无线电抗干扰通信原理及应用 第3章课件.ppt

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1、第3章扩展频谱通信系统3.1扩展频谱通信概述3.2扩展频谱技术原理3.3扩展频谱系统的同步3.4声表面波器件在扩谱系统中的应用3.1扩展频谱通信概述3.1.1扩展频谱技术的起源及发展扩谱是一种信号带宽大于传送信息带宽的传输方法。信号带宽是受某一独立于传送信息的序列控制的，在接收端采用同步的序列来进行解扩及信息恢复。在扩谱理论刚刚形成时，人们将扩谱定义为“信号带宽远大于传送信息带宽”，但是，随着后来扩谱技术的应用，人们发现，扩谱系统的信号带宽并不一定要远大于所传信息的带宽，甚至在信号带宽只有所传信息带宽的数倍时，仍能够体现扩谱技术的一些特征。因此，这些系统也是扩谱系统。3.1

2、.2扩展频谱通信的理论基础虽然目前人们一般认为扩谱技术的理论基础是香农的信道容量公式，但是扩谱理论实际上是和香农的信息理论几乎在同一时期逐渐发展并建立起来的。香农理论虽然不能直接用到抗干扰研究中，但是它给出的结果确确实实影响了通信工程师们的想法。香农信道容量公式给出了带限加性高斯白噪声(AWGN，AdditiveWhiteGaussianNoise）波形信道的信道容量公式:(3-1-1)其中:为信道的信号噪声功率比，简称信噪比；W为信道带宽；N=N0W，N0是噪声功率谱密度。由式(3-1-1)可知，在信号功率及信道容量不变的情况下，可以通过加大信号带宽来降低系统对信噪比的要

3、求。在这一理论的鼓舞下，无线电工程师学会(IRE,theInstituteofRadioEngineers）在1953年成立了信息理论专业组(PGIT,ProfessionalGrouponInformationTheory），该组的首任三位主席依次是NathanMarchand,W.G.Tuller和LouisdeRosa。Marchand和deRosa这对密友对扩谱系统在那一时期的发展起到了重要的推动作用。目前,在对扩谱通信或CDMA通信的研究中，很多情况下将扩谱伪随机序列称为扩谱向量,即从向量空间的角度来理解扩谱的作用：扩谱相当于将原来在低维向量空间的信号向量（

4、即常规通信信号）用扩谱向量扩展到高维的信号向量空间，而信号承载的信息量不变。也就是说，扩谱是在用一种高维数的向量来传递低维数的信息，因而大大增加了信号的冗余度。利用增加的信号冗余度并结合相关处理，最终可达到抗干扰的目的。3.1.3扩展频谱技术的特点（1）具有低截获概率(LPI,LowProbabilityofIntercept）特性。（2）抗干扰能力强。（3）具有高时间分辨率。（4）具有信息保密性。（5）具有码分多址(CDMA,CodeDivisionMultipleAccess）能力。3.1.4扩展频谱技术的分类人们虽然受到香农公式的启发而开始研究扩谱技术，但是香农公

5、式却没有给出扩谱实现的途径。人们在探索扩谱技术的过程中，逐渐统一了对扩谱调制体制与常规调制体制的认识，目前一般认为它们的区别主要体现在两个方面：（1）扩谱信号的带宽远大于传输信息的带宽。（2）扩谱信号的带宽由特定的扩频函数决定。虽然宽带模拟调频信号的带宽也远大于传输的基带信号带宽，但是，由于其带宽不是由扩频函数决定的，因此不属于扩谱技术。扩展频谱技术至今已经经历了近60年的发展，今天人们仍然在对扩谱技术进行研究。但是扩谱技术的基本种类却没有什么变化，人们普遍将扩谱技术分为以下几种：(1)直接序列(DS,DirectSequence）扩谱。直接序列扩谱一般简称为直扩，是

6、指直接用双极性或多极性的伪随机序列，对已调制或未调制信息的载频进行调制，达到扩展信号频谱目的的扩谱技术。用于直扩的伪随机序列码片速率和扩谱的调制方式决定了直扩系统的信号带宽。(2)跳频(FH,FrequencyHopping）。跳频指采用伪随机序列控制系统发射信号频率，使其按照一定的规律，在给定的频段内周期地跳变。(3)跳时(TH,TimeHopping）。跳时是指采用伪随机序列来控制系统发射信号的有无和持续的时间。在数字通信系统中，采用跳时方式时，由于发射信号的最小切普持续时间小于信息码元周期，因此发射信号的频谱要宽于未跳时的信号频谱，从而达到频谱扩展的目的。但是由于跳

7、时信号是一种低占空比的信号，其抗干扰能力不能和直扩、跳频技术相比，因此单独采用跳时实现扩谱的系统很少。因此,本书在后面介绍扩谱技术时，不再对跳时进行详细介绍。(4)线性调频（Chirp）。线性调频是指周期性地控制信号频率，使之由高到低或由低到高地变化，达到扩展信号频谱宽度的技术。(5)混合体制。所谓的混合体制，是指在一个扩谱系统中采用了两种或两种以上的扩谱技术，以结合各种扩谱技术的优点，达到更好的性能。如美军的JTIDS就是一种FH/DS混合扩谱体制的通信系统。3.2扩展频谱技术原理3.2.1直扩系统（DS-SS