直接序列扩频

  • 日期:2007-11-12  来源:中华铁道网

直接序列扩频(direct sequence spread spectrum)直接用具有高码片(chip)速率的扩频码序列去扩展数字信号的频谱。简称直扩(DS)。在接收端,用相同的扩频码序列将频谱展宽的扩频信号还原成原始信号。

扩频原理 图1是直接序列扩频通信系统的原理框图。欲传输的数字信号ak(t)经信息调制(一般为PSK调制)获得窄带已调信号bk(t)。它再与码片速率很高的扩频码Ck(t)进行调制(扩频调制),其输出为频谱带宽被扩展的信号Sk(t),这个过程称为扩频。扩展频谱信号Sk(t)再变换为射频信号发射出去。

    

    图1 直接序列扩频通信系统构成

在接收端,射频信号经过变频后输出中频信号Sm(t),通常Sm(t)是N个发射信号和干扰及噪声的混合信号。它与本地扩频码Cm(t)进行扩频解调(解扩),使宽带信号Sm(t)变为窄带信号bm(t)。bm(t)经信息解调器恢复成原始数字信号am(t)。必须指出,只有Cm(t)= Ck(t)时,才能正确解扩和解码。

扩展频谱的特性取决于所采用的扩频码序列的码型和码片速率。为了获得具有近似噪声的频谱,采用伪噪声(PN)序列作为扩频系统的扩频码。

扩频和解扩的频谱变化过程如图2所示。

采用码片速率很高的PN码序列进行扩频调制,扩频信号的带宽可达1~100MHz。见图2(a),(b)。通过扩频解扩处理能够提高抗干扰能力的原因为:扩展频谱信号在接收端做相关解扩处理,有用信号被解扩为窄带谱信号;宽带无用信号与本地伪码不相关,因此不能解扩,仍为宽带谱;窄带干扰信号则被本地伪码扩展成为宽带谱。用一个窄带滤波器排除带外的干扰,这样窄带内的信噪比就大大提高了,见图2(c),(d),(e)。扩频处理使接收机输出端获得信噪比的好处可用处理增益来衡量,具体可表示为射频信号带宽Wc与基带信号带宽Wb之比:

         

式中,Rc是扩频码码片速率,Rb是数据比特速率。

抗干扰能力用干扰容限来表征,即干扰容限:

            MJ=GP-[(S/N)out+LS]

式中,GP是处理增益,(S/N)out是接收机输出端的信噪比,LS是系统损耗。

可以看出,直扩系统的抗干扰性与其处理增益有重大关系。

特点 ①直扩信号具有低功率谱密度,可明显低于环境噪声和干扰电平,因而扩频信号具有隐蔽性;②扩频信号受特定扩频码控制,接收者如不能按此特定扩频码的规律进行解扩,则不能恢复信号中传送的信息,因而具有保密性;③扩频信号具有多径分辨能力,因此具有抗多径干扰的能力;④用多个扩频码分别作为不同用户的地址码,可以共享一个频段来实现码分多址(CDMA)通信。CDMA用于蜂窝式移动通信网有可能获得比其他多址方式较高的通信容量;⑤能精确地定时和测距;⑥直扩用于移动通信,存在远近效应,简要进行功率控制。

        

    图2 扩展一解扩展频谱图

    Rb一数据比特速率;Rc一扩频码码片速率;

    f1一干扰信号频率。

应用 直扩技术广泛用于军事抗干扰系统。在民用中,主要用于直扩码分多址系统,以及测距定位系统等。在CDMA数字移动通信中采用扩频通信的原因主要有:①扩频通信具有抗干扰能力强,能与窄带系统重叠或部分重叠覆盖的特性;②可提高频谱效率和扩大系统容量;③具有抗多径干扰的能力。

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