第2章 寬帶無線通信技術基礎

1、1主要內(nèi)容主要內(nèi)容:2.1 數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標2.2 傳輸信道概述傳輸信道概述2.3 通信協(xié)議和協(xié)議分層結構通信協(xié)議和協(xié)議分層結構2.4 寬帶無線通信物理層關鍵技術寬帶無線通信物理層關鍵技術 2.4.1 擴頻技術擴頻技術 2.4.2 OFDM技術技術 2 一般一個數(shù)字通信系統(tǒng)有如下技術一般一個數(shù)字通信系統(tǒng)有如下技術指標：指標： 有效性有效性 可靠性可靠性 適應性適應性 標準性標準性 維護性維護性 工藝性工藝性 經(jīng)濟性經(jīng)濟性3有效性和可靠性是數(shù)字通信系統(tǒng)最有效性和可靠性是數(shù)字通信系統(tǒng)最主要的兩方面性能指標。主要的兩方面性能指標。有效性：傳輸速率（有效性：傳輸速率（R

2、B、Rb、碼組、碼組速率、幀速率等）、頻帶利用率速率、幀速率等）、頻帶利用率B 。可靠性：差錯率（可靠性：差錯率（Pe、Pb 、Pg）、）、可靠度?？煽慷?。42.1.1 傳輸速率傳輸速率 1碼元傳輸速率（碼元傳輸速率（RB） 通常也叫碼元速率、數(shù)碼率、傳碼通常也叫碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、碼率、波形速率或調(diào)制速率。指單率、碼率、波形速率或調(diào)制速率。指單位時間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目。位時間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目。RB= 1/TbTb單位為秒（單位為秒（s）, RB單位為單位為波特（波特（B或或Baud）。）。52數(shù)據(jù)信息速率（數(shù)據(jù)信息速率（Rb） 通常也叫信息速率、傳信率、比特通常也叫信息速率、傳信率、比特

3、率等。指單位時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的信息量率等。指單位時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的信息量 , ,單位為比特單位為比特/秒（秒（bit/s、b/s或或bps）。）。對于對于M進制，每個符號等概出現(xiàn)的進制，每個符號等概出現(xiàn)的消息，則每個符號的信息量消息，則每個符號的信息量I為：為： I = log2M ( (bit) )63RB與與Rb的關系的關系 Rb = RBlog2MM為多進制，為多進制，M=2時二者相等。時二者相等。72.1.2 頻帶利用率頻帶利用率 頻帶利用率（傳輸效率）用來描述頻帶利用率（傳輸效率）用來描述系統(tǒng)傳輸速率與系統(tǒng)傳輸帶寬之間的關系統(tǒng)傳輸速率與系統(tǒng)傳輸帶寬之間的關系。表示單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔?/p>

4、速系。表示單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⑺俾?。率。BRRbB）（系統(tǒng)頻帶寬度系統(tǒng)傳輸速率單位是波特赫（單位是波特赫（BHz）或比特）或比特秒秒-1赫（赫（bit s -1Hz）。）。82.1.3 差錯率差錯率 表示在單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時表示在單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)時出現(xiàn)錯誤的概率。出現(xiàn)錯誤的概率。系統(tǒng)傳輸碼元的總數(shù)系統(tǒng)傳輸碼元的總數(shù)出錯的碼元數(shù)出錯的碼元數(shù)eP1誤碼率（碼元差錯率）誤碼率（碼元差錯率）9比比特特數(shù)數(shù)）系系統(tǒng)統(tǒng)傳傳輸輸?shù)牡目偪傂判畔⑾⒘苛浚ǎ┏龀鲥e錯的的信信息息量量（比比特特數(shù)數(shù)bP2誤信率（誤比特率）誤信率（誤比特率）系系統(tǒng)統(tǒng)傳傳輸輸?shù)牡目偪偞a碼組組數(shù)數(shù)出出錯錯的的碼碼組組數(shù)數(shù)g

5、P3誤組率誤組率10例：某數(shù)字通信系統(tǒng)采用例：某數(shù)字通信系統(tǒng)采用4電平調(diào)制，碼電平調(diào)制，碼元傳輸速率為元傳輸速率為1200波特，波特， 在半小時內(nèi)共在半小時內(nèi)共收到收到54bit錯誤信息，錯誤信息， 請計算系統(tǒng)的誤信請計算系統(tǒng)的誤信率。率。解：解：比比特特數(shù)數(shù)）系系統(tǒng)統(tǒng)傳傳輸輸?shù)牡目偪傂判畔⑾⒘苛浚ǎ┏龀鲥e錯的的信信息息量量（比比特特數(shù)數(shù)bP= 54/( (1200log243060) )= 1.25e-5112.1.4 可靠度可靠度 是一個比較綜合的可靠性指標，它是一個比較綜合的可靠性指標，它反映了系統(tǒng)的總體性能。反映了系統(tǒng)的總體性能。 影響因素如影響因素如MTBF、信道質(zhì)量、操作維護水平等

6、。、信道質(zhì)量、操作維護水平等。%100系統(tǒng)工作總時間系統(tǒng)工作總時間系統(tǒng)正常工作時間系統(tǒng)正常工作時間可靠度可靠度122.2.1 信道信道的概念的概念13 信道是組成通信系統(tǒng)的三大部分之信道是組成通信系統(tǒng)的三大部分之一，信道的特性直接影響著通信的質(zhì)量。一，信道的特性直接影響著通信的質(zhì)量。信道是指以傳輸媒介為基礎的信號信道是指以傳輸媒介為基礎的信號通路，它是傳輸數(shù)據(jù)的物理基礎。信道通路，它是傳輸數(shù)據(jù)的物理基礎。信道的作用就是為了傳輸信號。（通信的目的作用就是為了傳輸信號。（通信的目的是為了傳輸數(shù)據(jù)）的是為了傳輸數(shù)據(jù)）142.2.2 信道信道的分類的分類1按范圍分類按范圍分類 通常指具體的傳輸媒介，能

7、夠傳輸通常指具體的傳輸媒介，能夠傳輸信號的任何抽象的或具體的通路，如：信號的任何抽象的或具體的通路，如：電話線、同軸電纜、光纖、微波、短波電話線、同軸電纜、光纖、微波、短波等。等。15 包含傳輸媒介和完成各種形式的信包含傳輸媒介和完成各種形式的信號變換功能的設備。如：調(diào)制信道、編號變換功能的設備。如：調(diào)制信道、編碼信道、數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)電路等。碼信道、數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)電路等。162按傳輸?shù)男盘栴愋头诸惏磦鬏數(shù)男盘栴愋头诸?傳輸?shù)氖窃诜群蜁r間上都連續(xù)變傳輸?shù)氖窃诜群蜁r間上都連續(xù)變化的模擬信號?；哪M信號。 是指在信道上只能傳輸數(shù)字信號的是指在信道上只能傳輸數(shù)字信號的信道。利用模擬通道也可以構成

8、數(shù)字信信道。利用模擬通道也可以構成數(shù)字信道。道。173按信道的使用方式分類按信道的使用方式分類 指指兩點或多點之間的線路（信號通兩點或多點之間的線路（信號通路）是固定不變的，通常是用戶自己架路）是固定不變的，通常是用戶自己架設或?qū)ｉT租用的專用線路或固定路由的設或?qū)ｉT租用的專用線路或固定路由的專用通路，如租用的光纖鏈路等。專用通路，如租用的光纖鏈路等。 是指是指通過公用交換網(wǎng)絡，為廣大用通過公用交換網(wǎng)絡，為廣大用戶（任何用戶）提供服務的信道，如公戶（任何用戶）提供服務的信道，如公用電話網(wǎng)、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)等。用電話網(wǎng)、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)等。184按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸媒質(zhì)分類 是指能夠看得見、摸得著的信號線是指

9、能夠看得見、摸得著的信號線路路。有線信道常見介質(zhì)：雙絞線、同軸。有線信道常見介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖。電纜、光纖。 是指以自由空間為傳輸媒介的信道是指以自由空間為傳輸媒介的信道，也就是看不見、摸不著的那類信道。，也就是看不見、摸不著的那類信道。無線信道常見介質(zhì)：中波信道、短波信無線信道常見介質(zhì)：中波信道、短波信道、微波信道、衛(wèi)星信道。道、微波信道、衛(wèi)星信道。195根據(jù)傳輸序列出錯的關系分類根據(jù)傳輸序列出錯的關系分類 指每個碼元發(fā)生錯誤是與其前后指每個碼元發(fā)生錯誤是與其前后碼元之間有一定的關系碼元之間有一定的關系。 是指當前碼元的差錯與其他碼元是指當前碼元的差錯與其他碼元無關系。無關系。理想

10、的數(shù)字信道是無記憶信理想的數(shù)字信道是無記憶信道。道。 202.2.3 信道信道容量容量 信道容量（信道容量（Channel Capacity）是）是指通信系統(tǒng)的最大傳輸速率，也就是指指通信系統(tǒng)的最大傳輸速率，也就是指信道的極限傳輸能力。信道的極限傳輸能力。 信道容量信道容量可通過可通過Shannon 公式（模公式（模擬信道）和擬信道）和Nyquist準則（數(shù)字信道）準則（數(shù)字信道）來獲得。來獲得。 211模擬信道的信道容量模擬信道的信道容量 模擬信道的信道容量可通過香農(nóng)模擬信道的信道容量可通過香農(nóng)（Shannon）公式來獲得。）公式來獲得。 在加性高斯白噪聲信道中，傳輸功在加性高斯白噪聲信道中

11、，傳輸功率受限的信號，信道極限傳輸速率（信率受限的信號，信道極限傳輸速率（信道容量）道容量）C為：為： C = B log2( (1+S/N) ) （bit/s） 式中，式中，B為信道帶寬為信道帶寬, ,單位為單位為Hz；S/N是平均信號噪聲功率比（信噪比），是平均信號噪聲功率比（信噪比），通常使用通常使用dB作為單位：作為單位：10lg( (S/N) )。22得出的幾個結論：得出的幾個結論： 給定給定B、S/N，高斯白躁聲信道能夠保，高斯白躁聲信道能夠保證無差錯傳輸?shù)臉O限傳輸速率為證無差錯傳輸?shù)臉O限傳輸速率為C； RC，則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸；，則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸； 通過通過B、S/N互

12、換，可以保持互換，可以保持C不變；不變； N= n0B，S、n0一定時，一定時，B C。0/020022)/1 (log)/1 (log)/1 (lognSBBBnSnSBnSNSBC020/020/44. 1log)/1 (limloglim0nSenSBnSnSCnSBBB23 香農(nóng)公式是利用信息論得出的，具有香農(nóng)公式是利用信息論得出的，具有普遍意義；與信號電平級數(shù)、采樣速度普遍意義；與信號電平級數(shù)、采樣速度無關；此式僅是上限，難以達到。無關；此式僅是上限，難以達到。信道容量的意義：信道容量的意義：當傳輸速率不大于信道容量時，總當傳輸速率不大于信道容量時，總可以找到一種方法，實現(xiàn)無差錯的傳

13、輸。可以找到一種方法，實現(xiàn)無差錯的傳輸。但如果想要達到的傳輸速率大于信道容但如果想要達到的傳輸速率大于信道容量，則無論用什么方法，都不可能實現(xiàn)量，則無論用什么方法，都不可能實現(xiàn)無差錯傳輸。無差錯傳輸。241948年年6月到月到10月，香農(nóng)在月，香農(nóng)在貝爾貝爾系統(tǒng)技術雜志系統(tǒng)技術雜志上連載發(fā)表了上連載發(fā)表了通通信的數(shù)學原理信的數(shù)學原理。1949年，香農(nóng)年，香農(nóng)又在該雜志上發(fā)表了又在該雜志上發(fā)表了噪聲下的通噪聲下的通信信。這兩篇論文為信息論奠定了。這兩篇論文為信息論奠定了基礎?；A。人們通常將香農(nóng)于人們通常將香農(nóng)于1948年年10月發(fā)月發(fā)表的論文表的論文通信的數(shù)學原理通信的數(shù)學原理作為作為現(xiàn)代信息

14、論研究的開端?，F(xiàn)代信息論研究的開端。由于在信息科學領域的卓越貢獻，由于在信息科學領域的卓越貢獻，香農(nóng)被稱為香農(nóng)被稱為 “信息論之父信息論之父”?？藙诘驴藙诘? 艾爾伍德艾爾伍德. 香農(nóng)香農(nóng)(Claude Elwood Shannon 19162001）25例：已知數(shù)據(jù)傳輸信道，信噪比為例：已知數(shù)據(jù)傳輸信道，信噪比為30dB，帶寬為帶寬為3kHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。率。解：解： 10lg( (S/N) ) = 30 S/N = 1030/10 = 1000 C = B log2( (1+S/N) ) = 3klog2( (1+1000) )30k bps 。262

15、數(shù)字信道的信道容量數(shù)字信道的信道容量 1924年，奈奎斯特（年，奈奎斯特（H. Nyquist）推）推導出無噪聲、對稱無記憶、有限帶寬數(shù)字導出無噪聲、對稱無記憶、有限帶寬數(shù)字信道（理想信道）的最高傳輸率（信道容信道（理想信道）的最高傳輸率（信道容量）公式（奈奎斯特準則）：量）公式（奈奎斯特準則）： C = 2B log2 L （bit/s） 式中，式中，B為信道帶寬為信道帶寬,單位為單位為Hz； L為傳為傳輸采用的進制數(shù)輸采用的進制數(shù)。 奈奎斯特準則是理想的最大值，實際奈奎斯特準則是理想的最大值，實際系統(tǒng)無法超越。系統(tǒng)無法超越。27例：普通電話線路帶寬約例：普通電話線路帶寬約3kHz，請計算其

16、，請計算其傳輸二進制碼元速率極限值；若碼元采傳輸二進制碼元速率極限值；若碼元采用用16QAM調(diào)制，計算其最大信息傳輸速調(diào)制，計算其最大信息傳輸速率。率。解：解：C1 = 2B log2 L = 23k log2 2 = 6k ( (bps) ) 。 C2 = 2B log2 L = 23k log2 16 = 24k ( (bps) ) 。28 對于帶寬為對于帶寬為3KHz的信道，若有的信道，若有8種不種不同的物理狀態(tài)來表示數(shù)據(jù)（例如同的物理狀態(tài)來表示數(shù)據(jù)（例如8QPSK調(diào)制方式），信噪比為調(diào)制方式），信噪比為20dB，問：結合，問：結合Nyquist定理和定理和Shannon定理計算最大定理

17、計算最大限制的數(shù)據(jù)速率是多少？限制的數(shù)據(jù)速率是多少？作業(yè)作業(yè) 291協(xié)議的概念協(xié)議的概念2.3.1 通信通信協(xié)議的一般概念協(xié)議的一般概念 協(xié)議是網(wǎng)絡內(nèi)使用的協(xié)議是網(wǎng)絡內(nèi)使用的“語言語言”，用，用來協(xié)調(diào)網(wǎng)絡的運行，以達到互通、互控來協(xié)調(diào)網(wǎng)絡的運行，以達到互通、互控和互換的目的，是通信網(wǎng)絡中不可缺少和互換的目的，是通信網(wǎng)絡中不可缺少的重要組成部分。的重要組成部分。 我們把通信雙方必須遵守的規(guī)則和我們把通信雙方必須遵守的規(guī)則和約定的集合稱為通信協(xié)議或通信規(guī)程。約定的集合稱為通信協(xié)議或通信規(guī)程。 302通信協(xié)議的三大要素通信協(xié)議的三大要素 規(guī)定通信的雙方以什么方式交流數(shù)規(guī)定通信的雙方以什么方式交流數(shù)據(jù)

18、信息，即確定數(shù)據(jù)與控制信息的結構據(jù)信息，即確定數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式，也即或格式，也即“如何講如何講”。Data formats：數(shù)據(jù)格式：數(shù)據(jù)格式Signal levels：信號電平：信號電平31 規(guī)定通信的雙方要交流哪些數(shù)據(jù)信規(guī)定通信的雙方要交流哪些數(shù)據(jù)信息，即確定需要發(fā)出何種控制信息、完息，即確定需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作、返回什么應答等，也即成何種動作、返回什么應答等，也即“講什么講什么” 。 Control information：控制信息：控制信息Error handling：差錯控制：差錯控制32 規(guī)定事件執(zhí)行的順序，即確定通信規(guī)定事件執(zhí)行的順序，即確定通信過程中通信

19、的狀態(tài)變化，也即過程中通信的狀態(tài)變化，也即“何時講何時講”和和“何時答何時答”。 Speed matching：速度匹配：速度匹配Sequencing：邏輯順序：邏輯順序33!#$%&*請講國語請講國語？語言不通無法溝通語言不通無法溝通!#$%&*因為缺乏語法定義因為缺乏語法定義沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式?jīng)]有統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式無法通信無法通信通信失敗通信失敗!#$%&*請講國語請講國語您好！您好！不能切入正題不能切入正題您好！您好！因為缺乏語義定義因為缺乏語義定義不知道要通什么內(nèi)不知道要通什么內(nèi)容，無法通信容，無法通信通信失敗通信失敗您好！您好！無聊！無聊！!#$%&*請講國語

20、請講國語等待超時等待超時人怎么走了？莫名其妙人怎么走了？莫名其妙因為缺乏定時關系因為缺乏定時關系可能導致超時或者可能導致超時或者進入死循環(huán)進入死循環(huán)通信失敗通信失敗34DispatcherMS2TSC環(huán)境偵聽服務MS1超時失敗11alt111alt11MSC Ambient_Listening_ServiceALS_Connected(Saddr=DISP, Taddr=MS2)ALS_REQ(Saddr=DISP, Taddr=MS2)P_PendingP_PendingP_PendingP_PendingC_ACKU(Reason=Message Accepted)C_AHOY(ALS)(

21、Saddr=DISP, Taddr=MS2)C_AHOY(ALS)(Saddr=MS1, Taddr=MS2)TV_GRANT(Saddr=DISP, Taddr=MS2)TV_GRANT(Saddr=MS1, Taddr=MS2)TV_GRANT(Saddr=MS1, Taddr=MS2)C_RAND(ALS)(Saddr=MS1, Taddr=MS2)35 通信協(xié)議是一個復雜而龐大的通信規(guī)通信協(xié)議是一個復雜而龐大的通信規(guī)則的集合，它主要完成以下功能。則的集合，它主要完成以下功能。 應規(guī)定的內(nèi)容包括信息傳送的格式、應規(guī)定的內(nèi)容包括信息傳送的格式、接口標準以及啟動控制、超時控制等功能。接口標準

22、以及啟動控制、超時控制等功能。 應使終端輸出的數(shù)據(jù)具有一定的差錯應使終端輸出的數(shù)據(jù)具有一定的差錯控制功能，目的終端根據(jù)收到的數(shù)據(jù)可進控制功能，目的終端根據(jù)收到的數(shù)據(jù)可進行相應的檢錯或糾錯操作。行相應的檢錯或糾錯操作。3協(xié)議的功能協(xié)議的功能36 對發(fā)送的信息進行編號，以免重復接對發(fā)送的信息進行編號，以免重復接收或者丟失。收或者丟失。 對傳輸?shù)男畔o限制，對傳輸?shù)男畔o限制，也即應采取必也即應采取必要的措施，保證所傳送的數(shù)據(jù)信息為隨機要的措施，保證所傳送的數(shù)據(jù)信息為隨機的比特序列。的比特序列。 控制鏈路的控制鏈路的建立和拆除建立和拆除，顯示設備的，顯示設備的工作狀態(tài)等。工作狀態(tài)等。37 為了避免鏈

23、路阻塞，應能調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)鏈為了避免鏈路阻塞，應能調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)鏈路的信息流量，能夠決定暫?；蚶^續(xù)接受路的信息流量，能夠決定暫停或繼續(xù)接受信息。信息。 確定信息報文通過多個節(jié)點和鏈路到確定信息報文通過多個節(jié)點和鏈路到達目的節(jié)點的傳播路徑和最優(yōu)的路徑選擇達目的節(jié)點的傳播路徑和最優(yōu)的路徑選擇策略。策略。 包括信息的處理、信息安全和保密、包括信息的處理、信息安全和保密、應用服務等內(nèi)容。應用服務等內(nèi)容。382.3.2 通信通信協(xié)議的分層協(xié)議的分層 分層帶來的好處：各層相互獨立，所分層帶來的好處：各層相互獨立，所需知道的僅是層間接口所提供的服務；靈需知道的僅是層間接口所提供的服務；靈活性好，當任何一層發(fā)生變化時，只

24、要接活性好，當任何一層發(fā)生變化時，只要接口關系保持不變，則相鄰的層均不受影響，口關系保持不變，則相鄰的層均不受影響，且層內(nèi)提供的服務可修改，如提供的服務且層內(nèi)提供的服務可修改，如提供的服務不再需要時，可將該層取消；結構上獨立，不再需要時，可將該層取消；結構上獨立，各層都可以選擇最適合的技術來實現(xiàn)；便各層都可以選擇最適合的技術來實現(xiàn)；便于實現(xiàn)和維護；促進標準化工作。于實現(xiàn)和維護；促進標準化工作。391通信協(xié)議的分層原則通信協(xié)議的分層原則 各層協(xié)議之間有一定的主從順序，較各層協(xié)議之間有一定的主從順序，較低層為較高層提供服務。低層為較高層提供服務。 每層應實現(xiàn)定義明確的功能，即應根每層應實現(xiàn)定義明確

25、的功能，即應根據(jù)功能進行分層。據(jù)功能進行分層。40 各層功能的選擇應有助于國際標準化各層功能的選擇應有助于國際標準化協(xié)議。協(xié)議。 層次界面的選擇應盡量減少跨過接口層次界面的選擇應盡量減少跨過接口的信息量，主要目的是提高通信效率。的信息量，主要目的是提高通信效率。41 層次之間的獨立性，有利于開發(fā)工作層次之間的獨立性，有利于開發(fā)工作的規(guī)范化和嚴謹性的規(guī)范化和嚴謹性。 層次過少會使每層協(xié)議變得復雜，層層次過少會使每層協(xié)議變得復雜，層次過多會增加通信處理的開銷，降低通信次過多會增加通信處理的開銷，降低通信效率。效率。422OSI參考模型及各層功能參考模型及各層功能 OSI （Open System

26、Interconnection）是）是ISO ( (International Standard Organization) )提出的的開放系提出的的開放系統(tǒng)互連參考模型。所謂開放性，是強調(diào)只統(tǒng)互連參考模型。所謂開放性，是強調(diào)只要遵循對要遵循對OSI標準的系統(tǒng)就可以實現(xiàn)互相標準的系統(tǒng)就可以實現(xiàn)互相通信。通信。 OSI模型采用了層次化結構的構造技模型采用了層次化結構的構造技術，自下而上分成術，自下而上分成7層，每層都由較低層層，每層都由較低層提供有意義的服務，同時又為較高層提供提供有意義的服務，同時又為較高層提供所定義的服務，高層依靠低層交換數(shù)據(jù)。所定義的服務，高層依靠低層交換數(shù)據(jù)。4344 物

27、理層是物理層是OSI參考模型的最低層，它利參考模型的最低層，它利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。為用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。為此，該層定義了物理鏈路的建立、維護和拆此，該層定義了物理鏈路的建立、維護和拆除有關的機械、電氣、功能和規(guī)程特性。包除有關的機械、電氣、功能和規(guī)程特性。包括信號線的功能、括信號線的功能、“0”和和“1”信號的電平信號的電平表示、表示、數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率、物理連接器規(guī)格及其、物理連接器規(guī)格及其相關的屬性等。物理層的作用是通過傳輸介相關的屬性等。物理層的作用是通過傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收二進制比特流。質(zhì)發(fā)送和接收二進制比特流。 45 數(shù)據(jù)鏈路層是為網(wǎng)絡層提供服務

28、的，是數(shù)據(jù)鏈路層是為網(wǎng)絡層提供服務的，是在物理層提供的比特服務基礎上，用以建立在物理層提供的比特服務基礎上，用以建立相鄰結點之間的數(shù)據(jù)鏈路，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)相鄰結點之間的數(shù)據(jù)鏈路，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)幀。該層的主要作用是通過校單元稱為數(shù)據(jù)幀。該層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物驗、確認和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路轉(zhuǎn)換成對網(wǎng)絡層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈理鏈路轉(zhuǎn)換成對網(wǎng)絡層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。此外，數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的路。此外，數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進行數(shù)據(jù)傳輸速率，即進行流量控制流量控制，以防止接，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高

29、速數(shù)據(jù)而導收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導致緩沖器溢出及線路阻塞等致緩沖器溢出及線路阻塞等 。 46 網(wǎng)絡層是為運輸層提供服務的，傳送的網(wǎng)絡層是為運輸層提供服務的，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)包或分組。該層的主協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)包或分組。該層的主要作用是解決如何使數(shù)據(jù)包通過各結點傳送要作用是解決如何使數(shù)據(jù)包通過各結點傳送的問題，即通過路徑選擇算法（路由）將數(shù)的問題，即通過路徑選擇算法（路由）將數(shù)據(jù)包送到目的地。另外，為避免通信子網(wǎng)中據(jù)包送到目的地。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)包而造成網(wǎng)絡阻塞，需要對出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)包而造成網(wǎng)絡阻塞，需要對流入的數(shù)據(jù)包數(shù)量進行控制（擁塞控制）。流入的

30、數(shù)據(jù)包數(shù)量進行控制（擁塞控制）。當數(shù)據(jù)包要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達目的當數(shù)據(jù)包要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達目的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題 。 47 運輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到運輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明的數(shù)據(jù)傳輸服務，包括處端的可靠和透明的數(shù)據(jù)傳輸服務，包括處理差錯控制和流量控制等問題。該層向高理差錯控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，使高層用層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細節(jié)，使高層用戶看到的只是在兩個傳輸實體間的一條主戶看到的只是在兩個傳輸實體間的一條主機到主機的、可由用戶控制和設定的、可機到主機的、可由用戶控制和設定的、可

31、靠的數(shù)據(jù)通路。運輸層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單靠的數(shù)據(jù)通路。運輸層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為段或報文。元稱為段或報文。 48 會話層主要功能是管理和協(xié)調(diào)不同主會話層主要功能是管理和協(xié)調(diào)不同主機上各種進程之間的通信（對話），即負機上各種進程之間的通信（對話），即負責建立、管理和終止責建立、管理和終止應用程序應用程序之間的會話。之間的會話。會話層得名的原因是它很類似于兩個實體會話層得名的原因是它很類似于兩個實體間的會話概念間的會話概念 。 49 表示層處理流經(jīng)結點的數(shù)據(jù)編碼的表表示層處理流經(jīng)結點的數(shù)據(jù)編碼的表示方式問題，以保證一個系統(tǒng)應用層發(fā)出示方式問題，以保證一個系統(tǒng)應用層發(fā)出的信息可被另一系統(tǒng)的應用層讀出。

32、如果的信息可被另一系統(tǒng)的應用層讀出。如果必要，該層可提供一種標準表示形式，用必要，該層可提供一種標準表示形式，用于將計算機內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)表示格式轉(zhuǎn)換于將計算機內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)表示格式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡通信中采用的標準表示形式。數(shù)據(jù)成網(wǎng)絡通信中采用的標準表示形式。數(shù)據(jù)壓縮和加密也是表示層可提供的轉(zhuǎn)換功能壓縮和加密也是表示層可提供的轉(zhuǎn)換功能之一之一 。 50 會話層應用層是會話層應用層是OSI參考模型的最高參考模型的最高層，是用戶與網(wǎng)絡的接口。該層通過應用層，是用戶與網(wǎng)絡的接口。該層通過應用程序來完成網(wǎng)絡用戶的應用需求，如程序來完成網(wǎng)絡用戶的應用需求，如文件文件傳輸傳輸、收發(fā)電子郵件等、收發(fā)電子郵件等 。

33、51 OSI模型的模型的7層協(xié)議中，層協(xié)議中，13主要是主要是完成數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸，稱之為網(wǎng)絡低完成數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸，稱之為網(wǎng)絡低層（通信層），即通信子網(wǎng)，層（通信層），即通信子網(wǎng)，57層主要層主要是完成信息處理服務的功能，稱之為網(wǎng)絡是完成信息處理服務的功能，稱之為網(wǎng)絡高層，低層與高層之間由第高層，低層與高層之間由第4層銜接。層銜接。 上面上面4層也稱為用戶層。層也稱為用戶層。523通過網(wǎng)絡的通過網(wǎng)絡的OSI模型模型-電路交換方式電路交換方式 在呼叫建立階段，交換機下三層要參在呼叫建立階段，交換機下三層要參與呼叫建立過程。與呼叫建立過程。53 在在數(shù)據(jù)傳輸階段，網(wǎng)絡層和鏈路層已數(shù)據(jù)傳輸階段

34、，網(wǎng)絡層和鏈路層已經(jīng)不介入，因此效率高但可靠性差。經(jīng)不介入，因此效率高但可靠性差。 544通過網(wǎng)絡的通過網(wǎng)絡的OSI模型模型-分組交換方式分組交換方式 在分組交換方式中每個交換節(jié)點都是在分組交換方式中每個交換節(jié)點都是下三層參加，因此確保了數(shù)據(jù)的可靠性。下三層參加，因此確保了數(shù)據(jù)的可靠性。55 圖中表示了用戶信息從最高的應用圖中表示了用戶信息從最高的應用層下移到網(wǎng)絡層，由該層負責處理越過層下移到網(wǎng)絡層，由該層負責處理越過網(wǎng)絡的路徑選擇（接通數(shù)據(jù)的傳輸通網(wǎng)絡的路徑選擇（接通數(shù)據(jù)的傳輸通道），網(wǎng)絡層為了完成他的任務需要數(shù)道），網(wǎng)絡層為了完成他的任務需要數(shù)據(jù)鏈路層提供服務，保證網(wǎng)絡層信息能據(jù)鏈路層提供

35、服務，保證網(wǎng)絡層信息能跨越線路正確、無差錯的傳輸。用戶跨越線路正確、無差錯的傳輸。用戶A發(fā)送的信息經(jīng)過網(wǎng)絡到達接收端后由網(wǎng)發(fā)送的信息經(jīng)過網(wǎng)絡到達接收端后由網(wǎng)絡層上移，并經(jīng)過高層組的處理成為用絡層上移，并經(jīng)過高層組的處理成為用戶戶B可識別的信息。由高層組提供的功可識別的信息。由高層組提供的功能使得各種不同廠家制造的計算機之間能使得各種不同廠家制造的計算機之間可以開放式的相互通信?？梢蚤_放式的相互通信。 565OSI模型的數(shù)據(jù)傳送模型的數(shù)據(jù)傳送 AH：應用層頭；：應用層頭；PH：表示層頭；：表示層頭；SH：會話層頭；：會話層頭；TH：運輸層：運輸層頭；頭；NH：網(wǎng)絡層頭；：網(wǎng)絡層頭；LH：鏈路層頭

36、；：鏈路層頭；LT：鏈路層尾。：鏈路層尾。 每一層為了達到協(xié)議要求都增加了自己層所需要的頭信息，因每一層為了達到協(xié)議要求都增加了自己層所需要的頭信息，因此可以看出，經(jīng)過各層之后，信息已經(jīng)被膨脹了許多。此可以看出，經(jīng)過各層之后，信息已經(jīng)被膨脹了許多。57 OSI模型的不同層次協(xié)議之間是相模型的不同層次協(xié)議之間是相互獨立的，因此改變某一層協(xié)議不會影互獨立的，因此改變某一層協(xié)議不會影響到其他層協(xié)議，它采用的方法是下一響到其他層協(xié)議，它采用的方法是下一層在上一層提供的信息前面增加新的協(xié)層在上一層提供的信息前面增加新的協(xié)議控制信息（鏈路層是在前面和后面都議控制信息（鏈路層是在前面和后面都加）。加）。 另

37、外兩個數(shù)據(jù)終端在通信過程中，只另外兩個數(shù)據(jù)終端在通信過程中，只有對等層次才可以進行協(xié)議對話，但是有對等層次才可以進行協(xié)議對話，但是N層的協(xié)議對話必須依靠層的協(xié)議對話必須依靠N-1層的幫助層的幫助才能實現(xiàn)。才能實現(xiàn)。58 7層結構是一個通用的標準，而在實層結構是一個通用的標準，而在實際應用中通常也將其簡化成更少的層次，際應用中通常也將其簡化成更少的層次，因為在目前的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中，下三層因為在目前的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中，下三層已經(jīng)成為通用的標準，無論設計何種通已經(jīng)成為通用的標準，無論設計何種通信網(wǎng)，下面三層已經(jīng)成為固定的模式，信網(wǎng)，下面三層已經(jīng)成為固定的模式，不需要再進行重新設計，因此為了使處不需要再

38、進行重新設計，因此為了使處理更加簡單，就有依托于計算機網(wǎng)絡的理更加簡單，就有依托于計算機網(wǎng)絡的簡化的簡化的3層模型。層模型。 596簡化的簡化的3層模型層模型60 在計算機和網(wǎng)絡之間交換數(shù)據(jù)；在計算機和網(wǎng)絡之間交換數(shù)據(jù)； 發(fā)送端計算機提供目的地址；發(fā)送端計算機提供目的地址； 可能包含多層服務；可能包含多層服務； 依托于已經(jīng)使用的網(wǎng)絡，例如依托于已經(jīng)使用的網(wǎng)絡，例如LAN、分組交換等。分組交換等。61 可靠的數(shù)據(jù)交換；可靠的數(shù)據(jù)交換； 依托于正在使用的網(wǎng)絡；依托于正在使用的網(wǎng)絡； 依托于應用。依托于應用。 支持不同的用戶應用需求，例如支持不同的用戶應用需求，例如e-mail、文件傳送等。、文件傳

39、送等。627TCP/IP 五層協(xié)議及各層功能五層協(xié)議及各層功能63 定義了數(shù)據(jù)傳送設備（例如計定義了數(shù)據(jù)傳送設備（例如計算機）之間的接口和傳輸媒質(zhì)或網(wǎng)絡；算機）之間的接口和傳輸媒質(zhì)或網(wǎng)絡； 定義了傳輸媒質(zhì)的特性定義了傳輸媒質(zhì)的特性； 定義了信號電平定義了信號電平； 信號速率信號速率。64 定義了終端系統(tǒng)和網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)定義了終端系統(tǒng)和網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換；交換； 目的地址提供；目的地址提供； 包含優(yōu)先權等服務包含優(yōu)先權等服務； 這一層所使用的具體軟件取決這一層所使用的具體軟件取決于應用網(wǎng)絡的類型于應用網(wǎng)絡的類型。65 對應于對應于OSI參考模型的網(wǎng)絡層，主參考模型的網(wǎng)絡層，主要解決主機到主機的通信問題。

40、該層有要解決主機到主機的通信問題。該層有四個主要協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（四個主要協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議（IP）、地址）、地址解析協(xié)議（解析協(xié)議（ARP）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）和互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議）和互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議（ICMP）。）。IP協(xié)議是網(wǎng)際互聯(lián)層最重協(xié)議是網(wǎng)際互聯(lián)層最重要的協(xié)議，它提供的是一個不可靠、無要的協(xié)議，它提供的是一個不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報傳遞服務。連接的數(shù)據(jù)報傳遞服務。66 TCP層對應于層對應于OSI參考模型的傳輸參考模型的傳輸層，為應用層實體提供端到端的通信功層，為應用層實體提供端到端的通信功能。該層定義了兩個主要的協(xié)議：傳輸能。該層定義了兩個主要的協(xié)議：傳輸

41、控制協(xié)議控制協(xié)議( (TCP) )和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議( (UDP) )。 TCP協(xié)議提供的是一種可靠的、面協(xié)議提供的是一種可靠的、面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務；而向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務；而UDP協(xié)議提協(xié)議提供的則是不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)傳輸供的則是不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務。服務。67 應用層對應于應用層對應于OSI參考模型的高層，參考模型的高層，為用戶提供所需要的各種服務，例如：為用戶提供所需要的各種服務，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等支持例等支持例如如HTTP、SMTP等用戶應用。等用戶應用。68698OSI vs TCP/IP701什么是擴頻通信什么是擴頻通信2

42、.4.1 擴頻技術擴頻技術 擴頻通信，即擴展頻譜通信（擴頻通信，即擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication），它與光纖），它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。代的三大高技術通信傳輸方式。 擴頻通信屬于寬帶通信技術，通常的擴擴頻通信屬于寬帶通信技術，通常的擴頻信號帶寬與信息帶寬之比將高達幾百甚頻信號帶寬與信息帶寬之比將高達幾百甚至幾千倍。至幾千倍。71 擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)偽隨機擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)偽隨機編碼，即擴頻序列調(diào)制，使信號所占有的頻編碼，即擴頻序列調(diào)制，使信號所占有的

43、頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬，實帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸，頻帶的擴展通過一個現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸，頻帶的擴展通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關，接收端則來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關，接收端則采用相同的編碼進行解調(diào)及相關處理，恢復采用相同的編碼進行解調(diào)及相關處理，恢復原始信息數(shù)據(jù)。原始信息數(shù)據(jù)。72732擴頻通信的理論基礎擴頻通信的理論基礎根據(jù)香農(nóng)（根據(jù)香農(nóng)（C.E.Shannon）在信息論）在信息論研究中總結出的信道容量公式，即香農(nóng)公式：研究中總結出的信道容量公式，即香農(nóng)公式：C

44、 = B log2(1+S/N) （bit/s） 式中，式中，B為信道帶寬為信道帶寬, ,單位為單位為Hz；S/N是是平均信號噪聲功率比（信噪比）。平均信號噪聲功率比（信噪比）。74 由式中可以看出：為了提高信息的傳由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率輸速率C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬帶寬B或提高信噪比或提高信噪比S/N。換句話說，當。換句話說，當信號的傳輸速率信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬一定時，信號帶寬B和和信噪比信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一

45、定程度，允許信噪比進一步降低，有到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。之下也是可能的。75 擴頻通信就是用寬帶傳輸技術來換取擴頻通信就是用寬帶傳輸技術來換取信噪比上的好處，這就是擴頻通信的基本信噪比上的好處，這就是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)思想和理論依據(jù)。76例：信噪比為例：信噪比為S/N=-20dB，求帶寬至少為，求帶寬至少為多少時，信道容量可以達到多少時，信道容量可以達到3kb/s。（210KHz）。）。 說明在噪聲比信號功率大說明在噪聲比信號功率大100倍的情倍的情況下，信息速率況下，信息速率3kb/

46、s的信號在的信號在210KHz的的信道上仍然可以保證可靠通信信道上仍然可以保證可靠通信。77 結論說明使用增大信號帶寬的方法，結論說明使用增大信號帶寬的方法，即使在信號功率遠遠小于噪聲功率的情況即使在信號功率遠遠小于噪聲功率的情況下，也完全可以實現(xiàn)無差錯的傳輸下，也完全可以實現(xiàn)無差錯的傳輸。 擴頻通信正好是利用這一原理。用高的擴頻通信正好是利用這一原理。用高的擴頻碼來擴展待傳輸信號帶寬的手段，達擴頻碼來擴展待傳輸信號帶寬的手段，達到系統(tǒng)抗干擾能力的目的。到系統(tǒng)抗干擾能力的目的。783頻譜擴展的實現(xiàn)頻譜擴展的實現(xiàn) 頻譜的擴展是用數(shù)字化方式實現(xiàn)的。頻譜的擴展是用數(shù)字化方式實現(xiàn)的。在一個二進制碼位的

47、時段內(nèi)用一組新的多在一個二進制碼位的時段內(nèi)用一組新的多位長的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠位長的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠遠高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知遠高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠遠高出原碼的帶寬，從而新碼型的帶寬遠遠高出原碼的帶寬，從而將信號的帶寬進行了擴展。這些新的碼型將信號的帶寬進行了擴展。這些新的碼型也叫偽隨機（也叫偽隨機（PN）碼，碼位越長系統(tǒng)性）碼，碼位越長系統(tǒng)性能越高。通常，商用擴頻系統(tǒng)能越高。通常，商用擴頻系統(tǒng)PN碼碼長碼碼長應不低于應不低于12位，一般取位，一般取32位，軍用系統(tǒng)位，軍用系統(tǒng)可達千位可達千位。79 目前擴頻系統(tǒng)目前擴頻系統(tǒng)常見的

48、常見的PN碼有以下三碼有以下三種：種： （1）m序列，即最長線性移位寄存器序列，即最長線性移位寄存器序列；序列； （2）GOLD序列；序列； （3） WALSH函數(shù)正交碼。函數(shù)正交碼。選擇選擇PN要考慮長度、相關性、正交要考慮長度、相關性、正交性和比特平衡性。性和比特平衡性。80 當選定一種當選定一種PN序列（即擴頻碼序列）序列（即擴頻碼序列）后，如后，如m序列，將其中可用的編碼，即正序列，將其中可用的編碼，即正交碼，兩兩組合，并劃分為若干組，各交碼，兩兩組合，并劃分為若干組，各組分別代表不同用戶，組內(nèi)兩個碼型分組分別代表不同用戶，組內(nèi)兩個碼型分別表示原始信息別表示原始信息“1”和和“0”。系

49、統(tǒng)對原始。系統(tǒng)對原始信息進行編碼、傳送，接收端利用相關信息進行編碼、傳送，接收端利用相關處理器對接收信號與本地碼型相關進行處理器對接收信號與本地碼型相關進行相關運算，解調(diào)出原始信息，從而區(qū)分相關運算，解調(diào)出原始信息，從而區(qū)分出不同用戶的不同信息。出不同用戶的不同信息。在發(fā)射前注入擴頻序列，提高碼速在發(fā)射前注入擴頻序列，提高碼速率的過程叫做擴頻。相反的在接收端去率的過程叫做擴頻。相反的在接收端去除擴頻序列的過程叫做解擴。除擴頻序列的過程叫做解擴。81824擴頻系統(tǒng)的處理增益與干擾容限擴頻系統(tǒng)的處理增益與干擾容限 在擴頻系統(tǒng)中，傳輸信號經(jīng)過擴頻和在擴頻系統(tǒng)中，傳輸信號經(jīng)過擴頻和解擴的處理，系統(tǒng)的抗

50、干擾性能得到提高，解擴的處理，系統(tǒng)的抗干擾性能得到提高，這種擴頻處理得到的好處，稱之為擴頻系這種擴頻處理得到的好處，稱之為擴頻系統(tǒng)的處理增益（擴頻增益）。其定義為解統(tǒng)的處理增益（擴頻增益）。其定義為解擴器輸出端基帶數(shù)字信號的信噪比擴器輸出端基帶數(shù)字信號的信噪比( S/N ) out與解擴器輸入端擴頻碼流的信噪比與解擴器輸入端擴頻碼流的信噪比( S/N ) in的比值。的比值。Gp一般在一般在2060dB之間。之間。83inoutpNSNSG）（）（輸入信噪比輸入信噪比輸出信噪比輸出信噪比/ 經(jīng)分析可知：經(jīng)分析可知：bcbcpRRBBGBc：擴頻信號帶寬：擴頻信號帶寬Bb：傳輸?shù)男畔挘簜鬏數(shù)?/p>

51、信息帶寬Rc：擴頻后傳輸速率：擴頻后傳輸速率Rb：信息速率：信息速率84例：某擴頻通信系統(tǒng)，擴頻后帶寬為例：某擴頻通信系統(tǒng)，擴頻后帶寬為20MHz，原始信號帶寬為，原始信號帶寬為20KHz，求，求系統(tǒng)的處理增益。系統(tǒng)的處理增益。解：解：Gp = 10lg(20M/20K) = 30dB 說明擴頻后系統(tǒng)增益提高了說明擴頻后系統(tǒng)增益提高了30dB。85 所謂干擾容限，是指在保證系統(tǒng)工作所謂干擾容限，是指在保證系統(tǒng)工作正常的條件下，接收機能夠承受的干擾信正常的條件下，接收機能夠承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)，號比有用信號高出的分貝數(shù)，Mj定義如下：定義如下：Mj = Gp- Ls+(S/N)i

52、n (dB)其中，其中，Gp：處理增益：處理增益 Ls：系統(tǒng)損耗：系統(tǒng)損耗 (S/N)in ：接收機輸入端的信噪比：接收機輸入端的信噪比86 在在Gp和和Ls一定的情況下，為了提供一一定的情況下，為了提供一定的通信質(zhì)量，規(guī)定接收機輸入端的信噪定的通信質(zhì)量，規(guī)定接收機輸入端的信噪比必須達到一個最低的分貝值比必須達到一個最低的分貝值(S/N)in, min。這樣，由同時通信用戶的干擾造成的對信這樣，由同時通信用戶的干擾造成的對信噪比的降低就不能太大，不能超過最大容噪比的降低就不能太大，不能超過最大容限限Mj,max。 干擾容限直接反映了擴頻系統(tǒng)接收機干擾容限直接反映了擴頻系統(tǒng)接收機可能抵抗的極限干

53、擾強度，即只有當干擾可能抵抗的極限干擾強度，即只有當干擾功率超過干擾容限時，才能對擴頻系統(tǒng)形功率超過干擾容限時，才能對擴頻系統(tǒng)形成干擾。因而干擾容限往往比處理增益更成干擾。因而干擾容限往往比處理增益更確切地反映系統(tǒng)的抗干擾能力。確切地反映系統(tǒng)的抗干擾能力。87例：一個擴頻系統(tǒng)的處理增益是例：一個擴頻系統(tǒng)的處理增益是33dB，系統(tǒng)損耗造成的信噪比降低系統(tǒng)損耗造成的信噪比降低3dB，系，系統(tǒng)的解調(diào)器要求其輸入信噪比最小為統(tǒng)的解調(diào)器要求其輸入信噪比最小為6dB，求該系統(tǒng)的干擾容限。，求該系統(tǒng)的干擾容限。解：解： 如果干擾引起的信噪比降低超過如果干擾引起的信噪比降低超過24dB，接收機輸入端的信噪比就

54、將低于接收機輸入端的信噪比就將低于6dB，通信，通信質(zhì)量就得不到保證。質(zhì)量就得不到保證。Mj,max = Gp- Ls+(S/N)in,min = 33-3-6 = 24（dB）885擴頻通信系統(tǒng)的分類擴頻通信系統(tǒng)的分類 根據(jù)擴展頻譜的方式，擴頻通信系統(tǒng)可根據(jù)擴展頻譜的方式，擴頻通信系統(tǒng)可分為：分為：直接序列擴頻（直接序列擴頻（Direct-Sequence SpreadSpectrum, , DSSS）跳頻擴頻（跳頻擴頻（Frequency-Hopping Spread Spectrum, , FHSS）跳時擴頻（跳時擴頻（Time-Hopping Spread Spectrum, , TH

55、SS）混合擴頻，如混合擴頻，如 DS/FH系統(tǒng)、系統(tǒng)、DS/TH系統(tǒng)、系統(tǒng)、FH/TH系統(tǒng)等。系統(tǒng)等。 89 所謂所謂DSSS，就是用高碼率的擴頻，就是用高碼率的擴頻碼序列在發(fā)端直接去擴展信號的頻譜，碼序列在發(fā)端直接去擴展信號的頻譜，在收端直接使用相同的擴頻碼序列對擴在收端直接使用相同的擴頻碼序列對擴展的信號頻譜進行解調(diào)，還原出原始的展的信號頻譜進行解調(diào)，還原出原始的信息。信息。909192 在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的在發(fā)端，信息碼經(jīng)碼率較高的 PN 碼碼調(diào)制以后，頻譜被擴展了。在收端，擴頻調(diào)制以后，頻譜被擴展了。在收端，擴頻信號經(jīng)同樣的信號經(jīng)同樣的PN碼解調(diào)以后，信息碼被碼解調(diào)以后，信息碼被

56、恢復；信息碼經(jīng)調(diào)制、擴頻傳輸、解調(diào)然恢復；信息碼經(jīng)調(diào)制、擴頻傳輸、解調(diào)然后恢復的過程，類似與后恢復的過程，類似與PN碼進行了二次碼進行了二次“模二相加模二相加”的過程。的過程。9394 從上圖的能量面積圖示看出，待傳信從上圖的能量面積圖示看出，待傳信息的頻譜被擴展了以后，能量被均勻地分息的頻譜被擴展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴頻信號解擴以后，寬帶信號恢復成窄帶信頻信號解擴以后，寬帶信號恢復成窄帶信息，功率譜密度上升。息，功率譜密度上升。 相對于信息信號，脈沖干擾只經(jīng)過了相對于信息信號，脈沖干擾只經(jīng)過了一次被模二相加的調(diào)制過程，頻

57、譜被擴展，一次被模二相加的調(diào)制過程，頻譜被擴展，功率譜密度下降，從而使有用信息在噪聲功率譜密度下降，從而使有用信息在噪聲干擾中被提取出來。干擾中被提取出來。95 直擴直擴系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)的優(yōu)點：具有較強的抗干擾能力；具有較強的抗干擾能力；具有很強的隱蔽性和抗偵察、抗竊聽、具有很強的隱蔽性和抗偵察、抗竊聽、抗測向的能力；抗測向的能力；具有選址能力，可實現(xiàn)碼分多址；具有選址能力，可實現(xiàn)碼分多址；抗衰落，特別是抗頻率選擇性能好；抗衰落，特別是抗頻率選擇性能好；抗多徑干擾；抗多徑干擾；可進行高分辨率的測向、定位?？蛇M行高分辨率的測向、定位。 直擴技術主要用于通信抗干擾、衛(wèi)星通直擴技術主要用于通信抗干擾

58、、衛(wèi)星通信、導航、保密通信、測距和定位等方面。信、導航、保密通信、測距和定位等方面。96 直擴系統(tǒng)缺點和局限性：直擴系統(tǒng)缺點和局限性：由于占用帶寬較大，因此在工作由于占用帶寬較大，因此在工作頻段內(nèi)信道較少，如果同類型設備在較近頻段內(nèi)信道較少，如果同類型設備在較近范圍內(nèi)工作會影響性能，所以多應用于較范圍內(nèi)工作會影響性能，所以多應用于較短距離高速數(shù)據(jù)通信；短距離高速數(shù)據(jù)通信；直擴系統(tǒng)的接收機存在明顯的遠直擴系統(tǒng)的接收機存在明顯的遠近效應。所謂遠近效應是指大功率的信號近效應。所謂遠近效應是指大功率的信號（近處的電臺）抑制小功率信號（遠端的（近處的電臺）抑制小功率信號（遠端的電臺）的現(xiàn)象；電臺）的現(xiàn)象

59、；直擴系統(tǒng)直擴系統(tǒng)的處理增益受限于碼片的處理增益受限于碼片速率和信源的比特率。處理增益受限，意速率和信源的比特率。處理增益受限，意味著抗干擾能力受限，多址能力受限。味著抗干擾能力受限，多址能力受限。97FHSS就是用擴頻的碼序列去進行移就是用擴頻的碼序列去進行移頻鍵控（頻鍵控（FSK）調(diào)制，使載波的頻率不斷）調(diào)制，使載波的頻率不斷地跳變。跳頻系統(tǒng)的跳變頻率有多個，多地跳變。跳頻系統(tǒng)的跳變頻率有多個，多達幾十各甚至上千個，由傳送的信息與這達幾十各甚至上千個，由傳送的信息與這些擴頻碼的組合進行選擇控制，在傳送中些擴頻碼的組合進行選擇控制，在傳送中不斷跳變。在接收端，由于有與發(fā)送端完不斷跳變。在接收

60、端，由于有與發(fā)送端完全相同的本地發(fā)生器發(fā)生完全相同的擴頻全相同的本地發(fā)生器發(fā)生完全相同的擴頻碼進行解擴，然后通過解調(diào)才能正確地恢碼進行解擴，然后通過解調(diào)才能正確地恢復原有的信息。復原有的信息。 9899100跳頻通信一般分為兩種：跳頻頻率高跳頻通信一般分為兩種：跳頻頻率高于信元碼率時，稱作快速跳頻（于信元碼率時，稱作快速跳頻（FFH）。）。跳頻頻率低于信元碼率時，稱作慢速跳頻跳頻頻率低于信元碼率時，稱作慢速跳頻（LHF）。）。 101102103 跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點：跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點：跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性；密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性； 由于載波頻率是跳變的，具有抗