编码与调制——第3章 扩频调制通信系统.pdf

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1、第三章扩频调制通信系统3.1扩频通信系统概况3.2扩频通信系统3.3扩频系统的伪随机码序列3.4直接序列扩频系统的同步原理13.1扩频通信系统概况1、扩频系统的定义所谓扩展频谱通信,可简单表述如下:“扩展频谱通信技术是一种信息传输方式。在发送端,将待传输信息的频谱用某个特定的扩频码通过调制的方法去扩展成为宽频带信号,即使其信号所占用的频带宽度远远大于所传信息必需的带宽;在接收端使用完全相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传的信息数据”。从这一定义中可看出其包含三方面的含义信号的频谱得到了展宽采用扩频码序列调制的方式来展宽信号的频谱

2、在接收端用相关解调来解扩23.1扩频通信系统概况2、扩频通信的理论基础扩频系统可带来一系列的好处:例如具有很强的抗人为干扰、窄带干扰、多径干扰的能力、信息隐蔽通信的能力等等。以上这些优点我们可以用“信息论”和“抗干扰理论”的基本观点来加以简单说明shannon公式CWlog(1SN/)2其中:C为信道容量,W为信道带宽,S信号平均功率,N噪声平均功率上式表明:在高斯白噪声信道中,在给定信号平均功率S和白噪声功率N,即信号噪声功率比S/N给定,则只要采用某种编码系统,我们就能以任意小的差错概率,以接近于的传输速率来传送信息。33.

3、1扩频通信系统概况此公式暗示出:在给定的传输速率C不变的条件下,传输信号频带宽度W和信号噪声功率比S/N是可以互换的,即通过增加频带宽度的方法,就可以在较低的信噪比情况下用相同的信息率以任意小的差错概率来传输信息。且频谱被扩展得越宽,系统的抗干扰性能就越强,甚至于可在信号被噪声淹没的情况下保持可靠的通信柯捷尔尼可夫在其“潜在抗干扰性理论”中得到关于“信息传输差错概率”的公式:Pf(E)en043.1扩频通信系统概况3、扩频通信的性能指标处理增益,定义为扩频信号带宽与信息带宽之比,即WGpB工程上常用分贝(dB)表示,即:[G]10l

4、g(W)pB抗干扰容限,“抗干扰容限”是指在保证系统正常工作条件(保证输出端一定的信噪比)下,接收机输入端能承受的干扰信号比有用信号高处的分贝数。其数学表达式为:MG[L(S)]jpsN053.1扩频通信系统概况其中:Ls为系统损耗,Gp为处理增益,Mj抗干扰容限,(S/N)为输出端信噪比。063.1扩频通信系统概况4扩频通信的主要特点抗干扰性强隐蔽性好可实现码分多址抗多径干扰精确地定时和测距73.1扩频通信系统概况5、扩频通信的基本工作原理和分类扩频通信的一般工作原理如图3-1所示。在发端输入的信息先经信息调制形成

5、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。展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号,首先变频至中频,然后由本地产生的与发端完全相同的扩频码序列去解扩。再经信息解调,恢复成原始信息输出。图3-1扩频通信工作原理83.1扩频通信系统概况根据频谱扩展的方式不同,扩频通信系统可分为:直接序列扩频,记为DS-SS(DirectSequenceSpreadSpectrum)跳频,记为FH(FrequencyHopping)跳时,记为TH(TimeHopping)线性调频,记为Chirp除

6、了上面四种基本方式之外,还可将这些扩频方式组合起来,构成各种混合方式,如DS/FH、DS/TH、DS/FH/TH等等。一般说来,采用混合方式看起来在技术上要复杂一些,实现起来也要困难一些。但是,不同方式结合起来能得到只用其中一种方式得不到的一些优良特性。9第三章扩频调制通信系统3.1扩频通信系统概况3.2扩频通信系统3.3扩频系统的伪随机码序列3.4直接序列扩频系统的同步原理103.2.1直接序列扩频系统直接序列(DS)扩频系统,又称为伪噪声(PN:Pseudo-Noise)系统,简称直扩系统,是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。人们最

7、早研究直扩技术,如全球定位系统(GPS)、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统、民用移动通信(IS-95)系统等等都是利用的直接序列扩频技术。113.2.1直接序列扩频系统1、直扩系统的组成与原理数字信号波形与频谱的关系,在扩频通信中,最常用的是周期性矩形脉冲序列,现在就以矩形脉冲序列为例来说明它们之间的关系。图3-3为一周期性矩形脉冲序列g(t)的波形及其频谱函数G(f)图3-3周期性矩形脉冲序列的波形及其频谱123.2.1直接序列扩频系统为了扩展信号的频谱,可以采用很窄的脉冲码序列去调制某一载波,得到一个很宽的双边带直扩信号;且采

8、用的脉冲越窄,扩展的频谱越宽;直扩系统正是应用了这一原理来展宽信号频谱的。此外,如果信号总能量保持不变,则频谱展宽后各频谱成分的幅度就会下降,换句话说,信号的功率谱密度降低。这就

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