擴頻技術論文大全11篇
時間：2023-03-01 16:26:11緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇擴頻技術論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。
篇（1）
擴頻技術就是將所傳輸信息的帶寬擴展很多倍，然后發送出去，這時發送信號所占據的信道帶寬遠大于信息本身的帶寬，例如，傳輸一個9600bps的數據流，其基帶帶寬不到10kHZ，但用擴頻技術傳送時，它所占據的信道帶寬可以被擴展到300kHZ或更寬，與此同時，調制到高頻的信號發射功率譜也將大大降低。下面簡要介紹一下無線擴頻系統：
1擴頻系統的基本設備組成
(1)擴頻電臺：
擴頻系統的核心設備是擴頻電臺。PN碼擴頻以及調制到2.4GHz的高頻載波上都是由它來完成的。目前國內經常使用的電臺主要是美國的Pcomcylink電臺、Utilicom電臺、加拿大DTS電臺和Comlink電臺等。
(2)復用器：
有時在一個地方不僅要傳輸一路數據，可能還要傳輸幾路數據甚至話音、圖象，而電臺卻只有一部，這時就要用到復用器。它能將幾路數據或話音等有機地合成為一路，并將其傳送給本地的電臺，最后由電臺象發射一路數據時那樣將其發送出去。而在遙遠的接收端則執行與上述相反的過程，同時按發射時的規律便可以將幾路話音和數據分開。目前國內經常使用的復用器主要是美國Motorola復用器、以色列RAD公司復用器等。
(3)天線及饋線：
天線和饋線是將高頻信號從電臺輻射到空間或從空間接收并傳輸到電臺的設備。目前國內經常使用的天、饋線主要是與電臺配套的原廠產品。
2擴頻系統的組成
(1)點對點方式：
點對點方式實際上是一種一一對應的工作方式，這種方式簡便、易行，同時也可以組成多個點對點的系統，其各點之間通過適當的設置可以互不影響。示意圖見圖1。
(2)點對多點方式：
點對多點方式是一種被稱為“一對多”或“多對一”的經濟型擴頻方式，也有人稱之為“一點多址”。它使用輪詢的原理，由一臺主機對所有從機進行輪詢并指定其中的一臺從機與通信。這種方式與點對點方式比起來可以節省很多電臺，但其傳遞的數據量比較少，且相對速度較慢。其示意圖見圖2。
(3)中繼方式：
中繼方式一般用在通信距離過長(超過50km)或兩通信點之間有阻擋(如高山或建筑物等)的較特殊情況下，是一種“接力”或“迂回”的通信方式。其示意圖見圖3。
圖3中繼方式無線擴頻示意圖
3擴頻設備性能
篇（2）
傳統的標簽防碰撞算法可分為ALOHA算法[2-3]和樹形算法[4-5]2類。ALOHA算法是1種完全隨機接入的多址接入協議算法,比如:PALOHA算法(隨機推遲算法)、時隙ALOHA算法(SA算法)、幀時隙ALOHA算法(FSA算法)、動態幀時隙ALOHA算法(DFSA算法)和分組ALOHA算法等。該類算法在標簽試圖發送數據時,并不考慮信道當前的忙閑狀態,一旦產生數據,就立刻決定將其發送至信道,這種發送控制策略有嚴重的盲目性。隨著用戶數量或發送信息量的增加,這種完全隨機接入的算法將使信道重疊現象加劇,碰撞概率增大,傳輸性能下降。
近幾年,有學者提出了采用CDMA技術進行防碰撞的方法,其性能有明顯改善。文獻[6]提出在標簽識別過程中,使用碼分多址技術,實現一個時隙可以同時傳輸多個標簽。文獻[7]提出了一種基于碼分多址思想的時隙ALOHA算法,來解決射頻識別中的防碰撞問題,此算法的系統穩定范圍要大于時隙ALOHA系統,并且當選用的擴頻碼組階數為N時,此算法的最大吞吐量可達原時隙ALOHA的N倍。上述2個文獻所提到的算法,當標簽數量很多時,數據碰撞的概率明顯增加,使系統的吞吐量急劇下降,影響了系統的整體性能。基于以上原因,本論文提出了1種改進的基于CDMA技術的防碰撞算法,能夠適應大量標簽的識別應用,減少了識別碰撞的發生,使系統吞吐量得到明顯改善。
1基于CDMA技術的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1(2)由于傳統的基于ALOHA的防碰撞算法中一個時隙最多只能正確識別一個標簽的信息,所以當標簽數目過大時,系統的吞吐率,即正確識別標簽數目所占的百分比將會大幅度的降低,所以對于過量的標簽,本算法將會采取對所有標簽進行分組識別,當標簽需要分成2組時(系統識別幀最大時隙數N為256):nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 (3)用上述公式可知n=354,所以當標簽數量大于354時,系統將會對標簽分組識別。
本文提出的新型算法如下:依據分組幀時隙ALOHA算法,通過此算法的分組規則,完成識別的所有標簽的分組。分組幀時隙ALOHA算法的分組規則如下:當標簽數量≤354時,無論幀長選擇8個時隙還是256個時隙,標簽都不分組,按照一個大組來進行識別;當標簽數量>354時,幀長選擇256個時隙比較適合讀寫器的識別;當標簽數量在355707時,標簽分為2組;當標簽數量在708~1 416時,標簽分成4組更適合信息的傳輸識別。當標簽數量更多時,按照這個規律分成合適的組數再進行識別,詳細過程如圖1所示。標簽分組工作完成后,在每個分組中分別采用碼分多址技術,利用其技術的保密性、抗干擾性和多址通信能力,對標簽中的數據進行擴頻處理并傳輸。然后讀寫器端利用碼組的自相關特性對不同標簽所發的數據進行解調,從而達到防碰撞的目的,進而完成對全部標簽的識別,也實現了同一時隙可以傳輸多個信息的情況。本論文中提到的新型防碰撞算法需要預先在待識別的標簽中植入擴頻性良好的正交碼組,以防止接收端沒有辦法正確解擴接收,本文選用Walsh序列。該算法可以有效減少圖1算法執行過程示意圖標簽識別過程中的碰撞次數,從而減少了識別時間并且降低了功耗。本論文將分組幀時隙ALOHA算法和碼分多址技術相結合,實現在每個分組內可以有多個標簽同時進行擴頻傳輸,并且在接收端采用并行接收技術進行多個標簽的同時接收。本發明在識別標簽過程中,每個組內均為一個獨立的識別過程,在分組幀長不改變的前提下,提高了標簽數量龐大時的系統性能。有效地減小標簽之間的碰撞概率,縮短讀寫器操作時間,提高吞吐率, 很適合應用于具有較大數量標簽的RFID系統中。
2仿真結果
本論文提出了采用碼分多址技術的新型防碰撞算法,并仿真了固定時隙數下ALOHA算法的系統吞吐率和本文所提出的算法改進后的系統吞吐量。
RFID系統中時隙ALOHA算法的幀長取值從16個時隙到256個時隙變化,根據公式2,系統吞吐率如圖2所示。其中,系統仿真設定的信息幀長F即時隙數設定按2的冪次方遞增,即F取值從16個時隙變化到256個時隙,橫坐標為標簽數N從1變化到500,縱坐標為吞吐率。當幀長設定為256個時隙,標簽數量少于256個時,系統吞吐量隨著標簽數量的增加而增加,直到標簽數量達到256時系統的吞吐量達到最大值。隨著標簽數量的逐漸增多,系統的吞吐量又呈現下降趨勢。從圖2可以得出2點結論:一、當標簽個數接近信息幀長時,系統的吞吐率比較高;二、隨著幀長取值的增加,系統對標簽的識別性能有明顯改善。
篇（3）
傳統的標簽防碰撞算法可分為ALOHA算法[2-3]和樹形算法[4-5]2類。ALOHA算法是1種完全隨機接入的多址接入協議算法，比如：PALOHA算法（隨機推遲算法）、時隙ALOHA算法（SA算法）、幀時隙ALOHA算法（FSA算法）、動態幀時隙ALOHA算法（DFSA算法）和分組ALOHA算法等。該類算法在標簽試圖發送數據時，并不考慮信道當前的忙閑狀態，一旦產生數據，就立刻決定將其發送至信道，這種發送控制策略有嚴重的盲目性。隨著用戶數量或發送信息量的增加，這種完全隨機接入的算法將使信道重疊現象加劇，碰撞概率增大，傳輸性能下降。
近幾年，有學者提出了采用CDMA技術進行防碰撞的方法，其性能有明顯改善。文獻[6]提出在標簽識別過程中，使用碼分多址技術，實現一個時隙可以同時傳輸多個標簽。文獻[7]提出了一種基于碼分多址思想的時隙ALOHA算法，來解決射頻識別中的防碰撞問題，此算法的系統穩定范圍要大于時隙ALOHA系統，并且當選用的擴頻碼組階數為N時，此算法的最大吞吐量可達原時隙ALOHA的N倍。上述2個文獻所提到的算法，當標簽數量很多時，數據碰撞的概率明顯增加，使系統的吞吐量急劇下降，影響了系統的整體性能。基于以上原因，本論文提出了1種改進的基于CDMA技術的防碰撞算法，能夠適應大量標簽的識別應用，減少了識別碰撞的發生，使系統吞吐量得到明顯改善。
1基于CDMA技術的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1（2）由于傳統的基于ALOHA的防碰撞算法中一個時隙最多只能正確識別一個標簽的信息，所以當標簽數目過大時，系統的吞吐率，即正確識別標簽數目所占的百分比將會大幅度的降低，所以對于過量的標簽，本算法將會采取對所有標簽進行分組識別，當標簽需要分成2組時（系統識別幀最大時隙數N為256）：nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 （3）用上述公式可知n=354，所以當標簽數量大于354時，系統將會對標簽分組識別。
本文提出的新型算法如下：依據分組幀時隙ALOHA算法，通過此算法的分組規則，完成識別的所有標簽的分組。分組幀時隙ALOHA算法的分組規則如下：當標簽數量≤354時，無論幀長選擇8個時隙還是256個時隙，標簽都不分組，按照一個大組來進行識別；當標簽數量>354時，幀長選擇256個時隙比較適合讀寫器的識別；當標簽數量在355707時，標簽分為2組；當標簽數量在708～1 416時，標簽分成4組更適合信息的傳輸識別。當標簽數量更多時，按照這個規律分成合適的組數再進行識別，詳細過程如圖1所示。標簽分組工作完成后，在每個分組中分別采用碼分多址技術，利用其技術的保密性、抗干擾性和多址通信能力，對標簽中的數據進行擴頻處理并傳輸。然后讀寫器端利用碼組的自相關特性對不同標簽所發的數據進行解調，從而達到防碰撞的目的，進而完成對全部標簽的識別，也實現了同一時隙可以傳輸多個信息的情況。本論文中提到的新型防碰撞算法需要預先在待識別的標簽中植入擴頻性良好的正交碼組，以防止接收端沒有辦法正確解擴接收，本文選用Walsh序列。該算法可以有效減少圖1算法執行過程示意圖標簽識別過程中的碰撞次數，從而減少了識別時間并且降低了功耗。本論文將分組幀時隙ALOHA算法和碼分多址技術相結合，實現在每個分組內可以有多個標簽同時進行擴頻傳輸，并且在接收端采用并行接收技術進行多個標簽的同時接收。本發明在識別標簽過程中，每個組內均為一個獨立的識別過程，在分組幀長不改變的前提下，提高了標簽數量龐大時的系統性能。有效地減小標簽之間的碰撞概率，縮短讀寫器操作時間，提高吞吐率， 很適合應用于具有較大數量標簽的RFID系統中。
2仿真結果
本論文提出了采用碼分多址技術的新型防碰撞算法，并仿真了固定時隙數下ALOHA算法的系統吞吐率和本文所提出的算法改進后的系統吞吐量。
RFID系統中時隙ALOHA算法的幀長取值從16個時隙到256個時隙變化，根據公式2，系統吞吐率如圖2所示。其中，系統仿真設定的信息幀長F即時隙數設定按2的冪次方遞增，即F取值從16個時隙變化到256個時隙，橫坐標為標簽數N從1變化到500，縱坐標為吞吐率。當幀長設定為256個時隙，標簽數量少于256個時，系統吞吐量隨著標簽數量的增加而增加，直到標簽數量達到256時系統的吞吐量達到最大值。隨著標簽數量的逐漸增多，系統的吞吐量又呈現下降趨勢。從圖2可以得出2點結論：一、當標簽個數接近信息幀長時，系統的吞吐率比較高；二、隨著幀長取值的增加，系統對標簽的識別性能有明顯改善。
本論文提出的基于碼分多址技術的新型防碰撞算法選用Walsh序列碼，其在對標簽的ID號進行擴頻處理后，即可實現在同一時刻有2個以上的標簽同時進入讀寫器的識別區域，它們同時發送各自的ID號后，讀寫器在接收到這些在空間疊加后的信號時也能完整地分離出不同標簽的ID號，突破了時隙ALOHA算法在同一時刻不能有2個以上標簽到達的限制。此時，系統的吞吐量為（Walsh序列的階數為r）esucc=∑t=2rt=1N×P（N，n，t）（4）固定時隙數的ALOHA算法的系統吞吐量仿真圖和其與基于碼分多址技術的新型防碰撞算法的比較仿真結果如圖3所示。仿真條件為標簽的到達情況符合泊松過程。仿真圖3給出了RFID系統的讀寫器閱讀100個標簽的識別結果，其中新型算法選用的是Walsh序列，其階數r取值從2變化到3，固定時隙數的ALOHA算法的信息幀長F取值從32變化到64，橫坐標為標簽數N從1變化到100，縱坐標為吞吐量。從仿真結果看，在同樣的到達率的條件下，階數越大，算法的吞吐量越高，系統的識別性能有明顯改善。并且隨著到達率的增加，新型 算法的吞吐量也隨著增加，當標簽到達量與階數相等時，系統吞吐量達到最大，但到達量大于階數時，吞吐量隨著到達率的增加而呈下降趨勢。這是由于當在同一時隙內到達的標簽數量增加到一定程度后，基于Walsh序列階數r的有限性，選用相同的Walsh序列作為擴頻碼的標簽數量將會增加，此時必然導致碰撞的增加。當選用的Walsh序列階數為3時，基于碼分多址技術的新型防碰撞算法的系統吞吐量可高達3.2，遠高于時隙ALOHA的0.368。而且隨著Walsh序列階數的提高，吞吐量的最大值還可以提高，但這會以增加讀寫器和標簽的硬件復雜度為代價，在實際使用中必須根據需求在吞吐量和Walsh序列階數中作出折中選擇。
3結束語
本論文在標簽的到達情況符合泊松過程的情況下，利用碼分多址技術的多址通信能力，結合分組幀時隙ALOHA算法的優勢，創新地提出了一種RFID系統中基于碼分多址技術的新型防碰撞算法。理論和仿真實驗表明：同已有的標簽防碰撞算法相比，本論文提出的新型算法提高了標簽數量龐大時的系統性能，能有效地減小標簽之間的碰撞概率，縮短讀寫器操作時間，提高吞吐率， 很適合應用于具有較大數量標簽的RFID系統中。
篇（4）
一、擴頻通信的工作原理
在發端輸人的信息先調制形成數字信號，然后由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜，展寬后的信號再調制到射頻發送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴，再經信息解調，恢復成原始信息輸出。可見，一般的擴頻通信系統都要進行3次調制和相應的解調。一次調制為信息調制，二次調制為擴頻調制，三次調制為射頻調制，以及相應的信息解調、解擴和射頻解調。與一般通信系統比較，多了擴頻調制和解擴部分。擴頻通信應具備如下特征：(1)數字傳輸方式；(2)傳輸信號的帶寬遠大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關的函數(擴頻函數)對被傳信息的信元重新進行調制實現的；(4)接收端用相同的擴頻函數進行相關解調(解擴)，求解出被傳信息的數據。用擴頻函數(也稱偽隨機碼)調制和對信號相關處理是擴頻通信有別于其他通信的兩大特點。
二、擴頻通信技術的特點
擴頻信號是不可預測的、偽隨機的寬帶信號，其帶寬遠大于要傳輸的數據(信息)帶寬，同時接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。擴頻系統具有以下特點。
1．抗干擾性強
擴頻信號的不可預測性，使擴頻系統具有很強的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進行干擾，干擾起不了太大作用。擴頻通信系統在傳輸過程中擴展了信號帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號功率低于干擾信號功率的情況下，仍能不受干擾、高質量地進行通信，擴展的頻譜越寬，其抗干擾性越強。
2.低截獲性
擴頻信號的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號的功率密度很低，偵察接收機很難監測到，因此擴頻通信系統截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號與直達路徑信號相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會嚴重影響通信。擴頻通信系統中增加了擴頻調制和解擴過程，利用擴頻碼序列間的相關特性，在接收端解擴時，從多徑信號中分離出最強的有用信號，或將多徑信號中的相同碼序列信號疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號衰落現象，使擴頻通信系統具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發射功率下，擴頻信號分布在很寬的頻帶內，無線信道中有用信號功率譜密度極低，這樣信號可以在強噪聲背景下，甚至在有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進一步檢測出信號的特征參數就更難了．所以擴頻系統可實現隱蔽通信。同時，對不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴頻系統具有高保密性。
5.易于實現碼分多址
在通信系統中，可充分利用在擴頻調制中使用的擴頻碼序列之間良好的自相關特性和互相關特性，接收端利用相關檢測技術進行解擴，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統可以區分不同用戶的信號，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時通話而互不干擾。
三、擴頻技術的發展與應用
在過去由于技術的限制，人們一直在走增加信號功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術已經出現，但作為相關器的“碼環”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規模集成電路的發展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發生器及其相關部件都已成為現實，擴頻通信獲得極其迅速的發展．通信的發展史又到了一個轉折點，由用信噪比換帶寬的年代進入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統的角度看擴頻通信．最佳通信系統一最佳發射機+最佳接收機．幾十年來，最佳接收理論已經很成熟，但最佳發射問題一直沒有很好解決，偽碼擴頻是一種最佳的信號形式和調制制度，構成了最佳發射機．因此，有了最佳通信系統一偽碼擴頻+相關接收這種認識，人們就不難預測擴頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴頻通信和自適應通信的年代．擴頻通信的熱浪已經波及短波、超微波、微波通信和衛星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個人通信以及各種無線本地環路，發揮越來越大的作用．接入網是由傳統的用戶線、用戶環路和用戶接入系統，逐步發展、演變和升級而形成的．現代電信網絡分為3部分：傳輸網、交換網和接入網．由于接入網發展較晚，往往成為電信發展的“瓶頸”，各國都很重視接入網的發展，因此各類接人技術和系統應運而生．由于ISM(Industry Scientific Medica1)頻段的開放性，經營者和用戶不需申請授權就可以自由地使用這些頻段，而無線擴頻技術所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM 頻段，包括IEEE802.11協議架構的無線局域網也大部分選用此頻段．在無線接人系統中，擴頻微波與常規微波相比有著3個顯著的優點：抗干擾性強、頻點問題容易處理、價格比較便宜．而且，擴頻微波接入技術相對有線接入技術來說，有成本低、使用靈活、建設快捷的優勢，在接入網中起著不可替代的作用 ．
擴頻微波主要應用在以下幾個方面．語音接入(點對點)；數據接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(Internet)接入。
四、結語
擴頻通信是通信的一個重要分支和發展方向，是擴頻技術與通信相結合的產物。本文主要論述了擴頻通信的特點、理論可行性及典型的工作方式。擴頻通信的強抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點，使它的應用迅速從軍用擴展到民用通信中，它的易于實現碼分多址的特點，使它能與第三代移動通信系統完美結合，發展前景極為廣闊。
參考文獻：
篇（5）
0引言
目前，變電站系統自動化正成為一種不可改變的趨勢，其監控和通信系統的重要性日益凸顯。變電站現有測控系統多采用有線通信方式，但是，有線通信的弊端是顯而易見的，例如傳輸線鋪設復雜、不易檢修和維護，長距離傳輸線易受電磁千擾的影響等等。而無線通信則具有運行可靠、安裝靈活。成本低廉等優點，尤其是在需要實時監控變電站信息的情況下，無線通信更是具有極大的優勢。
現有無線通信方式主要有ieee802.11b/g、藍牙、zigbee. gprs/gsm等。而zigbee技術更是以安全性高、響應時間快、占用系統資源低、成本低以及能耗低等諸多優點成為變電站實時監控系統中首選的無線通信技術。zigbee技術是專門針對無線傳感器開發的，無線傳感器網絡在變電站中的應用研究尚處于起步階段，其研究重點主要放在配電網自動化以及溫度、電能在線監測方面，然而，變電站高強電磁環境對無線傳感器網絡通信的影響的研究還相對缺失。因此本文對變電站的干擾和無線傳感器網絡的調制技術進行研究，對無線傳感器網絡在變電站中的應用的可行性進行論證。
1變電站中的電盛千擾
變電站內部具有復雜的電磁環境，因此必須對各種典型的電磁干擾源進行詳細的分析。變電站存在的典型的電磁干擾源有:50hz工頻電磁場;設備出口短路引起的脈沖磁場;電暈放電;靜電放電;局部放電;空氣擊穿燃弧;sf6間隙擊穿燃弧;真空間隙擊穿燃弧等。其中工頻電磁場和脈沖磁場對無線信號基本不會產影響。
1. 1靜電放電和局部放電
兩個具有不同靜定電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。當外加電壓在電氣設備中產生的場強，足以使絕緣區域發生放電，但在放電區域內未形成固定放電通道的這種放電現象，稱為局部放電。兩者都是小絕緣間隙、小能量放電的擊穿。
這兩種放電產生輻射干擾在幾百khz以內，且能量低，衰減快，因此對無線通信不會造成影響。
1.2電暈放電和空氣擊穿放電
電力導線在高壓強電場作用下，可能對周圍空間產生游離放電的電暈。導線表面的機械損傷、污染微粒或者導線附近的水滴、灰塵等，都會引起導線表面曲率變化，從而使得點位梯度達到空氣介質的擊穿介質。因此，在電力系統的實際運行中電暈的產生幾乎是不可避免的。
由圖1可見電暈放電的輻射信號主要集中在78mhz和180mhz附近的兩個包絡內，并且最大信號強度僅為一40dbmw。
由圖2可知空氣間隙擊穿產生的電磁場帶寬較寬，主要集中在600mhz以下，并且干擾信號的強度很小，即使在580:mhz頻率附近也只有-35dbmw。
1.3開關操作干擾
變電站內斷路器、隔離開關等一次設備在投切操作或開關故障電流時，由于感性負載的存在，開關觸頭開斷時，產生的電弧的熄滅和重燃可能在母線或線路上引起含有多個頻率分量的衰減振蕩波，通過母線或設備間的連線將暫態電磁場的能量向周圍空間輻射，形成輻射脈沖電磁場。設備操作干擾主要有sf6間隙擊穿和真空間隙擊穿所產生的輻射信號。
圖3. 4可知sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產生的干擾信號覆蓋頻段很寬，且在整個頻帶范圍內電磁信號的強度比較強，在2. 4ghz頻段，電磁信號的強度約為一40dbmw。
2無線傳感網網絡的擴頻技術
2.1 zigbee協議
無線傳感器網絡應用的zigbee協議的框架是建立在ieee802. 15. 4標準之上，ieee802. 15. 4定義}zigbee的物理層和媒體訪問層。ieee802. 15. 4定義了兩個物理層標準，分別是2. 4ghz物理層和868月i5mhz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻(dsss)技術，主要完成能量檢測、鏈路質量指示、信道選擇以及數據發送和接收等功能。無線傳感器網絡輸出2.4ghzism頻段直接序列擴頻信號，輸出功率大于一17dbm，工作頻段2. 405^2. 480ghz 。
2. 2直接序列擴頻技術
擴頻是利用與信息無關的為隨機碼，通過調制的方法將己調制的頻譜寬度擴展到比原調制信號的帶寬寬得多的過程。常用的擴頻技術有調頻、混合擴頻和直接序列擴頻等。無線傳感器網絡采用直接序列擴頻技術。
直接序列擴頻系統就是用具有高碼率的偽隨機(pn)序列，在發送端擴展信號的頻譜，在接受端用相同的pn序列對信號進行解擴，還原出原始信號。
3變電站干擾對傳感器網絡的形晌
變電站的電磁干擾主要分為兩部分:0~300mhz低頻部分、2. 4~2. 5ghz同頻帶寬。
1)電暈放電和空氣擊穿所產生的低頻干擾的頻帶離無線傳感器網絡的工作頻段2. 4ghz很遠，并且強度小于一40dbmw，可以通過低通濾波器進行處理，因此對無線傳感器網絡的無線通信基本沒有影響。
2) sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產生的電磁干擾在2. 405ghz~2. 485ghz頻帶內也有較強的信號存在，在間隙擊穿電壓為i5kv左右時電磁強度達到一40dbmv。變電站現場的擊穿電壓可能會更高，電磁強度也就更高，因此對無線通信會有一定的影響。但是同頻干擾對于無線傳感器網絡通信的影響是很小的，這可以通過兩方面說明:
①無線傳感器網絡應用的直接序列擴頻技術，直接序列擴頻技術的抗干擾能力是由于接收機將擴頻后的信號再次與擴頻碼相乘還原出原始信號，同時干擾信號也在接收端與擴頻碼相乘從而將其頻帶展寬，干擾信號能量也就分散到很寬的頻帶上，這樣2. 405ghz~2. 485ghz頻帶內只有很小部分干擾信號能量，因此同頻噪聲對于無線傳感器網絡通信干擾是微乎其微的。
②sf6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電產生瞬態電磁千擾，這種干擾只能持續很短的時間，因此對無線傳感器網絡的干擾也是瞬間的，瞬態電磁干擾結束，無線傳感器網絡也恢復正常。
篇（6）
0引言
目前，變電站系統自動化正成為一種不可改變的趨勢，其監控和通信系統的重要性日益凸顯。變電站現有測控系統多采用有線通信方式，但是，有線通信的弊端是顯而易見的，例如傳輸線鋪設復雜、不易檢修和維護，長距離傳輸線易受電磁千擾的影響等等。而無線通信則具有運行可靠、安裝靈活。成本低廉等優點，尤其是在需要實時監控變電站信息的情況下，無線通信更是具有極大的優勢。
現有無線通信方式主要有IEEE802.11b/g、藍牙、ZigBee. GPRS/GSM等。而ZigBee技術更是以安全性高、響應時間快、占用系統資源低、成本低以及能耗低等諸多優點成為變電站實時監控系統中首選的無線通信技術。ZigBee技術是專門針對無線傳感器開發的，無線傳感器網絡在變電站中的應用研究尚處于起步階段，其研究重點主要放在配電網自動化以及溫度、電能在線監測方面，然而，變電站高強電磁環境對無線傳感器網絡通信的影響的研究還相對缺失。因此本文對變電站的干擾和無線傳感器網絡的調制技術進行研究，對無線傳感器網絡在變電站中的應用的可行性進行論證。
1變電站中的電盛千擾
變電站內部具有復雜的電磁環境，因此必須對各種典型的電磁干擾源進行詳細的分析。變電站存在的典型的電磁干擾源有:50Hz工頻電磁場;設備出口短路引起的脈沖磁場;電暈放電;靜電放電;局部放電;空氣擊穿燃弧;SF6間隙擊穿燃弧;真空間隙擊穿燃弧等。其中工頻電磁場和脈沖磁場對無線信號基本不會產影響。
1. 1靜電放電和局部放電
兩個具有不同靜定電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。當外加電壓在電氣設備中產生的場強，足以使絕緣區域發生放電，但在放電區域內未形成固定放電通道的這種放電現象，稱為局部放電。兩者都是小絕緣間隙、小能量放電的擊穿。
這兩種放電產生輻射干擾在幾百kHz以內，且能量低，衰減快，因此對無線通信不會造成影響。
1.2電暈放電和空氣擊穿放電
電力導線在高壓強電場作用下，可能對周圍空間產生游離放電的電暈。導線表面的機械損傷、污染微粒或者導線附近的水滴、灰塵等，都會引起導線表面曲率變化，從而使得點位梯度達到空氣介質的擊穿介質。因此，在電力系統的實際運行中電暈的產生幾乎是不可避免的。
由圖1可見電暈放電的輻射信號主要集中在78MHZ和180MHZ附近的兩個包絡內，并且最大信號強度僅為一40dBmW。
由圖2可知空氣間隙擊穿產生的電磁場帶寬較寬，主要集中在600MHZ以下，并且干擾信號的強度很小，即使在580:MHZ頻率附近也只有-35dBmW。
1.3開關操作干擾
變電站內斷路器、隔離開關等一次設備在投切操作或開關故障電流時，由于感性負載的存在，開關觸頭開斷時，產生的電弧的熄滅和重燃可能在母線或線路上引起含有多個頻率分量的衰減振蕩波，通過母線或設備間的連線將暫態電磁場的能量向周圍空間輻射，形成輻射脈沖電磁場。設備操作干擾主要有SF6間隙擊穿和真空間隙擊穿所產生的輻射信號。
圖3. 4可知SF6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產生的干擾信號覆蓋頻段很寬，且在整個頻帶范圍內電磁信號的強度比較強，在2. 4GHz頻段，電磁信號的強度約為一40dBmW。
2無線傳感網網絡的擴頻技術
2.1 ZigBee協議
無線傳感器網絡應用的ZigBee協議的框架是建立在IEEE802. 15. 4標準之上，IEEE802. 15. 4定義}ZigBee的物理層和媒體訪問層。IEEE802. 15. 4定義了兩個物理層標準，分別是2. 4GHz物理層和868月I5MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻(DSSS)技術，主要完成能量檢測、鏈路質量指示、信道選擇以及數據發送和接收等功能。無線傳感器網絡輸出2.4GHzISM頻段直接序列擴頻信號，輸出功率大于一17dBm，工作頻段2. 405^2. 480GHz 。
2. 2直接序列擴頻技術
擴頻是利用與信息無關的為隨機碼，通過調制的方法將己調制的頻譜寬度擴展到比原調制信號的帶寬寬得多的過程。常用的擴頻技術有調頻、混合擴頻和直接序列擴頻等。無線傳感器網絡采用直接序列擴頻技術。
直接序列擴頻系統就是用具有高碼率的偽隨機(PN)序列，在發送端擴展信號的頻譜，在接受端用相同的PN序列對信號進行解擴，還原出原始信號。
3變電站干擾對傳感器網絡的形晌
變電站的電磁干擾主要分為兩部分:0~300MHz低頻部分、2. 4~2. 5GHz同頻帶寬。
1)電暈放電和空氣擊穿所產生的低頻干擾的頻帶離無線傳感器網絡的工作頻段2. 4GHz很遠，并且強度小于一40dBmW，可以通過低通濾波器進行處理，因此對無線傳感器網絡的無線通信基本沒有影響。
2) SF6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電所產生的電磁干擾在2. 405GHz~2. 485GHz頻帶內也有較強的信號存在，在間隙擊穿電壓為I5KV左右時電磁強度達到一40dBmV。變電站現場的擊穿電壓可能會更高，電磁強度也就更高，因此對無線通信會有一定的影響。但是同頻干擾對于無線傳感器網絡通信的影響是很小的，這可以通過兩方面說明:
①無線傳感器網絡應用的直接序列擴頻技術，直接序列擴頻技術的抗干擾能力是由于接收機將擴頻后的信號再次與擴頻碼相乘還原出原始信號，同時干擾信號也在接收端與擴頻碼相乘從而將其頻帶展寬，干擾信號能量也就分散到很寬的頻帶上，這樣2. 405GHz~2. 485GHz頻帶內只有很小部分干擾信號能量，因此同頻噪聲對于無線傳感器網絡通信干擾是微乎其微的。
②SF6間隙擊穿放電和真空間隙擊穿放電產生瞬態電磁千擾，這種干擾只能持續很短的時間，因此對無線傳感器網絡的干擾也是瞬間的，瞬態電磁干擾結束，無線傳感器網絡也恢復正常。
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一、LS碼簡介
多載波碼分多址（MC-CDMA）技術是將正交頻分復用和碼分多址技術相結合，集兩者優點于一體的一項新技術，它采用擴頻碼對原始數據擴頻后將每個碼片調制到不同的子載波上，可獲得頻率分集的效果，對于這種技術接入碼的相關性能非常重要，這里將李道本教授發明的一種新型的擴頻碼一零相關窗互補碼（LS碼）應用于MC-CDMA系統中。LS碼是一種具有互補相關性質的碼，每個LS碼均由兩部分C碼和S碼構成，采用由兩位二進制正交基和生成樹擴展方式生成長為64的LS碼，得到相關函數仿真圖，如圖1可看出LS碼的互相關函數在原點附近是零，這個區域被稱作無干擾窗，在此窗口內可以減小甚至消除符號間干擾和多址干擾。自相關函數在無干擾窗口內自相關值為一脈沖值。從其相關函數仿真圖中可看出LS碼的相關性能優良，適宜應用于多載波碼分多址系統從而降低誤碼率[1][2]。
二、MC-LS-CDMA通信系統模型
2.1發射機模型
LS碼應用于MC-CDMA系統的發射機結構如圖2所示。發送端對用戶數據bk（t）進行串并變換，轉換為M個并行分支，然后將每一個并行分支碼元分別與擴展碼sk（n）的不同碼片相乘，完成頻域擴頻操作。sk（n）的碼長為N，那么總的并行分支有M×N個。這N個并行數據被分別調制到N個正交的子載波上得到一個多載波符號。每個多載波符號的前部插入一個保護間隔是為了消除由多徑而引起的符號間干擾ISI。最后信號被載波fc（t）進行頻譜搬移形成射頻信號后發送出去[3]。
2.2接收機模型
MC-CDMA接收機的部分結構示意圖如圖3所示，假設信道為頻率選擇性瑞利衰落信道。在下變頻后，N個子載波首先利用FFT進行解調，然后與一個增益系數Gkj相乘后將被擴展到各子載波的能量相加。形成判決變量。在考慮信道的情況下，簡化后的接收信號即為第m個分支的多載波接收信號：
此MC-LS-CDMA系統用到的擴頻序列LS碼碼長為20，所以原始數據被調制到20個載波上。兩個用戶的原始數據經過此仿真系統可以恢復原始數據，LS碼在MC-CDMA系統的可行性得到了驗證。
四、基于LS碼的MC-CDMA系統誤碼率仿真
系統仿真條件為：采用的原始數據個數為104，調制方式為BPSK，高斯白噪聲信道，MC-LS-CDMA系統采用的是68個子載波，本文考慮的用戶數為1，4，8，16。觀察圖5可知，單用戶與多用戶的BER性能幾乎沒有差別，這說明基于LS碼的MC-CDMA系統在多用戶的情況下具有良好的抗多址干擾（MAI）性能，這是由LS碼具有理想的自互相關特性所決定的[5]。
參考文獻
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[2] Hancheng Liao，Daoben Li，Qingrong Zhang.An example of LS codes. ICCC China 2004，Beijing，Oct. 2004：pp. 918～920
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擴頻通信有直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻等幾種方式[2].擴頻通信系統中常采用的m 序列和Gold 序列，它們都有著較好的自相關特性，但其互相關函數存在大量的尖峰脈沖，這種現象特別是在多徑效應的情況下對擴頻通信十分不利。另外序列的數量有限，特別是m 序列，Gold 序列是通過m 序列優選對生成的，其可用序列的數量也是有限的。同時它們都有安全性問題，只需知道序列的2n 個比特（n 為寄存器級數）的碼元就很容易破譯，這就影響到了擴頻通信的安全。可見擴頻技術主要受傳統的PN 碼的相關特性以及PN 地址碼個數的限制，且其抗截獲能力比較差，這對于采用擴頻技術的CDMA 系統都是十分不利的。
混沌擴頻通信使用混沌序列代替擴頻通信的PN 碼，混沌序列的研究為選擇擴頻碼開辟了新的途徑。混沌是由確定性方程產生的，只要方程參數和初值確定就可以重現混沌現象，而且由于它對初值極端敏感，所以混沌過程既非周期又不收斂[3].從理論上，混沌序列是非周期序列，具有逼近于高斯白噪聲的統計特性，并且混沌序列數目眾多，更適合應用于擴頻通信中作為擴頻序列碼。混沌系統有著對初始條件特別敏感的特點，對于一個確定的混沌系統，兩個非常接近的初始條件（或參數）經過長時間發展后，可以輸出完全不相關的結果。這樣就可以很方便的產生出大量的不相關的混沌序列，只需通過簡單的改變初始值。同時，這些混沌序列具有良好的相關特性，從有限長序列中不可能導出系統的初始條件，從而可達到保密通信的目的，這些特點使得混沌系統很適合于產生擴頻通信中系統性能優良的擴頻序列。由此，本文用混沌序列作為擴頻序列進行了擴頻通信系統的Simulink 建模仿真，仿真結果驗證了該方法的正確性，先進性。
2 混沌擴頻的基本原理
2.1 混沌擴頻通信系統的框圖設計
該擴頻系統的原理框圖如圖1 所示，它按功能主要可以分為5 個部分：混沌序列產生部分、擴頻調制部分、信道部分、解擴部分和誤碼比較部分。信號在系統的處理過程為：
（1）先由信源端隨機生成準備傳送的有用信號，有用信號經過信息調制形成數字信號。
（2）然后由混沌序列生成模塊產生混沌序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜，將擴展頻譜的寬帶信號經信道傳送，疊加上信道噪聲。
（3）經過信道傳送以后，由本地產生的與發送端相同的混沌序列去完成相關檢測，即將收到的寬頻信號進行解擴。
（4）經過解擴的信號再經過信息解調，恢復出發送的信號。將恢復出的信號與發送端的原始信號同時送入誤碼比較器進行比較，計算出系統的誤碼率。
2.2 混沌序列性質分析
目前應用于產生擴頻偽隨機序列碼的混沌映射主要有：Logistic 映射、改進型Logistic映射、Chebyshev 映射和Tent 映射。這幾種混沌映射都屬于離散時間混沌系統，是目前研究較為集中的幾種映射。本文中選用Logistic 映射動力方程[4].它具有很好的自相關性和互相關抑制性。 對于保密通信而言，既要求對初值的敏感性又要求信號的隨機性，敏感性越強同時隨機性越好，則保密性越強。這些特性可由概率統計特性均值、自相關和互相關性來定量描述。
當混沌序列無限長時，Logistic 序列的自相關特性和白噪聲是一致的。Logistic 序列越長，互相關性越好。在碼分多址系統中，最主要的干擾是多址干擾，衡量抗多址干擾能力的主要指標主要是碼間互相關性的大小。利用概率密度函數，可以計算得到所關心的一些統計特性p（x）關于偶對稱，自相關函數近似為δ 函數，互相關為零。其概率統計特性與白噪聲一致，適合于在保密通信中的應用。
2.3 混沌序列與PN 序列的比較
在擴頻通信系統中，大都采用線性或非線性移位寄存器產生的偽隨機碼作為擴頻序列，例如，m序列和Gold 序列。然而，這些序列碼集中的碼個數都很有限。在具有大容量的CDMA通信系統中，這些序列的數量遠遠滿足不了容量的要求。另外，他們提供的保密性也很有限，容易破譯。根據以上所述的混沌序列的特性，可將混沌序列代替一般的偽隨機序列來作為擴頻系統的擴頻序列，即所謂的混沌擴頻序列。
使用混沌擴頻序列主要有以下幾個優點[5]: （2）混沌序列容易產生和存儲。混沌序列只需要一個模型和初始條件就可以產生，而m序列、Gold 碼等PN 序列，由多級移位寄存器或其它延遲元件通過線性反饋產生，要獲得不同的隨機序列，必須對其產生的隨機二進制序列進行緩存，不如混沌序列產生方便。
（3）混沌序列對初始參數極其敏感，即使對相差為10?6的兩個初值，經過混沌模型數次迭代后產生的序列也將變得毫不相關，這樣可通過混沌模型產生大量不相關的序列。而m序列和Gold 碼序列長度只能固定，并且序列的數量有限。
（4）混沌序列的保密性要好于PN 序列。混沌序列具有確定的、隨機的和不可預測的特征，并且具有連續寬頻譜特征。混沌系列沒有周期，類似于一個隨機過程，且任意截取一段序列，均不能預測出整個序列，不同于普通擴頻系統中的偽隨機序列。
可見，混沌序列用于擴頻調制，理論上可以進一步改善其性能。
3 MATLAB/SIMULINK 簡介
MATLAB 是美國Mathworks 公司生產的一個為科學和工程計算專門設計的交互式大型軟件，是一個可以完成各種精確計算和數據處理的、可視化的、強大的計算工具。MATLAB軟件包括兩大部分：數值計算和工程仿真。其數值計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能；在工程仿真方面，MATLAB 提供的軟件支持幾乎遍布各個工程領域，并且不斷加以完善。SIMULINK 是基于框圖的仿真平臺，它掛接在MATLAB 環境上，以MATLAB 強大的計算功能為基礎，以直觀的模塊框圖進行仿真和計算。在SIMULINK 環境下使用通信系統仿真模塊庫中的模塊，可以很方便的進行通信系統的仿真，直觀的圖形輸出讓我們可以很清楚地看到仿真結果。
4 混頻擴頻系統的建模與實現
4.1 混沌擴頻通信系統的仿真模型設計
在 simulink 環境下，在通信系統仿真模塊庫中選擇本系統仿真所需要的各個模塊，搭建仿真模型，如圖3 所示。
4.2 系統仿真結果與性能分析
5 結論
本文給出了一種基于MATLAB/SIMULINK 的混沌擴頻通信系統的仿真模型，驗證了基于混沌序列的擴頻通信系統的工作機理。從仿真的結果中的誤碼率和信號波形兩個方面都可以驗證利用混沌序列進行擴頻通信是一種更為優良、可靠的通信傳輸手段。本文所設計的仿中國科技論文在線真框圖，具有良好的性能和可視化的優點，下一步可以研究具有自適應特性的、對調制方式、載波數、擴頻碼的參數可以適時更改的、更加智能化和實用化的混沌序列擴頻通信系統。隨著第三代通信的發展，保密傳輸變得越來越重要了，混沌序列直接擴頻提供了比傳統的擴頻系統更好安全性[7].比如非周期性、對初始值及參數的敏感性、非二元性、偽隨機性等都在傳輸安全中有更好的優越性，再加上混沌序列具有無窮的多樣性，從而為通信質量和系統容量的提高奠定了理論基礎[8, 9]。
[2] 胡健棟，鄭朝輝等。碼分多址與個人通信[M].北京人民郵電出版社，1996.
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中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）01-0026-03
近年來，移動通信由于具有時實性、機動性、具有不受時空限制等特點，己經成為一種深受人們歡迎的通信方式，并快速滲入進我們現代生活中的方方面面。此外，利用有效信道的帶寬資源對于我們日常通信系統具有相當大的意義。全世界范圍內對移動通信和個人便攜通信的要求日益增加，在這一背景下，CDMA擴頻通信系統引起人們的高度關注。因此，研究其對抗外界的強干擾，高頻帶的利用率，各頻道的互相關性以及保密性等方面都是必須的，更是必備的。面臨著日益增加的全世界范圍內對移動以及個人便攜式通信的龐大需求，對一個給定無線頻譜的位置，CDMA擴頻通信系統能夠達到更高的頻帶效率，因此相較于其它通信技術，該通信系統能夠提供足夠多的多址接入用戶數，正因為其在無線通信領域所擁有的獨有特性，使得CDMA擴頻通信系統已逐步取代過去的傳統通信模式，成為一種主要的通信方式。與此同時，應用于CDMA擴頻通信系統的新技術也不斷涌現，例如衛星通信、軍事抗干擾通信以及金融行業基于CDMA的無線金融解決方案等。
在CDMA系統中，所有用戶使用同一頻率通信，系統在發送端使用特定的擴頻碼對原始信號進行擴頻，在接收端利用擴頻碼的相關性區分不同用戶。我們在后續的系統建模中主要也是利用該擴頻碼的相關性來區分各個通信用戶。工作在同一頻段上的不同用戶之間存在多址干擾，從而使得解碼時產生誤碼，該文也將從誤碼率方面來比對各種相關擴頻碼的數據仿真[1]。
1 蒙特卡羅模型建模
建模是仿真的基礎，該文利用蒙特卡羅仿真來分析CDMA系統的誤碼性能。蒙特卡羅仿真的基本思想是：首先建立一個概率模型或隨機過程，使它的參數等于問題的解；然后通過對模型或過程的觀察或抽樣試驗來計算所求隨機參數的統計特征，最后給出所求解的近似值，解的精度可用估計值的標準誤差來表示。蒙特卡羅方法以概率統計理論為其主要理論基礎，以隨機抽樣（隨機變量的抽樣）為其主要手段。圖1便是我們即將進行研究的CDMA仿真模型[2]。
本文利用圖1所示CDMA系統的蒙特卡羅仿真模型，研究不同擴頻地址碼的選擇對系統誤碼性能的影響，混沌映射參數對系統誤碼性能的影響。蒙特卡羅仿真次數為100次。
2 兩種混沌映射參數對混沌擴頻通信系統誤碼性能的影響
由于混沌擴頻序列的生成對參數的依賴性[2]（如Logistic序列存在著初始值和分形參數的依賴）使得這些參數會對序列的性能產生影響，而這些影響又將反映在系統的誤碼率（BER）上。因而本文首先將對Logistic序列初始值和分形參數對CDMA通信系統誤碼性能的影響進行仿真和分析。通過大量仿真分析為實際應用時對初始值和分形參數選擇提供有用的依據[3]。
為不失一般性，蒙特卡羅仿真條件為：信噪比[SN]為10dB，用戶數為7，信號碼長1000，擴頻倍數為20，信道為高斯白噪聲信道。
2.1混沌映射初始值對系統誤碼率的影響
對不同的用戶我們取相同的初始值[4]，7個不同的初始值與7個用戶獨有的地址碼相對應，產生的7個不同的混沌序列作為7個用戶各自的地址碼。
選擇序列初始值范圍都在[0.01，0.99]之間取值，每間隔0.01產生一個初始值。Logistic混沌映射的初始值對混沌擴頻通信系統誤碼率的影響曲線如圖2。
仿真結果分析：由圖2可以看出，混沌映射初始值對系統誤碼率的影響明顯。Logistic混沌映射在初始值為0.3、0.5、0.7等幾個點處誤碼率較小，可以得到誤碼性能非常好的Logistic序列。在選擇地址碼時，我們可以選擇這些點作為混沌映射初始值來產生誤碼性能較好的地址碼。
2.2混沌映射分形參數對系統誤碼率的影響
對不同的用戶我們取相同的分形參數，7個不同的初始值產生的7個不同的混沌序列與7個用戶獨有的地址碼相對應。
Logistic序列選擇分形參數范圍都在 （3.57，4）之間取值，每間隔0.01產生一個分形參數。該混沌映射的分形參數對混沌擴頻通信系統誤碼率的影響曲線如圖3。
仿真結果分析：由圖3可以看出，混沌映射分形參數對系統誤碼率的影響明顯。Logistic混沌映射在分形參數為3.92具有最小的誤碼率，可以得到誤碼性能非常好的Logistic序列。在選擇地址碼時，我們可以選擇這些點作為混沌映射分形參數來產生誤碼性能較好的地址碼。
3 基于不同地址碼CDMA通信系統誤碼性能仿真分析
本小節將分別對使用m序列、Gold序列及Logistic序列作為地址碼時的CDMA通信系統的誤碼性能進行仿真分析[5]。
當m序列作為地址碼時，我們基于不同的本原多項式和初始狀態產生不同的m序列來作為不同用戶的地址碼；當Gold序列作為地址碼時，基于不同的m序列優選對產生不同的Gold序列來作為不同用戶的地址碼；當Logistic序列作為地址碼時，我們選擇固定的分形參數3.92，基于不同的初始值產生不同的Logistic序列作為不同用戶的地址碼。
1）干擾對擴頻通信系統性能的影響
在高斯白噪聲信道[5]條件下為不失一般性，我們選擇用戶數為5，信號碼長1000，擴頻倍數為20。信道為高斯白噪聲信道。用戶數與系統誤碼率的關系曲線如圖4。
（a）m序列（b）Gold序列（c）Logistic序列
仿真結果分析：由圖4可以看出，系統誤碼率隨著信噪比的增加而減小。Gold序列的誤碼率曲線比m序列的誤碼率曲線下降的慢，誤碼性能明顯要比m序列差，可以看出， Logistic序列的誤碼性能最優。
4 結論與分析
本文利用蒙特卡羅仿真對Logistic混沌映射產生二相混沌擴頻序列，分析了初始值，分形參數對CDMA誤碼性能的影響[6]，并同時與GOLD序列，m序列為擴頻碼時系統的誤碼性能進行比較，最終得出結論。
通過仿真表明：（1）Logistic混沌擴頻序列初始值和分形參數的選擇對系統誤碼率的影響很大，由于Logistic混沌序列具有非常強的初值敏感性，因此序列數量是非常巨大的，這是m序列和Gold序列所不能比的，故要想得到誤碼性能較好的混沌擴頻通信系統，選擇好初始值與分形參數是關鍵。（2）Logistic二相混沌擴頻序列誤碼性能要優于m序列和Gold序列，Gold序列的誤碼率曲線比m序列的誤碼率曲線下降的慢，誤碼性能明顯要比m序列差，且m序列可用碼組有一定限制。我們可以通過選擇合適的初始值和
分形參數我們可以在Logistic混沌序列中找到抗多址干擾能力優于其它擴頻序列的地址碼。（3）通過選擇合適的初始值和分形參數我們可以在Logistic混沌序列中找到抗多址干擾能力優于其它擴頻序列的地址碼。
綜上所述，傳統擴頻序列中m序列具有較強的抗干擾能力，可惜能作為地址碼使用的序列數量較少。與傳統擴頻序列的比較，Logistic混沌地址碼具有抗多址干擾強，誤碼率低，用戶容量大，保密性強和易于實現等特點，并且通過初始值與分形參數的選擇可以得到數量豐富的序列，故Logistic二相混沌擴頻序列可作為CDMA擴頻的一種優選序列，可作為未來擴頻通信中擴頻碼的首選。
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篇（10）
中圖分類號：TN914.42 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0107-02
1 引言
U頻通信是現代通信的一個重要分支和發展方向，信息在傳輸過程利用偽隨機序列對被傳輸信息進行頻譜擴展，使其具有遠遠大于信號自身傳輸過程中所需要的帶寬，在接收過程中使用相同的序列進行解擴并恢復原始數據信息。它在抗噪聲干擾、抗多徑衰落、碼分多址等方面同傳統無線通信相比具有無可比擬的優勢。其自誕生之日起，就得到了廣泛重視，現逐步發展成為前景極為廣闊的一種通信方式。擴頻測距是利用擴頻通信來進行測距的一種測距方式，一般采用一個較長周期的pn碼序列做為發射信號，在接收端通過該pn碼與目標反射回來的pn碼序列的相位進行比較，通過兩個碼序列的碼片差，得出時間差，進而換算出所要測量的距離。
本文利用matlab的可視化工具simulink對擴頻測距系統進行了仿真，對該系統的擴頻增益、干擾噪聲與抑制及偽隨機碼的跟蹤與捕獲比進行了研究，為擴頻測距系統在實際環境下的應用提供了依據。
2 理論基礎
2.1 直接擴頻系統
2.1.1 直接擴頻系統的理論基礎及基本原理
直擴的基本工作原理是在發送端信源加入高速的偽隨機序列使得信號的頻譜得以擴寬，展寬后的信號再經過調制發送出去。在接收端使用相同的本地偽隨機序列對接收到的信號進行解擴并解調，恢復出原有信號。其理論基礎源于香農定理：在高斯白噪聲干擾條件下，系統的傳輸最大速率或信道容量為：
式中：C為信道容量；B為信號帶寬；S為信號平均功率；N為噪聲功率。
由香農公式可看出：
（1）可以通過增加傳輸信號的帶寬或增加信噪比的方式，來實現系統信息傳輸速率的增加，使系統信道容量增加。
（2）針對一個指定的信道容量，可以通過信噪比和帶寬的適當互換來保證信道容量不變。
（3）當帶寬展寬時系統噪聲功率也會變大，信道容量不能通過增加帶寬而無限制增大。
由此可知在信道容量一定的條件下，信號功率和信號帶寬可以形成互換。當然并不是任意系統隨意擴展其傳輸帶寬后就一定會得到信噪比的互換，我們在實際通信系統的設計中，應選擇最有效的方式來實現這種信噪比和帶寬的互換，擴頻技術就是一種有效的方法，在強干擾的環境下它仍然可以保證良好的通信質量。
2.1.2 偽隨機序列
擴頻系統的擴頻是通過偽隨機序列乘上原信號來實現的，因此隨機序列具有良好的隨機特性和相關特性。本文選用的m序列是由移位寄存器加上反饋后產生的一種常用的偽隨機序列，其具有產生容易，自相關性好，互相關值小等優點，m序列特有的尖銳的自相關特性，正是碼捕獲時可選用滑動相關法進行捕獲。
2.2 直接擴頻測距的基本原理
直接擴頻測距系統利用目標反射回來的pn碼與接收端原pn碼的相位進行比較，得到兩個碼序列的相位差，進而得出與待測物體間的距離。直接擴頻測距系統包括發送端、信道、及接收端，發送端對信源出來的原始數據信號依次進行信道編碼、直接序列擴頻調制、BPSK調制，而后進入信道，在信道中加入了噪聲和干擾，在接收端進行碼同步后完成解擴及解調。其中在PN碼捕獲的時候，利用PN碼的自相關性而產生的峰峰值得到兩個碼同步所需要的時間，進而得到所測的距離。
3 系統設計
3.1 發送端
直接擴頻測距系統的發送端包括擴頻調制和bpsk調制。擴頻調制通常是將待傳輸的基帶數字信號與擴頻碼在時域相乘，源信號經過擴頻后，得到遠大于源信號帶寬的寬帶信號。本文選用n為8的m序列，周期為 。
載波調制是用基帶信號去改變載波信號的幅度、頻率等參數，進行信息傳送。這里使用的是BPSK調制。調制后輸出為，其中
3.2 信道
信道是通信傳輸的媒介，在無線電通信傳輸中存在許多干擾。信號傳輸過程中要盡量消除和減少干擾。本論文在信道中加入了單頻窄帶干擾，這種干擾在頻率上與通信頻率相同，可形成同頻干擾，且頻帶很窄，使得干擾信號的能量全部落入有用信號頻帶內，對有用信號形成干擾。同時在系統加入干擾抑制模塊，干擾抑制的核心思想就是在直擴信號解擴前把強干擾能量消除，避免干擾進入接收端進而超過直擴系統的干擾容限。使其信噪比降低到直擴系統干擾容限范圍內，實現對信號的正確接收。其理論基礎是利用信號與干擾在時域和頻域的特性差別來檢測和消除干擾。本文應用傅里葉重疊變換抑制干擾，利用窄帶干擾集中在很窄的頻帶范圍內，在頻域上形成很窄的尖峰，通過對頻域內的混合信號進行檢測，找到干擾的位置并將這些頻譜線去掉。
擴頻接收機的關鍵技術在于PN碼同步，在擴頻系統中，要正確地進行解擴，必須進行相應的偽碼同步。在接收端使用一個與發送端相同的PN碼，對反射回來的碼進行比較，實現碼同步。這也是測距的關鍵所在。這里使用的是滑動相關法進行偽隨機碼的捕獲。本地PN碼與反射回來PN碼進行互相關運算，利用其自相關特性和互相關特性，當兩個PN碼完全重合時出現尖峰值，即此刻兩碼組實現同步。若沒有同步，則本地碼延時一個碼片，繼續上步計算，則直到兩碼片重合為止。對延時的時間進行計數，就可得知兩個碼片同步所需要的時間，即通過此時間可換算出兩地之間的距離。
3.3 載波同步
接收信號在完成解擴之后要進行解調。在相干解調時，接收端需要用一個與所接收信號完全相同的相干載波進行提取，這個過程叫做載波同步。這里采用自同步的方法，載波同步是搭建Costas環完成載波同步的仿真。
3.4 距離測量
在PN碼同步時，計數器1在PN碼時鐘的觸發下由0到n-1計數，其中n是m序列的位數，若計數器計滿n時將計數器2清零進入下一輪計數。計數器2在時鐘觸發下對接收碼與本地碼互相關運算，門限判決電路的作用是將計數器2在n個碼元r間內與門限進行比較，若大于門限，輸出0，小于門限，輸出1。當輸出1時，時鐘產生電路則扣除掉本地偽碼產生的一個時鐘脈沖，本地偽碼發生器將延時一個碼片，就相當于本地碼在滑動，一直到無窄脈沖輸出時，碼相位就對齊了。計數器1則記錄了碼片延時的個數，通過碼片延時的個數能計算出延時時間，進而計算出所測的距離。
4 仿真與結果分析
直接擴頻系統采用n為8的m序列，擴展頻譜寬度為。采用BPSK調制，擴頻調制仿真模塊如圖1所示。
在信道中加入信噪比為10dB的高斯白噪聲和中心頻率為510kHZ的單音窄帶干擾，系統的數碼率為1kb/s，擴頻碼率255kb/s，載波為510kHZ。
而后在系統中加入干擾抑制模塊后，FFT變換采樣點個數為8192，窗函數使用切比雪夫窗，阻帶衰減度為80dB。加入干擾抑制模塊后，波形輸出如圖2所示，從圖中可以看出，經過加窗處理和重疊變換后，干擾大幅度降低，信號損傷大為減少。FFT的干擾抑制技術還能同時處理多個干擾，因此具有良好的抗多徑衰落的能力。
Pn碼同步時采用255bit、速率為255kb/s的本地pn碼，碼同步后輸出波形圖3可以看出中間一路信號在0.005s時出現尖峰值，仿真在兩個碼片周期內能夠得到明顯相關峰，PN碼同步完成。在載波同步仿真中通過構建Costas環完成解調，載頻為500kHz，與發送端調制時有10kHz頻差。其控制電壓大小與調制信號無關，只取決于相位差。從仿真結果圖4可見最終的包絡信息含有噪聲，符合解調要求，成功解調。
5 結語
本文在simulink中搭建了擴頻測距的仿真平臺，并在整個系統仿真中加入了常見的窄帶單頻干擾和高斯白噪聲，重點分析了擴頻調制和碼同步兩個關鍵步驟，系統設計中加入了窄帶干擾抑制模塊，接收并解擴后的信號與發出信號基本一致，誤比特率低。通過仿真驗證了系統的可行性。結果表明系統的頻帶擴展寬度符合預期，在信道中存在較大干擾的情況下，抗干擾能力良好。滑動捕獲碼同步法估算測距距離的算法簡單有效，滿足實際運用需求。
參考文獻
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篇（11）
1引言
在油田偏遠油區生產過程中，對相關生產參數及油井視頻進行遠程監控對偏遠油井的安全生產起著至關重要的作用。但由于偏遠油區裝置遠離油田總部，應用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據現場需求及時調整項目方案，靈活性好，系統的功能擴展方便，因此特別適合偏遠油區對通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術
目前在油田現場廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無線網橋及衛星通信、短波通信技術等。
其中GPRS和CDMA技術中國移動和中國聯通公司的主營數據傳輸業務，在數據傳輸方面有著很強的優勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產區域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠離陸地的基站，因此很多海上生產平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數據量的生產數據要求，但無法滿足大數據量的信號（例如視頻信號）遠程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術進行視頻信號傳輸的案例，但效果并不理想。
數字電臺用于點對點或點對多點的工作環境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數據終端連接，實現透明傳輸。數傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數傳電臺技術比較成熟，標準統一，一直以來廣泛用于油田的數據遙測/數據采集與監控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟，相應的設備價格的降低，使得在很多應用場合中數傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數傳電臺的相關技術也在不斷發展，智能化、網絡化、高帶寬的數傳電臺也不斷涌現。結合數傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數傳電臺必將成為海上油田通信技術應用的可靠選擇。
擴頻微波和無線網橋技術是近幾年興起的一門數據傳輸技術。擴頻微波最大優點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯網應用。而無線網橋是無線射頻技術和傳統的有線網橋技術相結合的產物。無線網橋是為使用無線（微波）進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現LAN互聯的存儲轉發設備，可用于固定數字設備與其他固定數字設備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監控等大數據量信號傳輸業務。
例如，對于遠離陸地且無法進行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛星通信和短波通訊。其中衛星通信范圍大，只要衛星發射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實現廣播和多址通信等等優點。但其運行費用相對昂貴，且系統維護要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業通信、業余通信中發揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數據量傳輸應該是一個比較好的選擇。
3環境因素對技術應用的影響
偏遠油區的環境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數率，傳輸距離，發射功率，天線要求等通信設備本身的技術參數外，在應用無線通訊技術的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環境與地理條件對無線通信技術應用的影響。
3.1對信號傳輸的影響
可以通過選取性能好的設備或應用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應用效果很好的技術在海上應用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接受機接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應用影響較大。
3.2對技術應用的影響
各項通信技術在海上油田應用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現場環境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風，平臺最高點一般較低的特點。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛星通信、擴頻微波、短波通信等天線體積較大的應用，由于海上風力較大，抗風性的要求也使得設備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動維護、參數遠程設置等功能。而對于衛星通信、短波通信等要求平臺上配備專業管理操作人員進行設備的管理維護，這一特點也為技術的應用帶來一定的限制。
4無線網橋技術在海上平臺視頻監控中的應用
在實際的現場應用中，我們選取了基于5.8G無線網橋設備進行了現場應用測試。測試地點為淺海油井，測試內容為4路視頻監控圖像的傳輸。該系統具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過視頻服務器將模擬視頻信號轉化為可在網絡傳輸的IP數據流，之后由無線網橋將信號傳輸到陸地端。陸地端一側通過無線網橋進行接收后由視頻監控服務器處理后，對視頻信號進行錄像存儲及Web。相關用戶可依據相應權限在局域網內進行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。