3

第 二 章 BPSK 直 接 序 列 展 頻 系 統. BPSK 直 接 序 列 展 頻 發 射 器 BPSK 直 接 序 列 展 頻 發 射 機 之 方 塊 圖 如 圖. 所 示 二 進 位 訊 號 b( b( ( 二 進 位 PN 訊 號 ( BPSK 調 變 器 Asn( π f + θ ) BPSK 直 接 序 列 展 頻 訊 號 s( Ab( ( sn( π f + θ ) 載 波 b( ( T 一 週 期 T T ΝΤ 假 設 N 7; NT T NT ) ( 3T b( ( T NT NT s( T NT NT ( 在 本 例 中, 我 們 假 設 載 波 之 θ 和 f T ) 圖. BPSK 直 接 序 列 展 頻 發 射 器 方 塊 圖 二 進 位 訊 號 b( 可 以 表 示 成 : k k b ( b p ( kt ) (.) T 6

其 中 b k ± 是 周 期 為 T 的 第 k 個 資 料 位 元 訊 號 ( 即 資 訊 傳 輸 率 為 /T) 偽 隨 機 碼 訊 號 與 訊 號 b( 相 乘 將 訊 號 b( 的 頻 譜 展 寬, 其 結 果 便 是 經 BPSK 系 統 調 變 後 產 生 的 BPSK 直 接 序 列 展 頻 訊 號 : s( A b( ( sn(π f + θ ) (.) 其 中 :A 為 振 幅 大 小, f 為 載 波 頻 率,θ 為 載 波 相 位 相 關 的 訊 號 波 形 繪 於 圖. 中 在 一 般 應 用 中, 一 位 元 訊 號 寬 度 等 於 偽 隨 機 碼 訊 號 的 周 期, 也 就 是 TNT 在 絕 大 多 數 情 況 下, 我 們 假 設 BPSK 直 接 序 列 展 頻 系 統 符 合 上 述 條 件 我 們 以 圖. 為 例, 圖 中 偽 隨 機 碼 訊 號 之 周 期 為 N7 從 圖 中 我 們 可 以 看 出,b( 與 ( 相 乘 的 結 果 將 產 生 振 幅 為 ± 的 二 進 位 訊 號, 且 其 極 性 變 化 的 頻 率 與 偽 隨 機 碼 訊 號 相 同 圖. 中 最 下 方 的 圖 形 為 BPSK 直 接 序 列 展 頻 訊 號 s( 之 波 形. BPSK 直 接 序 列 展 頻 接 收 機 圖. 為 BPSK 直 接 序 列 展 頻 接 收 機 之 方 塊 圖 我 們 使 用 接 收 機 從 帶 有 雜 訊 的 接 收 訊 號 中 取 出 原 發 送 訊 號 b(( 訊 息 { b }), 接 收 機 所 收 到 的 訊 號 可 以 表 示 成 : s( ) + n( Ab( ) ( )sn(πf ( ) + θ ) + n( (.3) 其 中,τ 為 傳 播 延 遲 時 間,n( 為 雜 訊 為 了 說 明 如 何 從 接 收 訊 號 中 取 出 原 來 發 送 之 訊 號, 我 們 先 暫 時 假 設 通 道 中 無 雜 訊 存 在 首 先, 接 收 機 所 接 收 到 的 訊 號 應 該 先 去 除 載 波 而 變 成 基 頻 訊 號 接 著, 接 收 訊 號 再 乘 上 偽 隨 機 碼 訊 號 (-τ) 作 解 展 頻 (despread) 處 理 後 產 生 訊 號 w(: w( Ab( ) ( ) sn(πf + θ ) Ab( ) sn(πf + θ ) (.4) 其 中 ( 為 ±, θ θ πf τ 因 此, 訊 號 w( 是 一 個 窄 頻 訊 號 且 頻 寬 為 /T 為 了 說 明 解 調 功 能, 我 們 假 設 接 收 機 已 經 知 道 相 位 大 小 θ, 載 波 頻 率 f 及 每 一 位 元 訊 號 的 起 始 點 位 置 BPSK 解 調 器 應 包 含 相 關 器 及 判 決 電 路 為 判 決 第 個 位 元 訊 號, 相 關 器 必 須 作 如 下 相 關 運 算 : 7

s( ) Ab( ) ( ) sn( π f +θ ) PN 訊 號 同 步 器 ( ) 符 號 時 間 復 原 器 sn( π f θ + ) 載 波 復 原 器 w( +T 本 地 PN 訊 號 產 生 器 BPSK (.) d z 解 調 器 + b ˆ( ) ("" or "") A s( -τ ) A τ NT NT NT ( -τ ) A w( -A 圖. BPSK 直 接 序 列 展 頻 接 收 機 方 塊 圖 + T z w( sn(π f + θ ) d (.5) + T A b( ) sn (πf + θ ) d + T A b( )[ os(4πf + θ )] d (.6) 其 中, T + τ 為 第 位 元 的 起 始 位 置 b(-τ) 取 值 為 + 或 - 積 分 的 第 一 項 將 產 生 T 或 -T 第 二 項 在 作 積 分 之 後 會 趨 近 於 零 因 此, 計 算 結 果 為 z AT/ 或 -AT/ 此 計 算 的 結 果 經 臨 界 值 為 零 的 判 決 電 路 判 決 後 輸 出 二 進 位 訊 號 + 或 - 8

在 一 個 實 際 的 展 頻 通 訊 系 統 中, 除 了 訊 號 成 份 ±AT/ 外, 接 收 機 的 輸 出 訊 號 也 包 含 了 雜 訊, 從 而 將 會 可 能 造 成 接 收 機 判 斷 的 錯 誤 偽 隨 機 碼 訊 號 是 一 個 發 射 端 與 合 法 用 戶 接 收 机 兩 者 都 能 辨 認 的 訊 號 因 為 合 法 的 接 收 端 知 道 這 一 個 偽 隨 機 碼 訊 號, 所 以 它 能 對 接 收 訊 號 作 解 展 頻 處 理 以 取 出 原 發 送 的 二 進 位 訊 號 而 非 法 的 用 戶 並 不 知 道 這 個 偽 隨 機 碼 訊 號 的 形 式, 所 以 它 沒 有 辦 法 取 出 包 含 在 直 接 序 列 展 頻 訊 號 中 的 二 進 位 資 訊 我 們 可 以 從 式 (.3) 中 看 出, 對 非 法 的 接 收 端 而 言,( 只 是 一 個 取 值 為 ± 的 隨 機 訊 號 在 這 裡, 我 們 假 設 已 知 τ θ 與 f 的 大 小 通 常 接 收 端 已 經 知 道 載 波 頻 率 f, 所 以 接 收 機 能 以 本 地 振 盪 器 產 生 頻 率 為 f 的 訊 號 如 果 本 地 振 盪 器 所 產 生 的 頻 率 與 載 波 頻 率 有 差 別 的 話, 接 收 端 也 可 以 用 鎖 相 回 路 (PLL) 及 回 授 電 路 來 校 正 本 地 振 盪 器 之 頻 率 接 收 機 還 必 須 從 接 收 訊 號 中 取 得 其 他 有 用 的 參 數, 如 τ θ 一 個 展 頻 接 收 系 統 必 須 透 過 捕 獲 與 追 蹤 的 過 程 才 能 達 到 與 發 送 端 發 出 的 訊 號 同 步 的 偵 測 過 程 稱 為 符 號 時 序 恢 復 而 偵 測 θ 的 過 程 稱 為 載 波 恢 復 載 波 恢 復 與 時 序 恢 復 是 所 有 數 位 通 訊 系 統 必 須 要 做 的 工 作 當 τ 測 量 出 來 後, 同 時 也 可 以 得 出 符 號 時 序 圖. 所 示 為 偽 隨 機 碼 同 步 符 號 時 序 恢 復 與 載 波 恢 復 的 方 塊 圖 由 于 受 篇 幅 限 制, 有 關 偽 隨 機 碼 同 步 的 原 理 將 不 在 本 書 中 作 詳 細 的 討 論 讀 者 如 需 進 一 步 了 解 其 原 理 可 參 閱 其 它 相 關 書 籍 以 下, 讓 我 們 簡 要 地 看 一 下 接 收 機 因 不 能 正 確 地 恢 復 載 波 相 位 和 碼 相 位 時 所 帶 來 的 後 果 假 設, 在 接 收 機 恢 復 的 載 波 相 位 中 及 碼 相 位 有 誤 差 存 在, 即 用 sn( π f + θ ' + γ ) 代 替 sn( π f + θ '), 而 用 ( ') 作 為 接 收 機 的 本 地 偽 隨 機 碼 訊 號 也 就 是 說, 載 波 有 相 位 誤 差 γ, 而 偽 隨 機 碼 訊 號 有 相 位 誤 差 τ τ ' 那 麼 可 以 表 示 為 : z 9

+ T z A b ( τ) ( τ) ( τ ')sn( π f+ θ ')sn( π f+ θ ' + γ) d + T A b ( τ) ( τ) ( τ ')os( γ) d + T AT ± os( γ) ( τ) ( τ ') d T AT ± os( γ) R ( τ τ ') (.7) 從 式 (.7) 可 以 看 出, 當 γ 且 τ τ ' 時, z 有 最 大 值 如 果 τ τ ' > T 或 γ π / 的 話, z 當 τ τ ' < T 且 γ < π / 時, z 值 將 變 小, 造 成 SNR 減 少, 誤 碼 增 大 所 以 沒 有 相 位 誤 差 時, 接 收 機 有 最 佳 的 性 能 然 而, 當 τ τ ' 與 γ 較 小 時, 系 統 一 般 地 還 是 能 維 持 正 常 的 運 作.3 直 接 序 列 展 頻 訊 號 的 功 率 頻 譜 密 度 (PSD) 為 加 深 了 解 BPSK 直 接 序 列 展 頻 系 統, 我 們 畫 出 了 發 射 端 與 接 收 端 訊 號 之 功 率 頻 譜 密 度, 如 圖.3 所 示 我 們 假 設 位 元 訊 號 及 偽 隨 機 碼 訊 號 是 隨 機 二 進 位 訊 號 資 訊 傳 輸 速 率 為 /T bps, 故 PSD 為 : ϕ ( f ) T sn ( ft ) (.8) b 可 以 証 明 該 訊 號 的 頻 寬 為 /T Hz 偽 隨 機 碼 訊 號 之 展 頻 碼 子 碼 速 率 (hp rae) 為 /T,PSD 為 : ϕ ( f ) T sn ( ft ) (.9) (.9) 式 所 表 示 訊 號 之 頻 寬 為 /T Hz 因 為 T/T 為 整 數,b(( 之 PSD 為 : ϕ ( f ) T sn ( ft ) (.) b 也 就 是 頻 寬 為 /T, 且 與 ( 相 同 因 此 經 過 展 頻 處 理 後, 訊 號 的 頻 寬 增 加 了 T/T N 倍 且 通 常 N 是 一 個 很 大 的 數 載 波 調 變 將 基 帶 訊 號 b(( 調 變 成 帶 通 訊 號 s(, 而 s( 之 PSD 為 : { sn (( f f ) T ) + sn (( f f ) T )} A T ϕ s ( f ) + (.) 4 其 中 頻 寬 為 /T Hz 在 圖.3 中, 我 們 畫 出 了 ϕ ( f ) ϕ ( f ) ϕ ( f ) 的 圖 形 b s

其 中 我 們 假 設 T/T 4 從 圖 中 我 們 可 以 看 出, ϕ s ( f ) 比 ϕ b ( f ) 在 幅 度 上 減 少 了 4T/A T 倍, 且 頻 寬 增 加 了 NT/T 因 此 NT/T 是 頻 譜 拓 展 比 T ϕ b ( f ) 假 設 T T 4 T ϕ ( f ) f T T T T ( a) 展 頻 碼 與 所 送 訊 號 之 PSD ( f ϕ s ) - f A T 4 f 頻 寬 T f ( b) 直 接 序 列 展 頻 BPSK訊 號 之 PSD ϕ w ( f ) 頻 寬 T A T 4 - f f ( ) 訊 號 w( 之 PSD 圖.3 基 帶 訊 號 偽 隨 機 碼 訊 號 與 BPSK 直 接 序 列 展 頻 訊 號 的 功 率 頻 譜 密 度 f 在 接 收 機 端, 訊 號 s(-τ) 為 直 接 序 列 展 頻 訊 號 s( 經 延 遲 τ 後 的 結 果 因 此, s(-τ) 之 PSD 與 s( 相 同, 不 會 因 為 延 遲 的 大 小 而 改 變 其 頻 譜 分 佈 (-τ) 的 PSD 與 ( 之 PSD 相 同 經 解 展 頻 後 得 到 訊 號 w(, 其 PSD 為 : A T ϕ w ( f ) { sn (( f f ) T ) + sn (( f + f )T )} (.) 4 其 圖 形 如 圖.3 所 示 從 圖 中 可 以 看 出,ϕ w ( f ) 之 頻 譜 形 態 與 ϕ b( f ) 相 似 且

都 是 窄 頻 訊 號 訊 號 w( 的 頻 寬 為 /T, 為 b( 的 倍 從 以 上 這 些 不 同 訊 號 的 PSD 中, 可 以 看 出 訊 號 ( 將 b( 展 頻 而 在 接 收 端, 訊 號 (-τ) 將 接 收 訊 號 解 展 頻.4 處 理 增 益 (PG) 處 理 增 益 可 被 定 義 為 : 展 頻 調 變 後 的 訊 號 帶 寬 PG ( 原 始 基 帶 訊 號 的 帶 寬 ) (.3) 通 常 PG 以 db 為 單 位, 相 當 於 log ( PG) PG 代 表 二 進 位 訊 號 頻 譜 展 寬 程 度 的 大 小 PG 是 展 頻 系 統 中 的 一 個 重 要 的 參 數 較 大 的 PG 即 代 表 著 較 佳 的 抗 干 擾 性 能 但 是 請 注 意, 無 論 多 大 的 PG 對 通 道 中 的 雜 訊 (AWGN) 則 均 無 作 用 換 言 之, 展 頻 技 術 本 身 并 不 能 增 強 一 個 通 訊 系 統 對 抗 雜 訊 的 能 力 這 在 本 書 的 後 續 幾 章 中 都 會 對 此 作 較 為 詳 細 的 討 論 在 BPSK 直 接 序 列 展 頻 系 統 中, 處 理 增 益 為 (/T)/(/T)T/T N 如 果 N3, 表 示 訊 號 b( 的 頻 寬 增 加 了 3 倍 或 3.dB

易 迪 拓 培 训 专 注 于 微 波 射 频 天 线 设 计 人 才 的 培 养 网 址 :hp://www.edaop.om 射 频 和 天 线 设 计 培 训 课 程 推 荐 易 迪 拓 培 训 (www.edaop.om) 由 数 名 来 自 于 研 发 第 一 线 的 资 深 工 程 师 发 起 成 立, 致 力 并 专 注 于 微 波 射 频 天 线 设 计 研 发 人 才 的 培 养 ; 我 们 于 6 年 整 合 合 并 微 波 EDA 网 (www.mweda.om), 现 已 发 展 成 为 国 内 最 大 的 微 波 射 频 和 天 线 设 计 人 才 培 养 基 地, 成 功 推 出 多 套 微 波 射 频 以 及 天 线 设 计 经 典 培 训 课 程 和 ADS HFSS 等 专 业 软 件 使 用 培 训 课 程, 广 受 客 户 好 评 ; 并 先 后 与 人 民 邮 电 出 版 社 电 子 工 业 出 版 社 合 作 出 版 了 多 本 专 业 图 书, 帮 助 数 万 名 工 程 师 提 升 了 专 业 技 术 能 力 客 户 遍 布 中 兴 通 讯 研 通 高 频 埃 威 航 电 国 人 通 信 等 多 家 国 内 知 名 公 司, 以 及 台 湾 工 业 技 术 研 究 院 永 业 科 技 全 一 电 子 等 多 家 台 湾 地 区 企 业 易 迪 拓 培 训 课 程 列 表 :hp://www.edaop.om/pexun/rfe/9.hml 射 频 工 程 师 养 成 培 训 课 程 套 装 该 套 装 精 选 了 射 频 专 业 基 础 培 训 课 程 射 频 仿 真 设 计 培 训 课 程 和 射 频 电 路 测 量 培 训 课 程 三 个 类 别 共 3 门 视 频 培 训 课 程 和 3 本 图 书 教 材 ; 旨 在 引 领 学 员 全 面 学 习 一 个 射 频 工 程 师 需 要 熟 悉 理 解 和 掌 握 的 专 业 知 识 和 研 发 设 计 能 力 通 过 套 装 的 学 习, 能 够 让 学 员 完 全 达 到 和 胜 任 一 个 合 格 的 射 频 工 程 师 的 要 求 课 程 网 址 :hp://www.edaop.om/pexun/rfe/.hml ADS 学 习 培 训 课 程 套 装 该 套 装 是 迄 今 国 内 最 全 面 最 权 威 的 ADS 培 训 教 程, 共 包 含 门 ADS 学 习 培 训 课 程 课 程 是 由 具 有 多 年 ADS 使 用 经 验 的 微 波 射 频 与 通 信 系 统 设 计 领 域 资 深 专 家 讲 解, 并 多 结 合 设 计 实 例, 由 浅 入 深 详 细 而 又 全 面 地 讲 解 了 ADS 在 微 波 射 频 电 路 设 计 通 信 系 统 设 计 和 电 磁 仿 真 设 计 方 面 的 内 容 能 让 您 在 最 短 的 时 间 内 学 会 使 用 ADS, 迅 速 提 升 个 人 技 术 能 力, 把 ADS 真 正 应 用 到 实 际 研 发 工 作 中 去, 成 为 ADS 设 计 专 家... 课 程 网 址 : hp://www.edaop.om/pexun/ads/3.hml HFSS 学 习 培 训 课 程 套 装 该 套 课 程 套 装 包 含 了 本 站 全 部 HFSS 培 训 课 程, 是 迄 今 国 内 最 全 面 最 专 业 的 HFSS 培 训 教 程 套 装, 可 以 帮 助 您 从 零 开 始, 全 面 深 入 学 习 HFSS 的 各 项 功 能 和 在 多 个 方 面 的 工 程 应 用 购 买 套 装, 更 可 超 值 赠 送 3 个 月 免 费 学 习 答 疑, 随 时 解 答 您 学 习 过 程 中 遇 到 的 棘 手 问 题, 让 您 的 HFSS 学 习 更 加 轻 松 顺 畅 课 程 网 址 :hp://www.edaop.om/pexun/hfss/.hml `

易 迪 拓 培 训 专 注 于 微 波 射 频 天 线 设 计 人 才 的 培 养 网 址 :hp://www.edaop.om CST 学 习 培 训 课 程 套 装 该 培 训 套 装 由 易 迪 拓 培 训 联 合 微 波 EDA 网 共 同 推 出, 是 最 全 面 系 统 专 业 的 CST 微 波 工 作 室 培 训 课 程 套 装, 所 有 课 程 都 由 经 验 丰 富 的 专 家 授 课, 视 频 教 学, 可 以 帮 助 您 从 零 开 始, 全 面 系 统 地 学 习 CST 微 波 工 作 的 各 项 功 能 及 其 在 微 波 射 频 天 线 设 计 等 领 域 的 设 计 应 用 且 购 买 该 套 装, 还 可 超 值 赠 送 3 个 月 免 费 学 习 答 疑 课 程 网 址 :hp://www.edaop.om/pexun/s/4.hml HFSS 天 线 设 计 培 训 课 程 套 装 套 装 包 含 6 门 视 频 课 程 和 本 图 书, 课 程 从 基 础 讲 起, 内 容 由 浅 入 深, 理 论 介 绍 和 实 际 操 作 讲 解 相 结 合, 全 面 系 统 的 讲 解 了 HFSS 天 线 设 计 的 全 过 程 是 国 内 最 全 面 最 专 业 的 HFSS 天 线 设 计 课 程, 可 以 帮 助 您 快 速 学 习 掌 握 如 何 使 用 HFSS 设 计 天 线, 让 天 线 设 计 不 再 难 课 程 网 址 :hp://www.edaop.om/pexun/hfss/.hml 3.56MHz NFC/RFID 线 圈 天 线 设 计 培 训 课 程 套 装 套 装 包 含 4 门 视 频 培 训 课 程, 培 训 将 3.56MHz 线 圈 天 线 设 计 原 理 和 仿 真 设 计 实 践 相 结 合, 全 面 系 统 地 讲 解 了 3.56MHz 线 圈 天 线 的 工 作 原 理 设 计 方 法 设 计 考 量 以 及 使 用 HFSS 和 CST 仿 真 分 析 线 圈 天 线 的 具 体 操 作, 同 时 还 介 绍 了 3.56MHz 线 圈 天 线 匹 配 电 路 的 设 计 和 调 试 通 过 该 套 课 程 的 学 习, 可 以 帮 助 您 快 速 学 习 掌 握 3.56MHz 线 圈 天 线 及 其 匹 配 电 路 的 原 理 设 计 和 调 试 详 情 浏 览 :hp://www.edaop.om/pexun/anenna/6.hml 我 们 的 课 程 优 势 : 成 立 于 4 年, 多 年 丰 富 的 行 业 经 验, 一 直 致 力 并 专 注 于 微 波 射 频 和 天 线 设 计 工 程 师 的 培 养, 更 了 解 该 行 业 对 人 才 的 要 求 经 验 丰 富 的 一 线 资 深 工 程 师 讲 授, 结 合 实 际 工 程 案 例, 直 观 实 用 易 学 联 系 我 们 : 易 迪 拓 培 训 官 网 :hp://www.edaop.om 微 波 EDA 网 :hp://www.mweda.om 官 方 淘 宝 店 :hp://shop36989.aobao.om 专 注 于 微 波 射 频 天 线 设 计 人 才 的 培 养 易 迪 拓 培 训 官 方 网 址 :hp://www.edaop.om 淘 宝 网 店 :hp://shop36989.aobao.om