第四章擴頻信號

第四章

擴頻信號西安電子科技大學張林讓引言擴頻(調制)是一種通信技術：被發(fā)射的調制信號在發(fā)射到信道之前，其頻帶被擴大若干倍(簡稱擴頻)；而在接收端，接收信號的頻帶則被縮小相同倍數(shù)(謂之解擴或縮頻)如果通信信道不存在某種窄帶(相對于擴頻帶寬而言)干擾，并且擴頻和解擴的帶寬相同，那么解擴之后，接收信號將完全等同于擴頻之前的被發(fā)射信號。西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室引言白噪聲下的信號匹配接收．其輸出只與信號能量有關、而與信號的波形無關。從中我們還看不出擴頻的必要性.然而，當存在窄帶干擾時,擴頻的必要性便突現(xiàn)出來.由于干擾是在發(fā)射信號被擴頻之后才加入的，所以接收端的解擴操作在將期望信號縮回到原帶寬的同時，還會將非期望信號(即干擾)的帶寬擴頻同一倍數(shù)，從而使窄帶干擾變成了寬帶干擾，減小了其功率譜密度。因此，擴頻可以用來減小干擾對接收性能的影響，實現(xiàn)抑制窄帶干擾的目的，并且擴頻越寬、窄帶干擾的抑制能力就越強．西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室引言在軍用通信中，友臺往往被敵臺偵測或截獲，并且容易受到故意施放干擾(故意干擾)的攻擊．擴頻技術最早就是為了解決這兩個問題而被提出來的．利用擴頻達到降低通信臺被偵測性：低截獲概率(LPI:lowProbabilityofintercept)通信系統(tǒng)．減小敵臺施放的干擾影響：抗干擾(AJ：antijam)通信系統(tǒng)西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室4.1擴頻與解擴

擴頻序列{cn}，必須有以下性質（1）均值近似為零，即：（2）自相關函數(shù)為周期函數(shù)（3）本身是周期函數(shù)：，任意整數(shù)k西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室擴頻原理西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室擴頻原理西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室圖(a)波形——數(shù)據(jù)比特（低速率帶寬較窄）圖(b)波形——碼片波形（速率高、頻帶寬）圖(a)×圖(b)=圖(c)——發(fā)射信號（速率變高，頻帶變寬——擴頻）擴頻信號：

相關接收機（解擴）接收信號相關接收機（解擴）西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室窄帶干擾

白噪聲

比特總能量Eb，比特間隔（碼元間隔）T，單個比特幅值相關接收機（解擴）解擴（對擴頻信號解除擴頻）——參見圖6.1.1，圖(c)×圖(b)=圖(a)西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室相關接收機（解擴）對窄帶干擾擴頻

,干擾頻帶大大展寬，變?yōu)?，總能量不變，故能量密度大大減?。ㄒ娤聢D）。對寬帶噪聲基本無擴頻作用，噪聲寬帶本來>西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室相關接收機（解擴）假設通信臺以比特率（比特/秒）和發(fā)射功率S(W)發(fā)送信號解擴后信噪比：

干擾+噪聲總能量

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室相關接收機（解擴）發(fā)射信號帶寬，從（Hz）增大為（Hz），

>>（窄帶）干擾帶寬從擴展為，若J表示干擾總功率，則為擴頻后干擾的功率譜密度（參見上圖），（寬帶）噪聲帶寬帶寬不變，平均功率N0不變。通常（干擾功率大于噪聲功率）

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室相關接收機（解擴）解擴頻后信干噪比西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室原信干比

擴頻比，又稱擴頻系統(tǒng)的擴頻增益

提高解擴后的信干噪比：

（1）采用大的信干比（不實用）（2）采用大的擴頻增益（實用、有效）

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室離散擴頻信號的相關接收機相關接收機輸出

最佳檢測器是單電平的檢測器,發(fā)射比特,發(fā)射比特西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室因為自相關性質

信息比特的恢復要求

接收機用于同接收信號相乘的擴頻序列必須與相關檢測之前接收到的擴頻序列同步。若不同步

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室比特信息丟失！

擴頻信號應具有的性質：

（1）擴頻信號是不可預測的、偽隨機的寬帶信號（2）擴頻信號帶寬>>傳輸數(shù)據(jù)的帶寬

（3)接收機中必須有與寬帶載波同步的擴頻信號副本西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室偽噪聲序列使擴頻信號是不可預測、偽隨機的寬帶信號的常用方法是采用偽噪聲序列作擴頻信號。偽噪聲（PN：pseudo－noise）序列也稱偽隨機序列，是用確定性方法產(chǎn)生的序列，但它卻近似具有隨機產(chǎn)生序列所希望的某些關鍵隨機特性。西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室偽噪聲序列通常要求所產(chǎn)生的偽噪聲序列滿足：容易產(chǎn)生既具有很低的自相關函數(shù)，又具有很低的互相關函數(shù)具有很長的周期很難由一段短的序列重構常用偽噪聲序列：m序列、Gold序列西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室4.2直接序列擴頻

在多用戶通信中，本質上是通過賦予每個用戶不同的特征波形（Signaturewaveforms）或擴頻波形實現(xiàn)多用戶檢測。

碼片序列:第i個用戶在時刻k的碼片值，，PN序列擴頻波形（碼片序列＋脈沖波形）:第i個用戶的特征波形（特征波形）。

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室脈沖成形函數(shù)

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室通過脈沖成形函數(shù)實現(xiàn)

脈沖成形函數(shù)（碼片脈沖函數(shù)或碼片波形），應滿足條件：

常用脈沖成形函數(shù)：

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室（1）矩形脈沖：（2）函數(shù)：

直接序列擴頻波形的生成

應指出：特征波形本身并不載有待發(fā)送的任何信息，但它是不同用戶的“收聽身份證”。特征波形為確定性信號，通常約定它具有單位能量，即

西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室頻譜利用率明顯提高多個用戶的分離多個用戶的分離取決于特征波形之間的相關性，若正交，多用戶之間很容易分離西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室直接序列擴頻的特征波形的特點由以下三要素決定

（1）碼片波形→頻譜利用率（2）每個比特的碼片數(shù)目→擴頻增益（3）長度為的二進制碼片序列→自相關、互相關特性西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室擴頻因子（擴頻增益）對固定的持征波形時間寬度，其帶寬與N成正比．在一個正交的同步正交序列擴頻CDMA系統(tǒng)中，可以支持的用戶數(shù)小于或等于N大的N有利于提高通信系統(tǒng)的保密性．因為它們將阻礙非合法用戶破解持征波形的企圖，防止他們對發(fā)射的信息進行竊聽。由于持征波形的能量譜與N成反比，所以大的N值可減小由同時存在的窄帶發(fā)射引起的干擾．同理，低截獲概率的通信能力也隨N值的升高而增強．西安電子科技大學

雷達信號處理國防科技重點實驗室擴頻因子（擴頻增益）

隨著N的增大，由窄帶人為干擾引起的通信性能下降將得到緩解隨著N的增大，能夠確定的信號達到時間的可靠性增加．這將使得接收機的定時同步變得容易，并提高接收機抗多徑效應的能力．西安電子科技大學