CN1581713A - 一种提高扩频增益的ds/ss扩频通信技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，包括扩频通信发射机和接收机，发射机首先将信息数据经串/并变换器变换成N路并行数据，然后将每一路分别扩频后合并为一路作为调制器输入进行相应的调制，然后将已调制信号发射出去；接收机首先将扩频发射机发来的射频信号进行下变频为中频信号，并将其送入匹配滤波器，由伪随机序列发生器分别控制多路信息对应的扩拼和地址码输出，完成相应的控制与多路解扩，然后经并/串变换，将并行信息恢复为串行的原始数据信息。由于变换后的信息序列分别采用正交扩频的方式进行扩频出来。则每路扩频信号中的比特速率相应降低N倍，那么，在占用信道带宽不变的情况下，每路的扩频增益相应的提高N倍。

Description

一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术

技术领域

本发明涉及一种扩频通信技术，尤其是一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术。

背景技术

扩频技术是近几年来发展很快的一种技术，不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗漏到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等等。扩频通信是一种通过提高传输频带带宽达到提高信道容量，抗干扰的目的。扩频通讯主要有直接序列扩频(DSSS)，跳频扩频(FHSS)，及时间跳变扩频(THSS)和综合扩频等方式。直序扩展频谱技术是目前应用较广的一种扩频方式。直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。对干扰信号而言由于与伪随机码不相关，在接收端被扩展，使落入信号通频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关器的输出信/干比，达到了抗干扰的目的。扩频通信比较其它诸如数字调频通信，数字调相通信等系统而言，所占用的带宽要宽的多。目的是为了提高扩频增益，达到更有隐蔽性，更强的抗干扰能力。对于BPSK调制，设扩频后的射频带宽为W，其比特速率为R_b，则扩频增益 $G=\frac{w}{R_b}----(1-1)$

现有的技术中，不管是DSSS还是FHSS，THSS，一旦信息的比特率R_b给定，信道所允许使用的带宽给定，则扩频增益G便成为由(1-1)中所界限定的常数。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术。

本发明的技术方案是：一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，包括扩频通信发射机和接收机，扩频通信发射机由数据信息源、串/并变换器、N路扩频码发生器、调制器和发射天线组成；接收机由接收天线、滤波器、变频器、匹配滤波器、序列发生器、多路解扩频控制器和并串变换器组成；发射机首先将信息数据经串/并变换器变换成N路并行数据，然后将每一路分别扩频后合并为一路作为调制器输入进行相应的调制，然后将已调制信号发射出去；接收机首先将扩频发射机发来的射频信号进行下变频为中频信号，并将其送入匹配滤波器，当匹配滤波器输出最大值时，便可知其发射机发来的某一PN序列的相位，其余按此方法便也可推知其相位，由伪随机序列发生器分别控制多路信息对应的扩拼和地址码输出，完成相应的控制与多路解扩，然后经并/串变换，将并行信息恢复为串行的原始数据信息。

串/并变换器由串/并变换电路构成，其输出的N路数据每一路由一个与其他N-1路扩频码相互正交的扩频码进行扩频，每一路的扩频码可以由一个m序列构成或者由其他的正交码构成。

在发射机方面采用一个本地载波完成对多路扩频叠加信号的调制。

在接收机方面的采用一个或者多个匹配滤波器，首先实施对一特定扩频码的解扩，其余N-1路据此直接按规定的相位输出各扩频码相位，实施对N-1路的解扩。

扩频信息发射机的发射天线是一个天线完成对所有N路扩频信号的发射。

本发明具有以下特点：

1、由于变换后的信息序列分别采用正交扩频的方式进行扩频出来。则每路扩频信号中的比特速率相应降低N倍，那么，在占用信道带宽不变的情况下，每路的扩频增益相应的提高N倍。

2、强的抗干扰能力  由于将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频用的伪随机码不相关，则被扩展到一很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器的输出信号/干扰比，因此具有很强的抗干扰能力。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽，抗干扰的能力越强。

3、进行多址通信  扩展频谱通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频多址(SSMA-Spread Specrum Multiple Access)，实际上是码分多址(CDMA)的一种，用不同的扩频码组成不同的网。虽然扩展频谱系统占用了很宽的频带，但由于各网在同时刻共同一频段，其频段利用率甚至比单路单载波系统还要高。CDMA是未来全球各人通信的一种主要的多址通信方式。

4、全保密  由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去，其功率密度随频谱的展宽而降低，甚至可以将通信信号淹没在噪声中。因此，其保密性很强，要载获或窃听、侦察这样的信号是非常困难的，除非采用与发送端所用的扩频码且与这同步后，进行相关的检测，否则对扩频信号是无能为力的。由于扩频信号功率谱密度很低，在许多国家如美、日、欧等国家对专用频段，如1SM频段，只要功率谱密度满足一定的要求就可以不经批准使用该频段。

5、多径干扰  在移动通信、室内通信等通信环境下，多径干扰是非常严重的，系统必须具有很强的抗干扰的能力，才能保证通信的畅通。扩展频谱技术具有很强的抗多径能力，它是利用扩频所用的扩频码的相关特性来达到抗多径干扰，甚至可以利用多径能量来提高系统的性能。

附图说明

图1为现有技术发射机框图，

图2为现有技术接收机框图，

图3为本发明发射机的工作原理，

图4为本发明接收机的工作原理，

图5为本发明一个具体实施例发射机的框图，

图6为本发明一个具体实施例接收机的框图。

具体实施方式

现有扩频技术：现有的扩频技术的原理及其实用设备主要由以下原理框图组成，图1为一现有技术的DSSS(direct sequency Spread Spectrum)直接序列扩频发射机的框图：数据源101首先把数据送入模2加法器102与本地单一扩频扩频序列产生器105模2加，完成基带信号的扩频。模2加法器将扩频后的信号输入调制器103，把基带扩频信号经载波产生器106调制到发射载频上，调制器103将已调信号送入发射机104进行功率放大后，经天线将已调信号经天线发射出去。

图2是一个现有技术的DS/SS接收机框图：

接收机天线将接收到的扩频信号首先经混频器201变频，混频器201输出一个中频扩频信号，经中频放大电路202放大后，送入捕获跟踪电路203，捕获电路首先完成捕获，完成捕获的时刻，由相位输出控制器204输出一个按要求相位的扩频序列，并经扩频序列产生电路205去与中频扩频信号进行解扩处理。跟踪电路是为了完成接收机产生的扩频序列与发射机发射的扩频序列的同步。只要接收发的扩频序列保持同步，则可保证接收机正常的解扩和正确的信息恢复。

本发明是一种改变R_b的技术，旨在通过改变R_b使扩频增益达到进一步的提高。

假设，R_b’＝R_b/n，则 $G^{,}=\frac{W}{R_b/n}=\mathrm{nG}----(1-2)$

本发明依据如下：(以DSSS为例说明)

假设数据序列为

{a₀，a₁，，，a_k-1，a_k，a_k+1，，，a_2k-1，a_2k，，，a_3k-1，a_3k，，，a_4k-1，，，a_Nk-1}  (1-2)

则发送的扩频信号为

$\underset{i=0}{\overset{\mathrm{Nk}-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left[\underset{j=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{PN}}_{i,j}\right)\right]=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{Nk}-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i*\left(\underset{j=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PN}}_{i,j}\right)----(1-3)$

其中，设a_i的码元宽度为T_b，PN_i，j由L个码片(chip)构成，每个码片的时间宽度为T_c，且有T_b＝LT_c。

本发明采用把{a_i}变成N个数据组，然后把相应的不同码组采用不同的扩频码对其扩频，每个扩频码相互正交。

其变换规则如下：

对应(1-4)有：

通过上面的变化后，原来{a_i}_i＝_0toN(k-1)变成了N个 $\{a_{j,r}{\}}_{r=0\mathrm{tok}-1}^{j=0\mathrm{toN}-1}$ 的序列，此变换称串/并数据变换。

本发明是将变换后的信息序列分别采用正交扩频的方式进行扩频出来。则每路扩频信号中的比特速率相应降低N倍，那么，在占用信道带宽不变的情况下，每路的扩频增益相应的提高N倍。另外，(1-3)式已确定的扩频式中，设PN_i，j为对应a_i中含一个扩频序列周期。则对应的(1-4)中不同的A_i，i＝1toN分别采用相互正交的扩频码

则发方采用的原理可依据下式：

$\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_m\left({\mathrm{PN}}_m\right)=\underset{m=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{d=r,m}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{r,m}\left(\underset{q=0,d}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{b}_q\right)\right]$

对应的发射机如图3：

数据信息源301的数据经过把一路串行数据变换为N路并行数据的串/并变换电路302；经过N路扩频码发生器303扩频后，经∑路304进行汇总叠加后，合并为一路总体信号，统一由调制器305进行载频调制后，送入发射机306进行工放后，以一定的功率送入射频信道。

如图4，接收机首先经滤波器401将扩频发射机发来的射频信号经变频器402进行下变频为中频信号，并将其送入匹配滤波器403，当匹配滤波器403输出最大值时，便可知其发射机发来的某一PN序列的相位，其余按此方法便也可推知其相位，由伪随机序列发生器相位和地址输出控制器404分别控制多路信息对应的扩拼和地址码输出，由多路解扩控制器405完成相应的控制与多路解扩，经并/串变换器406，将并行信息恢复为串行的原始信号。

下面是一个实施例框图：

发射机如图5，数据源501经1/10路串并变换器502将串并数据转换为10路并行数据，由N路正交扩频码产生器503产生相互正交的10路地址码；此处采用一个m序列发生器和一个沃尔什函数发生器，该沃尔什函数发生器产生10个相互正交的波尔什函数，每个沃尔什函数与一个m序列的按一定相位差输出的不同序列相乘得到10个扩频码地址信号。以此，去分别扩频10路并行的数据信号。统一由调制器504进行载频调制后，送入发射机505进行工放后，以一定的功率送入射频信道。

接收机如图6，接收天线601接收发射机发射来的扩频信号，首先经下变频网络602进行下变频，变为下变频后的扩频信号，由接收机的一路捕获电路603对其中的一个特定地址进行捕获与捕获后的跟踪，一旦该特定地址扩频序列被捕获，通过N路扩频码控制器604，一方面因其他各N-1路与该地址具有约定的相差，又因其他信号与该路信号同频，则对其他N-1路，按约定相位，送入乘法器，乘法器输出送入相关运算积分器，抽样判决器完成信息恢复，通过N路扩频码发生器604即可输出相应的解扩地址并通过N-1路解扩网络605，完成N-1路的解扩。另一方面跟踪电路完成对第一路扩频信号的跟踪，以保证N路解扩电路一直正常的解扩。由此，N路信息通过N路信息恢复网络606得到解扩恢复，再经N/1路并/串变转换电路607恢复为原来的一路信号。

Claims (5)

1、一种提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，包括扩频通信发射机和接收机，其特征是：扩频通信发射机由数据信息源、串/并变换器、N路扩频码发生器、调制器和发射天线组成；接收机由接收天线、滤波器、变频器、匹配滤波器、序列发生器、多路解扩频控制器和并串变换器组成；发射机首先将信息数据经串/并变换器变换成N路并行数据，然后将每一路分别扩频后合并为一路作为调制器输入进行相应的调制，然后将已调制信号发射出去；接收机首先将扩频发射机发来的射频信号进行下变频为中频信号，并将其送入匹配滤波器，当匹配滤波器输出最大值时，便可知其发射机发来的某一PN序列的相位，其余按此方法便也可推知其相位，由伪随机序列发生器分别控制多路信息对应的扩拼和地址码输出，完成相应的控制与多路解扩，然后经并/串变换，将并行信息恢复为串行的原始数据信息。

2、根据权利要求1所述的提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，其特征是：串/并变换器由串/并变换电路构成，其输出的N路数据每一路由一个与其他N-1路扩频码相互正交的扩频码进行扩频，每一路的扩频码可以由一个m序列构成或者由其他的正交码构成。

3、根据权利要求1所述的提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，其特征是：在发射机方面采用一个本地载波完成对多路扩频叠加信号的调制。

4、根据权利要求1所述的提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，其特征是：在接收机方面的采用一个或者多个匹配滤波器，首先实施对一特定扩频码的解扩，其余N-1路据此直接按规定的相位输出各扩频码相位，实施对N-1路的解扩。

5、根据权利要求1所述的提高扩频增益的DS/SS扩频通信技术，其特征是：扩频信息发射机的发射天线是一个天线完成对所有N路扩频信号的发射。

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