扩展频谱通信的基本概念
第二讲扩展频谱通信的基本概念
2.1 扩展频谱通信的定义
所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
这一定义包含了以下三方面的意思：
一、信号的频谱被展宽了。
我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。
例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。
一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。
为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗?
二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。
如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明
性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。
三、在接收端用相关解调来解扩
正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。
2.2 扩频通信的理论基础
长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。
扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(?F)，其比值称为处理增益Gp:
Gp = W/?F (1)
众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 --- 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。
扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。
信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：
C ＝WLog2(1十P/N) (2)
式中：
C --- 信道容量(用传输速率度量)
W --- 信号频带宽度
P --- 信号功率
N --- 白噪声功率
式(2)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N(S／N)情况下，传输信息。
扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式：
Pow j ≈f(E/N。) (3)
式中：
Pow j --- 差错概率
E --- 信号能量
N。--- 噪声功率谱密度
因为，
信号功率P＝E／T (T为信息持续时间)
噪声功率N＝WN。(W为信号频带宽度)
信息带宽? F＝l／T
则式(3)可化为：
Pow j≈ f(TW.P/N) = f(P/N.W/? F ) (4)
式(4)说明，对于一定带宽?F的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠。亦即式(4)与式(2)一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。
总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
2.3 扩频通信的主要性能指标
处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。
处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain)
它定义为频谱扩展前的信息带宽?F与频带扩展后的信号带宽W之比：
G＝W／?F
在扩频通信系统中．接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为?F 的信息，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。
抗干扰容限
是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为：
Mj = G －[(S/N)out + Ls]
其中：
Mj --- 抗干扰容限
G --- 处理增益
(S／N)out --- 信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比
Ls --- 接收系统的工作损耗
例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB．要求误码率小于l0－5的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out ＜10 dB，系统损耗Ls＝3dB，则干扰容限Mj ＝35 －(10 +3) ＝22dB
这说明，该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高22dB的范围内正常工作，也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于－22dB的环境下正常工作。
第三讲扩展频谱通信的主要特点
由于扩频通信能大大扩展信号的频谱，发端用扩频码序列进行扩频调制，以及在收端用相关解调技术，使其具有许多窄带通信难于替代的优良性能，能在“军转民”后，迅速推广到各种公用和专用通信网络之中，主要有以下几项特点：
3.1 易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率
无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都得到了开发利用，仍然满足不了社会的需求。在窄带通信中，主要依靠波道划分来防止信道之间发生干扰。
为此，世界各国都设立了频率管理机构，用户只能使用申请获准的频率。
扩频通信发送功率极低(1 --- 650mW)，采用了相关接收这一高技术，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率, 也可与现今各种窄道通信共享同一频率资源。所以，在美国及世界绝大多数国家，扩频通信不需申请频率，任何个人与单位可以无执照使用。
3.2 抗干扰性强，误码率低
扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。
如上述例子（第二讲），
当Gp = 35dB时，抗干扰容限Mj = 22dB，即在负信噪声比(－22dB)条件下，可以将信号从噪声的湮灭中提取出来。
在目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。
对于宽带干扰和脉冲干扰在扩频设备中如何被抑制的物理过程，可以用图3.1和图3.2加以说明。
对于各种形式人为的(如电子对抗中)干扰或其他窄带或宽带(扩频)系统的干扰，只要波形、时间和码元稍有差异，解扩后仍然保持其宽带性，而有用信号将被压缩，见图3.1所示。
图3.1 扩频系统抗宽带干扰能力示意图
对于脉冲干扰，带宽将被展宽到B，而有用信号恢复(压缩)后，保证高于干扰，见图3.2所示。
图3.2 扩频系统抗脉冲干扰能力示意图
由于扩频系统这一优良性能，误码率很低，正常条件下可低到l 0-10, 最差条件下约10-6，完全能满足国内相关系统对通道传输质量的要求。
3.3 隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小
由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其隐蔽性好。
再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。
3.4 可以实现码分多址
扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。
如果让许多用户共用这一宽频带，则可大为提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。
3.5 抗多径干扰
在无线通信的各个频段，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。在以往的窄带通信中，采用两种方法来提高抗多径干扰的能力：
一是把最强的有用信号分离出来，排除其他路径的干扰信号，即采用分集／接收技术；
二是设法把不同路径来的不同延迟、不同相位的倍号在接收端从时域上对齐相加，合并成较强的有用信号，即采用梳状滤波器的方法。
这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，这相当于梳状滤波器的作用。另外，采用频率跳变扩频调制方式的扩频系统中，由于用多个频率的信号传送同一个信息，实际上起到了频率分集的作用。
3.6 能精确地定时和测距
我们知道电磁波在空间的传播速度是固定不变的光速。人们自然会想到如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间，也就等于测量两个物体之间的距离。
在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出二者之间的距离。测量的精度决定于码片的宽度，也就是扩展频谱的宽度。码片越宽，扩展的频谱越宽，精度越高。
3.7 适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务
扩频通信一般都采用数字通信、码分多址技术，适用于计算机网络，适合于数据和图象传输。
3.8 安装简便，易于维护
扩频通信设备是高度集成，采用了现代电子科技的尖端技术，因此，十分可靠、小巧，大量运用后成本低，安装便捷，易于推广应用。
第四讲扩频通信的工作原理及工作方式
4.1 工作原理
扩频通信的一般工作原理如图4.1所示。
图4.1 扩频通信工作原理
在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，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。
由此可见，—般的扩频通信系统都要进行三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，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。
4.2 扩频通信的几种工作方式
按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为：
4.2.1 直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式
所谓直接序列(DS-Direct Scquency)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直接序列扩频的原理如图4－1所示。
图4－1
例如我们用窄脉冲序列对某一载波进行二相相移键控调制。如果采用平衡调制器，则调制后的输出为二相相移键控信号，它相当于载波抑制的调幅双边带信号。图中输入载波信号的频率为fc，窄脉冲序列的频谱函数为G(C)，它具有很宽的频带。平衡调制器的输出则为两倍脉冲频谱宽度，而fc被抑制的双边带的展宽了的扩频信号，其频谱函数为fc ＋G(C)。
在接收端应用相同的平衡调制器作为解扩器。可将频谱为fc＋G(C) 的扩频信号，用相同的码序列进行再调制，将其恢复成原始的载波信号fc。
4.2.2 跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称跳频(FH)方式
另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频(FH－Frequency Hopping)。所谓跳频，比较确切的意思是：用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。
简单的频移键控如2FSK，只有两个频率，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。
图4－2(a)为跳频的原理示意图。发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。
从图4－2(b)中可以看出在频域上输出频谱在一宽频带内所选择的某些频率随机地跳变。在收端，为了解跳跳频信号，需要有与发端完全相同的本地扩频码发生去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。
图4－2 (a) , (b)
总之，跳频系统占用了比信息带宽要宽得多的频带。
4.2.3 跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称跳时(TH)方式
与跳频相似，跳时(TH－Time Hopping)是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。
由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。图4－3
是跳时系统的原理方框图。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通－断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通－断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。
图4－3 (a), (b)
跳时也可以看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。
由于简单的跳时抗于拢性不强，很少单独使用。跳时通常都与其他方式结合使用，组成各种混合方式。
4.2.4 宽带线性调频(Chirp Modulation)工作方式，简称Chirp方式
如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频。
因为其频率在较宽的领带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。图4－4是线性调频的示意图。
图4－4
发端有一锯齿波去调制压控振荡器，从而产生线性调频脉冲。它和扫频信号发生器产生的信号一样。
在收端，线性调频脉冲由匹配滤波器对其进行压缩，把能量集中在一个很短的时间内输出，从而提高了信噪比，获得了处理增益。匹配滤波器可采用色散延迟线，它是一个存储和累加器件。其作用机理是对不同频率的延迟时间不一样。如果使脉冲前后两端的频率经不同的延迟后一同输出，则匹配滤波器起到了脉冲压缩和能量集中的作用。匹配滤波器输出信噪比的改善是脉冲宽度与调频频偏乘积的函数。一般，线性调频在通信中很少应用。
4.2.5 各种混合方式
在上述几种基本的扩频方式的基础上，可以组合起来，构成各种混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。
一般说来，采用混合方式看起来在技术上要复杂一些，实现起来也要困难一些。但是，不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性。例如DS／FH系统，就是一种中心频率在某一领带内跳变的直接序列扩频系统。其信号的频谱如图4－5所示。
图4－5
由图可见，一个DS扩频信号在一个更宽的频带范围内进行跳变。DS/FH系统的处理增益为DS和FH处理增益之和。因此，有时采用DS/FH反而比单独采用DS或FH获得更宽的频谱扩展和更大的处理增益。甚至有时相对来说，其技术复杂性比单独用DS来展宽频谱或用FH在更宽的范围内实现频率的跳变还要容易些。
对于DS／TH方式，它相当于在扩频方式中加上时间复用。采用这种方式可以容纳更多的用户。在实现上，DS本身已有严格的收发两端扩频码的同步。加上跳时，只不过增加了一个通－断开关，并不增加太多技术上的复杂性。
对于DS／FH／TH，它把三种扩频方式组合在一起，在技术实现上肯定是很复杂的。但是对于一个有多种功能要求的系统，DS、FH、TH可分别实现各自独特的功能。
因此，对于需要同时解决诸如抗干扰、多址组网、定时定位、抗多径和远－近问题时，就不得不同时采用多种扩频方式。
第五讲直接序列扩频系统
5.1 直扩系统的组成与原理
5.1.1 组成与原理
前面已经说过：所谓直接序列(DS)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去
扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。图5－1为直扩系统的组成与原理框图。
图5－1
在图5－1(a)中，假定发送的是一个频带限于fin以内的窄带信息。将此信息在信息调制器中先对某一副载额fo进行调制(例如进行调幅或窄带调频)，得到一中心频率为fo而带宽为2fin的信号，即通常的窄带信号。一般的窄带通信系统直接将此信号在发射机中对射频进行调制后由天线辐射出去。
但在扩展频谱通信中还需要增加一个扩展频谱的处理过程。常用的一种扩展频谱的方法就是用一高码率fc的随机码序列对窄带信号进行二相相移键控调制见图5－1(b)中发端波形。二相相移键控相当于载波抑制的调幅双边带信号。选择fc ＞＞fo＞fin。这样得到了带宽为2fc的载波抑制的宽带信号。这一扩展了频谱的信号再送到发射机中去对射频f T进行调制后由天线辐射出去。
信号在射频信道传输过程中必然受到各种外来信号的干扰。因此，在收端，进入接收机的除有用信号外还存在干扰信号。假定干扰为功率较强的窄带信号，宽带有用信号与干扰信号同时经变频至中心频率为中频f I输出。不言而喻，对这一中频宽带信号必须进行解扩处
理才能进行信息解调。解扩实际上就是扩频的反变换，通常也是用与发端相同的调制器，并用与发端完全相同的伪随机码序列对收到的宽带信号再一次进行二相相移键控。
从图5－1(b)中收端波形可以看出，再一次的相移键控正好把扩频信号恢复成相移键控前的原始信号。从频谱上看则表现为宽带信号被解扩压缩还原成窄带信号。这一窄带信号经中频窄带滤波器后至信息解调器再恢复成原始信息。但是对于进入接收机的变窄带干扰信号，在收端调制器中同样也受到伪随机码的双相相移键控调制，它反而使窄带干扰变成宽度干扰信号。由于干扰信号频谱的扩展，经过中频窄带通滤波作用，只允许通带内的干扰通过，使干扰功率大为减少。由此可见，接收机输入端的信号与噪声经过解扩处理，使信号功率集中起来通过滤波器，同时使干扰功率扩散后被滤波器大量滤除，结果便大大提高了输出端的信号噪声功率比。
这一过程说明了直扩系统的基本原理和它是怎样通过对信号进行扩频与解扩处理从而获得提高输出信噪比的好处的。它体现了直扩系统的抗干扰能力。
综上所述，直扩系统的特点是：
●频谱的扩展是直接由高码率的扩频码序列进行调制而得到的。
●扩频码序列多采用伪随机码，也称为伪噪声(PN)码序列。
●扩频调制方式多采用BPSK或QPSK等幅调制。扩频和解扩的调制解调器多采用
平衡调制器，制作简单又能抑制载被。
●模拟信息调制多采用频率调制(FM)，而数字信息调制多采用脉冲编码调制(PCM)
或增量调制( M)。
●接收端多采用产生本地伪随机码序列对接收信号进行相关解扩，或采用匹配滤波
器来解扩信号。
●扩频和解扩的伪随机码序列应有严格的同步，码的搜捕和跟踪多采用匹配滤波器
或利用伪随机码的优良的相关特性在延迟锁定环中实现。
●一般需要用窄带通滤波器来排除干扰，以实现其抗干扰能力的提高。
5.1.2 直扩信号的波形与频谱
任何周期性的时间波形都可以看成是许多不同幅度、频率和相位的正弦波之和。这些不同的频率成分，在频谱上占有一定的频带宽度。单一频率的正弦波，在频谱上只有一条谱线，而周期性的矩形脉冲序列，则有许多谱线。任何周期性的时间波形，可以用富氏级数展开的数学方法求出它的频谱分布图。
现在以矩形脉冲序列为例来说明其间的关系。图5－2(a)中为一周期性矩形脉冲序列f(t)的波形及其频谱函数An(f)。
图5－2 (a), (b), (c)
图中E为脉冲的幅度，τo为脉冲的宽度，To为脉冲的重复周期。设To ＝5τo，从图中可以看出f(t)的An(f)分布为一系列离散谱线，由基频fo及其高次谐波组成。随着谐波频率的升高、幅度逐渐衰减。对于棱角分明的波形，在理论上包含有无限多的频谱成分。不难证明，时间有限的波形，在频谱无限的；相反，频谱有限的信号，在时间上也是无限的。
但一般来说，信号的能量主要集中在频谱的主瓣内，即频率从0开始到频谱经过第一个
0点的频率为止的宽度内，称为信号的频带宽度，以Bf表示。从数学分析可知，信号谱线间隔决定于脉冲序列的重复周期，即fo＝1/To。而信号频带宽度取决于脉冲的宽度，即Bo ＝1/τo。
在图5－2(b)中，
●如果脉冲重复周期增加一倍，基频降低一半，谱线间隔也减少一半，谱线密度增
加一倍，此时Bfo不变。
●如果脉冲重复周期不变，而脉冲宽度减少一半τ1＝τ0/2，则从图5－2(c)
可以看出，谱线间隔不变，但信号的频带宽度Bf1增加一倍。此外，从图中还可以看出，无论是脉冲重复周期的增加，还是脉冲宽度的减少，频谱函数的幅度都降低了。
从上面的讨论中可以得出两个重要的结论：
一是为了扩展信号的频谱，可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信号。采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。
如果脉冲的重复周期为脉冲宽度的2倍，即T＝2τ，则脉冲宽度变窄对应于码重复频率的提高，即采用高码率的脉冲序列。
直扩系统正是应有了这一原理，直接用重复频率很高的窄脉冲序列来展宽信号的频谱。
二是如果信号的总能量不变，则频谱的展宽，使各频谱成分的幅度下降，换句话说，信号的功率谱密度降低。这就是为什么可以用扩频信号进行隐蔽通信，及扩频信号具有低的被截获概率的原故。
第五讲直接序列扩频系统
5.3 直扩信号的发送与接收
在图5－l中所示出的直扩系统发送接收系统的原理方框中，在发端输入信息要经过信息调制“扩频和射频调制”，在收端接收到的信号要经过变频、解扩和信息解调。与一般模拟或数字通信系统比较，信息识别与解调、射频的上变频和下变频，情况基本相同。
直扩通信系统的主要特点在于直扩信号的产生，即扩频调制和直扩信号的接收，即相关解扩。
5.3.1 扩频调制
通过对扩频信号波形与频谱关系的分析和对PN码序列性能的了解，来说明获得扩频信号的调制方法就比较容易了。一般说来，都是用高码率的PN码脉冲序列去进行调制扩展信号的频谱的。
通常采用的调制方式为BPSK，输入信号与PN 码在平衡调制器调制而输出展宽的扩频信号；图5-2中已经表示出直扩扩频调制的原理图。图中平衡调制器的输出信号的中心频率位置决定于输入的载波频率，在这里是载频抑制的。而两个边带则为展宽的频谱，它决定于调制PN码脉冲的宽度。PN码码率越高，或脉冲宽度越窄，扩展的频谱越宽。
那么这一扩频调制的原理是如何具体实现的呢?
图5-7(a)中为一常见的二极管平衡调制器。它的作用原理是：左端上面输入为正弦载波信号，下面输入的是PN码脉冲信号。4个二极管起作开关的作用。当脉冲信号为正D2、D3导通，此时输出变压器中载波信号电流是向上的。脉冲输入信号变负时，Dl，D4导通，此时输出变压器中载波电流是向下的。换句话说，随着脉冲信号极性的不同，输出载波信号的相位改变180?。因此，平衡调制器起到了二相相移键控(BPSK)调制器的作用。输出正弦波相位改变的情况如图5－7(b)中所示。
平衡调制器的一个重要特性是输出的调制信号是载波抑制的。这对于扩频通信是很重要的。无载波发射，既可节省功率，又可使扩频信号更加隐蔽，不易被发觉。平衡调制器对两个输入信号来说相当于乘法器。如果载波信号用Acos?c t表示，脉冲信号用m(t)表示，则输出信号为二者乘积：
A[m(t)]cos?c t
如果m(t)取值为土l，则输出信号根据三角公式可分解为相位相差180?的两个分量之和如图5－7(c)所示，它相当于只有两个边频而无载波。但在直扩系统中，调制脉冲不是周期性的规则脉冲，而是PN码脉冲序列。
基本通信技术
20世纪无疑是通信技术和计算机技术蓬勃发展的一百年，从19世纪的模拟电话、电报通信到20世纪的Internet，人类的通信手段发生了翻天覆地的变化。今天，计算机已经由过去的单机应用模式越来越多的依赖于计算机之间的互联和网络互联，通过将分布在不同位置的计算机连接在一起，实现了计算机之间的通信和数据交换。 通信技术是计算机互连的基础，虽然这不是一本专门讲解通信技术的书籍，但是掌握一些通信知识对于理解计算机网络和Internet应用是非常有益的。因为通信技术的许多概念、工作原理、拓扑结构和我们将要讨论的主题有关。 1.1 通信系统简介 通信就是信息通过传输媒介进行传递的过程。人类通信的历史非常久远，远古时代人类通过语言、符号或烽火传递信息，听觉和视觉是信息传递的基本方式。随着人类文明的进步，特别是文字和印刷术的发明，邮政系统成为信息传递的手段。而电的发明和应用使人类进入了电子通信时代，电报、电话和广播电视已成为最主要的信息传递手段。20世纪末，随着计算机网络和Internet的迅猛发展，Internet作为一种新的通信媒体，向传统的通信手段发出了新的挑战。 1.1.1 通信技术发展简史 自从19世纪初，人类开始电子通信以来，通信技术的发展很快，新的传输媒体不断出现，下面简要回顾一下通信技术的发展历史。 1837年，美国人摩尔斯（Samuel Morse）发明了有线电报，使得通过一条铜线上的电脉冲来传递信息成为可能。对报文的每一个字符进行编码，这些编码对应着一串长短不一的电脉冲，通过铜导线传导出去，接收者通过一个电子感应器来识别编码信息。 1844年，摩尔斯建立了以他的姓氏命名的电报系统。
基于模板匹配算法的数字识别讲解
中南民族大学 毕业论文(设计) 学院: 计算机科学学院 专业: 软件工程年级:2009 题目: 基于模板匹配算法的数字识别学生姓名: 李成学号:09065093指导教师姓名: 李波职称: 讲师 2013年5月
中南民族大学本科毕业论文（设计）原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：2013年月日
摘要 (1) Abstract (1) 1 绪论 (2) 1.1 研究目的和意义 (2) 1.2 国内外研究现状 (2) 2 本文基本理论介绍 (3) 2.1 位图格式介绍 (3) 2.2 二值化 (3) 2.3 去噪 (3) 2.4 细化 (4) 2.5 提取骨架 (4) 3 图像的预处理 (5) 3.1 位图读取 (5) 3.2 二值化及去噪声 (5) 3.3 提取骨架 (6) 4 基于模板匹配的字符识别 (8) 4.1 样本训练 (8) 4.2 特征提取 (8) 4.3 模板匹配 (9) 4.4 加权特征模板匹配 (10) 4.5 实验流程与结果 (10) 5 结论 (16) 5.1 小结 (16) 5.2 不足 (16) 6 参考文献 (17)
基于模板匹配算法的数字识别 摘要 数字识别已经广泛的应用到日常生活中，典型的数字自动识别系统由图像采集、预处理、二值化、字符定位、字符分割和字符识别等几部分组成, 这些过程存在着紧密的联系。传统的模板匹配算法因为图像在预处理之后可能仍然存在较大的干扰，数字笔画粗细不均匀，有较大的噪声，识别效率不高。本文采的主要思想就是对字符进行分类，之后对字符进行细化，提取细化后字符的特征矢量，与模板的特征矢量进行加权匹配，误差最小的作为识别结果。本文在模板匹配法的基础上, 采用了特征值加权模板匹配法, 并且改进了匹配系数的求法。应用该法取得了满意的效果, 提高了识别率。 关键词：模板匹配；数字识别；特征值加权；字符识别； Template matching algorithm-based digital identification Abstract Digital identification has been widely applied to daily life, the typical digital automatic identification system by the image acquisition, pre-processing, binarization, character positioning, character segmentation and character recognition several parts, there is a close link these processes. Traditional template matching algorithm because the image may still exist after pre-greater interference, digital strokes uneven thickness, the noise, the identification efficiency is not high. Adopted herein main idea is to classify the character after character refinement, the characters feature vector extraction refinement, and the template feature vector is weighted matching, the minimum error as a recognition result. Template matching method based on feature weighted template matching method, and improve the matching coefficient method. The application of the method to obtain satisfactory results, to improve the recognition rate. Key words：Template matching; digital identification; characteristic value weighted; character recognition;
扩展频谱通信系统处理增益的分析
第!"卷第#期石油化工高等学校学报$%&’!"(%’# )**!年+月,-./(01-2345/-67489601.(9$4/:9594::;< ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ’)**! 文章编号：!**=>#+=?（)**!）*#>**=@>*" 扩展频谱通信系统处理增益的分析 吴明捷，周小正，马景兰 （北京石油化工学院信息工程学院，北京!*)=**） 摘要：近年来，扩频通信以它多种优越的性能在通信、导航、测量等领域迅速发展起来。扩频通信最重要的特性就是它的抗干扰性，因此从扩频通信的基本模型出发，计算了该系统对白噪声干扰、单频正弦干扰和其它扩频信号干扰的处理增益，分析了各种形式的干扰对于扩频通信接收机模型这一系统的影响，证明了系统的处理增益都与频谱扩展的倍数成正比，说明了对信号频谱扩展得越宽，处理增益越大，抗干扰能力越强。一些书中已经给出了处理增益的分析，但理论推导过于繁琐，还有个别错误之处。 给出了简洁明了的证明，修正了某些错误。扩频通信是先进的通信技术，目前在石油化工系统应用较少，本文的证明有助于扩频通信在石油化工系统中的应用研究。 关键词：扩频通信；处理增益；抗干扰；直接系列 中图分类号：5(+!"’"文献标识码：0 !扩频通信系统模型 以伪随机码序列作为扩频函数的直接序列 扩展频谱通信为例，来研究其系统模型，图!为其基本组成框图［!］，由信号源输出的信号!（"）是码元持续为时间# ! 的信息流，伪随机码产 生器产生高速伪随机码$（"），码元宽度为# % 。将信息码!（"）与伪随机码$（"）进行相乘或模二加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频信号，信号的频带得到扩展，再去调制载波，这样就可以得到已扩频的射频信号&（"）。 &（"）’!（"）$（"）A%B!*" 在接收端，接收到的扩频信号经高频放大和混频后（图中已经略去），用与发端同步的、且完全相同的伪随机码对中频扩频信号进行相关解扩（相乘），将信号的频带恢复为信息码!（"）的频带，恢复出所传输的信息!（"），完成信息的传输。对于干扰和噪声，由于与伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于又进行了一次 收稿日期：)***>*+>!! 作者简介：吴明捷（!+"#>），男，北京，教授，硕士。扩频，将干扰信号和噪声的频谱扩展，降低了功率谱密度，这样就大大降低了进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比提高，从而提高了系统的抗干扰能力。 )通信系统处理增益 为了定量计算扩频系统抗干扰能力，引 万方数据
扩展频谱通信的基本概念
第二讲扩展频谱通信的基本概念 2.1 扩展频谱通信的定义 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽 度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数 据” 。 这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了。我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz ，电视图像信息带宽为数MHz 。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗? 二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1 微秒的脉冲的带宽约为1MHz 。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是 说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明 性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。
串行通信的基本概念
串行通信的基本概念 串行通信是指两个功能模块只通过一条或两条数据线进行数据交换。发送方需要将数据分解成二进制位，一位、一位地分时经过单条数据线传送。接受方需要一位一位地从单条数据线上接收数据，并且将它们重新组装成一个数据。串行通信数据线路少，在远距离传送时比并行通信的造价低。但是一个数据只有经过若干次以后才可以传送完，速度较慢。 串行通信时，需要解决以下问题： ●双方约定的发送与接受速率（波特率）。 ●约定采用的数据格式（贞格式）。 ●接受方怎样知道一批数据的开始、结束（贞同步）。 ●接受方怎样从数据流中采样每位数据（位同步）。 ●接受方怎样判断接收数据的正确性（数据校验），如何处理收发错误。 解决这些问题的方法大体有同步通信与异步通信两种。 （1）异步通信 异步通信以字符为单位传送，为了解决贞同步，每个字符都附加了一些控制信息，由4部分组成一位起始位（低电平）、5——8位数据位、一位奇偶校验位、1——2位停止位（高电平）。两个字符之间的间隔是任意的，中间可以填充空闲位（高电平）。 只要接受方检测到数据线上出现了由高电平向低电平的跳变，并且低电平能持续一段时间，就表明已经就收到一桢数据的开始。这时可以按照接受时钟从数据线上采样数据，直到接收到了停止位表明接受完一桢数据。接收方还可以通过奇偶校验位判断数据传送过程中是否出现错误。 异步传送控制比较简单，对发送与接收时钟要求不很严格，不会造成错误累积，但是由于每个数据在传送时都要附加控制信息，约有20%的冗余，传送效率并不高，为50——9600波特之间。 （2）同步通信 同步通信以数据块为单位进行传颂，为了解决贞同步，在每一批数据流之前，附加同步信息（1——2个同步字符），最后以校验字符结束。如果在数据传送过程中，发生数据断流（即发送方没有数据可发送）应以同步字符填充。 接收方检测到协议要求的1——2个同步字符后，就可以认为双方已经取得一致，之后就可以在严格的时钟控制下采样数据线接收数据。当然同步通信可以根据校验字符判断所接收的一批字符是否在传送过程中出现错误。 同步通信的传送速率较高，在1——2个同步字符的带领下，就可以源源不断的发送接收。但是同步通信对双方的时钟要求很严格，并且容易造成错误累积。 串行通信中的常用术语 （1）传送机制 穿行传送有单工、半双工、全双工三种传送方向。单工是指发送方与接收方只有一条数据线路，而且这条数据线路永远只能进行余个方向的传输。半双工是指发送方与接收方也只有一条数据线路，但这条数据线路可以在不同时刻进行两个方向的传输。全双工是指发送方与接收方有两条数据线路，同一时刻可以利用这两条数据线路进行不同方向的数据传输。 （2）调制与解调 计算机内使用的是数字信号，要求的频带很宽，而一般的通信线路如电话线路的频带只有
通信基本概念名词解释
常用参数缩写解释 参数缩写含义解释参数缩写含义解释 小区名称小区号 基站地址时间 基站名称广播控制信道 基站编号基站色码 载频号经度 位置区号码纬度 帧丢失率小区地识别码 话音质量评估时间提前 路径损耗原则参数帧号码 小区重选信道质量标准参数不连续传输 计录测试标志（切换，掉话等）跳频状态消息内容微小区 当前地基站色码邻小区地广播控制信道 当前地广播控制信道邻小区广播控制信道当前地国家移动码邻小区平均地接收电平当前地移动网号邻小区基站色码 当前地位置区号码邻小区路径损耗原则参数当前服务小区号邻小区小区重选标准参数当前地小区识别码平均地接收电平 业务信道移动配置指数偏移信道接收质量业务信道地跳频序列码平均地接收电平 业务信道号信道接收质量 业务信道时隙天线型号 业务信道类型天线覆盖角 业务信道模型天线下倾角 独立专用控制信道天线水平极化角 无线接续超时计数最大值天线照片文件名无线接续超时计数当前值发信功率电平 同频平均地接收电平基站地最大时隙 同频基站色码手机地最大时隙 邻频平均地接收电平十六制字符 发信功率电平邻小区编号 邻频基站色码十六制字符 邻小区编号 基本概念名词解释 基站识别码（）
使移动台能区分相邻地各个基站. 国家色码，识别 注：它不唯一地识别运营者，主要是用来区分国界各侧地运营者. 基站色码，识别基站 在定义地时候，我们需要特别注意，以确保相邻不使用相同地.因此，为了防止可能出现地僵局，建议中给出了所有成员国地定义. 小区全球识别码（） 是用来识别一个位置区内地小区.它是在位置区识别码（）后加上一个小区识别码（）. 小区识别码，识别一个位置区内地小区，最多为. :不连续传输 在系统中，传输方式有普通和不连续传输（）两种摸式.所谓不连续传输就是在通话期间:进行地话音编码；在通话间隙:传输低速编码.目地是降低空中地总地干扰电平，节省无线发射机电源地耗电量. 当在上使用时,并非所有均可传输,但以下帧总被传输,因此可用来评价期间地质量和信号电平. （平均接收电平）： 描述收到信号强度（电平）地统计参数，作为功率控制和切换过程地依据. 参数范围：（） 收信信号电平将被映射到之间地某个值. < … … > 注：定义每个载波地需. （信号接收质量）： 描述收信无线链路信号质量地统计参数，该参数作为功率控制和切换过程依据. 参数定义（表：） < 假定值 假定值 假定值 假定值 假定值 假定值 假定值 > 假定值
数字图像处理课程设计题目和要求模板
数字图像处理课程设计题目和要求 1 2020年4月19日
文档仅供参考 数字图像处理课程设计内容、要求 题目一：图像处理软件 1、设计内容及要求： （1）、独立设计方案，实现对图像的十五种以上处理（比如：底片化效果、灰度增强、图像复原、浮雕效果、木刻效果等等）。 （2）、参考photoshop软件，设计软件界面，对处理前后的图像以及直方图等进行对比显示； （3）、将实验结果与其它软件实现的效果进行比较、分析。总结设计过程所遇到的问题。 2、参考方案（所有参考方案若无特殊说明，均以matlab为例 说明）： (1)实现图像处理的基本操作 学习使用matlab图像处理工具箱，利用imread（）语句读入图像，例如image=imread（flower.jpg），对图像进行显示(如imshow（image）)，以及直方图计算和显示。 (2)图像处理算法的实现与显示 1 2020年4月19日
文档仅供参考 针对课程中学习的图像处理内容，实现至少十五种图像处理功能，例如模糊、锐化、对比度增强、复原操作。改变图像处理的参数，查看处理结果的变化。自己设计要解决的问题，例如引入噪声，去噪；引入运动模糊、聚焦模糊等，对图像进行复原。 (3)参照“photoshop”软件，设计图像处理软件界面 可设计菜单式界面，在功能较少的情况下，也能够设计按键式界面，视功能多少而定；参考matlab软件中GUI设计，学习软件界面的设计。 题目二：数字水印 1、设计内容及要求： 为保护数字图像作品的知识产权，采用数字水印技术嵌入水印图像于作品中，同时尽可能不影响作品的可用性，在作品版权发生争执时，经过提取水印信息确认作品版权。一般情况下，水印图像大小要远小于载体图像，嵌入水印后的图像可能遇到噪声、有损压缩、滤波等方面的攻击。因此，评价水印算法的原则就是水印的隐藏性和抗攻击性。根据这一要求，设计水印算法。 （1）、查阅文献、了解数字水印的基本概念。 2 2020年4月19日
串口通讯
串口通信的基本知识概念（232 422 485） 串口通信的基本概念: 1，什么是串口？ 2，什么是RS-232？ 3，什么是RS-422？ 4，什么是RS-485？ 5，什么是握手？ 1，什么是串口 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线 Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte） 的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它 很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总 常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。 典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如 300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采 样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。 b，数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。扩展的ASCII码是0～255（8位）。如果数据使用简单的文本（标准 ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。 c，停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在 传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现 了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同
扩展频谱通信的基本概念
扩展频谱通信的基本概念 2.1 扩展频谱通信的定义 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方 式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。 这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗? 二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。 三、在接收端用相关解调来解扩 正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。
串行通信技术基础知识
串行通信技术基础 在串行通信中，参与通信的两台或多台设备通常共享一条物理通路。发送者依次逐位发送一串数据信号，按一定的约定规则为接收者所接收。由于串行端口通常只是定义了物理层的接口规范，所以为确保每次传送的数据报文能准确到达目的地，使每一个接收者能够接收到所有发向它的数据，必须在通信连接上采取相应的措施。 由于借助串行通信端口所连接的设备在功能、型号上往往互不相同，其中大多数设备出了等待接收数据之外还会有其他的任务，例如，一个数据采集单元需要周期性地收集和存储数据；一个控制器需要负责控制计算机或向其他设备发送报文；一台设备可能会在接收方正在进行其他任务时向它发送信息。因此，必须有能应对多种不同工作状态的一系列规则来保证通信的有效性。这里所讲的保证串行通信的有效性的方法包括：使用轮询或者中断来检测、接收信息；设置通信帧的起始、停止位；建立连接握手；实行对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查等。 一、串行通信基本概念 1、连接握手 通信帧的起始位可以引起接收方的注意，但发送方并不知道，也不能确定接收方是否已经做好了接收数据的准备。利用连接握手可以使收发双方确认已经建立了连接关系，接收方已经做好准备，可以进入数据收发状态。 连接握手过程是指发送者在发送一个数据块之前使用一个特定的握手信号来引起接收者的注意，表明要发送数据，接收者则通过握手信号回应发送者，说明它已经做好了接收数据的准备。 连接握手可以通过软件，也可以通过硬件来实现。在软件连接握手中，发送者通过发送一个字节表明它想要发送数据；接收者看到这个字节的时候，也发送一个编码来声明自己可以接收数据；当发送者看到这个信息时，便知道它可以发送数据了。接收者还可以通过另一个编码来告诉发送者停止发送。 在普通的硬件握手中，接收者在准备好了接收数据的时候将相应的握手信号线变为高电平，然后开始全神贯注地监视它的串行输入端口的允许发送端。这个允许发送端与接收者已准备好接收数据的信号端相连，发送者在发送数据之前一直在等待这个信号变化。一旦得到信号说明接收者已处于准备好接收数据的状态，便开始发送数据。接收者可以在任意时候将握手信号变为低电平，即便是在接收一个数据块的过程中间也可以把这根导线带入到低电平。当发送者检测到这个低电平信号时，就应该停止发送。而在完成本次传输之前，发送者还会继续等待握手信号线在此变为高电平，以继续被中止的数据传输。 2、确认 接收者为表明数据已经收到而向发送者回复信息的过程称为确认。有的传输过程可能会收到报文而不需要向相关节点回复确认信息。但是在许多情况下，需要通过确认告之发送者数据已经收到。有的发送者需要根据是否收到信息来采取相应的措施，因而确认对某些通信过程是必需的和有用的。即便接收者没有其他信息要告诉发送者，也要为此单独发一个数据确认已经收到的信息。 确认报文可以是一个特别定义过的字节，例如一个标识接收者的数值。发送者收到确认报文就可以认为数据传输过程正常结束。如果发送者没有收到所希望回复的确认报文，它就认为通信出现了问题，然后将采取重发或者其它行动。 3、中断 中断是一个信号，它通知CPU有需要立即响应的任务。每个中断请求对应一个连接到中断源和中断控制器的信号。通过自动检测端口事件发现中断并转入中断处理。 许多串行端口采用硬件中断。在串口发生硬件中断，或者一个软件缓存的计数器到达一个触发值时，表明某个事件已经发生，需要执行相应的中断响应程序，并对该事件做出及时的反应。这种过程也称为事件驱动。
图像匹配程序设计——模板匹配
摘要 模板匹配就是把不同传感器或同一传感器在不同时间、不同成像条件下对同一景物获取的两幅或多幅图像在空间上对准,或根据已知模式到另一幅图中寻找相应模式的处理方法。模板匹配是数字图像处理的重要组成部分之一。简单而言，模板就是一幅已知的小图像。模板匹配就是在一幅大图像中搜寻目标，已知该图中有要找的目标，且该目标同模板有相同的尺寸、方向和图像，通过一定的算法可以在图中找到目标，确定其坐标位置。 本文主要主要介绍了灰度相关的匹配方法，灰度相关的图像匹配算法是图像匹配算法中比较经典的一种，很多匹配技术都以它为基础进行延伸和扩展。它是从待拼接图像的灰度值出发，对待匹配图像中一块区域与参考图像中的相同尺寸的区域使用最小二乘法或者其它数学方法计算其灰度值的差异，对此差异比较后来判断待拼接图像重叠区域的相似程度，由此得到待拼接图像重叠区域的范围和位置，从而使用MATLAB软件实现图像匹配。 当以两块区域像素点灰度值的差别作为判别标准时，最简单的一种方法是直接把各点灰度的差值累计起来。另一种方法是计算两块区域的对应像素点灰度值的相关系数，相关系数越大，则两块图像的匹配程度越高。该方法的匹配效果要更好，匹配成功率有所提高。 关键词：图像匹配；MATLAB；灰度相关
目录 1 需求分析 (1) 1.1 问题描述 (1) 1.2 基本要求 (1) 2 设计方案 (2) 2.1 相关概念 (2) 2.2 算法设计 (2) 3 仿真内容 (5) 3.1 相关函数说明 (5) 3.2 模版匹配源代码 (8) 4 仿真结果及分析 (9) 结束语 (11) 参考文献 (12)
1 需求分析 1.1 问题描述 计算机模式识别所要解决的问题，就是用计算机代替人去认识图像和找出一幅图像中人们感兴趣的目标物。在机器识别物体的过程，常需把不同传感器或同一传感器在不同时间，不同成像条件下对同一景物获取的两幅或多幅图像在空间上对准，或根据已知模式到另一幅图中寻找相应的模式，这就叫做匹配。模板匹配是一种最原始、最基本的模式识别方法。研究某一特定对象物位于图像的位置，进而识别对象，这就是匹配的问题。利用模板匹配可以在一幅图像中找到已知的物体。这里的模板指的是一幅待匹配的图像，相当于模式识别的模式。基本要求如下: (1).进行匹配的两幅图像为JPG格式或BMP格式。 (2).能够进行对两幅数字图像的匹配。 (3).采用交互式程序对图像进行匹配。 1.2 基本要求 通过分析题目的基本要求，我将此使用两种方法实现匹配:一个是基于灰度的模板匹配，另一个是基于灰度的快速匹配。在以上两种方法中，用户可以对两张图像进行匹配并显示匹配结果。
扩频通信及matlab仿真
扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx
目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15)
摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。
数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力；
信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等
串口基本常识
串口引脚图.jpg 串口通信的基本概念 1，什么是串口？ 2，什么是RS-232？ 3，什么是RS-422？ 4，什么是RS-485？ 5，什么是握手？ 1，什么是串口 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal Serial Bus或者USB混淆）。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。 典型地，串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： a，波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置
基于Matlab图像匹配——模板匹配
课程名称数字图像处理 实验序号实验8 实验名称图像匹配——模板匹配 实验地点综B207 实验学时 2 实验类型验证性 2017年10 月16 日
一、实验目的及要求 在机器识别物体的过程，常需把不同传感器或同一传感器在不同时间，不同成像条件下对同 一景物获取的两幅或多幅图像在空间上对准，或根据已知模式到另一幅图中寻找相应的模 式，这就叫做匹配。模板匹配是一种最原始、最基本的模式识别方法。 利用模板匹配可以在一幅图像中找到已知的物体。这里的模板指的是一幅待匹配的图 像，相当于模式识别的模式。基本要求如下: (1).进行匹配的两幅图像为JPG格式或BMP格式。 (2).能够进行对两幅数字图像的匹配。 (3)采用交互式程序对图像进行匹配。 二、实验原理与内容 模板匹配是指用一个较小的图像，即模板与源图像进行比较，以确定在源图像中是 否存在与该模板相同或相似的区域，若该区域存在，还可确定其位置并提取该区域。 模板匹配常用的一种测度为模手术台与源图像对应区域的误差平方和。设f(x,y)为M×N的源图像，t(j,k)为J×K(J≤M,K≤N)的模板图像,则误差平方和测度定义为: DS(x,y)称为源图像中与模板对应区域的能量，它与像素位置（x,y）有关，但随像素位置（x,y）的变化，DS(x,y)变化缓慢。DST(x,y)模板与源图像对应区域的互相关，它随像素位置（x,y）的变化而变化，当模板t(j,k)和源图像中对应区域相匹配时取最大值。DT(x,y)称为模板的能量，它与图像像素位置(x,y)无关，只用一次计算便可。显然，计算误差平方和测度可以减少 计算量。 基于上述分析，若设DS(x,y)也为常数，则用DST(x,y)便可进行图像匹配，当DST(x,y)取最大值时，便可认为模板与图像是匹配的。但假设DS(x,y)为常数会产生误差，严重时将无法 下确匹配，因此可用归一化互相关作为误差平方和测度，其定义为：
扩频通信基础知识
扩频通信基础知识
扩频通信基础知识 技术背景： 传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。
扩频通信的基本原理和优势： 扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N 个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通
VC++串口编程(基本概念)
在PC机的主板上，有一种类型的接口可能为我们所忽视，那就是RS-232C串行接口，在微软的Windows系统中称其为COM。我们可以通过设备管理器来查看COM的硬件参数设置，如图1。 图1 在Windows上查看PC串口设置 迄今为止，几乎每一台PC都包含COM。本质而言，COM是PC为和外界通信所提供的一种串行数据传输的接口。作为一种物理通信的途径和设备，它和目前风靡的另一种串行接口――USB所提供的功能是一致的。不过RS-232C显然已经开始被后起之秀USB赶超，因为USB的传输速率已经远远超过了RS-232C。 尽管如此，RS-232C仍然具有非常广泛的应用，在相对长的一段时间里，难以被USB 等接口取代。RS-232C接口（又称EIA RS-232C），1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定，全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准"。 本文将对这一接口进行硬件原理的介绍，随后我们将逐章学习DOS平台的串口编程，及Windows平台下基于API、控件和第三方类的串口编程，最后本文将给出一个综合实例。 在本文的连载过程中，您可以通过如下方式联系作者（热忱欢迎读者朋友对本文的内容提出质疑或给出修改意见）： 作者email：21cnbao@https://www.wendangku.net/doc/2a12707315.html,（可以来信提问，笔者将力求予以回信解答，并摘取其中的典型问题，在本系列文章最后一次连载的《读者反馈》中予以阐述）； 硬件原理 众所周知，CPU与存储芯片和I/O芯片的通信是并行的（并行传输的最大位数依赖于CPU的字长、数据总线的宽度），一种叫做UART（通用异步收发器，Universal Asynchronous
51单片机的串行通信口基本常识
MCS-51单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在传行口的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口。下面我们分别介绍。 [1].基本概念 数据通信的传输方式 常用于数据通信的传输方式有单工、半双工、全双工和多工方式。 单工方式：数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。 半双工方式：数据可实现双向传送，但不能同时进行，实际的应用采用某种协议实现收/发开关转换。
全双工方式：允许双方同时进行数据双向传送,但一般全双工传输方式的线路和设备较复杂。 多工方式：以上三种传输方式都是用同一线路传输一种频率信号，为了充分地利用线路资源，可通过使用多路复用器或多路集线器，采用频分、时分或码分复用技术，即可实现在同一线路上资源共享功能，我们盛之为多工传输方式。 串行数据通信两种形式 异步通信 在这种通信方式中，接收器和发送 器有各自的时钟，它们的工作是非同步 的，异步通信用一帧来表示一个字符， 其内容如下：一个起始位，仅接着是若 干个数据位，图2是传输45H的数据 格式。 同步通信 同步通信格式中，发送器和接收器 由同一个时钟源控制，为了克服在异步 通信中，每传输一帧字符都必须加上起 始位和停止位，占用了传输时间，在要
求传送数据量较大的场合，速度就慢得 多。同步传输方式去掉了这些起始位和 停止位，只在传输数据块时先送出一个 同步头（字符）标志即可。 同步传输方式比异步传输方式速 度快，这是它的优势。但同步传输方式 也有其缺点，即它必须要用一个时钟来 协调收发器的工作，所以它的设备也较 复杂。 串行数据通信的传输速率 串行数据传输速率有两个概念，即每秒转送的位数bps（Bit per second）和每秒符号数—波特率（Band rate），在具有调制解调器的通信中，波特率与调制速率有关。 [2].MCS-51的串行口和控制寄存器 串行口控制寄存器
扩频通信课程总结
《扩频通信技术及应用》 课程总结 院系：计算机科学与技术学院 专业：通信工程 年级班级： 学号： 姓名：张程毅
一、引言 长期以来，扩频通信主要用于军事保密通信和电子对抗系统，随着世界范围政治格局的变化和冷战的结束，该项技术才逐步转向"商业化"。数年前扩频通信在我国通信领域仍鲜为人知，有关资料介绍也比较少，一九九三年开始, 吉隆公司即致力于向我国引进扩频产品, 已经在电力、金融、公安、交通等行业收到了明显的社会、经济效益，引起国内通信界人士的广泛注意。 二、扩频通信的简介 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如语音信息的带宽大约为、普通电视图像信息带宽大约为。为了充分利用频率资源，通常都是尽量压缩传输带宽。如电话是基带传输，人们通常把带宽限制在左右。如使用调幅信号传输，因为调制过程中将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信息带宽的两倍，而在实际传输中，人们采用压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大约为×左右；采用边带压缩技术，把普通电视信号包括语音信号一起限制在×左右。即使在普通的调频通信上，人们最大也只把信号带宽放宽到信息带宽的十几倍左右，这些都是采用了窄带通信技术。扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。至于为什么要浪费资源这样做呢，主要目的就是用来保证信息安全和抗干扰用！ 扩频通信，即扩展频谱通信技术（），它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还具有如下特征: . 是一种数字传输方式； .带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的； . 在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。 .抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 .宽带传输，抗衰落能力强。 .由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。 .利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。 三、扩频通信的理论基础 根据仙农()在信息论研究中总结出的信道容量公式，即仙农公式： ×() 式中：信息的传输速率有用信号功率频带宽度噪声功率 由式中可以看出： 为了提高信息的传输速率，可以从两种途径实现，既加大带宽或提高信噪比。换句话说，当信号的传输速率一定时，信号带宽和信噪比是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就