1、扩频通信 第一章 扩频系统数学模型 及理论基础 1.1 扩频通信系统基本概念 1.2 扩频通信系统数学模型 1.3 扩频系统抗干扰性能分析 1.4 处理增益与干扰容限 1.1扩频通信系统基本概念 一 .扩展频谱通信系统 1，时频变换 dwewFtfdtetfFj w tj w t)()()()( 2，扩频通信 将待传输信息的频谱通过在编码使之扩大许多倍，送入信道中传输，在接收端解码将信息还原。 由于在信道中实际传输的信号比原始信号频谱扩展了许多倍，因此称之为扩频通信。 1.1扩频通信系统基本概念 1.1扩频通信系统基本概念 3， CDMA 现代高端通信系统均采用伪随机码（ Pseudo Noi
2、se Code)使频谱扩展，同时采用 PN码调制又起到了多址作用，因此理论上的扩频系统工程上称为 CDMA码分多址 （ Code division multiple access) 1.1扩频通信系统基本概念 4，两条准则 （ 1）；（ 2）； 由此， AM,FM,ASK,PSK,FSK,OOK等均不属于扩频通信系统。 二，扩频系统原理 1，结构 P2 图 1-1 (a) 发送系统 （ b) 接收系统 2，时域波形 图 1-2 3， 频域波形 图 1-3 1.1扩频通信系统基本概念 1.1扩频通信系统基本概念 4， 数学原理 A, d(t) d(t)c(t) d(t)c(t) c(t)=d(t
3、) B, Shannon 定理 C=W*log2(1+S/N) 1.1扩频通信系统基本概念 三，工作方式 1，直接序列扩展频谱系统（ DS-SS) -Direct Sequence Spread Spectrum 2, 跳频扩频系统（ FH-SS) -Frequency Hopping Spread Spectrum 1.1扩频通信系统基本概念 3, 跳时扩频系统 (TH-SS) -Time Hopping Spread Spectrum 4, 混合式 FH/DS, DS/TH, 等等 1.2 扩频系统的数学模型 本节内容涉及到许多数学表达式， 较为枯燥，但它们是为后面分析系统特性及抗干扰性能
4、服务的，特别是方便设计者理解各模块为什么这样设计。 1.2 扩频系统的数学模型 一， DS-SS-PSK数学模型 1，射频： s(t)=m(t)coswct m(t)=d(t)c(t) PSK调制： m(t)高低电平 2，经信道后进入接收机天线的信号为 r(t)=s1(t-1)+n(t)+si(t- i) 1.2 扩频系统的数学模型 3, 经射频滤波器，相关，基带滤波后： u(t)=2du,a- 1-20式 结论： (u)=(u) 扩频伪码同步 wd (u)=wd(u) 载波频率锁定 (u) =(u) 载波相位同步 上述三者锁定后，经门限判决后，便可无误恢复出基带信号 an 1.2 扩频系统的
5、数学模型 4, 对于各种干扰信号，如 si(t- i), n(t)等 它们与本地伪码均不相关，相关处理后干扰信号能量被扩展到整个扩频带宽内，通过基带滤波器输出很小。 二， FH-SS模型 图 1-5 1.3 扩频系统的抗干扰性能分析 一，干扰信号 . 1, 多址干扰 : 同一扩频系统中其他台站的信号。 2, 人为敌方干扰 : 窄带瞄准式和宽带阻塞式 , 以及转发干扰。 3, 随机自然干扰：雷电 ,飞行体 ,汽车的火花干扰等。 4, 多径衰落干扰。 1.3 扩频系统的抗干扰性能分析 二，处理增益 Gp Gp=输出信噪比 /输入信噪比=So/No/Si/Ni 三 , 扩频系统抗干扰能力分析 1，广
6、义平稳随机及单频正弦 Gp=Rc/Rb (DS-SS) Gp=N (FH-SS) 1.3 扩频系统的抗干扰性能分析 2，抗多径干扰分析（重点） 扩展频谱系统具有很强的抗多径干扰能力，对多径干扰不敏感。原因有三： P23 (1),(2),(3) 1.4干扰容限与扩频系统主要特点 一，处理增益 Gp=2Rc/Rb 对于 2PSK而言 Gp=N 跳频 工程上目前国外 DS-SS可达到 70dB FH-SS限制在 40-50dB以内 相当于 1万 10万个频点 1.4干扰容限与扩频系统主要特点 二，干扰容限 1，表示可以在多少信噪比情况下可以正常 工作 Mj=Gp-Lsys-(S/N)out 其中 L
7、sys为系统的损耗 (S/N)out为输出端要求的信噪比 P24例题 2，干扰门限 实际设计时往往比干扰容限要再严格一些留出冗余量，例如 1dB 1.4干扰容限与扩频系统主要特点 三，扩频通信技术的主要优点 （ 1）抗干扰性能好； （ 2）保密性好，不易被侦破； （ 3) 易于实现多址； （ 4）降低了通量密度； （ 5）扩频系统本身为数字系统，易于实 现。 第二章 各种扩频信号及其 调制技术 2.1 直序扩频系统 (DS-SS) 2.2 DS-SS中重要参数讨论 2.3 FH-SS跳频系统 2.4 跳频系统的特点 2.5 跳时系统 (TH-SS) 2.6 各种混合扩频调制系统 2.1 直序扩
8、频系统 (DS-SS) 一，直接序列扩频信号的产生 PCM-DSSS-2PSK PCM-CDMA-2PSK 图 2-1 (a),(b)详细的 Block 2.1 直序扩频系统 (DS-SS) 二，伪随机信号的调制与混频 1， 2PSK调制 f(t)= coswct 属于平衡调制信号 信号中无直流成份，无载波能量 2.1 直序扩频系统 (DS-SS) 2，混频（去载波） 混频差中频 3，解扩（去伪码 ) Cr(t)xCb(t) 当 Cr(t)和 Cb(t)完全同步时，混频结果为基带二进制信号，从接收电信号中恢复出基带信息信号。 2.1 直序扩频系统 (DS-SS) 三，直序扩频信号的频谱特性 1
9、，理论理想状态 图 2-7 2，实际功率谱（示波器，频谱仪） 图 2-8 抑制载波频谱 图 2-9 载波不平衡频谱 图 2-12 载波和伪码都不平衡输出功谱 2.1 直序扩频系统 (DS-SS) 3，不平衡对系统的影响 a, 使信号不隐蔽； b, 浪费了发射功率； c, 增加了接收系统的内部干扰。 因此，在硬件实现时尽量提高平衡性。 2.2 (DS-SS)中重要参数的讨论 一，射频带宽 主瓣带宽 =2Rc 3dB带宽 =1.2Rc 功率分布图 2-14 图 2-15 带宽受限时，伪码相关峰变得不尖锐，使得同步工作受影响较大。 二，处理增益 Gp Gp=Rc/Rb 若伪码速率增加一倍，则处理增益增加 3dB。 若采用信源数据压缩技术，如语音压缩，图像压缩技术，则可使增益大大提高。 国内器件水平可选用 550Mb/s为宜； 国外伪码速率可达到 51000Mb/s; 2.2 (DS-SS)中重要参数的讨论
