</p><p>　　在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來(lái)表示信號(hào)與它自身相移以后的相似性的。隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的定義為下列積分：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 f(t)為信號(hào)的時(shí)間函數(shù)，為時(shí)間延遲。</p><p>　　上式的物理概念是f(t)與其相對(duì)延遲的的來(lái)比較:<

50、/p><p>　　如二者不完全重疊，即，則乘積的積分為0；</p><p>　　如二者完全重疊，即；則相乘積分后為一常數(shù)。</p><p>　　因此，的大小可用來(lái)表征 f(t)與自身延遲后的的相關(guān)性，故稱為自相關(guān)函數(shù)。</p><p>　　現(xiàn)在來(lái)看看隨機(jī)噪聲的自相關(guān)性。圖3-1(a)為任一隨機(jī)噪聲的時(shí)間波形及其延遲一段 t 后的波形。圖3-1(b

51、)為其自相關(guān)函數(shù)。當(dāng)t＝0時(shí)，兩個(gè)波形完全相同、重疊，積分平均為一常數(shù)。如果稍微延遲一 t，對(duì)于完全的隨機(jī)噪聲，相乘以后正負(fù)抵消，積分為0。因而在以t 為橫座標(biāo)的圖上應(yīng)為在原點(diǎn)的一段垂直線。在其他 t 時(shí)，其值為0。這是一種理想的二值自相關(guān)特性。利用這種特性，就很容易地判斷接收到的信號(hào)與本地產(chǎn)生的相同信號(hào)復(fù)制品之間的波形和相位是否完全一致。相位完全對(duì)準(zhǔn)時(shí)有輸出，沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)時(shí)輸出為0。遺憾的是這種理想的情況在現(xiàn)實(shí)中是不能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槲覀儾荒?/p>

52、產(chǎn)生兩個(gè)完全相同的隨機(jī)信號(hào)。我們所能做到的是產(chǎn)生一種具有類(lèi)似自相關(guān)特性的周期性信號(hào)。</p><p>　　PN碼就是一種具有近似隨機(jī)噪聲這種理想二值自相關(guān)特性的碼序列。例如二元碼序列1110l00為碼長(zhǎng)為7位的PN碼。如果用＋1，－1脈沖分別表示“l(fā)”和“0”，則在圖3-1 (c)中示出其波形和它相對(duì)延遲 個(gè)時(shí)片的波形。這樣我們很容易求出這兩個(gè)脈沖序列波形的自相關(guān)函數(shù)，如圖3-1 (d)中。自相關(guān)峰值在 ＝0時(shí)出

53、現(xiàn)，自相關(guān)函數(shù)在± 0/2范圍內(nèi)呈三角形。0為脈沖寬度。而其它延遲時(shí)，自相關(guān)函數(shù)值為－1/7, 即碼位長(zhǎng)的倒數(shù)取負(fù)值。</p><p>　　當(dāng)碼長(zhǎng)取得很大時(shí)，它就越近似于圖3-1(b)中所示的理想的隨機(jī)噪聲的自相關(guān)特性。自然這種碼序列就被稱為偽隨機(jī)碼或偽噪聲碼。由于這種碼序列具有周期性，又容易產(chǎn)生，它就是下面即將介紹的m序列，成為直擴(kuò)系統(tǒng)中常用的擴(kuò)頻碼序列。</p><p>　　

54、擴(kuò)頻碼序列除自相關(guān)性外，與其他同類(lèi)碼序列的相似性和相關(guān)性也很重要。例如有許多用戶共用一個(gè)信道，要區(qū)分不同用戶的信號(hào)，就得靠相互之間的區(qū)別或不相似性來(lái)區(qū)分。換句話說(shuō)，就是要選用互相關(guān)性小的信號(hào)來(lái)表示不同的用戶。兩個(gè)不同信號(hào)波形f(t)與g(t)之間的相似性用互相關(guān)函數(shù)來(lái)表示：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　如果兩個(gè)信號(hào)都是完全隨機(jī)的

55、，在任意延遲時(shí)間 t 都不相同，則上式為0。如果有一定的相似性，則不完全為0。兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)為0，則稱之為是正交的。通常希望兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)值越小越好，則它們?cè)饺菀妆粎^(qū)分，且相互之間的干擾也小。</p><p><b>　　3.2 m序列</b></p><p>　　m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。二進(jìn)制的m序列是一種重要的偽隨機(jī)序列，有優(yōu)良的自相關(guān)特性

56、。容易產(chǎn)生、規(guī)律性強(qiáng)，但其隨機(jī)性接近于噪聲和隨機(jī)序列。m序列在擴(kuò)展頻譜及碼分多址技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，并在m序列基礎(chǔ)上還能夠成其它碼序列，因此無(wú)論從m序列直接應(yīng)用還是從掌握偽隨機(jī)序列基本理論而言，應(yīng)該熟悉m序列的產(chǎn)生及其主要特性。</p><p>　　顧名思義，m序列是由多級(jí)移位寄存器或其他延遲元件通過(guò)線性反饋產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。在二進(jìn)制移位寄存器發(fā)生器中，若n為級(jí)數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為2n－1位。&

57、lt;/p><p>　　現(xiàn)在來(lái)看看如何由多級(jí)移位寄存器經(jīng)線性反饋產(chǎn)生周期性的m序列。</p><p>　　圖3-2 (a)為一最簡(jiǎn)單的三級(jí)移位寄存器構(gòu)成的m序列發(fā)生器。</p><p>　　圖中Dl、D2、D3為三級(jí)移位寄存器，為模二加法器。移位寄存器的作用為在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，能將所暫存的“1”或“0”逐級(jí)向右移。模二加法器的作用為圖中(b)所示的運(yùn)算，即0十0＝0，0

58、十1＝1，1十0＝l，l十1＝0。圖(a)中D2、D3輸出的模二和反饋為Dl的輸入。在圖(c)中示出，在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，三級(jí)移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。D3的變化即輸出序列。如移位寄存器各級(jí)的初始狀態(tài)為111時(shí)，輸出序列為1110010。在輸出周期為－1＝7的碼序列后，D1、D2、D3又回到111狀態(tài)。在時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，輸出序列作周期性的重復(fù)。因7位為所能產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列，1110010則為m序列。</p><

59、p>　　這一簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明：m序列的最大長(zhǎng)度決定于移位寄存器的級(jí)數(shù)，而碼的結(jié)構(gòu)決定于反饋抽頭的位置和數(shù)量。不同的抽頭組合可以產(chǎn)生不同長(zhǎng)度和不同結(jié)構(gòu)的碼序列。有的抽頭組合并不能產(chǎn)生最長(zhǎng)周期的序列。對(duì)于何種抽頭能產(chǎn)生何種長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作?，F(xiàn)在已經(jīng)得到3 -100級(jí)m序列發(fā)生器的連接圖和所產(chǎn)生的m序列的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　例如4級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的15位的m序列之一為111101

60、011001000。同理我們不難得到31、63、127、255、511、l023…位的m序列。</p><p>　　一個(gè)碼序列的隨機(jī)性由以下三點(diǎn)來(lái)表征：</p><p>　　1. 一個(gè)周期內(nèi)“l(fā)”和“0”的位數(shù)僅相差1位。</p><p>　　2. 一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)度為 l 的游程(連續(xù)為“0”或連續(xù)為“l(fā)”)占1／2，長(zhǎng)度為2的游程占l／4，長(zhǎng)度3的游程占l／8。只有

61、一個(gè)包含n個(gè)“l(fā)”的游程，也只有一個(gè)包含(n—1)個(gè)“0”的游程?！發(fā)”和“0”的游程數(shù)相等。</p><p>　　3. 一個(gè)周期長(zhǎng)的序列與其循環(huán)移位序列比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差l位。</p><p>　　在m序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多 l位。例如上述7位碼中有4個(gè)“1”和3個(gè)“0”。在15位碼中有8個(gè)“l(fā)”和7個(gè)“0”。</p><p&

62、gt;　　在表3-2中列出長(zhǎng)為15位的游程分布。</p><p>　　一般說(shuō)來(lái)，m序列中長(zhǎng)為R的游程數(shù)占游程總數(shù)的l／2k?！　?lt;/p><p>　　m序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算：</p><p>　　A-“0”的位數(shù)；D-“1”的位數(shù) （3-3）</p><p>　　令p =A + D = 2n －1

63、則：</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　設(shè)n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 則：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　它正是圖3-1 (d)中所示的二值自相關(guān)函數(shù)。</p><p>　　m序列和其移

64、位后的序列逐位模二相加，所得的序列還是m序列，只是相移不同而已。例如1110100與向右移三位后的序列1001110逐位模二相加后的序列為0111010，相當(dāng)于原序列向右移一位后的序列，仍是m序列。</p><p>　　m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0狀態(tài)外，其他狀態(tài)只在m序列中出現(xiàn)一次。如7位m序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為111，110，101，010，100，00l和011，然后再回到初始狀態(tài)111。 m

65、序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m序列。理論分析指出，產(chǎn)生的m序列數(shù)由下式?jīng)Q定</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　其中由F(X)為歐拉數(shù)(即包括1在內(nèi)的小于X并與它互質(zhì)的正整數(shù)的個(gè)數(shù))。例如5級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的 31位m序列只有6個(gè)?！?lt;/p><p>　　3.3 GoId碼序列</p>

66、<p>　　m序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè)數(shù)不多，且序列之間的互相關(guān)值并不都好。R·Gold提出了一種基于m序列的碼序列,稱為Gold碼序列。這種序列有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　如有兩個(gè)m序列，它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界，且滿足以下條件：</p><p><b>　?。?-7

67、）</b></p><p>　　我們稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì)。它們的互相關(guān)函數(shù)如圖3-3(實(shí)線)，由小于某一極大值的旁瓣構(gòu)成。</p><p>　　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。</p><p>　　圖3－4(a)中示出Gold碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖。圖中碼發(fā)生器1和碼發(fā)生器2為m序列優(yōu)選對(duì)。每改變

68、兩個(gè)m序列相對(duì)位移就可得到一個(gè)新的Gold序列。因?yàn)榭偣灿袀€(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)生個(gè)Gold序列。因此，Gold序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。例如n=5，m序列只有6個(gè)，而Gold序列數(shù)為。</p><p>　　圖3－4(b)中為兩個(gè)5級(jí)m序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器。這兩個(gè)m序列雖然碼長(zhǎng)</p><p>　　相同，但相加以后并不是m序列，也不具備m序列的性質(zhì)。<

69、;/p><p>　　Gold序列的主要性質(zhì)有以下幾點(diǎn)：　</p><p>　　Gold序列具有三值自相關(guān)特性，類(lèi)似圖3-3中的自相關(guān)與互相關(guān)特性。其旁辯的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對(duì)的條件。</p><p>　　兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列。因?yàn)榭偣灿?n－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)

70、Gold序列。</p><p>　　采用Gold碼族作為地址碼，其地址數(shù)大大超過(guò)了用m序列做地址碼的數(shù)量，所以Gold碼序列在多址技術(shù)中，特別是在碼序列長(zhǎng)度較短的情況下，得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　4． 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)</p><p>　　4.1直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ)</p><p>　　4.1.1 直接序列擴(kuò)頻的概

71、念</p><p>　　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。而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。</p><p>　　4.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)</p><p>　　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

72、利用率。但擴(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)出所傳信息數(shù)據(jù)。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。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明：</p><p>　　根據(jù)香農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，香農(nóng)公式：</p><p><b>　

73、?。?-1）</b></p><p>　　式中：C--信息的傳輸速率（信道容量） 單位b/s； S--信號(hào)平均功率單位W； B--頻帶寬度 單位Hz； N--噪聲平均功率 單位W。</p><p><b>　　由式中可以看出：</b></p><p>　　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。

74、換句話說(shuō)，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率C一定時(shí)，信號(hào)帶寬B和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下也是可能的。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。</p><p>　　柯捷爾尼可夫在其潛在抗干擾性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式</p><p><b>　?。?

75、-2）</b></p><p>　　此公式指出，差錯(cuò)概率Pe是信號(hào)能量E與噪聲功率譜密度之比的函數(shù)。設(shè)信息持續(xù)時(shí)間為T(mén)，或數(shù)字信息的碼元寬度為T(mén)，則信息的帶寬Bm為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　信號(hào)功率S為</b></p><p><

76、b>　?。?-4）</b></p><p>　　已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號(hào)的寬度為B，則噪聲功率為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　將式（4-3）~（4-5）代入式（4-2），可得</p><p><b>　?。?-6）</b></p>

77、<p>　　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。它同樣指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處。</p><p>　　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。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。&l

78、t;/p><p>　　4.1.3擴(kuò)頻增益和抗干擾容限</p><p>　　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。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬比例有關(guān)。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，即</p><p><b>　　(4-7)<

79、/b></p><p>　　它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與有關(guān)。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。</p><p>　　系統(tǒng)的抗干擾容限定義如下：</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　式中：（S/N）。= 輸出端的信噪比， = 系

80、統(tǒng)損耗</p><p>　　由此可見(jiàn)，抗干擾容限與擴(kuò)頻處理增益成正比，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。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。</p><p>　　4.2直接序列擴(kuò)頻的基本原理</p><p>　　所謂直接序列擴(kuò)頻（DS），就是直接用具有高速

81、率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。圖4-1示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖</p><p>　　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。加入擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中為模2加法器，擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼（PN碼），記作p（t）。偽碼的波形如圖 4-2 中的第（2）個(gè)波形，其碼元寬度為，且取=16。通常在DS系統(tǒng)

82、中，偽碼的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率，即，也就是說(shuō)，偽碼的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度，即，這樣才能展寬頻譜。模2加法器的運(yùn)算規(guī)則可用下式表示 </p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　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。c（t）的波形如圖4-2所示中的第（3）個(gè)波形。由圖可見(jiàn)，當(dāng)信碼m（t）為0時(shí)，c

83、（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。顯然，包含信碼的c（t）其碼元寬度已變成了，即已進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。其擴(kuò)展處理增益也可用下式表示</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　在一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度（碼片寬度）越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。</p><p>　　經(jīng)過(guò)

84、擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號(hào)在信道上有效的傳輸。圖中采用二相相移鍵控方式。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將c（t）與載頻相乘，輸出為。即</p><p><b>　　（4—11）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　（4—12）</b></p>

85、<p>　　因此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào)為</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　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）。所謂調(diào)制，就是指相乘過(guò)程，可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器（或平衡調(diào)制器），最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)。這里假定平衡調(diào)制器是

86、理想對(duì)稱，碼序列取+1、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。通過(guò)發(fā)射機(jī)中推動(dòng)級(jí)、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。</p><p>　　通常載波頻率較高，或者說(shuō)載波周期較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期，即滿足。但圖4-2中（4）示出的載波波形=寬度為，這是為了便于看清楚一些，否則要在一個(gè)期間內(nèi)畫(huà)幾十個(gè)甚至幾百個(gè)正弦波。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。圖4

87、-2中的第（5）個(gè)圖為已調(diào)波 的波形。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。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖4-2中的第（6）個(gè)圖所示。</p><p><b>　　接收端的工作原理：</b></p><p>　　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。這里不考慮信道衰減問(wèn)題，

88、因?yàn)閷?duì)PSK調(diào)制信號(hào)而言，重要的是相位問(wèn)題，這里的假定對(duì)分析工作原理是不受影響的。相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。接收機(jī)中的本振信號(hào)頻率與載波相差為一個(gè)固定的中頻。假定收端的偽碼（PN）與發(fā)端的PN碼相同。接收端本地調(diào)相情況與發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號(hào)是p（t），即調(diào)相器輸出信號(hào)的相位僅取決于p（t），當(dāng)p（t）=1時(shí)，的相位為；當(dāng)p（t）=0時(shí)，的相位為0。信號(hào)的相位如圖4-2中（7）所示。</p><p>　　相關(guān)器

89、的作用在這里可等效為對(duì)輸入相關(guān)器的、相位進(jìn)行模2加。對(duì)二元制的0、而言，同號(hào)模2加為0，異號(hào)模2加為。因此相關(guān)器的輸出的中頻相位如圖4-2中的（8）所示。然后通過(guò)中頻濾波器。濾除不相關(guān)的各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出原始信息。</p><p>　　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。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。</p><p>　

90、　4.3  直擴(kuò)系統(tǒng)的性能</p><p>　　4.3.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 </p><p>　　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。直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)窄帶干擾、寬帶干擾等，都具有抗干擾能力，其抗干擾能力大小就是前面提出的擴(kuò)頻處理增益，越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。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</p><p>　　圖4

91、-3為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。</p><p>　　這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)的，在CDMA通信網(wǎng)中，其它用戶的信號(hào)就是一種寬帶干擾。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。由于解擴(kuò)后必然連接窄帶濾波器，保證信號(hào)能順利通過(guò)，對(duì)信號(hào)頻帶之外的各種干擾起到很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。</p>

92、;<p>　　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。圖4-4（a）為解擴(kuò)前的功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地?cái)U(kuò)頻碼（PN碼）是不相關(guān)的。對(duì)干擾來(lái)說(shuō)，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。由于有用信號(hào)能順利通過(guò)窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。</p><p>　　4.3.2 直擴(kuò)信號(hào)的抗截獲性 <

93、/p><p>　　截獲敵方信號(hào)的目的在于： </p><p>　　1.  發(fā)現(xiàn)敵方信號(hào)的存在， </p><p>　　2.  確定敵方信號(hào)的頻率， </p><p>　　3. 確定敵方發(fā)射機(jī)的方向。 </p><p>　　理論分析表明，信號(hào)的檢測(cè)概率與信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號(hào)的頻帶寬

94、度成反比。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。因此，它具有很強(qiáng)的抗截獲性。</p><p>　　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。另外，由于直擴(kuò)信號(hào)的寬頻帶特性，截獲時(shí)需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測(cè)，也是困難之一。因此，直擴(kuò)信號(hào)可以用來(lái)進(jìn)行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)

95、敵方直擴(kuò)信號(hào)的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號(hào)的檢測(cè)與估值問(wèn)題。</p><p>　　4.3.3 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng) </p><p>　　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。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一個(gè)多址通信系統(tǒng)(網(wǎng))。</p><p>　　具體的做法是給每一個(gè)用戶分配一個(gè)PN碼作為地

96、址碼。首先，利用直擴(kuò)信號(hào)中PN碼的相關(guān)特性來(lái)區(qū)分不同的用戶，每個(gè)用戶只能收到其他用戶按其地址碼發(fā)來(lái)的信號(hào)，此時(shí)自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號(hào)。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)。其次，利用直擴(kuò)信號(hào)中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻帶。此時(shí)相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個(gè)用戶占用的頻寬很窄，相對(duì)說(shuō)來(lái)，頻譜利用率也是高的。</p><p

97、>　　實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多址通信值得注意的問(wèn)題有： </p><p>　　1. 是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。 </p><p>　　一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。同時(shí)還需要有一定的數(shù)量。Gold碼就可以作為地址碼來(lái)用，它既有較優(yōu)良的相關(guān)特性，也有足夠的數(shù)量可供選。 </p><p>　　2. 是要注意克服“遠(yuǎn)－近”問(wèn)題。 </p>

98、<p>　　所謂“遠(yuǎn)一近”問(wèn)題指的是距離近的用戶的信號(hào)強(qiáng)，它會(huì)干擾距離遠(yuǎn)的弱信號(hào)的接收。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)。 </p><p>　　3. 是同時(shí)通話的用戶數(shù)，決定于整個(gè)網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。 </p><p>　　因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系

99、統(tǒng)。隨著用戶數(shù)的增加，通信質(zhì)量逐漸變壞。 </p><p>　　4.3.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 </p><p>　　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。例如由于大氣層的反射和折射，以及由于建筑物等對(duì)電波的反射都是形成多徑信道的原因。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。</p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)能夠同步

100、鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。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。這就是利用PN碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過(guò)半個(gè)PN碼時(shí)片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來(lái)對(duì)待。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。</p><p>　　因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。</p>&l

101、t;p>　　4.3.5 直擴(kuò)測(cè)距定時(shí)系統(tǒng) </p><p>　　直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展是從測(cè)距開(kāi)始的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。如果測(cè)定了電波傳播的時(shí)間，也就測(cè)定了距離。</p><p>　　用直擴(kuò)信號(hào)來(lái)測(cè)取和定時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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

102、能換算出發(fā)射機(jī)與目的地之間的距離。不難把碼片選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的測(cè)距與定時(shí)，基本的分辨率即一個(gè)碼片。</p><p>　　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。</p><p>　　4.4擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理</p>

103、;<p>　　任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號(hào)的傳輸，要求收發(fā)兩端信號(hào)在頻率上相同和相位上一致，才能正確地解調(diào)出信息。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)也不例外。一個(gè)相干擴(kuò)頻數(shù)字通信系統(tǒng)，接收端與發(fā)送端必須實(shí)現(xiàn)信息碼元同步、PN碼碼元和序列同步和射頻載頻同步。只有實(shí)現(xiàn)了這些同步，直擴(kuò)系統(tǒng)才能正常的工作?？梢哉f(shuō)沒(méi)有同步就沒(méi)有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。</p><p>　　同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時(shí)鐘可以和PN碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)

104、，有固定的關(guān)系，一個(gè)實(shí)現(xiàn)了同步，另一個(gè)自然也就同步了。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。常見(jiàn)的載頻提取和跟蹤的方法都可采用，例如用跟蹤鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。 </p><p>　　一般說(shuō)來(lái)，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中采用精確的頻率源，可以去掉大部分頻率和相位的不確定性。但引起不確定性的因素有以下一些：</p><p>　　1. 收發(fā)信

105、機(jī)的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差; </p><p>　　2. 收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差; </p><p>　　3. 收發(fā)信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移； </p><p>　　4. 以及多徑傳播也會(huì)影響中心頻率的改變。</p><p>　　因此，只靠提高頻率源的穩(wěn)定度是不夠的，需要采取進(jìn)一步提高同步速率和精度的方法。

106、</p><p>　　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。同步過(guò)程一般說(shuō)來(lái)包含兩個(gè)階段： </p><p>　　1. 接收機(jī)在一開(kāi)始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過(guò)程，即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)搜索和捕獲用信號(hào)。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P

107、N碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。 </p><p>　　2. 一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過(guò)程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。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。</p><p>　　如果由于采種原因引起失步，則重新開(kāi)始新的一輪搜捕和跟蹤過(guò)程。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。</p>

108、<p>　　圖4-5為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖，圖中接收到的信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后，在乘法器中與本地PN碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。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)。一旦捕獲到有用信號(hào)后，則起動(dòng)跟蹤器件，由其調(diào)整壓控鐘源，使本地PN碼發(fā)生器與外來(lái)信號(hào)保持同步</p><p>　　5. 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的MATLAB仿真</p><p&

109、gt;　　矩陣實(shí)驗(yàn)室（MATLAB:Matrix Laboratory）是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式的程序語(yǔ)言。與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(shū)寫(xiě)習(xí)慣，因而用其編程和調(diào)試，可以大大提高工作的效率。</p><p>　　目前MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際上最流行的軟件之一，除了可提供傳統(tǒng)的交互式的編程方法之外，還能提供豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、圖像處理

110、和方便的Windows編程工具等。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(yǔ)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(yǔ)言難以比擬的優(yōu)勢(shì)。較為常見(jiàn)的MATLAB工具箱有：控制系統(tǒng)工具箱、系統(tǒng)辯識(shí)工具箱、多變量頻率設(shè)計(jì)工具箱、分析與綜合工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱、最優(yōu)化工具箱、信號(hào)處理工具箱、模糊推理系統(tǒng)工具箱，以及通信工具箱等。</p><p&

111、gt;　　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(lái)進(jìn)行通信領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真。通信工具箱中的模塊可供直接使用，并允許修改，使用起來(lái)十分方便，因而完全可以滿足使用者設(shè)計(jì)和運(yùn)算的需要。</p><p>　　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。在用SIMULIN