4.5扩频调制技术

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1、§4-5扩频调制技术在移动通信中，带宽是一个非常有限的资源。因此，前面所讲的调制和解调技术的设计思想就是最小化传输带宽。相反，扩频技术使用的带宽比要求的信号带宽大很多，尽管这种方法对单个用户来说，带宽效率很低，但是扩频技术可以让很多个用户在同一频带中通信。扩展频谱（扩频）：用来传输信息的信道带宽远大于信息本身带宽的一种传输方式。使用该扩频技术的系统叫扩频通信系统。一、扩频通信的理论依据根据仙农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式，即仙农公式：C=W×Log2(1+S/N)式中：C--信息的传输速率S-

2、-有用信号功率W--频带宽度N--噪声功率由式中可以看出：为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽W或提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。二、扩频通信的实现——直接序列扩频（DS-SS）根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系统有以下几类：直接

3、序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)、跳变频率扩频(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)、跳变时间扩频(TimeHoppingSpreadSpectrum)和混合扩频。n直扩特点：n设计简单，通常隐蔽性好，抗多径能力强，可精确测量信号到达时间，信号易于产生，易于加密，带宽为1~100MHz，信号包络为常数n处理增益受伪码速率限制，同步要求严格，远近特性不好，捕获时间较长，且随码长的增加而增加，调制多为PSK。n跳频特点：n易获取高处理增益，抗连续波干扰好，远近特性好，

4、快跳可避免转发或干扰，易于捕获；n调制灵活性大，通信带宽宽；n抗脉冲和全频带干扰无防护能力，快跳设备复杂。n跳时特点：n抗脉冲干扰性能好，与TDMA自然衔接，远近特性良好；n对连续波干扰无防护能力，需高峰值功率，需准确的时间同步，设备复杂，信号包络不是常数。以下仅介绍直扩的实现细节。直接序列扩频：通过扩频序列直接与基带脉冲数据相乘来扩展基带数据。即在一个二进制码位的时段内用一组新的多位长的码型予以置换，新码型的码速率远远高出原码的码速率，由傅立叶分析可知新码型的带宽远远高出原码的带宽，从而将信号的带宽进行了扩展。伪随机序列的

5、一个脉冲或符号称为一个“码片”。采用二进制相移调制的DS系统调制器原理图如下图：图4-24二进制相移调制的DS系统调制器原理图i)设基带数据序列m(t)为：m(t)=，式中，an为信息码，取值为±1；Ta为信息码时间间隔。ii)伪随机码产生器产生的伪随机序列为：=式中，cn为伪随机序列码元，取值为±1；Tc为伪随机序列码元时间间隔。通常，伪随机序列码元时间间隔远远小于数据序列码元时间间隔，即Tc﹥﹥Ta。iii)扩展后的序列d(t)为：d(t)=m(t)=，式中：若an=cn，则dn=+1，若ancn，则dn=-1；iv)经

6、过2PSK调制后，输出扩频信号为s(t)=d(t)cosωct=m(t)cosωct，式中,ωc为载波角频率。直接序列扩频系统解调器原理如下图：图4–25直接序列扩频系统解调器原理图中，输入DS-SS信号首先进行2PSK解调，然后与伪随机序列相乘进行解扩。为了正确恢复信号，在接收端产生的伪随机序列必须与即将接收的扩频信号中的伪随机序列同步。设解调器输入为：r(t)=s(t)+n(t)=m(t)cPN(t)cosωct+n(t)；2PSK解调输出为x(t)=；经解扩后输出为:mo(t)=Pcm(t)+no(t)。式中,第一项即

7、是所需要的发送数据。三、系统性能指标★抗干扰性能提升图示如下：图4–26直接序列扩频系统对带内窄带干扰的抑制原理(a)直扩系统原理框图;(b)解扩展后相关器输出可见，解扩后信号带宽减小，功率谱增大，而干扰的功率谱扩展后带宽展宽，功率谱降低。解调器的滤波器将大部分信号频带外的干扰滤除，从而提高直接序列扩频系统的抗干扰能力。其抗干扰性能和扩频信号带宽与信息带宽之比成正比。1）扩频增益扩频系统的抗干扰能力可以用扩频增益(处理增益)来衡量，扩频增益越大，抗带内干扰的能力越强。它是DS系统重要的参数。==其中，为发射扩频信号的带宽；为

8、信息的带宽；Rc为伪随机序列码速；Ra为数据序列码速。由上式可见：扩频增益为扩频的伪随机序列信号与信息数据带宽之比，或为伪随机序列码速Rc与数据序列码速Ra之比。例如，在CDMA系统中，传输的信息码速率为19.2kb/s，扩频码速率为1228.8kb/s，则系统的处理增益为GP=【例4.1