扩频技术论文大全11篇

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篇（1）

扩频技术就是将所传输信息的带宽扩展很多倍，然后发送出去，这时发送信号所占据的信道带宽远大于信息本身的带宽，例如，传输一个9600bps的数据流，其基带带宽不到10kHZ，但用扩频技术传送时，它所占据的信道带宽可以被扩展到300kHZ或更宽，与此同时，调制到高频的信号发射功率谱也将大大降低。下面简要介绍一下无线扩频系统：

1扩频系统的基本设备组成

(1)扩频电台：

扩频系统的核心设备是扩频电台。PN码扩频以及调制到2.4GHz的高频载波上都是由它来完成的。目前国内经常使用的电台主要是美国的Pcomcylink电台、Utilicom电台、加拿大DTS电台和Comlink电台等。

(2)复用器：

有时在一个地方不仅要传输一路数据，可能还要传输几路数据甚至话音、图象，而电台却只有一部，这时就要用到复用器。它能将几路数据或话音等有机地合成为一路，并将其传送给本地的电台，最后由电台象发射一路数据时那样将其发送出去。而在遥远的接收端则执行与上述相反的过程，同时按发射时的规律便可以将几路话音和数据分开。目前国内经常使用的复用器主要是美国Motorola复用器、以色列RAD公司复用器等。

(3)天线及馈线：

天线和馈线是将高频信号从电台辐射到空间或从空间接收并传输到电台的设备。目前国内经常使用的天、馈线主要是与电台配套的原厂产品。

2扩频系统的组成

(1)点对点方式：

点对点方式实际上是一种一一对应的工作方式，这种方式简便、易行，同时也可以组成多个点对点的系统，其各点之间通过适当的设置可以互不影响。示意图见图1。

(2)点对多点方式：

点对多点方式是一种被称为“一对多”或“多对一”的经济型扩频方式，也有人称之为“一点多址”。它使用轮询的原理，由一台主机对所有从机进行轮询并指定其中的一台从机与通信。这种方式与点对点方式比起来可以节省很多电台，但其传递的数据量比较少，且相对速度较慢。其示意图见图2。

(3)中继方式：

中继方式一般用在通信距离过长(超过50km)或两通信点之间有阻挡(如高山或建筑物等)的较特殊情况下，是一种“接力”或“迂回”的通信方式。其示意图见图3。

图3中继方式无线扩频示意图

3扩频设备性能

篇（2）

传统的标签防碰撞算法可分为ALOHA算法[2-3]和树形算法[4-5]2类。ALOHA算法是1种完全随机接入的多址接入协议算法,比如:PALOHA算法(随机推迟算法)、时隙ALOHA算法(SA算法)、帧时隙ALOHA算法(FSA算法)、动态帧时隙ALOHA算法(DFSA算法)和分组ALOHA算法等。该类算法在标签试图发送数据时,并不考虑信道当前的忙闲状态,一旦产生数据,就立刻决定将其发送至信道,这种发送控制策略有严重的盲目性。随着用户数量或发送信息量的增加,这种完全随机接入的算法将使信道重叠现象加剧,碰撞概率增大,传输性能下降。

近几年,有学者提出了采用CDMA技术进行防碰撞的方法,其性能有明显改善。文献[6]提出在标签识别过程中,使用码分多址技术,实现一个时隙可以同时传输多个标签。文献[7]提出了一种基于码分多址思想的时隙ALOHA算法,来解决射频识别中的防碰撞问题,此算法的系统稳定范围要大于时隙ALOHA系统,并且当选用的扩频码组阶数为N时,此算法的最大吞吐量可达原时隙ALOHA的N倍。上述2个文献所提到的算法,当标签数量很多时,数据碰撞的概率明显增加,使系统的吞吐量急剧下降,影响了系统的整体性能。基于以上原因,本论文提出了1种改进的基于CDMA技术的防碰撞算法,能够适应大量标签的识别应用,减少了识别碰撞的发生,使系统吞吐量得到明显改善。

1基于CDMA技术的新型防碰撞算法

n×1-1Nn-1(2)由于传统的基于ALOHA的防碰撞算法中一个时隙最多只能正确识别一个标签的信息,所以当标签数目过大时,系统的吞吐率,即正确识别标签数目所占的百分比将会大幅度的降低,所以对于过量的标签,本算法将会采取对所有标签进行分组识别,当标签需要分成2组时(系统识别帧最大时隙数N为256):nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 (3)用上述公式可知n=354,所以当标签数量大于354时,系统将会对标签分组识别。

本文提出的新型算法如下:依据分组帧时隙ALOHA算法,通过此算法的分组规则,完成识别的所有标签的分组。分组帧时隙ALOHA算法的分组规则如下:当标签数量≤354时,无论帧长选择8个时隙还是256个时隙,标签都不分组,按照一个大组来进行识别;当标签数量>354时,帧长选择256个时隙比较适合读写器的识别;当标签数量在355707时,标签分为2组;当标签数量在708~1 416时,标签分成4组更适合信息的传输识别。当标签数量更多时,按照这个规律分成合适的组数再进行识别,详细过程如图1所示。标签分组工作完成后,在每个分组中分别采用码分多址技术,利用其技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力,对标签中的数据进行扩频处理并传输。然后读写器端利用码组的自相关特性对不同标签所发的数据进行解调,从而达到防碰撞的目的,进而完成对全部标签的识别,也实现了同一时隙可以传输多个信息的情况。本论文中提到的新型防碰撞算法需要预先在待识别的标签中植入扩频性良好的正交码组,以防止接收端没有办法正确解扩接收,本文选用Walsh序列。该算法可以有效减少图1算法执行过程示意图标签识别过程中的碰撞次数,从而减少了识别时间并且降低了功耗。本论文将分组帧时隙ALOHA算法和码分多址技术相结合,实现在每个分组内可以有多个标签同时进行扩频传输,并且在接收端采用并行接收技术进行多个标签的同时接收。本发明在识别标签过程中,每个组内均为一个独立的识别过程,在分组帧长不改变的前提下,提高了标签数量庞大时的系统性能。有效地减小标签之间的碰撞概率,缩短读写器操作时间,提高吞吐率, 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。

2仿真结果

本论文提出了采用码分多址技术的新型防碰撞算法,并仿真了固定时隙数下ALOHA算法的系统吞吐率和本文所提出的算法改进后的系统吞吐量。

RFID系统中时隙ALOHA算法的帧长取值从16个时隙到256个时隙变化,根据公式2,系统吞吐率如图2所示。其中,系统仿真设定的信息帧长F即时隙数设定按2的幂次方递增,即F取值从16个时隙变化到256个时隙,横坐标为标签数N从1变化到500,纵坐标为吞吐率。当帧长设定为256个时隙,标签数量少于256个时,系统吞吐量随着标签数量的增加而增加,直到标签数量达到256时系统的吞吐量达到最大值。随着标签数量的逐渐增多,系统的吞吐量又呈现下降趋势。从图2可以得出2点结论:一、当标签个数接近信息帧长时,系统的吞吐率比较高;二、随着帧长取值的增加,系统对标签的识别性能有明显改善。

篇（3）

传统的标签防碰撞算法可分为ALOHA算法[2-3]和树形算法[4-5]2类。ALOHA算法是1种完全随机接入的多址接入协议算法，比如：PALOHA算法（随机推迟算法）、时隙ALOHA算法（SA算法）、帧时隙ALOHA算法（FSA算法）、动态帧时隙ALOHA算法（DFSA算法）和分组ALOHA算法等。该类算法在标签试图发送数据时，并不考虑信道当前的忙闲状态，一旦产生数据，就立刻决定将其发送至信道，这种发送控制策略有严重的盲目性。随着用户数量或发送信息量的增加，这种完全随机接入的算法将使信道重叠现象加剧，碰撞概率增大，传输性能下降。

近几年，有学者提出了采用CDMA技术进行防碰撞的方法，其性能有明显改善。文献[6]提出在标签识别过程中，使用码分多址技术，实现一个时隙可以同时传输多个标签。文献[7]提出了一种基于码分多址思想的时隙ALOHA算法，来解决射频识别中的防碰撞问题，此算法的系统稳定范围要大于时隙ALOHA系统，并且当选用的扩频码组阶数为N时，此算法的最大吞吐量可达原时隙ALOHA的N倍。上述2个文献所提到的算法，当标签数量很多时，数据碰撞的概率明显增加，使系统的吞吐量急剧下降，影响了系统的整体性能。基于以上原因，本论文提出了1种改进的基于CDMA技术的防碰撞算法，能够适应大量标签的识别应用，减少了识别碰撞的发生，使系统吞吐量得到明显改善。

1基于CDMA技术的新型防碰撞算法

n×1-1Nn-1（2）由于传统的基于ALOHA的防碰撞算法中一个时隙最多只能正确识别一个标签的信息，所以当标签数目过大时，系统的吞吐率，即正确识别标签数目所占的百分比将会大幅度的降低，所以对于过量的标签，本算法将会采取对所有标签进行分组识别，当标签需要分成2组时（系统识别帧最大时隙数N为256）：nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 （3）用上述公式可知n=354，所以当标签数量大于354时，系统将会对标签分组识别。

本文提出的新型算法如下：依据分组帧时隙ALOHA算法，通过此算法的分组规则，完成识别的所有标签的分组。分组帧时隙ALOHA算法的分组规则如下：当标签数量≤354时，无论帧长选择8个时隙还是256个时隙，标签都不分组，按照一个大组来进行识别；当标签数量>354时，帧长选择256个时隙比较适合读写器的识别；当标签数量在355707时，标签分为2组；当标签数量在708～1 416时，标签分成4组更适合信息的传输识别。当标签数量更多时，按照这个规律分成合适的组数再进行识别，详细过程如图1所示。标签分组工作完成后，在每个分组中分别采用码分多址技术，利用其技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力，对标签中的数据进行扩频处理并传输。然后读写器端利用码组的自相关特性对不同标签所发的数据进行解调，从而达到防碰撞的目的，进而完成对全部标签的识别，也实现了同一时隙可以传输多个信息的情况。本论文中提到的新型防碰撞算法需要预先在待识别的标签中植入扩频性良好的正交码组，以防止接收端没有办法正确解扩接收，本文选用Walsh序列。该算法可以有效减少图1算法执行过程示意图标签识别过程中的碰撞次数，从而减少了识别时间并且降低了功耗。本论文将分组帧时隙ALOHA算法和码分多址技术相结合，实现在每个分组内可以有多个标签同时进行扩频传输，并且在接收端采用并行接收技术进行多个标签的同时接收。本发明在识别标签过程中，每个组内均为一个独立的识别过程，在分组帧长不改变的前提下，提高了标签数量庞大时的系统性能。有效地减小标签之间的碰撞概率，缩短读写器操作时间，提高吞吐率， 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。

2仿真结果

本论文提出了采用码分多址技术的新型防碰撞算法，并仿真了固定时隙数下ALOHA算法的系统吞吐率和本文所提出的算法改进后的系统吞吐量。

RFID系统中时隙ALOHA算法的帧长取值从16个时隙到256个时隙变化，根据公式2，系统吞吐率如图2所示。其中，系统仿真设定的信息帧长F即时隙数设定按2的幂次方递增，即F取值从16个时隙变化到256个时隙，横坐标为标签数N从1变化到500，纵坐标为吞吐率。当帧长设定为256个时隙，标签数量少于256个时，系统吞吐量随着标签数量的增加而增加，直到标签数量达到256时系统的吞吐量达到最大值。随着标签数量的逐渐增多，系统的吞吐量又呈现下降趋势。从图2可以得出2点结论：一、当标签个数接近信息帧长时，系统的吞吐率比较高；二、随着帧长取值的增加，系统对标签的识别性能有明显改善。

本论文提出的基于码分多址技术的新型防碰撞算法选用Walsh序列码，其在对标签的ID号进行扩频处理后，即可实现在同一时刻有2个以上的标签同时进入读写器的识别区域，它们同时发送各自的ID号后，读写器在接收到这些在空间叠加后的信号时也能完整地分离出不同标签的ID号，突破了时隙ALOHA算法在同一时刻不能有2个以上标签到达的限制。此时，系统的吞吐量为（Walsh序列的阶数为r）esucc=∑t=2rt=1N×P（N，n，t）（4）固定时隙数的ALOHA算法的系统吞吐量仿真图和其与基于码分多址技术的新型防碰撞算法的比较仿真结果如图3所示。仿真条件为标签的到达情况符合泊松过程。仿真图3给出了RFID系统的读写器阅读100个标签的识别结果，其中新型算法选用的是Walsh序列，其阶数r取值从2变化到3，固定时隙数的ALOHA算法的信息帧长F取值从32变化到64，横坐标为标签数N从1变化到100，纵坐标为吞吐量。从仿真结果看，在同样的到达率的条件下，阶数越大，算法的吞吐量越高，系统的识别性能有明显改善。并且随着到达率的增加，新型 算法的吞吐量也随着增加，当标签到达量与阶数相等时，系统吞吐量达到最大，但到达量大于阶数时，吞吐量随着到达率的增加而呈下降趋势。这是由于当在同一时隙内到达的标签数量增加到一定程度后，基于Walsh序列阶数r的有限性，选用相同的Walsh序列作为扩频码的标签数量将会增加，此时必然导致碰撞的增加。当选用的Walsh序列阶数为3时，基于码分多址技术的新型防碰撞算法的系统吞吐量可高达3.2，远高于时隙ALOHA的0.368。而且随着Walsh序列阶数的提高，吞吐量的最大值还可以提高，但这会以增加读写器和标签的硬件复杂度为代价，在实际使用中必须根据需求在吞吐量和Walsh序列阶数中作出折中选择。

3结束语

本论文在标签的到达情况符合泊松过程的情况下，利用码分多址技术的多址通信能力，结合分组帧时隙ALOHA算法的优势，创新地提出了一种RFID系统中基于码分多址技术的新型防碰撞算法。理论和仿真实验表明：同已有的标签防碰撞算法相比，本论文提出的新型算法提高了标签数量庞大时的系统性能，能有效地减小标签之间的碰撞概率，缩短读写器操作时间，提高吞吐率， 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。

篇（4）

一、扩频通信的工作原理

在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。

二、扩频通信技术的特点

扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。

1．抗干扰性强

扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。

2.低截获性

扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。

3.抗多路径干扰性能好

多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

4.保密性好

在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。

5.易于实现码分多址

在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。

三、扩频技术的发展与应用

在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(Industry Scientific Medica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM 频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用 ．

扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。

四、结语

扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。

参考文献：

篇（5）

      0引言

      目前，变电站系统自动化正成为一种不可改变的趋势，其监控和通信系统的重要性日益凸显。变电站现有测控系统多采用有线通信方式，但是，有线通信的弊端是显而易见的，例如传输线铺设复杂、不易检修和维护，长距离传输线易受电磁千扰的影响等等。而无线通信则具有运行可靠、安装灵活。成本低廉等优点，尤其是在需要实时监控变电站信息的情况下，无线通信更是具有极大的优势。

    现有无线通信方式主要有ieee802.11b/g、蓝牙、zigbee. gprs/gsm等。而zigbee技术更是以安全性高、响应时间快、占用系统资源低、成本低以及能耗低等诸多优点成为变电站实时监控系统中首选的无线通信技术。zigbee技术是专门针对无线传感器开发的，无线传感器网络在变电站中的应用研究尚处于起步阶段，其研究重点主要放在配电网自动化以及温度、电能在线监测方面，然而，变电站高强电磁环境对无线传感器网络通信的影响的研究还相对缺失。因此本文对变电站的干扰和无线传感器网络的调制技术进行研究，对无线传感器网络在变电站中的应用的可行性进行论证。

    1变电站中的电盛千扰

    变电站内部具有复杂的电磁环境，因此必须对各种典型的电磁干扰源进行详细的分析。变电站存在的典型的电磁干扰源有:50hz工频电磁场;设备出口短路引起的脉冲磁场;电晕放电;静电放电;局部放电;空气击穿燃弧;sf6间隙击穿燃弧;真空间隙击穿燃弧等。其中工频电磁场和脉冲磁场对无线信号基本不会产影响。

    1. 1静电放电和局部放电

    两个具有不同静定电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的这种放电现象，称为局部放电。两者都是小绝缘间隙、小能量放电的击穿。

    这两种放电产生辐射干扰在几百khz以内，且能量低，衰减快，因此对无线通信不会造成影响。

1.2电晕放电和空气击穿放电

    电力导线在高压强电场作用下，可能对周围空间产生游离放电的电晕。导线表面的机械损伤、污染微粒或者导线附近的水滴、灰尘等，都会引起导线表面曲率变化，从而使得点位梯度达到空气介质的击穿介质。因此，在电力系统的实际运行中电晕的产生几乎是不可避免的。

    由图1可见电晕放电的辐射信号主要集中在78mhz和180mhz附近的两个包络内，并且最大信号强度仅为一40dbmw。

    由图2可知空气间隙击穿产生的电磁场带宽较宽，主要集中在600mhz以下，并且干扰信号的强度很小，即使在580:mhz频率附近也只有-35dbmw。

    1.3开关操作干扰

    变电站内断路器、隔离开关等一次设备在投切操作或开关故障电流时，由于感性负载的存在，开关触头开断时，产生的电弧的熄灭和重燃可能在母线或线路上引起含有多个频率分量的衰减振荡波，通过母线或设备间的连线将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，形成辐射脉冲电磁场。设备操作干扰主要有sf6间隙击穿和真空间隙击穿所产生的辐射信号。

   图3. 4可知sf6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电所产生的干扰信号覆盖频段很宽，且在整个频带范围内电磁信号的强度比较强，在2. 4ghz频段，电磁信号的强度约为一40dbmw。

    2无线传感网网络的扩频技术

    2.1 zigbee协议

    无线传感器网络应用的zigbee协议的框架是建立在ieee802. 15. 4标准之上，ieee802. 15. 4定义}zigbee的物理层和媒体访问层。ieee802. 15. 4定义了两个物理层标准，分别是2. 4ghz物理层和868月i5mhz物理层。两个物理层都基于直接序列扩频(dsss)技术，主要完成能量检测、链路质量指示、信道选择以及数据发送和接收等功能。无线传感器网络输出2.4ghzism频段直接序列扩频信号，输出功率大于一17dbm，工作频段2. 405^2. 480ghz 。

    2. 2直接序列扩频技术

    扩频是利用与信息无关的为随机码，通过调制的方法将己调制的频谱宽度扩展到比原调制信号的带宽宽得多的过程。常用的扩频技术有调频、混合扩频和直接序列扩频等。无线传感器网络采用直接序列扩频技术。

    直接序列扩频系统就是用具有高码率的伪随机(pn)序列，在发送端扩展信号的频谱，在接受端用相同的pn序列对信号进行解扩，还原出原始信号。

    3变电站干扰对传感器网络的形晌

    变电站的电磁干扰主要分为两部分:0~300mhz低频部分、2. 4~2. 5ghz同频带宽。

    1)电晕放电和空气击穿所产生的低频干扰的频带离无线传感器网络的工作频段2. 4ghz很远，并且强度小于一40dbmw，可以通过低通滤波器进行处理，因此对无线传感器网络的无线通信基本没有影响。

    2) sf6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电所产生的电磁干扰在2. 405ghz~2. 485ghz频带内也有较强的信号存在，在间隙击穿电压为i5kv左右时电磁强度达到一40dbmv。变电站现场的击穿电压可能会更高，电磁强度也就更高，因此对无线通信会有一定的影响。但是同频干扰对于无线传感器网络通信的影响是很小的，这可以通过两方面说明:

    ①无线传感器网络应用的直接序列扩频技术，直接序列扩频技术的抗干扰能力是由于接收机将扩频后的信号再次与扩频码相乘还原出原始信号，同时干扰信号也在接收端与扩频码相乘从而将其频带展宽，干扰信号能量也就分散到很宽的频带上，这样2. 405ghz~2. 485ghz频带内只有很小部分干扰信号能量，因此同频噪声对于无线传感器网络通信干扰是微乎其微的。

    ②sf6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电产生瞬态电磁千扰，这种干扰只能持续很短的时间，因此对无线传感器网络的干扰也是瞬间的，瞬态电磁干扰结束，无线传感器网络也恢复正常。

篇（6）

0引言

目前，变电站系统自动化正成为一种不可改变的趋势，其监控和通信系统的重要性日益凸显。变电站现有测控系统多采用有线通信方式，但是，有线通信的弊端是显而易见的，例如传输线铺设复杂、不易检修和维护，长距离传输线易受电磁千扰的影响等等。而无线通信则具有运行可靠、安装灵活。成本低廉等优点，尤其是在需要实时监控变电站信息的情况下，无线通信更是具有极大的优势。

现有无线通信方式主要有IEEE802.11b/g、蓝牙、ZigBee. GPRS/GSM等。而ZigBee技术更是以安全性高、响应时间快、占用系统资源低、成本低以及能耗低等诸多优点成为变电站实时监控系统中首选的无线通信技术。ZigBee技术是专门针对无线传感器开发的，无线传感器网络在变电站中的应用研究尚处于起步阶段，其研究重点主要放在配电网自动化以及温度、电能在线监测方面，然而，变电站高强电磁环境对无线传感器网络通信的影响的研究还相对缺失。因此本文对变电站的干扰和无线传感器网络的调制技术进行研究，对无线传感器网络在变电站中的应用的可行性进行论证。

1变电站中的电盛千扰

变电站内部具有复杂的电磁环境，因此必须对各种典型的电磁干扰源进行详细的分析。变电站存在的典型的电磁干扰源有:50Hz工频电磁场;设备出口短路引起的脉冲磁场;电晕放电;静电放电;局部放电;空气击穿燃弧;SF6间隙击穿燃弧;真空间隙击穿燃弧等。其中工频电磁场和脉冲磁场对无线信号基本不会产影响。

1. 1静电放电和局部放电

两个具有不同静定电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起两物体间的静电电荷的转移。静电电场的能量达到一定程度后，击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘区域发生放电，但在放电区域内未形成固定放电通道的这种放电现象，称为局部放电。两者都是小绝缘间隙、小能量放电的击穿。

这两种放电产生辐射干扰在几百kHz以内，且能量低，衰减快，因此对无线通信不会造成影响。

1.2电晕放电和空气击穿放电

电力导线在高压强电场作用下，可能对周围空间产生游离放电的电晕。导线表面的机械损伤、污染微粒或者导线附近的水滴、灰尘等，都会引起导线表面曲率变化，从而使得点位梯度达到空气介质的击穿介质。因此，在电力系统的实际运行中电晕的产生几乎是不可避免的。

由图1可见电晕放电的辐射信号主要集中在78MHZ和180MHZ附近的两个包络内，并且最大信号强度仅为一40dBmW。

由图2可知空气间隙击穿产生的电磁场带宽较宽，主要集中在600MHZ以下，并且干扰信号的强度很小，即使在580:MHZ频率附近也只有-35dBmW。

1.3开关操作干扰

变电站内断路器、隔离开关等一次设备在投切操作或开关故障电流时，由于感性负载的存在，开关触头开断时，产生的电弧的熄灭和重燃可能在母线或线路上引起含有多个频率分量的衰减振荡波，通过母线或设备间的连线将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，形成辐射脉冲电磁场。设备操作干扰主要有SF6间隙击穿和真空间隙击穿所产生的辐射信号。

图3. 4可知SF6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电所产生的干扰信号覆盖频段很宽，且在整个频带范围内电磁信号的强度比较强，在2. 4GHz频段，电磁信号的强度约为一40dBmW。

2无线传感网网络的扩频技术

2.1 ZigBee协议

无线传感器网络应用的ZigBee协议的框架是建立在IEEE802. 15. 4标准之上，IEEE802. 15. 4定义}ZigBee的物理层和媒体访问层。IEEE802. 15. 4定义了两个物理层标准，分别是2. 4GHz物理层和868月I5MHz物理层。两个物理层都基于直接序列扩频(DSSS)技术，主要完成能量检测、链路质量指示、信道选择以及数据发送和接收等功能。无线传感器网络输出2.4GHzISM频段直接序列扩频信号，输出功率大于一17dBm，工作频段2. 405^2. 480GHz 。

2. 2直接序列扩频技术

扩频是利用与信息无关的为随机码，通过调制的方法将己调制的频谱宽度扩展到比原调制信号的带宽宽得多的过程。常用的扩频技术有调频、混合扩频和直接序列扩频等。无线传感器网络采用直接序列扩频技术。

直接序列扩频系统就是用具有高码率的伪随机(PN)序列，在发送端扩展信号的频谱，在接受端用相同的PN序列对信号进行解扩，还原出原始信号。

3变电站干扰对传感器网络的形晌

变电站的电磁干扰主要分为两部分:0~300MHz低频部分、2. 4~2. 5GHz同频带宽。

1)电晕放电和空气击穿所产生的低频干扰的频带离无线传感器网络的工作频段2. 4GHz很远，并且强度小于一40dBmW，可以通过低通滤波器进行处理，因此对无线传感器网络的无线通信基本没有影响。

2) SF6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电所产生的电磁干扰在2. 405GHz~2. 485GHz频带内也有较强的信号存在，在间隙击穿电压为I5KV左右时电磁强度达到一40dBmV。变电站现场的击穿电压可能会更高，电磁强度也就更高，因此对无线通信会有一定的影响。但是同频干扰对于无线传感器网络通信的影响是很小的，这可以通过两方面说明:

①无线传感器网络应用的直接序列扩频技术，直接序列扩频技术的抗干扰能力是由于接收机将扩频后的信号再次与扩频码相乘还原出原始信号，同时干扰信号也在接收端与扩频码相乘从而将其频带展宽，干扰信号能量也就分散到很宽的频带上，这样2. 405GHz~2. 485GHz频带内只有很小部分干扰信号能量，因此同频噪声对于无线传感器网络通信干扰是微乎其微的。

②SF6间隙击穿放电和真空间隙击穿放电产生瞬态电磁千扰，这种干扰只能持续很短的时间，因此对无线传感器网络的干扰也是瞬间的，瞬态电磁干扰结束，无线传感器网络也恢复正常。

篇（7）

一、LS码简介

多载波码分多址（MC-CDMA）技术是将正交频分复用和码分多址技术相结合，集两者优点于一体的一项新技术，它采用扩频码对原始数据扩频后将每个码片调制到不同的子载波上，可获得频率分集的效果，对于这种技术接入码的相关性能非常重要，这里将李道本教授发明的一种新型的扩频码一零相关窗互补码（LS码）应用于MC-CDMA系统中。LS码是一种具有互补相关性质的码，每个LS码均由两部分C码和S码构成，采用由两位二进制正交基和生成树扩展方式生成长为64的LS码，得到相关函数仿真图，如图1可看出LS码的互相关函数在原点附近是零，这个区域被称作无干扰窗，在此窗口内可以减小甚至消除符号间干扰和多址干扰。自相关函数在无干扰窗口内自相关值为一脉冲值。从其相关函数仿真图中可看出LS码的相关性能优良，适宜应用于多载波码分多址系统从而降低误码率[1][2]。

二、MC-LS-CDMA通信系统模型

2.1发射机模型

LS码应用于MC-CDMA系统的发射机结构如图2所示。发送端对用户数据bk（t）进行串并变换，转换为M个并行分支，然后将每一个并行分支码元分别与扩展码sk（n）的不同码片相乘，完成频域扩频操作。sk（n）的码长为N，那么总的并行分支有M×N个。这N个并行数据被分别调制到N个正交的子载波上得到一个多载波符号。每个多载波符号的前部插入一个保护间隔是为了消除由多径而引起的符号间干扰ISI。最后信号被载波fc（t）进行频谱搬移形成射频信号后发送出去[3]。

2.2接收机模型

MC-CDMA接收机的部分结构示意图如图3所示，假设信道为频率选择性瑞利衰落信道。在下变频后，N个子载波首先利用FFT进行解调，然后与一个增益系数Gkj相乘后将被扩展到各子载波的能量相加。形成判决变量。在考虑信道的情况下，简化后的接收信号即为第m个分支的多载波接收信号：

此MC-LS-CDMA系统用到的扩频序列LS码码长为20，所以原始数据被调制到20个载波上。两个用户的原始数据经过此仿真系统可以恢复原始数据，LS码在MC-CDMA系统的可行性得到了验证。

四、基于LS码的MC-CDMA系统误码率仿真

系统仿真条件为：采用的原始数据个数为104，调制方式为BPSK，高斯白噪声信道，MC-LS-CDMA系统采用的是68个子载波，本文考虑的用户数为1，4，8，16。观察图5可知，单用户与多用户的BER性能几乎没有差别，这说明基于LS码的MC-CDMA系统在多用户的情况下具有良好的抗多址干扰（MAI）性能，这是由LS码具有理想的自互相关特性所决定的[5]。

参考文献

[1]施建超，黄华. LAS码的构造及LAS-CDMA相对于传统CDMA的优势.通信技术，2007（12）

[2] Hancheng Liao，Daoben Li，Qingrong Zhang.An example of LS codes. ICCC China 2004，Beijing，Oct. 2004：pp. 918～920

篇（8）

扩频通信有直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频等几种方式[2].扩频通信系统中常采用的m 序列和Gold 序列，它们都有着较好的自相关特性，但其互相关函数存在大量的尖峰脉冲，这种现象特别是在多径效应的情况下对扩频通信十分不利。另外序列的数量有限，特别是m 序列，Gold 序列是通过m 序列优选对生成的，其可用序列的数量也是有限的。同时它们都有安全性问题，只需知道序列的2n 个比特（n 为寄存器级数）的码元就很容易破译，这就影响到了扩频通信的安全。可见扩频技术主要受传统的PN 码的相关特性以及PN 地址码个数的限制，且其抗截获能力比较差，这对于采用扩频技术的CDMA 系统都是十分不利的。

混沌扩频通信使用混沌序列代替扩频通信的PN 码，混沌序列的研究为选择扩频码开辟了新的途径。混沌是由确定性方程产生的，只要方程参数和初值确定就可以重现混沌现象，而且由于它对初值极端敏感，所以混沌过程既非周期又不收敛[3].从理论上，混沌序列是非周期序列，具有逼近于高斯白噪声的统计特性，并且混沌序列数目众多，更适合应用于扩频通信中作为扩频序列码。混沌系统有着对初始条件特别敏感的特点，对于一个确定的混沌系统，两个非常接近的初始条件（或参数）经过长时间发展后，可以输出完全不相关的结果。这样就可以很方便的产生出大量的不相关的混沌序列，只需通过简单的改变初始值。同时，这些混沌序列具有良好的相关特性，从有限长序列中不可能导出系统的初始条件，从而可达到保密通信的目的，这些特点使得混沌系统很适合于产生扩频通信中系统性能优良的扩频序列。由此，本文用混沌序列作为扩频序列进行了扩频通信系统的Simulink 建模仿真，仿真结果验证了该方法的正确性，先进性。

2 混沌扩频的基本原理

2.1 混沌扩频通信系统的框图设计

该扩频系统的原理框图如图1 所示，它按功能主要可以分为5 个部分：混沌序列产生部分、扩频调制部分、信道部分、解扩部分和误码比较部分。信号在系统的处理过程为：

（1）先由信源端随机生成准备传送的有用信号，有用信号经过信息调制形成数字信号。

（2）然后由混沌序列生成模块产生混沌序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，将扩展频谱的宽带信号经信道传送，叠加上信道噪声。

（3）经过信道传送以后，由本地产生的与发送端相同的混沌序列去完成相关检测，即将收到的宽频信号进行解扩。

（4）经过解扩的信号再经过信息解调，恢复出发送的信号。将恢复出的信号与发送端的原始信号同时送入误码比较器进行比较，计算出系统的误码率。

2.2 混沌序列性质分析

目前应用于产生扩频伪随机序列码的混沌映射主要有：Logistic 映射、改进型Logistic映射、Chebyshev 映射和Tent 映射。这几种混沌映射都属于离散时间混沌系统，是目前研究较为集中的几种映射。本文中选用Logistic 映射动力方程[4].它具有很好的自相关性和互相关抑制性。 对于保密通信而言，既要求对初值的敏感性又要求信号的随机性，敏感性越强同时随机性越好，则保密性越强。这些特性可由概率统计特性均值、自相关和互相关性来定量描述。

当混沌序列无限长时，Logistic 序列的自相关特性和白噪声是一致的。Logistic 序列越长，互相关性越好。在码分多址系统中，最主要的干扰是多址干扰，衡量抗多址干扰能力的主要指标主要是码间互相关性的大小。利用概率密度函数，可以计算得到所关心的一些统计特性p（x）关于偶对称，自相关函数近似为δ 函数，互相关为零。其概率统计特性与白噪声一致，适合于在保密通信中的应用。

2.3 混沌序列与PN 序列的比较

在扩频通信系统中，大都采用线性或非线性移位寄存器产生的伪随机码作为扩频序列，例如，m序列和Gold 序列。然而，这些序列码集中的码个数都很有限。在具有大容量的CDMA通信系统中，这些序列的数量远远满足不了容量的要求。另外，他们提供的保密性也很有限，容易破译。根据以上所述的混沌序列的特性，可将混沌序列代替一般的伪随机序列来作为扩频系统的扩频序列，即所谓的混沌扩频序列。

使用混沌扩频序列主要有以下几个优点[5]: （2）混沌序列容易产生和存储。混沌序列只需要一个模型和初始条件就可以产生，而m序列、Gold 码等PN 序列，由多级移位寄存器或其它延迟元件通过线性反馈产生，要获得不同的随机序列，必须对其产生的随机二进制序列进行缓存，不如混沌序列产生方便。

（3）混沌序列对初始参数极其敏感，即使对相差为10?6的两个初值，经过混沌模型数次迭代后产生的序列也将变得毫不相关，这样可通过混沌模型产生大量不相关的序列。而m序列和Gold 码序列长度只能固定，并且序列的数量有限。

（4）混沌序列的保密性要好于PN 序列。混沌序列具有确定的、随机的和不可预测的特征，并且具有连续宽频谱特征。混沌系列没有周期，类似于一个随机过程，且任意截取一段序列，均不能预测出整个序列，不同于普通扩频系统中的伪随机序列。

可见，混沌序列用于扩频调制，理论上可以进一步改善其性能。

3 MATLAB/SIMULINK 简介

MATLAB 是美国Mathworks 公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。MATLAB软件包括两大部分：数值计算和工程仿真。其数值计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能；在工程仿真方面，MATLAB 提供的软件支持几乎遍布各个工程领域，并且不断加以完善。SIMULINK 是基于框图的仿真平台，它挂接在MATLAB 环境上，以MATLAB 强大的计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。在SIMULINK 环境下使用通信系统仿真模块库中的模块，可以很方便的进行通信系统的仿真，直观的图形输出让我们可以很清楚地看到仿真结果。

4 混频扩频系统的建模与实现

4.1 混沌扩频通信系统的仿真模型设计

在 simulink 环境下，在通信系统仿真模块库中选择本系统仿真所需要的各个模块，搭建仿真模型，如图3 所示。

4.2 系统仿真结果与性能分析

5 结论

本文给出了一种基于MATLAB/SIMULINK 的混沌扩频通信系统的仿真模型，验证了基于混沌序列的扩频通信系统的工作机理。从仿真的结果中的误码率和信号波形两个方面都可以验证利用混沌序列进行扩频通信是一种更为优良、可靠的通信传输手段。本文所设计的仿中国科技论文在线真框图，具有良好的性能和可视化的优点，下一步可以研究具有自适应特性的、对调制方式、载波数、扩频码的参数可以适时更改的、更加智能化和实用化的混沌序列扩频通信系统。随着第三代通信的发展，保密传输变得越来越重要了，混沌序列直接扩频提供了比传统的扩频系统更好安全性[7].比如非周期性、对初始值及参数的敏感性、非二元性、伪随机性等都在传输安全中有更好的优越性，再加上混沌序列具有无穷的多样性，从而为通信质量和系统容量的提高奠定了理论基础[8, 9]。

[2] 胡健栋，郑朝辉等。码分多址与个人通信[M].北京人民邮电出版社，1996.

篇（9）

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0026-03

近年来，移动通信由于具有时实性、机动性、具有不受时空限制等特点，己经成为一种深受人们欢迎的通信方式，并快速渗入进我们现代生活中的方方面面。此外，利用有效信道的带宽资源对于我们日常通信系统具有相当大的意义。全世界范围内对移动通信和个人便携通信的要求日益增加，在这一背景下，CDMA扩频通信系统引起人们的高度关注。因此，研究其对抗外界的强干扰，高频带的利用率，各频道的互相关性以及保密性等方面都是必须的，更是必备的。面临着日益增加的全世界范围内对移动以及个人便携式通信的庞大需求，对一个给定无线频谱的位置，CDMA扩频通信系统能够达到更高的频带效率，因此相较于其它通信技术，该通信系统能够提供足够多的多址接入用户数，正因为其在无线通信领域所拥有的独有特性，使得CDMA扩频通信系统已逐步取代过去的传统通信模式，成为一种主要的通信方式。与此同时，应用于CDMA扩频通信系统的新技术也不断涌现，例如卫星通信、军事抗干扰通信以及金融行业基于CDMA的无线金融解决方案等。

在CDMA系统中，所有用户使用同一频率通信，系统在发送端使用特定的扩频码对原始信号进行扩频，在接收端利用扩频码的相关性区分不同用户。我们在后续的系统建模中主要也是利用该扩频码的相关性来区分各个通信用户。工作在同一频段上的不同用户之间存在多址干扰，从而使得解码时产生误码，该文也将从误码率方面来比对各种相关扩频码的数据仿真[1]。

1 蒙特卡罗模型建模

建模是仿真的基础，该文利用蒙特卡罗仿真来分析CDMA系统的误码性能。蒙特卡罗仿真的基本思想是：首先建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问题的解；然后通过对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求随机参数的统计特征，最后给出所求解的近似值，解的精度可用估计值的标准误差来表示。蒙特卡罗方法以概率统计理论为其主要理论基础，以随机抽样（随机变量的抽样）为其主要手段。图1便是我们即将进行研究的CDMA仿真模型[2]。

本文利用图1所示CDMA系统的蒙特卡罗仿真模型，研究不同扩频地址码的选择对系统误码性能的影响，混沌映射参数对系统误码性能的影响。蒙特卡罗仿真次数为100次。

2 两种混沌映射参数对混沌扩频通信系统误码性能的影响

由于混沌扩频序列的生成对参数的依赖性[2]（如Logistic序列存在着初始值和分形参数的依赖）使得这些参数会对序列的性能产生影响，而这些影响又将反映在系统的误码率（BER）上。因而本文首先将对Logistic序列初始值和分形参数对CDMA通信系统误码性能的影响进行仿真和分析。通过大量仿真分析为实际应用时对初始值和分形参数选择提供有用的依据[3]。

为不失一般性，蒙特卡罗仿真条件为：信噪比[SN]为10dB，用户数为7，信号码长1000，扩频倍数为20，信道为高斯白噪声信道。

2.1混沌映射初始值对系统误码率的影响

对不同的用户我们取相同的初始值[4]，7个不同的初始值与7个用户独有的地址码相对应，产生的7个不同的混沌序列作为7个用户各自的地址码。

选择序列初始值范围都在[0.01，0.99]之间取值，每间隔0.01产生一个初始值。Logistic混沌映射的初始值对混沌扩频通信系统误码率的影响曲线如图2。

仿真结果分析：由图2可以看出，混沌映射初始值对系统误码率的影响明显。Logistic混沌映射在初始值为0.3、0.5、0.7等几个点处误码率较小，可以得到误码性能非常好的Logistic序列。在选择地址码时，我们可以选择这些点作为混沌映射初始值来产生误码性能较好的地址码。

2.2混沌映射分形参数对系统误码率的影响

对不同的用户我们取相同的分形参数，7个不同的初始值产生的7个不同的混沌序列与7个用户独有的地址码相对应。

Logistic序列选择分形参数范围都在 （3.57，4）之间取值，每间隔0.01产生一个分形参数。该混沌映射的分形参数对混沌扩频通信系统误码率的影响曲线如图3。

仿真结果分析：由图3可以看出，混沌映射分形参数对系统误码率的影响明显。Logistic混沌映射在分形参数为3.92具有最小的误码率，可以得到误码性能非常好的Logistic序列。在选择地址码时，我们可以选择这些点作为混沌映射分形参数来产生误码性能较好的地址码。

3 基于不同地址码CDMA通信系统误码性能仿真分析

本小节将分别对使用m序列、Gold序列及Logistic序列作为地址码时的CDMA通信系统的误码性能进行仿真分析[5]。

当m序列作为地址码时，我们基于不同的本原多项式和初始状态产生不同的m序列来作为不同用户的地址码；当Gold序列作为地址码时，基于不同的m序列优选对产生不同的Gold序列来作为不同用户的地址码；当Logistic序列作为地址码时，我们选择固定的分形参数3.92，基于不同的初始值产生不同的Logistic序列作为不同用户的地址码。

1）干扰对扩频通信系统性能的影响

在高斯白噪声信道[5]条件下为不失一般性，我们选择用户数为5，信号码长1000，扩频倍数为20。信道为高斯白噪声信道。用户数与系统误码率的关系曲线如图4。

（a）m序列（b）Gold序列（c）Logistic序列

仿真结果分析：由图4可以看出，系统误码率随着信噪比的增加而减小。Gold序列的误码率曲线比m序列的误码率曲线下降的慢，误码性能明显要比m序列差，可以看出， Logistic序列的误码性能最优。

4 结论与分析

本文利用蒙特卡罗仿真对Logistic混沌映射产生二相混沌扩频序列，分析了初始值，分形参数对CDMA误码性能的影响[6]，并同时与GOLD序列，m序列为扩频码时系统的误码性能进行比较，最终得出结论。

通过仿真表明：（1）Logistic混沌扩频序列初始值和分形参数的选择对系统误码率的影响很大，由于Logistic混沌序列具有非常强的初值敏感性，因此序列数量是非常巨大的，这是m序列和Gold序列所不能比的，故要想得到误码性能较好的混沌扩频通信系统，选择好初始值与分形参数是关键。（2）Logistic二相混沌扩频序列误码性能要优于m序列和Gold序列，Gold序列的误码率曲线比m序列的误码率曲线下降的慢，误码性能明显要比m序列差，且m序列可用码组有一定限制。我们可以通过选择合适的初始值和

分形参数我们可以在Logistic混沌序列中找到抗多址干扰能力优于其它扩频序列的地址码。（3）通过选择合适的初始值和分形参数我们可以在Logistic混沌序列中找到抗多址干扰能力优于其它扩频序列的地址码。

综上所述，传统扩频序列中m序列具有较强的抗干扰能力，可惜能作为地址码使用的序列数量较少。与传统扩频序列的比较，Logistic混沌地址码具有抗多址干扰强，误码率低，用户容量大，保密性强和易于实现等特点，并且通过初始值与分形参数的选择可以得到数量丰富的序列，故Logistic二相混沌扩频序列可作为CDMA扩频的一种优选序列，可作为未来扩频通信中扩频码的首选。

参考文献：

[1] 黎明，于银辉.混沌序列及其在扩频通信中应用的研究[D].吉林：吉林大学硕士论文，2009（5）.

[2] 蒙特卡罗.蒙特卡罗算法[J].数学中国社区 ，2011（5）.

[3] 李方伟，梅国宇，窦瑞华.用混沌系统产生扩频序列[J].数字通信，2000（1）.

[4] 王亥，胡健栋.Logistics―Map混沌扩频序列[J].电子学报，1997，25（1）：19-23.

篇（10）

中图分类号：TN914.42 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0107-02

1 引言

U频通信是现代通信的一个重要分支和发展方向，信息在传输过程利用伪随机序列对被传输信息进行频谱扩展，使其具有远远大于信号自身传输过程中所需要的带宽，在接收过程中使用相同的序列进行解扩并恢复原始数据信息。它在抗噪声干扰、抗多径衰落、码分多址等方面同传统无线通信相比具有无可比拟的优势。其自诞生之日起，就得到了广泛重视，现逐步发展成为前景极为广阔的一种通信方式。扩频测距是利用扩频通信来进行测距的一种测距方式，一般采用一个较长周期的pn码序列做为发射信号，在接收端通过该pn码与目标反射回来的pn码序列的相位进行比较，通过两个码序列的码片差，得出时间差，进而换算出所要测量的距离。

本文利用matlab的可视化工具simulink对扩频测距系统进行了仿真，对该系统的扩频增益、干扰噪声与抑制及伪随机码的跟踪与捕获比进行了研究，为扩频测距系统在实际环境下的应用提供了依据。

2 理论基础

2.1 直接扩频系统

2.1.1 直接扩频系统的理论基础及基本原理

直扩的基本工作原理是在发送端信源加入高速的伪随机序列使得信号的频谱得以扩宽，展宽后的信号再经过调制发送出去。在接收端使用相同的本地伪随机序列对接收到的信号进行解扩并解调，恢复出原有信号。其理论基础源于香农定理：在高斯白噪声干扰条件下，系统的传输最大速率或信道容量为：

式中：C为信道容量；B为信号带宽；S为信号平均功率；N为噪声功率。

由香农公式可看出：

（1）可以通过增加传输信号的带宽或增加信噪比的方式，来实现系统信息传输速率的增加，使系统信道容量增加。

（2）针对一个指定的信道容量，可以通过信噪比和带宽的适当互换来保证信道容量不变。

（3）当带宽展宽时系统噪声功率也会变大，信道容量不能通过增加带宽而无限制增大。

由此可知在信道容量一定的条件下，信号功率和信号带宽可以形成互换。当然并不是任意系统随意扩展其传输带宽后就一定会得到信噪比的互换，我们在实际通信系统的设计中，应选择最有效的方式来实现这种信噪比和带宽的互换，扩频技术就是一种有效的方法，在强干扰的环境下它仍然可以保证良好的通信质量。

2.1.2 伪随机序列

扩频系统的扩频是通过伪随机序列乘上原信号来实现的，因此随机序列具有良好的随机特性和相关特性。本文选用的m序列是由移位寄存器加上反馈后产生的一种常用的伪随机序列，其具有产生容易，自相关性好，互相关值小等优点，m序列特有的尖锐的自相关特性，正是码捕获时可选用滑动相关法进行捕获。

2.2 直接扩频测距的基本原理

直接扩频测距系统利用目标反射回来的pn码与接收端原pn码的相位进行比较，得到两个码序列的相位差，进而得出与待测物体间的距离。直接扩频测距系统包括发送端、信道、及接收端，发送端对信源出来的原始数据信号依次进行信道编码、直接序列扩频调制、BPSK调制，而后进入信道，在信道中加入了噪声和干扰，在接收端进行码同步后完成解扩及解调。其中在PN码捕获的时候，利用PN码的自相关性而产生的峰峰值得到两个码同步所需要的时间，进而得到所测的距离。

3 系统设计

3.1 发送端

直接扩频测距系统的发送端包括扩频调制和bpsk调制。扩频调制通常是将待传输的基带数字信号与扩频码在时域相乘，源信号经过扩频后，得到远大于源信号带宽的宽带信号。本文选用n为8的m序列，周期为 。

载波调制是用基带信号去改变载波信号的幅度、频率等参数，进行信息传送。这里使用的是BPSK调制。调制后输出为，其中

3.2 信道

信道是通信传输的媒介，在无线电通信传输中存在许多干扰。信号传输过程中要尽量消除和减少干扰。本论文在信道中加入了单频窄带干扰，这种干扰在频率上与通信频率相同，可形成同频干扰，且频带很窄，使得干扰信号的能量全部落入有用信号频带内，对有用信号形成干扰。同时在系统加入干扰抑制模块，干扰抑制的核心思想就是在直扩信号解扩前把强干扰能量消除，避免干扰进入接收端进而超过直扩系统的干扰容限。使其信噪比降低到直扩系统干扰容限范围内，实现对信号的正确接收。其理论基础是利用信号与干扰在时域和频域的特性差别来检测和消除干扰。本文应用傅里叶重叠变换抑制干扰，利用窄带干扰集中在很窄的频带范围内，在频域上形成很窄的尖峰，通过对频域内的混合信号进行检测，找到干扰的位置并将这些频谱线去掉。

扩频接收机的关键技术在于PN码同步，在扩频系统中，要正确地进行解扩，必须进行相应的伪码同步。在接收端使用一个与发送端相同的PN码，对反射回来的码进行比较，实现码同步。这也是测距的关键所在。这里使用的是滑动相关法进行伪随机码的捕获。本地PN码与反射回来PN码进行互相关运算，利用其自相关特性和互相关特性，当两个PN码完全重合时出现尖峰值，即此刻两码组实现同步。若没有同步，则本地码延时一个码片，继续上步计算，则直到两码片重合为止。对延时的时间进行计数，就可得知两个码片同步所需要的时间，即通过此时间可换算出两地之间的距离。

3.3 载波同步

接收信号在完成解扩之后要进行解调。在相干解调时，接收端需要用一个与所接收信号完全相同的相干载波进行提取，这个过程叫做载波同步。这里采用自同步的方法，载波同步是搭建Costas环完成载波同步的仿真。

3.4 距离测量

在PN码同步时，计数器1在PN码时钟的触发下由0到n-1计数，其中n是m序列的位数，若计数器计满n时将计数器2清零进入下一轮计数。计数器2在时钟触发下对接收码与本地码互相关运算，门限判决电路的作用是将计数器2在n个码元r间内与门限进行比较，若大于门限，输出0，小于门限，输出1。当输出1时，时钟产生电路则扣除掉本地伪码产生的一个时钟脉冲，本地伪码发生器将延时一个码片，就相当于本地码在滑动，一直到无窄脉冲输出时，码相位就对齐了。计数器1则记录了码片延时的个数，通过码片延时的个数能计算出延时时间，进而计算出所测的距离。

4 仿真与结果分析

直接扩频系统采用n为8的m序列，扩展频谱宽度为。采用BPSK调制，扩频调制仿真模块如图1所示。

在信道中加入信噪比为10dB的高斯白噪声和中心频率为510kHZ的单音窄带干扰，系统的数码率为1kb/s，扩频码率255kb/s，载波为510kHZ。

而后在系统中加入干扰抑制模块后，FFT变换采样点个数为8192，窗函数使用切比雪夫窗，阻带衰减度为80dB。加入干扰抑制模块后，波形输出如图2所示，从图中可以看出，经过加窗处理和重叠变换后，干扰大幅度降低，信号损伤大为减少。FFT的干扰抑制技术还能同时处理多个干扰，因此具有良好的抗多径衰落的能力。

Pn码同步时采用255bit、速率为255kb/s的本地pn码，码同步后输出波形图3可以看出中间一路信号在0.005s时出现尖峰值，仿真在两个码片周期内能够得到明显相关峰，PN码同步完成。在载波同步仿真中通过构建Costas环完成解调，载频为500kHz，与发送端调制时有10kHz频差。其控制电压大小与调制信号无关，只取决于相位差。从仿真结果图4可见最终的包络信息含有噪声，符合解调要求，成功解调。

5 结语

本文在simulink中搭建了扩频测距的仿真平台，并在整个系统仿真中加入了常见的窄带单频干扰和高斯白噪声，重点分析了扩频调制和码同步两个关键步骤，系统设计中加入了窄带干扰抑制模块，接收并解扩后的信号与发出信号基本一致，误比特率低。通过仿真验证了系统的可行性。结果表明系统的频带扩展宽度符合预期，在信道中存在较大干扰的情况下，抗干扰能力良好。滑动捕获码同步法估算测距距离的算法简单有效，满足实际运用需求。

参考文献

[1]Roger L.Peterson.扩频通信导论[J].电子工业出版社，2006.

[2]Gordon.LStubber.移动通信原理[J].机械工业出版社出版社，2005，6.

[3]窦中兆.CDMA无线通信原理[J].清华大学出版社，2004，2.

篇（11）

1引言

在油田偏远油区生产过程中，对相关生产参数及油井视频进行远程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区装置远离油田总部，应用有线的通讯方式，施工困难且周期长、灵活性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。

2常用的无线通讯技术

目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。

其中GPRS和CDMA技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输业务，在数据传输方面有着很强的优势，即信号覆盖范围广。对于陆上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊，远离陆地的基站，因此很多海上生产平台还无法为GPRS/CDMA信号完全覆盖。此外经过测试，GPRS的平均速率为20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率为80kbit/s～100kbit/s，可以满足传输小数据量的生产数据要求，但无法满足大数据量的信号（例如视频信号）远程无线传输。虽然有利用CDMA技术进行视频信号传输的案例，但效果并不理想。

数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一，一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控(SCADA)项目中。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点，数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。

扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。

例如，对于远离陆地且无法进行中继的海上平台，通讯链路只能通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响，建设速度快，易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵，且系统维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发挥着极为重要的作用，因其传输速率低、噪声大，电离层反射天波为主，通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点，因此在其他领域已慢慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷，但对于海上油田而言，短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式，用于海上平台的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。

3环境因素对技术应用的影响

偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑信道带宽，传输数率，传输距离，发射功率，天线要求等通信设备本身的技术参数外，在应用无线通讯技术的过程中，还必须全面地考虑海上平特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。

3.1对信号传输的影响

可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田远离陆地，与陆地之间的广阔的海域、多变的气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。

微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响，导致接受机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化，我们把这种现象称为衰落。从衰落的物理因素来看，可以分成以下几类：吸收衰落、雨雾衰落、K型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中，吸收衰落、雨雾衰落及K型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。

3.2对技术应用的影响

各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独特的现场环境。海上平台一般空间狭小，还要考虑海上多风，平台最高点一般较低的特点。

首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响，相同的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短波通信等天线体积较大的应用，由于海上风力较大，抗风性的要求也使得设备在小平台的安装变得十分困难。

此外，对于无人值守的平台，设备必须具有高可靠性、可自动维护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上配备专业管理操作人员进行设备的管理维护，这一特点也为技术的应用带来一定的限制。

4无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用

在实际的现场应用中，我们选取了基于5.8G无线网桥设备进行了现场应用测试。测试地点为浅海油井，测试内容为4路视频监控图像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉Canopy5.8G无线网桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转化为可在网络传输的IP数据流，之后由无线网桥将信号传输到陆地端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后，对视频信号进行录像存储及Web。相关用户可依据相应权限在局域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。