下面是对其一些基本概念的更加深入的阐述。
2.1.1 扩频的理论基础
香农在信息论中给出信道容量和信噪比的互换公式: (2-1)
式中, 为信道容量(b/s); 为信号频带宽度(Hz); 为信号平均功率(W); 为噪声平均功率(W)。
公式揭示了信道容量、信号带宽和系统信噪比这三者之间的关系。若系统的信噪比降低,则可以增加信号的频带宽度 ,确保系统能用接近于 的传输速率来传送信息,且保证任意小的错误概率[1]。此外,当给定系统信噪比时,可以通过增加信号的传输带宽,来降低信息传输错误概率[1]。从而,与常规通信系统相比,扩频通信系统具有更强的抗噪声抗干扰的能力。
图2-1给出扩频通信系统的工作原理:
图2-1 扩频通信的工作原理
在扩频系统发端,首先对待传输信息进行信息调制,再利用扩频发生器产生的扩频码序列对信息调制后的信号进行扩频调制,使其频谱扩展。然后扩频调制后的信号经射频调制,调制到射频段,最后送至天线发射出去。
在扩频系统接收端,从接收天线上收到的宽带射频信号,经过输入电路、高频放大器后送入变频器,下变频至中频,然后由本地产生的与发端完全相同的扩频码序列解扩(扩频码需要调制到与中频信号相同的频带上),最后经信息解调,恢复成原始信号输出。
2.1.2 系统的主要特点
扩频通信系统具有如下优点:
(1)抗干扰能力强;
(2)可进行多址通信;
(3)安全保密;
(4)数模兼容;
(5)抗衰落;
(6)抗多径。
2.1.3 基本类型
扩频系统包括可以分为以下几种类型:
(1)直接序列DS(Direct Sequence)扩频:发端直接利用高码率的扩频码序列对信号进行频谱扩展,而收端采用与发端相同的扩频码对信号进行解扩。这是本文主要研究的系统类型,下面将有详细介绍。
(2)跳频FH(Frequency Hopping)扩频:用扩频码序列对载波频率进行频移键控调制,使载频不断跳变。
(3)跳时TH(Time Hopping)扩频:用扩频码序列对发射信号进行时移键控,使信号在时间轴上跳变。
(4)线性调频(Chirp):载波频率在发射信号的一个周期内,作线性变换。
实际上,通常会采用以上几种基本扩频方式的组合方式,如FH/DS,DS/TH,DS/FH/TH等。
2.1.4 扩频系统采用的伪随机序列
扩频系统利用扩频码序列对输入系统的信号进行频谱扩展。通常情况下,用于扩频系统的扩频码的特性应满足如下要求:自相关特性尖锐,互相关处处为零,码周期足够长,编码数量足够多,容易产生、加工、复制及控制[1]。