通信原理--第8章 偽隨機(jī)序列與擴(kuò)頻通信

1、1歡迎各位同學(xué)光臨歡迎各位同學(xué)光臨通信原理通信原理課程課程禹思敏禹思敏2第第8章章 偽隨機(jī)序列與擴(kuò)頻通信偽隨機(jī)序列與擴(kuò)頻通信3 三種序列及其性質(zhì)：三種序列及其性質(zhì)： 確定序列：確定序列：可預(yù)先確定并可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列。可預(yù)先確定并可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列。 隨機(jī)序列：隨機(jī)序列：既不預(yù)先確定又不重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列。是既不預(yù)先確定又不重復(fù)實(shí)現(xiàn)的序列。是 非周期序列，或者說(shuō)其周期為無(wú)窮大。非周期序列，或者說(shuō)其周期為無(wú)窮大。偽隨機(jī)序列：偽隨機(jī)序列：是一種貌視隨機(jī)序列的確定序列，是一種貌視隨機(jī)序列的確定序列，m 序序 列是一種偽隨機(jī)序列，它是一種周期長(zhǎng)列是一種偽隨機(jī)序列，它是一種周期長(zhǎng) 度為度為 p 的序列，周期越長(zhǎng)

2、，其性質(zhì)越接的序列，周期越長(zhǎng)，其性質(zhì)越接 近隨機(jī)序列。近隨機(jī)序列。本章分析偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生及在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用。本章分析偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生及在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用。48.1 m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生8.1.1 線性反饋移位寄存器線性反饋移位寄存器m序列：由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的一種二進(jìn)序列：由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的一種二進(jìn)制序列。線性反饋移位寄存器的（外環(huán)式）結(jié)構(gòu)如下圖所示。制序列。線性反饋移位寄存器的（外環(huán)式）結(jié)構(gòu)如下圖所示。11na22na33na11nana010c1c2c3c1nc1ncka) 1, 2 , 1(, 1, 01, 10nionoffcccin為移

3、位寄存器), 1,(njiajinknnaa , 注意講解其規(guī)律！注意講解其規(guī)律！5排除的電路應(yīng)設(shè)置全序列輸出序列為全時(shí)在初始狀態(tài)為全零狀態(tài)注意其輸出序列可表為不斷變化移位寄存器各級(jí)的狀態(tài)在移位脈沖作用下0,0,:,11210nnnkaaaaaaa1、線性反饋移位寄存器的遞推關(guān)系式、線性反饋移位寄存器的遞推關(guān)系式 由圖知：移位寄存器左端第一級(jí)的輸入可表為：由圖知：移位寄存器左端第一級(jí)的輸入可表為：.,110112211上式稱為遞推關(guān)系式則第一級(jí)的輸入為次移位若經(jīng)niikniknniininnnnnacakacacacacaca62、線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式、線性反饋移位寄存器的特征多項(xiàng)式

4、用多項(xiàng)式用多項(xiàng)式f(x)描述線性反饋移位寄存器的反饋連接狀態(tài)：描述線性反饋移位寄存器的反饋連接狀態(tài)：niiinnxcxcxcxccxf02210)(上式稱特征多項(xiàng)式或特征方程。在上式中，由于上式稱特征多項(xiàng)式或特征方程。在上式中，由于c0=cn=1，故特，故特征多項(xiàng)式征多項(xiàng)式f(x)是一個(gè)常數(shù)為是一個(gè)常數(shù)為1的的n次多項(xiàng)式：次多項(xiàng)式：1)(111xcxcxxfnnn式中式中n稱為移位寄存器的級(jí)數(shù)。稱為移位寄存器的級(jí)數(shù)?？梢宰C明，一個(gè)可以證明，一個(gè)n 級(jí)線性反饋移位寄存器能產(chǎn)生級(jí)線性反饋移位寄存器能產(chǎn)生m序列的充要條序列的充要條件是其特征多項(xiàng)式為一個(gè)件是其特征多項(xiàng)式為一個(gè)n次本原多項(xiàng)式。它滿足下列

5、條件：次本原多項(xiàng)式。它滿足下列條件：710111111712, 3,1)(:1, 1)()3(12),1()()2()()() 1 (23423232453453564646772332xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxnxxxfpqxxfpxxfxfnqnp能除盡特征方程例題除不盡可整除既約多項(xiàng)式的多項(xiàng)式是一個(gè)不能再分解因式8.,?., 11)(:.)( 1)(1)(,.1)(,)3 , 4 , 5 , 6(11:52343*232323的很多知識(shí)需要用到近世代數(shù)方面是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題式如何構(gòu)造一個(gè)本原多項(xiàng)式故它不是一個(gè)本原多項(xiàng)它能除盡再如也是一個(gè)本原多項(xiàng)式問(wèn)題如何得來(lái)是一個(gè)復(fù)

6、雜的的逆多項(xiàng)式同樣可證明是一個(gè)本原多項(xiàng)式由此可知除不盡用同樣的方法可證明xxxxxxfxxxfxxxfxxxfixxxi98.1.2 m序列產(chǎn)生器序列產(chǎn)生器1、m序列產(chǎn)生器的周期序列產(chǎn)生器的周期.31125151247123:.12543等等級(jí)移位寄存器的級(jí)移位寄存器的級(jí)移位寄存器的例為其周期ppppn101512:.1000,1)(:1.,:. 244pxxxf解已知初始狀態(tài)為出序列試求其輸寄存器構(gòu)造一個(gè)線性反饋移位利用例題位寄存器可構(gòu)造一個(gè)線性反饋移利用本原多項(xiàng)式思路舉例說(shuō)明3aka2a1a0a問(wèn)題：如何由本原多項(xiàng)式獲得線性反饋移位寄存器？問(wèn)題：如何由本原多項(xiàng)式獲得線性反饋移位寄存器？11

7、a3a2a1a0100011001110111101111011010110101101011000111001010000100001100015124p說(shuō)明移位寄存器說(shuō)明移位寄存器的任何一級(jí)輸出的任何一級(jí)輸出的序列一樣的序列一樣, 只只存在超前與滯后存在超前與滯后的差別的差別121512:.10000001,1)(:2434pxxxf解以及已知初始狀態(tài)為出序列試求其輸寄存器構(gòu)造一個(gè)線性反饋移位利用例題3aka2a1a0a13a3a2a1a00001100001000010100111000110101101011010110111101111011100110001a3a2a1a01000

8、01000010100111000110101101011010110111101111011100110001100015124p說(shuō)明移位說(shuō)明移位寄存器的寄存器的任何一級(jí)任何一級(jí)輸出的序輸出的序列一樣列一樣, 只存在超只存在超前與滯后前與滯后的差別的差別148.2 m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)8.2.1 均衡特性（平衡性）均衡特性（平衡性）.01 ,. 07 , 18,15:.122112210.22112211 ,1211出現(xiàn)的次數(shù)基本相等與在一個(gè)周期中足夠大時(shí)當(dāng)個(gè)個(gè)則有如為奇數(shù)的個(gè)數(shù)為而為偶數(shù)的個(gè)數(shù)為在一個(gè)周期中恒為奇數(shù)周期pppppnnnnn8.2.2 游程特性游程特性游程：連游程：連1碼（

9、或連碼（或連0碼）稱為一個(gè)游程，連碼）稱為一個(gè)游程，連1碼（或連碼（或連0碼）的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)度。游程個(gè)數(shù)或長(zhǎng)度的計(jì)算為：碼）的個(gè)數(shù)稱為游程長(zhǎng)度。游程個(gè)數(shù)或長(zhǎng)度的計(jì)算為：決定次冪它由特征多項(xiàng)式的最高因此則游程的個(gè)數(shù)若特征多項(xiàng)式為nxcxcxxfnnnn,21)(:11111511,2/2:,1) 124(8:412/8:322/8:242/8:1:82, 41)(132134niinmxxxfin其中的游程個(gè)數(shù)為長(zhǎng)度為一般情況的游程為長(zhǎng)度為的游程為長(zhǎng)度為的游程為長(zhǎng)度為的游程為長(zhǎng)度為個(gè)游程故它共有因產(chǎn)生器的輸出為序列構(gòu)成的例如上述由876543210100110101111000a一個(gè)周期一個(gè)周

10、期168.2.3 移位相加特性移位相加特性 兩個(gè)不完全相同兩個(gè)不完全相同m序列模序列模 2相加后所得的序相加后所得的序列仍然是某個(gè)移位后的列仍然是某個(gè)移位后的m序列。也就是說(shuō)，序列。也就是說(shuō)，m序序列對(duì)模列對(duì)模2加具有封閉性。加具有封閉性。. :, 序列仍然為某個(gè)移位后的則得按位異或運(yùn)算將這兩個(gè)序列作和設(shè)有兩個(gè)原序列為mmmmmmmdrpdrp17例如：上述例例如：上述例2中：中：a0=0001001101011110001001101011110001001101011a1=0010011010111100010011010111100010011010111a0與與a1異或后，得：異或后，

11、得：ad=0011010111100010011010111100ad為為a0延時(shí)延時(shí)4位后的序列位后的序列,為為a1延時(shí)延時(shí)3位后的序列，等等。位后的序列，等等。因此異或后的序列仍然是因此異或后的序列仍然是m序列，只是移位不同而已。序列，只是移位不同而已。一個(gè)周期一個(gè)周期一個(gè)周期一個(gè)周期188.2.4 自相關(guān)特性自相關(guān)特性pBAaajRmjmaaaaaaaaaaaaamjaaaaaaaapppmmpiijipjpjjpiijipjpjjjjppn12211113213211321)(:,:,:,) 12)(,.記為列的自相關(guān)函數(shù)序稱程度次移位序列之間的相關(guān)序列與它的來(lái)衡量一個(gè)利用其總和加一個(gè)

12、同期內(nèi)相乘后再相將以上兩序列對(duì)應(yīng)項(xiàng)在序列可表為次移位后的經(jīng)過(guò)記為的序列即周期為設(shè)長(zhǎng)為序列中設(shè)序列有良好自相關(guān)特性191)0(: 0 1 0 :, 0,0 ) 1 ( 1 0:pppBARaaBpaaAaaaajaaBaaAjiijiiiijiijiijii故有的總數(shù)的總數(shù)則有時(shí)當(dāng)?shù)目倲?shù)的總數(shù)其中20時(shí)時(shí)綜上所述有故有的總數(shù)序列中的總數(shù)序列中知序列的均衡性再由序列知異或后的序列仍然序列運(yùn)算的封閉性由的結(jié)果實(shí)際上是兩個(gè)序列異或時(shí)當(dāng)0 /10 1 )( : 1)(: 12) 12( 10 :, , ,0)2(11jpjjRppBAjRBAmmmBAjnn21)( jR10123123jp/1偽隨機(jī)序

13、列的自相關(guān)特性22由于偽隨機(jī)序列是周期為由于偽隨機(jī)序列是周期為p的周期函數(shù)，的周期函數(shù)，故其自相關(guān)函數(shù)也是周期為故其自相關(guān)函數(shù)也是周期為p的周期函數(shù)，如下圖所示。的周期函數(shù)，如下圖所示。)( jRj0周期為p周期為p123 以上是自變量為離散情況時(shí)的相關(guān)函數(shù)，對(duì)于自變以上是自變量為離散情況時(shí)的相關(guān)函數(shù)，對(duì)于自變量為連續(xù)時(shí)的情況，也有類似的結(jié)果，如下圖所示。量為連續(xù)時(shí)的情況，也有類似的結(jié)果，如下圖所示。)(R0周期為pTC周期為pTC1cTcpTp/1),(1,11)(:為碼元寬度偽隨機(jī)序列的周期式中其相關(guān)函數(shù)可表為CCCTppTpTpR248.2.5 PN碼功率譜。碼功率譜。（1）為了求）為了

14、求 PN碼的功率譜，需要對(duì)相關(guān)碼的功率譜，需要對(duì)相關(guān)函數(shù)進(jìn)行分解，分解的結(jié)果如下圖所示：函數(shù)進(jìn)行分解，分解的結(jié)果如下圖所示：25)(1R0CpTCpTCTp11)(2Rp/1.),()()(:)(21如上圖所示可分解為原相關(guān)函數(shù)RRRR)(R0周期為pTC周期為pTC1cTcpTp/126CTCT0)(gp11注意到注意到R1()為周期函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：為周期函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：)()()(1的周期函數(shù)周期為CnCpTnpTgR*（2）由相關(guān)函數(shù)求功率譜的詳細(xì)推導(dǎo)如下：）由相關(guān)函數(shù)求功率譜的詳細(xì)推導(dǎo)如下：27 nCCCnCCCnCCCCCnCpTnTSapppTnTSappTpTRnpT

15、gRpTTSappTGgpTnpTgR2212 2212)()()(:21)()(:,)()()(2221121的周期函數(shù)的功率譜為因而進(jìn)一步得周期為故得為一對(duì)付里葉變換由于相關(guān)函數(shù)與功率譜的周期函數(shù)周期為28 022202222221222)1 (2)(2)(:,22)1 (2)(2)(2212)(2)()()()(:)(2)(1)(:nnCnnCCnCCpTnpnSapppRpTnTSapppRpTnTSapppRRRRpRpR得質(zhì)利用沖擊函數(shù)的取樣性最后得而29（3）最后得）最后得PN碼的功率譜如下圖所示：碼的功率譜如下圖所示：)(R0CpT2CT2CT2PN碼的帶寬2)1 (2:22C

16、TSapp包絡(luò)30白噪聲則當(dāng)性更接近于理想噪聲的特譜密度降低將使譜線加密序列的周期增加碼的帶寬即近似地看作為為第一個(gè)零點(diǎn)值為帶寬越寬即碼元速率越高越小決定帶寬由碼元寬度載漏越小直流分量越小越大成反比直流分量與功率譜的包絡(luò)為譜線間隔為序列的功率譜為離散譜碼功率譜的特點(diǎn)PNppmPNTTTppTSapppTmPNCCCCC,. 6,2. 5,. 4,. 3)2()1 (2. 22,. 1:222318.2.6 偽噪聲特性偽噪聲特性 該節(jié)解釋為什么將該節(jié)解釋為什么將PN碼稱為偽隨機(jī)序列碼稱為偽隨機(jī)序列,它和它和高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性相近高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性相近,故稱故稱PN碼為偽隨機(jī)序碼為偽隨機(jī)序列或

17、偽噪聲序列。列或偽噪聲序列。 當(dāng)周期趨于無(wú)窮大時(shí)，偽隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)特性當(dāng)周期趨于無(wú)窮大時(shí)，偽隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)特性逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)高斯白噪聲進(jìn)行逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。對(duì)高斯白噪聲進(jìn)行取樣，取樣值為正時(shí)，記為取樣，取樣值為正時(shí)，記為+1，取樣值為負(fù)時(shí)，記，取樣值為負(fù)時(shí)，記為為-1，用它們構(gòu)成隨機(jī)序列，具有以下基本性質(zhì)，用它們構(gòu)成隨機(jī)序列，具有以下基本性質(zhì):32一、序列中的一、序列中的+1和和-1出現(xiàn)的概率相等出現(xiàn)的概率相等二、游程長(zhǎng)度為二、游程長(zhǎng)度為k的游程為游程總數(shù)的的游程為游程總數(shù)的1/2k三、高斯白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為沖擊函數(shù)三、高斯白噪聲的自相關(guān)函數(shù)為沖擊函數(shù)33 根據(jù)前面

18、的分析知，當(dāng)根據(jù)前面的分析知，當(dāng) PN 碼中的周期趨于碼中的周期趨于無(wú)窮大（或者很大）時(shí)，其性質(zhì)逼近于上述三個(gè)無(wú)窮大（或者很大）時(shí)，其性質(zhì)逼近于上述三個(gè)性質(zhì)，故稱性質(zhì)，故稱 PN 碼為偽隨機(jī)序列，而高斯白噪聲碼為偽隨機(jī)序列，而高斯白噪聲的取樣則為真正的隨機(jī)序列。的取樣則為真正的隨機(jī)序列。 此外，由于此外，由于 PN 碼的碼元寬度碼的碼元寬度TC很窄，它比很窄，它比信息碼元寬度信息碼元寬度 Tb 要窄得多，故要窄得多，故PN碼的帶寬相對(duì)碼的帶寬相對(duì)于信息碼來(lái)說(shuō)要寬得多，是一種寬帶信號(hào)，利用于信息碼來(lái)說(shuō)要寬得多，是一種寬帶信號(hào)，利用它對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，從而形成了一種非常重要的它對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，從而形

19、成了一種非常重要的通信技術(shù)通信技術(shù)擴(kuò)頻通信技術(shù)。擴(kuò)頻通信技術(shù)。34 人類已進(jìn)入到信息社會(huì)，通信現(xiàn)代化是人人類已進(jìn)入到信息社會(huì)，通信現(xiàn)代化是人類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代的重要標(biāo)志。怎樣在惡劣類社會(huì)進(jìn)入信息時(shí)代的重要標(biāo)志。怎樣在惡劣的環(huán)境條件下保證通信有效地、準(zhǔn)確地、迅速的環(huán)境條件下保證通信有效地、準(zhǔn)確地、迅速地進(jìn)行，是當(dāng)今擺在通信工作者面前的一大課地進(jìn)行，是當(dāng)今擺在通信工作者面前的一大課題。擴(kuò)展頻譜通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的一種新題。擴(kuò)展頻譜通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的一種新的通信方式，它的出現(xiàn)和迅速地發(fā)展，必將進(jìn)的通信方式，它的出現(xiàn)和迅速地發(fā)展，必將進(jìn)一步推動(dòng)通信事業(yè)的發(fā)展。一步推動(dòng)通信事業(yè)的發(fā)展。8.3 通信

20、系統(tǒng)中的干擾與抗干擾通信系統(tǒng)中的干擾與抗干擾3536 在現(xiàn)代通信中遇到的一個(gè)重要問(wèn)題在現(xiàn)代通信中遇到的一個(gè)重要問(wèn)題就是抗干擾問(wèn)題。由于通信事業(yè)的迅速就是抗干擾問(wèn)題。由于通信事業(yè)的迅速發(fā)展，各種通信網(wǎng)的建立，使得有限的發(fā)展，各種通信網(wǎng)的建立，使得有限的頻率資源更加擁擠，相互之間的干擾更頻率資源更加擁擠，相互之間的干擾更為嚴(yán)重，如何防止和降低這種相互之間為嚴(yán)重，如何防止和降低這種相互之間的干擾，成為一大難題。的干擾，成為一大難題。37 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)首先是電子戰(zhàn)。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，誰(shuí)在電子現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)首先是電子戰(zhàn)。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，誰(shuí)在電子戰(zhàn)中取得優(yōu)勢(shì)，就會(huì)加重誰(shuí)在戰(zhàn)爭(zhēng)中勝利的籌碼。戰(zhàn)中取得優(yōu)勢(shì)，就會(huì)加重誰(shuí)在戰(zhàn)爭(zhēng)中勝利的籌

21、碼。而失去電子戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)的一方，要取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利是很而失去電子戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)的一方，要取得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利是很困難的。因?yàn)樵陔娮討?zhàn)中處于劣勢(shì)，將導(dǎo)至通信中困難的。因?yàn)樵陔娮討?zhàn)中處于劣勢(shì)，將導(dǎo)至通信中斷、指揮失靈、部隊(duì)失控，泄密等事件發(fā)生，這在斷、指揮失靈、部隊(duì)失控，泄密等事件發(fā)生，這在戰(zhàn)爭(zhēng)史上不乏其例，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)就充分地說(shuō)明了這一戰(zhàn)爭(zhēng)史上不乏其例，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)就充分地說(shuō)明了這一點(diǎn)。因此，電子戰(zhàn)越來(lái)越受到各國(guó)政府和軍方的重點(diǎn)。因此，電子戰(zhàn)越來(lái)越受到各國(guó)政府和軍方的重視，不惜投入大量的入力物力來(lái)對(duì)電子對(duì)抗技術(shù)進(jìn)視，不惜投入大量的入力物力來(lái)對(duì)電子對(duì)抗技術(shù)進(jìn)行研究，以便在電于戰(zhàn)中取得優(yōu)勢(shì)。行研究，以便在電于戰(zhàn)中取得優(yōu)勢(shì)。38

22、一、干擾的方式一、干擾的方式 在通信中遇到的干擾可分為兩類：即人為干擾在通信中遇到的干擾可分為兩類：即人為干擾和非人為干擾。人為干擾是一種故意干擾。意在對(duì)和非人為干擾。人為干擾是一種故意干擾。意在對(duì)敵方的通信實(shí)施干擾，達(dá)到破壞對(duì)方通信之目的，敵方的通信實(shí)施干擾，達(dá)到破壞對(duì)方通信之目的，而非人為干擾，是一種非故意干擾，大多為來(lái)源于而非人為干擾，是一種非故意干擾，大多為來(lái)源于自然界的干擾，如天電干擾和噪聲等這些干擾等。自然界的干擾，如天電干擾和噪聲等這些干擾等。通信系統(tǒng)需要對(duì)抗的是那些故意的人為干擾，主要通信系統(tǒng)需要對(duì)抗的是那些故意的人為干擾，主要有以下幾個(gè)方面：有以下幾個(gè)方面：3940（5）轉(zhuǎn)發(fā)

23、式干擾：）轉(zhuǎn)發(fā)式干擾： 這種干擾首先把有用信號(hào)接收下來(lái)，再經(jīng)放大和這種干擾首先把有用信號(hào)接收下來(lái)，再經(jīng)放大和噪聲污染后發(fā)送出去，對(duì)有用信號(hào)實(shí)施干擾。噪聲污染后發(fā)送出去，對(duì)有用信號(hào)實(shí)施干擾。（6）寬帶阻塞干擾：）寬帶阻塞干擾： 這種干擾是在整個(gè)信號(hào)的通信頻段內(nèi)施放很強(qiáng)的這種干擾是在整個(gè)信號(hào)的通信頻段內(nèi)施放很強(qiáng)的干擾信號(hào)。其干擾功率與帶寬成正比，使整個(gè)通信頻干擾信號(hào)。其干擾功率與帶寬成正比，使整個(gè)通信頻段都無(wú)法保證正常的通信。段都無(wú)法保證正常的通信。41二、干擾與抗干擾技術(shù)的發(fā)展二、干擾與抗干擾技術(shù)的發(fā)展 在通信對(duì)抗中，一方要破壞對(duì)方的有效通信，在通信對(duì)抗中，一方要破壞對(duì)方的有效通信，而另一方則要

24、盡力擺脫對(duì)方的干擾，保障自己的通而另一方則要盡力擺脫對(duì)方的干擾，保障自己的通信暢通無(wú)阻。因而干擾與抗干擾技術(shù)在這種對(duì)抗中信暢通無(wú)阻。因而干擾與抗干擾技術(shù)在這種對(duì)抗中得到發(fā)展。下圖為戰(zhàn)場(chǎng)通信對(duì)抗的發(fā)展過(guò)程。最早得到發(fā)展。下圖為戰(zhàn)場(chǎng)通信對(duì)抗的發(fā)展過(guò)程。最早的干擾采用單頻干擾，當(dāng)通信一方受到此干擾時(shí)，的干擾采用單頻干擾，當(dāng)通信一方受到此干擾時(shí)，只好改變通信頻率來(lái)躲避這種干擾。當(dāng)干擾一方發(fā)只好改變通信頻率來(lái)躲避這種干擾。當(dāng)干擾一方發(fā)現(xiàn)干擾無(wú)效后，也隨之改變干擾頻率，使干擾頻率現(xiàn)干擾無(wú)效后，也隨之改變干擾頻率，使干擾頻率對(duì)準(zhǔn)通信頻率，再實(shí)施干擾。最初的通信對(duì)抗就是對(duì)準(zhǔn)通信頻率，再實(shí)施干擾。最初的通信對(duì)抗

25、就是采用這種捉迷藏的方式進(jìn)行的。采用這種捉迷藏的方式進(jìn)行的。42 改變的頻率也不是很多。后來(lái)，通信頻率數(shù)增加，可改變的頻率也不是很多。后來(lái)，通信頻率數(shù)增加，可以不斷地改變頻率，干擾一方就采用跟蹤式干擾方式，對(duì)以不斷地改變頻率，干擾一方就采用跟蹤式干擾方式，對(duì)通信敵方進(jìn)行干擾。通信敵方進(jìn)行干擾。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)的問(wèn)世，使得通信對(duì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)的問(wèn)世，使得通信對(duì)抗發(fā)展到了一個(gè)新的水平。通信采用跳頻方式，其頻率不抗發(fā)展到了一個(gè)新的水平。通信采用跳頻方式，其頻率不斷地，隨機(jī)地改變，加大了干擾的難度。干擾采用轉(zhuǎn)發(fā)式斷地，隨機(jī)地改變，加大了干擾的難度。干擾采用轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，將跳頻

26、信號(hào)接收下來(lái)，經(jīng)加噪聲放大后轉(zhuǎn)發(fā)出去對(duì)干擾，將跳頻信號(hào)接收下來(lái)，經(jīng)加噪聲放大后轉(zhuǎn)發(fā)出去對(duì)跳頻信號(hào)實(shí)施干擾。跳頻信號(hào)實(shí)施干擾。43 對(duì)付這種轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的方式，一是提高跳頻速率，使對(duì)付這種轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的方式，一是提高跳頻速率，使之達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)式干擾無(wú)法干擾的程度。再者采用多網(wǎng)、引誘之達(dá)到轉(zhuǎn)發(fā)式干擾無(wú)法干擾的程度。再者采用多網(wǎng)、引誘和其它的電子反對(duì)抗措施，克服轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。對(duì)付上述的和其它的電子反對(duì)抗措施，克服轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。對(duì)付上述的反對(duì)抗措施之一，是采用寬帶阻塞式干擾。但這種干擾由反對(duì)抗措施之一，是采用寬帶阻塞式干擾。但這種干擾由于頻帶很寬，所需干擾功率相當(dāng)大，使用起來(lái)較困難，而于頻帶很寬，所需干擾功率相當(dāng)

27、大，使用起來(lái)較困難，而且極易受到對(duì)方導(dǎo)彈的攻擊。且極易受到對(duì)方導(dǎo)彈的攻擊。 由此可見(jiàn)，通信對(duì)抗的雙方在對(duì)抗中發(fā)展，在對(duì)抗中提由此可見(jiàn)，通信對(duì)抗的雙方在對(duì)抗中發(fā)展，在對(duì)抗中提高。到底誰(shuí)能戰(zhàn)勝誰(shuí)？還很難預(yù)料。但可以預(yù)言，這二者高。到底誰(shuí)能戰(zhàn)勝誰(shuí)？還很難預(yù)料。但可以預(yù)言，這二者將在對(duì)抗中得到進(jìn)一步的發(fā)展，更加完善。將在對(duì)抗中得到進(jìn)一步的發(fā)展，更加完善。44干擾干擾抗干擾抗干擾單頻干擾單頻干擾改變頻率改變頻率干 擾 機(jī)干 擾 機(jī)改變頻率改變頻率再 次再 次改變頻率改變頻率跟蹤式跟蹤式干 擾干 擾跳 頻跳 頻轉(zhuǎn)發(fā)式轉(zhuǎn)發(fā)式干 擾干 擾快跳頻快跳頻引 誘引 誘寬帶干擾寬帶干擾擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信45三、抗干擾技

28、術(shù)三、抗干擾技術(shù) 當(dāng)前采用的抗干擾技術(shù)主要有：當(dāng)前采用的抗干擾技術(shù)主要有： 1）擴(kuò)展頻譜技術(shù)）擴(kuò)展頻譜技術(shù) 擴(kuò)展頻譜技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以抗擊多種擴(kuò)展頻譜技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以抗擊多種人為干擾，是發(fā)展非常迅速的一種抗干擾技術(shù)，本單將簡(jiǎn)人為干擾，是發(fā)展非常迅速的一種抗干擾技術(shù)，本單將簡(jiǎn)單介紹擴(kuò)展頻譜技術(shù)及其在通信中的應(yīng)用單介紹擴(kuò)展頻譜技術(shù)及其在通信中的應(yīng)用 2）開(kāi)發(fā)強(qiáng)方向性的毫米波頻段）開(kāi)發(fā)強(qiáng)方向性的毫米波頻段 在短波波段，電波的傳播方式主要是靠天波傳播。超在短波波段，電波的傳播方式主要是靠天波傳播。超短波也主要靠天波和視線傳播。短波也主要靠天波和視線傳播。46 由于這些波段擁擠

29、，相互之間干擾比較嚴(yán)重。在毫米由于這些波段擁擠，相互之間干擾比較嚴(yán)重。在毫米波段，頻段很寬，靠視線傳播，方向性很強(qiáng)，有利于增強(qiáng)波段，頻段很寬，靠視線傳播，方向性很強(qiáng)，有利于增強(qiáng)抗干擾性能。抗干擾性能。 3）加密技術(shù)）加密技術(shù) 采用加密的方法，防止傳送的信息被敵方截獲，竊聽(tīng)，采用加密的方法，防止傳送的信息被敵方截獲，竊聽(tīng)，在保密通信中是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。在保密通信中是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。 4）猝發(fā)通信）猝發(fā)通信 這種通信方式在通信的時(shí)間上有很大的隨機(jī)性，在非常這種通信方式在通信的時(shí)間上有很大的隨機(jī)性，在非常短的時(shí)間內(nèi)，將要發(fā)送的信號(hào)發(fā)送出去，其它時(shí)間處于靜短的時(shí)間內(nèi)，將要發(fā)送的信號(hào)發(fā)送出去，其

30、它時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，使得干擾機(jī)很難捕捉住這種猝發(fā)信號(hào)。因此，具止?fàn)顟B(tài)，使得干擾機(jī)很難捕捉住這種猝發(fā)信號(hào)。因此，具有很強(qiáng)的抗干擾能力如流星余跡通信就屬于這種通信。有很強(qiáng)的抗干擾能力如流星余跡通信就屬于這種通信。47 5）天線零相技術(shù)）天線零相技術(shù) 這種技術(shù)是將天線方向圖的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾機(jī)，而將主這種技術(shù)是將天線方向圖的零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾機(jī)，而將主瓣對(duì)準(zhǔn)發(fā)信機(jī)。這樣，對(duì)接收機(jī)而言，既能接收到有用信瓣對(duì)準(zhǔn)發(fā)信機(jī)。這樣，對(duì)接收機(jī)而言，既能接收到有用信號(hào)，又可將干擾信號(hào)大大地衰減，達(dá)到抗干擾的目的號(hào)，又可將干擾信號(hào)大大地衰減，達(dá)到抗干擾的目的 6）分集技術(shù)）分集技術(shù) 分集技術(shù)包括空間分集，頻率分集，角度分集，極

31、化分分集技術(shù)包括空間分集，頻率分集，角度分集，極化分集等。在前面已經(jīng)講述。集等。在前面已經(jīng)講述。48 擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性能，在現(xiàn)代通擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性能，在現(xiàn)代通信中越來(lái)越受到人們的重視。信中越來(lái)越受到人們的重視。 擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)是指發(fā)送的信息在一個(gè)很寬的頻帶上擴(kuò)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)是指發(fā)送的信息在一個(gè)很寬的頻帶上擴(kuò)展，這一頻帶比要發(fā)送的信息帶寬寬得多。在接收端通過(guò)展，這一頻帶比要發(fā)送的信息帶寬寬得多。在接收端通過(guò)相關(guān)接收，從而將信號(hào)恢復(fù)到信息帶寬的這樣一種系統(tǒng)。相關(guān)接收，從而將信號(hào)恢復(fù)到信息帶寬的這樣一種系統(tǒng)。簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。8.4 擴(kuò)頻通信技術(shù)簡(jiǎn)介

32、擴(kuò)頻通信技術(shù)簡(jiǎn)介49一、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)分類一、擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)分類 擴(kuò)頻系統(tǒng)包括下面幾種擴(kuò)頻方式：擴(kuò)頻系統(tǒng)包括下面幾種擴(kuò)頻方式： 1）直接序列擴(kuò)頻：記為）直接序列擴(kuò)頻：記為DS (Direct Sequence) 2）跳頻：記為）跳頻：記為FH (Frequency Hopping) 3）跳時(shí)：記為）跳時(shí)：記為TH (Time Hopping) 4）線性調(diào)頻：記為）線性調(diào)頻：記為Chirp 除了上面四種基本方式以外，還有這些擴(kuò)頻方式的組除了上面四種基本方式以外，還有這些擴(kuò)頻方式的組合方式如合方式如FH/DS, TH/DS, FH/TH 等。等。50二、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)二、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

33、 1）抗干擾能力強(qiáng)）抗干擾能力強(qiáng) 由于利用了擴(kuò)展頻譜技術(shù)，將信號(hào)擴(kuò)展到很寬的頻帶由于利用了擴(kuò)展頻譜技術(shù)，將信號(hào)擴(kuò)展到很寬的頻帶上，在接收端對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理即帶寬壓縮，恢復(fù)上，在接收端對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理即帶寬壓縮，恢復(fù)成窄帶信號(hào)。對(duì)干擾信號(hào)而言，由于與偽隨機(jī)碼不相關(guān)，成窄帶信號(hào)。對(duì)干擾信號(hào)而言，由于與偽隨機(jī)碼不相關(guān)，則被擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上。使之進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)干則被擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上。使之進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)干擾功率大大降低，相應(yīng)地增加了相關(guān)器輸出端的信干比，擾功率大大降低，相應(yīng)地增加了相關(guān)器輸出端的信干比，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力，主因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力

34、。擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力，主要取決于系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益，或稱之為處理增益，對(duì)大多數(shù)要取決于系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益，或稱之為處理增益，對(duì)大多數(shù)人為干擾具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。人為干擾具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。51 2）可進(jìn)行多址通信）可進(jìn)行多址通信 實(shí)際上擴(kuò)頻通信本身就是一種多址通信方式，即擴(kuò)頻實(shí)際上擴(kuò)頻通信本身就是一種多址通信方式，即擴(kuò)頻多址多址(SSMASpread Spectrum Multiple Access)，屬于碼，屬于碼分多址分多址(CDMA)范圍。不同的碼，可以組成不同的網(wǎng)。雖范圍。不同的碼，可以組成不同的網(wǎng)。雖然擴(kuò)頻系統(tǒng)占具了很寬的頻帶，但由于擴(kuò)頻通信可以實(shí)現(xiàn)然擴(kuò)頻系統(tǒng)占具了很寬的頻帶，但由

35、于擴(kuò)頻通信可以實(shí)現(xiàn)碼分多址，地址數(shù)可以很大，這主要取決于地址碼個(gè)數(shù)。碼分多址，地址數(shù)可以很大，這主要取決于地址碼個(gè)數(shù)。許多用尸可共用一個(gè)頻段，大大提高了頻譜利用率，甚至許多用尸可共用一個(gè)頻段，大大提高了頻譜利用率，甚至比單路單信道系統(tǒng)的頻譜利用率還高。這種多址方式組網(wǎng)比單路單信道系統(tǒng)的頻譜利用率還高。這種多址方式組網(wǎng)靈活，入網(wǎng)迅速，適合于機(jī)動(dòng)靈活的戰(zhàn)術(shù)通信。靈活，入網(wǎng)迅速，適合于機(jī)動(dòng)靈活的戰(zhàn)術(shù)通信。52 3）安全保密）安全保密 擴(kuò)頻通信也是一種保密通信。擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)的擴(kuò)頻通信也是一種保密通信。擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)的譜密度較低，近似于噪聲。有的系統(tǒng)可在譜密度較低，近似于噪聲。有的系統(tǒng)可在-1

36、5-20dB信噪信噪比下工作。對(duì)方很難測(cè)信號(hào)的參數(shù)，從而達(dá)到安全保密通比下工作。對(duì)方很難測(cè)信號(hào)的參數(shù)，從而達(dá)到安全保密通信的目的。擴(kuò)頻信號(hào)還可以進(jìn)行信息加密，如要截獲和竊信的目的。擴(kuò)頻信號(hào)還可以進(jìn)行信息加密，如要截獲和竊聽(tīng)擴(kuò)頻信號(hào)，則必須知道擴(kuò)頻系統(tǒng)的密鑰，并與系統(tǒng)完全聽(tīng)擴(kuò)頻信號(hào)，則必須知道擴(kuò)頻系統(tǒng)的密鑰，并與系統(tǒng)完全同步，這樣又給對(duì)方設(shè)置了更多的障礙，從而起到了保護(hù)同步，這樣又給對(duì)方設(shè)置了更多的障礙，從而起到了保護(hù)信息的作用。信息的作用。53 4）軍用與民用通信領(lǐng)域）軍用與民用通信領(lǐng)域 擴(kuò)頻系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是具有很強(qiáng)的抗干擾性擴(kuò)頻系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，特別是具有很強(qiáng)的抗干擾性能，越來(lái)越受到

37、人們重視。其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。能，越來(lái)越受到人們重視。其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。目前擴(kuò)頗技術(shù)的應(yīng)用主要在軍事上，這是由它的良好的抗目前擴(kuò)頗技術(shù)的應(yīng)用主要在軍事上，這是由它的良好的抗干擾性能決定的。據(jù)權(quán)威人士預(yù)測(cè)，今后的軍事通信中，干擾性能決定的。據(jù)權(quán)威人士預(yù)測(cè)，今后的軍事通信中，特別是戰(zhàn)場(chǎng)通信，只有擴(kuò)頻信系統(tǒng)能勝任。因而各國(guó)軍方特別是戰(zhàn)場(chǎng)通信，只有擴(kuò)頻信系統(tǒng)能勝任。因而各國(guó)軍方對(duì)此都十分重視除了軍事中應(yīng)用外，在民用中擴(kuò)頻技術(shù)對(duì)此都十分重視除了軍事中應(yīng)用外，在民用中擴(kuò)頻技術(shù)也正在顯示出它的強(qiáng)大生命力，不斷地有民用技術(shù)中應(yīng)用也正在顯示出它的強(qiáng)大生命力，不斷地有民用技術(shù)中應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。擴(kuò)頻技術(shù)正

38、廣泛用于通信，雷達(dá)，導(dǎo)航，測(cè)距，的報(bào)導(dǎo)。擴(kuò)頻技術(shù)正廣泛用于通信，雷達(dá)，導(dǎo)航，測(cè)距，定位等領(lǐng)域。下表為擴(kuò)頻通信在這些領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例。定位等領(lǐng)域。下表為擴(kuò)頻通信在這些領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例。54序號(hào)序號(hào)名稱或型號(hào)名稱或型號(hào)擴(kuò)頻類型擴(kuò)頻類型應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象1短波跳頻電臺(tái)短波跳頻電臺(tái)慢跳頻慢跳頻直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列線性調(diào)頻線性調(diào)頻軍用通信軍用通信2VHF戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)慢跳頻慢跳頻快跳快跳軍用通信軍用通信3UHF戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)慢跳頻慢跳頻軍用通信軍用通信4聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分布系統(tǒng)分布系統(tǒng)DS+FHDS+FH+TH自適應(yīng)天線陣自適應(yīng)天線陣三軍聯(lián)合作戰(zhàn)三軍聯(lián)合作戰(zhàn)5數(shù)字微波中繼數(shù)字微波中繼電子反對(duì)抗電子反對(duì)抗(

39、ECCM)美國(guó)陸軍戰(zhàn)術(shù)美國(guó)陸軍戰(zhàn)術(shù)微波通信微波通信6衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列+跳頻跳頻跳頻跳頻美國(guó)國(guó)防美國(guó)國(guó)防衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信7跟蹤和數(shù)據(jù)中繼跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列航天飛機(jī)通信航天飛機(jī)通信55序號(hào)序號(hào)名稱或型號(hào)名稱或型號(hào)擴(kuò)頻類型擴(kuò)頻類型應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象8全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列定位定位9衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列衛(wèi)星地面站衛(wèi)星地面站個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)公共數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)公共數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)10無(wú)線電分組無(wú)線電分組數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列多個(gè)數(shù)據(jù)終端多個(gè)數(shù)據(jù)終端分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)11移動(dòng)無(wú)線電話網(wǎng)移動(dòng)無(wú)線電話網(wǎng)直擴(kuò)序

40、列直擴(kuò)序列跳頻跳頻民用移動(dòng)通信民用移動(dòng)通信12局部數(shù)據(jù)網(wǎng)局部數(shù)據(jù)網(wǎng)直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列多個(gè)數(shù)據(jù)終端多個(gè)數(shù)據(jù)終端選址通信選址通信13無(wú)線電定位無(wú)線電定位直擴(kuò)序列直擴(kuò)序列無(wú)線電定位無(wú)線電定位56 從四十年代起，人們就開(kāi)始了對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)的研從四十年代起，人們就開(kāi)始了對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)的研究，其抗干擾，抗竊聽(tīng)，抗測(cè)向等方面的能力早巳究，其抗干擾，抗竊聽(tīng)，抗測(cè)向等方面的能力早巳為人們熟知。但由于擴(kuò)頻系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，對(duì)各方為人們熟知。但由于擴(kuò)頻系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜，對(duì)各方面的要求都很高，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，要制成能面的要求都很高，在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，要制成能應(yīng)于軍事和民用需要的擴(kuò)頻系統(tǒng)是很困難的，因而應(yīng)于軍事和民用需要的擴(kuò)頻

41、系統(tǒng)是很困難的，因而擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展緩慢。擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展緩慢。 57 進(jìn)入六十年代后，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新進(jìn)入六十年代后，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新型元器件的出現(xiàn)，特別是大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路，微型元器件的出現(xiàn)，特別是大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路，微處理機(jī)以及象聲表面波器件，電荷耦合器件這樣的新型器處理機(jī)以及象聲表面波器件，電荷耦合器件這樣的新型器件的出現(xiàn)，使擴(kuò)頻技術(shù)有了重大的突破和發(fā)展，許多新型件的出現(xiàn)，使擴(kuò)頻技術(shù)有了重大的突破和發(fā)展，許多新型的擴(kuò)頻系統(tǒng)相繼問(wèn)世，并在實(shí)際的使用和實(shí)驗(yàn)中顯示出了的擴(kuò)頻系統(tǒng)相繼問(wèn)世，并在實(shí)際的使用和實(shí)驗(yàn)中顯示出了它們優(yōu)越性，成為一種未來(lái)通信的重要方式，因而

42、受到極它們優(yōu)越性，成為一種未來(lái)通信的重要方式，因而受到極大的重視。大的重視。 本講首先介紹擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)，然后分別介紹擴(kuò)本講首先介紹擴(kuò)頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)，然后分別介紹擴(kuò)頻技術(shù)中的各種擴(kuò)頻方式，以及它們各自的特點(diǎn)。頻技術(shù)中的各種擴(kuò)頻方式，以及它們各自的特點(diǎn)。58一、信道容量的概念一、信道容量的概念 信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道中無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮判诺廊萘渴侵竼挝粫r(shí)間內(nèi)信道中無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⒘俊Ｏ⒘俊?對(duì)于連續(xù)信道，根據(jù)對(duì)于連續(xù)信道，根據(jù)Shannon信息論，得信道容量信息論，得信道容量的計(jì)算公式（的計(jì)算公式（Shannon 公式）為：公式）為：.,/,:)/()1 (log)1 (log00

43、202為噪聲功率密度為信噪比噪聲功率為信號(hào)功率為信道的帶寬式中nBnNNSNSBsbNSBBnSBC8.5 擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信理論基礎(chǔ)Shannon 公式公式59 有關(guān)信道容量的幾個(gè)重要結(jié)論：有關(guān)信道容量的幾個(gè)重要結(jié)論： 1）任何一個(gè)連續(xù)信道都有一個(gè)信道容量）任何一個(gè)連續(xù)信道都有一個(gè)信道容量 C，即信道極，即信道極限傳輸能力為限傳輸能力為C，要實(shí)現(xiàn)任意小的差錯(cuò)概率傳輸，信號(hào)的，要實(shí)現(xiàn)任意小的差錯(cuò)概率傳輸，信號(hào)的信息傳輸速率信息傳輸速率 R必須小于必須小于C。若。若RC，則不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)差，則不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)概率傳輸。錯(cuò)概率傳輸。 2）增加信號(hào)功率）增加信號(hào)功率S，或減小噪聲功率，從而增加信

44、道容，或減小噪聲功率，從而增加信道容量量C，即：，即：)1 (loglimlim)1 (loglimlim2002NSBCNSBCNNSS60 3）增加信道帶寬）增加信道帶寬B，可增加信道容量，可增加信道容量C，但不能使，但不能使C無(wú)限制的增加，有如下結(jié)論：無(wú)限制的增加，有如下結(jié)論：00244. 1)1 (loglimlimnSBnSBCBB 4）當(dāng)信道容量）當(dāng)信道容量C保持不變時(shí)，帶寬保持不變時(shí)，帶寬B與信噪比與信噪比S/N可可以互換。即可以通過(guò)增加帶寬以互換。即可以通過(guò)增加帶寬 B來(lái)降低系統(tǒng)對(duì)信噪比來(lái)降低系統(tǒng)對(duì)信噪比的要求（擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)）；也可以通過(guò)增加信的要求（擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)）

45、；也可以通過(guò)增加信號(hào)的功率，降低信號(hào)的帶寬，這就為那些要求小的信號(hào)的功率，降低信號(hào)的帶寬，這就為那些要求小的信號(hào)帶寬的系統(tǒng)或?qū)π盘?hào)功率要求嚴(yán)格的系統(tǒng)找到了一號(hào)帶寬的系統(tǒng)或?qū)π盘?hào)功率要求嚴(yán)格的系統(tǒng)找到了一個(gè)減小帶寬或降低功率的有效途徑。個(gè)減小帶寬或降低功率的有效途徑。61二、理想帶通系統(tǒng)的二、理想帶通系統(tǒng)的B與與S/N互換互換 能夠?qū)崿F(xiàn)極限信息速率傳輸且能達(dá)到任意小能夠?qū)崿F(xiàn)極限信息速率傳輸且能達(dá)到任意小差錯(cuò)概率的通信系統(tǒng)稱為理想帶通系統(tǒng)。理想帶差錯(cuò)概率的通信系統(tǒng)稱為理想帶通系統(tǒng)。理想帶通系統(tǒng)是一個(gè)編碼系統(tǒng)，而編碼系統(tǒng)的帶寬與信通系統(tǒng)是一個(gè)編碼系統(tǒng)，而編碼系統(tǒng)的帶寬與信噪比的互換要比非編碼系統(tǒng)優(yōu)越

46、，因?yàn)榫幋a系統(tǒng)噪比的互換要比非編碼系統(tǒng)優(yōu)越，因?yàn)榫幋a系統(tǒng)的帶寬可以比非編碼寬得多。下圖為理想帶通系的帶寬可以比非編碼寬得多。下圖為理想帶通系統(tǒng)的框圖。統(tǒng)的框圖。62調(diào)制器調(diào)制器(編碼器)(編碼器)信道信道解調(diào)器解調(diào)器(譯碼器)(譯碼器)iiNS ,iB輸入輸出iB00, NS0B., , ,:000信號(hào)帶寬為解調(diào)器的輸出解調(diào)器的輸出噪聲功率為率為解調(diào)器的輸出信號(hào)功號(hào)帶寬為解調(diào)器的輸入信調(diào)器的輸入噪聲功率為解率為解調(diào)器的輸入信號(hào)功圖中BNSBNSiii6300000000002020002002:,1, 1111log1log:,:,1log:1log:)(,BBiiiiBBiiiiiiiiii

47、iiNSNSNSNSNSNSNSBNSBRRNSBRNSBR有時(shí)當(dāng)即則有率保持不變由于解調(diào)前后的信息速率為解調(diào)器輸出端的信息速為等于信道容量息速率到達(dá)解調(diào)器輸入端的信根據(jù)上圖64.,/,00帶寬增大從而使增加信號(hào)的多余度編碼或調(diào)制的方法通過(guò)增加帶寬的有效途徑是的性能得到提高使系統(tǒng)的輸出信噪比增加能明顯地提高系統(tǒng)帶寬的因此按指數(shù)規(guī)律增加輸入信號(hào)帶寬隨輸出信噪比在理想系統(tǒng)中由此可見(jiàn)iBNS65.,)()(2:,)(,)(,cos)()(:. 1.22200換不存在帶寬與信噪比互因此與信號(hào)的帶寬無(wú)關(guān)信噪比成正比系統(tǒng)輸出信噪比與輸入由此可見(jiàn)有電路原理由高頻為消息信號(hào)為信號(hào)振幅式中其調(diào)幅表達(dá)式為調(diào)幅系統(tǒng)

48、典型的非編碼系統(tǒng)調(diào)幅系統(tǒng)和調(diào)頻系統(tǒng)是非編碼系統(tǒng)三AMNStfAtfNSAtftfAttfAtsiic66., ,:,)(,.)(,/,13:,)(,)(cos)(:. 2200頻通信系統(tǒng)也不是真正意義上的擴(kuò)以所比的指數(shù)率成正比輸出信噪比與輸入信噪編碼系統(tǒng)那樣不像信噪比成正比的輸出信噪比也是與輸入上式可以看出因?yàn)閺氖欠蔷幋a系統(tǒng)但的提高帶寬的方法換取信噪比系統(tǒng)雖然可用增加但必須指出來(lái)提高輸出信噪比帶寬即信號(hào)的系統(tǒng)也可以通過(guò)增加由此可見(jiàn)的最高頻率為消息信號(hào)為調(diào)頻信號(hào)的最大頻偏式中有電路原理由高頻為調(diào)制靈敏度為消息信號(hào)為信號(hào)振幅式中其調(diào)頻表達(dá)式為調(diào)頻系統(tǒng)FMFMFMmFMtffffmNSmmNSKtf

49、AdttfKtAtsfmmmfiiffffc678.6 直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成框圖及工作原理分析直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的組成框圖及工作原理分析一、系統(tǒng)的組成框圖如下：一、系統(tǒng)的組成框圖如下：信源信源擴(kuò)頻擴(kuò)頻擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼(PN碼)(PN碼)調(diào)制調(diào)制振蕩器振蕩器發(fā)送發(fā)送接收接收解擴(kuò)解擴(kuò)解調(diào)解調(diào)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼(PN碼)(PN碼)(ta)(td)(tc)(ts)(tu)(trL)(tc)(trI)(ta信宿信宿abcdefg振蕩器振蕩器同步同步同步同步)(ts)(tj)(tuBPFiiNS:輸入信噪比00:NS輸出信噪比)(tmhid圖圖168二、直擴(kuò)系統(tǒng)框圖的原理說(shuō)明：二、直擴(kuò)系統(tǒng)框圖的原理說(shuō)明：69)2/()(:

50、)(,)2/()()(:)()()(:)()(.2aaaaananTSaTGtaTSaTGtgtgnTtgatatamta的功率譜為進(jìn)一步可得經(jīng)推導(dǎo)的付里葉變換為門函數(shù)可表為信息序列序列擴(kuò)頻后的功率譜經(jīng)信息序列三)(G)(aGaT/2aT/2)(aG主瓣信號(hào)帶寬70)()(21)()()()(:,)()()(,)()()()()(:CadcadcadRGRRRRRRRtctatctatd則其功率譜作卷積運(yùn)算并且相關(guān)相乘對(duì)付里葉變換由于相關(guān)和功率譜是一故它們的相關(guān)運(yùn)算為相互獨(dú)立和由于擴(kuò)頻器的輸出為71:2)1 ()(1)()(21)(:),()()(:2)1 (2)(2)()2/()(:0222

51、0002222下圖所示其功率譜的形成過(guò)程見(jiàn)最后得以及沖擊函數(shù)的性質(zhì)由前面得nnCaaCadnnCCaaapTnGpnSappGpRGRffpTnpnSapppRTSaTG72)(CR0)(aGaT/2卷積運(yùn)算)(dR0CT2CpT2CT2卷積結(jié)果CT2CpT2CT2信號(hào)擴(kuò)頻后的帶寬2)1 (:22CTSapp包絡(luò)PN碼的帶寬2)1 (2:22CTSapp包絡(luò)73 擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)調(diào)制器后，其輸出信號(hào)的頻譜被搬移到擴(kuò)頻信號(hào)經(jīng)調(diào)制器后，其輸出信號(hào)的頻譜被搬移到載波載波 f0 的附近，如下圖所示：的附近，如下圖所示：)(S0fCTf200CTf20信號(hào)擴(kuò)頻后的帶寬2)1 (:22CTSapp包絡(luò)74四、對(duì)

52、以下三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析：四、對(duì)以下三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析：75.)()6(.)()5(.)(,cos)()(cos)()(:),()(:,cos)()(cos)()()(cos)()(cos)()()(:,)4(.)(cos)(cos)()(:)3(cos)()()2(.)(,cos)(cos)()()() 1 (00000000000所示號(hào)的功率譜如圖經(jīng)接收端解調(diào)后輸出信所示譜如圖濾波后輸出信號(hào)的功率經(jīng)所示如圖頻而對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行了擴(kuò)行了解擴(kuò)在接收端對(duì)有用信息進(jìn)這說(shuō)明故有有達(dá)到同步時(shí)有經(jīng)接收端解擴(kuò)后所示其功率譜如圖接收端所收到的信號(hào)為設(shè)干擾信號(hào)為所示如圖發(fā)端信號(hào)ihBPFgttjtcttatrtctc

53、ttjtcttatctcttjtcttdtctrfttjttdtrttjtJdttdttctatsIIL76jBf 0jBf 00Jf)( fJ0fcaBABD/0fcBf 0cBf 0f)( fS0f)( fRL0fAcjBJB /cBf 0cBf 0jBf 0jBf 00Jf)( fRI0fcaBAB /)( fJ)( fS)( fJ)( fS0f0fAcjBJB /aBf 0aBf 0)( fM)( fJ)( fS0AcjBJB /aBaB)( fJ)( fSf)( fAcBf 0cBf 0aBf 0aBf 0( d )( e )( h )( g )干擾信號(hào)功率譜( i )( f ) =

54、 (d)+(e)cBcB0)( fCfcBcB0)( fDfcaBABD/( c )( b )aBaB0Af)( fA( a )772、輸入、輸出信噪比、處理增益計(jì)算、輸入、輸出信噪比、處理增益計(jì)算 注意到在能量或功率不變的情注意到在能量或功率不變的情 況下，擴(kuò)頻與解擴(kuò)是保面積的，即況下，擴(kuò)頻與解擴(kuò)是保面積的，即 擴(kuò)頻前后的總面積是不變的。擴(kuò)頻前后的總面積是不變的。783、各點(diǎn)的時(shí)域波形如圖、各點(diǎn)的時(shí)域波形如圖3所示，圖中未考慮干擾的影響所示，圖中未考慮干擾的影響 由圖 8-18（f）得輸入信噪比為 jajccaiiJBABBJBBABNS22)/( （8-40） 由圖 8-18（i）得輸出信

55、噪比為 jcacjaJBABBBJBBANS2)/(200 （8-41） 由上述輸出信噪比和輸入信噪比，得處理增益為 信號(hào)擴(kuò)頻前的帶寬信號(hào)擴(kuò)頻后的帶寬acajjcjajciiPBBABJBJBABJBABJBABNSNSG/00 （8-42） 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明， 輸出信噪比較之輸入信噪比提高了PG倍，PG為處理增益，而處理增益PG則處決于擴(kuò)頻后的帶寬與擴(kuò)頻前的帶寬之比。 79)(tc)(ta)(tu)(ts)(trL)(trI)(tatttttttt)(td)(tu圖3圖3(沒(méi)有考慮干擾的影響)(沒(méi)有考慮干擾的影響)80二、跳頻（二、跳頻（FH）信源信源調(diào)制調(diào)制頻率合成器頻率合成器發(fā)射發(fā)射接收接收

56、解調(diào)解調(diào)信宿信宿發(fā)送發(fā)送接收接收PN碼PN碼ifPN碼PN碼同步同步if頻率合成器頻率合成器,.,121NNifffff811f2f3f1NfNf1t02t1NtNt隨機(jī)跳頻圖案,跳到哪一個(gè)頻率上完全受PN碼的控制82三、跳時(shí)（三、跳時(shí)（TH）（不要求）（不要求） TH主要用于主要用于TDMA，它是將一數(shù)據(jù)碼持續(xù)時(shí)間分成，它是將一數(shù)據(jù)碼持續(xù)時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙，由偽隨機(jī)序列（若干個(gè)時(shí)隙，由偽隨機(jī)序列（PN碼）控制在那個(gè)時(shí)隙發(fā)碼）控制在那個(gè)時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)端，由于發(fā)送信號(hào)的突發(fā)性，必須利用緩送數(shù)據(jù)。在發(fā)端，由于發(fā)送信號(hào)的突發(fā)性，必須利用緩沖存儲(chǔ)器暫存輸入數(shù)據(jù)，待到由沖存儲(chǔ)器暫存輸入數(shù)據(jù)，待到由P

57、N碼控制開(kāi)關(guān)接通時(shí)，碼控制開(kāi)關(guān)接通時(shí)，以突發(fā)方式調(diào)制高頻載波并發(fā)射出去。在接收端，當(dāng)接以突發(fā)方式調(diào)制高頻載波并發(fā)射出去。在接收端，當(dāng)接收機(jī)的收機(jī)的PN碼與發(fā)端同步時(shí)，所需的信號(hào)就能每次按時(shí)通碼與發(fā)端同步時(shí)，所需的信號(hào)就能每次按時(shí)通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)后的數(shù)據(jù)也經(jīng)過(guò)一個(gè)緩沖存儲(chǔ)過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)后的數(shù)據(jù)也經(jīng)過(guò)一個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，以便恢復(fù)原來(lái)的持續(xù)時(shí)間，提供用戶均勻的數(shù)據(jù)流器，以便恢復(fù)原來(lái)的持續(xù)時(shí)間，提供用戶均勻的數(shù)據(jù)流83信源信源調(diào)制調(diào)制振蕩器振蕩器開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)解調(diào)解調(diào)信宿信宿發(fā)送發(fā)送接收接收擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼振蕩器振蕩器同步同步同步同步84四、四、FH/DS混合系統(tǒng)（具有更好的擴(kuò)頻性能）（不要求）混合系統(tǒng)（具有更好的擴(kuò)頻性能）（不要求）信源信源擴(kuò)頻擴(kuò)頻PN碼1PN碼1調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)解調(diào)解調(diào)信宿信宿發(fā)送發(fā)送接收接收頻率頻率合成器合成器同步同步同步同步ifPN碼2PN碼2頻率頻率合成器合成器ifPN碼2PN碼2PN碼1PN碼1858.8 多址技術(shù)簡(jiǎn)介 8.8.1 碼分多址（CDMA） 碼分多址的基本工原理是，對(duì)于每一個(gè)發(fā)送的信號(hào)或用戶對(duì)應(yīng)一個(gè)偽隨機(jī)碼（P N 碼）,而各個(gè)