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擴頻的方式
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擴頻
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問題答案
( 2 )
一般常用有兩種擴頻方式：直序擴頻與跳頻
直接序列擴頻和跳頻技術(shù)是在擴頻通信中應(yīng)用最廣的兩種技術(shù)，在實際應(yīng)用中，采用何種擴頻方式，是系統(tǒng)設(shè)計者要考慮的問題。擴頻技術(shù)的最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，但由于各種擴頻方式的抗干擾等機理不同，因而各有其長處與不足，很難籠統(tǒng)斷言某一種擴頻方式比其它的擴頻方式更優(yōu)。對擴頻方式的比較只能是在一定條件下對各種擴頻方式綜合考慮，從而得出某種結(jié)論，以便人們在擴頻方式的選擇上作一參考。
直擴和跳頻技術(shù)的抗干擾機理不同，直擴系統(tǒng)靠偽隨機碼的相關(guān)處理，降低進(jìn)入解調(diào)器的干擾功率來達(dá)到抗干擾的目的；而跳頻系統(tǒng)是靠載頻的隨機跳變，躲避干擾，將干擾排斥在接收通道以外來達(dá)到抗干擾的目的。因此，這兩者都具有很強的抗干擾的能力，也各有自己的特點，也存在自身的不足。
直接序列擴頻和跳頻技術(shù)是在擴頻通信中應(yīng)用最廣的兩種技術(shù)，在實際應(yīng)用中，采用何種擴頻方式，是系統(tǒng)設(shè)計者要考慮的問題。擴頻技術(shù)的最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，但由于各種擴頻方式的抗干擾等機理不同，因而各有其長處與不足，很難籠統(tǒng)斷言某一種擴頻方式比其它的擴頻方式更優(yōu)。對擴頻方式的比較只能是在一定條件下對各種擴頻方式綜合考慮，從而得出某種結(jié)論，以便人們在擴頻方式的選擇上作一參考。
直擴和跳頻技術(shù)的抗干擾機理不同，直擴系統(tǒng)靠偽隨機碼的相關(guān)處理，降低進(jìn)入解調(diào)器的干擾功率來達(dá)到抗干擾的目的；而跳頻系統(tǒng)是靠載頻的隨機跳變，躲避干擾，將干擾排斥在接收通道以外來達(dá)到抗干擾的目的。因此，這兩者都具有很強的抗干擾的能力，也各有自己的特點，也存在自身的不足。
回答者：
qq97166218
回答時間：2009-11-16 19:52
16
23
擴頻通信的幾種工作方式
按照擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可以分為：
直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，簡稱直擴(DS)方式
所謂直接序列(DS-Direct Scquency)擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴頻碼序列去進(jìn)行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直接序列擴頻的原理如圖4－1所示。
圖4－1
例如我們用窄脈沖序列對某一載波進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。如果采用平衡調(diào)制器，則調(diào)制后的輸出為二相相移鍵控信號，它相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。圖中輸 入載波信號的頻率為fc，窄脈沖序列的頻譜函數(shù)為G(C)，它具有很寬的頻帶。平衡調(diào)制器的輸出則為兩倍脈沖頻譜寬度，而fc被抑制的雙邊帶的展寬了的擴 頻信號，其頻譜函數(shù)為fc ＋ G(C)。
在接收端應(yīng)用相同的平衡調(diào)制器作為解擴器�？蓪㈩l譜為fc＋G(C) 的擴頻信號，用相同的碼序列進(jìn)行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號fc。
跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式
另外一種擴展信號頻譜的方式稱為跳頻(FH－Frequency Hopping)。所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。
簡單的頻移鍵控如2FSK，只有兩個頻率，分別代表傳號和空號。而跳頻系統(tǒng)則有幾個、幾十個、甚至上干個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。
圖4－2(a)為跳頻的原理示意圖。發(fā)端信息碼序列與擴頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。
從 圖4－2(b)中可以看出在頻域上輸出頻譜在一寬頻帶內(nèi)所選擇的某些頻率隨機地跳變。在收端，為了解跳跳頻信號，需要有與發(fā)端完全相同的本地擴頻碼發(fā)生去 控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收信號差頻出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。
圖4－2 (a) , (b)
總之，跳頻系統(tǒng)占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。
跳變時間(Time Hopping)工作方式，簡稱跳時(TH)方式
與跳頻相似，跳時(TH－Time Hopping)是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進(jìn)行控制�？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時片的時移鍵控。
由于采用了窄得很多的時片去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。圖4－3是跳時系統(tǒng)的原理方框圖。在發(fā)端，輸入的數(shù)據(jù)先存儲起來，由擴頻碼發(fā)生器的 擴頻碼序列去控制通－斷開關(guān)，經(jīng)二相或四相調(diào)制后再經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射。在收端，由射頻接收機輸出的中頻信號經(jīng)本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列控制通－斷 開關(guān)，再經(jīng)二相或四相解調(diào)器，送到數(shù)據(jù)存儲器和再定時后輸出數(shù)據(jù)。只要收發(fā)兩端在時間上嚴(yán)格同步進(jìn)行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。
圖4－3 (a), (b)
跳時也可以看成是一種時分系統(tǒng)，所不的地方在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。
由于簡單的跳時抗于攏性不強，很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。
寬帶線性調(diào)頻(Chirp Modulation)工作方式，簡稱Chirp方式
如果發(fā)射的射頻脈沖信號在一個周期內(nèi)，其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。
因為其頻率在較寬的領(lǐng)帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了。這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達(dá)中，但在通信中也有應(yīng)用。圖4－4是線性調(diào)頻的示意圖。
圖4－4
發(fā)端有一鋸齒波去調(diào)制壓控振蕩器，從而產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖。它和掃頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號一樣。
在收端，線性調(diào)頻脈沖由匹配濾波器對其進(jìn)行壓縮，把能量集中在一個很短的時間內(nèi)輸出，從而提高了信噪比，獲得了處理增益。匹配濾波器可采用色散延遲線，它是 一個存儲和累加器件。其作用機理是對不同頻率的延遲時間不一樣。如果使脈沖前后兩端的頻率經(jīng)不同的延遲后一同輸出，則匹配濾波器起到了脈沖壓縮和能量集中 的作用。匹配濾波器輸出信噪比的改善是脈沖寬度與調(diào)頻頻偏乘積的函數(shù)。一般，線性調(diào)頻在通信中很少應(yīng)用。
各種混合方式
在上述幾種基本的擴頻方式的基礎(chǔ)上，可以組合起來，構(gòu)成各種混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。
一般說來，采用混合方式看起來在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實現(xiàn)起來也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。例如DS／FH系統(tǒng)，就是一種中心頻率在某一領(lǐng)帶內(nèi)跳變的直接序列擴頻系統(tǒng)。其信號的頻譜如圖4－5所示。
圖4－5
由圖可見，一個DS擴頻信號在一個更寬的頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行跳變。DS/FH系統(tǒng)的處理增益為DS和FH處理增益之和。因此，有時采用DS/FH反而比單獨采用 DS或FH獲得更寬的頻譜擴展和更大的處理增益。甚至有時相對來說，其技術(shù)復(fù)雜性比單獨用DS來展寬頻譜或用FH在更寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)頻率的跳變還要容易 些。
對于DS／TH方式，它相當(dāng)于在擴頻方式中加上時間復(fù)用。采用這種方式可以容納更多的用戶。在實現(xiàn)上，DS本身已有嚴(yán)格的收發(fā)兩端擴頻碼的同步。加上跳時，只不過增加了一個通－斷開關(guān)，并不增加太多技術(shù)上的復(fù)雜性。
對于DS／FH／TH，它把三種擴頻方式組合在一起，在技術(shù)實現(xiàn)上肯定是很復(fù)雜的。但是對于一個有多種功能要求的系統(tǒng)，DS、FH、TH可分別實現(xiàn)各自獨特的功能。
因此，對于需要同時解決諸如抗干擾、多址組網(wǎng)、定時定位、抗多徑和遠(yuǎn)－近問題時，就不得不同時采用多種擴頻方式。
按照擴展頻譜的方式不同，現(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可以分為：
直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，簡稱直擴(DS)方式
所謂直接序列(DS-Direct Scquency)擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端去擴展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴頻碼序列去進(jìn)行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直接序列擴頻的原理如圖4－1所示。
圖4－1
例如我們用窄脈沖序列對某一載波進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。如果采用平衡調(diào)制器，則調(diào)制后的輸出為二相相移鍵控信號，它相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。圖中輸 入載波信號的頻率為fc，窄脈沖序列的頻譜函數(shù)為G(C)，它具有很寬的頻帶。平衡調(diào)制器的輸出則為兩倍脈沖頻譜寬度，而fc被抑制的雙邊帶的展寬了的擴 頻信號，其頻譜函數(shù)為fc ＋ G(C)。
在接收端應(yīng)用相同的平衡調(diào)制器作為解擴器�？蓪㈩l譜為fc＋G(C) 的擴頻信號，用相同的碼序列進(jìn)行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號fc。
跳變頻率(Frequency Hopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式
另外一種擴展信號頻譜的方式稱為跳頻(FH－Frequency Hopping)。所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。
簡單的頻移鍵控如2FSK，只有兩個頻率，分別代表傳號和空號。而跳頻系統(tǒng)則有幾個、幾十個、甚至上干個頻率、由所傳信息與擴頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。
圖4－2(a)為跳頻的原理示意圖。發(fā)端信息碼序列與擴頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。
從 圖4－2(b)中可以看出在頻域上輸出頻譜在一寬頻帶內(nèi)所選擇的某些頻率隨機地跳變。在收端，為了解跳跳頻信號，需要有與發(fā)端完全相同的本地擴頻碼發(fā)生去 控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收信號差頻出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。
圖4－2 (a) , (b)
總之，跳頻系統(tǒng)占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。
跳變時間(Time Hopping)工作方式，簡稱跳時(TH)方式
與跳頻相似，跳時(TH－Time Hopping)是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進(jìn)行控制�？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時片的時移鍵控。
由于采用了窄得很多的時片去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。圖4－3是跳時系統(tǒng)的原理方框圖。在發(fā)端，輸入的數(shù)據(jù)先存儲起來，由擴頻碼發(fā)生器的 擴頻碼序列去控制通－斷開關(guān)，經(jīng)二相或四相調(diào)制后再經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射。在收端，由射頻接收機輸出的中頻信號經(jīng)本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻碼序列控制通－斷 開關(guān)，再經(jīng)二相或四相解調(diào)器，送到數(shù)據(jù)存儲器和再定時后輸出數(shù)據(jù)。只要收發(fā)兩端在時間上嚴(yán)格同步進(jìn)行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。
圖4－3 (a), (b)
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由于簡單的跳時抗于攏性不強，很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。
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各種混合方式
在上述幾種基本的擴頻方式的基礎(chǔ)上，可以組合起來，構(gòu)成各種混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。
一般說來，采用混合方式看起來在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實現(xiàn)起來也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。例如DS／FH系統(tǒng)，就是一種中心頻率在某一領(lǐng)帶內(nèi)跳變的直接序列擴頻系統(tǒng)。其信號的頻譜如圖4－5所示。
圖4－5
由圖可見，一個DS擴頻信號在一個更寬的頻帶范圍內(nèi)進(jìn)行跳變。DS/FH系統(tǒng)的處理增益為DS和FH處理增益之和。因此，有時采用DS/FH反而比單獨采用 DS或FH獲得更寬的頻譜擴展和更大的處理增益。甚至有時相對來說，其技術(shù)復(fù)雜性比單獨用DS來展寬頻譜或用FH在更寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)頻率的跳變還要容易 些。
對于DS／TH方式，它相當(dāng)于在擴頻方式中加上時間復(fù)用。采用這種方式可以容納更多的用戶。在實現(xiàn)上，DS本身已有嚴(yán)格的收發(fā)兩端擴頻碼的同步。加上跳時，只不過增加了一個通－斷開關(guān)，并不增加太多技術(shù)上的復(fù)雜性。
對于DS／FH／TH，它把三種擴頻方式組合在一起，在技術(shù)實現(xiàn)上肯定是很復(fù)雜的。但是對于一個有多種功能要求的系統(tǒng)，DS、FH、TH可分別實現(xiàn)各自獨特的功能。
因此，對于需要同時解決諸如抗干擾、多址組網(wǎng)、定時定位、抗多徑和遠(yuǎn)－近問題時，就不得不同時采用多種擴頻方式。
回答者：
robert2006
回答時間：2009-11-16 21:53
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