⑤抗多径干扰。利用伪随机码的相关特性,只要多径时延超过伪随机码的一个切谱,通过相关处理后可消除这种干扰影响。
⑥高精度测量等。利用直扩系统伪随机码的相关特性,可完成精度很高的测距和定位。
正是由于扩频通信技术具有上述优点,自50年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
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1 扩频通信系统
1.1 扩展频谱通信的定义
所谓扩展频谱通信,可简单表述如下:“扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带[2]宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
这一定义包含了以下三方面的意思: ⑴信号的频谱被展宽了。
⑵采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 ⑶在接收端用相关解调来解扩。
1.2 扩频通信的理论基础
长期以来,人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。
扩频通信的基本特点,是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(?F),其比值称为处理增益Gp。
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众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度,如话音为1.7 —3.1kHz,电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等),和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式,Gp值一般都在十多倍范围内,统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值,高达数百、上千,称为“宽带通信”。
扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。
信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为:
C?WLog2(1?P/N) (1-1)
式中:
C --- 信道容量(用传输速率度量) W --- 信号频带宽度 P --- 信号功率 N --- 白噪声功率
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式(1-1)说明,在给定的传输速率C不变的条件下,频带宽度W和信噪比P/N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法,在较低的信噪比P/N(S/N)情况下,传输信息。
扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
总之,我们用信息带宽的100倍,甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
1.3 扩频通信的主要性能指标
处理增益和抗干扰容[3]限是扩频通信系统的两个重要性能指标。
⑴处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain)
它定义为频谱扩展前的信息带宽?F与频带扩展后的信号带宽W之比:
G?W/?F (1-2) 在扩频通信系统中,接收机作扩频解调后,只提取伪随机编码相关处理后的带宽为?F 的信息,而排除掉宽频带W中的外部
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干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此,处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。
⑵抗干扰容限
是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力,定义为:
Mj?Gp?[(S/N)o?Ls]dB (1-3) 其中:
Mj--- 抗干扰容限
GP--- 处理增益
(S/N)o--- 信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比 Ls --- 接收系统的工作损耗
由此可见,抗干扰容限Mj与扩频处理增益GP成正比,扩频处
理增益提高后,抗干扰容限大大提高,甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍,以尽可能地提高处理增益。
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