直接擴(kuò)頻通信

0引言擴(kuò)頻通信（即擴(kuò)展頻譜通信），一般是指用比信號(hào)帶寬寬得多的頻帶寬度來(lái)傳輸信息的技術(shù)隨著通信容量的不斷增加，頻率資源愈發(fā)緊張，為了緩解這一突出問(wèn)題，通常在窄帶通信系統(tǒng)中，主要是通過(guò)頻率劃分來(lái)防止各信道之間的干擾但是，隨著擴(kuò)頻通信的研究和運(yùn)用，由于其對(duì)接收端要求強(qiáng)相關(guān)性，使得頻率可以重復(fù)使用，提高了頻率利用率同時(shí)擴(kuò)頻通信的抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)無(wú)線(xiàn)電微波通信無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信跟蹤和報(bào)警等系統(tǒng)中。擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)信息論中關(guān)于信息容量的仙農(nóng)（Shannon）公式為c=r*zog.（i+—）6/5亠N （式1）其中C為信道容量；W為信號(hào)頻帶寬度；S/N為信噪比由式1可得到以下結(jié)論：在信道容量C不變的條件下，可用不同帶寬W和信噪比S/N組合來(lái)傳輸即可以通過(guò)增加信號(hào)帶寬，實(shí)現(xiàn)在比較低的信噪比下傳送信息這樣使得有用信號(hào)的功率接近噪聲的功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下，從而具有很好的隱蔽性擴(kuò)頻通信就是用擴(kuò)展頻譜來(lái)?yè)Q取信噪比要求的降低，這正是擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn)和理論依據(jù)擴(kuò)頻通信從早期用于軍事保密通信，到現(xiàn)在廣泛用于民用通信系統(tǒng)中，并成為現(xiàn)代通信主要發(fā)展的方向，是因?yàn)樗哂姓瓗ㄐ畔到y(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)良性能。1） 抗干擾性強(qiáng)，誤碼率較低接收機(jī)必須采用相關(guān)檢測(cè)才能對(duì)PN碼相同的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，同頻信號(hào)或其他干擾經(jīng)解擴(kuò)后，帶寬被展寬，具有良好的抑制能力因此誤碼率也比較低，一般可低于l0-10，完全能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)對(duì)通道傳輸質(zhì)量的要求2） 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址因?yàn)樵跀U(kuò)頻通信中是采用擴(kuò)頻碼序進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，可以利用不同的擴(kuò)頻碼序列之間較強(qiáng)的自相關(guān)性和較弱的互相關(guān)性，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)可以通過(guò)給不同的用戶(hù)分配不同的用戶(hù)擴(kuò)頻碼型，實(shí)現(xiàn)在一寬頻帶上許多對(duì)用戶(hù)可以同時(shí)通信而且互不干擾。2）抗多徑干擾由于擴(kuò)頻系統(tǒng)中利用不同的PN可以很容易從多種路徑傳輸來(lái)的信號(hào)分離和提取出有用信號(hào)同時(shí)可以把不同路徑來(lái)的不同延遲不同相位的信號(hào)在時(shí)間和相位上重新對(duì)齊，形成用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，從而提高了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃钥梢允褂貌煌夹g(shù)對(duì)所傳的信息進(jìn)行擴(kuò)頻處理因此擴(kuò)頻通信的方式可分為：直接序列擴(kuò)頻工作方式（DS）,跳變頻率工作方式（FH）,跳變時(shí)間工作方式（TH）和寬帶線(xiàn)性調(diào)頻脈沖（CHIRP）以及以上幾種方法的組合本文根據(jù)擴(kuò)頻通信的原理，利用MATALB對(duì)擴(kuò)頻通信中最常用的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)又稱(chēng)為直接序列調(diào)制系統(tǒng)或者偽噪聲系統(tǒng)（PN系統(tǒng)），簡(jiǎn)稱(chēng)直擴(kuò)（DS），是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)要傳送的信息經(jīng)過(guò)偽隨機(jī)序列（或稱(chēng)偽噪聲碼）擴(kuò)頻后再對(duì)射頻載波進(jìn)行調(diào)制偽隨機(jī)序列的碼元速率遠(yuǎn)高于傳送信號(hào)的碼元速率，因而調(diào)制后的信號(hào)頻譜寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信息的頻譜寬度直擴(kuò)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于民用通信系統(tǒng)以及導(dǎo)航自控等其他領(lǐng)域方面，比如美軍的國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)（AN-VSC-28）全球定位系統(tǒng)（GPS）航天飛機(jī)通信用的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS）碼分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)等2.1直擴(kuò)系統(tǒng)模型

圖1直擴(kuò)系統(tǒng)組成框圖直擴(kuò)系統(tǒng)的模型如圖1所示，信源信息經(jīng)過(guò)編碼后為碼元速率為Ra的信息碼擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)碼(PN碼)，每個(gè)偽隨機(jī)碼的碼元速率為Rc(Rc<Ra)將信息碼與偽隨機(jī)碼進(jìn)行相乘或模二加，產(chǎn)生一速率與偽隨機(jī)碼速率相同的擴(kuò)頻序列，也就是說(shuō)信息帶寬已經(jīng)被展寬，然后經(jīng)過(guò)射頻調(diào)制將信號(hào)頻譜被搬移到射頻上直擴(kuò)系統(tǒng)一般采用頻率調(diào)制或相位調(diào)制的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，在碼分多址通信中，其調(diào)制方式多采用BPSKDPSKQPSKMPSK等在接收端，接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻處理后為中頻信號(hào)然后用與發(fā)送端同步的偽隨機(jī)碼對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，將信號(hào)的頻帶恢復(fù)為原始信息的頻帶，然后再進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出所傳送的信息對(duì)于信道中的干擾，這些干擾有窄帶干擾多徑干擾多址干擾等由于它們與偽隨機(jī)碼不相關(guān)，接收機(jī)的相關(guān)解擴(kuò)對(duì)這些干擾相當(dāng)于又一次擴(kuò)頻，將干擾和噪聲的頻譜展寬，降低了功率譜密度，經(jīng)濾波后就大大降低了進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比得到提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。2.2擴(kuò)頻通信常用的偽隨機(jī)碼常用的偽隨機(jī)碼主要有m序列GOLD序列WALSH碼和OVSF碼其中最常見(jiàn)的是m序列，由n級(jí)移位寄存器所能產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的序列由于m序列容易產(chǎn)生，規(guī)律性強(qiáng)，有許多優(yōu)良的性能，在擴(kuò)頻通信中最早獲得廣泛的應(yīng)用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RGold提出了一種基于m序列的碼序列，稱(chēng)為Gold碼序列GOLD碼是m序列的復(fù)合碼，是由兩個(gè)長(zhǎng)度相同，碼速率相同的m序列優(yōu)選對(duì)模2加得到的，每改變兩個(gè)序列相對(duì)位移就可得到一個(gè)新的GOLD序列GOLD序列有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，且地址數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m序列地址數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。程序仿真及結(jié)果3.1仿真模型本文是采用MATLAB軟件對(duì)直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真仿真模型如圖2所示信息源由隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)，偽隨機(jī)碼采用的是31位GOLD序列，射頻調(diào)制采用的是M-PSK調(diào)制方式，傳輸信道為加性高斯白噪聲信道。3.2仿真結(jié)果圖3為示波器顯示波形上圖為隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的輸入信號(hào)的波形下圖為輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制解擴(kuò)和解調(diào)后獲得的輸出波形從圖中看出，擴(kuò)頻后誤碼率非常低圖4為該仿真系統(tǒng)對(duì)抑制信道噪聲的仿真結(jié)果信噪比越高，誤碼率趨近為零說(shuō)明擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能。*o尺”4呵IntageGererdtopPNS?q|ueri<MGtfbtFJtorEifarR^t*CJlwlJtio>n07CQgT|DisplayProductSc?pe-AWGHChinntlProdtici!M-PSKDerffeGduljtavPrabJind-LTk/KMM.PSKEtni*o尺”4呵IntageGererdtopPNS?q|ueri<MGtfbtFJtorEifarR^t*CJlwlJtio>n07CQgT|DisplayProductSc?pe-AWGHChinntlProdtici!M-PSKDerffeGduljtavPrabJind-LTk/KMM.PSKEtnir<i*Tk*Calculjtiog^*wwTurM-PSKPNS?qu?nc?M^PSKModulator*EP-R?ljyRjfidomiMtgtrAWGN—1.0+1.1-95程序r-is求出—的所有本原字項(xiàng)式的系數(shù)序列m=5;k=gfprim.fd(iiijJall?)1|-l.U|+|-^1.1滝|渺淤|(zhì)化s程序r-z敘點(diǎn)血序列的互相關(guān)特性)simfschK7_r):鮒啟動(dòng)并運(yùn)行仿真系統(tǒng)du14x1=[(2*e)-1]j:%將運(yùn)行結(jié)果m序列dclln從單極性序列變?yōu)殡p扳性序列7l=xcOrr(xl);35求互相關(guān)性*1:61;plo-t(-t?ylU:60);asis([1?61,-5.,35])驗(yàn)繪出信號(hào)的相關(guān)圖g：ridon

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