Transcript 直接序列展頻
展頻通信技術概述 (Spread Spectrum Communication Techniques) 報 告 人：林勇良、古建華 問題 • • • • 為何有展頻 通信系統 何謂展頻 抗干擾指標 展頻通信種類 為何有展頻 (Spread Spectrum)通信 • 傳統定頻通信之缺點 – 波道數固定、系統容量不易擴充 – 通信頻率固定、易於遭受欺騙、儰冒、干擾等威脅 • 先進展頻通信之優點 – 分碼多工(CDMA)、系統容量增加 – 通信信號頻譜分散、可降低電子截收、測向、定位及干 擾 • 展頻通信系統之缺點 – 技術層次高、系統設計複雜 何謂展頻 • 展開信號頻譜 – 信號頻譜分散、信號不容易被發現，例子如下 雜訊 雜訊 • 網路可以共用相同頻譜，如何區分網路 – 擬似亂碼序列(PN Sequence) – 分碼多工(CDMA ，Code Division Multiple Access) 抗干擾指標 • 信號頻譜被擴展愈大，愈不容易被截收、 愈不容易被干擾 • 信號頻譜被擴展愈大，抗干擾能力愈好 • 處理增益Gp Gp BW S BW NS BWS BWNS 展頻通信種類 • 依據實際裝備特性及信號波形種類不同 – 直接序列展頻(DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum) – 跳頻展頻(FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum) 發射天線 數據輸入 展頻 功能 射頻 單元 傳送端 接收天線 數據輸出 聚頻 功能 同步 單元 射頻 單元 接收端 直接序列展頻(DSSS) • 直接將數據信號乘上擬似亂碼序列將信號 頻譜展開 數據 輸入 擬似亂碼 產生器 • 處理增益Gp Gp RC RB RC :擬似亂碼序列的時脈速率 RB :數據速率 直接序列展頻(DSSS)(續) 發射天線 展頻 數據 輸入 混波器 d(t) X(t) 展頻信號 調變器 c(t) Cos(w0t) 擬似亂碼 產生器 本地振盪信號 傳送端 接收天線 聚頻/展頻 X(t)(展頻信號) 混波器 數據 輸出 匹配濾 波器 解調器 c(t) 擬似亂碼 產生器 數據信號 同步電路 Cos(w0t) Xj(t)(干擾信號) 本地振盪信號 Xj(t) X(t) 干擾信號 Noise level 直接序列展頻(DSSS)(續) • 若數據速率RB =9.6Kbps，擬似亂碼序列的時 脈速率RC =1.2288Mbps (IS-95) – Gp=RC/RB=128(21dB) • 合理擴頻之頻寬: –考量多重路徑衰弱(Multipath fading) –接收機複雜度及性能 • 直接序列展頻特性 – 信號如雜訊(Noise-like) – 信號具隱密性(Signal Hiding) – 友台信號或干擾信號亦如雜訊，不會立即造成威脅 直接序列展頻(DSSS)(續) • 遠近問題(Near-Far Problem) – 友台發射端距離我的接收端很近時，因信號路徑衰減小 ，將在接收端造成嚴重干擾，此現象稱之為近-遠問題 • Smart Power Control 機制 –控制所有網路內之通信機發射功率，使得在接收端接收 所有通信機的信號強度相同，以解決近-遠問題 跳頻展頻(FHSS) •以擬似亂碼方式選擇不同頻率執行跳躍式 之通信構連 頻率 時間 干擾信號 跳頻信號 跳頻展頻(FHSS)頻譜 干擾信號 跳頻信號 頻譜 頻率 跳頻展頻(FHSS)(續) 發射天線 混波器 資料 輸入 功率 放大器 調變器 綜頻器 碼頻轉 換對照表 擬似亂碼產生器 傳送端 接收端 資料 輸出 混波器 功率 放大器 解調器 綜頻器 碼頻轉 換對照表 擬似亂碼產生器 同步電路 跳頻展頻(FHSS)(續) • 通信頻率是由擬似亂碼(PN Code)及碼頻轉 換對照表(Frequency Mapping Table)決定 • 抗干擾能力由頻率跳躍範圍及跳頻速率決 定 •綜頻器性能決定跳頻速率 •系統處理增益調整容易 •跳頻參數 –傳輸密鑰 (TSK, Transmission Security Key) – 網碼 (NET ID) – 時間參數 ( TOD, Time of Date) 跳頻通信與直接序列通信之性能比較 直接序列展頻 跳頻展頻 遠近問題、需迴路功率 控制機制 不需功率控制機制 信號頻譜連續、無法剔 除信號頻譜內之相同頻 率 系統處理增益不易調整 可因地因時剔除佔用頻 率或設定避跳頻段 緩慢衰弱影響大 系統處理增益可適需要 調整 緩慢衰弱影響小 較常見於民用通信 較常見於軍事通信 結語 • DSSS 是一個敏感的技術。太多限制及多路 徑因素，使其只運用在點對點及短距離通 訊的方面。 • FHSS 是一個很健全的技術，在複雜電磁環 境中覆蓋大範圍的特點，並很容易允許裝 置直接建立點對多點的通訊，提供極好的 可靠性。