通信行業(yè)-通信系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)精品

1、通信系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)1. 引言1. 1通信系統(tǒng)中的主要干擾及抗干擾技術(shù)無線傳輸極易受到各種其他無線電波的干擾。 不管是GSM系統(tǒng)還是CDMA 系統(tǒng)，都是干擾受限系統(tǒng)，干擾的大量存在會極大地影響網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量和系統(tǒng) 的容量。移動通信系統(tǒng)中主要存在以下干擾：同頻干擾，臨頻干擾，互調(diào)干擾， 多址干擾，噪聲干擾。目前主要的抗干擾技術(shù)有：擴(kuò)頻技術(shù)，功率控制技術(shù)，問 斷傳輸技術(shù)，多用戶檢測技術(shù)等。本文主要討論擴(kuò)頻技術(shù)中的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。1. 2直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景：直接序歹U擴(kuò)頻（DSSS- Direct Sequence SpreadSpectrum放術(shù)是當(dāng)今人們所 熟知的擴(kuò)頻技術(shù)之一。這種技術(shù)是

2、將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（ PN碼）擴(kuò)展到 一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對接收到的 擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。它是二戰(zhàn)期間開發(fā)的，最初的用途是為軍事通信提供安全保障，是美軍重要 的無線保密通信技術(shù)。這種技術(shù)使敵人很難探測到信號。即便探測到信號，如果 不知道正確的編碼，也不可能將噪聲信號重新匯編成原始的信號。有關(guān)擴(kuò)頻通信 技術(shù)的觀點(diǎn)是在1941年由好萊塢女演員Hedy Lamarr和鋼琴家George Antheil 提出的。基于對魚雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利#2.292.387。不幸的是，當(dāng)時該技術(shù)并沒有引起美國軍方的重視，直到

3、十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。直序擴(kuò)頻解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機(jī)、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、3G移動通 信系統(tǒng)、WLAN （IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g） 和藍(lán)牙技術(shù)等應(yīng)用的 關(guān)鍵問題。擴(kuò)頻技術(shù)也為提高無線電頻率的利用率（無線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源）提供幫助。直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理如圖1-1所示。在發(fā)端輸入的數(shù)字信號信息，先由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù) 字信號以展寬信號的頻譜，擴(kuò)頻碼序列一般采用PN碼。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。調(diào)制多采用 BPSK、DPSK、MPSK等調(diào)制方式。在接

4、收端收到的信號進(jìn)行解調(diào)（一般采用相干解調(diào)）。然后由本地產(chǎn)生的與 發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。恢復(fù)成原輸入的信息輸出。圖1-1擴(kuò)頻通信工作原理由此可見，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行兩次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制 為擴(kuò)頻調(diào)制，二次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。1. 3直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)：1.直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1）抗干擾性強(qiáng)抗干擾是擴(kuò)頻通信主要特性之一，比如信號擴(kuò)頻寬度為100倍，窄帶干擾基 本上不起作用，而寬帶干擾的強(qiáng)度降低了 100倍，如要保持原干擾強(qiáng)度，則需加 大100倍總功率，這實(shí)質(zhì)上是難以實(shí)現(xiàn)的。因信號接收需要擴(kuò)頻

5、編碼進(jìn)行相關(guān)解 擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號進(jìn)行干擾，在不知道信號的擴(kuò)頻碼的情 況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不同的相關(guān)性， 干擾也不起作用。正因?yàn)閿U(kuò)頻技 術(shù)抗干擾性強(qiáng)，美國軍方在海灣戰(zhàn)爭等處廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)的無線網(wǎng)橋來連接分 布在不同區(qū)域的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。2）隱蔽性好因?yàn)樾盘栐诤軐挼念l帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密 度很低，信號淹沒在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼， 很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。3 ）易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA直擴(kuò)通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費(fèi)了頻段？其 實(shí)正相反，擴(kuò)頻通

6、信提高了頻帶的利用率。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行 擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號，眾多用戶， 只要配對使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時使用同一頻率通信， 從而 實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分 別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信，提高了頻譜利用率。另外，擴(kuò)頻碼分 多址還易于解決隨時增加新用戶的問題。4）抗多徑

7、干擾無線通信中抗多徑（發(fā)射的信號經(jīng)多條不同路徑傳播）干擾一直是難以解決 的問題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中 提取分離出最強(qiáng)的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得 到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。5）直擴(kuò)通信速率高直擴(kuò)通信速率可達(dá)2M, 8M 11M無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能 好。6）有很強(qiáng)的保密性能。對于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很 難檢查到信號的存在。由于直擴(kuò)信號的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對其它系統(tǒng)的影 響就很小。2.直擴(kuò)通信系統(tǒng)的不足：直擴(kuò)系統(tǒng)除了一般通信系統(tǒng)所要求的同步以外，還必須完成偽隨機(jī)

8、碼的同 步，以便接受機(jī)用此同步后的偽隨機(jī)碼去對接受信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時間就長。1.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展由于它的抗噪聲的特性，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)非常適合商業(yè)應(yīng)用。在容許無線 設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾， 同時對附 近其他設(shè)備有更高的抗擾性。上世紀(jì) 80年代末，晶體電子技術(shù)的先進(jìn)程度已經(jīng) 足以提供商用的、成本效益好的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)?，F(xiàn)在直擴(kuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于 包括計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了理論 和技術(shù)上的重大突破，在此后的發(fā)展過程中主要是硬件的改善和性能的提高。隨著移動通信

9、的迅猛發(fā)展，目前 3G系統(tǒng)由研制開發(fā)逐步進(jìn)入商用并且向第 四代無線多媒體通信飛速發(fā)展。根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)，世界各大電信公司聯(lián)盟均提 出了自己的第三代移動通信系統(tǒng)方案，雖然第三代移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差異很 大，但采用碼分多址技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識。直擴(kuò)碼分多址，由于具備通信容量大、 能充分利用話音的統(tǒng)計(jì)特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點(diǎn)被作為 未來移動通信中最具競爭力、最有前景的無線多址接入技術(shù)。無線擴(kuò)頻通信作為 另一種有效的補(bǔ)充通信手段，已在金融系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。發(fā)展到現(xiàn)在，擴(kuò)頻技術(shù)理論和技術(shù)都已趨于完善，主要應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮 總體性能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。因此，應(yīng)用的驅(qū)動一直

10、是擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的 強(qiáng)大動力，未來的無線通信系統(tǒng)，如移動通信、無線局域網(wǎng)、全球個人通信等， 擴(kuò)頻技術(shù)必將發(fā)揮重要作用。隨著科技的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。2.直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)2.1 直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ)2.1.1 直接序列擴(kuò)頻的概念所謂直接序列(DS: Direct Sequence)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻 碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號的頻譜。 而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解 擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的信息。2.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)長期以來，人們總是想方設(shè)法使信號所占的頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源利用率。但擴(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼

11、調(diào)制，使信號所占的頻帶寬 度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù) 出所傳信息數(shù)據(jù)。為什么要用寬頻帶信號來傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的 安全可靠性。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點(diǎn)來說明：根據(jù)香農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式， 香農(nóng)公式:cSC B log 2 (1)(2-1 )式中：C-信息的傳輸速率(信道容量) 單位b/s； S-信號平均功率單位 W B-頻帶寬度 單位Hz; N-噪聲平均功率 單位W由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C,可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬 B或提高信 噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率

12、 C一定時，信號帶寬B和信噪比S/N是 可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度， 允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可 能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處?？陆轄柲峥煞蛟谄錆撛诳垢蓴_性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯概率的 公式(2-2)此公式指出，差錯概率Pe是信號能量E與噪聲功率譜密度之比的函數(shù) 設(shè)信息持續(xù)時間為T,或數(shù)字信息白碼元寬度為 T,則信息的帶寬Bm為(2-3)信號功率S為(2-4)已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號的寬度為 B,則噪聲功率為Nn0B（2-5）將式（4-3）（4-5）代入式（4-2）,可得f ST

13、 B（2-6）上面公式指出，差錯概率Pe是輸入信號與噪聲功率之比（S/N）和信號帶寬 與信息帶寬之比（B/Bm二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。它同樣 指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處。綜上所述：將信息帶寬擴(kuò)展100倍，甚至用1000倍以上的帶寬信號來傳輸 信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。 這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。2.1.3 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號頻譜， 在接收端解擴(kuò)還原了信息，這 樣的系統(tǒng)帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號帶寬

14、比例有關(guān)。一般把擴(kuò)頻信號帶寬 W與信息帶寬之比稱為處理增益Gp ,即（2-7）它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能 也大都與Gp有關(guān)。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。系統(tǒng)的抗干擾容限Mj定義如下：一一S，M j G P L SN 0（2-8）式中：（S/N） 0 =輸出端的信噪比，LS =系統(tǒng)損耗由此可見，抗干擾容限Mj與擴(kuò)頻處理增益Gp成正比，擴(kuò)頻處理增益提高后， 抗干擾容限大大提高，甚至信號在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴(kuò)頻 設(shè)備總是將用戶信息（待傳輸信息）的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡 可能地提高處理增益。2.2 直接序列擴(kuò)頻的

15、基本原理所謂直接序列擴(kuò)頻（DS）,就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端 去擴(kuò)展信號的頻譜。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)， 把展寬的擴(kuò)頻信 號還原成原始信息。圖2-1示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖圖2-1 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖11: ;(2)偽碼p (t)(1)信碼 m (t)(3) c t m t p t(5) PSK已調(diào)波s1 t000(6)0000 0一000 0(4)載波(7)S2 t相位000000(8)中頻調(diào)相(9)解調(diào)輸出圖2-2直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要相位或波形在發(fā)送端輸入信息碼元m (t),它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為 0、1兩個碼元， 其碼元寬度為Tb0加入擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中

16、為模2加法器，擴(kuò)頻碼為一個偽隨機(jī)碼 (PN碼)，記作p (t)。偽碼的波形如圖2-2中的第(2)個波形，其碼元寬 度為Tp,且取Tb=16Tp。通常在DS系統(tǒng)中，偽碼的速率Rp遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率Rm, 即c t m t p t Rp * % ,也就是說，偽碼的寬度Tp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度Tb , 即TpqTb,這樣才能展寬頻譜。模2加法器的運(yùn)算規(guī)則可用下式表示c t m t p t(29)當(dāng)m (t)與p (t)符號相同時，c (t)為0;而當(dāng)m (t)與p (t)不同時， 則為1。c (t)的波形如圖2-2所示中的第(3)個波形。由圖可見，當(dāng)信碼m (t)為0時，c (t)與p (t)相同；而當(dāng)

17、信碼m (t)為1時，則c (t)為p (t)取反 既是。顯然，包含信碼的c (t)其碼元寬度已變成了 Tp,即已進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。 其擴(kuò)展處理增益也可用下式表示G p 10 lg(210)在Tb 一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度(碼片寬度)Tp越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。經(jīng)過擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號在信道上有效的傳輸。 圖中采用二相相 移鍵控方式。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將 c (t)與載頻Acos it相乘，輸 出為Si t 。即Si t c t A cos it(211)式中，1當(dāng)二進(jìn)制序列為0碼c t1當(dāng)二進(jìn)制序列為1碼(212)因此，經(jīng)過擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號 s t為A

18、cos 1ts1tAc t cos 1tA cos 1t(213)由上面討論可知，經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制信號 c (t)可看作只取 1的二進(jìn)制波形， 然后對載頻進(jìn)行調(diào)制，這里是采用調(diào)相(BPSK)。所謂調(diào)制，就是指相乘過程， 可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器(或平衡調(diào)制器)，最后得到的是抑制載波雙邊帶振 幅調(diào)制信號。這里假定平衡調(diào)制器是理想對稱，碼序列取 +1、1的概率相同，即調(diào)制信號無直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸出的已調(diào)波中， 無載波分量。s1 t 通過發(fā)射機(jī)中推動級、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出去。通常載波頻率較高，或者說載波周期 Tc較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期Tp,即 滿足Tc求Tp。但圖2-2中(4)示出的

19、載波波形Tc=寬度為Tp,這是為了便于看 清楚一些，否則要在一個Tp期間內(nèi)畫幾十個甚至幾百個正弦波。 對于PSK來說， 主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號之間的相位關(guān)系。圖2-2中的第(5)個圖為已調(diào)波& t 的波形。這里，當(dāng)c (t)為一碼時，已調(diào)波與載波取反相；而當(dāng) c (t)為0碼時，取同相。已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 2-2中的第(6)個圖所 示。接收端的工作原理：假設(shè)發(fā)射的信號經(jīng)過信道傳輸，不出現(xiàn)差錯，經(jīng)過接收機(jī)前端電路(包括輸 入電路、高頻放大器等)，輸出仍為S1 t 。這里不考慮信道衰減問題，因?yàn)閷?PSK調(diào)制信號而言，重要的是相位問題，這里的假定對分析工作原理是不受影響 的。

20、相關(guān)器完成相干解調(diào)和解擴(kuò)。接收機(jī)中的本振信號頻率與載波相差為一個周 定的中頻。假定收端的偽碼(PN)與發(fā)端的PN碼相同。接收端本地調(diào)相情況與 發(fā)端相似，這里的調(diào)制信號是 p (t),即調(diào)相器輸出信號S2 t的相位僅取決于 P (t),當(dāng)P(t)=1時，S2 t的相位為；當(dāng)P(t)=0時，S2t的相位為0。信號S2 t的相位如圖2-2中(7)所示。相關(guān)器的作用在這里可等效為對輸入相關(guān)器的Si t 、s2 t相位進(jìn)行模2加。對二元制的0、 而言，同號模2加為0,異號模2加為。因此相關(guān)器的 輸出的中頻相位如圖2-2中的(8)所示。然后通過中頻濾波器。濾除不相關(guān)的 各種干擾，經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出原始信息。這一

21、過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對信號進(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。2.3 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能2.3.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性直擴(kuò)系統(tǒng)最早應(yīng)用是在軍事通信中作為很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。直擴(kuò)系統(tǒng)對窄帶干擾、寬帶干擾等，都具有抗干擾能力，其抗干擾能力大小就是前面提出 的擴(kuò)頻處理增益Gp, Gp越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。下面就來分析直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬 帶干擾和抗窄帶干擾的原理圖2-3為直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖。這里的寬帶干擾是泛指的與擴(kuò)頻信號不相關(guān)的，在 CDMA通信網(wǎng)中，其它 用戶的信號就是一種寬帶干擾。相關(guān)處理前，信號頻譜是很寬的，經(jīng)相關(guān)處理后，

22、 有用信息被解擴(kuò)，其功率譜集中于信息帶寬內(nèi)，而寬帶干擾通過相關(guān)器，其功率 譜密度基本不變。由于解擴(kuò)后必然連接窄帶濾波器， 保證信號能順利通過，對信 號頻帶之外的各種干擾起到很大的抑制作用，從而提高了輸出的信噪比。功率頻譜Rc干擾 電平白限熱噪 電平A有用信號干擾信號解擴(kuò)后的有 用信號信息 帶寬B(a)接收機(jī)輸入的信號及干擾的功率譜(b)相關(guān)器輸出的信號及干擾的功率譜圖2-3直擴(kuò)系統(tǒng)抗寬帶干擾的示意圖對單頻或窄帶干擾，直擴(kuò)系統(tǒng)有很強(qiáng)的抗干擾能力。圖 2-4 (a)為解擴(kuò)前的 功率譜，窄帶干擾功率很大，由于干擾與本地?cái)U(kuò)頻碼( PN碼)是不相關(guān)的。對 干擾來說，相關(guān)器起到擴(kuò)展頻譜的目的，功率譜密度就

23、大大下降，其中對信號有 害的干擾分量只有落入信息帶寬部分， 從而抑制了大部分干擾。由于有用信號能 順利通過窄帶濾波器，因此提高了輸出的信噪比。圖2-4直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾示意圖2.3.2 直擴(kuò)信號的抗截獲性截獲敵方信號的目的在于：1 .發(fā)現(xiàn)敵方信號的存在,2 .確定敵方信號的頻率，3 .確定敵方發(fā)射機(jī)的方向理論分析表明，信號的檢測概率與信號能量與噪聲功率譜密度之比成正比， 與信號的頻帶寬度成反比。直擴(kuò)信號正好具有這兩方面的優(yōu)勢，它的功率譜密度 很低，單位時間內(nèi)的能量就很小，同時它的頻帶很寬。因此，它具有很強(qiáng)的抗截 獲性。如果滿足直擴(kuò)信號在接收機(jī)輸入端的功率低于或與外來噪聲及接收機(jī)本身 的熱噪聲功

24、率相比擬的條件、則一般接收機(jī)發(fā)現(xiàn)不了直擴(kuò)信號的存在。另外，由 于直擴(kuò)信號的寬頻帶特性，截獲時需要在很寬的頻率范圍進(jìn)行搜索和監(jiān)測， 也是 困難之一。因此，直擴(kuò)信號可以用來進(jìn)行隱藏通信。至于如何發(fā)現(xiàn)敵方直擴(kuò)信號 的存在，和弄清楚其參數(shù)，即直擴(kuò)信號的檢測與估值問題。2.3.3 直擴(kuò)碼分多址通信系統(tǒng)多址通信系統(tǒng)指的是許多用戶組成的一個通信網(wǎng)， 網(wǎng)中任何兩個用戶都可以 通信，而且許多對用戶同時通信時互不不擾。應(yīng)用直擴(kuò)系統(tǒng)就很容易組成這樣一 個多址通信系統(tǒng)（網(wǎng)）。具體的做法是給每一個用戶分配一個 PN碼作為地址碼。首先，利用直擴(kuò)信 號中PN碼的相關(guān)特性來區(qū)分不同的用戶，每個用戶只能收到其他用戶按其地址 碼

25、發(fā)來的信號，此時自相關(guān)特性出現(xiàn)峰值，可以判別出是有用信號。對于其他用 戶發(fā)來的別的信號，因PN碼不同時互相關(guān)值很小，不會被解擴(kuò)出來。其次，利 用直擴(kuò)信號中頻譜擴(kuò)展，功率譜密度很低的特性，可以有許多用戶共用同一寬頻 帶。此時相互之間干擾很小，可以當(dāng)作噪聲處理。另外，每個用戶占用的頻寬很 窄，相對說來，頻譜利用率也是高的。實(shí)現(xiàn)直擴(kuò)碼分多址通信值得注意的問題有：1 .是要選擇有優(yōu)良互相關(guān)特性的碼。一般多采用有二值或三值相關(guān)特性的碼作為地址碼。同時還需要有一定的數(shù) 量。Gold碼就可以作為地址碼來用，它既有較優(yōu)良的相關(guān)特性，也有足夠的數(shù) 量可供選。2 .是要注意克服“遠(yuǎn)近”問題。所謂“遠(yuǎn)一近”問題指的

26、是距離近的用戶的信號強(qiáng)， 它會干擾距離遠(yuǎn)的弱信 號的接收。解決的辦法是采用自動功率控制，自動調(diào)節(jié)各用戶的發(fā)射功率，使達(dá) 到接收機(jī)時各用戶信號功率基本相等，也就是滿足接收機(jī)輸入端等功率的條件， 才能正確地區(qū)分有用信號。3 .是同時通話的用戶數(shù)，決定于整個網(wǎng)內(nèi)的噪聲水平。因此，直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)是一種噪聲受限的系統(tǒng)。 隨著用戶數(shù)的增加，通信 質(zhì)量逐漸變壞。2.3.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能多徑信道就是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間電波傳播的路徑不止一條。 例如由于大氣 層的反射和折射，以及由于建筑物等對電波的反射都是形成多徑信道的原因。 不 同的傳播路徑使電波在幅度上衰減不同，到達(dá)時間的延遲也不同。直擴(kuò)系統(tǒng)能

27、夠同步鎖定在最強(qiáng)的直達(dá)路徑的電波上。其它有延遲到達(dá)的電 波，由于相關(guān)解擴(kuò)的作用，只起到噪聲干擾的作用。這就是利用PN碼的自相關(guān)特性，只要延遲超過半個PN碼時片，其相關(guān)值就很小，可作為噪聲來對待。另 外，如果采用不同時延的匹配濾波器，把多徑信號分離出來，還可以變害為利， 將這些多徑信號在相位上對齊相加，起到增加接收信號能量的作用。因此，直擴(kuò)系統(tǒng)是一種有效的抗多徑干擾的通信系統(tǒng)。2.3.5 直擴(kuò)測距定時系統(tǒng)直擴(kuò)系統(tǒng)的發(fā)展是從測距開始的。電磁波在空間是以固定的光速傳播的。 如 果測定了電波傳播的時間，也就測定了距離。用直擴(kuò)信號來測取和定時有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)采用一個較長周期的 PN碼序列 作為發(fā)射信號、

28、用它于目的地反射回來或轉(zhuǎn)發(fā)回來的 PN碼序列的相位進(jìn)行比較， 即比較兩個碼序列相差的時片數(shù)，就可以看出其時間差，也就能換算出發(fā)射機(jī)與 目的地之間的距離。不難把碼片選得很窄，即碼的鐘速率很高，則可以高精度的 測距與定時，基本的分辨率即一個碼片。止匕外，有了精確的測距的定時系統(tǒng)，不難形成一個精確的定位系統(tǒng)；按照簡 單的幾何關(guān)系，已知兩個點(diǎn)的位置（座標(biāo)）和距離，及其在某一平面上分別與第三 點(diǎn)的距離，也就能確定第三點(diǎn)的座標(biāo)位置。2.4 擴(kuò)頻序列通信系統(tǒng)的同步原理任何數(shù)字通信系統(tǒng)都是離散信號的傳輸，要求收發(fā)兩端信號在頻率上相同和 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。一個相干擴(kuò)頻數(shù) 字

29、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沒有同 步就沒有擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。同步系統(tǒng)是擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。信息碼元時鐘可以和PN碼元時鐘聯(lián)系起來，有固定的關(guān)系，一個實(shí)現(xiàn)了同步，另一個自然也就同步了。對于載頻同步來 說，主要是針對相干解調(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)來實(shí)現(xiàn)載頻同步。因此，這里我們只需討論P(yáng)N碼碼元和序列的同步。一般說來，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：1 .收發(fā)信機(jī)的距離引起傳播的延遲產(chǎn)生的相位差；2 .收發(fā)信機(jī)相對不穩(wěn)定性引起的頻差；3 .收發(fā)信機(jī)相對運(yùn)動引起的多普勒頻移；4 .以及多徑傳播也會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碼與接收到的信號中的PN碼同步，即頻率上相同，相位上一致。同步過程一般說來包含兩個階段：5 .接收機(jī)在一開始并不知道對方是否發(fā)送了信號，因此，需要有一個搜捕 過程，即在一定的頻率和時間