擴(kuò)頻通信的基本原理(直接序列擴(kuò)頻、跳頻等

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1、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)1.1擴(kuò)頻通信的基本概念通信理論和通信技術(shù)的研究，是圍繞著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性這兩個基本問題展開的，所以有效性和可靠性是設(shè)計(jì)和評價(jià)一個通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。通信系統(tǒng)的有效性，是指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。這個問題是討論怎樣以最合理、最經(jīng)濟(jì)的方法傳輸最大數(shù)量的信息。在模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。顯然，信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性就越好。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此傳輸?shù)挠行允怯脗鬏斔俾蕘砗饬康摹Ｍㄐ畔到y(tǒng)的可靠性，是指通信系統(tǒng)可靠地傳輸信息。由于信息在傳輸過程中受到干擾，收到的信息與發(fā)出的信

2、息并不完全相同?？煽啃跃褪怯脕砗饬渴盏叫畔⑴c發(fā)出信息的符合程度。因此，可靠性決定于系統(tǒng)抵抗干擾的性能，也就是說，通信系統(tǒng)的可靠性決定于通信系統(tǒng)的抗干擾性能。在模擬通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目煽啃允怯谜麄€系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量的。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目煽啃允怯眯畔鬏數(shù)牟铄e率來描述的。擴(kuò)展頻譜通信由于具有很強(qiáng)的抗干擾能力，首先在軍用通信系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。近年來，擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的理論和應(yīng)用發(fā)展非常迅速，在民用通信系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)頻通信是擴(kuò)展頻譜通信的簡稱。我們知道，頻譜是電信號的頻域描述。承載各種信息（如語音、圖象、數(shù)據(jù)等）的信號一般都是以時域來表示的，

3、即信息信號可表示為一個時間的函數(shù)。信號的時域表示式可以用傅立葉變換得到其頻域表示式。頻域和時域的關(guān)系由式(1-1)確定：(1-1)函數(shù)的傅立葉變換存在的充分條件是滿足狄里赫萊(Dirichlet)條件，或在區(qū)間(-∞，+∞)內(nèi)絕對可積，即必須為有限值。擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號的頻譜用某個特定的擴(kuò)頻函數(shù)（與待傳輸?shù)男畔⑿盘枱o關(guān)）擴(kuò)展后成為寬頻帶信號，然后送入信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將其擴(kuò)展了的頻譜壓縮，恢復(fù)為原來待傳輸信息信號的帶寬，從而到達(dá)傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。也就是說在傳輸同樣信息信號時所需要的射頻帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被傳輸信息信號所

4、必需的最小的帶寬。擴(kuò)展頻譜后射頻信號的帶寬至少是信息信號帶寬的幾百倍、幾千倍甚至幾萬倍。信息已不再是決定射頻信號帶寬的一個重要因素，射頻信號的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來決定。由此可見，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個特點(diǎn)：(1)傳輸信號的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘柕膸挘?2)傳輸信號的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)通常是偽隨機(jī)（偽噪聲）編碼信號。以上兩個特點(diǎn)有時也稱為判斷擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則。12擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是其具有很強(qiáng)的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。這里我們先定性地說明一下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論依據(jù)。擴(kuò)頻通信的基本理論根據(jù)是信息理論

5、中香農(nóng)(C·E·Shannon)的信道容量公式(1-2)式中：C——信道容量，b/s；B——信道帶寬，Hz；S——信號功率，W；N——噪聲功率，W。香農(nóng)公式表明了一個信道無差錯地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(1-2)式進(jìn)行變換(1-3)對于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)時，用冪級數(shù)展開(1-3)式，并略去高次項(xiàng)得(1-4)或(1-5)由式(1-4)和(1-5)可看出，對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信道中無差錯地傳輸信息的速率C。或者說

6、在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來保持信道容量C不變?；蛘哒f對于任意給定的信號噪聲功率比，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率。若(20dB)，，則當(dāng)時，就可以正常的傳送信息，進(jìn)行可靠的通信了。這就說明了增加信道帶寬B，可以在低的信噪比的情況下，信道仍可在相同的容量下傳送信息。甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加信號帶寬也能保持可靠的通信。如系統(tǒng)工作在干擾噪聲比信號大100倍的信道上，信息速率R＝C＝3kb/s，則信息必須在帶寬下傳輸，才能保證可靠的通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來

7、擴(kuò)展待傳輸信息信號帶寬的手段，來達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)的帶寬大幾百倍乃至幾萬倍，所以在相同信息傳輸速率和相同信號功率的條件下，具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。香農(nóng)在其文章中指出，在高斯噪聲的干擾情況下，在受限平均功率的信道上，實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號。這是因?yàn)楦咚拱自肼曅盘柧哂欣硐氲淖韵嚓P(guān)特性，其功率譜密度函數(shù)為-∞

8、為止仍存在著許多技術(shù)問題和困難。然而人