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1、現(xiàn)代通信技術(shù)進展第二講：擴頻通信技術(shù)2021/8/211概述擴展頻譜通信的基本概念擴展頻譜通信模型擴展頻譜系統(tǒng)抗干擾性能分析2021/8/221.1擴展頻譜通信的基本概念擴展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸，再利用一定手段將其壓縮，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)。在傳輸同樣信息時所需的射頻帶寬，遠比我們已熟知的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬得多。擴頻帶寬至少是信息帶寬的幾十至幾萬倍。信息已不再是決定調(diào)制信號帶寬的一個重要因素，調(diào)制信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)來決定。2021/8/23擴展頻譜系統(tǒng)必須滿足以下兩條準(zhǔn)則：(1)傳
2、輸帶寬遠遠大于被傳送的原始信息的帶寬；(2)傳輸帶寬主要由擴頻函數(shù)決定，擴頻函數(shù)常用偽隨機編碼信號。我們已熟知的各種調(diào)制方式，如調(diào)幅、調(diào)頻，數(shù)字調(diào)制中FSK、PSK、QAM和MSK等都不屬于擴展頻譜系統(tǒng)的范疇。2021/8/24以偽隨機碼序列作擴頻函數(shù)的直接序列擴展頻譜通信為例來研究擴頻系統(tǒng)原理。編碼器數(shù)據(jù)源發(fā)射機序列發(fā)生器射頻振蕩器2021/8/25二進制數(shù)字信號與一個高速率的二進制偽隨機碼相乘，得到復(fù)合信號；一般偽隨機碼的速率是Mb/s的量級，有的甚至達到幾百Mb/s。而待傳信息流經(jīng)編碼器編碼后的碼速率較低，數(shù)字話音信號一般為32～64kbps，這就擴展了信息的速
3、率；擴頻后的復(fù)合信號對載波調(diào)制(直接序列擴頻一般用BPSK調(diào)制)后，通過發(fā)射機和天線送入信道中傳輸;的射頻帶寬取決于偽隨機碼的碼速率。在BPSK情況下等于偽隨機碼速率的2倍，而與數(shù)字信息流的碼速率幾乎無關(guān)。以上處理過程就達到了擴展數(shù)字信息流頻譜的目的。2021/8/26在接收端用一個和發(fā)射端同步的偽隨機碼所調(diào)制的本地振蕩信號，與接收到的信號進行相關(guān)處理。相關(guān)處理是將兩個信號相乘，然后求其數(shù)學(xué)期望或求兩個信號瞬時值相乘的積分。2021/8/27當(dāng)兩個信號完全相同時（或相關(guān)性很好），得到最大的相關(guān)峰值，經(jīng)數(shù)據(jù)檢測器恢復(fù)發(fā)射端的信號為。若信道中存在著干擾，這些干擾包括窄帶干
4、擾、單頻干擾、多徑干擾或碼分多址信號。它們和有用信號同時進入接收機。由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地擴頻信號不相關(guān)，故在相關(guān)處理中被削弱，也就是干擾信號的能量被擴展到整個擴頻帶寬內(nèi)，降低了干擾電平，相關(guān)器后的基帶濾波器只輸出基帶信號和處在濾波器通帶內(nèi)的那部分干擾和噪聲，這樣就大大改善了系統(tǒng)的輸出信噪比。2021/8/28圖3幾種典型的噪聲2021/8/29圖4功率譜比較2021/8/210由上面對擴頻通信系統(tǒng)的定性討論中，我們知道了現(xiàn)代擴頻通信系統(tǒng)從部件或框圖上看，沒有什么新東西。它與常規(guī)通信系統(tǒng)相比，發(fā)射端增加了一個高速率的偽隨機碼，并與數(shù)字信號實現(xiàn)波形相乘，接收端增加
5、了一個本地擴頻碼，與接收到的信號進行一次相關(guān)解擴。經(jīng)過這些處理，擴頻系統(tǒng)就比常規(guī)的通信系統(tǒng)具有很強的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。此外還具有信息隱蔽、低的空間無線電波“通量密度”及多址保密通信等優(yōu)點。2021/8/211擴展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)可用Shannon信道容量公式來描述，該公式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比S／N下降時，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬的辦法來保持信道容量C不變。對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。擴展頻譜技術(shù)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來達到擴展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬。擴頻通信系統(tǒng)的帶寬比
6、常規(guī)通信體制大幾百倍至幾千倍，故在相同的信噪比條件下，具有較強的抗噪聲干擾的能力。2021/8/212Shannon還指出：在高斯噪聲的干擾下，在限平均功率的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。這是因為高斯白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有函數(shù)的特點，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對于白噪聲信號的產(chǎn)生、加工和復(fù)制至今仍存在著許多技術(shù)困難．然而人們已經(jīng)找到了一些易于產(chǎn)生又便于加工和控制的偽噪聲序列，它們的統(tǒng)計特性逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計特性。2021/8/213早在50年代，哈爾凱維奇就從理論上證明：要克服多徑衰落干擾的影
7、響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘栃问揭矐?yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號形式。擴頻函數(shù)(偽碼)逼近白噪聲的統(tǒng)計特性，因而擴頻通信又具有抗多徑干擾的能力。2021/8/214擴展頻譜通信系統(tǒng)按其工作方式可以分為下列幾種：（l）直接序列擴展頻譜系統(tǒng)（DS－SS）：前面討論過的擴頻通信，就是直接序列擴頻系統(tǒng)。它是由于待傳信息信號與高速率的偽隨機碼波形相乘后，去直接控制射頻信號的某個參量，擴展了傳輸帶寬而得名的。2021/8/215圖5直接序列擴頻2021/8/216圖6擴頻碼2021/8/217（2）跳頻擴頻系統(tǒng)（FH-SS）：數(shù)字信息與二進制偽碼序列模二相加后，去離
