一種提高擴頻增益的ds/ss擴頻通信技術的製作方法

2023-06-14 11:28:51 1

專利名稱：一種提高擴頻增益的ds/ss擴頻通信技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種擴頻通信技術，尤其是一種提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術。
背景技術：
擴頻技術是近幾年來發展很快的一種技術，不僅在軍事通信中發揮出了不可取代的優勢，而且廣泛地滲漏到了通信的各個方面，如衛星通信、移動通信、微波通信、無線定位系統、無線區域網、全球個人通信等等。擴頻通信是一種通過提高傳輸頻帶帶寬達到提高信道容量，抗幹擾的目的。擴頻通訊主要有直接序列擴頻(DSSS)，跳頻擴頻(FHSS)，及時間跳變擴頻(THSS)和綜合擴頻等方式。直序擴展頻譜技術是目前應用較廣的一種擴頻方式。直接序列擴頻系統是將要發送的信息用偽隨機碼(PN碼)擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出發送的信息。對幹擾信號而言由於與偽隨機碼不相關，在接收端被擴展，使落入信號通頻帶內的幹擾信號功率大大降低，從而提高了相關器的輸出信/幹比，達到了抗幹擾的目的。擴頻通信比較其它諸如數字調頻通信，數字調相通信等系統而言，所佔用的帶寬要寬的多。目的是為了提高擴頻增益，達到更有隱蔽性，更強的抗幹擾能力。對於BPSK調製，設擴頻後的射頻帶寬為W，其比特速率為Rb，則擴頻增益G=wRb----(1-1)]]>現有的技術中，不管是DSSS還是FHSS，THSS，一旦信息的比特率Rb給定，信道所允許使用的帶寬給定，則擴頻增益G便成為由(1-1)中所界限定的常數。

發明內容
本發明的目的是提供一種提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術。
本發明的技術方案是一種提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，包括擴頻通信發射機和接收機，擴頻通信發射機由數據信息源、串/並變換器、N路擴頻碼發生器、調製器和發射天線組成；接收機由接收天線、濾波器、變頻器、匹配濾波器、序列發生器、多路解擴頻控制器和並串變換器組成；發射機首先將信息數據經串/並變換器變換成N路並行數據，然後將每一路分別擴頻後合併為一路作為調製器輸入進行相應的調製，然後將已調製信號發射出去；接收機首先將擴頻發射機發來的射頻信號進行下變頻為中頻信號，並將其送入匹配濾波器，當匹配濾波器輸出最大值時，便可知其發射機發來的某一PN序列的相位，其餘按此方法便也可推知其相位，由偽隨機序列發生器分別控制多路信息對應的擴拼和地址碼輸出，完成相應的控制與多路解擴，然後經並/串變換，將並行信息恢復為串行的原始數據信息。
串/並變換器由串/並變換電路構成，其輸出的N路數據每一路由一個與其他N-1路擴頻碼相互正交的擴頻碼進行擴頻，每一路的擴頻碼可以由一個m序列構成或者由其他的正交碼構成。
在發射機方面採用一個本地載波完成對多路擴頻疊加信號的調製。
在接收機方面的採用一個或者多個匹配濾波器，首先實施對一特定擴頻碼的解擴，其餘N-1路據此直接按規定的相位輸出各擴頻碼相位，實施對N-1路的解擴。
擴頻信息發射機的發射天線是一個天線完成對所有N路擴頻信號的發射。
本發明具有以下特點1、由於變換後的信息序列分別採用正交擴頻的方式進行擴頻出來。則每路擴頻信號中的比特速率相應降低N倍，那麼，在佔用信道帶寬不變的情況下，每路的擴頻增益相應的提高N倍。
2、強的抗幹擾能力 由於將信號擴展到很寬的頻帶上，在接收端對擴頻信號進行相關處理即帶寬壓縮，恢復成窄帶信號。對幹擾信號而言，由於與擴頻用的偽隨機碼不相關，則被擴展到一很寬的頻帶上，使之進入信號通頻帶內的幹擾功率大大降低，相應的增加了相關器的輸出信號/幹擾比，因此具有很強的抗幹擾能力。其抗幹擾能力與其頻帶的擴展倍數成正比，頻譜擴展得越寬，抗幹擾的能力越強。
3、進行多址通信 擴展頻譜通信本身就是一種多址通信方式，稱為擴頻多址(SSMA-Spread Specrum Multiple Access)，實際上是碼分多址(CDMA)的一種，用不同的擴頻碼組成不同的網。雖然擴展頻譜系統佔用了很寬的頻帶，但由於各網在同時刻共同一頻段，其頻段利用率甚至比單路單載波系統還要高。CDMA是未來全球各人通信的一種主要的多址通信方式。
4、全保密 由於擴頻系統將傳送的信息擴展到很寬的頻帶上去，其功率密度隨頻譜的展寬而降低，甚至可以將通信信號淹沒在噪聲中。因此，其保密性很強，要載獲或竊聽、偵察這樣的信號是非常困難的，除非採用與發送端所用的擴頻碼且與這同步後，進行相關的檢測，否則對擴頻信號是無能為力的。由於擴頻信號功率譜密度很低，在許多國家如美、日、歐等國家對專用頻段，如1SM頻段，只要功率譜密度滿足一定的要求就可以不經批准使用該頻段。
5、多徑幹擾 在移動通信、室內通信等通信環境下，多徑幹擾是非常嚴重的，系統必須具有很強的抗幹擾的能力，才能保證通信的暢通。擴展頻譜技術具有很強的抗多徑能力，它是利用擴頻所用的擴頻碼的相關特性來達到抗多徑幹擾，甚至可以利用多徑能量來提高系統的性能。


圖1為現有技術發射機框圖，圖2為現有技術接收機框圖，圖3為本發明發射機的工作原理，圖4為本發明接收機的工作原理，圖5為本發明一個具體實施例發射機的框圖，圖6為本發明一個具體實施例接收機的框圖。
具體實施例方式
現有擴頻技術現有的擴頻技術的原理及其實用設備主要由以下原理框圖組成，圖1為一現有技術的DSSS(direct sequency Spread Spectrum)直接序列擴頻發射機的框圖數據源101首先把數據送入模2加法器102與本地單一擴頻擴頻序列產生器105模2加，完成基帶信號的擴頻。模2加法器將擴頻後的信號輸入調製器103，把基帶擴頻信號經載波產生器106調製到發射載頻上，調製器103將已調信號送入發射機104進行功率放大後，經天線將已調信號經天線發射出去。
圖2是一個現有技術的DS/SS接收機框圖接收機天線將接收到的擴頻信號首先經混頻器201變頻，混頻器201輸出一個中頻擴頻信號，經中頻放大電路202放大後，送入捕獲跟蹤電路203，捕獲電路首先完成捕獲，完成捕獲的時刻，由相位輸出控制器204輸出一個按要求相位的擴頻序列，並經擴頻序列產生電路205去與中頻擴頻信號進行解擴處理。跟蹤電路是為了完成接收機產生的擴頻序列與發射機發射的擴頻序列的同步。只要接收發的擴頻序列保持同步，則可保證接收機正常的解擴和正確的信息恢復。
本發明是一種改變Rb的技術，旨在通過改變Rb使擴頻增益達到進一步的提高。
假設，Rb』＝Rb/n，則G,=WRb/n=nG----(1-2)]]>本發明依據如下(以DSSS為例說明)假設數據序列為{a0，a1，，，ak-1，ak，ak+1，，，a2k-1，a2k，，，a3k-1，a3k，，，a4k-1，，，aNk-1} (1-2)則發送的擴頻信號為i=0Nk-1ai[j=0L-1(PNi,j)]=i=0Nk-1ai*(j=0L-1PNi,j)----(1-3)]]>其中，設ai的碼元寬度為Tb，PNi，j由L個碼片(chip)構成，每個碼片的時間寬度為Tc，且有Tb＝LTc。
本發明採用把{ai}變成N個數據組，然後把相應的不同碼組採用不同的擴頻碼對其擴頻，每個擴頻碼相互正交。
其變換規則如下 對應(1-4)有
通過上面的變化後，原來{ai}i＝0toN(k-1)變成了N個{aj,r}r=0tok-1j=0toN-1]]>的序列，此變換稱串/並數據變換。
本發明是將變換後的信息序列分別採用正交擴頻的方式進行擴頻出來。則每路擴頻信號中的比特速率相應降低N倍，那麼，在佔用信道帶寬不變的情況下，每路的擴頻增益相應的提高N倍。另外，(1-3)式已確定的擴頻式中，設PNi，j為對應ai中含一個擴頻序列周期。則對應的(1-4)中不同的Ai，i＝1toN分別採用相互正交的擴頻碼則發方採用的原理可依據下式m=1NAm(PNm)=m=1N[d=r,mk-1ar,m(q=0,dL-1bq)]]]>對應的發射機如圖3數據信息源301的數據經過把一路串行數據變換為N路並行數據的串/並變換電路302；經過N路擴頻碼發生器303擴頻後，經∑路304進行匯總疊加後，合併為一路總體信號，統一由調製器305進行載頻調製後，送入發射機306進行工放後，以一定的功率送入射頻信道。
如圖4，接收機首先經濾波器401將擴頻發射機發來的射頻信號經變頻器402進行下變頻為中頻信號，並將其送入匹配濾波器403，當匹配濾波器403輸出最大值時，便可知其發射機發來的某一PN序列的相位，其餘按此方法便也可推知其相位，由偽隨機序列發生器相位和地址輸出控制器404分別控制多路信息對應的擴拼和地址碼輸出，由多路解擴控制器405完成相應的控制與多路解擴，經並/串變換器406，將並行信息恢復為串行的原始信號。
下面是一個實施例框圖發射機如圖5，數據源501經1/10路串並變換器502將串並數據轉換為10路並行數據，由N路正交擴頻碼產生器503產生相互正交的10路地址碼；此處採用一個m序列發生器和一個沃爾什函數發生器，該沃爾什函數發生器產生10個相互正交的波爾什函數，每個沃爾什函數與一個m序列的按一定相位差輸出的不同序列相乘得到10個擴頻碼地址信號。以此，去分別擴頻10路並行的數據信號。統一由調製器504進行載頻調製後，送入發射機505進行工放後，以一定的功率送入射頻信道。
接收機如圖6，接收天線601接收發射機發射來的擴頻信號，首先經下變頻網絡602進行下變頻，變為下變頻後的擴頻信號，由接收機的一路捕獲電路603對其中的一個特定地址進行捕獲與捕獲後的跟蹤，一旦該特定地址擴頻序列被捕獲，通過N路擴頻碼控制器604，一方面因其他各N-1路與該地址具有約定的相差，又因其他信號與該路信號同頻，則對其他N-1路，按約定相位，送入乘法器，乘法器輸出送入相關運算積分器，抽樣判決器完成信息恢復，通過N路擴頻碼發生器604即可輸出相應的解擴地址並通過N-1路解擴網絡605，完成N-1路的解擴。另一方面跟蹤電路完成對第一路擴頻信號的跟蹤，以保證N路解擴電路一直正常的解擴。由此，N路信息通過N路信息恢復網絡606得到解擴恢復，再經N/1路並/串變轉換電路607恢復為原來的一路信號。
權利要求
1.一種提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，包括擴頻通信發射機和接收機，其特徵是擴頻通信發射機由數據信息源、串/並變換器、N路擴頻碼發生器、調製器和發射天線組成；接收機由接收天線、濾波器、變頻器、匹配濾波器、序列發生器、多路解擴頻控制器和並串變換器組成；發射機首先將信息數據經串/並變換器變換成N路並行數據，然後將每一路分別擴頻後合併為一路作為調製器輸入進行相應的調製，然後將已調製信號發射出去；接收機首先將擴頻發射機發來的射頻信號進行下變頻為中頻信號，並將其送入匹配濾波器，當匹配濾波器輸出最大值時，便可知其發射機發來的某一PN序列的相位，其餘按此方法便也可推知其相位，由偽隨機序列發生器分別控制多路信息對應的擴拼和地址碼輸出，完成相應的控制與多路解擴，然後經並/串變換，將並行信息恢復為串行的原始數據信息。
2.根據權利要求1所述的提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，其特徵是串/並變換器由串/並變換電路構成，其輸出的N路數據每一路由一個與其他N-1路擴頻碼相互正交的擴頻碼進行擴頻，每一路的擴頻碼可以由一個m序列構成或者由其他的正交碼構成。
3.根據權利要求1所述的提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，其特徵是在發射機方面採用一個本地載波完成對多路擴頻疊加信號的調製。
4.根據權利要求1所述的提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，其特徵是在接收機方面的採用一個或者多個匹配濾波器，首先實施對一特定擴頻碼的解擴，其餘N-1路據此直接按規定的相位輸出各擴頻碼相位，實施對N-1路的解擴。
5.根據權利要求1所述的提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，其特徵是擴頻信息發射機的發射天線是一個天線完成對所有N路擴頻信號的發射。
全文摘要
本發明公開了一種提高擴頻增益的DS/SS擴頻通信技術，包括擴頻通信發射機和接收機，發射機首先將信息數據經串/並變換器變換成N路並行數據，然後將每一路分別擴頻後合併為一路作為調製器輸入進行相應的調製，然後將已調製信號發射出去；接收機首先將擴頻發射機發來的射頻信號進行下變頻為中頻信號，並將其送入匹配濾波器，由偽隨機序列發生器分別控制多路信息對應的擴拼和地址碼輸出，完成相應的控制與多路解擴，然後經並/串變換，將並行信息恢復為串行的原始數據信息。由於變換後的信息序列分別採用正交擴頻的方式進行擴頻出來。則每路擴頻信號中的比特速率相應降低N倍，那麼，在佔用信道帶寬不變的情況下，每路的擴頻增益相應的提高N倍。
文檔編號H04B1/02GK1581713SQ0312628
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月4日 優先權日2003年8月4日
發明者周常柱 申請人:周常柱