《擴頻通信技術及應用》課件第6章

第6章典型擴頻通信系統(tǒng)舉例

6.1

CDMA2000系統(tǒng)6.2

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)6.3無線局域網中的擴頻技術6.4藍牙技術6.5時分多址混合擴頻系統(tǒng)——JTIDS6.1CDMA2000系統(tǒng)

6.1.1CDMA2000系統(tǒng)概述

全球第一個基于CDMA技術的商用標準是IS-95，

屬于第二代移動通信系統(tǒng)，后來演進到第三代移動通信系

統(tǒng)，即CDMA20001x和3x(1x和3x分別代表其載波帶寬是

IS-95A帶寬的1倍或3倍)。采用3倍帶寬時，又可分為下行直接擴頻和三載波兩種方式。6.1.2CDMA2000物理信道結構

1.前向鏈路物理信道

前向鏈路物理信道結構如圖6-1所示，可分為前向鏈路公共信道和前向鏈路專用信道兩類。圖6-1前向鏈路物理信道結構前向鏈路公共信道具有以下特點：

低時延，F(xiàn)BCH可以用于連續(xù)發(fā)送開銷消息，F(xiàn)CCCH可以支持更高的數(shù)據速率；

降低發(fā)射功率，F(xiàn)BCH通過重復發(fā)送方式可采用更小的發(fā)射功率，F(xiàn)CCCH可以工作于軟切換，并采用比尋呼信道更低的發(fā)送速率；

支持靈活的信道配置，支持多種數(shù)據速率，便于移動臺區(qū)分開銷信息和尋呼消息等；

降低終端功耗，采用P－QPCH喚醒空閑狀態(tài)的終端

在指定的F-CCCH或F-PCH時隙上接收F-CCCH或F-PCH，F(xiàn)-BCH允許終端迅速獲得開銷消息，F(xiàn)-CCCH允許終端迅速進入待機狀態(tài)。前向鏈路專用信道具有以下特點：

數(shù)據采用正交相移鍵控（QPSK，QuadraturePhaseShiftKeying）調制，對于語音和低速數(shù)據業(yè)務采用卷積碼(K=9)，對于補充信道的高速數(shù)據業(yè)務采用Turbo碼；

信道通過Walsh函數(shù)正交化，當正交碼空間受限時允許應用準正交函數(shù)；支持發(fā)送分集，包括正交發(fā)射分集方式和空時擴展分集方式；

支持快速功率控制，控制頻率為800Hz；

支持5ms、20ms、40ms和80ms幀長，用于信令、控制信號和用戶信息數(shù)據。

CDMA2000系統(tǒng)通過無線配置(RC)指定前向或反向業(yè)務信道的工作模式，每種RC定義業(yè)務信道的數(shù)據速率、擴頻速率、信道編碼(Turbo或卷積碼)、碼率、調制方式(QPSK或BPSK)和傳輸分集方式等。表6-1列出了前向鏈路業(yè)務信道采用的RC。前向鏈路業(yè)務信道共有9種RC，包括SR1和SR3，碼率為9.6kb/s~

1.0368Mb/s，支持卷積碼和Turbo碼，調制方式為二進制相移鍵控（BPSK，BinaryPhaseShiftKeying）和QPSK。

2.反向鏈路物理信道

反向鏈路物理信道結構如圖6-2所示，也可分為反向鏈路公共信道和反向鏈路專用信道兩類。圖6-2反向鏈路物理信道結構反向鏈路公共信道包括反向接入信道(R-ACH)、反向增強接入信道(R-EACH)和反向公共控制信道(R-CCCH)；反向鏈路專用信道包括反向專用控制信道(R-DCCH)、反向基本信道(R-FCH)、反向補充信道(R-SCH)、反向補充

碼分信道(R-SCCH)和反向功率控制子信道(R-PCSCH)。反向導頻信道(R-PICH)既可用于公共信道也可用于專用信道。表6-2列出了反向鏈路業(yè)務信道采用的RC。反向鏈路業(yè)務信道共有6種RC，涵蓋SR1和SR3，碼率為9.6kb/s~

1.0368Mb/s，支持卷積碼和Turbo碼，調制方式為64階正交調制和BPSK。64階正交調制方法是采用Walsh序列作為調制碼，即輸入6個編碼比特對應輸出一個64位的Walsh序列。6.1.3物理信道的擴頻調制

1.前向信道的擴頻調制

前向鏈路數(shù)據采用QPSK調制，采用Walsh函數(shù)區(qū)分不同用戶的信道，并采用復PN序列進行復擴頻調整。由于CDMA信道可以復用多個物理信道，且各信道可以采用不同的傳輸功率，因此采用復擴頻可以平衡I/Q兩路的功率，從而降低發(fā)射信號的峰均比。復擴頻輸出的I/Q兩路信號分別經過基帶濾波和射頻調制后發(fā)送。圖6-3給出了RC為3、4和5時非正交傳輸分集前向物理信道結構與擴頻調制原理。其中根據映射規(guī)則0→+1，1→－1，Walsh函數(shù)和QOFsign的取值為±1。Walshrot取值為0或1，取0時輸出信號相位不旋轉，取1時輸出信號相位旋轉90°。圖6-3非正交傳輸分集前向物理信道結構與擴頻調制原理

2.反向信道的擴頻調制

1)與O-QPSK結合的平衡四項擴頻凋制

圖6-4給山了RC為1和2時反向業(yè)務信道采用的編碼調制方法及與O-QPSK結合的平衡四項擴頻調制原理。I和Q路數(shù)據分別經過PN序列加擾后，Q路信號相對于I路信號延遲(偏移)1／2個PN碼片后，兩路信號分別經過符號映射、基帶濾波和射頻調制后發(fā)送。圖6-4RFCH和RSCCH擴頻調制(RC為1和2)

2)基于HPSK的復擴頻調制

圖6-5給出了RC為3和4時，R-PICH、R-EACH、

R-CCCH和反向業(yè)務信道采用的編碼調制方法及復擴

頻調制原理。對于復擴頻調制，輸入的復數(shù)數(shù)據信號和復擾碼相乘后，生成復碼片符號，再經過基帶濾波和射頻調制后發(fā)送。由于復擾碼的隨機性，采用傳統(tǒng)的QPSK調制時，復擴頻調制輸出的相鄰的復碼片符號可能在兩個任意的星座點之間跳變，從而導致傳輸信號峰均比的惡化。CDMA2000系統(tǒng)為避免上述問題，采用混合相移鍵控調制，亦稱為正交復四相相移鍵控(OCQPSK)，以減少相鄰復碼片符號的星座點之間轉換時出現(xiàn)的過零現(xiàn)象，同時消除星座點之間的零相位轉換，進而改善傳輸信號峰均比性能。

HPSK調制采用特殊的重復序列(函數(shù))作為擾碼，并選擇特殊的正交碼對不同的信道進行擴頻處理。HPSK使用的重復序列成為Walsh轉子，I路采用W={1，1}，Q路采用W={1，－1}。對于連續(xù)兩個相同的碼片符號采用該Walsh轉子加擾后，前者相位旋轉+45°，后者相位旋轉－45°。這樣可確保這兩個碼片符號對應的最終星座點相位相差90°，避免星座點轉換時通過零點。HPSK盡管能消除連續(xù)兩個碼片符號擴頻的星座點過零，但當有三四個連續(xù)相同的碼片符號時，第二個和第三個碼片符號擴頻后星座點仍然會出現(xiàn)過零。此外，HPSK還限制了正交擴頻碼的可使用數(shù)量。圖6-5反向信道擴頻調制(RC為3或4)6.1.4擴頻碼

1.PN碼

1)PN長碼

PN長碼速率為1.2288Mc/s，周期為242－1個碼片，等效于41天。PN長碼的特征多項式為

2)PN短碼

PN短碼速率為1.2288Mc/s，周期為215個碼片，即26.66ms。對于2s內75個PN短碼，在擴頻速率1(SR1)下，CDMA2000采用不同的PN短碼，分別對正交相移鍵控(QPSK)的同相(I)支路和正交(Q)支路進行擴頻。I支路和Q支路的PN短碼特征多項式分別為在擴頻速率3(SR3)下，CDMA2000使用的PN短碼速率為3.6864Mc/s，周期是220－1個碼片，絕對周期時間與SR1下的相同。I支路和Q支路的PN碼特征多項式相同，均為

I支路和Q支路的PN序列的差別在于其起始位置不同，I支路PN序列的起始碼片是從連續(xù)19個“0”之后的“1”開始的，而Q支路PN序列的起始位置比I支路PN序列要延遲219個碼片。

2.Walsh碼

表6-3列出了前向和反向CDMA信道采用的Walsh函數(shù)。其中，

WnN代表一個長度為N的Walsh函數(shù)，并且該函數(shù)由N×N的哈達瑪矩陣的第n行級聯(lián)構成，即哈達瑪矩陣的第0行為Walsh函數(shù)0，哈達瑪矩陣的第1行為Walsh函數(shù)1，以此類推。Walsh碼片傳輸時按從左到右的順序輸出。哈達瑪矩陣可采用下列迭代的方法生成：式中，N為2的冪次方，ＨN為HN的二進制補碼。

3.準正交函數(shù)(QOF)

采用QOF碼擴頻時，某一Walsh重復序列先乘以由符號+1和—1所組成的掩碼重復序列（其中符號{+1，—1}分別對應于QOFsign中的{0，1)），然后該生成的序列再乘以由符號1和j(j為復數(shù)，表示90°相移)所組成的重復序列，并且{1，j}分別對應使能Walsh碼(Walshrot)中的{0，1)。表6-4給出了SR1和SR3時長度為256的QOFsign和Walshrot取值。掩碼序列將依照每行從左到右、按行從上到下的順序輸出。每個十六進制符號將按從高位(MSB)到低位(LSB)的順序輸出。

6.2GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

6.2.1系統(tǒng)概述

1.空間星座部分

GPS系統(tǒng)的空間星座部分由24顆導航衛(wèi)星(Navstar)組成，其中包括3顆備用衛(wèi)星，用以必要時代替發(fā)生故障的衛(wèi)星。工作衛(wèi)星分布在6個軌道面內，每個軌道面上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面與地球赤道面的傾角為55°，軌道的平均高度約為20200km，衛(wèi)星運行周期為12h。每顆衛(wèi)星每天約有5h在地平線以上，同時位于地平線以上的衛(wèi)星至少為4顆，最多可達11顆。這樣的配置，能確保在地球上任何地點、任何時刻均至少可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，從而實現(xiàn)全球覆蓋和三維導航能力。導航衛(wèi)星有BLOCKⅠ、BLOCKⅡ、BLOCKⅢ三種，其中BLOCKⅡ型衛(wèi)星上還增設了核爆炸探測器和單通道空軍衛(wèi)星通信轉發(fā)器，使衛(wèi)星具有探測核爆炸和應急通信的能力。每個衛(wèi)星上具有完全相同和準確的時鐘，并保持有8個衛(wèi)星的準確位置信息，其時鐘與建立在地面上的主控站的時鐘準確同步。

2．地面監(jiān)控部分

GPS的地面監(jiān)控部分目前主要由分布在全球的5個地面站組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測站、主控站和信息注入站，它們的任務是跟蹤并保證衛(wèi)星質量。5個地面站均具有監(jiān)測站的功能，其中有一個主控站和三個注入站。

3．用戶設備部分

GPS用戶設備部分主要由天線、接收機、帶有軟件的數(shù)據處理設備和控制/顯示裝置以及電源等部分組成，一般習慣上統(tǒng)稱為GPS接收機。由于用戶要求不同，用戶設備又分為A、B、C、D、E、F六類，分別適用于轟炸機、直升機、一般導航、地面車輛、地面人員和潛艇艦船等。而GPS接收機根據工作原理、通道類型、信號頻率和用途等又有多種分類。

GPS接收機主機主要由變頻器、信號通道、處理單元與顯示單元等模塊組成，如圖6-6所示。其中，信號通道是核心部分，其主要作用有三：

（1）搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星；

（2）對準基準信號，將從衛(wèi)星接收到的擴頻信號進行解擴和解調，從而得到導航電文；

（3）進行偽碼測量、載波相位測量和多普勒頻移測量。圖6-6GPS接收機原理圖6.2.2GPS的碼和信號

GPS采用了兩種測距碼和一種數(shù)據碼(稱D碼)。

1．C/A碼

C/A碼是由兩個10級反饋移位寄存器組合而成的，其構成如圖6-7所示。圖6-7C/A碼構成示意圖每星期日子夜零時，在置“1”脈沖作用下，兩個移位寄存器全處于1狀態(tài)，同時在1.023MHz的時鐘驅動下，兩個移位寄存器分別產生碼長為1023位、周期為1ms的m序列G1(t)和G2(t)。G2(t)序列選擇該移位寄存器中兩存儲單元進行二進制相加，由此得到一個與G2(t)平移等價的m序列G2i。再將其與G1(t)模2加，便得到C/A碼。

C/A碼是Gold碼，不是m序列。由于G2(t)可能有1023種平移序列，因而將G2i與G1(t)模2加，就可得到1023種不

同結構的C/A碼，但它們的長度、周期和碼速均相同。不同的GPS衛(wèi)星采用結構相異的C/A碼。

C/A碼的碼長較短，易于捕獲。在GPS中，為了捕獲C/A碼，通常需要對C/A碼逐個進行搜索。若以50個碼元每秒的速度搜索，1023個碼元僅需20.5s便可捕獲。

由于C/A碼易于捕獲，且通過捕獲的C/A碼所提供的信息，又可以方便地捕獲P碼，所以通常C/A碼又稱捕獲碼。

2.P碼

P碼的產生原理與C/A碼的相似，采用兩組各有兩個

12級的寄存器產生，碼長約為2.35×1014b，周期約為267d,碼速為10.23Mc/s。實際的P碼周期被分成38個部分，除一部分閑置外，其余分給地面監(jiān)控站和不同的衛(wèi)星使用。不同衛(wèi)星使用P碼的不同部分，但每一部分都具有相同的碼長和周期。

3.數(shù)據碼

每幀導航電文有5個子幀，每個子幀有10個字，每個字有30b。每25幀組成一主幀。在第1、2、3子幀中給出了衛(wèi)星軌道數(shù)據、原子鐘時間調整參數(shù)等，在第4子幀中給出了電波傳播時延補償參數(shù)和衛(wèi)星狀態(tài)信息，在第5子幀中給出了24個衛(wèi)星的軌道日歷等。1、2、3子幀的內容每小時更新一次，而4、5子幀的內容只在注入新的導航數(shù)據后才得以更新。

4.GPS衛(wèi)星的信號

每一顆衛(wèi)星都配備了頻率穩(wěn)定度高達10－12～10－13的銣原子鐘或銫原子鐘，保證了極其穩(wěn)定的時鐘基準，而該時鐘基準是產生時間上嚴格同步的導航信號的前提和必需條件。原子鐘首先產生一個頻率為10.23MHz的時鐘，該時鐘作為衛(wèi)星的參考頻率，是所有其他信號得以產生的時間基準。在GPS系統(tǒng)中，由于C/A碼偽碼速率為1.023MHz，人們習慣于用f0來表示，所以這里可以用10f0來表示原子鐘產生的時鐘基準。衛(wèi)星發(fā)射信號位于L波段，在實現(xiàn)GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化進程之前，分別占據兩個載波L1和L2，其頻率值fL1、fL2和f0的關系分別如下:(6-1)(6-2)調制在L1載波上的導航信號可以表示為(6-3)調制在L2載波上的導航信號可以表示為(6-4)式中:D(t)為調制的數(shù)據比特；ωL1、

ωL2分別為L1和L2的載波角頻率；θL1和θL2分別是載波L1和L2的初始相位；Pc、Py1和Py2分別是不同信號分量的功率。

式(6-3)和式(6-4)中共有3個信號分量，其中L1上調制了一個民用信號和一個加密的軍用信號，L2上則只有一個加密的軍用信號。功率為Pc的分量為民用信號，而功率為Py1和Py2的分量為軍用信號。民用信號和軍用信號最大的不同在于其擴頻偽碼，即式中的c(t)和y(t)。

c(t)的碼片速率為1.023MHz，每一個碼片寬度大約是

1μs，所以一個碼片的誤差在距離定位上就對應大約300m。c(t)對應的偽隨機碼叫做粗碼或C/A碼，其周期是1023個

碼片，在時間長度上即為1ms。C/A碼的格式和具體生成方法對普通用戶公開，所以是GPS系統(tǒng)在民用領域的主要信號。

y(t)的碼片速率為10.23MHz，是C/A碼速率的10

倍，所以相應的一個碼片的誤差在距離定位精度上對應于30m，由此可以看出，使用y(t)碼的接收機的定位精度是使用C/A碼的接收機的10倍。y(t)對應的偽隨機碼叫做P(y)碼，周期比C/A碼長很多，達到了38個星期。如此長的周期帶來很多好處，比如較低的相關旁瓣和極高的保密性。P(y)碼只對特殊授權用戶開放，所以民用用戶通過常規(guī)手段無法使用該信號。

D(t)碼是調制的導航電文比特，比特速率是50b/s，所以一個比特的長度是20ms。導航電文的作用是提供衛(wèi)星的星歷數(shù)據和歷書數(shù)據，這些數(shù)據用來計算衛(wèi)星的精確位置和速度。導航電文還提供衛(wèi)星的時鐘修正參數(shù)、電離層和對流層延遲參數(shù)以及衛(wèi)星運行狀況等?？梢钥闯?，初始信號和偽隨機碼相乘以后，原有的信號帶寬從50Hz展寬到了2MHz(對C/A碼)和20MHz（對P(y)碼)。GPS信號的頻譜分布如圖6-8所示。圖6-8GPS信號的頻譜分布(在L1頻率附近只有P(y)信號頻譜，而在L2頻率附近有C/A信號和P(y)信號)對C/A碼信號來說，偽碼周期為1ms，一個導航電文比特耗時20ms，這樣在一個導航電文比特里容納了20個周期的PN碼。每一個導航電文比特中包含了20個整周期的PN碼，而每一個PN碼片包含了1540周期的載波信號。

GPS系統(tǒng)的現(xiàn)代化主要包括以下幾點：

取消選擇性和可用性(SA)限制；

在目前的L2頻率上加上一個新的民用信號L2C；

在L5頻率(1176.45MHz)上加上一個新的民用信號L5；

對現(xiàn)有的L1的C/A碼信號進行改造，增大其發(fā)射功率；增加新的軍用碼信號(M碼信號)；

對目前使用的GPS衛(wèi)星(IIR、IIA、IIRM)進行更新?lián)Q代，使其更適合于新的GPS信號的要求。

SA限制已于2000年5月1日取消，這被認為是GPS現(xiàn)代化的第一步。

L2C和L5信號的提出主要出于以下3個目的：

①對電離層群延遲的精確校正需要兩個不同頻率的信號；

②對定位信號可用性要求的不斷提高，尤其在安全相關的應用方面越來越顯示出這方面的不足；

③對于定位結果的精度和迅捷性的要求，也對GPS信號提出了更高的要求。

L2C信號包括兩種偽隨機碼信號，一種是L2－CM碼，另一種是L2－CL碼，其碼片速率都是511.5kb/s，二者以

時分的方式發(fā)送。L2－CM碼中有調制導航電文比特，而L2－CL碼沒有調制數(shù)據。L2－CM碼周期較短，為10230個碼片，即20ms；L2－CL碼周期較長，為767250個碼片，即1.5s。

L5的碼片速率為10.23Mb/s，由此可見，L5的碼片速率是現(xiàn)有的L1的C/A碼的碼片速率的10倍。L5信號和L2C相比多了一個正交信號。L5信號的同相信號調制導航電文比特，而正交信號則沒有調制數(shù)據，由此可以看出，正交信號在其中的角色類似一個導頻通道。L5的偽隨機碼的碼片速率是C/A碼的10倍，同時其互相關特性和自相關特性都比C/A碼好，這些特性決定了L5的定位精度會比目前的C/A碼高，同時對于多徑效應也有更強的抑制。

C/A碼和P碼對載波均進行非平衡QPSK調制，且Q路

比I路功率低3dB，在載波L1上調制有C/A碼、P碼和數(shù)據碼，而在載波L2上只調制有P碼和數(shù)據碼，如圖6-9所示。圖6-9GPS衛(wèi)星信號構成示意圖6.2.3GPS的定位原理

當同步時，可以得到接收到的時間t2(以目標站的時基為參考)，同時從收到的數(shù)據中又得到發(fā)送的時間t1(以衛(wèi)星上的時基為參考)。以系統(tǒng)時間和GPS接收機時間表示的信號發(fā)送和接收的時間關系如圖6-10所示。圖6-10GPS定位原理示意圖由于GPS接收機的時基與系統(tǒng)時基有誤差Δ，因而GPS接收機計算的傳播時間Ti′與真實傳播時間也相差Δ，即Ti=Ti′+Δ。將第i個衛(wèi)星計算的距離(稱偽距)設為ρi，有式中，c為光速。由于所有衛(wèi)星時基相同，因此B＝cΔ是相同的，這樣，對所有衛(wèi)星的真實距離Ri為

Ri＝cTi＝ρi＋B

下面來看如何得到目標的空間位置。設衛(wèi)星以地心為原點的坐標為X、Y、Z，目標的坐標為Xu、Yu、Zu，則可得到下列各式：偽距可由接收機測得，各個衛(wèi)星的坐標可從收到的導航電文中獲得，代入上述式子，就可以解出Xu、Yu、Zu和

B四個未知數(shù)，從而可以確定目標的位置(經度、緯度和

高度)。在GPS接收機中，接收到的是大地的經緯度坐標(B，L)，它與高斯投影直角坐標(x，y)的關系可用高斯投影計算公式來表示，即式中6.2.4GPS信號的捕獲和跟蹤

對于GPS信號來說，還有一個特殊的原因使得信號捕獲變得更有必要，同時也變得更復雜。這個原因是由多普勒效應引起的。衛(wèi)星平均速度的估計值為3.87km/s，由于多普勒效應，如此高速運動必然會使接收機接收到的信號產生多普勒效應，這個速度對L1載波頻率的信號引起的頻移可達20.3kHz。實際上，多普勒頻移只和相對運動的徑向速度分量有關，假設接收機位于地球表面且處于靜止狀態(tài)，要產生高達20kHz的多普勒頻移，必須是衛(wèi)星正對著地球表面該接收機所處的地點飛行，而一般來說，衛(wèi)星總是環(huán)繞地球飛行，所以相對地球表面的某一點來說，其相對運動的徑向速度分量不可能達到3.87km/s，對這個問題分析的結論是地球表面的接收機和衛(wèi)星之間相對運動的最大徑向速度分量約是929m／s，隨之導致的多普勒頻移是4.9kHz。除了由于衛(wèi)星的高速運動產生的多普勒頻移外，接收機自身的RF時鐘晶振的偏差也會使接收到的信號載頻偏移理論值。理論計算表明，在L1的載頻上，1×10－6的晶振偏差能引起1.57kHz的載頻偏差。所以在接收機射頻前端的設計中晶振的質量至關重要，它不僅影響后續(xù)跟蹤環(huán)路的性能，而且也決定了信號捕獲的搜索范圍?，F(xiàn)代的GPS接收機射頻前端采用的晶振一般都是溫度補償晶體振蕩器，其頻率穩(wěn)定度一般在±1×10－6以內。從PN碼的方向來說，如果接收機加電開始沒有任何輔助信息，對目前天頂?shù)男l(wèi)星星座分布一無所知，則所有可能的PN碼數(shù)目是32個，此時就必須一個個地窮舉嘗試每一個可能的PN碼；如果有其他輔助信息以減小搜索量，則可以大大縮短搜索時間。比如暖啟動(Warm-Start)或熱啟動(Hot-Start)就是利用接收機保存的既往的歷書或星歷數(shù)據和本地時間，在已知本地大致位置的情況下，粗略推算出當前天頂上GPS星座的分布，從而大大限制了PN碼的搜索空間，因此得以縮短搜索過程所需耗時。

GPS接收機在完成了信號的捕獲以后，就對信號的載波頻率和偽碼相位有了粗略的估計。這里使用了“粗略”這個詞來描述信號捕獲的結果，是相對于跟蹤環(huán)路的結果來說的。一般來說，根據信號捕獲的結果，對載波頻率的估計精度為幾百赫茲，而偽碼相位的估計精度在±0.5個碼片范圍之內。這個精度不足以實現(xiàn)導航電文數(shù)據的解調，因為解調數(shù)據一般必須在進入穩(wěn)定的跟蹤狀態(tài)以后才可以進行。

6.3無線局域網中的擴頻技術

優(yōu)點：

(1)無需無線電管理部門的批準；

(2)有較高的噪聲容限和保密性；

(3)有較強的抗干擾能力；

(4)可用軟件來選擇信道，實現(xiàn)信道共享；

(5)易實現(xiàn)多址通信，頻譜利用率較高。無線局域網產品中的擴頻，主要有DS和FH兩種方式，且多數(shù)為DS方式。對于無線局域網中采用的擴頻，其抗干擾性能已不是首要考慮因素，因此，DS的處理增益或跳頻的跳速一般都不高。跳頻方式的設計實際上就是跳頻頻率合成器及控制器的設計。慢速的跳頻頻率合成器的設計，目前技術已很成熟。由于DS方式的擴頻和調制（主要由QPSK或BPSK及其差分形成）相對比較簡單，無線局域網中的擴頻技術就主要歸結為DS方式的解擴。對于DS方式，其解擴的相關處理主要有用聲表面波器件(SAWD)或超大規(guī)模集成電路(VLSI)作為匹配濾波器或卷積器的兩種方式。例如Canon的無線網絡系統(tǒng)，采用SAW卷積器來完成相關解擴。用SAWD作為匹配濾波器可以同時完成解擴和解調，而且可以省去DS中較難解決的偽碼同步及載波同步，使系統(tǒng)得以簡化，因此，這種方式日益受到人們的關注。

6.4藍牙技術

藍牙（Bluetooth）技術實際上是一種短距離無線電技術，它使得現(xiàn)代一些重量輕、容易攜帶的移動通信設備和電腦設備，不必借助電纜就能聯(lián)網，并且能夠實現(xiàn)無線上因特網，其實際應用范圍還可以拓展到各種家電產品、消費類電子產品和汽車等，組成一個巨大的無線通信網絡。藍牙工作在全球通用的2.4GHzISM（即工業(yè)、科學、醫(yī)學）頻段。藍牙的數(shù)據速率為1Mb/s，利用時分雙工傳輸方案來實現(xiàn)全雙工傳輸。ISM頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預測的干擾源。跳頻技術是把頻帶分成若干個跳頻信道（hopchannel），在一次連接中，無線電收發(fā)器按一定的偽碼序列不斷地從一個信道“跳”到另一個信道，只有收發(fā)雙方是按這個規(guī)律進行通信的，而其他的干擾不可能按同樣的規(guī)律進行；跳頻的瞬時帶寬是很窄的，但通過擴展頻譜技術可使這個窄帶成百倍地擴展成寬頻帶，使干擾可能的影響

變得很小。

1.藍牙系統(tǒng)的基本參數(shù)

（1）工作頻段：ISM頻段，2.402~2.480GHz；

（2）雙工方式：全雙工，TDD時分雙工；

（3）業(yè)務類型：支持電路交換和分組交換業(yè)務；

（4）數(shù)據速率：1Mb/s；

（5）非同步信道速率:非對稱連接時為721/57.6kb/s，對稱連接時為432.6kb/s；

（6）同步信道速率：64kb/s；

（7）功率：美國FCC要求功率不超過0dBm(1mW)，其他國家可擴展為100mW；

（8）跳頻頻率數(shù)：79個頻點/每頻點1MHz瞬時帶寬；

（9）跳頻速率：1600hop/s；

（10）工作模式：暫停（PARK）/保持（HOLD）/呼吸（SNIFF）；

（11）數(shù)據連接方式：面向連接業(yè)務SCO，無連接業(yè)務ACL；

（12）糾錯方式：1/3FEC，2/3FEC，ARQ；

（13）鑒權：采用反應邏輯算術；

（14）信道加密：采用20位、40位、60位密鑰；

（15）語音編碼方式：連續(xù)可變斜率調制CVSD；

（16）發(fā)射距離：一般可達10m，增加功率情況下可達100m。

2.藍牙系統(tǒng)的主要功能單元

（1）天線射頻單元；

（2）鏈路控制單元；

（3）鏈路管理單元；

（4）軟件功能定義。

3.藍牙網絡的基本形式

一個皮克網可以只是兩臺相連的設備（比如一臺便攜式電腦和一部移動電話），也可以是八臺連在一起的設備。在一個皮克網中，所有設備都是級別相同的單元，具有相同的權限。但是在皮克網網絡初建時，其中一個單元被定義為主單元（Master），其時鐘和跳頻順序被用來同步其他單元的設備；其他單元被定義為從單元（Slave）。圖6-11示出了藍牙協(xié)議棧的基本結構和各種協(xié)議之間的相互關系，但這種關系在某些應用中是有變化的。需要說明的是，不是任何應用都必須使用全部協(xié)議，而是可以只使用其中的一列或多列。圖6-11藍牙協(xié)議棧完整的協(xié)議棧包括藍牙專用協(xié)議（如連接管理協(xié)議LMP和邏輯鏈路控制應用協(xié)議L2CAP）以及非專用協(xié)議（如對象交換協(xié)議OBEX和用戶數(shù)據報協(xié)議UDP）。設計協(xié)議和協(xié)議棧的主要原則是盡可能地利用現(xiàn)有的各種高層協(xié)議，保證現(xiàn)有協(xié)議與藍牙技術的融合以及各種應用之間的互操作，充分利用兼容藍牙技術規(guī)范的軟硬件系統(tǒng)。藍牙協(xié)議體系中的協(xié)議按SIG的關注程度分為四層：核心協(xié)議（BaseBand、LMP、L2CAP、SDP）、電纜替代協(xié)議（RFCOMM）、電話傳輸控制協(xié)議（TCS-Binary、AT命令集）及選用協(xié)議（PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE）。6.5時分多址混合擴頻系統(tǒng)——JTIDS

1.JTIDS/TDMA系統(tǒng)結構及參數(shù)

圖6-12是其工作示意圖。圖中的信息分發(fā)系統(tǒng)就是將各用戶要傳送的信息組織在一個周期性的時間分隔的系統(tǒng)中，各用戶根據需要從此系統(tǒng)中得到其他用戶的信息。它的時間分隔系統(tǒng)可以從圖6-13的信號格式中看出。圖6-12JTIDS系統(tǒng)工作示意圖圖6-13JTIDS的信號格式圖6-12中，一個環(huán)形周期稱為一個時元(epoch)，為12.8