CC2430直接序列扩频通信原理.pdf

CC2430ZIGBEE 无线单片机系列技术文章之一： CC2430 无线单片机 直接序列扩频通信原理 前言： CC2430 无线单片机内部集成了全部 802.15.4 短距离无线通讯标准所需要的 高频电路部分；图一是 CC2430 2.4GH 数字高频部分的框图： 其数字高频部分，采用了直接序列扩频（DSSS ）技术，不仅能够非常方便 的实现 802.15.4 短距离无线通讯标准兼容，而且大大提高了无线通讯的可靠性；下 面，就简单介绍直接序列扩频（DSSS ）的原理，对于CC2430 无线单片机高频部 分的其他优点和工作原理，我们将在本系列文章陆续进行介绍。 一直接序列扩频通讯的优点 直接序列扩频（DSSS ），（Direct seqcuence spread spectrdm ）是直接利用 具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端， 用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种 数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的 PN 码（伪噪声码）进行摸二加。例 如说在发射端将1用 11000100110，而将0用 00110010110 去代替，这个过程就 实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是 11000100110 就恢复成1是 00110010110 就恢复成0，这就是解扩。这样信源速率就被提高了 11 倍，同时也 使处理增益达到 10dB 以上，从而有效地提高了整机倍噪比。 直接序列扩频的优点是： * 直扩系统射频带宽很宽。小部分频谱衰落不会使信号频谱严重的畸变。 * 多径干扰是由于电波传播过程中遇到各种反射体（高山，建筑物）引起， 使接受端接受信号产生失真，导致码间串扰，引起噪音增加。而直扩系统可以利用 这些干扰能量提高系统的性能。 1 * 直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外，还必须完成伪随机码的同 步，以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着 伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而同步时间就长。 * 直扩和跳频系统都有很强的保密性能。对于直扩系统而言，射频带宽很宽， 谱密度很低，甚至淹没在噪音中，就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱 密度很低，直扩系统对其它系统的影响就很小。 * 直扩系统一般采用相干解调解扩，其调制方式多采用 BPSK 、DPSK 、 QPSK、MPSK 等调制方式。而跳频方式由于频率不断变化、频率的驻留时间内都 要完成一次载波同步，随着跳频频率的增加，要求的同步时间就越短。因此跳频多 采用非相干解调，采用的解调方式多为 FSK 或 ASK ，从性能上看，直扩系统利用 了频率和相位的信息，性能优于跳频。 二直接序列扩频通信技术特点： 直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)系统是将要发送的信息用 伪随机码（PN 码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相 同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。 直接序列扩频通讯的主要技术特点是： * 抗干扰性强 抗干扰是扩频通信主要特性之一，比如信号扩频宽度为 100 倍，窄带干扰基本 上不起作用，而宽带干扰的强度降低了 100 倍，如要保持原干扰强度，则需加大 100 倍总功率，这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处 理才能得到，所以即使以同类型信号进行干扰，在不知道信号的扩频码的情况下， 由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰 性强，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区 域的计算机网络。 * 隐蔽性好 因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密 度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码， 很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。 * 易于实现码分多址（CDMA ） 直扩通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频段？其实 正相反，扩频通信提高了频带的利用率。正是由于直扩通信要