第四章扩频通信系统.ppt

第四章扩频通信系统4.1扩频通信的基本概念 4.1.2扩频通信的理论基础
扩频通信的基本特点是传输信号所占用的频带宽度(fW)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(fB),其比值称为处理增益GP:

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申而来的。信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为
 (4-2) 扩频通信可行性的另一理论基础是柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式:

式中,Powj为差错概率;E为信号能量;N0为噪声功率谱密度。因为,信号功率P＝E/T(T为信息持续时间),噪声功率N＝fWN(fW为信号频带宽度),信息带宽F＝1/T,则式(4-3)可化为 4.1.3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(SpreadingGain),它定义为频谱扩展前的信息带宽fB与频带扩展后的信号带宽fW之比(G＝fW/fB)。 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为抗干扰容限,G为处理增益,(S/N)out为信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比,Ls为接收系统的工作损耗。
扩频通信主要有以下几项特点:
1.易于重复使用频率,提高了无线频谱利用率
2.抗干扰性强,误码率低
3.隐蔽性好,对各种窄带通信系统的干扰很小
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4-1和图4-2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,如图4-1所示。
图4-1扩频系统抗宽带干扰能力示意图
(a)接收输入端;(b)解扩后 对于脉冲干扰,带宽将被展宽到fB,而有用信号恢复(压缩)后,保证高于干扰,如图4-2所示。图4-2扩频系统抗脉冲干扰能力示意图
(a)接收输入端;(b)解扩后 4.可以实现码分多址
5.抗多径干扰
6.能精确地定时和测距
7.适合数字话音和数据传输,以及开展多种通信业务
8.安装简便,易于维护
4.1.4扩频通信的工作原理
扩频通信的一般工作原理如图4-3所示。

图4-3扩频通信的工作原理 4.1.5扩频通信的工作方式
1.直接序列扩频工作方式
所谓直接序列(DS,DirectSequence)扩频,就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。
2.跳变频率工作方式
另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频(FH,FrequencyHopping)。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。
图4-4(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4-4(b)中可以看出频域上的输出频谱在一宽频带内所选择的某些频率随机地跳变。图4-4跳频系统示意图 3.跳变时间工作方式
图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。图4-5跳时系统示意图 4.宽带线性调频工作方式
图4-6是线性调频的示意图。图4-6线性调频示意图 5.各种混合方式
但是,不同方式结合起来的优点有时能得到很好的效果，例如DS/FH系统,就是一种中心频率在某一频带内跳变的直接序列扩频系统，其信号的频谱如图4-7所示。
图4-7DS/FH系统频谱图4.2直接序列扩频系统图4-8直扩系统的组成与原理方框图图4-8直扩系统的组成与原理方框图 综上所述,直扩系统的特点是:
(1)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;
(2)扩频码序列多采用伪随机码,也称为伪噪声(PN)码序列;
(3)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波;
(4)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(ΔM);
(5)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;
(6)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自相关特性在延迟锁定环中实现;
(7)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。
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。图4-9(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4-9直扩信号的波形与频谱 4.2.2几种常用的伪随机码