擴(kuò)頻通信的基本原理直接序列擴(kuò)頻、跳頻等9頁word

1、擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)1.1擴(kuò)頻通信的基本概念通信理論和通信技術(shù)的研究，是圍繞著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性這兩個(gè) 基本問題展開的，所以有效性和可靠性是設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)的主要性能指 標(biāo)。通信系統(tǒng)的有效性，是指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。這個(gè)問題是討論怎樣以最合理、最經(jīng)濟(jì)的方法傳輸最大數(shù)量的信息。在模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。顯然，信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性 就越好。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此傳輸?shù)挠行允怯脗?輸速率來衡量的。通信系統(tǒng)的可靠性，是指通信系統(tǒng)可靠地傳輸信息。由于信息在傳輸過程中 受到干擾，收到的信息與發(fā)出的信息并不完全相同。 可靠性

2、就是用來衡量收到信 息與發(fā)出信息的符合程度。因此，可靠性決定于系統(tǒng)抵抗干擾的性能，也就是說， 通信系統(tǒng)的可靠性決定于通信系統(tǒng)的抗干擾性能。在模擬通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目?靠性是用整個(gè)系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量的。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)目煽啃允?用信息傳輸?shù)牟铄e(cuò)率來描述的。擴(kuò)展頻譜通信由于具有很強(qiáng)的抗干擾能力， 首先在軍用通信系統(tǒng)中得到了應(yīng) 用。近年來，擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的理論和應(yīng)用發(fā)展非常迅速， 在民用通信系統(tǒng)中 也得到了廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)頻通信是擴(kuò)展頻譜通信的簡稱。我們知道，頻譜是電信號(hào)的頻域描述。承 載各種信息(如語音、圖象、數(shù)據(jù)等)的信號(hào)一般都是以時(shí)域來表示的，即信息 信號(hào)可表示為一個(gè)時(shí)間的函數(shù)

3、f(t)。信號(hào)的時(shí)域表示式f(t)可以用傅立葉變換得 到其頻域表示式F(f)。頻域和時(shí)域的關(guān)系由式(1-1)確定：f(t)F(f )ej2ftdf(1-1)函數(shù)f(t)的傅立葉變換存在的充分條件是f(t)滿足狄里赫萊(Dirichlet)條 件，或在區(qū)間(-8, +8)內(nèi)絕對(duì)可積，即 | f(t)dt必須為有限值。擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息信號(hào)的頻譜用某個(gè)特定的擴(kuò)頻函數(shù)(與待傳輸?shù)男畔⑿盘?hào)f(t)無關(guān))擴(kuò)展后成為寬頻帶信號(hào)，然后送入信道中傳輸；在接 收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將其擴(kuò)展了的頻譜壓縮，恢復(fù)為原來待傳輸信息信號(hào)的帶寬，從而到達(dá)傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。 也就是說在傳輸同樣信息信號(hào)時(shí)

4、 所需要的射頻帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被傳輸信息信號(hào)所必需的最小的帶寬。擴(kuò)展頻譜后 射頻信號(hào)的帶寬至少是信息信號(hào)帶寬的幾百倍、幾千倍甚至幾萬倍。信息已不再 是決定射頻信號(hào)帶寬的一個(gè)重要因素，射頻信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)來決定。由此可見，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘?hào)的帶寬；(2)傳輸信號(hào)的帶寬主要由擴(kuò)頻函數(shù)決定，此擴(kuò)頻函數(shù)通常是偽隨機(jī)(偽噪 聲)編碼信號(hào)。以上兩個(gè)特點(diǎn)有時(shí)也稱為判斷擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是其具有很強(qiáng)的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。這里我們先定性地說明一下擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論依據(jù)。擴(kuò)頻通信的基本理論根

5、據(jù)是信息理論中香農(nóng)(C E Shannon)的信道容量公C Blog 2 1 -S(1-2)式中：C信道容量，b/s；B信道帶寬，Hz;S信號(hào)功率，W;N噪聲功率，Wo香農(nóng)公式表明了一個(gè)信道無差錯(cuò)地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪 比以及用于傳輸信息的信道帶寬之間的關(guān)系。令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，對(duì) (1-2)式進(jìn)行變換CS一一 1.44 ln 1 (1-3)BN對(duì)于干擾環(huán)境中的典型情況，當(dāng)號(hào)1時(shí)，用幕級(jí)數(shù)展開(1-3)式，并略去N高次項(xiàng)得CSC 1.44(1-4)BN或B 0.7CN(1-5)由式(1-4)和(1-5)可看出，對(duì)于任意給定的噪聲信號(hào)功率比N/S,只要增加用

6、于傳輸信息的帶寬B,就可以增加在信道中無差錯(cuò)地傳輸信息的速率Co或者說在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)噪聲功率比S/N下降時(shí)，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來保持信道容量 C不變。或者說對(duì)于任意給定的信號(hào)噪聲功率比 S/N ,可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯(cuò)率。若 N/S 100(20dB), C 3kb/s,WJ當(dāng) B 0.7 100 3 210kHz 時(shí)，就可以 正常的傳送信息，進(jìn)行可靠的通信了。這就說明了增加信道帶寬B,可以在低的信噪比的情況下，信道仍可在相同 的容量下傳送信息。甚至在信號(hào)被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加信號(hào)帶寬 也能保持可靠的通信。如系統(tǒng)工作在干擾噪聲比信號(hào)大10

7、0倍的信道上，信息速 率R=C = 3kb/s,則信息必須在B 210kHz帶寬下傳輸，才能保證可靠的通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來擴(kuò)展待傳輸信息信號(hào) 帶寬的手段，來達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通 信系統(tǒng)的帶寬大幾百倍乃至幾萬倍，所以在相同信息傳輸速率和相同信號(hào)功率的 條件下，具有較強(qiáng)的抗干擾的能力。香農(nóng)在其文章中指出，在高斯噪聲的干擾情況下，在受限平均功率的信道上， 實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)。 這是因?yàn)楦咚拱?噪聲信號(hào)具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜密度函數(shù)為No.S(f ) 0-8< f <oo(1

8、-6)2對(duì)應(yīng)的自相關(guān)函數(shù)為其中：為時(shí)延,R"()定義為S(f)ej2%f N0 2(1-7)(1-8)白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有()函數(shù)的特點(diǎn)，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對(duì)于白噪聲信號(hào)的產(chǎn)生、加工和復(fù)制，迄今為止仍存在著許多技術(shù)問題和困難。然而人們已經(jīng)找到了一些易于產(chǎn)生又便于加工和控制的偽噪聲碼序列，它們的統(tǒng)計(jì)特性近似于或逼近于高斯白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。偽噪聲序列的理論在本書以后的章節(jié)中要專門講述， 這里僅簡略引用其統(tǒng)計(jì)特性，借以說明擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)。通常偽噪聲序列是一周期序列。假設(shè)某種偽噪聲序列的周期 (長度)為N,且 碼元Ci都是二元域 1, 1上的元素。一個(gè)周期(或稱長度)為

9、N,碼元為Ci的偽噪聲二元序列g(shù)的歸一化自相關(guān)函是一周期為N的周期函數(shù)，可以表示為R( ) Rc( )( kN)(1-9)k其中Rc()為偽噪聲二元序列Ci 一個(gè)周期內(nèi)的表示式1 N 一 Rc (qci cir 0(1-10)0 0N i 111N式中 0, 1, 2, 3, - No當(dāng)偽噪聲序列周期(長度)N取足夠長或N-oo時(shí)，式 (1-10)可簡化為1T 0Rc 工 0Po(1-11)N比較式(1-7)和式(1-11),看出它們比較接近，當(dāng)序列周期(長度)足夠長時(shí)， 式(1-11)就逼近式(1-7)。(式(1-10)是自相關(guān)函數(shù)歸一化的形式，乘周期 N后就 是一般表達(dá)式，在一般表達(dá)式中R

10、(0) N )。所以偽噪聲序列具有和白噪聲相類 似的統(tǒng)計(jì)特性，也就是說它很接近于高斯信道要求的最佳信號(hào)形式。因此用偽噪聲碼擴(kuò)展待傳輸信息信號(hào)頻譜的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，優(yōu)于常規(guī)通信系統(tǒng)。哈爾凱維奇(A A- X a p k。用在上世紀(jì)50年代，就已從理論上證明：要 克服多徑衰落干擾的影響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘?hào)形式應(yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特 性的信號(hào)形式。采用偽噪聲碼的擴(kuò)頻函數(shù)很接近白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，因而擴(kuò)頻通信系統(tǒng)又具有抗多徑干擾的能力。下面我們以直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)為例，來研究擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理。 圖1-1給出了直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的簡化原理方框圖。由信源產(chǎn)生的信息流an通過編碼器變換為二進(jìn)制數(shù)字信

11、號(hào) d(t)。二進(jìn)制數(shù) 字信號(hào)中所包含的兩個(gè)符號(hào)的先驗(yàn)概率相同，均為1/2,且兩個(gè)符號(hào)相互獨(dú)立，其波形圖如圖1-2(a)所示，二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)d(t)與一個(gè)高速率的二進(jìn)制偽噪聲碼 c(t)的波形(如圖1-2(b)所示，偽噪聲碼作為系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼序列)相乘，得到如圖1-2(c)所示的復(fù)合信號(hào)d(t)c(t),這就擴(kuò)展了傳輸信號(hào)的帶寬。一般偽噪聲碼的速率Rc 1/Tc是Mb/s的量級(jí)，有的甚至達(dá)到幾百M(fèi)b/s。而待傳輸?shù)男畔⒘鱝n經(jīng)編碼器編碼后的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的碼速率Rb 1/五較低，如數(shù)字話音信號(hào)股為16 kb/s 32kb/s,這就擴(kuò)展了傳輸信號(hào)s(t) R(t)的帶寬。日一%cos(2©

12、;)發(fā)射系統(tǒng)；(b)接收儕統(tǒng) cgf0t+d(：)c(t)好cBf0苫+"c(v(t)至數(shù)據(jù)，“，:.?)、cos(2 f0t) ( f0之域聯(lián)頻卷)世行調(diào)制、_?VCO m(直隨并膽理殳悒/PSK調(diào)制)，然可血虱幽不口怛地大信道中傳輸發(fā)射機(jī)輸出的擴(kuò)頻信號(hào)用s(t)表示，其示意圖如圖1-2(d)所示。擴(kuò)頻信號(hào)s(t)的 帶寬取決于偽M碼c(t)的碼速率Rc。在PSK調(diào)制的情祝下，射頻信號(hào)的帶寬第5頁等于偽噪聲碼速率的2倍，即Rrf 2Rc ,而幾乎與數(shù)字信號(hào)d(t)的碼速率無關(guān)。以上對(duì)待傳輸信號(hào)d(t)的處理過程就是對(duì)信號(hào)d(t)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展的過程。經(jīng)過Tb上述過程的處理，達(dá)到了對(duì)

13、d(t)擴(kuò)展頻譜的目的+1(a) d(t)圖1-2理想擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)波形示意圖在接收端月一個(gè)和皆用端同岑的皆考偽噪廣碼_cr (t 振蕩恬號(hào)t) 2cos2 Jf0% 如 ？ ( %為中頻頻率)，Td)所F制的本即參考與接收到的s。)向廳相關(guān)處理。相關(guān)處理是將邛柑乘，然后求H數(shù)學(xué)期里T均值)，號(hào)瞬時(shí)他相乘的積分, .-1. 一 1 ._ 一_ 一,'L 當(dāng)兩個(gè)信心完全相向時(shí)(或祜關(guān)性很好)F到最火的相關(guān)峰出,經(jīng)數(shù)球檢普；足些干擾包括窄帶干擾、批干擾等等，宜們和有用信號(hào),g(t)、1,MrJ rt J J-" i1 U 、,一十、/4 rKr：測器恢復(fù)出發(fā)時(shí)端的色翳A野浮sM健中

14、介在營1日區(qū)與干擾財(cái)5卡帶干擾、 人為d涵式干擾、血卡擾耳軍及7價(jià)和碼分多3主薄;二同時(shí)進(jìn)入接憾九 如圖1-3(a)所示a:圖化3利 軋為偽明聲碼速率,U f。為載波頻 率，(eflk的中頻頻率。-1tI圖1-3擴(kuò)頻接帔機(jī)用各點(diǎn)信號(hào)的頻譜示飾圖；,；J市擾(a)接收機(jī)輸入；(b)犍頻啷電；口 (c)中頻濾波器輸出有用信號(hào)由于窄帶噪聲和多徑干擾與春堪參考擴(kuò)頻信引不相關(guān)，所以在進(jìn)行相關(guān)處理 時(shí)被削弱，實(shí)際上干擾信號(hào)和不融參考r頻信號(hào)相關(guān)處理刷 其頻帶被擴(kuò)展，窄帶干擾也 就是儂:信號(hào)的育綁被擴(kuò)展到整個(gè)華輸軟養(yǎng)上既擾降低了、物信號(hào)的電平/多脩單位 頻率內(nèi)一點(diǎn)融量或旃聿:,如寓喜-3(b)麻粒M于有用信

15、號(hào)本地參考擴(kuò)森% 團(tuán)訓(xùn)和關(guān)仲;在迪過才f關(guān)處理K被嘲互帶寬為f Bb “2風(fēng)”的頻吏內(nèi)；;因?yàn)橄嚓P(guān) 器店而中頻波盛通頻皤艮窄，逋常力；Bb ；2Rb,所以中頻濾波由只輸出被基出2R信守丁胡1肺Ei號(hào)和落*fe器贏頻得內(nèi)扁那部分干擾信守精例聲E 絕大部分的干擾信號(hào)和噪聲的能量(功率)被中頻濾波器濾除，這樣就大大地改善了系統(tǒng)的瑞)出信噪比，如圖 1-3(c)都樂。 關(guān)于這一特性，將在擴(kuò),通信系統(tǒng)的 性能分析一章中作進(jìn)一步分析。為了對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的這一特性有一初步了解， 我們以解擴(kuò)前后信號(hào)功率譜密度示意圖來說明這一問題。假設(shè)有用信號(hào)的功率為P1 P。，碼分多址干擾信號(hào)的功率 P2 P。，多徑干擾信號(hào)

16、的功率P3P。，其他進(jìn)入接收機(jī)的干擾和噪聲信號(hào)功率NP。再假設(shè)所有信號(hào)的功率譜是均勻分布在 Brf 2&的帶寬之內(nèi)。解擴(kuò)前的信號(hào)功率譜見 圖1-4中的（a），圖中各部分的面積均為P。解擴(kuò)后的信號(hào)功率譜見圖1-4中 的（b）,各部分的面積保持不變。通過相關(guān)解擴(kuò)后，有用信號(hào)的頻帶被壓縮在很 窄的帶寬內(nèi)，能無失真的通過中頻濾波器（濾波器的帶寬為Bb 2%）。其他信 號(hào)和本地參考擴(kuò)頻碼無關(guān)，頻帶沒有被壓縮反而被展寬了，進(jìn)入中頻濾波器的能 量很少，大部分能量落在中頻濾波器的通頻帶之外，被中頻濾波器濾除了。我們 可以定性的看出，解擴(kuò)前后的信噪比發(fā)生了顯著的改變。圖解擴(kuò)前后信號(hào)功率譜密度示意（a）解

17、擴(kuò)前；（b）解擴(kuò)后1.2擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的分類擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是在發(fā)信機(jī)部分如何產(chǎn)生i機(jī)部分如何解調(diào)擴(kuò)頻信號(hào)。種。 根據(jù)通信系統(tǒng)產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)帶的擴(kuò)頻信號(hào)， 在收信，方式，可以分為下列幾 Bb1.2.1直接有用信號(hào)直接序彼睡（望啰系統(tǒng)mrCommunication少珅通常簡稱為宜接莊一一-一“ 一,_ . Z /ill '".jit v I T r Hyt- J-L-T w 1* if i號(hào)與高速率用偽隨機(jī)碼波形機(jī)乘后,去置陶岬的蚓f目的篥個(gè)滲制;Systems,p.,做齦詢勺信息信來擴(kuò)展傳輸信號(hào)的帶寬一M隸頻譜界展的偽隨機(jī)序列稱為獷強(qiáng)碼徽=,宜接序列擴(kuò)展頻譜 通信系統(tǒng)的簡化

18、方代圖參見圖1-5。在直接序列擴(kuò)僦通信系統(tǒng)中，通常對(duì)載波進(jìn)行相褸b控 （Phase Shift Keying,PSK）調(diào)制。為了節(jié)約發(fā)射功率和提高發(fā)射機(jī)的工作效率，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)常采用 平衡調(diào)制器。抑制載波的平衡調(diào)制對(duì)提高擴(kuò)頻信號(hào)的抗偵破能力也有利。在發(fā)信機(jī)端，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)與偽隨機(jī)碼（擴(kuò)頻碼）波形相乘（或與偽隨機(jī)碼 序列模2加），形成的復(fù)合碼對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后由天線發(fā)射出去。在收信機(jī) 端，要產(chǎn)生一個(gè)和發(fā)信機(jī)中的偽隨機(jī)碼同步的本地參考偽隨機(jī)碼，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，這一相關(guān)處理過程通常常稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的信號(hào)送到解調(diào)器解調(diào)， 恢復(fù)出傳送的信息。圖1-5直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)簡化圖數(shù)據(jù) 乘法器

19、* 調(diào)制器*中頻濾波器數(shù)據(jù)1.2.2跳頻擴(kuò)至feqUecyiHOpping Spread ”也稱為訕通信系這跳變擴(kuò)展頻譜通信系毓皮一 F腳懶才 卿方系統(tǒng)播費(fèi)發(fā)生器 _發(fā)生| JSpeCtrum Communication Systems FH-SS）的尚私f,或發(fā)生器統(tǒng),確切地說應(yīng)叫做“多頻、選碼和頻移鍵控通”系統(tǒng):。它是用二進(jìn)制偽隨機(jī) 碼序列去離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，:雕發(fā)射信號(hào)的頻率隨偽隨機(jī)碼 的變化而跳變。跳嫂系統(tǒng)可供隨機(jī)選取的頻率數(shù)通常是幾千到（b） 220個(gè)離散頻率,在如此多的離散頻率中，每次輸出哪一個(gè)是由偽隨機(jī)碼決定的。頻率跳變擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的簡化方框圖參見圖1-6頻

20、率跳變擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比較， 最大的差別在于發(fā)射機(jī)的載 波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器。在常規(guī)通信系統(tǒng)中這二者輸出信號(hào)的頻率是 固定不變的，然而在跳頻通信系統(tǒng)中這二者輸出信號(hào)的頻率是跳變的。在跳頻通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的載波發(fā)生器和接收機(jī)中的本地振蕩器主要由偽隨機(jī)碼發(fā)生器 和頻率合成器兩部分組成?？焖夙憫?yīng)的頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。跳頻通信系統(tǒng)發(fā)信機(jī)的發(fā)射頻率，在一個(gè)預(yù)定的頻率集內(nèi)由偽隨機(jī)碼序列控 制頻率合成器（偽）隨機(jī)的由一個(gè)跳到另一個(gè)。收信機(jī)中的頻率合成器也按照相同 的順序跳變，產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)頻率只差一個(gè)中頻頻率的參考本振信號(hào)，經(jīng)混頻后得到一個(gè)頻率固定的中頻信號(hào)，這一過

21、程稱為對(duì)跳頻信號(hào)的解跳。解跳后的 中頻信號(hào)經(jīng)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)男畔?。在跳頻通信系統(tǒng)中，控制頻率跳變的指令碼（偽隨機(jī)碼）的速率，沒有直接序 列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的偽隨機(jī)碼速率高，一般為幾十 2$幾世/$。由于跳頻系統(tǒng)中 輸出頻率的改變速率就是擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼的速率， 所以擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼的速率也稱為 跳頻速率。根據(jù)跳頻速率的不同，可以將跳頻系統(tǒng)分為頻率慢跳變系統(tǒng)和頻率快 跳變系統(tǒng)兩種。假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制，Tb是一個(gè)信息碼元比特寬度，每Tb 秒數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出兩個(gè)頻率中的一個(gè)。每隔Tc秒系統(tǒng)輸出信號(hào)的射頻頻率跳變到 一個(gè)新的頻率上。若Tc>Tb,這樣的頻率跳變系統(tǒng)稱為頻率慢

22、跳變系統(tǒng)。現(xiàn)舉例說明頻率慢跳變系統(tǒng)的工作過程，參見圖1-7。BR圖f8f7f6率苔頻f51-7fF,號(hào)選擇兩BWI-LBrF-f15- J-i二第且c±LIL審唧數(shù)相言 r *I-jT一工廠二中 1rIH卜-L - J合成器存8 個(gè)比特后屈 進(jìn)行下變M，Bf8 fIF , f寬度為Bbm1 人史.為信f6-,-f 3T1 1 I k JLF J 一 f7 二二flEj 二/ 1 - r1 在頻率才凄跳變?nèi)?由二I頻謁MWW 被旃，出符陽碗布h度慢。若在每4就叫做頻率年在圖1-8 1f8, 3, f2, f頻率p.VfIF，fIF、一珪樣的賴左跳變系統(tǒng)1-8 駕1.2.3跳時(shí)擴(kuò)至通信系

23、統(tǒng)4 ，件頻率合成器有16個(gè)熱率f5, f11, f7, f14, f12,，f13,f16,f15, Bb2/Tb,Brf16Bb。時(shí)間跳變Spectrum Communication Systems TH-SS）是時(shí)間跳變擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)的簡稱, 主要用于時(shí)分多址（TDMA）通信中。與跳頻系統(tǒng)相似，跳時(shí)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間三種擴(kuò)e Hopping Spread軸上離散地跳變。我們先把時(shí)間軸分成許多時(shí)隙，這些時(shí)隙在跳時(shí)擴(kuò)頻通信中通 常稱為時(shí)片，若干時(shí)片組成一跳時(shí)時(shí)間幀。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制。因此，可以把跳時(shí)理解為：用一偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí) 隙的時(shí)移鍵控。由于采用

24、了窄得很多的時(shí)隙去發(fā)送信號(hào)，相對(duì)說來，信號(hào)的頻譜也就展寬了。圖1-9是跳時(shí)系統(tǒng)的原理方框圖。圖1-9時(shí)間跳區(qū)?擴(kuò)頻耳信系統(tǒng)簡化方框圖載波fo 一擁)|發(fā)身系統(tǒng);(b卜常喘昌統(tǒng)在發(fā)送端,f -咫怫蠟然會(huì)悔來，5欷載波fo數(shù)據(jù)石蟠箜附T削豳他序列去控制通-斷開關(guān)，經(jīng)相而制而再經(jīng)射頻所后發(fā)肝T不接收端”接收機(jī)班時(shí)廣而需信號(hào)就能向遙糅時(shí)通過開關(guān)進(jìn)入解調(diào)器的偽碼發(fā)生器娓發(fā)解調(diào)后的數(shù)據(jù)也經(jīng)吼浙隗把以便恢復(fù)原出血&速率，不間斷地傳輸數(shù)據(jù),提供給用戶均勻的數(shù)據(jù)流。(a)只要收發(fā)兩端在時(shí)間上嚴(yán)格嚼步進(jìn)行，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)也可以看成是一種時(shí)分系統(tǒng)， 所不同的地方在于它不是在一幀 中固定

25、分配一定位置的時(shí)隙，而是由擴(kuò)頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時(shí) 隙。跳時(shí)系統(tǒng)能夠用時(shí)間的合理分配來避開附近發(fā)射機(jī)的強(qiáng)干擾，是一種理想的多址技術(shù)。但當(dāng)同一信道中有許多跳時(shí)信號(hào)工作時(shí)， 某一時(shí)隙內(nèi)可能有幾個(gè)信號(hào) 相互重疊，因此，跳時(shí)系統(tǒng)也和跳頻系統(tǒng)一樣，必須采用糾錯(cuò)編碼，或采用協(xié)調(diào) 方式構(gòu)成時(shí)分多址。由于簡單的跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾性不強(qiáng)，很少單獨(dú)使用。跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)通常都與其他方式的擴(kuò)頻系統(tǒng)結(jié)合使用，組成各種混合方式。從抑制干擾的角度來看，跳時(shí)系統(tǒng)得益甚少，其優(yōu)點(diǎn)在于減少了工作時(shí)間的 占空比。一個(gè)干擾發(fā)射機(jī)為取得干擾效果就必須連續(xù)地發(fā)射， 因?yàn)楦蓴_機(jī)不易偵 破跳時(shí)系統(tǒng)所使用的偽碼參數(shù)。跳時(shí)系統(tǒng)的主要

26、缺點(diǎn)是對(duì)定時(shí)要求太嚴(yán)。1.2.4 線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)(Chirp)是指系統(tǒng)的載頻在一給定的脈沖時(shí)間問隔內(nèi)線 性地掃過一個(gè)寬帶范圍，形成一帶寬較寬的掃頻信號(hào)，或者說載頻在一給定的時(shí) 問間隔內(nèi)線性增大或減小，使得發(fā)射信號(hào)的頻譜占據(jù)一個(gè)寬的范圍。在語音頻段， 線性調(diào)頻聽起來類似于鳥的“啾啾”叫聲，所以線性脈沖調(diào)頻也稱為鳥聲調(diào)制。線性脈沖調(diào)頻是一種不需要用偽隨機(jī)碼序列調(diào)制的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)，由于線性脈沖調(diào)頻信號(hào)占用的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息帶寬， 從而也可獲得較好的抗干擾性 能。線性脈沖調(diào)頻，是作為雷達(dá)測距的一種工作方式使用的，具基本原理如圖 1-10所示。線性脈沖調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生，可由一個(gè)鋸齒波

27、信號(hào)調(diào)制壓控振蕩器(VCO) 來實(shí)現(xiàn)，如圖1-10(a)所示。發(fā)射波是一個(gè)頻偏為 F的寬帶調(diào)頻波，通常是線性調(diào)頻。線性調(diào)頻信號(hào)的 特點(diǎn)是，發(fā)射脈沖信號(hào)的瞬時(shí)頻率在信息脈沖持續(xù)周期Tb內(nèi)隨時(shí)間作線性變化， 在脈沖起始和終止時(shí)刻的頻差(1-12)F |f1 f2 Bc式中：f1脈沖起始時(shí)刻的頻率，Hz;f2脈沖終止時(shí)刻的頻率，Hz;F 瞬時(shí)頻率變化范圍，Hz;f(a)Bc 線性調(diào)制后的帶寬，Hz。圖1-10線性脈沖調(diào)頻原理圖(a)發(fā)射端；(b)接收端在脈沖持續(xù)時(shí)間Tb內(nèi)，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為ffo -FtTb線性脈沖調(diào)頻波的時(shí)域表達(dá)式為F F 2t2Tb(1-13)(1-14)s(t) Acos 2

28、fot線性脈沖調(diào)頻信號(hào)的接收解調(diào)可用匹配濾波器來實(shí)現(xiàn)，參見圖1-10(b)。它是由色散延遲線構(gòu)成的。這種延遲線對(duì)信號(hào)的高頻成分延遲時(shí)間長，對(duì)低頻成分 延遲時(shí)間短，于是頻率由高到低的載頻信號(hào)通過匹配濾波器后，各頻率成分幾乎同時(shí)輸出。這些信號(hào)成分疊加在一起，形成了脈沖時(shí)間的壓縮，使輸出信號(hào)幅度 增加，能量集中，將有用信號(hào)檢出。而與濾波器不匹配的信號(hào)在時(shí)間上沒有壓縮， 甚至反被擴(kuò)展。這就完成了和直接序列擴(kuò)頻及跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)類似的過程，從而獲色散延遲線或調(diào)頻脈沖匹配濾波器壓縮掃頻信號(hào),通常是線性壓縮。壓縮比得輸出信噪比改善的好處。為 D= FTb = Tb/線性脈沖調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)和通信的關(guān)系不大，本書不作

29、討論1.2.5 混合擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)以上幾種基本的擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)使用其中一種系統(tǒng)時(shí)有 時(shí)難以滿足要求，將以上幾種擴(kuò)頻方法結(jié)合起來就構(gòu)成了混合擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。常見的有頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)(FH/DS),直接序列-時(shí)間跳變混合系統(tǒng) (DS/TH),頻率跳變-時(shí)間跳變混合系統(tǒng)(HF/TH)等。它們比單一的直接序列、跳 頻、跳時(shí)體制有更優(yōu)良的性能。(1)頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)頻率跳變-直接序列混合系統(tǒng)可看作是一個(gè)載波頻率作周期性跳變的直接序 列擴(kuò)頻系統(tǒng)，具系統(tǒng)組成方框圖見圖1-11。圖1-11頻率跳變班接序區(qū)混合擴(kuò)頻系統(tǒng)方框圖數(shù)據(jù)發(fā)射系統(tǒng);皮雙擴(kuò)頻系穌阿歸中頻混頻卻/扁由If酸數(shù)據(jù)蚊T、抗干擾隹而、二匿想送頻率難于捕捉，丁寸道河于多