直序擴頻概述

發(fā)布時間:2008/8/18 0:00:00 訪問次數(shù):600

概述

　　盡管許多的文獻和書籍對這一專題進行了論述，在許多網(wǎng)頁上也能找到解釋但是仍舊有許多電子工程師問及這個問題。實際上，不用公式推導(dǎo)一些復(fù)雜的概念那些簡單的解釋是不容易被接收的。有些文章專門詳細地論述了幾個方面的技術(shù)但又忽略其他的(例如：這直接擴頻的重點在pn碼的產(chǎn)生上)。

　　接下來本文將盡可能全面的論述擴頻技術(shù)所包括的所有方面。

短暫的歷史

　　有關(guān)擴頻通信技術(shù)的觀點是在1941年由好萊塢女演員hedy lamarr 和鋼琴家george antheil提出的�；趯︳~雷控制的安全無線通信的思路，他們申請了美國專利#2.292.387。不幸的是，當時該技術(shù)并沒有引起美國軍方的重視，直到十九世紀八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)。

　　解決了短距離數(shù)據(jù)收發(fā)信機、如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)(gps)、3g移動通信系統(tǒng)、wlan (ieee802.11a, ieee802.11b, iee802.11g)和藍牙技術(shù)等應(yīng)用的關(guān)鍵問題。擴頻技術(shù)也為提高無線電頻率的利用率(無線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源)提供幫助。

擴頻技術(shù)理論證明

　　在shannon和hartley信道容量定理中可以明顯看出頻譜擴展的作用：

c = b log₂ (1+ s/n)

　　式中：c是信道容量、單位為比特每秒(bps)，它是在理論上可接受的誤碼率(ber)下所允許的最大數(shù)據(jù)速率；b是要求的信道帶寬，單位是hz；s/n是信噪比。c表示通信信道所允許的信息量，也表示了所希望得到的性能，帶寬(b)則是付出的代價，因為頻率是一種有限的資源，s/n表示周圍的環(huán)境或者物理特性(障礙物、干擾發(fā)射臺、沖突等)。

　　用于惡劣環(huán)境(噪聲和干擾導(dǎo)致極低的信噪比)時，從上式可以看出：需要提高信號帶寬(b)來維持或提高通信的性能,甚至于信號的功率可以低于噪聲基底。(公式中并沒有禁止這種條件！)。

修改上述公式的對數(shù)基底可得：

c/b = (1/ln2) ln(1+s/n) = 1.443 ln(1+s/n)

應(yīng)用maclaurin級數(shù)：ln(1+x) = x – x²/2 + x³/3 – x⁴/4 + ...+ (-1)^k+1x^k/k +...:

c/b = 1.443 (s/n – 1/2 (s/n)2 + 1/3 (s/n)3 - ...)

　　在擴頻技術(shù)應(yīng)用中，信噪比較低(正如以上所提到的，信號功率甚至可以低于噪聲基底)。假定較大的噪聲使信噪比遠遠小于1(s/n <<1)，則shannon表示式近似為：

c/b 1.433 s/n

可進一步簡化為：

c/b s/n

或: n/s b/c

　　在信道中對于給定的信噪比要無差錯發(fā)射信息，我們僅僅需要提高發(fā)射的帶寬。這個原理似乎簡單、明了，但是由于對基帶擴頻(擴展到一個非常大的量級)的同時還需要相應(yīng)的解擴處理，具體實現(xiàn)起來將非常復(fù)雜。

定義

　　擴頻技術(shù)在具體實施時由多種方案，但思路相同：把索引(也稱為碼或序列)加入到通信信道，插入碼的方式正好定義了所討論的擴頻技術(shù)。術(shù)語“擴頻”指將信號帶寬擴展幾個數(shù)量級，在信道中加入索引即可實現(xiàn)擴頻。

　　擴頻技術(shù)更加精確的定義是：擴頻是通過注入一個更高頻率的信號將基帶信號擴展到一個更寬的頻帶內(nèi)的射頻通信系統(tǒng)，即發(fā)射信號的能量被擴展到一個更寬的頻帶內(nèi)使其看起來如同噪聲一樣。擴展帶寬與初始信號之比稱為處理增益(db)，典型的擴頻處理增益可以從10db到60db。

　　采用擴頻技術(shù)，在天線之前發(fā)射鏈路的某處簡單的引入相應(yīng)的擴頻碼，這個過程稱為擴頻處理，結(jié)果將信息擴散到一個更寬的頻帶內(nèi)。在接收鏈路中數(shù)據(jù)恢復(fù)之前移去擴頻碼，稱為解擴。解擴是在信號的原始帶寬上重新構(gòu)建信息。顯然，在信息傳輸通路的兩端需要預(yù)先知道擴頻碼。(在一些情況下，它應(yīng)該僅僅被兩個當事人知道。)