【《扩展频谱技术概述》4000字】

扩展频谱技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u19827扩展频谱技术概述 1308831.1扩频通信的定义 117871.2扩频通信系统的特点 18101.2.1抵抗干扰能力强 1215491.2.2截获性很低 179041.2.3多路径的抗干扰性能较好 167201.2.4保密性良好 260571.3理论基础 228191.4数字调制技术 3326771.5扩频通信系统的工作原理 3149021.6m序列 4324621.7直接扩频通信系统 5102901.8直接序列扩频系统的特点及应用 5扩频通信的定义对于扩频通信技术我们也可以这样理解：“这种技术就是一种可以将信息进行传递的方法。信号占用的带宽远远超过了传输信息时所需要的最低带宽；频率的延迟和扩增频段主要是通过独立的序列码实现的，它主要是通过编码和调制两种方式共同完成的，与发送给目标的信息或者数据之间没有直接的关系；在接收端，相同的源代码被用于对相关信息进行同步接受，解扩和恢复发送给用户的信息数据。”扩频通信系统的特点抵抗干扰能力强因为扩频信号不能够被预测的特性，该系统的抵抗干扰能力特别强。又因为在传送过程中扩频通信系统会将信号的带宽扩展，所以就算信噪比特别低，或者说在干扰信号的功率也比有用信号的功率高的特定情况下，也可以使通信扩展后的信号质量更高，频谱更宽并且使其不会受到干扰，使抗干扰能力越强。扩频通信这种通信方法是目前唯一一种可以在负的信噪比条件下工作的，所以其良好的功能也会经常被应用到商业的通信系统中。截获性很低在相对较宽的频率范围内频谱信号的功率分布的非常均匀，所以在被传送的信号功率谱密度很低的情况下，接收的信号就会很难被检测得到。所以，扩展频谱通信系统被拦截的可能性非常小。多路径的抗干扰性能较好无线电波传播过程中的反射现象或散射现象就是所谓的多路径干扰，以上现象都是由各种意外反射器引发的，该散射信号或者说是反射信号和直接到达的信号在接收端处互相干预。矛盾的是，雷达和通信会在多条路径同时干扰的情况下受到严重影响。因为扩频通信系统里面添加了对信号进行的扩频调制还有信号解扩的过程，所以想要将扩频码序列之间的相关特性进行分离就要通过相关的技术来实现。多个信号中相同代码阵列信号的重叠，或者多个信号中最有用的信号都可以将无线通信中由于多路径干扰而引起的信号劣化进行一定程度的消除，因此可以看出扩频通信系统的信号抗干扰特性非常出色。保密性良好扩频系统具有高度的机密性，由于不一样的用户在编写时的代码都不一样，所以别的用户就不能知道该用户在编写时所产生的结果，从而达到了良好的保密性。理论基础在香农定义的条件下我们可以认为，通信系统的传输速度在高斯白噪声干扰的背景下可以表示为：C=Blog公式（3-1）中：信号带宽用B来表示；噪声功率用N来表示；信号平均的功率用S来表示。如果n0表示白噪声的功率谱密度，N=nC=Blog由公式（3-2）可以看出，信道容量C随着B、n0、S的变化而变化，一旦B、n从香农公式可以看出：（1）在C的值是稳定的前提下，可以使带宽B和信噪比S/N进行交换。换句话说，用户能够实现利用B的增加从而使S/N降低的要求。（2）如果要求将信道容量增加，那么就要使系统的信息传送速率进行一定程度的增加。不仅可以适当的对传送信号的带宽进行增加，还可以将信噪比S/N的值提高，这两种方法均可以使信道容量变大。我们从公式（3-1）可以了解到，信号带宽和信道容量成正比，信道容量和信噪比成对数关系，所以，相比较之下，对信号带宽增加的效果要比增加信噪比的效果好得多。扩频通信系统中进行扩展频谱的条件是要在发送端实现，并且通过在接收端解扩来恢复原始信号，这种系统的优点是可以使信号的抵抗干扰能力得到很大程度的提高。通过各种实验和分析得出，扩频系统的抵抗干扰性能和扩频信息频谱后扩频信号带宽之比有很大的关系。通常，处理增益Gp的值是由B除以信息带宽△F来表示的，由此可得到公式如下：Gp=B上式中Gp表示为扩频处理增益的值；B表示为扩频信号的带宽；△F代表的是信息带宽的值；从公式（3-3）可以观察到，信息带宽和扩频信号的带宽之间的相差的越多，扩频处理增益的值也会相对应的增长。通信系统中S/N的增加或减少也代表了扩频处理增益的值的变化。另外，在扩频系统中，和处理增益的值有关系的其它性能也有很多。所以，扩频通信系统中很重要的一项指标就是Gp。从上述描述可以得到抗干扰容限Mj的公式如下：Mj=Gp−S从公式（3-4）中可以了解到：系统损耗用Ls表示；输出端的信噪比用S/N表示；系统的抗干扰容限用Mj表示；扩频处理增益用Gp来表示；从以上式子中能够了解到，Gp和Mj是成正比的关系。由于Gp的值不断上升，抵抗干扰容限也不断地提高，并且信号在某些特殊的条件下也可以像平常一样工作。一般可以实现扩频的设备都会把用户信息（要发送的信息）的带宽放大到很多很多倍，以实现最大化处理增益。数字调制技术数字基带信号之前的信号是直接扩频信号，它是一种低通型信号，通常会在0频率附近看到它的功率谱出现，它能够径直的在低通型信道上进行传输。特别多的实际通道都是带通类型的，带通类型的通道不能够允许数字基带信号直接通过。所以，在带通信道的范围内有必要将发送端的数字基带信号的频谱挪动进去，以便可以将信号发送到带通信道，这种频谱移动的过程称为数字调制。因此，在接收端已调制信号的频谱必须移回，然后将原始的数字基带信号进行恢复。数字解调说的也就是频谱的这种反向偏移过程。调制的目的是实现频谱的偏移，呈现频率偏移的方式是使用基带信号来对正弦波的某些参数进行掌控，因此该参数称为基带信号。幅度，相位和频率是正弦波具有的三个参数，所以，数字幅度调制，数字相位调制和数字频率调制是数字调制技术具有的三种基础的方式。数字信号只包含极限值和离散值，所以极限值和离散值也是调制载波参数为数不多拥有的值。数字调制的过程很容易理解，就像使用数字信息控制来自多个具有各种参数的独立振荡源的开关一样。在中间选择参数，因此数字调制经常被称为“键控”。扩频通信系统的工作原理扩频通信的一般工作原理如图3.1所示。信道编码器伪随机序列发生器调制器信道解码器信道解调器伪随机序列发生器信息序列输出数据信道编码器伪随机序列发生器调制器信道解码器信道解调器伪随机序列发生器信息序列输出数据图3.1扩频通信系统的基本框图如图3.1所示是扩频通信系统的基本框图。信道编码器、信道解码器、解调器和调制器是传统数字通信系统的基本元素。除了这些元素之外，还缺少两个作用在发送端和接收端的调制解调器，这两个调制解调器必须是完全相同的，可以通过利用伪随机序列发生器来实现此目的。这两个序列发生器会生成伪随机噪声（PN）二进制序列，该二进制序列在调制结束时扩展要在频域中发送的信号，并在解调结束的时候解扩要在频域中发送的信号。m序列当香农的编码定理被证实时，他建议在编码过程中使用包含白噪声统计特性的信号。这种噪声在使用中是随机的进行，在该流程中，瞬时值遵循正态分布，并且功率谱即使是在很宽的范围内它的分布也是非常平均的，所以它具有非常优秀的特性。但是，现在只能用包含和白噪声相近的带有统计特性的伪随机码来近似它，并在扩展频谱的系统中以扩展码的地位存留，因为到目前为止还不能实现调制，放大，检测，控制和同步白噪声。在所有线性移位寄存器中最长的，同时也是伪随机序列中相比较之下最主要的序列之一就是m序列。此序列比较轻易就能生成，并且具有出色的自相关特性。在移位寄存器运行后增加反馈就会形成m序列，如图3.2所示为它的大体结构。在图中，移位寄存器中的每个寄存器的状态为αn−1(i=1,2,3,...,r)；第i位寄存器的反馈系数用ci(i=1,2,3,..r)来表示。当没有反馈时说明ci=0，也就是说要断开反馈线。当系统显示存在反馈时就说明存在ci=1的情况，在这种情况下连接反馈线。这种结构里面能得出，如果c0=ci=1，c0就不能等于0，如果图3.2反馈移位寄存器结构直接扩频通信系统在与一般的通信系统进行比较的情况下，扩频通信系统最重要的过程就是在发送端口适当地添加扩频调制，还有在接收端口适当地添加扩频解调。根据工作方式的差异扩频通信可以分为五种，它们分别为直接序列扩频系统，跳时扩频系统，跳频扩频系统，混合调频系统和线性调频系统。如今我们把直接序列扩频系统当作例子，通过例子来介绍应该如何实现扩频通信。直接序列扩频系统的框图如图3.3所示。图3.3直接序列扩频系统原理框图从直接序列扩频系统的基本框图中可以看出，从发送端的源输出的信号和由伪随机数代码生成器生成的伪随机数代码进行乘法运算，这样是为了使生成扩频序列和伪随机码的比率相同。为了得到已经被扩频调制后产生的射频信号，用户可以通过扩频序列对载波进行排序，然后对其进行调制。接收端口处，在经历过高度放大和混合之后的扩频信号，会在此阶段被解扩为和发送时一致的伪随机序列，该信号的频带会还原为信息序列的频带。然后它开始解调，解调之后会将要传输的信息还原到最开始的状态。直接序列扩频系统的特点及应用利用伪随机码（PN码），在一个相对来说比较宽的频带上可以将要传输的信息扩展的系统称为直接序列扩展频谱系统(Direct