直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)

1、5.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理 5.1.1 組成與原理     前面已經(jīng)說(shuō)過：所謂直接序列(DS)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在收端，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。圖51為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理框圖。   圖51 在圖51(a)中，假定發(fā)送的是一個(gè)頻帶限于fin以內(nèi)的窄帶信息。將此信息在信息調(diào)制器中先對(duì)某一副載額fo進(jìn)行調(diào)制(例如進(jìn)行調(diào)幅或窄帶調(diào)頻)，得到一中心頻率為fo而帶寬為2fin的信號(hào)，即通常的窄帶信號(hào)。一般的窄帶通信系統(tǒng)直接將此信號(hào)在發(fā)射機(jī)中對(duì)射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。 但在

2、擴(kuò)展頻譜通信中還需要增加一個(gè)擴(kuò)展頻譜的處理過程。常用的一種擴(kuò)展頻譜的方法就是用一高碼率fc的隨機(jī)碼序列對(duì)窄帶信號(hào)進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制見圖 推薦精選51(b)中發(fā)端波形。二相相移鍵控相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號(hào)。選擇fc fo fin。這樣得到了帶寬為2fc的載波抑制的寬帶信號(hào)。這一擴(kuò)展了頻譜的信號(hào)再送到發(fā)射機(jī)中去對(duì)射頻fT進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。 信號(hào)在射頻信道傳輸過程中必然受到各種外來(lái)信號(hào)的干擾。因此，在收端，進(jìn)入接收機(jī)的除有用信號(hào)外還存在干擾信號(hào)。假定干擾為功率較強(qiáng)的窄帶信號(hào)，寬帶有用信號(hào)與干擾信號(hào)同時(shí)經(jīng)變頻至中心頻率為中頻fI輸出。不言而喻，對(duì)這一中頻寬帶信號(hào)必須進(jìn)行解擴(kuò)處

3、理才能進(jìn)行信息解調(diào)。 解擴(kuò)實(shí)際上就是擴(kuò)頻的反變換，通常也是用與發(fā)端相同的調(diào)制器，并用與發(fā)端完全相同的偽隨機(jī)碼序列對(duì)收到的寬帶信號(hào)再一次進(jìn)行二相相移鍵控。 從圖51(b)中收端波形可以看出，再一次的相移鍵控正好把擴(kuò)頻信號(hào)恢復(fù)成相移鍵控前的原始信號(hào)。從頻譜上看則表現(xiàn)為寬帶信號(hào)被解擴(kuò)壓縮還原成窄帶信號(hào)。這一窄帶信號(hào)經(jīng)中頻窄帶濾波器后至信息解調(diào)器再恢復(fù)成原始信息。但是對(duì)于進(jìn)入接收機(jī)的變窄帶干擾信號(hào)，在收端調(diào)制器中同樣也受到偽隨機(jī)碼的雙相相移鍵控調(diào)制，它反而使窄帶干擾變成寬度干擾信號(hào)。由于干擾信號(hào)頻譜的擴(kuò)展，經(jīng)過中頻窄帶通濾波作用，只允許通帶內(nèi)的干擾通過，使干擾功率大為減少。由此可見，接收機(jī)輸入端的信號(hào)

4、與噪聲經(jīng)過解擴(kuò)處理，使信號(hào)功率集中起來(lái)通過濾波器，同時(shí)使干擾功率擴(kuò)散后被濾波器大量濾除，結(jié)果便大大提高了輸出端的信號(hào)噪聲功率比。 這一過程說(shuō)明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對(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。 綜上所述，直擴(kuò)系統(tǒng)的特點(diǎn)是： l        頻譜的擴(kuò)展是直接由高碼率的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制而得到的。 l        擴(kuò)頻碼序列多采用偽隨機(jī)碼，也稱為偽噪聲(PN)碼序列。 推薦精選l

5、0;       擴(kuò)頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制。擴(kuò)頻和解擴(kuò)的調(diào)制解調(diào)器多采用平衡調(diào)制器，制作簡(jiǎn)單又能抑制載被。 l        模擬信息調(diào)制多采用頻率調(diào)制(FM)，而數(shù)字信息調(diào)制多采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)或增量調(diào)制(DM)。 l        接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，或采用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)信號(hào)。 l    

6、    擴(kuò)頻和解擴(kuò)的偽隨機(jī)碼序列應(yīng)有嚴(yán)格的同步，碼的搜捕和跟蹤多采用匹配濾波器或利用偽隨機(jī)碼的優(yōu)良的相關(guān)特性在延遲鎖定環(huán)中實(shí)現(xiàn)。 l        一般需要用窄帶通濾波器來(lái)排除干擾，以實(shí)現(xiàn)其抗干擾能力的提高。 5.1.2 直擴(kuò)信號(hào)的波形與頻譜 任何周期性的時(shí)間波形都可以看成是許多不同幅度、頻率和相位的正弦波之和。這些不同的頻率成分，在頻譜上占有一定的頻帶寬度。單一頻率的正弦波，在頻譜上只有一條譜線，而周期性的矩形脈沖序列，則有許多譜線。任何周期性的時(shí)間波形，可以用富氏級(jí)數(shù)展開的數(shù)學(xué)方法求出它的頻

7、譜分布圖。 現(xiàn)在以矩形脈沖序列為例來(lái)說(shuō)明其間的關(guān)系。圖52(a)中為一周期性矩形脈沖序列f(t)的波形及其頻譜函數(shù)An(f)。推薦精選 圖52 (a), (b), (c) 圖中E為脈沖的幅度，to為脈沖的寬度，To為脈沖的重復(fù)周期。設(shè)To 5to，從圖中可以看出f(t)的An(f)分布為一系列離散譜線，由基頻fo及其高次諧波組成。隨著諧波頻率的升高、幅度逐漸衰減。對(duì)于棱角分明的波形，在理論上包含有無(wú)限多的頻譜成分。不難證明，時(shí)間有限的波形，在頻譜無(wú)限的；相反，頻譜有限的信號(hào)，在時(shí)間上也是無(wú)限的。 推薦精選但一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)的能量主要集中在頻譜的主瓣內(nèi)，即頻率從0開始到頻譜經(jīng)過第一個(gè)0點(diǎn)

8、的頻率為止的寬度內(nèi)，稱為信號(hào)的頻帶寬度，以Bf表示。從數(shù)學(xué)分析可知，信號(hào)譜線間隔決定于脈沖序列的重復(fù)周期，即fo1/To。而信號(hào)頻帶寬度取決于脈沖的寬度，即Bo1/to。 在圖52(b)中， l        如果脈沖重復(fù)周期增加一倍，基頻降低一半，譜線間隔也減少一半，譜線密度增加一倍，此時(shí)Bfo不變。 l        如果脈沖重復(fù)周期不變，而脈沖寬度減少一半t1t0/2，則從圖52(c) 可以看出，譜線間隔不變，但信號(hào)的頻帶寬度Bf1增加一倍。此外，從

9、圖中還可以看出，無(wú)論是脈沖重復(fù)周期的增加，還是脈沖寬度的減少，頻譜函數(shù)的幅度都降低了。 從上面的討論中可以得出兩個(gè)重要的結(jié)論： 一是為了擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，可以采用窄的脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制某一載波，得到一個(gè)很寬的雙邊帶的直擴(kuò)信號(hào)。采用的脈沖越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。 如果脈沖的重復(fù)周期為脈沖寬度的2倍，即T2t，則脈沖寬度變窄對(duì)應(yīng)于碼重復(fù)頻率的提高，即采用高碼率的脈沖序列。 直擴(kuò)系統(tǒng)正是應(yīng)有了這一原理，直接用重復(fù)頻率很高的窄脈沖序列來(lái)展寬信號(hào)的頻譜。     二是如果信號(hào)的總能量不變，則頻譜的展寬，使各頻譜成分的幅度下降，換句話說(shuō)，信號(hào)的功率譜密度降低。這就是為什么可以用擴(kuò)

10、頻信號(hào)進(jìn)行隱蔽通信，及擴(kuò)頻信號(hào)具有低的被截獲概率的原故。5.2 擴(kuò)頻碼序列推薦精選5.2.1 碼序列的相關(guān)性 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)生等問題。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。 為什么要選用隨機(jī)信

11、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)，其差別性就最大。 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：   式中 f(t)為信號(hào)的時(shí)間函數(shù)，t為時(shí)間延遲。 上式的物理概念是f(t)與其相對(duì)延遲的t 的f( t - t)來(lái)比較: 如二者不完全重疊，即t ¹ 0，則乘積的

12、積分 ya(t)為0； 如二者完全重疊，即t0；則相乘積分后ya(0)為一常數(shù)。 推薦精選因此，ya(t)的大小可用來(lái)表征 f(t)與自身延遲后的f( t t)的相關(guān)性，故稱為自相關(guān)函數(shù)。 現(xiàn)在來(lái)看看隨機(jī)噪聲的自相關(guān)性。圖53(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53(b)為其自相關(guān)函數(shù)。當(dāng)t0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ya(t)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

13、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)槲覀儾荒墚a(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)生一種具有類似自相關(guān)特性的周期性信號(hào)。 推薦精選  圖53 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53(c)中示出其波形和它相對(duì)延遲 t 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53(d)中。自相關(guān)峰值在t 0時(shí)出現(xiàn)，自相關(guān)函數(shù)在± t0/2范

14、圍內(nèi)呈三角形。t0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。 推薦精選當(dāng)碼長(zhǎng)取得很大時(shí)，它就越近似于圖53(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。 擴(kuò)頻碼序列除自相關(guān)性外，與其他同類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： &#

15、160; 如果兩個(gè)信號(hào)都是完全隨機(jī)的，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。  5.2.1 m序列 m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。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。 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2n1位。 現(xiàn)在來(lái)看看如何由多級(jí)移位寄存器經(jīng)線性反

16、饋產(chǎn)生周期性的m序列。圖54(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。 推薦精選  圖54 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0十00，0十11，1十0l，l十10。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23 17的碼序列后，D1、D2、D3又回到111狀態(tài)。在時(shí)鐘

17、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。 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)。 推薦精選例如4級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的15位的m序列之一為111101011001000。同理我不難得到31、63、127、255、511、l023位的m序列。 一個(gè)碼序列的隨機(jī)性

18、由以下三點(diǎn)來(lái)表征： l        一個(gè)周期內(nèi)“l(fā)”和“0”的位數(shù)僅相差1位。 l        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12，長(zhǎng)度為2的游程占l4，長(zhǎng)度3的游程占l8。只有一個(gè)包含n個(gè)“l(fā)”的游程，也只有一個(gè)包含(n1)個(gè)“0”的游程?！發(fā)”和“0”的游程數(shù)相等。l    一個(gè)周期長(zhǎng)的序列與其循環(huán)移位序列遠(yuǎn)位比較，相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差 l位。 M序列的一些基本性質(zhì)： 

19、0;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”。 在表51中列出長(zhǎng)為15位的游程分布。 表51 111101011001000游程分布 游程長(zhǎng)度(比特) 游程數(shù)目 所包含的比特?cái)?shù) “1”的 “0”的 1 2 2 4 2 1 1 4 3 0 1 3 4 1 0 4   游程總數(shù)8 合計(jì)15 推薦精選 一般說(shuō)來(lái)，m序列中長(zhǎng)為R(1£ R £ n 2)的游程數(shù)占游程總數(shù)的l2k。 m序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算：   令p =A + D = 2n 1 則： &

20、#160; 設(shè)n = 3, p = 23 1 7， 則：  它正是圖53(d)中所示的二值自相關(guān)函數(shù)。 m序列和其移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。 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。 推薦精選 m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)

21、生的m序列數(shù)由下式?jīng)Q定： F(2n 1) / n 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)。 現(xiàn)在讓我們來(lái)討論一下m序列的相關(guān)特性。前面已經(jīng)提到過m5.2.3 GoId碼序列 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。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：     

22、0; 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5-5(實(shí)線)，由小于某一極大值的旁瓣構(gòu)成。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。圖56(a)中示出Gold碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖。圖5-5推薦精選 圖56(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)相同，但相加以后并不是m序列，也不具備m序列的性質(zhì)。圖5-6 Gold序列的主要性質(zhì)有以下三點(diǎn)： Gold序列具有三值自相關(guān)特性，類似圖5-5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。 推薦精選兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序

23、列都是Gold序列。因?yàn)榭偣灿?n1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2n1個(gè)Gold序列。 因此，Gold序列的序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。 同類Gold序列互相關(guān)特性滿足優(yōu)選對(duì)條件，其旁瓣的最大值不超過上式的計(jì)算值。 在表22中列出m序列和Gold序列互相關(guān)函數(shù)旁瓣的最大值。   從上表中明顯的看出Gold序列的互相關(guān)峰值和主瓣與旁瓣之比都比m序列小得多。這一特性在實(shí)現(xiàn)碼分多址時(shí)非常有用。 5.3  直擴(kuò)信號(hào)的發(fā)送與接收在圖5l中所示出的直擴(kuò)系統(tǒng)發(fā)送接收系統(tǒng)的原理方框中，在發(fā)端輸入信息要經(jīng)過信息調(diào)制“擴(kuò)頻和射頻調(diào)制”，在收端接收到的

24、信號(hào)要經(jīng)過變頻、解擴(kuò)和信息解調(diào)。與一般模擬或數(shù)字通信系統(tǒng)比較，信息識(shí)別與解調(diào)、射頻的上變頻和下變頻，情況基本相同。 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于直擴(kuò)信號(hào)的產(chǎn)生，即擴(kuò)頻調(diào)制和直擴(kuò)信號(hào)的接收，即相關(guān)解擴(kuò)。推薦精選5.3.1 擴(kuò)頻調(diào)制 通過對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)波形與頻譜關(guān)系的分析和對(duì)PN碼序列性能的了解，來(lái)說(shuō)明獲得擴(kuò)頻信號(hào)的調(diào)制方法就比較容易了。一般說(shuō)來(lái)，都是用高碼率的PN碼脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制擴(kuò)展信號(hào)的頻譜的。通常采用的調(diào)制方式為BPSK，輸入信號(hào)與PN 碼在平衡調(diào)制器調(diào)制而輸出展寬的擴(kuò)頻信號(hào)；圖5-2中已經(jīng)表示出直擴(kuò)擴(kuò)頻調(diào)制的原理圖。圖中平衡調(diào)制器的輸出信號(hào)的中心頻率位置決定于輸入的載波頻率，在這里是載頻抑制

25、的。而兩個(gè)邊帶則為展寬的頻譜，它決定于調(diào)制PN碼脈沖的寬度。PN碼碼率越高，或脈沖寬度越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。 那么這一擴(kuò)頻調(diào)制的原理是如何具體實(shí)現(xiàn)的呢? 圖5-7(a)中為一常見的二極管平衡調(diào)制器。它的作用原理是：左端上面輸入為正弦載波信號(hào)，下面輸入的是PN碼脈沖信號(hào)。4個(gè)二極管起作開關(guān)的作用。當(dāng)脈沖信號(hào)為正D2、D3導(dǎo)通，此時(shí)輸出變壓器中載波信號(hào)電流是向上的。脈沖輸入信號(hào)變負(fù)時(shí)，Dl，D4導(dǎo)通，此時(shí)輸出變壓器中載波電流是向下的。換句話說(shuō)，隨著脈沖信號(hào)極性的不同，輸出載波信號(hào)的相位改變180°。因此，平衡調(diào)制器起到了二相相移鍵控(BPSK)調(diào)制器的作用。輸出正弦波

26、相位改變的情況如圖57(b)中所示。 平衡調(diào)制器的一個(gè)重要特性是輸出的調(diào)制信號(hào)是載波抑制的。這對(duì)于擴(kuò)頻通信是很重要的。無(wú)載波發(fā)射，既可節(jié)省功率，又可使擴(kuò)頻信號(hào)更加隱蔽，不易被 發(fā)覺。平衡調(diào)制器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于乘法器。 如果載波信號(hào)用Acosvct表示，脈沖信號(hào)用m(t)表示，則輸出信號(hào)為二者乘積： Am(t)cosvct 如果m(t)取值為土l，則輸出信號(hào)根據(jù)三角公式可分解為相位相差180°的兩個(gè)分量之和如圖57(c)所示，它相當(dāng)于只有兩個(gè)邊頻而無(wú)載波。但在直擴(kuò)系統(tǒng) 中，調(diào)制脈沖不是周期性的規(guī)則脈沖，而是PN碼脈沖序列。推薦精選圖5-7 在圖52中已示出周期性的脈沖序列的頻譜

27、，而是呈(sinx/x)2型的分布。因此，實(shí)際PN碼調(diào)制載波獲得的功率譜邊呈(sinx/x)2型分布，如圖58(a)所示，它好像是分布為 (sinx)/x2的噪聲一樣。圖中這一波型是比較理想的平衡調(diào)制器的波型。實(shí)際的平衡調(diào)制器，有時(shí)不能做到真正平衡。因此，可能出現(xiàn)載波不能完全抑制，或調(diào)制的PN脈沖信號(hào)有泄漏，以及鐘脈沖信號(hào)泄漏到輸出端的情況。圖58(b)，(c)，(d)分別示出這三種情況的輸出波形。當(dāng)然，它們都是我們所不希望的和應(yīng)盡量想法避免的。 推薦精選  圖58 除了BPSK調(diào)制獲得擴(kuò)頻信號(hào)外，還可以采用QPSK及MSK調(diào)制來(lái)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。 5.3.2 相關(guān)解擴(kuò) 前面說(shuō)了直擴(kuò)系統(tǒng)

28、在發(fā)端用PN碼進(jìn)行調(diào)制以擴(kuò)展信號(hào)頻譜。那么在收端又如何解擴(kuò)呢? 也就是如何從頻譜已經(jīng)擴(kuò)展的信號(hào)中把要傳的基帶有用信息解調(diào)出來(lái)呢?一般采用相關(guān)檢測(cè)或匹配濾波的方法來(lái)解擴(kuò)。 所謂相關(guān)檢測(cè)，一個(gè)簡(jiǎn)單的譬喻就是用像片去對(duì)照找人。如果想在一群人中去尋找某個(gè)不相識(shí)的人，最簡(jiǎn)單有效的方法就是手里有一張某人的照片，然后用照片一個(gè)一個(gè)的對(duì)比，這樣下去，自然能夠找到某人。同理，當(dāng)你想檢測(cè)出所需要的有用信號(hào)，有效的方法是在本地產(chǎn)生一個(gè)相同的信號(hào)，然后用它與接收到的信號(hào)對(duì)比，求其相似性。換句話說(shuō)，就是用本地產(chǎn)生的相同的信號(hào)與接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，其中相關(guān)函數(shù)最大的就最可能是所要的有用信號(hào)。圖52中已表示出基本的解

29、擴(kuò)過程。也就是在收端產(chǎn)生與發(fā)端完全相同的PN碼，對(duì)收到的擴(kuò)頻信號(hào)，在平衡調(diào)制器中再一次進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。在圖51(b)中可以看出發(fā)端相移鍵控調(diào)制后的信號(hào)在收端又被恢復(fù)成原來(lái)的載波信號(hào)。當(dāng)然一個(gè)必要的條件是本地的推薦精選PN碼信號(hào)的相位必須和收到的相移后的信號(hào)在相移點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，才能正確地將相移后的信號(hào)再翻轉(zhuǎn)過來(lái)。由此可見，收發(fā)兩端信號(hào)的同步十分重要。下面我們將進(jìn)一步較詳細(xì)地加以討論。另外從圖52(b)中的頻譜圖上也可以看出，平衡調(diào)制器把收到的展寬的信號(hào)解擴(kuò)成信息調(diào)制的載波。最后經(jīng)帶通濾波器輸出。以上所述就是所謂的相關(guān)解擴(kuò)過程。通常為了處理方便，大多在中頻進(jìn)行。也就是接收到的擴(kuò)頻信號(hào)，先在變頻器中

30、先變換到中頻，再進(jìn)入到平衡調(diào)制器中解擴(kuò)。其后接中頻帶通濾波器輸出。有時(shí)為了避免強(qiáng)干擾信號(hào)從平衡調(diào)制器的輸入端繞過它而泄漏到輸出端去，可以來(lái)用外差相關(guān)解擴(kuò)，如圖59所示。   圖59本地產(chǎn)生的PN碼先與本地振蕩器產(chǎn)生的與接收信號(hào)差一個(gè)中頻信號(hào)的本地振蕩信號(hào)在下面一個(gè)平衡調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生本地參考信號(hào)。它是一個(gè)展寬了的信號(hào)。然后，此本地參考信號(hào)與接收的信號(hào)在上面一個(gè)平衡調(diào)制器調(diào)制成中頻輸出信號(hào)。這時(shí)平衡調(diào)制器實(shí)際上起的是混頻器的作用。由于它的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)不同，也就不會(huì)發(fā)生強(qiáng)干擾信號(hào)直接繞過去的泄漏了。并且后面還有一個(gè)中頻帶通濾波器，可以起到濾除干擾的作用。相關(guān)解擴(kuò)過程對(duì)擴(kuò)頻通信至

31、關(guān)重要。正是這一解擴(kuò)過程大大提高了系統(tǒng)的抗擾能力。 推薦精選圖510(a)示出一直擴(kuò)接收機(jī)的簡(jiǎn)化框圖。輸入信號(hào)除直擴(kuò)信號(hào)外，還有連續(xù)載波干擾和寬帶信號(hào)干擾。圖510(b)中示出三種信好的處理過程。由于解擴(kuò)相關(guān)器對(duì)連續(xù)載波起作擴(kuò)頻的作用，把它變換成展寬的直擴(kuò)信號(hào)。同理，對(duì)輸入的不是相同PN碼調(diào)制的寬帶信號(hào)也進(jìn)一步展寬2倍。這兩種信號(hào)經(jīng)窄帶濾波器后，只剩下一小部分干擾信號(hào)能量。與解擴(kuò)出的信息調(diào)制載波相比較，輸出的信噪比大大提高了。由此可見，頻帶展得越寬，功率譜密度越低，經(jīng)窄帶濾波后殘余的干擾信號(hào)能量就更小了。這里也可以看出，在接收端，窄帶濾波器對(duì)提高抗干擾性起作很關(guān)鍵的作用，因而在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)其

32、性能指標(biāo)的要求也就很嚴(yán)格。 推薦精選  圖510 相關(guān)解擴(kuò)在性能上固然很好，但總是需要在接收端產(chǎn)生本地PN碼。這一點(diǎn)有時(shí)帶來(lái)許多不方便。例如，解決本地信號(hào)與接收信號(hào)的同步問題就很麻煩，還不能做到實(shí)時(shí)把有用信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。因?yàn)槠ヅ錇V波和相關(guān)檢測(cè)的作用在本質(zhì)上是一樣的，我們可以用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)直擴(kuò)信號(hào)。所謂匹配濾波器，就是與信號(hào)相匹配的濾波器，它能在多種信號(hào)或干擾中把與之匹配的信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。這同樣是一種“用相片找人”的方法。對(duì)于視頻矩形脈沖序列來(lái)說(shuō)，無(wú)源匹配濾波器就是抽頭延遲線上加上加法累加器。有時(shí)稱為橫向?yàn)V波器，其結(jié)構(gòu)如圖推薦精選511(a)所示。   圖511 但SAW匹配

33、濾波器制作有一定難度。主要是插入損耗較大，且工藝要求很嚴(yán)，特別是在碼位長(zhǎng)時(shí)。一般情況，根據(jù)PN碼序列結(jié)構(gòu)做成固定的抽頭，它就不能適應(yīng)碼序列需要改變的情況。如果在輸出端加上控制電路，也可做成可編程的SAW匹配濾波器。這樣應(yīng)用起來(lái)就很方便，但制作起來(lái)就更困難了，要求有VLSI制作藝的精密度。5.3.3 射頻系統(tǒng) 上面詳細(xì)討論了擴(kuò)頻調(diào)制和相關(guān)解擴(kuò)的問題。但是直擴(kuò)系統(tǒng)總是離不開發(fā)射機(jī)把信號(hào)通過天線輻射出去，也離不開天從空間收到的信號(hào)經(jīng)接收機(jī)再進(jìn)行處理。射頻系統(tǒng)就是指的發(fā)射機(jī)相接收機(jī)而言?，F(xiàn)在的問題是常規(guī)的窄帶通信系統(tǒng)的收發(fā)信機(jī)能不能用在直擴(kuò)系統(tǒng)呢? 回答是否定的。不應(yīng)忘記直擴(kuò)信號(hào)是寬帶信號(hào)。直擴(kuò)系統(tǒng)就

34、必須具有適應(yīng)這種寬帶推薦精選PN碼信號(hào)的特點(diǎn)。下面就是一些直擴(kuò)射頻系統(tǒng)的特點(diǎn)。 直擴(kuò)發(fā)射機(jī)常見時(shí)中頻是70MHz，此時(shí)調(diào)制信號(hào)的帶寬不超過20MHz。射頻頻率由中頻變頻得到，而不用倍頻。因?yàn)楸额l能使相位關(guān)系產(chǎn)生變化，會(huì)改變或甚至完全去掉DS調(diào)制。對(duì)于末級(jí)功率放大器，則要求其要有足夠的帶寬，以允許直擴(kuò)信號(hào)可以順利的通過。保持線性放大當(dāng)然是希望的，但要求并不十分嚴(yán)格，因相位特性非線性不致引起大的問題。 射頻系統(tǒng)阻抗匹配很重要，特別要注意使電壓駐波比達(dá)到一定的要求，因?yàn)樵趯拵н\(yùn)用時(shí)頻率范圍很廣，駐波比會(huì)隨頻率而變，應(yīng)使阻抗在寬度范圍內(nèi)盡量匹配。直擴(kuò)接收機(jī)的問題要復(fù)雜一些，因?yàn)槌杏脤拵盘?hào)外，還存在

35、其他干擾信號(hào)。直擴(kuò)系統(tǒng)接收機(jī)的線性很重要，限幅會(huì)引起6dB信噪比的損失。從接收機(jī)前端到相關(guān)器要求保持線性，不僅在信號(hào)范圍內(nèi)，也包含干擾。自動(dòng)增益控制只能部分地解決問題。通常應(yīng)盡量把相關(guān)器靠近前端，使相關(guān)器前高電平級(jí)盡量的少，這樣做的結(jié)果也降低了對(duì)本振信號(hào)電平的要求。另外，一般認(rèn)為接收機(jī)前端最好能復(fù)蓋整個(gè)寬頻帶，用改變本振頻率經(jīng)混頻得到固定的中頻信號(hào)。但由于干擾信好的存在，這會(huì)導(dǎo)致大量的干擾信號(hào)落入中頻通帶內(nèi)，故一般最好不用寬帶放大。一個(gè)理想的直擴(kuò)接收系統(tǒng)應(yīng)使有用信號(hào)得到放大，而干擾信號(hào)被濾除。故接收機(jī)前端應(yīng)調(diào)諧在PN碼鐘率的兩倍。當(dāng)然，實(shí)際上有多種接收機(jī)的結(jié)構(gòu)可供我們選擇。5.4 

36、直擴(kuò)系統(tǒng)的同步5.4.1 同步原理 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)沒有同步就沒有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。推薦精選同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。在上述幾種同步中，信息碼元時(shí)鐘可以和PN碼元時(shí)鐘聯(lián)系起來(lái)，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)相于解調(diào)的相位同步而言。常見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

37、。因此，這里我們只重點(diǎn)討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。 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： 收發(fā)信機(jī)的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差; 收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差; 收發(fā)信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移； 以及多徑傳播也會(huì)影響中心頻率的改變。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。 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。同步過程一般說(shuō)來(lái)包含兩個(gè)階段： (1) 接收機(jī)在一開始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào)，因此，需要有一個(gè)搜捕過程

38、，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PN碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。 (2) 一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過程，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。圖513為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖。 推薦精選  圖513 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

39、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。如果由于采種原因引起失步，則重新開始新的一輪搜捕和跟蹤過程。因此，整個(gè)同步過程，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)整過程。5.4.2 起始同步：搜捕 搜捕的作用就是在頻率和時(shí)間(相位)不確定的范圍內(nèi)捕獲有用的PN碼信號(hào)使本地PN碼信號(hào)與其同步。由于解擴(kuò)過程通常都在載波同步之前進(jìn)行，載波相位在這里是未知的。 大多數(shù)搜捕方法都利用非相干檢測(cè)。所有的搜捕方法的共同特點(diǎn)是用本地信號(hào)與收到的信號(hào)相乘(即相關(guān)運(yùn)算)，獲得二者相似性的量度，并與一門限值相比較，以判斷其是否捕獲到有用信號(hào)。如果確認(rèn)為捕獲到有用信號(hào)，則開始跟蹤過程，使系

40、統(tǒng)保持同步。否則又開始繼續(xù)搜捕。下面介紹三種常用的搜捕方法： (1)        滑動(dòng)相關(guān)搜捕法 當(dāng)收到的PN碼序列與本地PN碼序列的鐘頻不同時(shí)，在示波器上可以看到兩個(gè)序列在相位上相互滑動(dòng)。這種滑動(dòng)動(dòng)過程就是兩個(gè)碼序列逐位進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)的過程。總有一個(gè)時(shí)候，兩個(gè)序列的相位會(huì)滑動(dòng)到一致的時(shí)候。如果這時(shí)能使滑動(dòng)停止，則完成了搜捕過程，可以轉(zhuǎn)入跟蹤過程，達(dá)到系統(tǒng)同步。圖推薦精選514(a)為滑動(dòng)相關(guān)器的方框圖。圖514(b)為滑動(dòng)相關(guān)器的流程圖。   圖514 接收到的信號(hào)與本地PN碼相乘后再積分，即求出它們的互相關(guān)值，

41、然后在門限檢測(cè)器中某一門限值比較，以判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。這里是利用PN碼序列的相關(guān)特性，當(dāng)兩個(gè)相同的碼序列相位上一致時(shí)，其相關(guān)值有最大的輸出。一旦確認(rèn)搜捕完成，則搜捕指示信號(hào)的同步脈沖控制搜索控制鐘，調(diào)整PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的PN碼的重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號(hào)保持同步。由于滑動(dòng)相關(guān)器對(duì)兩個(gè)PN碼序列是順序比較相關(guān)的，所以這種方法又稱為順序搜索法。由于滑動(dòng)相關(guān)器簡(jiǎn)單，應(yīng)用很廣。它的缺點(diǎn)在于當(dāng)兩端PN碼鐘頻相差不多時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度很慢，導(dǎo)致搜索時(shí)間過長(zhǎng)?，F(xiàn)在常用的一些搜索方法大多在此法的基礎(chǔ)上，采取一些措施來(lái)限定搜索范圍或加快搜捕的時(shí) 間，從而改善其性能。推薦精選 (2)

42、0;       序貫估值搜捕法 為了解決長(zhǎng)碼搜捕時(shí)間過長(zhǎng)的問題，一種快速搜捕的方法稱為序貫估值器搜捕法，圖515為其原理方框圖。   圖515 如何才能縮短本地PN碼與外來(lái)PN碼在相位取得一致所需的時(shí)間呢?一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是把收到PN碼序列直接注入到本地碼發(fā)生器的移位寄存器中，強(qiáng)迫改變各級(jí)寄存器的起始狀態(tài)，使其產(chǎn)生的PN碼剛好與外來(lái)碼相位一致，則系統(tǒng)可以立即進(jìn)入同步跟蹤狀態(tài)。圖515中示出，從收到的碼信號(hào)中，先把PN碼檢測(cè)出來(lái)，通過開關(guān)“1”進(jìn)入到n 級(jí)PN碼發(fā)生器的移位寄存器中。待整個(gè)碼序列全部進(jìn)入填滿后，開關(guān)接通“2”。

43、所產(chǎn)生的PN碼與收到的碼信號(hào)在相關(guān)器中進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，所得結(jié)果在比較器中與門限比較。如未超過門限，則繼續(xù)上述過程。如超過門限，則停止搜索，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。在最理想的情況下，搜捕時(shí)間Ts nTc, Tc為PN碼片時(shí)間寬度。這個(gè)方法搜捕時(shí)間雖然很快，但問題之一是它的先決條件是對(duì)外來(lái)的PN碼先要進(jìn)行檢測(cè)出后才能注入移位寄存器。做到這一點(diǎn)有時(shí)是困難的。問題之二是此法對(duì)噪聲和干擾很脆弱，因是一個(gè)時(shí)片一個(gè)時(shí)片進(jìn)行估值和判決的，并未利用PN碼的抗干擾特性。但無(wú)論如何，在無(wú)敵對(duì)干擾的條件下，仍有良好的快速起始同步性能。推薦精選 (3)     

44、60;  匹配濾波器搜捕法 因?yàn)槠ヅ錇V波器有識(shí)別碼序列的功能，可以利用它進(jìn)行快速捕獲。圖5-16示出幾種匹配濾波器。圖5-16 每個(gè)延遲元件的延遲時(shí)問等于碼的時(shí)鐘周期。由于輸出是多級(jí)輸出的累加結(jié)果，如有n級(jí)，則處理增益為Gp 10log2n。上述匹配濾波器可在中頻或基帶進(jìn)行，即帶通型匹配濾波器及低通型匹配濾波器。前者互可用無(wú)源的SAW器件，后者則可由數(shù)字集成電路，如移位寄存器構(gòu)成。顯然，推薦精選PN碼越長(zhǎng)，級(jí)數(shù)越多，Gp越高。但其長(zhǎng)度受工藝、功耗、材料等限制。匹配濾波器工作性能的好壞，決定元件延遲時(shí)間是否準(zhǔn)確，能否與時(shí)鐘 周期匹配。如有失配情況，則影響同步質(zhì)量。SAW卷積器是另一種匹

45、配濾波器的類型。圖517為其結(jié)構(gòu)示意圖。因它可以起到可編程匹配濾波器的作用，現(xiàn)已受到廣泛的重視。   圖517     我們知道，兩個(gè)信號(hào)的頻譜函數(shù)的相加，相當(dāng)于兩個(gè)信號(hào)時(shí)間函數(shù)的卷積。因此，可以利用卷積運(yùn)算的器件來(lái)代替相關(guān)器或匹配濾波器進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)或搜捕。SAW卷積器也是在壓電材料的襯底基片上印制出叉指換能器，兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。一端輸入收到的信號(hào)，另一端輸入本地參考信號(hào)。因要進(jìn)行卷積運(yùn)算，參考信號(hào)應(yīng)是輸入信號(hào)在時(shí)間上的鏡像。兩個(gè)電輸入信號(hào)引起壓電材料的振動(dòng)，以聲波速率相對(duì)傳播。當(dāng)輸入信號(hào)頻率與基片振動(dòng)頻率共振時(shí)，可以在輸出端獲得最大的共振峰值。正如

46、池塘里兩個(gè)波源引起的水波的傳播一樣，在共振時(shí)可獲得最大的波峰。SAW卷積器由于沒有固定抽頭的限制，可以任意改變本地參考信號(hào)的碼型，起到可編程的作用，使用比較靈活。它的處理增益可達(dá)40dB，但其長(zhǎng)度和動(dòng)態(tài)范圍受到一定的限制?？捎肁GC以限制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范思。另一個(gè)缺點(diǎn)是插入損耗較大，需要增加中頻放大器方能把信號(hào)檢出。 5.4.3 保持同步：跟蹤 推薦精選 當(dāng)捕獲到有用信號(hào)后，即收發(fā)PN碼相位差在半個(gè)時(shí)片以內(nèi)時(shí)，同步系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保持同步階段，有時(shí)也稱為細(xì)同步或跟蹤狀態(tài)。也就是無(wú)論什么外界因素引起收發(fā)兩端PN碼的頻率或相位偏移，同步系統(tǒng)總能使接收端PN碼跟蹤發(fā)端PN碼的變化。顯然，跟蹤的作用

47、和過程都是閉環(huán)運(yùn)行的。當(dāng)兩端相位發(fā)生差別后，環(huán)路能根據(jù)誤差大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整以減小誤差。因而同步系統(tǒng)多采用鎖相技術(shù)。 跟蹤環(huán)路可分為相干與非相干兩類。前者是在確知發(fā)端信號(hào)的載波頻率和相位情況下工作的。后者則在不確知的情況下工作。大多數(shù)實(shí)際情況屬于后者。常用的跟蹤環(huán)路是延遲鎖定環(huán)和 t抖動(dòng)環(huán)兩種。它們都是屬于提前一遲后類型的鎖相環(huán)。鎖相環(huán)的作用由收到的信號(hào)與本地產(chǎn)生的兩個(gè)相位差(提前及延后)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算完成。延遲鎖定環(huán)是采用兩個(gè)獨(dú)立的相關(guān)器，而t抖動(dòng)環(huán)則采用分時(shí)的單個(gè)相關(guān)器。圖518(a)示出一種工作在中頻的非相干DS擴(kuò)頻信號(hào)BPSK調(diào)制的延遲鎖定環(huán)。它是由兩個(gè)支路并連的相關(guān)器構(gòu)成的鎖相環(huán)路

48、。輸入PN碼信號(hào)分別與本地產(chǎn)生的延遲相差1個(gè)比特的PN碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。 這兩個(gè)相互延遲1比特的PN碼序列可由PN碼發(fā)生器的相鄰的兩級(jí)移位寄存器分別引出。相關(guān)器由乘法器(即平衡調(diào)制器)、帶通濾波器和平方律包絡(luò)檢波器組成。按照PN碼相關(guān)特性。輸入信號(hào)與本地PN碼的相關(guān)特性應(yīng)為三角波。但由于兩個(gè)相關(guān)支路本地PN碼相差1比特，兩個(gè)三角波的峰值也相差一比特。兩個(gè)三角波經(jīng)相加器反相合成以后則成為一S形曲線。此即鎖相環(huán)的鑒相特性。圖518(b)為這些曲線構(gòu)成情況。S曲線表明，如果收到的信號(hào)與本地PN碼相差有提前或延后，則加法器輸出為正的或負(fù)的電壓。此電壓經(jīng)環(huán)路濾波器后去控制本地壓控振蕩器VCO。它再去調(diào)整P

49、N碼鐘發(fā)生器，使PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的PN碼的頻率與相位跟蹤外來(lái)PN碼信號(hào)的變化。這就是延遲鎖定環(huán)的基本工作原理。    在正常情況，本地振蕩器被鎖定在S曲線的0點(diǎn)。兩端有相差后再進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)本地PN碼與外來(lái)PN碼信號(hào)相差l2時(shí)片。所以從移位寄存器末級(jí)取出的PN碼序列經(jīng)過l2時(shí)片延遲后可以作為解碼相關(guān)器支路的本地PN碼參考信號(hào)，它正為與收到的信號(hào)相位一致。第三支路經(jīng)信息數(shù)據(jù)解調(diào)器輸出有用信息。推薦精選   圖518圖519(a)示出一種跟蹤作用相同，但結(jié)構(gòu)上只用一個(gè)相關(guān)器的較為簡(jiǎn)化的t一抖動(dòng)環(huán)。但它多了一個(gè)t一抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。t一抖動(dòng)信號(hào)為一正負(fù)方波。用此

50、方波去控制壓控鐘源使PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN碼在相位上有一個(gè)提前或遲后，從而使相關(guān)器輸出有一附加的振幅調(diào)制。圖519(b)為其相關(guān)特性。在兩端碼相位一致時(shí)，工作在相關(guān)特性的峰值處。此時(shí)附加的抖動(dòng)電壓，工作在“3”位置，經(jīng)環(huán)路濾波輸出附PN碼超前或遲后，則抖動(dòng)電壓工作在“1”或“2”位置。此時(shí)產(chǎn)生的附加電壓A為“一”推薦精選或“十”，由其控制壓控鐘源的頻率及相位使本地PN碼跟蹤接收到的PN碼的變化。故t一抖動(dòng)環(huán)的作用與延遲鎖定環(huán)是相同的。如果PN碼的附加調(diào)制只有l(wèi)5 - 1l0時(shí)片，則t一抖動(dòng)環(huán)的跟蹤誤差只比延遲鎖定環(huán)大1 - 2 dB。圖5-19 應(yīng)該指出的是，延遲鎖定環(huán)和t一抖動(dòng)環(huán)不僅能起

51、跟蹤作用，如果應(yīng)用滑動(dòng)相關(guān)的概念，使本地VCO一開始與接收信號(hào)有一定的頻差，也能起到搜捕的作用。此外，另加一相關(guān)器，還可以起到解碼的作用。 最后，上述情況充分說(shuō)明，同步系統(tǒng)與擴(kuò)頻方式、擴(kuò)頻碼、信息調(diào)制與解調(diào)、擴(kuò)頻調(diào)制與相關(guān)解擴(kuò)都有直接關(guān)系。它的性能好壞影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和適用性，以及功能和性能指標(biāo)。因此，可以說(shuō)同步系統(tǒng)在直擴(kuò)系統(tǒng)中起著核心的作用推薦精選5.5  直擴(kuò)系統(tǒng)的性能5.5.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 直擴(kuò)系統(tǒng)最重要的應(yīng)用就是在軍事通信中作為一種具有很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。在實(shí)際中我們遇到的干擾主要有下面幾種：寬帶噪聲干擾、部分頻帶噪聲干擾、單音及多音載頻干擾、脈沖干擾等。圖5

52、20是這幾種干擾的頻譜圖。圖520     現(xiàn)把直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)這幾種干擾信號(hào)的抗干擾性簡(jiǎn)述如下： 推薦精選圖5-21 對(duì)于寬帶噪聲，在圖521(a)示出，經(jīng)過解擴(kuò)中與本地PN相乘以后相關(guān)輸出仍然是寬帶噪聲，且噪聲功率譜密度不變。但是經(jīng)窄帶濾波的作用后，輸出信息的信噪比，仍改善了處理增益的分貝數(shù)。故直擴(kuò)系統(tǒng)有足夠高的推薦精選Gp時(shí)，對(duì)寬帶噪聲是有很好的抗干擾作用的。 對(duì)于部分頻帶噪聲干擾，由于能量相對(duì)集中，對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)的危害比寬帶噪聲要大一些。換句話說(shuō)，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其抗干擾性低于對(duì)寬帶噪聲的抗干擾性。對(duì)于單頻及多頻載波干擾，圖521(b)和(c)示出其解擴(kuò)處理情況。干擾信號(hào)被展寬成(sinx/x)2形狀的頻譜。經(jīng)帶通濾波器濾除大量干擾。故直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)這類干擾有很好的抗干擾性。多頻時(shí)為單頻時(shí)幾個(gè)干擾信號(hào)能量的疊加而已。對(duì)于脈沖干擾，由于能量在時(shí)間上相對(duì)集中，類似于部分頻帶干擾時(shí)能量在頻譜上相對(duì)集中，對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)的危害較大。故對(duì)這類干擾的抗干擾性較差。 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)干擾情況，確定