擴(kuò)頻通信的基本原理(直接序列擴(kuò)頻、跳頻等).doc

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1、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)1.1擴(kuò)頻通信的基本概念通信理論和通信技術(shù)的研究，是圍繞著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性這兩個(gè)基本問(wèn)題展開(kāi)的，所以有效性和可靠性是設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。通信系統(tǒng)的有效性，是指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。這個(gè)問(wèn)題是討論怎樣以最合理、最經(jīng)濟(jì)的方法傳輸最大數(shù)量的信息。在模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。顯然，信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性就越好。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此傳輸?shù)挠行允怯脗鬏斔俾蕘?lái)衡量的。通信系統(tǒng)的可靠性，是指通信系統(tǒng)可靠地傳輸信息。由于信息在傳輸過(guò)程中受到干擾，收到的信息與

2、發(fā)出的信息并不完全相同?？煽啃跃褪怯脕?lái)衡量收到信息與發(fā)出信息的符合程度。因此，可靠性決定于系統(tǒng)抵抗干擾的性能，也就是說(shuō)，通信系統(tǒng)的可靠性決定于通信系統(tǒng)的抗干擾性能。在模擬通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目煽啃允怯谜麄€(gè)系統(tǒng)的輸出信噪比來(lái)衡量的。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目煽啃允怯眯畔鬏數(shù)牟铄e(cuò)率來(lái)描述的。擴(kuò)展頻譜通信由于具有很強(qiáng)的抗干擾能力，首先在軍用通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。近年來(lái)，擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的理論和應(yīng)用發(fā)展非常迅速，在民用通信系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)頻通信是擴(kuò)展頻譜通信的簡(jiǎn)稱(chēng)。我們知道，頻譜是電信號(hào)的頻域描述。承載各種信息（如語(yǔ)音、圖象、數(shù)據(jù)等）的信號(hào)一般都是

3、以時(shí)域來(lái)表示的，即信息信號(hào)可表示為一個(gè)時(shí)間的函數(shù)。信號(hào)的時(shí)域表示式可以用傅立葉變換得到其頻域表示式。頻域和時(shí)域的關(guān)系由式(1-1)確定：(1-1)函數(shù)的傅立葉變換存在的充分條件是滿(mǎn)足狄里赫萊(Dirichlet)條件，或在區(qū)間(-∞，+∞)內(nèi)絕對(duì)可積，即必須為有限值。擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號(hào)的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)（與待傳輸?shù)男畔⑿盘?hào)無(wú)關(guān)）擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，然后送入信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將其擴(kuò)展了的頻譜壓縮，恢復(fù)為原來(lái)待傳輸信息信號(hào)的帶寬，從而到達(dá)傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。也就是說(shuō)在傳輸同樣信息信號(hào)時(shí)所需要的射頻帶寬，

4、遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被傳輸信息信號(hào)所必需的最小的帶寬。擴(kuò)展頻譜后射頻信號(hào)的帶寬至少是信息信號(hào)帶寬的幾百倍、幾千倍甚至幾萬(wàn)倍。信息已不再是決定射頻信號(hào)帶寬的一個(gè)重要因素，射頻信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來(lái)決定。由此可見(jiàn)，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘?hào)的帶寬；(2)傳輸信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)通常是偽隨機(jī)（偽噪聲）編碼信號(hào)。以上兩個(gè)特點(diǎn)有時(shí)也稱(chēng)為判斷擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是其具有很強(qiáng)的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。這里我們先定性地說(shuō)明一下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論依據(jù)。擴(kuò)頻

5、通信的基本理論根據(jù)是信息理論中香農(nóng)(C·E·Shannon)的信道容量公式(1-2)式中：C——信道容量，b/s；B——信道帶寬，Hz；S——信號(hào)功率，W；N——噪聲功率，W。香農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無(wú)差錯(cuò)地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(duì)(1-2)式進(jìn)行變換(1-3)對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)時(shí)，用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)(1-3)式，并略去高次項(xiàng)得(1-4)或(1-5)由式(1-4)和(1-5)可看出，對(duì)于任意給定的噪聲信號(hào)功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信

6、道中無(wú)差錯(cuò)地傳輸信息的速率C?；蛘哒f(shuō)在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)噪聲功率比下降時(shí)，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來(lái)保持信道容量C不變。或者說(shuō)對(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲功率比，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬來(lái)獲得較低的信息差錯(cuò)率。若(20dB)，，則當(dāng)時(shí)，就可以正常的傳送信息，進(jìn)行可靠的通信了。這就說(shuō)明了增加信道帶寬B，可以在低的信噪比的情況下，信道仍可在相同的容量下傳送信息。甚至在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下，只要相應(yīng)的增加信號(hào)帶寬也能保持可靠的通信。如系統(tǒng)工作在干擾噪聲比信號(hào)大100倍的信道上，信息速率R＝C＝3kb/s，則信息必須在帶寬下傳輸，才能保證可靠的通信。擴(kuò)頻

7、通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來(lái)擴(kuò)展待傳輸信息信號(hào)帶寬的手段，來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)的帶寬大幾百倍乃至幾萬(wàn)倍，所以在相同信息傳輸速率和相同信號(hào)功率的條件下，具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。香農(nóng)在其文章中指出，在高斯噪聲的干擾情況下，在受限平均功率的信道上，實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。這是因?yàn)楦咚拱自肼曅盘?hào)具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜密度函數(shù)為-∞

8、特性。但是對(duì)于白噪聲信號(hào)的產(chǎn)生、加工和復(fù)制，迄今為止仍存在著許多技術(shù)問(wèn)題和困難。然而人們已經(jīng)找