第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

1、第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.1 擴(kuò)頻通信的基本概念擴(kuò)頻通信的基本概念4.2 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)4.3 跳頻系統(tǒng)跳頻系統(tǒng) 4.4 混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)習(xí)習(xí) 題題 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.1 擴(kuò)頻通信的基本概念擴(kuò)頻通信的基本概念 4.1.1 擴(kuò)頻通信的定義所謂擴(kuò)展頻譜通信, 可簡(jiǎn)單表述如下: “擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式, 其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬; 頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成, 并用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān); 在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步

2、接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)”。 這一定義包含了以下三方面的意思。1. 信號(hào)的頻譜被展寬2. 采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來(lái)展寬信號(hào)頻譜3. 在接收端用相關(guān)解調(diào)來(lái)解擴(kuò) 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 4.1.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)是傳輸信號(hào)所占用的頻帶寬度(fW)遠(yuǎn)大于原始信息本身實(shí)際所需的最小(有效)帶寬(fB), 其比值稱為處理增益GP: 擴(kuò)頻通信的可行性是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引申而來(lái)的。 信息論中關(guān)于信息容量的仙農(nóng)(Shannon)公式為(4-2)BWpffG (4-1)1 (NPlbfCW第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信可行性的另一理論基

3、礎(chǔ)是柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式:式中, Powj為差錯(cuò)概率; E為信號(hào)能量; N0為噪聲功率譜密度。因?yàn)? 信號(hào)功率PE/T(T為信息持續(xù)時(shí)間), 噪聲功率NfWN(fW為信號(hào)頻帶寬度), 信息帶寬F1/T, 則式(4-3)可化為 )(0NEfPowj(4-3) )()(BWWowjffNPfNPTffP(4-4) 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.1.3 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo)處理增益和抗干擾容限是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要性能指標(biāo)。 處理增益G也稱擴(kuò)頻增益(Spreading Gain), 它定義為頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬fB與頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬fW之比(GfW/fB)。 第

4、四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾容限是指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力, 定義為Mj=G-(S/N) out+Ls, 其中, Mj為抗干擾容限, G為處理增益, (S/N) out為信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比, Ls為接收系統(tǒng)的工作損耗。 擴(kuò)頻通信主要有以下幾項(xiàng)特點(diǎn): 1.易于重復(fù)使用頻率, 提高了無(wú)線頻譜利用率2.抗干擾性強(qiáng), 誤碼率低3. 隱蔽性好, 對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)對(duì)于寬帶干擾和脈沖干擾在擴(kuò)頻設(shè)備中如何被抑制的物理過(guò)程, 可以用圖4-1和圖4-2加以說(shuō)明。 對(duì)于各種形式人為的(如電子對(duì)抗中)干擾或其他

5、窄帶或?qū)拵?擴(kuò)頻)系統(tǒng)的干擾, 只要波形、時(shí)間和碼元稍有差異, 解擴(kuò)后仍然保持其寬帶性, 而有用信號(hào)將被壓縮, 如圖4-1所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖 4-1 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗寬帶干擾能力示意圖 (a) 接收輸入端; (b) 解擴(kuò)后第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)對(duì)于脈沖干擾, 帶寬將被展寬到fB, 而有用信號(hào)恢復(fù)(壓縮)后, 保證高于干擾, 如圖4-2所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖 4-2 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗脈沖干擾能力示意圖 (a) 接收輸入端; (b) 解擴(kuò)后第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址 5. 抗多徑干擾6. 能精確地定時(shí)和測(cè)

6、距7. 適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸, 以及開展多種通信業(yè)務(wù)8. 安裝簡(jiǎn)便, 易于維護(hù)4.1.4 擴(kuò)頻通信的工作原理擴(kuò)頻通信的一般工作原理如圖4-3所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-3 擴(kuò)頻通信的工作原理擴(kuò)頻調(diào)制信息調(diào)制信息擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器擴(kuò)頻解調(diào)信息解調(diào)信息本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器變頻本地射頻發(fā)生器第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.1.5 擴(kuò)頻通信的工作方式1. 直接序列擴(kuò)頻工作方式所謂直接序列(DS, Direct Sequence)擴(kuò)頻, 就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。 2. 跳變頻率工作方式另 外 一 種 擴(kuò) 展 信 號(hào) 頻 譜 的 方

7、 式 稱 為 跳 頻 ( F H , Frequency Hopping)。 所謂跳頻, 比較確切的意思是: 用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。 圖4-4(a)為跳頻的原理示意圖。 發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。 從圖4-4(b)中可以看出頻域上的輸出頻譜在一寬頻帶內(nèi)所選擇的某些頻率隨機(jī)地跳變。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-4 跳頻系統(tǒng)示意圖頻率合成器信息調(diào)制信息擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器中頻帶通信息解調(diào)器信息擴(kuò)頻碼發(fā)生器變頻頻率合成器(a)f1f2f3(b)fn1fn第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 跳變時(shí)間工作方式 圖4

8、-5(a)是跳時(shí)系統(tǒng)的原理方框圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-5 跳時(shí)系統(tǒng)示意圖信息2第一幀存儲(chǔ)器通斷開關(guān)二相或四相調(diào)制擴(kuò)頻碼發(fā)生器通斷開關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相解調(diào)存儲(chǔ)器再定時(shí)信息4第二幀第三幀7第四幀45(a)(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. 寬帶線性調(diào)頻工作方式圖4-6是線性調(diào)頻的示意圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-6 線性調(diào)頻示意圖鋸齒波壓控振蕩器線性調(diào)頻脈沖壓控振蕩器壓縮后輸出脈沖第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)5. 各種混合方式但是, 不同方式結(jié)合起來(lái)的優(yōu)點(diǎn)有時(shí)能得到很好的效果， 例如DS/FH系統(tǒng), 就是一種中心頻率在某一

9、頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)， 其信號(hào)的頻譜如圖4-7所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-7 DS/FH系統(tǒng)頻譜圖FHDSf第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.2 4.2 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)4.2.1 直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理 1. 組成與原理前面已經(jīng)說(shuō)過(guò), 所謂直接序列(DS)擴(kuò)頻, 就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。 而在收端, 用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò), 把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。 圖4-8為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理方框圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-8 直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理方框圖fb信息調(diào)制fin擴(kuò)頻f0f

10、cfTfcf0fin發(fā)射機(jī)接收機(jī)解擴(kuò)濾波器信息解調(diào)跳頻主振偽碼本振偽碼f0fcfTfbfc(a)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-8 直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理方框圖(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)綜上所述, 直擴(kuò)系統(tǒng)的特點(diǎn)是: (1) 頻譜的擴(kuò)展是直接由高碼率的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制而得到的;(2) 擴(kuò)頻碼序列多采用偽隨機(jī)碼, 也稱為偽噪聲(PN)碼序列; (3) 擴(kuò)頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制, 擴(kuò)頻和解擴(kuò)的調(diào)制解調(diào)器多采用平衡調(diào)制器, 制作簡(jiǎn)單又能抑制載波; (4) 模擬信息調(diào)制多采用頻率調(diào)制(FM), 而數(shù)字信息調(diào)制多采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)或增量調(diào)制(M)

11、; 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(5) 接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò), 或采用匹配濾波器來(lái)解擴(kuò)信號(hào); (6) 擴(kuò)頻和解擴(kuò)的偽隨機(jī)碼序列應(yīng)有嚴(yán)格的同步, 碼的搜捕和跟蹤多采用匹配濾波器或利用偽隨機(jī)碼的優(yōu)良的自相關(guān)特性在延遲鎖定環(huán)中實(shí)現(xiàn); (7) 一般需要用窄帶通濾波器來(lái)排除干擾, 以實(shí)現(xiàn)其抗干擾能力的提高。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 直擴(kuò)信號(hào)的波形與頻譜 任何周期性的時(shí)間波形都可以看成是許多不同幅度、頻率和相位的正弦波之和。 圖4-9(a)中為一周期性矩形脈沖序列f(t)的波形及其頻譜函數(shù)An(f)。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖

12、4-9 直擴(kuò)信號(hào)的波形與頻譜0f (t)t0t0EEEff0fB0T02T0f (t)tT0f (t)1(a)(b)(c)An( f0)fA( f0)f0A( f0)f1f2121202020T20TfBfB1152E5E52E第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.2.2 幾種常用的偽隨機(jī)碼1. 碼序列的相關(guān)性 隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的定義為圖4-10(a)為任一隨機(jī)噪聲的時(shí)間波形及其延遲一段后的波形。 圖4-10(b)為其自相關(guān)函數(shù)。 如果用+1、-1脈沖分別表示“1”和“0”, 則在圖4-10(c) 中示出了其波形和它相對(duì)延遲個(gè)時(shí)片的波形， 這樣我們很容易求出這兩個(gè)脈沖序列波形的自相關(guān)函

13、數(shù), 如圖4-10(d)所示。 0 0 0)()(1lim)(2/2/當(dāng)常數(shù)當(dāng)dttftfTTTTn第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-10 信號(hào)自相關(guān)圖tf (t)f (t)t(a)()(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-10 信號(hào)自相關(guān)圖111111000(c)(d) ()202t20第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)兩個(gè)不同信號(hào)波形f(t)與g(t)之間的相似性用互相關(guān)函數(shù)來(lái)表示: dttftfTTTTc2/2/)()(1lim)(第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. m序列 m序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。 圖4-11(a)為一最簡(jiǎn)單的三級(jí)移位寄存

14、器構(gòu)成的m序列發(fā)生器。模二加法器的作用為圖4-11(b)所示的運(yùn)算, 即0+00, 0+11, 1+01, 1+10。圖4-11(a)中D2、D3輸出的模二和反饋為D1的輸入。 在圖4-11(c)中示出, 在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下, 三級(jí)移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。 D3的變化即輸出序列。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-11 m序列發(fā)生器D1時(shí)鐘脈沖輸出1110010輸入輸出00100111D2D3(a)D2D1D31111010010101000111100110(b)(c)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一個(gè)碼序列的隨機(jī)性由以下三點(diǎn)來(lái)表征: (1) 一個(gè)周期內(nèi)“1”和“0”的

15、位數(shù)僅相差1位。 (2) 一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)度為1的游程(連續(xù)為“0”或連續(xù)為“1”)占1/2, 長(zhǎng)度為2的游程占1/4, 長(zhǎng)度為3的游程占1/8。 (3) 一個(gè)周期長(zhǎng)的序列與其循環(huán)移位序列位比較, 相同碼的位數(shù)與不相同碼的位數(shù)相差1位。 m序列的一些基本性質(zhì): 在m序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多1位。 例如上述7位碼中有4個(gè)“1”和3個(gè)“0”。 在15位碼中有8個(gè)“1”和7個(gè)“0”。表4-1中列出了長(zhǎng)為15位的游程分布。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)表4-1 111101011001000游程分布 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)m序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算: 令p=

16、A+D=2n-1， 則 DADAR)(A為“0”的位數(shù)， D為“1”的位數(shù)0 10 1)(pR第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)設(shè)n=3, p=23-17, 則3. Gold碼序列 m序列雖然性能優(yōu)良, 但同樣長(zhǎng)度的m序列個(gè)數(shù)不多, 且序列之間的互相關(guān)值并不都好。R.Gold提出了一種基于m序列的碼序列, 稱為Gold碼序列。 如有兩個(gè)m序列, 它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界, 且滿足以下條件: 0 710 1)(R第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-12(a)示出了Gold碼發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)圖。 圖4-12(b)為兩個(gè)5級(jí)m序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的Gold碼發(fā)生器。 的倍數(shù)）為偶數(shù)（不是為

17、奇數(shù)4 12 12)(2121nnRnn第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-12 Gold碼發(fā)生器原理結(jié)構(gòu)圖時(shí)鐘源碼2碼發(fā)生器1碼發(fā)生器2(a)碼1(b)1234512345第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)Gold序列的主要性質(zhì)有以下三點(diǎn): (1) Gold序列具有三值自相關(guān)特性, 其旁瓣的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對(duì)的條件。 (2) 兩個(gè)m序列優(yōu)選對(duì), 不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是Gold序列。 因?yàn)榭偣灿?n -1個(gè)不同的相對(duì)位移, 加上原來(lái)的兩個(gè)m序列本身, 所以, 兩個(gè)m級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生2n1個(gè)Gold序列。 因此, Gold序列的序列數(shù)比m序列數(shù)多得多。 (3) 同類

18、Gold序列互相關(guān)特性滿足優(yōu)選對(duì)條件, 其旁瓣的最大值不超過(guò)上式的計(jì)算值。 在表4-2中列出了m序列和Gold序列互相關(guān)函數(shù)旁瓣的最大值。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)表4-2 m序列和Gold序列特性第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. R-S序列利用固定寄存器和m序列發(fā)生器還可以構(gòu)成R-S序列發(fā)生器。 它所產(chǎn)生的R-S序列是一種多進(jìn)制的具有最大的最小距離的線性序列。 圖4-13給出了R-S序列發(fā)生器的框圖。第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-13 R-S序列發(fā)生器R-S 序列AB210210第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)5. M序列如果反饋邏輯中的運(yùn)算含有乘

19、法運(yùn)算或其他邏輯運(yùn)算, 則稱作非線性反饋邏輯。 由非線性反饋邏輯和移位寄存器構(gòu)成的序列發(fā)生器所能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度序列, 就叫作最大長(zhǎng)度非線性移位寄存器序列, 或叫作M序列, M序列的最大長(zhǎng)度是2n。圖4-14給出一個(gè)七級(jí)的M序列發(fā)生器的框圖。 可以看出, 與線性反饋邏輯不同之處在于增加了“與門”運(yùn)算, 與門具有乘法性質(zhì)。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-14 M序列發(fā)生器M 序列非線性反饋邏輯七級(jí)位移寄存器1234567與門第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 4.2.3 直擴(kuò)信號(hào)的發(fā)送與接收1. 擴(kuò)頻調(diào)制 如圖4-15(a)所示為一常見的二極管平衡調(diào)制器。輸出正弦波相位改變的情況

20、如圖4-15(b)所示。 圖4-16后面的三幅圖分別示出了這三種情況的輸出波形。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-15 二極管平衡調(diào)制器載波輸入VD11010m(t)001碼輸入VD2VD3VD4調(diào)制輸出(a)1800180180(b)(c)t第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-16 實(shí)際平衡調(diào)制器輸出波形 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 相關(guān)解擴(kuò) 有時(shí)為了避免強(qiáng)干擾信號(hào)從平衡調(diào)制器的輸入端繞過(guò)它而泄漏到輸出端去, 可以用外差相關(guān)解擴(kuò), 如圖4-17所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-17 外差相關(guān)解擴(kuò)相關(guān)輸出至中放f0本地碼0fif平衡調(diào)制器1

21、f0 fif平衡調(diào)制器2本地振蕩器f0 fif本地參考信號(hào)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖4-18(a)示出一直擴(kuò)接收機(jī)的簡(jiǎn)化方框圖。 輸入信號(hào)除直擴(kuò)信號(hào)外, 還有連續(xù)載波干擾和寬帶信號(hào)干擾。在圖4-18(b)中示出三種信號(hào)的處理過(guò)程。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-18 直擴(kuò)接收機(jī)及其頻譜圖直擴(kuò)信號(hào)本地參考信號(hào)有用信號(hào)輸出加上處理后的干擾相關(guān)器輸入連續(xù)載波干擾寬帶信號(hào)干擾相關(guān)器相關(guān)器輸出帶通濾波器(a)相關(guān)器輸出帶通濾波器輸出直擴(kuò)信號(hào)信號(hào)調(diào)制載波信號(hào)調(diào)制載波連續(xù)載波干擾直擴(kuò)信號(hào)干擾噪聲寬帶信號(hào)干擾干擾噪聲兩倍帶寬(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 這同樣是一

22、種“用相片找人”的方法。 對(duì)于視頻矩形脈沖序列來(lái)說(shuō), 無(wú)源匹配濾波器就是抽頭延遲線加上加法累加器, 有時(shí)稱為橫向?yàn)V波器, 其結(jié)構(gòu)如圖4 - 19(a)所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-19 橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu)圖T1輸入脈沖序列T2T5T6T7輸入移位寄存器模二加法器匹配濾波器輸出T2T3T4T5T6T7T1T3T4(a)A/DTnTn參考移位寄存器(b)T1T2T3T1T2T3第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 射頻系統(tǒng) 直擴(kuò)射頻系統(tǒng)的特點(diǎn)如下: 直擴(kuò)發(fā)射機(jī)常見的中頻是70 MHz, 此時(shí)調(diào)制信號(hào)的帶寬不超過(guò)20 MHz。 射頻頻率由中頻變頻得到, 而不用倍頻, 因?yàn)楸额l

23、能使相位關(guān)系產(chǎn)生變化, 會(huì)改變或甚至完全去掉DS調(diào)制。對(duì)于末級(jí)功率放大器, 則要求其要有足夠的帶寬, 以允許直擴(kuò)信號(hào)可以順利地通過(guò)。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.2.4 直擴(kuò)系統(tǒng)的同步1. 同步原理 引起不確定性的因素主要有以下一些: (1) 收發(fā)信機(jī)的距離會(huì)引起傳播的延遲產(chǎn)生相位差; (2) 收發(fā)信機(jī)相對(duì)不穩(wěn)定性引起的頻差; (3) 收發(fā)信機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的多卜勒頻移; (4) 多徑傳播引起中心頻率的改變。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)同步過(guò)程一般包含兩個(gè)階段: (1) 接收機(jī)在一開始并不知道對(duì)方是否發(fā)送了信號(hào), 因此, 需要有一個(gè)搜捕過(guò)程, 即在一定的頻率和時(shí)間范圍內(nèi)

24、搜索和捕獲有用信號(hào)。 這一階段也稱為起始同步或粗同步, 也就是把對(duì)方發(fā)來(lái)的信號(hào)與本地信號(hào)在相位方面的差異納入同步保持范圍內(nèi), 即在PN碼一個(gè)時(shí)片內(nèi)。 (2) 一旦完成這一階段, 則進(jìn)入跟蹤過(guò)程, 即繼續(xù)保持同步, 不因外界影響而失去同步。 也就是說(shuō), 無(wú)論由于何種因素使兩端的頻率和相位發(fā)生偏移, 同步系統(tǒng)都能加以調(diào)整, 使收發(fā)信號(hào)仍然保持同步。 圖4-20為同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-20 同步系統(tǒng)搜捕和跟蹤原理圖接收信號(hào)輸出寬帶濾波器PN碼發(fā)生器解調(diào)器搜捕器件壓控鐘源碼跟蹤器件第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 起始同步搜捕 搜捕的作用就是

25、在頻率和時(shí)間(相位)不確定的范圍內(nèi)捕獲有用的PN碼信號(hào)使本地PN碼信號(hào)與其同步。 下面介紹三種常用的搜捕方法。1) 滑動(dòng)相關(guān)搜捕法 圖4-21(a)為滑動(dòng)相關(guān)器的方框圖， 圖4-21(b)為 滑動(dòng)相關(guān)器的流程圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖4-21 滑動(dòng)相關(guān)搜索法(a) 滑動(dòng)相關(guān)器的方框圖; (b) 滑動(dòng)相關(guān)器的流程圖搜索控制鐘接收信號(hào)同步脈沖接收機(jī)是否鎖定YN失控同步t d ) ( 10PN碼發(fā)生器門限檢測(cè)器(a)放慢時(shí)鐘放慢時(shí)鐘放慢時(shí)鐘放慢時(shí)鐘放慢時(shí)鐘(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2) 序貫估值搜捕法 為了解決長(zhǎng)碼搜捕時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題, 一種快速搜捕的方法引起了

26、人們的重視, 這就是序貫估值器搜捕法, 圖4-22為其原理方框圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-22 序貫估值器搜捕法原理圖接收碼信號(hào)門限鐘相關(guān)器比較器n級(jí)PN碼發(fā)生器收視控制開關(guān)PN碼檢測(cè)器第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 3) 匹配濾波器搜捕法 因?yàn)槠ヅ錇V波器有識(shí)別碼序列的功能, 可以利用它進(jìn)行快速捕獲。圖4-23示出幾種匹配濾波器。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖 4-23 幾種匹配濾波器(a)延遲線匹配濾波器接收信號(hào)加權(quán)dM1dM延遲TM延遲TM1延遲T3延遲T2延遲T1d3d2d1濾波器(a)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖 4-23 幾種

27、匹配濾波器 (b) 帶通型匹配濾波器； (c) 低通型匹配濾波器接收信號(hào)碼相位判決接收信號(hào)碼相位判決(b)帶通匹配濾波器平方律包絡(luò)檢波器門限器件基帶匹配濾波器平方律檢波器基帶匹配濾波器平方律檢波器門限器件(c)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖4-24為其結(jié)構(gòu)示意圖。 因它可以起到可編程匹配濾波器的作用, 現(xiàn)已受到廣泛的重視。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-24 SAW卷積結(jié)構(gòu)示意圖輸出信號(hào)輸入?yún)⒖驾斎氩ㄊ鴫嚎s器聲終端第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 保持同步跟蹤 圖4-25(a)示出一種工作在中頻的非相干DS擴(kuò)頻信號(hào)BPSK調(diào)制的延遲鎖定環(huán)。圖4-25(b)是

28、這些曲線構(gòu)成的情況。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-25 延遲鎖定環(huán)及其鑒相特性接收信號(hào)信息輸出T/2包絡(luò)檢波器中放解調(diào)器包絡(luò)檢波器帶通濾波器時(shí)鐘源n1(a)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-25 延遲鎖定環(huán)及其鑒相特性相關(guān)輸出1跟蹤點(diǎn)相關(guān)輸出2合成相關(guān)函數(shù)(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-26(a)示出一種跟蹤作用相同, 但結(jié)構(gòu)上只用一個(gè)相關(guān)器的較為簡(jiǎn)化的抖動(dòng)環(huán)。 但它多了一個(gè)抖動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。抖動(dòng)信號(hào)為一正負(fù)方波。 用此方波去控制壓控鐘源使PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN碼在相位上有一個(gè)提前或遲后, 從而使相關(guān)器輸出有一附加的振幅調(diào)制。圖4-26(b)為其相

29、關(guān)特性。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-26 抖動(dòng)環(huán)及其相關(guān)特性接收信號(hào)帶通濾波器本地振蕩器PN碼發(fā)生器壓控鐘源包絡(luò)檢波器抖動(dòng)發(fā)生器環(huán)路濾波器(a)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-26 抖動(dòng)環(huán)及其相關(guān)特性123ababab相關(guān)信號(hào)幅度抖動(dòng)信號(hào)(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 4.2.5 直擴(kuò)系統(tǒng)的性能1. 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾性 直擴(kuò)系統(tǒng)最重要的應(yīng)用就是在軍事通信中作為一種具有很強(qiáng)抗干擾性的通信手段。 圖4-27是這幾種干擾的頻譜圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-27 干擾頻譜圖寬帶噪聲WssWss部分頻帶噪聲單音載頻多音載頻WssWss第四章

30、第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)現(xiàn)把直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)這幾種干擾信號(hào)的抗干擾性簡(jiǎn)述如下: 對(duì)于寬帶噪聲, 在圖4-28(a)中示出, 經(jīng)過(guò)解擴(kuò)與本地PN碼相乘后的相關(guān)輸出仍然是寬帶噪聲, 且噪聲功率譜密度不變。 但是經(jīng)窄帶濾波后, 輸出信息的信噪比, 還是改善了處理增益的分貝數(shù)。 故直擴(kuò)系統(tǒng)有足夠高的Gp時(shí), 對(duì)寬帶噪聲是有很好的抗干擾作用的。 對(duì)于部分頻帶噪聲干擾, 由于能量相對(duì)集中, 對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)的危害比寬帶噪聲要大一些。換句話說(shuō), 直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其抗干擾性低于對(duì)寬帶噪聲的抗干擾性。 對(duì)于單頻及多頻載波干擾, 圖4-28(b)和(c)示出了其解擴(kuò)處理情況。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖 4

31、-28 寬帶噪聲解擴(kuò)處理圖(a) 寬帶噪聲；(b) 單頻載波；N()1N0N()N0r(t)n(t)n(t)R()(a)I()0P1()I(t)P1(t)r(t)R()(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖 4-28 寬帶噪聲解擴(kuò)處理圖(c) 多頻載波1P1()I()I(t)r(t)(c)P1(t)R()第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)P1()I()I(t)r(t)P1(t)R()(d) 圖 4-28 寬帶噪聲解擴(kuò)處理圖(d) 寬帶信號(hào)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗截獲性3. 直擴(kuò)系統(tǒng)的碼分多址性能 4. 直擴(kuò)系統(tǒng)的抗多徑干擾性能 5. 直擴(kuò)系統(tǒng)的測(cè)距

32、定時(shí)特性 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.3 跳頻系統(tǒng)跳頻系統(tǒng) 4.3.1 跳頻系統(tǒng)概述 1. 跳頻概念 通常我們所接觸到的無(wú)線通信系統(tǒng)都是載波頻率固定的通信系統(tǒng), 如無(wú)線對(duì)講機(jī), 汽車移動(dòng)電話等, 都是在指定的頻率上進(jìn)行通信, 所以也稱作定頻通信。 這種定頻通信系統(tǒng),一旦受到干擾就將使通信質(zhì)量下降, 嚴(yán)重時(shí)甚至使通信中斷。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 跳頻圖案 跳頻通信中載波頻率改變的規(guī)律, 叫作跳頻圖案。圖4-29所示為一個(gè)跳頻圖案， 圖中橫軸為時(shí)間, 縱軸為頻率。 這個(gè)時(shí)間與頻率的平面叫作時(shí)頻域。 圖4-29(a)所示為一快跳頻圖案, 它是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)傳送一個(gè)

33、碼位(比特)的信息。 通常稱此時(shí)間段為跳頻的駐留時(shí)間, 稱頻率段為信道帶寬。 圖4-29(b)所示則是一慢跳頻圖案, 它是在一個(gè)跳頻駐留時(shí)間內(nèi)傳送多個(gè)(此處3個(gè))碼位(比特)的信息。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖 4-29 跳頻圖案(a) 快跳頻圖案； (b) 慢跳頻圖案跳頻駐留時(shí)間跳頻帶寬時(shí)間頻率(a)跳頻帶寬時(shí)間跳頻駐留時(shí)間頻率(b)跳頻信道帶寬跳頻信道帶寬第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖4-30所示就是建立跳頻通信的示意圖, 其中t表示時(shí)間, s表示空間, f表示頻率, 當(dāng)收、發(fā)雙方在空間上相距一定距離時(shí), 只要時(shí)頻域上的跳頻圖案完全重合, 就表示收、發(fā)雙方可建立

34、同步跳頻通信。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-30 建立跳頻通信示意圖ft接收機(jī)跳頻圖案發(fā)射機(jī)跳頻圖案s第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 抗干擾方式 通信收、發(fā)雙方的跳頻圖案是事先約定好的, 或者是由發(fā)方通知收方的。 這個(gè)跳頻圖案是其他人所不知道的。 若想干擾跳頻通信, 有幾種策略可供選擇: (1) 干擾方式1。 在某一個(gè)頻率上施放長(zhǎng)時(shí)間的大功率的干擾, 即單頻干擾; (2) 干擾方式2。 在某幾個(gè)頻率上施放長(zhǎng)時(shí)間的大功率的干擾, 即多頻干擾; 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(3) 干擾方式3。 在連續(xù)的幾個(gè)頻帶上施放長(zhǎng)時(shí)間的大功率的干擾, 稱作部分頻帶干擾;

35、(4) 干擾方式4。 在不同時(shí)間內(nèi)在不同的頻率上施放大功率的干擾; (5) 干擾方式5。 依照跳頻圖案的規(guī)律跟蹤施放大功率的干擾。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-31 方式1和方式4的干擾策略與跳頻圖案1234567891011121314151612345678 9 10 1112 13 14 15 16方式 4 干擾方式 1 干擾時(shí)間頻率第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跟蹤式干擾的有效干擾是有條件的, 這個(gè)條件除功率因素外, 還應(yīng)當(dāng)滿足干擾橢圓的要求, 如圖4-32所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-32 干擾橢圓d2發(fā)射機(jī)d1d3接收機(jī)干擾機(jī)第四章第四

36、章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. 跳頻技術(shù)指標(biāo)與抗干擾的關(guān)系 考察一個(gè)系統(tǒng)的跳頻技術(shù)性能, 應(yīng)注意下列各項(xiàng)指標(biāo): 跳頻帶寬、跳頻頻率的數(shù)目、跳頻的速率、跳頻碼的長(zhǎng)度(周期)、跳頻系統(tǒng)的同步時(shí)間。5. 跳頻系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 跳頻系統(tǒng)的特點(diǎn), 在很大程度上取決于它的擴(kuò)展頻譜機(jī)理。 跳頻擴(kuò)展頻譜在機(jī)理上與直接序列擴(kuò)展頻譜大不相同。 由于跳頻速率很快, 從而在宏觀上實(shí)現(xiàn)了頻譜的擴(kuò)展。 圖4 - 33所示是從頻譜儀上觀察到的跳頻信號(hào)的頻譜。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-33 跳頻信號(hào)的頻譜f第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 圖4-34給出了單頻干擾和部分頻帶干擾對(duì)跳頻信號(hào)影響的示意圖

37、。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-34 受干擾后的跳頻信號(hào)頻譜圖單頻干擾跳頻信號(hào)部分頻帶干擾幅度頻率第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 如果多個(gè)跳頻通信所采用的跳頻圖案在時(shí)頻域“棋盤”上相互不發(fā)生重疊, 則稱它們?yōu)檎惶l網(wǎng); 如果發(fā)生重疊, 則稱為非正交跳頻網(wǎng)，如圖4-35所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖 4-35 正交、非正交跳頻圖案(a) 正交； (b) 非正交tfft(a)(b)圖案1圖案2重疊第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.3.2 跳頻信號(hào)的發(fā)送與接收 1. 跳頻信號(hào)的產(chǎn)生 在傳統(tǒng)的定頻通信系統(tǒng)中, 發(fā)射機(jī)中的主振蕩器的振蕩頻率是固定設(shè)置的

38、, 因而它的載波頻率是固定的。 為了得到載波頻率是跳變的跳頻信號(hào), 要求主振蕩器的頻率應(yīng)能遵照控制指令而改變。 這種產(chǎn)生跳頻信號(hào)的裝置叫跳頻器。 通常, 跳頻器是由頻率合成器和跳頻指令發(fā)生器構(gòu)成的, 如圖4-36(a)所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖 4-36 跳頻器方框圖 (a) 發(fā)送時(shí)鐘副載波調(diào)制器信息碼入混頻器高通濾波器頻率合成器跳頻指令發(fā)生器跳頻器(a)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖 4-36 跳頻器方框圖 (b) 接收輸入回路混頻器帶通濾波器解調(diào)器同步指令頻率合成器跳頻指令發(fā)生器跳頻器(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 跳頻信號(hào)的接收 在定頻信

39、號(hào)的接收設(shè)備中, 一般都采用超外差式的接收方法, 即接收機(jī)本地振蕩器的頻率比所接收的外來(lái)信號(hào)的載波頻率相差一個(gè)中頻, 經(jīng)過(guò)混頻后產(chǎn)生一個(gè)固定的中頻信號(hào)和混頻產(chǎn)生的組合波頻率成分。3. 接收跳頻信號(hào)的條件 跳頻系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)正常的跳頻通信, 且能正確接收跳頻信號(hào)就必須滿足接收、發(fā)送端同步這一基本條件。 系統(tǒng)的同步包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容: 收端和發(fā)端產(chǎn)生的跳頻圖案相同, 即有相同的跳頻規(guī)律。圖4-37示出跳頻同步的幾種情況。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-37 跳頻同步的幾種情況ftfftt(a)(c)(b)第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. 跳頻信號(hào)的波形 圖4-38給出了頻率合成器

40、的換頻過(guò)程和載波信號(hào)的波形。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-38 頻率合成器換頻過(guò)程和載波信號(hào)的波形f時(shí)間f1包絡(luò)Tu建立時(shí)間f2f3Tb消退時(shí)間第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.3.3 跳頻系統(tǒng)的同步 跳頻系統(tǒng)的同步是關(guān)系到跳頻通信能否建立的關(guān)鍵。 1. 跳頻同步信息的基本傳遞方法 (1) 獨(dú)立信道法。 (2) 前置同步法, 也稱同步字頭法。 (3) 自同步法, 也稱同步信息提取法。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)2. 幾種實(shí)用的同步方法 (1) 模擬跳頻系統(tǒng)的同步方法。 (2) 帶外單音法。 (3) 帶內(nèi)同步頭法。 (4) 數(shù)字(數(shù)據(jù))跳頻系統(tǒng)的同步方法。 (

41、5) 同步字頭法。為了保證TOD信息的正確接收, 在如圖4-39 所示的同步信息數(shù)據(jù)幀格式中必須裝有位同步和幀同步位。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-39 同步信息數(shù)據(jù)幀格式換頻位同步幀同步TOD幀第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(6) 參考時(shí)鐘法。 (7) 自同步法。圖4-40所示的是等待自同步法的跳頻同步過(guò)程。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)圖4-40 等待自同步法的跳頻同步過(guò)程ff6f5f4f3f2f1T2T3T4T5T6T7T8Tt收發(fā)同步收端等待頻率發(fā)端跳頻圖案等待同步捕捉同步跳頻TD跳頻駐留時(shí)間第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 跳頻同步系統(tǒng)的要

42、求 衡量同步系統(tǒng)性能的優(yōu)劣, 主要應(yīng)考慮兩個(gè)方面: 一是跳頻系統(tǒng)同步的可靠性; 二是同系統(tǒng)的抗干擾性。4.3.4 跳頻圖案的產(chǎn)生與選擇 1. 跳頻圖案的產(chǎn)生 2. 跳頻圖案的選擇 一個(gè)好的跳頻圖案應(yīng)考慮以下幾點(diǎn): 圖案本身的隨機(jī)性要好, 要求參加跳頻的每個(gè)頻率出現(xiàn)的概率相同, 隨機(jī)性好, 抗干擾能力也強(qiáng)。 要求跳頻圖案的數(shù)目要足夠多, 這樣抗破譯的能力才會(huì)更強(qiáng)。 各圖案之間出現(xiàn)頻率重疊的機(jī)會(huì)要盡量地小, 要求圖案的正交性要好, 這樣將有利于組網(wǎng)通信和多用戶的碼分多址。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.4 4.4 混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)4.4.1 采用混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)的原因1. 直

43、接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 直接序列擴(kuò)頻的優(yōu)點(diǎn)是: (1) 直擴(kuò)信號(hào)的功率譜密度低, 具有隱蔽性和低的截獲概率, 從而使得抗偵察、抗截獲的能力增強(qiáng)。 (2) 直擴(kuò)系統(tǒng)的偽隨機(jī)性和密鑰量使信息具有保密性, 即系統(tǒng)本身具有加密的能力。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(3) 利用直擴(kuò)系統(tǒng)碼型的正交性, 就可構(gòu)成直接序列擴(kuò)展頻譜碼分多址系統(tǒng)。 (4) 直接擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)具有抗寬帶干擾、抗多頻干擾及單頻干擾的能力。 (5) 直接擴(kuò)展頻譜信號(hào)的相關(guān)接收具有抗多徑效應(yīng)的能力。 (6) 利用直接擴(kuò)展頻譜信號(hào)可實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)距定位。 (7) 直接擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)適用于數(shù)字話音和數(shù)據(jù)信息的傳輸， 這是由于擴(kuò)頻

44、系統(tǒng)本身是數(shù)字系統(tǒng)所決定的。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻的局限性在于: 直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng), 雖然可與窄帶系統(tǒng)電磁兼容, 但不能與其建立通信。 另外, 對(duì)模擬信源(如話音)需作預(yù)先處理(如語(yǔ)聲編碼)后, 才可接入直擴(kuò)系統(tǒng)。2. 跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) 利用偽隨機(jī)序列指令碼對(duì)系統(tǒng)的載波頻率進(jìn)行控制的跳頻系統(tǒng)也具有其獨(dú)特之處和局限性。 其優(yōu)點(diǎn)是: (1) 跳頻圖案的偽隨機(jī)性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(2) 由于載波頻率是跳變的, 因此具有抗單頻及部分抗帶寬干擾的能力。 (3) 利用載波頻率的快速跳變, 跳頻系統(tǒng)

45、具有頻率分集的作用, 該作用使得系統(tǒng)具有抗多徑衰落的能力。 (4) 利用跳頻圖案的正交性可構(gòu)成跳頻碼分多址系統(tǒng), 共享頻譜資源, 并具有承受過(guò)載的能力。 (5) 跳頻系統(tǒng)為瞬時(shí)窄帶系統(tǒng), 能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容通信。 (6) 跳頻系統(tǒng)無(wú)明顯的遠(yuǎn)近效應(yīng)。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)也有其缺點(diǎn)和局限性: 信號(hào)的隱蔽性差。因?yàn)樘l系統(tǒng)的接收機(jī)除跳頻器外與普通超外差式接收機(jī)沒有什么差別, 它要求接收機(jī)輸入端的信號(hào)噪聲功率比是正值, 而且要求信號(hào)功率遠(yuǎn)大于噪聲功率。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號(hào)的頻譜。 特別是在慢速跳頻時(shí), 跳頻信號(hào)容易被對(duì)方偵察、識(shí)別與截獲。 跳頻系統(tǒng)抗多

46、頻干擾及跟蹤式干擾能力有限: 當(dāng)跳頻的頻率數(shù)目中有一半的頻率被干擾時(shí), 對(duì)通信會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響, 甚至中斷通信。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)3. 直接序列擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻的互補(bǔ)性 將直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)和跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與局限性作一對(duì)比, 便可看出它們的優(yōu)缺點(diǎn)是互補(bǔ)的, 如表4-3所示。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)表4-3 兩種系統(tǒng)的對(duì)比第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4. 跳時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn) 跳時(shí)系統(tǒng)雖然也是一種擴(kuò)展頻譜技術(shù), 但因其抗干擾性能不強(qiáng), 通常并不單獨(dú)使用。 在時(shí)分多址通信系統(tǒng)中利用跳時(shí)來(lái)減少網(wǎng)內(nèi)干擾, 可改善系統(tǒng)中存在的遠(yuǎn)近效應(yīng)。 將跳時(shí)(TH)分別與直接擴(kuò)頻(

47、DS)和跳頻(FH)相結(jié)合則構(gòu)成直擴(kuò)/跳時(shí)(DS/TH)系統(tǒng)和跳頻/跳時(shí)(FH/TH)系統(tǒng)。 若將直擴(kuò)、跳頻和跳時(shí)三者結(jié)合在一起則構(gòu)成了直擴(kuò)/跳頻/跳時(shí)(DS/FH/TH)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。 5. 混合式擴(kuò)頻系統(tǒng)的好處 正如上面所列舉的, 每一種擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)都有各自的長(zhǎng)處和短處, 優(yōu)點(diǎn)和局限性。第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.4.2 幾種常用的混合式擴(kuò)頻系統(tǒng) 1. 直接序列與跳頻混合式擴(kuò)頻系統(tǒng) 直接序列與跳頻的組合可構(gòu)成直擴(kuò)/跳頻(DS/FH)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。 直擴(kuò)/跳頻擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)是在直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加載波頻率跳變的功能。 它的基本工作方式是直接序列擴(kuò)頻, 因此系統(tǒng)的同步也是以直接序列的同步為基礎(chǔ)的。 圖4-41分別給出了直接序列/跳頻(DS/FH)混合式擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的發(fā)送與接收端的構(gòu)成及各點(diǎn)信號(hào)的頻譜圖。 第四章第四章 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在圖4-41(a)中