基本介紹
- 中文名：處理增益
- 外文名：process gain
- 學科：計算機
- 定義：輸出信噪比與輸入信噪比之比
- 有關術語：信噪比
- 領域：通信
簡介,發展,信噪比,擴頻,原理,主要特點,
簡介
增益在電子學上，通常為一個系統的訊號輸出與訊號輸入的比率。如5倍的增益，即是指系統令電壓或功率增加了5倍。增益主要套用於放大電路中。在通信領域，處理增益是指接收機輸出信噪比與輸入信噪比之比。對於一個時空接收系統，處理增益分時間處理增益和空間處理增益兩種。當信號中噪音較多，信號進行互相關處理時，樣本中的噪聲會抬高相關後的噪聲基底，導致處理增益下降，最終會對接收機的靈敏度 ，測量精度等指標產生較大影響。
發展
加性白高斯噪聲信道(AWGN)中，擴頻信號的處理增益等效於擴頻增益，當擴頻碼片數無限增加時，擴頻增益無限增大，擴頻信號實際獲得的處理增益也會無限增大。考慮信號頻寬是原始符號擴頻後的信號總頻寬，符號長度是原始符號擴頻後的總持續時間，若給定符號長度，擴頻碼片數無限增加等價於信號頻寬無限增大；若給定信號頻寬，擴頻碼片數無限增加等價於符號長度無限增大。由此，當信號頻寬無限增大或符號長度無限增大時，擴頻信號的處理增益會無限增大，即處理增益不存在上限。針對 AWGN 信道中的直接序列擴頻系統，給定信號頻寬與比特速率，存在單音或寬頻干擾時，二進制相移鍵控(BPSK)、正交相移鍵控(QPSK)以及16值正交幅移鍵控(16QASK)調製信號的擴頻增益與誤比特率，其中，16QASK 處理增益最大，QPSK 誤比特率最低。到目前為止，對於多徑衰落信道中擴頻信號的處理增益，業界已有了一些研究。針對不同的擴頻因子，多徑信道中二維擴頻信號經過信道均衡後的誤碼率性能，隨著擴頻因子的增大，誤碼率不會一直降低。針對直接序列擴頻與快速跳頻混合的碼分多址信號(DS/FHH-CDMA)，給定信號功率與頻寬並且採用最大比合併，以最大化頻譜利用率為準則，多徑衰落信道中直序擴頻的最優處理增益，隨著信噪比的提高、用戶數的減少以及跳頻點數的增加，直序擴頻的最優處理增益會降低。考慮多徑衰落信道中的時頻二維擴頻系統，針對導引輔助的相干檢測，在一個擴頻符號所占用的信號時頻二維區域等於信道的時頻相干區域時，擴頻信號的處理增益取得最大值。然而，對於非相干檢測時擴頻信號處理增益的最大值。
信噪比
通信系統接收端信號平均功率電平與噪聲平均功率電平的差值，或信號平均功率與噪聲平均功率之比的對數值，單位為dB (分貝)。通信系統中的噪聲是對通信有用信號的一種干擾。它導致淹沒電話信號，減小話音強弱的動態範圍，降低清晰度，對數據信號則增加信號失真。進行通信電路設計時，信噪比是一項重要指標。必須保證信噪比達到一定水平，否則通信難以正常進行。噪聲的來源：①通信設備的固有噪聲，如導體、電阻的熱噪聲，電源噪聲等；②其他電路引起的噪聲，如無線電、電力線載波電路、廣播線或電力線的干擾等；③雷電、磁暴、風沙等自然現象的感應噪聲;④電力線絕緣子不規則放電引起的電暈噪聲；⑤斷路器、隔離開關操作引起的脈衝噪聲等。其中電暈噪聲和脈衝噪聲屬於電力線噪聲。這種噪聲電平比一般通信傳輸介質引入的噪聲電平高得多。對信噪比的要求，在不良天氣及工作環境下，對於電話信號，按標稱電平計算，信噪比最小設計值可取25 dB；對於移頻鍵控的數據信號，信噪比最低設計值可取15 dB。這樣，在大部分正常天氣及工作環境下，實際的信噪比可以分別達到35 dB及25 dB，保證了良好的傳輸質量。人耳對不同頻率的信號具有不同的靈敏度。對於電話通路的噪聲常用帶有加權網路的噪聲計測量。加權網路具有與人耳及受話器相同的頻率衰減特性。因此所測得的電壓或電平可以近似地代表噪聲對人耳的影響，稱為噪聲計電壓(電平)。電話通路的信噪比一般均按噪聲計電壓(電平)考慮。
擴頻
擴頻是一種利用信息處理改善傳輸性能的技術。這種技術的目的和作用是在傳輸信息之前，先對所傳信號進行頻譜的擴寬處理，以便利用寬頻譜獲得較強的抗干擾能力、較高的傳輸速率，同時由於在相同頻帶上利用不同碼型可以承載不同用戶的信息，因此擴頻也提高了頻帶的復用率。
原理
在發端輸入的信息先經信息調製形成數位訊號，然後由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調製數位訊號以展寬信號的頻譜。展寬後的信號再調製到射頻傳送出去。 在接收端收到的寬頻射頻信號，變頻至中頻，然後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。由此可見，—般的擴頻通信系統都要進行三次調製和相應的解調。一次調製為信息調製，二次調製為擴頻調製，三次調製為射頻調製，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，擴頻通信就是多了擴頻調製和解擴部分。
傳送端
1）傳送端輸入的信息經過信息調製形成數位訊號。
2）由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列對數位訊號進行擴展頻譜。
3）射頻發生器數位訊號轉換成模擬信號，並通過射頻信號傳送出去。
接收端
1）在接收端，將收到的射頻信號由高頻變頻至電子器件可以處理的中頻，並把模擬信號轉化成數位訊號。
2）由擴頻碼發生器產生的和傳送端相同的擴頻碼對數位訊號進行解擴。
3）將數位訊號解調成原始信息輸出。
主要特點
擴頻的原理是使用與被傳輸數據無關的碼進行傳輸信號的頻譜擴展，使得傳輸頻寬遠大於被傳輸數據所需的最小頻寬，因此經過擴頻的信號具有三個特點：
擴頻信號是不可預測的隨機的信號。
擴頻信號頻寬遠大於欲傳輸數據(信息)頻寬。
擴頻信號具有更強的抗干擾能力、更強的碼分多址能力以及更強的高速可擴展能力。
