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1、1 绪绪 论论1.1 扩频通通信系统统发展概概述扩频通信信(sppreaad sspecctruum ccommmuniicattionn)是近近几年内内迅速发发展起来来的一种种通信技技术。在在早期研研究这种种技术的的主要目目的是为为提高军军事通信信的保密密和抗干干扰的性性能，因因此这种种技术的的开发和和应用一一直是处处于保密密状态。美美国在220世纪纪50 年代中中期，就就开始了了对扩频频通信的的研究，当当时主要要侧重在在空间探探测、卫卫星侦察察和军用用通信等等方面。以以后，随随着民用用通信的的频带拥拥挤日益益严重，又又由于近近代微电电子技术术、信号号处理技技术、大大规模集集成电路路和计算算
2、机技术术的快速速发展，与与扩频通通信有关关的器件件的成本本大大地地降低，从从而进一一步推动动了扩频频通信在在民用领领域的发发展金额额应用，而而且也使使扩频通通信的理理论和技技术也得得到了进进一步的的发展。目目前在军军事上，它它已经广广泛应用用于各种种战略和和战术通通信的系系统中，成成为电子子战中反反干扰的的一种重重要的手手段。扩扩频技术术在军事事应用上上的最成成功的范范例可以以以美国国和俄国国的全球球卫星定定位系统统(GPPS和GGLONNASSS)以及及美军的的联合战战术分布布系统(JTIIDS)为代表表；GPPS和GGLONNASSS在民用用上也都都得到了了广泛的的应用，这这些系统统的技术
3、术基础就就是扩频频技术。扩扩频的码码分多址址技术应应用于蜂蜂窝移动动通信中中时，大大大降低低了噪声声和衰落落的影响响，同时时还避免免了复杂杂的频率率分配和和时隙划划分等技技术上的的困难，并并可以省省去保护护频带或或时隙，极极大地提提高了蜂蜂窝通信信系统中中小区的的频率复复用度，使使信号频频谱利用用率得到到提高。119900年1月月，国际际无线电电咨询委委员会(CCIIR,现现为ITTUR)在研究究未来民民用陆地地移动通通信系统统的计划划报告中中已明确确地建议议采用扩扩频通信信技术5。美美国已制制定出了了基于CCDMAA蜂窝技技术的IIS-995标准准，Saamsuung、MMotoorolla
4、等公公司也已已相继推推出了各各自的CCDMAA移动通通信商用用实验网网已开通通运行，并并取得了了良好的的效果。扩频技术术由于其其本身具具备的优优良性能能而得到到广泛应应用，到到目前为为止，其其最主要要的两个个应用领领域仍是是军事抗抗干扰通通信和移移动通信信系统，而而跳频系系统与直直扩系统统则分别别是在这这两个领领域应用用最多的的扩频方方式。一一般而言言，跳频频系统主主要在军军事通信信中对抗抗故意干干扰，在在卫星通通信中也也用于保保密通信信，而直直扩系统统则主要要是一种种民用技技术。面面对全世世界范围围内对移移动通信信日益增增加的要要求，CCDMAA将是无无线通信信中最主主要的多多址介入入手段。
5、在在本世纪纪，扩频频技术将将得到更更加广泛泛的应用用。从扩频技技术的历历史可以以看出，每每一次技技术上的的大发展展都是由由巨大的的需求驱驱动的。军军事通信信抗干扰扰的驱动动以及个个人通信信业务的的驱动使使得扩频频技术的的抗干扰扰性能和和码分多多址能力力得到最最大限度度的挖掘掘。展望望未来，第第四代移移动通信信系统(4G)的的驱动无无疑会使使扩频技技术传输输高速数数据的能能力得到到更大的的拓展。1.2 扩频通通信系统统的理论论基础及及其优越越性在传统的的无线电电通信系系统中，信信号的格格式的设设计是：在保证证通信质质量的前前提下，为为了在系系统所能能使用的的射频频频带中能能尽可能能多地传传输信息
6、息，所以以要求信信号的带带宽不要要过宽，一一般信号号带宽与与信息的的带宽是是接近的的，传统统的无线线电通信信系统就就是采用用这种窄窄带信号号(Snn)概念念的系统统，称之之为窄带带系统。在在扩频通通信系统统中，信信号格式式的设计计思想与与窄带概概念是信信息论的的奠基者者Claaudee E.Shaannoon在220世纪纪40年年代提出出的。根根据无线线传输信信道容量量的理论论公式5：式中：CC是信道道可能传传输的最最大信息息速率，即即信道容容量；WW为信道道带宽；N为白白噪声的的平均功功率；PP是信号号的平均均功率。从从上式中可可以看出出：在信信噪比很很小的条条件下，可可以用增增加带宽宽的办
7、法法来提高高系统的的抗干扰扰性能，以以保证信信道容量量不变。换换句话讲讲，在信信道容量量相同的的条件下下，宽带带系统比比窄带系系统的抗抗干扰性性能要好好，所以以当信噪噪比太小小而且不不能保证证通信质质量时，可可以采用用增加带带宽的方方法来改改善通信信质量。设设Bs表表示传输输信号时所占占有的带带宽(信信号带宽宽)，BB0表示示原始信信号(信信息带宽宽)，则则可以把把通信系系统按BBs/BB0的比比值分为为三类5：由于扩频频技术在在传输扩扩频信号号时，并并不增加加发射信信号的平平均功率率，仅是是将要传传输的信信号的频频带扩展展后，再再进行传传输的。因因此扩频频通信系系统在信信道上传传输的信信号功
8、率率谱密度度就很低低。这种种系统可可以在信信噪比很很小的情情况下，甚甚至在信信号已被被噪声淹淹没的情情况下，仍仍可保持持可靠的的通信。另外，根根据柯捷捷尔尼可可夫关于于信息差差错传输输概率的的公式13为：式中：为为差错概概率，EE为信号号能量，NN0为噪声声功率谱谱密度。式中：为为T为信信息持续续时间，F为信息带宽因此，可可通过提提高处理理增益GGP降低对对S/NN的要求求，在强强干扰条条件下保保证可靠靠安全的的通信。扩频通信信的基本本特点是是传输信信息所用用的信号号带宽远远大于信信息本身身的带宽宽，也因因为如此此，扩频频通信具具有一些些其它通通信方式式无法比比拟的优优越性：（1）扩扩频通信信
9、最为显显著的优优越性是是其极强强的抗干干扰性。理理论上讲讲它可以以在信噪噪比为负负值，即即信号被被噪声淹淹没的情情况下，将将信号提提取出来来。对于于单频及及多频都都有比较较强的抑抑制作用用，即使使采用同同类型的的信号干干扰，也也由于扩扩频码序序列之间间的不相相关性，干干扰不起起太大作作用。（2）扩扩频通信信的另一一个优越越性是其其隐蔽性性好。由由于扩频频信号的的频带较较宽，所所以信号号的功率率谱密度度很低，敌敌方不容容易发现现信号的的存在，在在战争中中，扩频频信号的的被截获获率很低低，可以以进行隐隐蔽通信信。从民民用通信信方面来来说，由由于扩频频信号的的隐蔽性性好，它它对目前前使用的的各中窄窄
10、带通信信系统干干扰很小小。理论论和实验验证明，在在原有的的窄带通通信的频频带内同同时进行行扩频通通信，不不需要分分配另外外的频段段，即可可实现。（3）扩扩频通信信可以很很容易地地实现码码分多址址，提高高频带的的利用率率。由于于扩频通通信中存存在扩频频码序列列的扩频频调制，利利用不同同码型的的扩频码码序列之之间优越越的自相相关性和和互相关关性，对对不同的的用户分分配不同同的码型型，使多多个用户户公用一一个宽频频带，提提高了系系统的容容量。同同时还有有利于组组网、选选呼、增增加保密密性及解解决新用用户随时时入网的的问题。除此之外外，扩频频通信还还具有良良好的抗抗多经干干扰的能能力，使使无线通通信的
11、性性能变得得更加可可靠。除除通信以以外，扩扩频系统统还可用用于定时时、定位位及测距距，应用用在导航航、雷达达等系统统中。1.3 仿真软软件MAATLAAB概述述MATLLAB原原意为“矩矩阵实验验室MMATrrixLLABoorattoryy”，它它是目前前控制界界国际上上最流行行的软件件，它除除了传统统的交互互式编程程之外，还还提供了了丰富可可靠的矩矩阵运算算、图形形绘制、数数据和图图象处理理、Wiindoows编编程等便便利工具具。MAATLAAB还配配备了大大量工具具箱，特特别是还还提供了了仿真工工具软件件SIMMULIINK。MMATLLAB在在80年年代一出出现，首首先是在在控制界界
12、得到研研究人员员的瞩目目。随着着MATTLABB软件的的不断完完善，特特别是仿仿真工具具SIMMULIINK的的出现，使使MATTLABB的应用用范围越越来越广广。随着着MATTLABB库函数数和仿真真工具箱箱的不断断扩充，使使其在系系统仿真真与分析析、信号号处理、图图像处理理等方面面的应用用越来越越广泛。MMATLLAB 具有 3 大大特点：（1）功功能强大大，包括括数值计计算和符符号计算算，计算算结果和和编程可可视化，数数学和文文字统一一处理，离离线和在在线皆可可计算；（2）面面友好，语语言自然然。MAATLAAB 以以复数矩矩阵为计计算单元元，指令令表达与与标准教教科书的的数学表表达式相
13、相近；（3）开开放性强强。MAATLAAB 有有很好的的可扩充充性，可可以把它它当作一一种更高高级的语语言去使使用，可可容易地地编写各各种通用用或专用用应用程程序。正正是由于于 MAATLAAB 的的这些特特点，使使它获得得了对应应用学科科（特别别是边缘缘学科和和交叉学学科）的的极强适适应力，并并很快成成为应用用学科计计算机辅辅助分析析设计、仿仿真、教教学乃至至科技文文字处理理不可缺缺少的基基础软件件，成为为欧美高高等院校校、科研研机构教教学与科科研必备备的基本本工具。在 MAATLAAB 中中，Siimullinkk 是一一个比较较特别的的工具箱箱，它具具有两个个显著的的功能：Simmu（仿
14、仿真）与与 Liink（链链接），是是实现动动态系统统建模、仿仿真的一一个集成成环境。具具有模块块化、可可重载、可可封装、面面向结构构图编程程及可视视化等特特点，可可大大提提高系统统仿真的的效率和和可靠性性；同时时进一步步扩展了了 MAATLAAB 的的功能，可可实现多多工作环环境间文文件互用用和数据据交换。SSimuulinnk 提提供了友友好的图图形用户户界面（GGUI），模模型由模模块组成成的框图图来表示示，用户户建模通通过简单单的单击击和拖动动鼠标的的动作就就能完成成。Siimullinkk 的模模块库为为用户提提供了多多种多样样的功能能模块，其其中有连连续系统统（Coontiinuo
15、ous）、离离散系统统（Diiscrretee）、非非线性系系统（NNonllineear）等等几类基基本系统统构成的的模块，以以及连接接、运算算模块。而而输入源源模块（SSourrcess）和接接收模块块（Siinkss）则为为模型仿仿真提供供了信号号源和结结果输出出设备。本本文就是是利用编编制MAATLAAB仿真真m文件件进行DDS扩频频通信系系统的性性能仿真真及其分分析。1.4 本文主主要工作作扩频通信信技术本本身的优优越性，使使其成为为未来通通信方式式的主流流。而DDS扩频频通信系系统实扩扩频通信信系统应应用广泛泛的一种种方式，本本文主要要分析了了DS扩扩频通信信系统的的基本通通信原理
16、理，说明明其抗干干扰的性性能。并并根据数数学分析析模型建建立MAATLAAB仿真真模型进进行系统统性能分分析，主主要有：抗正弦弦干扰、窄窄带干扰扰、多经经干扰，进进而对仿仿真结果果进行分分析说明明DS系系统的性性能。本文第11章主要要说明了了扩频通通信的发发展和其其通信的的理论基基础，以以及大概概说明了了扩频通通信系统统得优越越性，接接着介绍绍了本文文用到的的仿真软软件MAATLAAB的基基本情况况。本文重点点和主要要工作是是第2章章和第33章。第第2章在在一般DDS扩频频通信的的组成框框图上，通通过定量量和定性性分析来来说明DDS扩频频通信系系统的抗抗干扰性性能原理理。第33章是在在第2章章
17、的数学学模型上上建立起起DS扩扩频系统统抗各种种干扰的的仿真模模型，并并运行仿仿真程序序得出DDS系统统在抗干干扰方面面的有效效性的曲曲线图，并并且进行行结果分分析，这这章也是是本文的的亮点之之处。虽然，扩扩频系统统自身处处理增益益的存在在，使其其具有较较好的抗抗干扰性性能。但但是，随随着现代代通信的的发展及及其通信信环境的的变化，使使得处理理增益已已不能满满足现在在通信的的需要。这这样，在在本文的的第4章章，我们们概括介介绍了几几种扩频频系统的的抗干扰扰技术，具具体包括括：混合合式扩展展频谱系系统、自自适应天天线抑制制干扰技技术、自自适应滤滤波器抑抑制窄带带干扰等等技术来来提高其其抗干扰扰能
18、力。2 DDS扩频频通信系系统分析析在一般扩扩频通信信系统中中，发端端输入的的信息先先调制形形成数字字信号，然然后由扩扩频码发发生器产产生的扩扩频码序序列去调调制数字字信号以以展宽信信号的频频谱，展展宽后的的信号再再调制到到射频发发送出去去。在接接收端收收到的宽宽带射频频信号，变变频至中中频，然然后由本本地产生生的与发发端相同同的扩频频码序列列去相关关解扩，再再经信息息解调，恢恢复成原原始信息息输出。可可见，一一般的扩扩频通信信系统都都要进行行3次调调制和相相应的解解调。一一次调制制为信息息调制，二二次调制制为扩频频调制，三三次调制制为射频频调制，以以及相应应的信息息解调、解解扩和射射频解调调
19、。与一一般通信信系统比比较，多多了扩频频调制和和解扩部部分。扩扩频通信信应具备备如下特特征：(1)数数字传输输方式；(2)传输信信号的带带宽远大大于被传传信息带带宽；(3)带带宽的展展宽，是是利用与与被传信信息无关关的函数数(扩频频函数)对被传传信息的的信元重重新进行行调制实实现的；(4)接收端端用相同同的扩频频函数进进行相关关解调(解扩)，求解解出被传传信息的的数据。用用扩频函函数(也也称伪随随机码)调制和和对信号号相关处处理是扩扩频通信信有别于于其他通通信的两两大特点点。扩频通信信系统按按其工作作方式可可分为以以下几种种：（1）直直接序列列扩展频频谱系统统(DSS-SSS)：它它是由于于待
20、传输信息息信号与与高速率率的伪随随机码波波形相乘乘后，去去直接控控制射频频信号的的某个参参量，扩扩展了传传输带宽宽而得名名。（2）跳跳频扩频频系统(FH-SS)：数字字信息与与二进制制伪码序序列模二二相加后后，去离离散地控控制射频频载波振振荡器的的输出频频率，使使发射信信号的频频率随伪伪码的变变化而跳跳变。跳跳变系统统可以随随机选取取得频率率数通常常是几千千到个离离散频率率。每次次频移是是根据信信息和伪伪码序列列的状态态加权所所得到的的随机数数来选取取频率。（3）跳跳时扩频频系统(TH-SS)：跳时时是用伪伪码序列列来启闭闭信号的的发射时时刻和持持续时间间。（4）混混合式：以上三三种基本本扩频
21、方方式中的的两种或或多种结结合起来来，便构构成了一一些混合合扩频体体制。2.1 DS扩扩频通信信系统模模型以伪随机机码序列列作为扩扩频函数数的直接接序列扩扩展频谱谱通信为为例，来来研究其其系统模模型，图图2-11为其基基本组成成框图，由由信号源源输出的的信号aa(t)是码元元持续为为时间TTa的信信息流，伪伪随机码码产生器器产生高高速伪随随机码CC(t)，码元元宽度为为Tc将信息息码a(t)与与伪随机机码C(t)进进行相乘乘或模二二加，产产生一个个速率与与伪随机机码速率率相同的的扩频信信号，信信号的频频带得到到扩展，再再去调制制载波，这这样就可可以得到到已扩频频的射频频信号ss(t)。在接收端
22、端，接收收到的扩扩频信号号经高频频放大和和混频后后(图中中已经略略去)，用用与发端端同步的的、且完完全相同同的伪随随机码对对中频扩扩频信号号进行相相关解扩扩(相乘乘)，将将信号的的频带恢恢复为信信息码aa(t)的频带带，恢复复出所传传输的信信息a(t)，完完成信息息的传输输。对于于干扰和和噪声，由由于与伪伪随机码码不相关关，接收收机的相相关解扩扩相当于于又进行行了一次次扩频，将将干扰信信号和噪噪声的频频谱扩展展，降低低了功率率谱密度度，这样样就大大大降低了了进入信信号通频频带内的的干扰功功率，使使解调器器的输入入信噪比比提高，从从而提高高了系统统的抗干干扰能力力。信 源扩频调制PN码振荡器带通
23、滤波器基带滤波器信息解调器相位调制器本地振荡器PN码产生器同步C(t)带宽 B=2R带宽r(t)接受端发送端图2-11 直直接序列列扩展频频谱通信信系统基基本组成成框图2.2 DS扩扩频通信信系统抗抗干扰性性能分析析我们从扩扩频信号号的频域域来讨论论它的抗抗干扰性性，首先先讨论下下在没有有干扰情情况下扩扩频信号号的功率率密度谱谱函数。设设扩频以以后的信信号是强强度为11的双极极性矩形形脉冲随随机序列列，其码码元宽度度即为伪伪随机码码的宽度度T，发发1码和发发0码的概概率p相相等，都都是1/2, 直接系系列扩频频信号的的功率谱谱密度：得： 式中：和和是0码和1码信号号频谱。信信号占用用带宽为为R
24、=1/TTc，当当伪随机机码速越越高，信信号带宽宽越宽。如果用随随机码对对载波进进行调制制，得到到相位键键控信号号P(tt)，根根据调制制定理，已已调信号号的功率率谱密度度可写成成：式中：AA是数字字信号与与载波相相乘后的的总振幅幅；为发发端载波波频率，调调制后信信号占用用频带为为2R。可可求出随随机序列列的自相相关函数数。在图2-1扩频频接收机机中，PPN码发发生器发发出的伪伪码为KK(t)，相位位调制器器输出(系数22是为了了使输出出信息信信号完全全恢复)。为接收端本本振频率率。基带带滤波器器带宽为为r(等等于信息息速率)。如果接收收到有用用信号： 式中中：S为为信号功功率；CC(t)为信
25、息息码；mm(t)为发送送扩频随随机码；为发端端信号载载波频率率；为发发端信号号载波频频率相位位。很容容易看出出，当KK(t)=m(t)即即收发伪伪码相同同时，且且达到同同步,KK(t)m(tt)=11。若此此时收发发载波同同步,则则：基带滤波波器滤除除高频分分量，则则接收信信号：信信息全部部恢复出出来，功功率等于于S。收收信号的的能量全全部恢复复出来。如如果输入入信号是是各种干干扰信号号，则形形成干扰扰。下面面将分别别讨论之之。2.2.1 抗白色色高斯干干扰能力力设白色高高斯噪声声双边功功率谱密密度为，暂暂不考虑虑输入宽宽带滤波波器的带带宽，相相关器输输出的干干扰：令：则有有：(双边谱谱)结
26、果表明明，白色色高斯噪噪声通过过相关器器后功率率谱密度度不改变变。因输输入滤波波器带宽宽2R，输输出滤波波器带宽宽为r，处处理增益益： 。扩频系统统对于白白噪声处处理增益益很高，正正比于伪伪码速率率和信息息速率之之比。这这是它抗抗干扰能能力很强强的根本本原因。22倍是双双边带调调制系统统(DSSB)引引起的处处理增益益。一般般伪随机机码的速速率是兆兆的数量量级，有有的甚至至达到几几百兆，目目前国外外已有110000Mbpps的超超高速伪伪随机码码1，而待待传信息息流经编编码器编编码后的的码速率率较低，如如数字话话音信号号一般为为3264kkbpss，甚至至更低采采用这些些伪随机机码扩频频，就扩
27、扩展了信信息的频频谱，处处理增益益是很高高的。如如果考虑虑输入是是一个宽宽带滤波波器，计计算结果果的差别别只是积积分限制制在伪码码频谱主主瓣之内内，计算算较复杂杂，但按按前面结结果来估估算系统统的抗干干扰性能能应是足足够满足足要求了了1。2.2.2 抗单频频正弦干干扰能力力设单频正正弦干扰扰，其功功率为，相关器器输出：取差频项项，若差差频落入入通频带带内，则则形成干干扰根据据前面的的功率谱谱公式和和调制定定理，不不难求出出输出的的功率谱谱密度：若正好落落入接收收机相关关器后面面的基带带低通滤滤波器内内，就会会形成干干扰。认认为干扰扰信号谱谱密度为为双边谱谱，近似似地取其其峰值，则则通过基基带滤
28、波波器的干干扰功率率。相关关器输入入的信噪噪比；输输出信噪噪比处理理增益。对对于单频频正弦干干扰信号号处理增增益等于于伪码速速率和信信息速率率之比(对该干干扰无22倍DSSB处理理增益)。一般般情况下下如前所所述，伪伪随机码码的速率率是兆的的数量级级有的甚甚至达到到几百兆兆1,所以以DS系系统对单单频正弦弦干扰信信号的处处理增益益很高。2.2.3 抗抗窄带干干扰能力力对于窄带带干扰而而言，单单频正弦弦干扰可可看为它它的特殊殊形式，窄窄带干扰扰信号可可看为包包络服从从瑞利分分布，相相位服从从均匀分分布的随随机过程程。由于于从频域域定量分分析DSS扩频系系统对它它的抗干干扰性比比较复杂杂，我们们这
29、里从从频域定定性的分分析其性性能。设设窄带干干扰信号号中心频频率为，带带宽为，且且，。输入入相关器器的干扰扰功率为为，功率率谱密度度为，那那么解扩扩后干扰扰信号的的输出功功率为：由于的带带宽为，的带宽宽(主瓣瓣带宽)为，而而，因此此与卷积后后的带宽宽应为，可可以认为为是将干干扰信号号的功率率重新分分配到频频带上，且且基本上上是均匀匀的110，图图2-22所示为为直扩系系统对干干扰信号号的相关关处理过过程。干扰信号输出f相关前输出干扰信号输出f相关后输出干扰信号输出f滤波后输出图2-22 直直扩系统统对干扰扰信号的的相关处处理过程程对干扰而而言，干干扰功率率在解扩扩后基本本不变，则则解扩后后干扰
30、信信号功率率谱密度度必然降降低，与与其扩频频的频带带的倍数数成反比比。所以以：由此可得得直扩系系统抗窄窄带干扰扰的能力力为：此式是在在干扰与与有用信信号同频频等带宽宽条件下下得到的的，如果果干扰信信号的频频率和带带宽与有有用信号号相偏离离，其结结论需要要一定的的修正，但但总之，直直扩系统统抗窄带带干扰的的性能可可由系统统得处理理增益描描述110。同同样，在在窄带干干扰的情情况下，系系统得到到了高的的处理增增益，所所以DSS扩频通通信系统统对窄带带干扰也也有很好好的抑制制作用。2.2.4 抗抗多径效效应的能能力多径干扰扰是一种种在通信信中，尤尤其是移移动通信信中常见见的且影影响很严严重的干干扰，
31、它它属于乘乘性干扰扰100。多多径干扰扰是由于于电波在在传播过过程中遇遇到各种种反射体体(如电电离层，对对流层，高高山和建建筑物等等)引起起的反射射或散射射，在接接收端收收到的直直接路径径信号与与反射路路径信号号产生的的群反射射信号之之间的随随机干涉涉形成的的，如图图2-3所所示。直射路径反射路径图2-33 多经经效应示示意图图2-44为多径径传输基基带合成成波形。多多径的形形成与电电台所处处的环境境，地形形，地物物等有关关。由于于多径干干扰信号号的频率率选择性性衰落和和路径差差引起的的传播时时延，使使信号产产生严重重的失真真和波形形展宽并并导致信信息波形形重叠。这这不但能能引起噪噪声增加加和
32、误码码率上升升，使通通信质量量降低。而而且可能能使某些些通信系系统无法法工作。先到波形后到波形合成波形图2-44 多多径传输输基带合合成波形形设接收机机收到的的信号为为，发射射信号为为，则：式中分别别为第ii条路径径的接收收信号的的振幅，传传播时延延，附加加相位，大量观察表明，与随时间的变化与发射载波的周期相比通常要缓慢得多，因此上式可写为：由于与认认为是缓缓慢变化化的随机机过程。因因此，VV(t)与以及及Xc(t)与Xss(t)均为缓缓慢变化化的随机机过程，rr(t)为一窄窄带过程程。由式式可知：第一，从从波形上上看，多多径传播播的结果果使单一一频率的的确知信信号变成成了包络络和相位位受到调
33、调制的信信号，这这样的信信号程为为衰落信信号；第第二，从从频谱上上看，多多径引起起了频率率弥散，即即由单一一频率变变为了一一个窄带带频谱。一一般情况况下，VV(t)服从瑞瑞利分布布，服从从均匀分分布，则则可将rr(t)看为窄窄带高斯斯过程。多多径传播播造成了了衰落及及频率弥弥散，同同时还可可能发生生频率选选择性衰衰落，即即信号频频谱中某某些分量量的一种种衰减现现象，其其与多径径传播的的相对时时延差有有关。设设最大多多径时延延差为，则则定义为为多径传传播媒质质的相关关带宽。如如果传输输波形的的频谱宽宽于，则则该波形形将产生生明显的的频率选选择性衰衰落。由由此可见见，为了了不引起起明显的的频率选选
34、择性衰衰落，传传输波形形的频带带必须小小于多径径传输媒媒质的相相关带宽宽。直扩系统统具有较较强的抗抗多径干干扰的能能力，其其抗多径径效应的的机理：(1) 直扩系系统是一一种宽带带系统，尽尽管在通通信中一一部分频频谱可能能被衰落落，但不不会带来来太大的的恶化。从从这点讲讲，频谱谱扩展可可以是一一种频率率分集。(2) 伪随机机序列具具有尖锐锐的自相相关性，因因而对多多径效应应不敏感感。当多多径时延延扩散小小于一个个伪码宽宽度Tcc时，反反射信号号与有用用信号叠叠加，被被视为信信号的一一部分，对对有用信信号幅度度有影响响，但不不产生对对伪码宽宽度的展展宽或压压缩。当当多径时时延超过过一个伪伪码宽度度
35、Tc时时，可把把多径信信号视为为噪声处处理，相相关接收收后多径径信号就就可以去去掉。(3) 当码元元Tc相相当窄且且伪码码码长很长长时，系系统的频频谱很宽宽，反射射回来的的多径频频率分量量不可能能同时到到达接收收点，形形成的多多径干扰扰信号就就被削弱弱，对接接收有用用信号影影响不大大。综上所述述，由于于DS系系统得宽宽带传输输和PNN码优良良的特性性，使其其具有抗抗多径效效应的能能力。这这为一直直困扰着着无线通通信的多多径效应应问题提提出了一一种很好好的通信信方式，即即扩频通通信。2.2.5 抗抗其它扩扩频信号号干扰能能力随着现代代无线通通信技术术的发展展，频谱谱资源越越来越宝宝贵和显显得短缺
36、缺，所以以在传统统通信技技术上人人们总是是试图使使发射信信息的带带宽足够够窄，我我们称之之为窄带带通信。但但扩频通通信恰与与此相反反，它是是个宽带带传输系系统。由由于它的的接入方方式是码码分多址址，所以以多个用用户可以以在同一一个频率率下进行行通信，只只用码型型来区分分用户，所所以它的的容量很很大。但但与此同同时由于于多个用用户是在在一个频频率下进进行通信信的所以以存在多多址干扰扰的问题题。这部部分我们们对此进进行讨论论，我们们只讨论论简单的的情况，即即只有一一个干扰扰用户的的情况。对对于进入入接收机机的其它它扩频信信号干扰扰，。式式中:mm(t)是其它它扩频码码，码速速率与本本地参考考码相同
37、同，但不不相关，幅幅度已归归一化；l是其其信号功功率，是是干扰信信号载波波，其自自相关函函数为：设本地参参考信号号为同上上法可求求得自相相关函数数为：相关器输输出因两两信号不不相关(设两码码元宽度度相等)，其相相关函数数为各相相关函数数之乘积积(其中中是本地地信号波波)。功率谱为为相关函函数的付付氏变换换，即：式中：，当当时达到到最大值值。如果果恰好落落在频内内，引起起干扰输输出。仍仍取其极极大值来来估算干干扰功率率通过基基带滤波波器的干干扰功率率：，也也就是输输出信噪噪比：，SS是恢复复的信号号功率。不不难求出出，此时时的处理理增益：可见系统统对扩频频干扰的的抑制同同样有效效。这是是由于其其
38、它扩频频干扰信信号受到到相关器器再次扩扩频的缘缘故。2.3 DS系系统的处处理增益益与干扰扰容限 通常在在衡量扩扩展频谱谱系统抗抗干扰能能力优劣劣时，我我们引入入“处理理增益” ，（PProccesssingg Gaain）的的概念来来描述，其其定义为为接收机机解扩器器输出信信噪功率率比与接接收机的的输入信信噪比之之比。即即：它表示经经扩频接接收系统统处理后后，使信信号增强强的同时时抑制输输入接收收机的干干扰信号号能力的的大小。越越大，则则抗干扰扰能力愈愈强。因因此讨论论扩频系系统抗干干扰能力力，就要要分析它它的处理理增益。换换句话说说，处理理增益的的物理意意义表明明采用扩扩展频谱谱技术后后，
39、该系系统接收收信号的的信噪比比在相关关处理后后与相关关处理前前的数值值差异。根根据香农农定理，在在保持信信息容量量不变时时，可以以把系统统输入与与输出信信号噪声声功率之之比，转转换为系系统扩频频带宽与与信息带带宽之比比，或换换为伪码码速率与与信息速速率之比比。用数数学表示示式表示示为：工程上可可按下面面式子计计算，对对于DSS（直扩扩）系统统：R为信号号数据的的速率；为信号号的射频频带宽HHz。对对 BPPSK、QQPSKK、OQQPSKK、PAAM调制制9，(为伪码码速率,chiip rratee;或称称PN码码时钟速速率，ccodee cllockk raate）；对典型型的MSSK调制制
40、，。若若没有以以上参数数，可按按 来估估算。扩扩展频谱谱系统的的处理增增益的大大小,决决定了系系统抗干干扰能力力的强弱弱。目前前国外在在工程上上能实现现的处理理增益对对DS-SS可可以达到到70dd B9 。并不不是说当当干扰信信号的功功率电平平与有用用信号的的功率电电平之比比，等于于系统的的处理增增益时，相相关处理理后还能能实现通通信功能能。例如如，设系系统处理理增益为为50dd B时时，而输输入到接接收机的的干扰功功率电平平为信号号电平的的10倍倍，即信信噪比为为-500d BB时，显显然此时时系统就就不能正正常工作作了。因因此这里里引入一一个“干干扰容限限”的概概念，用用它来表表示扩展展
41、频谱系系统在干干扰环境境中的工工作能力力。干扰容限限（Jaammiing Marrginn）考虑虑了一个个可用系系统输出出信噪比比的要求求，而且且顾及了了系统内内部信噪噪比损耗耗（包括括：射频频滤波器器的损耗耗，相关关处理器器的混频频损耗，放放大器的的信噪比比损耗等等）。因因此干扰扰容限定定义为9:在满足足所需要要的输出出信噪比比或误码码率不考考虑系统统的内部部噪声的的条件下下，接收收机允许许输入干干扰信号号超过有有用电平平的值。式中：为为干扰容容限；为为系统的的处理增增益；为为扩频系系统的内内部损耗耗（解扩扩非线性性造成的的）；为为相关解解扩输出出端（即即基带滤滤波器输输出）要要求的信信噪比
42、。例例如，一一个扩频频系统的的处理增增益为335d B，要要求进入入基带解解调器的的最小输输出信噪噪比,系系统损耗耗，其干干扰容限限为:这就是说说扩频系系统的输输入干扰扰功率电电平，最最多只能能比信号号高222d BB条件下下，系统才能正正常工作作。亦即即具有335d B处理理增益的的扩频系系统，在在考虑保保证基带带数字解解调器要要求有110d B信噪噪比以及及系统损损耗为33d BB的条件件下，系系统要正正常工作作的输入入信噪比比应为-22dd B。 在实际际工程应应用中，扩扩频接收收机的相相关解扩扩和解调调器中的的乘法器器，达不不到理想想的线性性要求，其其非线性性及码元元跟踪误误差导致致信
43、噪比比损失，且且在输入入信噪比比很低时时存在门门限效应应。因此此扩频接接收机实实际上容容许输入入的干扰扰与信号号功率比比，较干干扰容限限还要低低。当实实际的输输出S/N值比比理论值值下降11d BB时，所所对应的的干扰信信号与有有用信号号比值称称为干扰扰门限。应应用上述述判断条条件应注注意接收收机的干干扰门限限问题，当当干扰信信号与有有用信号号比值超超过一定定值时，实实际的输输出S/N值急急剧下降降，与理理论计算算得出的的值相比比存在较较大的差差距。若若则扩频频接收机机将受到到不可接接受的干干扰。3 DS扩扩频通信信系统性性能分析析仿真3.1 抗正弦弦干扰仿仿真及结结果分析析3.1.1 建建立
44、抗正正弦干扰扰仿真模模型由于在AAWGNN(高斯斯噪声)信道中中,直扩扩BPSSK方式式的误码码率和传传统的未未扩频BBPSKK调制方方式的误误码率相相同119，同同时由于于本文讨讨论的是是扩频为为系统带带来的性性能，故故为了简简化仿真真模型，我我们省略略BPSSK调制制，以下下几个模模型作了了同样的的省略。同同时我还还假设系系统的PPN码同同步问题题是理想想状态，即即PN码码是完全全同步的的，同样样以下几几个模型型也作了了同样的的假设。我们在上上面的理理论基础础上建立立起DSS扩频通通信系统统抗正弦弦干扰仿仿真模型型如图33-1所所示。模模型中随随机数发发生器产产生一系系列二进进制(1)信信
45、息数据据,每个个信息比比特重复复Lc次,LLc对应每每个信息息比特所所包含的的伪码码码片数。包包含每一一比特LLc次重复复的序列列与另一一个随机机数发生生器产生生的PNN序列cc(n)相乘，相相当对信信息进行行了扩频频调制。由由于我们们讨论的的是在加加性白噪噪声环境境下的信信道，所所以用WWGN产产生高斯斯白噪声声。然后后加入方方差为的的高斯白白噪声和和形式为为的正弦弦干扰,其中00,且正正弦干扰扰信号的的振幅满满足条件件ALLc,在在解调器器进行与与PN序序列的互互相关运运算, 并且将将组成各各信息比比特的LLc个样样本进行行求和(积分运运算)。加加法器的的输出送送到判决决器,将将信号和和门
46、限值值0进行行比较,确定传传送的数数据为+1还是是-1,计数器器用来记记录判决决器的错错判数目目。仿真真结果如如图3-2所示示，误码码率用对对数表示示。均匀RNG 重复Lc次检测器PN码比较差错计数器WGN正弦发生器图3-11 DDS扩频频通信系系统抗正正弦干扰扰仿真模模型3.1.2 编编写仿真真代码主函数： eccho onLc=220; %每个个信息比比特为对对应的PPN码片片数A1=33; %第一个个正弦干干扰信号号的幅度度A2=77; %第二个个正弦干干扰信号号的幅度度A3=112; %第三三个正弦弦干扰信信号的幅幅度A4=00; %无正弦弦干扰情情况下W0=11; %正弦干干扰信号号
47、的频率率SNRiindBB=0:2:330; %要求求的信噪噪比范围围%计算在在不同幅幅度正弦弦干扰信信号的误误码率for i=11:leengtth(SSNRiindBB) smlld_eerr_prbb1(ii)=wwubiitlvv(SNNRinndB(i),Lc,A1,W0); smlld_eerr_prbb2(ii)=wwubiitlvv(SNNRinndB(i),Lc,A2,W0); smlld_eerr_prbb3(ii)=wwubiitlvv(SNNRinndB(i),Lc,A3,W0);echoo offfend;%计算在在无正弦弦干扰信信号情况况下的误误码率echoo onnSNRiindBB4=00:1:8;for i=11:leengtth(SSNRiindBB4)mld_errr_prrb4(i)=wubbitllv(SSNRiindBB(i),Lcc,A44,W00);echoo offfend;%绘制仿仿真结果果曲线，误误码率用用对数表表示semiiloggy(SSNRiindBB,smmld_errr_prrb1,SNRRinddB,ssmldd_errr