擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益與干擾容限以及擴(kuò)頻系統(tǒng)的主要特課件

第三節(jié)擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益與干擾容限以及擴(kuò)頻系統(tǒng)的主要特點基本方式

跳時擴(kuò)頻（THSS）TDMA,能用時間的合理分配避開強(qiáng)干擾多個跳時信號可能重疊需用糾錯編碼或協(xié)調(diào)方式的TDMA抗干擾方法主要是減小占空比，干擾的方法是連續(xù)發(fā)射強(qiáng)干擾很少單獨(dú)使用抗干擾，多混合方式開關(guān)基本方式

跳時擴(kuò)頻（THSS）接收處理增益為占空比的倒數(shù)門1PN碼門2檢測檢測判決輸出本地PN碼，與發(fā)端同步選通門，選通傳號和空號基本方式

線性調(diào)頻(Chirp)發(fā)射脈沖，其載頻在信息脈沖持續(xù)時間T內(nèi)線性變化f1f2產(chǎn)生方法接收方法匹配濾波器由色散延遲線（DDL）構(gòu)成，這種延遲線對高頻成分延時長，對低頻成分延時短。因此，頻率由高變低的載波信號通過匹配濾波器后，各種頻率幾乎同時到達(dá)輸出端，這些信號成分疊加在一起，形成對脈沖時間的壓縮，使輸出信號的幅度增加，能量集中，形成一相關(guān)峰。

相關(guān)峰線性調(diào)頻信號不需要用偽隨機(jī)碼控制。線性調(diào)頻信號占用的頻帶比信息帶寬大得多，體現(xiàn)了頻譜的擴(kuò)展。處理增益為信號帶寬與信息信號帶寬之比

基本方式

DS/FH混合方式總處理增益GDS/FH＝GDS·GFH提高了系統(tǒng)的抗干擾能力

降低實現(xiàn)的難度基本方式

DS/TH混合方式直擴(kuò)信號t多址能力很強(qiáng)，實際上具有TDMA和CDMA多址功能，因而可以容納更多的用戶。特點比較

擴(kuò)頻方式優(yōu)

點缺

點DS＊通信隱蔽性好＊信號易產(chǎn)生，易實現(xiàn)數(shù)字加密＊能達(dá)到1~100MHz帶寬

＊同步要求嚴(yán)格＊“遠(yuǎn)一近”特性不好FH

＊可達(dá)到非常寬的通信帶寬＊有良好的“遠(yuǎn)一近”特性＊快跳可避免瞄準(zhǔn)干擾＊模擬或數(shù)字調(diào)制靈活性大

＊快跳時設(shè)備復(fù)雜＊多址時對脈沖波形要求高＊慢跳隱蔽性差，快跳頻率合成器難做TH

＊與TDMA自然銜接，各路信號按時隙排列＊良好的“遠(yuǎn)一近”特性＊數(shù)字、模擬兼容

＊需要高峰值功率＊需要準(zhǔn)確的時間同步＊對連續(xù)波干擾無抵抗能力理論基礎(chǔ)

1、信息論中的香農(nóng)(Shannon)定理

C------信道容量（比特/秒）

N-----噪聲功率

B----帶寬（赫茲）

S---------信號功率（1）要增加信道容量，可通過增加傳輸帶寬B或增加信噪比S/N，且增加B比增加S/N更有效。（2）在無差錯傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時，帶寬B和信噪比S/N可互換。即可通過增加B來降低系統(tǒng)對S/N的要求；也可以通過增加信號功率來降低信號傳輸帶寬。理論基礎(chǔ)

（3）當(dāng)B增加到一定程度時，C不可能無限地增加，有一極限值，即

說明：在S和n0（白噪聲的功率譜密度）一定時，C是有限的。當(dāng)S/N很小時（≤0.1）得到：即，在無差錯傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時，如N/S很大，則必須使用足夠大的帶寬B來傳輸信號。

理論基礎(chǔ)

（4）信息速率R的極限值為R＝Rmax＝C，當(dāng)B趨于無窮大時，信道要求的最小信噪比為Eb/n0

，Eb為碼元能量，S＝EbRmax

。因此，信道要求最小信噪比為可知：擴(kuò)頻系統(tǒng)可在負(fù)信噪比或噪聲下工作。

無線電管理部門不能監(jiān)測到擴(kuò)頻信號？實際上現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信設(shè)備都有一個主要技術(shù)指標(biāo)即對應(yīng)于一定誤碼率的接收系統(tǒng)的靈敏度。如果接收信號電平小于此值，該通信系統(tǒng)將不能正常工作。而此接收系統(tǒng)的靈敏度電平一般在-85~-100dBm之間。這個電平值是完全在無線電管理部門的儀器儀表監(jiān)測的范圍內(nèi)。如采用21dBi增益天線，40dB增益低噪聲放大器，HP系列頻率分析儀，系統(tǒng)的接收靈敏度可達(dá)到-140dB左右，完全可以監(jiān)測到擴(kuò)頻信號。因此說無線電管理部門監(jiān)測不到擴(kuò)頻通信信號的說法是完全錯誤的。事實上各級無線電管理部門已經(jīng)通過對擴(kuò)頻信號進(jìn)行監(jiān)測的方法查找了不少非法設(shè)立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。

理論基礎(chǔ)Si,Ni

編碼系統(tǒng)與非編碼系統(tǒng)的帶寬與信噪比互換編碼系統(tǒng)結(jié)論：輸出信噪比與帶寬成指數(shù)關(guān)系，帶寬的增加能明顯地提高系統(tǒng)的輸出信噪比。增加帶寬的有效途徑是通過編碼或調(diào)制的方法，增加信號的多余度。理想帶通系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)極限信息速率傳輸且能達(dá)到任意小差錯概率的通信系統(tǒng)

編碼器信道解碼器輸入fmBB,RiS0,N0fm’,BH,R0解碼（解調(diào)）前后信息速率不變，Ri=R0

理論基礎(chǔ)

編碼系統(tǒng)與非編碼系統(tǒng)的帶寬與信噪比互換非編碼系統(tǒng)AM系統(tǒng)：AM信號的表達(dá)式為結(jié)論：輸出信噪比與輸入信噪比成正比，與帶寬無關(guān)。不存在帶寬與信噪比的互換關(guān)系。

FM系統(tǒng)：結(jié)論：輸出信噪比與輸入信噪比成正比，與帶寬有關(guān)。帶寬與信噪比可互換。增加帶寬可以換取信噪比，但效率不高。

式中，

A為信號振幅，f（t）為調(diào)制信號，|f（t）|≤A。A為信號振幅，f(t)為調(diào)制信號，kf為調(diào)制系數(shù)或調(diào)制靈敏度。

理論基礎(chǔ)

2、柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯概率的公式：

Pe

f(Eb/n0)

Pe為差錯概率

Eb為比特信號能量

n0為噪聲功率譜密度

因為，信號功率

S＝Eb／Tb(Tb為信息持續(xù)時間)噪聲功率

N＝Bn0(B為信號頻帶寬度)信息帶寬

F＝l／Tb

則

Pe

f(TbBS/N)=f(S/N×B/F)結(jié)論:信噪比和帶寬是可以互換的。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

Ss[.]信道Ss-1[.]

S(t)n(t)J(t)區(qū)間[fa，fb]

Ss-1{Ss[s（t）]}=s（t）Ss-1[n（t）]=Ss[n（t）]=n’(t)Ss-1[J（t）]=Ss[J（t）]=J’(t)

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的物理模型

—般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。

與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。

解：將信號帶寬分別增加一倍，即，C不變，可得：信道噪聲變化，由此可得信號功率的相對變化

例題：某一系統(tǒng)的信號帶寬為8，信噪比為7，求信道容量C。在C不變的情況下，信號帶寬分別增加一倍和減少一半，求此信號功率的相對變化為多少。

將信號帶寬減少一半，即，C不變，可得信號功率的相對變化主要參數(shù)

1、處理增益（擴(kuò)頻增益）Gp(SpreadingGain)

頻譜擴(kuò)展后的信號帶寬B與頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬F之比：

Gp＝B／F

在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中．接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為F的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。處理增益Gp反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。因此，也可定義為接收相關(guān)處理器輸出與輸入信噪比的比值，即處理增益只有在解擴(kuò)之后才能獲得。主要參數(shù)

2、干擾容限擴(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：

其中：Ls為系統(tǒng)內(nèi)部損耗，（S／N）0為系統(tǒng)正常工作時要求的（解擴(kuò)器）最小輸出信噪比（解調(diào)前要求的對應(yīng)于一定誤碼率的S/N）。另一種干擾容限定義：PJ/PS(條件：設(shè)備性能、工作環(huán)境、干擾性質(zhì)）主要參數(shù)