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1、第二章扩频系统的工作原理直接序列（DS）扩频系统（SS）跳频线性跳频扩频系统混合扩频系统2.1直接序列扩频系统直接序列扩频通信系统是目前应用较为广泛的一种扩频系统。对其研究最早，成果较多，如美国的国防卫星通信系统，全球定位系统，航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统等。直扩系统是将要发送的信息用伪随机序列（PN）扩展到一个很宽的频带上，在接收端用与发送端相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。2.1.1直扩系统的组成直扩系统组成原理框图a(t)是信源输出信号，码元持续时间为Ta。c(t)是伪随机码，每一个伪随机码宽度为Tc。将信码与伪随机码进行模2加，产生速率与伪随机
2、码速率相同的扩频序列，再用扩频序列去调制载波，就可以得到已扩频调制的射频信号。在接收端，收到的扩频信号进高放和混频后用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复成信息序列a(t)的频带，即中频信号；然后再进行解调，恢复出所传输的信息a(t),从而完成信息的传输。对于干扰信号和噪声，因与伪随机码序列不相关，在相关解扩的作用下，相当于进行了一次扩频。干扰信号和噪声频带被扩展后，谱密度降低，大大降低了进入信号通频带内的干扰功率，使解调器的输入信噪比和信干比提高，从而提高系统抗干扰能力。PN码就是伪随机码，具有与二元随机序列性质相似的周期性码组。是一种预先确定,并可重复实
3、现的具有某种随机特性的码,它仅有2个电平,是具有与白噪声类似的自相关性质的0和1所构成的编码,只是幅度概率分布不再服从高斯分布。2.1.2直扩系统的信号分析信号源产生的信号a(t)为信息流，码元速率为Ra,码元宽度为Ta，Ta=1/Ra,则信号a(t)为式中an为信息码，以概率P取+1，以1-P取-1。ga(t)为门函数在[0,Ta]上取1，其他取0。伪随机序列产生器产生的伪随机序列它的速率为Rc,切普宽度为Tc,Tc=1/Rc,则cn为伪随机码码元，取值+1或-1；gc(t)为门函数。扩频过程实质上是消息流a(t)与伪随机码序列c(t)模2或相乘的过程。伪随机码速率Rc比信息速率Ra大得多，
4、一般Rc/Ra>>1且为整数，所以扩频后的序列速率仍为伪随机码速率Rc,扩展的序列d(t)为用此扩展后的序列去调制载波，将信号搬到载频上去。用于直扩系统的调制，原则上大多数数字调制方式均可，但应视具体情况，根据系统的性能要求来确定，较多的用BPSK,MSK,QPSK,TFM等。先对PSK进行分析，用一般的平衡解调器就可以完成PSK调制。调制后的信号s(t)为ω0是载波频率接收端天线上感应的信号经过高放和混频得到以下几部分信号:有用信号SI(t)、信道噪声nI(t)、干扰信号JI(t)和其他网的扩频信号SJ(t)等，即收到的信号（经混频）后为rI(t)=SI(t)+JI(t)+nI(t)+SJ(
5、t)接收端的伪随机码产生器产生的伪随机序列与发送端的相同，但起始时间和初始相位可能不同，为c'(t)。解扩与扩频过程相同，用本地伪随机码序列c'(t)与接收到的信号相乘，相乘后为r'I(t)=rI(t)c'(t)=s'I(t)+n'I(t)+J'I(t)+s'J(t)先看信号s'I(t),则若本地产生的伪随机码序列c'(t)与发端产生的c(t)同步，有c'(t)=c(t)，则c(t)c'(t)=1，这样分量s'I(t)为后面所接收的滤波器的频带正好能让信号通过，因此可以进入解调器进行解调，将有用信号解调出来。扩频系统的波形示意图如图2-2所示：图2-2下面分析直扩信号的功率谱。发送端发送的信号
6、s(t)为分析方法是求出s(t)的自相关函数再进行傅里叶变换，就可得到s(t)的功率谱密度Gs(f)。对s(t)求自相关函数有由于a(t)和c(t)是由两个不同的信号源产生的，因而是相互独立的，则式中a(t)和c(t)的自相关函数分别为c(t)为长度是N的周期性伪随机序列，故自相关函数也是周期为N的周期性函数，为其波形如图2-3所示：图2-3的波形图对进行傅里叶变换，得到c(t)的功率谱密度为功率谱如图图2-4(a)为c(t)的功率谱，(b)为s(t)的功率谱2.1.3处理增益与干扰容限1.处理增益在扩频系统中,传输信号在扩频和解扩的处理过程中,扩展频谱系统的抗干扰性能得到提高,这种扩频处理得
7、到的好处,就称之为扩频系统的处理增益,其定义为接收相关处理器输出与输入信噪比的比值,即处理增益与干扰容限是扩频系统的两个重要抗干扰指标下面分别讨论。一般用分贝表示,为对于直扩系统，解扩器的输出信号功率不变，但对于干扰信号而言，由于解扩过程相当于干扰信号的扩展过程，干扰功率被分散到很宽的频带上，进入解调器输入端的干扰功率相对于解扩器输入端下降很大，即干扰功率在解扩前后发生了变化，因此对于直扩系统处理
