Δ F之比, 即
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工程上常以分贝(dB)表示, Gp＝10 lg(W／ΔF)
除了系统信噪比改善程度之外, 扩频系统的其他一 些性能也大都与Gp有关。因此, 处理增益是扩频系统的 一个重要性能指标。 一般来讲, 处理增益值越大, 系统 性能越好。
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扩频通信的性能指标
2. 抗干扰容限 抗干扰容限是指扩频通信系统在正常工作条件下 可以接收的最小信噪比, 即它反映的是系统对于噪声的 容忍情况,
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2.4 频率跳变(FH, Frequency Hopping)技术
1) 所谓跳频, 简单来讲, 就是用一定的码序列进行选择的 多频率频移键控。具体来讲, 跳频就是给载波分配一个固定 的宽频段并且把这个宽频段分成若干个频率间隙(称为频道 或频隙), 然后用扩频码序列去进行频移键控调制, 使载波频 率在这个固定的频段中不断地发生跳变。由于这个跳变的 频段范围远大于要传送信息所占的频谱宽度, 故跳频技术也 属于扩频。
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CDMA扩频通信的实现方法
按照频谱扩展的方式不同, CDMA扩频通信系统可以 分为基本CDMA和复合CDMA两种。 其中, 基本CDMA主 要包括直接序列扩频(DS)、跳频扩频(FH)和跳时扩频(TH) 三种方式。复合CDMA包括DS/FH、 DS/TH、 FH/TH等, 如图所示。
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CDMA扩频调制方式 1) 信号的频谱被展宽了 2) 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频
谱 3)
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实现条件 由上述定义可知, 扩频技术必须满足两个基本要求: (1) 所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小带宽; (2) 所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。
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扩频通信的理论基础
扩展频谱以换取对信噪比要求的降低, 正是扩频通信的 重要特点, 并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
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扩频通信的性能指标
处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重 要的性能指标。
1. 处理增益
处理增益Gp, 也称扩频增益(Spreading Gain),
指的是频带扩展后的信号带宽W与频谱扩展前的信息带宽
Mj＝35-(10+3)＝22dB
这说明, 该系统能够在干扰输入功率电平比扩频信号功率 电平高22dB的范围内正常工作, 也就是说, 该系统能够在负信噪 声比(-22dB)的条件下, 把信号从噪声的淹没中提取出来。由此 可见, 扩频通信系统的抗干扰能力有多强。
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2.2 扩频通信系统
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扩频通信工作原理
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扩频通信的工作原理
扩频通信的一般工作原理如图所示。图中, 在发送端输入 的信息先经过信息调制形成数字信号, 然后由扩频码发生器产生的 扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再经 过射频调制, 调制到较高频率上再发送出去。
在接收端收到的宽带射频信号经过射频解调, 恢复到中频, 然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息 解调, 即恢复出原始信息。
优点：
抗干扰，抗噪音，抗多径衰落，具有保密性，功率谱密度低，具有 隐蔽性和低的截获概率，可多址复用和任意选址，
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扩频通信概述
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扩频通信的定义
所谓扩频通信, 即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication), 是一种把信息的频谱展宽之后再进 行传输的技术。频谱的展宽是通过使待传送的信息数 据被数据传输速率高许多倍的伪随机码序列(也称扩 频序列)的调制来实现的, 与所传信息数据无关。 在接 收端则采用相同的扩频码进行相关同步接收、 解扩, 将宽带信号恢复成原来的窄带信号, 从而获得原有数 据信息。 扩频通信与CDMA的关系是: CDMA只能由 扩频技术来实现, 而扩频通信并不意味着CDMA。
由此可见, —般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的 解调。 一次调制为信息调制, 二次调制为扩频调制, 三次调制为射 频调制, 以及相应的信息解调、 解扩和射频解调。与一般通信系统 比较, 扩频通信多了扩频调制和解扩两个部分。
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信号在接收端解扩前后信噪比情况
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扩频通信的分类
•直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum) •跳变频率(Frequency Hopping) •跳变时间(Time Hopping) •各种混合方式
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由以上分析可知, 在接收端的解扩过程中, 由于有用信号 与扩频序列码的相关性, 从而使其由宽带解扩为窄带信号, 而由于干扰信号与扩频序列码的非相关性, 使其由窄带信号 扩展成了宽带信号, 从而使信噪比大大提高, 获得了扩频增 益。
扩频系统中的多址问题的解决也是基于此道理。 由于 每个用户都有惟一的一个码序列, 只有当接收到的信号所包 含的码序列与自身的相同时, 经过解扩才可能出现峰值, 从 而恢复出原始信号。相反地, 如果接收到信号的码序列与自 身的不相同, 经过解扩之后其频谱会变得更宽, 就会把该信 号作为干扰信号来对待, 更不会恢复出其原始信号形式。
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(7) 直接扩展频谱系统适用于数字话音和数据信息的传 输。 这是由于扩频系统本身是数字系统所决定的。
其缺陷在于: (8) 直接序列扩展频谱系统是两个宽带系统, 虽然可与 窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。另外, 对模拟信 源(如话音)需作预先处理(如语音编码)后, 才可接入直扩系 统。
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(5) 直接扩展频谱信号的相关接收具有抗多径效应的 能力。 当直扩伪随机序列的码片宽度(持续时间)小于多径 时延时, 利用相关接收可以消除多径时延的影响, 因而直接 扩展频谱系统具有抗多径干扰的能力。
(6) 利用直接扩展频谱信号可实现精确的测距定位。直 接扩展频谱系统除可进行通信外, 还可利用直接扩展频谱 信号的发送时刻与返回时刻的时间差, 测出目标物的距离。 因此, 在同时具有通信和导航能力的综合信息系统中显示 了直接扩展频谱系统的优势。
信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为
C = WLog2(1+P/N)
其中, C为信道容量(bit/s), W为信道带宽(Hz), P为信号平均功率 (W), N为白噪声平均功率(W)。
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这个公式说明，在给定的信道容量C不变的条件下, 频 带宽度W和信噪比P/N是可以互换的。也就是说可通过增加 频带宽度的方法, 在较低的信噪比(P/N)情况下以相同的信 息率来可靠地传输信息, 甚至是在信号被噪声淹没的情况下, 只要相应的增加信号带宽, 仍然能够保证可靠地通信。
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图为跳频的原理示意图。发端信息码序列与扩频码序 列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。
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(3) 利用直扩伪随机序列码型的正交性, 可构成直接序列扩 展频谱码分多址系统。在这样的码分多址系统中, 每个通信站 址分配一个地址码(一种伪随机序列), 利用地址码的正交性通过 相关接收来识别出来自不同站址的信息。码分多址系统中的用 户是共享频谱资源的。
(4) 直接扩展频谱系统具有抗宽带干扰、抗多频干扰及单 频干扰的能力, 这是因为直接扩展频谱系统具有很高的处理增 益, 对有用信号进行相关接收, 对干扰信号进行频谱扩展, 使其 大部分的干扰功率被接收机中频带通滤波器所滤除。
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直扩系统传输信号频谱变化图
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如图所示, 设原始信号m(t)为图(a)所示的低通信号, 经 过载波调制后, 中心频率变为f0且带宽加倍(如图(b)所示), 再 经过扩频后产生宽带信号s(t)(如图(c)所示), s(t)的带宽取决 于扩频序列信号的带宽, 最后经射频调制, 中心频率被搬移 到fr(如图(d)所示)后发送出去。经信道叠加一个干扰信号, 在接收端获得信号r(t)(如图(e)所示), r(t)经过变频放大, 中心 频率恢复到f0, 再经过解扩后, 有用信号变为窄带信号的同时 干扰信号变成宽带信号(如图(f)所示), 再通过中频滤波器滤 除掉多余的干扰信号, 得到信号y(t), y(t)中的信噪比已经大大 提高(如图(g)所示), 最后经过解调, 还原出原始信号m(t)。
第二章 扩频通信系统
昆明理工大学 彭艺
主要内容
◆ 概述 ◆ 扩频通信系统 ◆ 扩频通信系统的分类 ◆ 直接序列扩频通信系统 ◆ 跳频系统
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2.1 扩频通信概述
扩展频谱的通信（Spread Spectrum communication)
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码（扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编 码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。
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3) (1) 直扩信号的功率谱密度低, 具有隐蔽性和低的截获概率, 因此抗侦察、抗截获的能力强; 另外, 功率污染小, 即对其他系 统引起的电磁环境污染小, 有利于多种系统共存。 (2) 直扩伪随机序列的伪随机性和密钥量使信息具有保密 性, 即系统本身具有加密的能力。因为用伪随机序列对信息比 特流进行扩展频谱, 就相当于对信息的加密; 而所拥有的码型不 同的伪随机序列的数目, 就相当于密钥量。当不知道直扩系统 所采用的码型时, 就无法破译。
Mj=Gp-［(S/N)out+Ls］
其中, Mj为抗干扰容限; Gp为处理增益；(S/N)out为信息数 据被正确解调而要求的最小输出信噪比；Ls为接收系统 的工作损耗。
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扩频通信的性能指标
例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB。要求误码率小于 10-5的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out＜10dB, 系统 工作损耗Ls为3dB,
u(t)进行扩频调制后产生的宽带调制信号, 为了适应信道的
传输特性, s(t)还要与主振荡器产生的载波cos(ωrt+φ)相乘, 得到射频调制信号r(t), r(t)经过信道的噪声叠加后, 到达接收 端。 在接^ 收端首先进行混频放大, 得到中频信号q(t)^, q(t)再 经伪随机序列p(t)的解扩, 得到信号p(t), p(t)通过中频滤波滤