擴頻通信技術(shù)第1章課件

27十月2022擴頻通信技術(shù)第1章22十月2022擴頻通信技術(shù)第1章1發(fā)展歷史二十世紀(jì)40年代，理論的提出二十世紀(jì)50年代中期，美國麻省理工學(xué)院研究成功NOMAC系統(tǒng)，NoiseModulationandCorrelationSystem(噪聲調(diào)制和相關(guān)系統(tǒng))二十世紀(jì)60年代，擴頻通信理論、方法、技術(shù)等各方面的研究發(fā)展和應(yīng)用普及1976年R·C·DixonSpreadSpectrumSystems(R.C.迪克森擴頻系統(tǒng))1982年J·K·HolmesCoherentSpreadSpectrumSystems(J·K·霍姆斯相干擴頻系統(tǒng))1985年M·K·SimonSpreadSpectrumCommunicationsHandbook1990年1月，CCIR研究未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS：FuturePublicLandMobilTelecommunicationSystem)的第八工作組提出的實現(xiàn)FPLMTS計劃的技術(shù)報告中，明確建議采用擴頻通信技術(shù)2發(fā)展歷史二十世紀(jì)40年代，理論的提出22課程安排(1)擴頻通信的基本理論；(2)擴頻通信系統(tǒng)的性能分析；(3)偽隨機編碼理論；(4)擴頻信號的產(chǎn)生與調(diào)制（發(fā)射機）；(5)擴頻信號的解擴與解調(diào)（接收機）；(6)擴頻碼的同步捕獲與同步跟蹤；3課程安排33教材及參考書目教材 田日才.擴頻通信.清華大學(xué)出版社，2007參考書目1韋惠民擴頻通信技術(shù)及其應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，20072擴頻通信導(dǎo)論沈麗麗等譯電子工業(yè)出版社，20063查光明，熊賢祚.擴頻通信，西安電子科技大學(xué)出版社，19904朱近康.擴展頻譜通信及其應(yīng)用，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1993年5M·K·Simon.SpreadSpectrumCommunicationsHandbook人民郵電出版社，20026(美)J·K·霍姆斯.相干擴展頻譜系統(tǒng)，梁振興譯，國防工業(yè)出版社，19914教材及參考書目教材441.1擴頻通信的基本概念設(shè)計和評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)※有效性；※可靠性；有效性─指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性就越好。數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸有效性用傳輸速率來衡量?？煽啃冤ぶ竿ㄐ畔到y(tǒng)可靠地傳輸信息。模擬通信系統(tǒng)：用輸出信噪比來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)：用信息傳輸?shù)牟铄e率來描述。通信系統(tǒng)的可靠性取決于通信系統(tǒng)的抗干擾能力。51.1擴頻通信的基本概念設(shè)計和評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有1、擴展頻譜通信（擴頻通信/擴譜通信）是圍繞提高信息傳輸?shù)目煽啃远岢龅囊环N有別于常規(guī)通信系統(tǒng)的新調(diào)制理論和技術(shù)。指待傳輸信息信號的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)（與信息信號無關(guān)）擴展頻譜后成為寬頻帶信號，然后送入信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將擴展了的頻譜進行壓縮，恢復(fù)為原來待傳輸信息信號的帶寬，從而達到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。61、擴展頻譜通信（擴頻通信/擴譜通信）是圍繞提高信息傳輸?shù)目?、特點（判斷擴頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則）3、獲得的好處（1）傳輸信號的帶寬遠遠大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘柕膸?；?）傳輸信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)決定，此擴頻函數(shù)通常是偽隨機（偽噪聲）編碼信號。具有很強的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。

72、特點（判斷擴頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則）3、獲得的好處（1）傳輸信4、擴頻系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論基礎(chǔ)根據(jù)信息理論香農(nóng)(C·E·Shannon)信道容量公式

令C是希望具有的信道容量，即信息速率，有對于典型干擾環(huán)境，有，冪級數(shù)展開得或84、擴頻系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論基礎(chǔ)根據(jù)信息理論香農(nóng)(C·1、對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信道中無差錯地傳輸信息的速率C。2、在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比S/N下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來保持信道容量C不變，而C是系統(tǒng)無差錯傳輸信息的速率。也就是說對于任意給定的信息傳輸速率C，當(dāng)信號噪聲功率比S/N下降時，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬B來獲得較低的信息差錯率。說明或91、對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶信號帶寬與信噪比互換的實例

用擴展頻譜的方法換取通信系統(tǒng)接收機輸入端對C/N（載噪比）或S/N（信噪比）的要求，這對通信設(shè)備小型化、低功率化，減少通信環(huán)境電磁干擾來說是十分重要。以移動通信系統(tǒng)為例，很能說明此問題。第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用話音調(diào)頻(FM)，接收機輸入端要求C/N≥18dB；第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的GSM系統(tǒng)采用TDMA、GMSK數(shù)字話音調(diào)制，接收機輸入端要求信干比S/I≥9dB就可以；采用擴頻技術(shù)的CDMA系統(tǒng)接收機輸入端在Eb/n0取4.5dB時，相當(dāng)于載干比C/I=-15dB。

10信號帶寬與信噪比互換的實例10

增加信道帶寬后，在低的信噪比情況下，信道仍可在相同的容量下傳送信息。甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加傳輸信號的帶寬也能保持可靠的通信。進一步說明

擴頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來擴展待傳輸信息信號帶寬的手段，來達到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。11增加信道帶寬后，在低的信噪比情況下，信道仍可在相同的最佳信號形式

香農(nóng)指出：【在高斯白噪聲干擾情況下】，在平均功率受限的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。因為白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜密度函數(shù)為:自相關(guān)函數(shù)：

對白噪聲信號處理困難。使用偽噪聲碼序列代替白噪聲，它們的統(tǒng)計特性相近。偽噪聲序列是接近于高斯信道要求的最佳信號形式。12最佳信號形式香農(nóng)指出：【在高斯白噪聲干擾情況下】，上世紀(jì)50年代，哈爾凱維奇(俄)在理論上證明最佳信號形式——從克服多徑干擾的角度要克服多徑干擾的影響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘栃问綉?yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號形式。偽噪聲碼很接近白噪聲的統(tǒng)計特性，因而擴頻通信系統(tǒng)又具有抗多徑干擾的能力。13上世紀(jì)50年代，哈爾凱維奇(俄)在理論上證明最佳信號形式——

擴頻通信系統(tǒng)基本原理（直接序列擴頻系統(tǒng)為例）14擴頻通信系統(tǒng)基本原理（直接序列擴頻系統(tǒng)為例）141515

射頻信號s(t)的帶寬取決于偽噪聲碼c(t)的碼速率Rc。在PSK調(diào)制的情況下，s(t)的帶寬等于偽噪聲碼速率的2倍，即BRF=2Rc，而幾乎與數(shù)字信號d(t)的速率無關(guān)。射頻帶寬的變化10/27/202216哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所射頻信號s(t)的帶寬取決于偽噪聲碼c(t)的碼速假設(shè)有用信號的功率為P1＝P0，碼分多址干擾信號的功率P2＝P0，多徑干擾信號的功率P3=P0，其他進入接收機的干擾和噪聲信號功率N=P0。再假設(shè)所有信號的功率譜是均勻分布在BRF=2Rc帶寬之內(nèi)。17哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所假設(shè)有用信號的功率為P1＝P0，碼分多址干擾信號的功率P2＝相關(guān)解擴后，有用信號的頻帶變窄，無失真地通過帶寬為Bb=2Rb的中頻濾波器。其他信號與本地參考偽噪聲碼無關(guān)，頻帶被展寬，大部分能量落在中頻濾波器的通頻帶之外，被中頻濾波器濾除了。因此，解擴前后的信噪比發(fā)生了顯著的改變。18相關(guān)解擴后，有用信號的頻帶變窄，無失真地通過帶寬為Bb1.2擴頻通信系統(tǒng)的分類根據(jù)擴頻信號的產(chǎn)生方式，分為

直接序列系統(tǒng)；

頻率跳變系統(tǒng)；

時間跳變系統(tǒng)；

線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)；

混合擴頻通信系統(tǒng)；(1)頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)；

(2)時間跳變-頻率跳變混合擴頻系統(tǒng)；(3)時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)；191.2擴頻通信系統(tǒng)的分類根據(jù)擴頻信號的產(chǎn)生方式，分為直1、概念

直接序列調(diào)制擴展頻譜通信系統(tǒng)（DirectSequenceSpreadSpectrumCommunicationSystem，DS-SS），簡稱直接序列系統(tǒng)或直擴系統(tǒng)。1.2.1直接序列系統(tǒng)2、工作原理

待傳信息信號與高速率的偽噪聲（偽隨機）碼波形相乘后，去直接控制載波信號的某個參量，來擴展傳輸信號的帶寬。用于頻譜擴展的偽隨機序列稱為擴頻碼序列。201、概念1.2.1直接序列系統(tǒng)2、工作原理2021213、調(diào)制方式的選取

在直接序列系統(tǒng)中，通常進行PSK調(diào)制。由于PSK信號可以等效為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，因此直接序列系統(tǒng)常采用平衡調(diào)制方式。抑制載波的平衡調(diào)制節(jié)約了發(fā)射功率，提高了發(fā)射機的工作效率，而且對提高擴頻信號的抗偵破能力也有利。223、調(diào)制方式的選取221、概念

頻率跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)（FrequencyHoppingSpreadSpectrumCommunicationSystem，F(xiàn)H-SS）的簡稱，簡稱跳頻系統(tǒng)。1.2.2

頻率跳變系統(tǒng)2、功能描述

用二進制偽隨機碼序列去控制射頻載波振蕩器輸出信號的頻率，使發(fā)射信號的載波頻率隨偽隨機碼的變化而跳變?？晒╇S機選取的載波頻率數(shù)通常是幾千~幾萬個離散頻率，在如此多的離散頻率中，每次輸出哪一個由偽隨機碼決定。231、概念1.2.2頻率跳變系統(tǒng)2、功能描述2324244、與常規(guī)通信系統(tǒng)的區(qū)別最大的差別在于發(fā)射機的載波發(fā)生器和接收機中的本地振蕩器。頻率跳變通信系統(tǒng)中這二者輸出信號的頻率是跳變的。

在頻率跳變系統(tǒng)中發(fā)射機的載波發(fā)生器和接收機中的本地振蕩器主要由偽隨機碼發(fā)生器與頻率合成器兩部分組成?？焖夙憫?yīng)的頻率合成器是頻率跳變系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵部件。3、工作原理頻率跳變系統(tǒng)中發(fā)信機的發(fā)射載波頻率，在一個預(yù)定的頻率集內(nèi)由偽隨機碼序列控制頻率合成器隨機的由一個跳到另一個。收信機中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產(chǎn)生一個和接收信號頻率相差fIF(中頻頻率)的參考本振信號，經(jīng)混頻后得到頻率固定的中頻信號，此過程稱為對跳頻信號的解跳。解跳后的中頻信號經(jīng)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)男畔ⅰ?54、與常規(guī)通信系統(tǒng)的區(qū)別最大的差別在于發(fā)射機的載

7、分類根據(jù)跳頻速率的不同，可以將頻率跳變擴頻系統(tǒng)分為

※頻率慢跳變系統(tǒng)；※頻率快跳變系統(tǒng)；5、速率控制頻率跳變的偽隨機碼的速率，沒有直接序列擴頻系統(tǒng)中的高，一般為幾十比特每秒~幾千比特每秒。6、調(diào)制方式對于FH系統(tǒng)，常用的數(shù)據(jù)調(diào)制方式是多進制（M-ary）頻移鍵控。267、分類5、速率6、調(diào)制方式26※頻率慢跳變系統(tǒng)假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進制頻移鍵控調(diào)制，Tb是一個信息碼元比特寬度，每Tb秒數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出兩個頻率中的一個。每隔Tc秒系統(tǒng)輸出信號的射頻頻率跳變到一個新的頻率上。若Tc＞Tb，則稱為頻率慢跳變系統(tǒng)。27哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所※頻率慢跳變系統(tǒng)假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進制頻移鍵控調(diào)制※頻率快跳變系統(tǒng)在頻率慢跳變系統(tǒng)中，頻率的跳變速度比數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出符號的變化速度慢。若在每個數(shù)據(jù)符號中，射頻輸出信號的載波頻率跳變多次，則稱為頻率快跳變系統(tǒng)?？焯l的一個明顯好處可以在每個發(fā)射符號上得到頻率分集增益。

在部分頻帶被干擾時，或者在微波移動電話應(yīng)用中，當(dāng)傳輸信道導(dǎo)致快速信號衰落時，這一點特別有意義。28※頻率快跳變系統(tǒng)在頻率慢跳變系統(tǒng)中，頻率的跳變速度※頻率快跳變系統(tǒng)29哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所※頻率快跳變系統(tǒng)29哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所1.2.3

時間跳變系統(tǒng)1、名稱時間跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)（TimeHoppingSpreadSpectrumCommunicationSystem，TH-SS）的簡稱，主要用于時分多址（TDMA）通信中。2、功能描述時間跳變系統(tǒng)是使發(fā)射信號在時間軸上離散地跳變。把時間軸分成許多時隙，這些時隙在時跳通信中通常稱為時片若干時片組成一跳時間幀，在一時間幀內(nèi)哪個時隙發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制。因此，可理解為：用一偽隨機碼序列進行選擇的多時隙的時移鍵控。由于采用了窄得很多的時隙去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。301.2.3時間跳變系統(tǒng)1、名稱2、功能描述30發(fā)送端:數(shù)據(jù)先存儲起來，偽隨機碼序列控制存儲器的輸出與高頻開關(guān)通斷，經(jīng)調(diào)制后的信號由高頻開關(guān)經(jīng)天線發(fā)射。接收端:當(dāng)接收機的偽碼發(fā)生器與發(fā)端同步時，所需信號就能每次按時通過高頻開關(guān)進入接收機。接收機中解調(diào)后的數(shù)據(jù)也經(jīng)過一緩沖存儲器，以便恢復(fù)原來的均勻數(shù)據(jù)流。【條件】只要收發(fā)兩端在時間上嚴(yán)格地保持同步，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。31發(fā)送端:數(shù)據(jù)先存儲起來，偽隨機碼序列控制存儲器的輸出與高頻1）可看成時分系統(tǒng)，區(qū)別：不是在時間幀中固定分配時隙，而由擴頻碼序列控制按一定規(guī)律位置跳變的時隙。2）通過時間合理分配來避開強干擾，一種理想的多址技術(shù)。當(dāng)同一信道中有許多跳時信號時，同一時隙內(nèi)可能有信號相互重疊。因此，與頻率跳變系統(tǒng)一樣，必須設(shè)計好偽隨機碼，或采用協(xié)調(diào)方式構(gòu)成時分多址系統(tǒng)。3）簡單的時間跳變系統(tǒng)抗干擾性不強，故很少單獨使用。常與其他方式結(jié)合使用，組成混合擴頻方式。4）從抑制干擾角度看，減少了工作時間的占空比。系統(tǒng)的偽隨機碼參數(shù)不易被偵破。主要缺點：對定時要求嚴(yán)格。3、特點321）可看成時分系統(tǒng)，區(qū)別：不是在時間幀中固定分配時隙，而由擴1.2.4

線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)1、概念線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)（Chirp）是指系統(tǒng)的工作頻率在一給定的脈沖時間間隔內(nèi)線性地掃過一個很寬的頻帶，形成一帶寬很寬的掃頻信號，或者說工作頻率在一給定的時間間隔內(nèi)線性增大或減小，使發(fā)射信號頻譜占據(jù)很寬的范圍。在語音頻段，線性調(diào)頻聽起來類似鳥的“啾啾”叫聲，故也稱為鳥聲調(diào)制。2、特點

線性脈沖調(diào)頻是一種不需要用偽隨機碼序列調(diào)制的擴頻調(diào)制技術(shù)，由于其信號占用的頻帶寬度遠遠大于信息帶寬，從而也可獲得較好的抗干擾性能。331.2.4線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)1、概念在語音頻段，線性調(diào)頻聽起3、工作原理343、工作原理34（2）脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)，信號瞬時頻率為4、線性調(diào)頻信號特點（3）時域表達式為（1）發(fā)射脈沖信號的瞬時頻率在信息脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)隨時間作線性變化，頻差為35（2）脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)，信號瞬時頻率為4、線性調(diào)頻信號特點

可用匹配濾波器來實現(xiàn)。由色散延遲線構(gòu)成。對低頻成分延遲時間長，對高頻成分延遲時間短，于是頻率由低到高的調(diào)頻信號通過匹配濾波器后，各頻率分量幾乎同時輸出，信號疊加在一起，形成了脈沖時間的壓縮，使輸出信號幅度增加，能量集中，將有用信號檢出。而不匹配的信號在時間上沒有壓縮，甚至反被擴展。5、接收解調(diào)36可用匹配濾波器來實現(xiàn)。由色散延遲線構(gòu)成。對低頻成1）頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)(FH/DS)；2）直接序列-時間跳變混合擴頻系統(tǒng)(DS/TH)；3）頻率跳變-時間跳變混合擴頻系統(tǒng)(HF/TH)；1、常用系統(tǒng)1.2.5

混合擴頻通信系統(tǒng)注意：比單一的直接序列、頻率跳變、時間跳變體制有更優(yōu)良的性能。371）頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)(FH/DS)；1、常用系特點：能夠大大提高擴頻系統(tǒng)的性能，且通信隱蔽性好、抗干擾能力強、頻率跳變系統(tǒng)的載波頻率難于捕捉、適應(yīng)于多址通信或離散尋址和多路復(fù)用。2、頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)38特點：能夠大大提高擴頻系統(tǒng)的性能，且通信隱蔽性好、抗干擾能力特別適用于大量電臺同時工作，其距離或發(fā)射功率在很大范圍內(nèi)變化，需要解決通信中遠近效應(yīng)問題的場合，主要用于多址和尋址，擴展頻譜不是其主要目的。3、時間跳變-頻率跳變混合擴頻系統(tǒng)

1）適用場合指在同一工作區(qū)域內(nèi)，同一系統(tǒng)中由于接收機對于不同位置的發(fā)射機，電波傳播的距離有遠近之分，形成電波傳播路徑的衰減不同，近距離發(fā)射機發(fā)送來的信號場強要遠大于遠距離發(fā)射機發(fā)送來的信號場強。在接收機中強信號將對弱信號產(chǎn)生抑制作用，造成接收機不能很好地接收遠距離發(fā)射機發(fā)送來的信號。2）遠近效應(yīng)39特別適用于大量電臺同時工作，其距離或發(fā)射功率在很大范4、時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)

應(yīng)用場合：當(dāng)直接序列系統(tǒng)中可使用的擴頻碼序列的數(shù)目不能滿足多址或復(fù)用要求時，增加時分復(fù)用(TDM)是一種有效的解決辦法。既可增加的地址數(shù)，又可改善鄰臺的干擾性能。

404、時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)應(yīng)用場合：當(dāng)直接序列系統(tǒng)1.3擴頻通信系統(tǒng)的模型1.3.1

直接序列系統(tǒng)的模型411.3擴頻通信系統(tǒng)的模型1.3.1直接序列系統(tǒng)的模型41假設(shè)調(diào)制方式為PSK1.3.1

直接序列系統(tǒng)的模型發(fā)送信號模型

42假設(shè)調(diào)制方式為PSK1.3.1直接序列系統(tǒng)的模型發(fā)送信號模

假設(shè)條件

（1）相互獨立；（2）d(t)碼元寬度Tb是c(t)碼元寬度Tc的整數(shù)倍；

傳輸影響

一般情況：隨機延時、多普勒頻移、隨機相移。不考慮信號電平衰減接收信號模型

43假設(shè)條件（1）相互獨立；（2）d(t)去除擴頻碼相關(guān)技術(shù)解擴去除載波相干技術(shù)解調(diào)設(shè)基帶濾波器h(t)帶寬與信息帶寬相同，射頻濾波器無失真?zhèn)鬏斝盘?，則基帶濾波器輸出為44去除擴頻碼相關(guān)技術(shù)解擴去除載擴頻碼同步載波同步基帶濾波器輸出(1-16)只要基帶濾波器能無失真?zhèn)鬏敂?shù)字信息，則收信端即可恢復(fù)出發(fā)信端傳輸?shù)男畔ⅰ?5擴頻碼同步載波同步基帶濾波器輸出(1-16)1.3.2

頻率跳變系統(tǒng)的模型圖1-14頻率跳變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(a)發(fā)射系統(tǒng)；(b)接收系統(tǒng)461.3.2頻率跳變系統(tǒng)的模型圖1-14頻率跳變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

頻率合成器輸出信號離散頻率由于受偽碼控制，故具有周期性，序列周期為N，故有

(1-19)

跳頻發(fā)射機輸出信號47頻率合成器輸出信號離散頻率由于受偽碼控制，故具有周期性，序接收信號

本地頻率合成器輸出

混頻器輸出

(1-20)48接收信號本地頻率合成器輸出混頻器輸出(1-20)48

兩周期序列的復(fù)合序列的周期為兩個子序列周期的最小公倍數(shù)。假設(shè)中頻濾波器為理想窄帶帶通濾波器中頻濾波器輸出為49假設(shè)中頻濾波器為理想窄帶帶通濾波器中頻濾波器輸出為4假設(shè)接收機已同步中頻濾波器輸出為由于

則有50假設(shè)接收機已同步中頻濾波器輸出為由于則有50選擇各頻點，使其具有由于物理含義：混頻后的和頻信號分量都遠遠落在中頻濾波器通帶外。濾波器輸出為則有只要，解跳后的中頻信號就可無失真通過中頻濾波器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，最后恢復(fù)出發(fā)射信號。51選擇各頻點，使其具有由于物理含義：混頻后的和頻信號分量都遠遠1.4擴頻系統(tǒng)處理增益與主要特點1.4.1

擴頻系統(tǒng)的處理增益

目的衡量擴頻通信系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣

定義

接收機解擴(跳)器(相關(guān)器)的輸出信噪比與輸入信噪比之比。

物理意義

表示經(jīng)過擴頻接收機處理后，使信號增強的同時抑制輸入到接收機干擾信號能力的大小。處理增益越大，則系統(tǒng)抗干擾能力越強。(1)處理增益Gp：521.4擴頻系統(tǒng)處理增益與主要特點1.4.1擴頻系統(tǒng)的處理信號的空間維數(shù)是未經(jīng)擴頻處理前信號所占有的頻帶寬度。

經(jīng)過擴頻處理后，信號所占有的頻帶寬度為原始信號的空間維數(shù)為N，經(jīng)過擴頻處理后，信號的空間維數(shù)為M，這個信號空間也正是干擾信號企圖占有的空間。

這樣擴頻通信系統(tǒng)的處理增益為53

事實上若進入接收機解擴器的干擾與噪聲的功率譜密度均勻分布，譜密度為N0，則有Nin=N0Bss信號的空間維數(shù)是未經(jīng)擴頻53解擴器輸入信噪比接收機解擴器相關(guān)處理（1）信號無失真通過，功率不變，為P；（2）干擾和噪聲只有少部分通過濾波器（帶寬Rb），大部分被濾除；解擴器輸出干擾與噪聲功率為解擴器輸出信噪比

54解擴器輸入信噪比接收機解擴器相關(guān)處理解擴器輸出干擾與噪聲功率說明:擴頻接收機處理增益與擴頻信號帶寬Bss（解擴前信號帶寬）成正比，與信息信號帶寬Bb（解擴后信號帶寬）成反比。擴頻處理增益55說明:擴頻接收機處理增益與擴頻信號帶寬Bss（解擴前直接序列系統(tǒng)Rb為信息碼的碼速率，Rc為擴頻碼的碼速率。在直接序列系統(tǒng)中，碼片速率通常是信息碼速率的整數(shù)倍，即，N為擴頻碼的長度或周期，有

頻率跳變系統(tǒng)N為頻率跳變系統(tǒng)可用的載波頻率數(shù)。條件在頻率跳變時不存在各頻點間的頻譜重疊，即且56直接序列系統(tǒng)Rb為信息碼的碼速率，Rc為擴頻碼的碼速率。在時間跳變系統(tǒng)時間跳變系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)和發(fā)射信號所占用的時片數(shù)的比值，或時間跳變系統(tǒng)發(fā)射機工作時間的占空比的倒數(shù)57混合擴頻系統(tǒng)混合擴頻系統(tǒng)，其擴頻處理增益的計算要從接收機輸入信號的帶寬和輸出信號的帶寬著手進行。

時間跳變系統(tǒng)時間跳變系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分57如一個DS-FH混合擴頻系統(tǒng)，信息碼的碼速率為Rb，進行直接序列擴頻時，擴頻碼的碼速率為Rc，則DS系統(tǒng)的擴頻處理增益為

58

進行頻率跳變擴頻時，系統(tǒng)有N2個可用頻率數(shù)，且各頻點間的頻譜相互不重疊(即各頻點的頻率間隔不小于2Rc)，則頻率跳變系統(tǒng)的擴頻處理增益為Gp，F(xiàn)H=N2DS-FH混合系統(tǒng)的擴頻處理增益為

如一個DS-FH混合擴頻系統(tǒng)，信息碼的碼速率為Rb，則DS系58

干擾容限（JammingMargin），表示擴頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境中的工作能力，定義為式中，

Mj——擴頻系統(tǒng)的干擾容限；Gp——擴頻系統(tǒng)的處理增益；Lsys——擴頻系統(tǒng)的執(zhí)行損耗或?qū)崿F(xiàn)損耗；——相關(guān)解擴器輸出的信噪比，也即系統(tǒng)要求基帶濾波器或中頻濾波器輸出的信噪比。591.4.2

擴頻系統(tǒng)的干擾容限(1-34)干擾容限（JammingMargin），59

式(1-34)在實際應(yīng)用中很不方便，工程上更經(jīng)常用dB數(shù)來表示，將式(1-34)改寫為對數(shù)形式式中，

，單位dB；

，單位dB；

，單位dB；

，單位dB。

60(1-35)式(1-34)在實際應(yīng)用中很不方60

61

干擾容限不僅考慮了一個可用系統(tǒng)對輸出信噪比的要求，而且顧及了系統(tǒng)內(nèi)部信噪比損耗(包括：射頻濾波器的損耗，相關(guān)處理器的損耗，放大器的信噪比損耗等)。式(1-35)書寫起來比較麻煩，通常將其變量外的方括號[]dB省略，如擴頻處理增益，直接寫為干擾容限與處理增益是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要指標(biāo)，特別是處理增益，在以后本課程的學(xué)習(xí)中，我們會有深刻體會的。61干擾容限不僅考慮了一個可用系統(tǒng)對61(1)抗干擾性能好。擴頻通信系統(tǒng)具有極強的抗人為寬帶干擾、窄帶瞄準(zhǔn)式干擾、中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的能力，有利于電子反對抗，特別適合軍事通信系統(tǒng)中運用。擴頻系統(tǒng)對多徑干擾不敏感。(2)選擇性尋址能力強，可以用碼分多址的方式來組成多址通信網(wǎng)。多址通信網(wǎng)內(nèi)的所有接收機和發(fā)射機可以同時使用相同的頻率工作。對于給定的接收機，當(dāng)指定了特定的擴頻碼后，該接收機就只能與使用相同擴頻碼的發(fā)射機相聯(lián)系。當(dāng)網(wǎng)內(nèi)所有的接收機都指定了不同的擴頻碼后，網(wǎng)內(nèi)的任一發(fā)射機可通過選擇不同的擴頻碼來與使用相應(yīng)擴頻碼的接收機相聯(lián)系。1.4.3擴頻通信系統(tǒng)的主要特點

62(1)抗干擾性能好。1.4.3擴頻通信系統(tǒng)的主要特點662(3)保密性能好，信息隱蔽以防竊取。擴頻信號的頻譜結(jié)構(gòu)基本與待傳輸?shù)男畔o關(guān)，主要由擴頻碼來決定。擴頻碼通常為威隨機碼，經(jīng)過它調(diào)制后的數(shù)字信息具有類似隨機噪聲的特點。(4)頻譜密度低，對其他通信系統(tǒng)的干擾小。在輸出信號功率相同的情況下，由于擴頻信號擴展了頻帶，降低了輸出信號單位頻帶內(nèi)的功率，從而降低了系統(tǒng)在單位頻帶內(nèi)電波的通量密度。針對當(dāng)前無線電通信中頻率資源匱乏的問題，利用擴頻通信技術(shù)，使頻率資源可重復(fù)利用。使用擴頻碼分多址技術(shù)可解決常規(guī)通信系統(tǒng)中電波擁擠的大難題。63(3)保密性能好，信息隱蔽以防竊取。636327十月2022擴頻通信技術(shù)第1章22十月2022擴頻通信技術(shù)第1章64發(fā)展歷史二十世紀(jì)40年代，理論的提出二十世紀(jì)50年代中期，美國麻省理工學(xué)院研究成功NOMAC系統(tǒng)，NoiseModulationandCorrelationSystem(噪聲調(diào)制和相關(guān)系統(tǒng))二十世紀(jì)60年代，擴頻通信理論、方法、技術(shù)等各方面的研究發(fā)展和應(yīng)用普及1976年R·C·DixonSpreadSpectrumSystems(R.C.迪克森擴頻系統(tǒng))1982年J·K·HolmesCoherentSpreadSpectrumSystems(J·K·霍姆斯相干擴頻系統(tǒng))1985年M·K·SimonSpreadSpectrumCommunicationsHandbook1990年1月，CCIR研究未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS：FuturePublicLandMobilTelecommunicationSystem)的第八工作組提出的實現(xiàn)FPLMTS計劃的技術(shù)報告中，明確建議采用擴頻通信技術(shù)65發(fā)展歷史二十世紀(jì)40年代，理論的提出265課程安排(1)擴頻通信的基本理論；(2)擴頻通信系統(tǒng)的性能分析；(3)偽隨機編碼理論；(4)擴頻信號的產(chǎn)生與調(diào)制（發(fā)射機）；(5)擴頻信號的解擴與解調(diào)（接收機）；(6)擴頻碼的同步捕獲與同步跟蹤；66課程安排366教材及參考書目教材 田日才.擴頻通信.清華大學(xué)出版社，2007參考書目1韋惠民擴頻通信技術(shù)及其應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，20072擴頻通信導(dǎo)論沈麗麗等譯電子工業(yè)出版社，20063查光明，熊賢祚.擴頻通信，西安電子科技大學(xué)出版社，19904朱近康.擴展頻譜通信及其應(yīng)用，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1993年5M·K·Simon.SpreadSpectrumCommunicationsHandbook人民郵電出版社，20026(美)J·K·霍姆斯.相干擴展頻譜系統(tǒng)，梁振興譯，國防工業(yè)出版社，199167教材及參考書目教材4671.1擴頻通信的基本概念設(shè)計和評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)※有效性；※可靠性；有效性─指通信系統(tǒng)傳輸信息效率的高低。模擬通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用技術(shù)可提高系統(tǒng)的有效性。信道復(fù)用程度越高，系統(tǒng)傳輸信息的有效性就越好。數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸有效性用傳輸速率來衡量?？煽啃冤ぶ竿ㄐ畔到y(tǒng)可靠地傳輸信息。模擬通信系統(tǒng)：用輸出信噪比來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)：用信息傳輸?shù)牟铄e率來描述。通信系統(tǒng)的可靠性取決于通信系統(tǒng)的抗干擾能力。681.1擴頻通信的基本概念設(shè)計和評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有1、擴展頻譜通信（擴頻通信/擴譜通信）是圍繞提高信息傳輸?shù)目煽啃远岢龅囊环N有別于常規(guī)通信系統(tǒng)的新調(diào)制理論和技術(shù)。指待傳輸信息信號的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)（與信息信號無關(guān)）擴展頻譜后成為寬頻帶信號，然后送入信道中傳輸；在接收端再利用相應(yīng)的技術(shù)或手段將擴展了的頻譜進行壓縮，恢復(fù)為原來待傳輸信息信號的帶寬，從而達到傳輸信息目的的通信系統(tǒng)。691、擴展頻譜通信（擴頻通信/擴譜通信）是圍繞提高信息傳輸?shù)目?、特點（判斷擴頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則）3、獲得的好處（1）傳輸信號的帶寬遠遠大于被傳輸?shù)脑夹畔⑿盘柕膸挘唬?）傳輸信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)決定，此擴頻函數(shù)通常是偽隨機（偽噪聲）編碼信號。具有很強的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑干擾的能力。

702、特點（判斷擴頻通信系統(tǒng)的準(zhǔn)則）3、獲得的好處（1）傳輸信4、擴頻系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論基礎(chǔ)根據(jù)信息理論香農(nóng)(C·E·Shannon)信道容量公式

令C是希望具有的信道容量，即信息速率，有對于典型干擾環(huán)境，有，冪級數(shù)展開得或714、擴頻系統(tǒng)具有抗干擾能力的理論基礎(chǔ)根據(jù)信息理論香農(nóng)(C·1、對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶寬B，就可以增加在信道中無差錯地傳輸信息的速率C。2、在信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比S/N下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B的辦法來保持信道容量C不變，而C是系統(tǒng)無差錯傳輸信息的速率。也就是說對于任意給定的信息傳輸速率C，當(dāng)信號噪聲功率比S/N下降時，可以用增大系統(tǒng)的傳輸帶寬B來獲得較低的信息差錯率。說明或721、對于任意給定的噪聲信號功率比，只要增加用于傳輸信息的帶信號帶寬與信噪比互換的實例

用擴展頻譜的方法換取通信系統(tǒng)接收機輸入端對C/N（載噪比）或S/N（信噪比）的要求，這對通信設(shè)備小型化、低功率化，減少通信環(huán)境電磁干擾來說是十分重要。以移動通信系統(tǒng)為例，很能說明此問題。第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用話音調(diào)頻(FM)，接收機輸入端要求C/N≥18dB；第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的GSM系統(tǒng)采用TDMA、GMSK數(shù)字話音調(diào)制，接收機輸入端要求信干比S/I≥9dB就可以；采用擴頻技術(shù)的CDMA系統(tǒng)接收機輸入端在Eb/n0取4.5dB時，相當(dāng)于載干比C/I=-15dB。

73信號帶寬與信噪比互換的實例10

增加信道帶寬后，在低的信噪比情況下，信道仍可在相同的容量下傳送信息。甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加傳輸信號的帶寬也能保持可靠的通信。進一步說明

擴頻通信系統(tǒng)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來擴展待傳輸信息信號帶寬的手段，來達到提高系統(tǒng)抗干擾能力的目的。74增加信道帶寬后，在低的信噪比情況下，信道仍可在相同的最佳信號形式

香農(nóng)指出：【在高斯白噪聲干擾情況下】，在平均功率受限的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。因為白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜密度函數(shù)為:自相關(guān)函數(shù)：

對白噪聲信號處理困難。使用偽噪聲碼序列代替白噪聲，它們的統(tǒng)計特性相近。偽噪聲序列是接近于高斯信道要求的最佳信號形式。75最佳信號形式香農(nóng)指出：【在高斯白噪聲干擾情況下】，上世紀(jì)50年代，哈爾凱維奇(俄)在理論上證明最佳信號形式——從克服多徑干擾的角度要克服多徑干擾的影響，信道中傳輸?shù)淖罴研盘栃问綉?yīng)該是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號形式。偽噪聲碼很接近白噪聲的統(tǒng)計特性，因而擴頻通信系統(tǒng)又具有抗多徑干擾的能力。76上世紀(jì)50年代，哈爾凱維奇(俄)在理論上證明最佳信號形式——

擴頻通信系統(tǒng)基本原理（直接序列擴頻系統(tǒng)為例）77擴頻通信系統(tǒng)基本原理（直接序列擴頻系統(tǒng)為例）147815

射頻信號s(t)的帶寬取決于偽噪聲碼c(t)的碼速率Rc。在PSK調(diào)制的情況下，s(t)的帶寬等于偽噪聲碼速率的2倍，即BRF=2Rc，而幾乎與數(shù)字信號d(t)的速率無關(guān)。射頻帶寬的變化10/27/202279哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所射頻信號s(t)的帶寬取決于偽噪聲碼c(t)的碼速假設(shè)有用信號的功率為P1＝P0，碼分多址干擾信號的功率P2＝P0，多徑干擾信號的功率P3=P0，其他進入接收機的干擾和噪聲信號功率N=P0。再假設(shè)所有信號的功率譜是均勻分布在BRF=2Rc帶寬之內(nèi)。80哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所假設(shè)有用信號的功率為P1＝P0，碼分多址干擾信號的功率P2＝相關(guān)解擴后，有用信號的頻帶變窄，無失真地通過帶寬為Bb=2Rb的中頻濾波器。其他信號與本地參考偽噪聲碼無關(guān)，頻帶被展寬，大部分能量落在中頻濾波器的通頻帶之外，被中頻濾波器濾除了。因此，解擴前后的信噪比發(fā)生了顯著的改變。81相關(guān)解擴后，有用信號的頻帶變窄，無失真地通過帶寬為Bb1.2擴頻通信系統(tǒng)的分類根據(jù)擴頻信號的產(chǎn)生方式，分為

直接序列系統(tǒng)；

頻率跳變系統(tǒng)；

時間跳變系統(tǒng)；

線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)；

混合擴頻通信系統(tǒng)；(1)頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)；

(2)時間跳變-頻率跳變混合擴頻系統(tǒng)；(3)時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)；821.2擴頻通信系統(tǒng)的分類根據(jù)擴頻信號的產(chǎn)生方式，分為直1、概念

直接序列調(diào)制擴展頻譜通信系統(tǒng)（DirectSequenceSpreadSpectrumCommunicationSystem，DS-SS），簡稱直接序列系統(tǒng)或直擴系統(tǒng)。1.2.1直接序列系統(tǒng)2、工作原理

待傳信息信號與高速率的偽噪聲（偽隨機）碼波形相乘后，去直接控制載波信號的某個參量，來擴展傳輸信號的帶寬。用于頻譜擴展的偽隨機序列稱為擴頻碼序列。831、概念1.2.1直接序列系統(tǒng)2、工作原理2084213、調(diào)制方式的選取

在直接序列系統(tǒng)中，通常進行PSK調(diào)制。由于PSK信號可以等效為抑制載波的雙邊帶調(diào)幅波，因此直接序列系統(tǒng)常采用平衡調(diào)制方式。抑制載波的平衡調(diào)制節(jié)約了發(fā)射功率，提高了發(fā)射機的工作效率，而且對提高擴頻信號的抗偵破能力也有利。853、調(diào)制方式的選取221、概念

頻率跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)（FrequencyHoppingSpreadSpectrumCommunicationSystem，F(xiàn)H-SS）的簡稱，簡稱跳頻系統(tǒng)。1.2.2

頻率跳變系統(tǒng)2、功能描述

用二進制偽隨機碼序列去控制射頻載波振蕩器輸出信號的頻率，使發(fā)射信號的載波頻率隨偽隨機碼的變化而跳變?？晒╇S機選取的載波頻率數(shù)通常是幾千~幾萬個離散頻率，在如此多的離散頻率中，每次輸出哪一個由偽隨機碼決定。861、概念1.2.2頻率跳變系統(tǒng)2、功能描述2387244、與常規(guī)通信系統(tǒng)的區(qū)別最大的差別在于發(fā)射機的載波發(fā)生器和接收機中的本地振蕩器。頻率跳變通信系統(tǒng)中這二者輸出信號的頻率是跳變的。

在頻率跳變系統(tǒng)中發(fā)射機的載波發(fā)生器和接收機中的本地振蕩器主要由偽隨機碼發(fā)生器與頻率合成器兩部分組成?？焖夙憫?yīng)的頻率合成器是頻率跳變系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵部件。3、工作原理頻率跳變系統(tǒng)中發(fā)信機的發(fā)射載波頻率，在一個預(yù)定的頻率集內(nèi)由偽隨機碼序列控制頻率合成器隨機的由一個跳到另一個。收信機中的頻率合成器也按照相同的順序跳變，產(chǎn)生一個和接收信號頻率相差fIF(中頻頻率)的參考本振信號，經(jīng)混頻后得到頻率固定的中頻信號，此過程稱為對跳頻信號的解跳。解跳后的中頻信號經(jīng)放大后送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳輸?shù)男畔ⅰ?84、與常規(guī)通信系統(tǒng)的區(qū)別最大的差別在于發(fā)射機的載

7、分類根據(jù)跳頻速率的不同，可以將頻率跳變擴頻系統(tǒng)分為

※頻率慢跳變系統(tǒng)；※頻率快跳變系統(tǒng)；5、速率控制頻率跳變的偽隨機碼的速率，沒有直接序列擴頻系統(tǒng)中的高，一般為幾十比特每秒~幾千比特每秒。6、調(diào)制方式對于FH系統(tǒng)，常用的數(shù)據(jù)調(diào)制方式是多進制（M-ary）頻移鍵控。897、分類5、速率6、調(diào)制方式26※頻率慢跳變系統(tǒng)假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進制頻移鍵控調(diào)制，Tb是一個信息碼元比特寬度，每Tb秒數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出兩個頻率中的一個。每隔Tc秒系統(tǒng)輸出信號的射頻頻率跳變到一個新的頻率上。若Tc＞Tb，則稱為頻率慢跳變系統(tǒng)。90哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所※頻率慢跳變系統(tǒng)假設(shè)數(shù)據(jù)調(diào)制采用二進制頻移鍵控調(diào)制※頻率快跳變系統(tǒng)在頻率慢跳變系統(tǒng)中，頻率的跳變速度比數(shù)據(jù)調(diào)制器輸出符號的變化速度慢。若在每個數(shù)據(jù)符號中，射頻輸出信號的載波頻率跳變多次，則稱為頻率快跳變系統(tǒng)?？焯l的一個明顯好處可以在每個發(fā)射符號上得到頻率分集增益。

在部分頻帶被干擾時，或者在微波移動電話應(yīng)用中，當(dāng)傳輸信道導(dǎo)致快速信號衰落時，這一點特別有意義。91※頻率快跳變系統(tǒng)在頻率慢跳變系統(tǒng)中，頻率的跳變速度※頻率快跳變系統(tǒng)92哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所※頻率快跳變系統(tǒng)29哈爾濱工業(yè)大學(xué)通信技術(shù)研究所1.2.3

時間跳變系統(tǒng)1、名稱時間跳變擴展頻譜通信系統(tǒng)（TimeHoppingSpreadSpectrumCommunicationSystem，TH-SS）的簡稱，主要用于時分多址（TDMA）通信中。2、功能描述時間跳變系統(tǒng)是使發(fā)射信號在時間軸上離散地跳變。把時間軸分成許多時隙，這些時隙在時跳通信中通常稱為時片若干時片組成一跳時間幀，在一時間幀內(nèi)哪個時隙發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制。因此，可理解為：用一偽隨機碼序列進行選擇的多時隙的時移鍵控。由于采用了窄得很多的時隙去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。931.2.3時間跳變系統(tǒng)1、名稱2、功能描述30發(fā)送端:數(shù)據(jù)先存儲起來，偽隨機碼序列控制存儲器的輸出與高頻開關(guān)通斷，經(jīng)調(diào)制后的信號由高頻開關(guān)經(jīng)天線發(fā)射。接收端:當(dāng)接收機的偽碼發(fā)生器與發(fā)端同步時，所需信號就能每次按時通過高頻開關(guān)進入接收機。接收機中解調(diào)后的數(shù)據(jù)也經(jīng)過一緩沖存儲器，以便恢復(fù)原來的均勻數(shù)據(jù)流?！緱l件】只要收發(fā)兩端在時間上嚴(yán)格地保持同步，就能正確地恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。94發(fā)送端:數(shù)據(jù)先存儲起來，偽隨機碼序列控制存儲器的輸出與高頻1）可看成時分系統(tǒng)，區(qū)別：不是在時間幀中固定分配時隙，而由擴頻碼序列控制按一定規(guī)律位置跳變的時隙。2）通過時間合理分配來避開強干擾，一種理想的多址技術(shù)。當(dāng)同一信道中有許多跳時信號時，同一時隙內(nèi)可能有信號相互重疊。因此，與頻率跳變系統(tǒng)一樣，必須設(shè)計好偽隨機碼，或采用協(xié)調(diào)方式構(gòu)成時分多址系統(tǒng)。3）簡單的時間跳變系統(tǒng)抗干擾性不強，故很少單獨使用。常與其他方式結(jié)合使用，組成混合擴頻方式。4）從抑制干擾角度看，減少了工作時間的占空比。系統(tǒng)的偽隨機碼參數(shù)不易被偵破。主要缺點：對定時要求嚴(yán)格。3、特點951）可看成時分系統(tǒng)，區(qū)別：不是在時間幀中固定分配時隙，而由擴1.2.4

線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)1、概念線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)（Chirp）是指系統(tǒng)的工作頻率在一給定的脈沖時間間隔內(nèi)線性地掃過一個很寬的頻帶，形成一帶寬很寬的掃頻信號，或者說工作頻率在一給定的時間間隔內(nèi)線性增大或減小，使發(fā)射信號頻譜占據(jù)很寬的范圍。在語音頻段，線性調(diào)頻聽起來類似鳥的“啾啾”叫聲，故也稱為鳥聲調(diào)制。2、特點

線性脈沖調(diào)頻是一種不需要用偽隨機碼序列調(diào)制的擴頻調(diào)制技術(shù)，由于其信號占用的頻帶寬度遠遠大于信息帶寬，從而也可獲得較好的抗干擾性能。961.2.4線性脈沖調(diào)頻系統(tǒng)1、概念在語音頻段，線性調(diào)頻聽起3、工作原理973、工作原理34（2）脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)，信號瞬時頻率為4、線性調(diào)頻信號特點（3）時域表達式為（1）發(fā)射脈沖信號的瞬時頻率在信息脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)隨時間作線性變化，頻差為98（2）脈沖持續(xù)時間Tb內(nèi)，信號瞬時頻率為4、線性調(diào)頻信號特點

可用匹配濾波器來實現(xiàn)。由色散延遲線構(gòu)成。對低頻成分延遲時間長，對高頻成分延遲時間短，于是頻率由低到高的調(diào)頻信號通過匹配濾波器后，各頻率分量幾乎同時輸出，信號疊加在一起，形成了脈沖時間的壓縮，使輸出信號幅度增加，能量集中，將有用信號檢出。而不匹配的信號在時間上沒有壓縮，甚至反被擴展。5、接收解調(diào)99可用匹配濾波器來實現(xiàn)。由色散延遲線構(gòu)成。對低頻成1）頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)(FH/DS)；2）直接序列-時間跳變混合擴頻系統(tǒng)(DS/TH)；3）頻率跳變-時間跳變混合擴頻系統(tǒng)(HF/TH)；1、常用系統(tǒng)1.2.5

混合擴頻通信系統(tǒng)注意：比單一的直接序列、頻率跳變、時間跳變體制有更優(yōu)良的性能。1001）頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)(FH/DS)；1、常用系特點：能夠大大提高擴頻系統(tǒng)的性能，且通信隱蔽性好、抗干擾能力強、頻率跳變系統(tǒng)的載波頻率難于捕捉、適應(yīng)于多址通信或離散尋址和多路復(fù)用。2、頻率跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)101特點：能夠大大提高擴頻系統(tǒng)的性能，且通信隱蔽性好、抗干擾能力特別適用于大量電臺同時工作，其距離或發(fā)射功率在很大范圍內(nèi)變化，需要解決通信中遠近效應(yīng)問題的場合，主要用于多址和尋址，擴展頻譜不是其主要目的。3、時間跳變-頻率跳變混合擴頻系統(tǒng)

1）適用場合指在同一工作區(qū)域內(nèi)，同一系統(tǒng)中由于接收機對于不同位置的發(fā)射機，電波傳播的距離有遠近之分，形成電波傳播路徑的衰減不同，近距離發(fā)射機發(fā)送來的信號場強要遠大于遠距離發(fā)射機發(fā)送來的信號場強。在接收機中強信號將對弱信號產(chǎn)生抑制作用，造成接收機不能很好地接收遠距離發(fā)射機發(fā)送來的信號。2）遠近效應(yīng)102特別適用于大量電臺同時工作，其距離或發(fā)射功率在很大范4、時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)

應(yīng)用場合：當(dāng)直接序列系統(tǒng)中可使用的擴頻碼序列的數(shù)目不能滿足多址或復(fù)用要求時，增加時分復(fù)用(TDM)是一種有效的解決辦法。既可增加的地址數(shù)，又可改善鄰臺的干擾性能。

1034、時間跳變-直接序列混合擴頻系統(tǒng)應(yīng)用場合：當(dāng)直接序列系統(tǒng)1.3擴頻通信系統(tǒng)的模型1.3.1

直接序列系統(tǒng)的模型1041.3擴頻通信系統(tǒng)的模型1.3.1直接序列系統(tǒng)的模型41假設(shè)調(diào)制方式為PSK1.3.1

直接序列系統(tǒng)的模型發(fā)送信號模型

105假設(shè)調(diào)制方式為PSK1.3.1直接序列系統(tǒng)的模型發(fā)送信號模

假設(shè)條件

（1）相互獨立；（2）d(t)碼元寬度Tb是c(t)碼元寬度Tc的整數(shù)倍；

傳輸影響

一般情況：隨機延時、多普勒頻移、隨機相移。不考慮信號電平衰減接收信號模型

106假設(shè)條件（1）相互獨立；（2）d(t)去除擴頻碼相關(guān)技術(shù)解擴去除載波相干技術(shù)解調(diào)設(shè)基帶濾波器h(t)帶寬與信息帶寬相同，射頻濾波器無失真?zhèn)鬏斝盘?，則基帶濾波器輸出為107去除擴頻碼相關(guān)技術(shù)解擴去除載擴頻碼同步載波同步基帶濾波器輸出(1-16)只要基帶濾波器能無失真?zhèn)鬏敂?shù)字信息，則收信端即可恢復(fù)出發(fā)信端傳輸?shù)男畔ⅰ?08擴頻碼同步載波同步基帶濾波器輸出(1-16)1.3.2

頻率跳變系統(tǒng)的模型圖1-14頻率跳變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(a)發(fā)射系統(tǒng)；(b)接收系統(tǒng)1091.3.2頻率跳變系統(tǒng)的模型圖1-14頻率跳變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

頻率合成器輸出信號離散頻率由于受偽碼控制，故具有周期性，序列周期為N，故有

(1-19)

跳頻發(fā)射機輸出信號110頻率合成器輸出信號離散頻率由于受偽碼控制，故具有周期性，序接收信號

本地頻率合成器輸出

混頻器輸出

(1-20)111接收信號本地頻率合成器輸出混頻器輸出(1-20)48

兩周期序列的復(fù)合序列的周期為兩個子序列周期的最小公倍數(shù)。假設(shè)中頻濾波器為理想窄帶帶通濾波器中頻濾波器輸出為112假設(shè)中頻濾波器為理想窄帶帶通濾波器中頻濾波器輸出為4假設(shè)接收機已同步中頻濾波器輸出為由于

則有113假設(shè)接收機已同步中頻濾波器輸出為由于則有50選擇各頻點，使其具有由于物理含義：混頻后的和頻信號分量都遠遠落在中頻濾波器通帶外。濾波器輸出為則有只要，解跳后的中頻信號就可無失真通過中頻濾波器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后，最后恢復(fù)出發(fā)射信號。114選擇各頻點，使其具有由于物理含義：混頻后的和頻信號分量都遠遠1.4擴頻系統(tǒng)處理增益與主要特點1.4.1

擴頻系統(tǒng)的處理增益

目的衡量擴頻通信系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣

定義

接收機解擴(跳)器(相關(guān)器)的輸出信噪比與輸入信噪比之比。

物理意義

表示經(jīng)過擴頻接收機處理后，使信號增強的同時抑制輸入到接收機干擾信號能力的大小。處理增益越大，則系統(tǒng)抗干擾能力越強。(1)處理增益Gp：1151.4擴頻系統(tǒng)處理增益與主要特點1.4.1擴頻系統(tǒng)的處理信號的空間維數(shù)是未經(jīng)擴頻處理前信號所占有的頻帶寬度。

經(jīng)過擴頻處理后，信號所占有的頻帶寬度為原始信號的空間維數(shù)為N，經(jīng)過擴頻處理后，信號的空間維數(shù)為M，這個信號空間也正是干擾信號企圖占有的空間。

這樣擴頻通信系統(tǒng)的處理增益為116

事實上若進入接收機解擴器的干擾與噪聲的功率譜密度均勻分布，譜密度為