擴(kuò)頻信號(hào)的產(chǎn)生與調(diào)制技術(shù)課件

4.1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DirectSequenceSpreadSpectrum，DS-SS），又稱為平均系統(tǒng)或偽噪聲系統(tǒng)。目前應(yīng)用較為廣泛的一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。例如：IS-95、UMTS和cdma2000。14.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生直接序列擴(kuò)頻信號(hào)是采用直接序列調(diào)制的方法產(chǎn)生的。直接序列調(diào)制就是用高速率的偽隨機(jī)碼序列與信息碼序列模2加(或偽隨機(jī)碼波形和信息碼波形相乘)后產(chǎn)生的復(fù)合碼序列直接去調(diào)制載波?？刹捎肞SK、FSK和ASK三種調(diào)制方式，PSK信號(hào)是最佳調(diào)制信號(hào)。通常采用抑制載波的二相平衡調(diào)制方式。節(jié)省發(fā)射功率；提高發(fā)射機(jī)效率；4.1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（Direct1圖4-1（a）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)方框圖4.1.1

直接序列信號(hào)的產(chǎn)生發(fā)射機(jī)接收機(jī)2圖4-1（a）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)方框圖4.1.1直接序2圖4-1（b）直擴(kuò)信號(hào)傳輸示意圖4.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生3圖4-1（b）直擴(kuò)信號(hào)傳輸示意圖4.1.1直接序列信號(hào)3圖4-3接收機(jī)中頻濾波器輸出信號(hào)頻譜示意圖

4.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生4圖4-3接收機(jī)中頻濾波器輸出信號(hào)頻譜示意圖4.1.1直4抑制載波雙邊帶調(diào)制4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻相位調(diào)制m(t)是二進(jìn)制序列時(shí)對(duì)于直接序列擴(kuò)頻調(diào)制，調(diào)制信號(hào)為擴(kuò)頻碼，若規(guī)定的取值為這樣相位調(diào)制信號(hào)可等效為一個(gè)只取的二值波形函數(shù)對(duì)載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)，也就是平衡調(diào)制信號(hào)。5只要c(t)不含直流分量，平衡調(diào)制就抑制了載波。抑制載波雙邊帶調(diào)制4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻相位調(diào)制m(54.1.2

擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻載波頻率必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)中有用信號(hào)的最高頻率，否則會(huì)發(fā)生頻譜的交疊，產(chǎn)生折疊噪聲，使傳輸信號(hào)的質(zhì)量下降。

圖4-4頻譜折疊示意圖（a）基帶信號(hào)的頻譜；(b)調(diào)制后的頻譜；(c)圖(b)的等效64.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4頻譜折疊示意圖664.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4直接序列調(diào)制前后的信號(hào)頻譜示意圖

7從頻譜的觀點(diǎn)來(lái)看，調(diào)制的結(jié)果就是把調(diào)制波的頻譜搬移到了f04.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4直接序列調(diào)制前后的信7參加混頻的兩個(gè)信號(hào)分別是乘積后的差頻項(xiàng)當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻碼波形和完全相同時(shí)，有

4.1.2

擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻8接收端信號(hào)的混頻過(guò)程就是信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò)過(guò)程，作為混頻的接收本地參考振蕩信號(hào)不再是一頻率單一的正弦波，而是一受本地參考擴(kuò)頻碼調(diào)制的已調(diào)信號(hào)。兩個(gè)周期相同、碼相位同步的調(diào)相信號(hào)混頻的結(jié)果，輸出信號(hào)中不再包含擴(kuò)頻碼，即擴(kuò)頻信號(hào)被解擴(kuò)了。而由信息信號(hào)確定的相移仍保留在中頻信號(hào)中，混頻器的輸出仍為調(diào)相波。在分析和設(shè)計(jì)混頻器時(shí)，需要注意信號(hào)的相位。

參加混頻的兩個(gè)信號(hào)分別是乘積后的差頻項(xiàng)當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻碼波形84.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻9接收端混頻的實(shí)質(zhì)◆混頻器輸入/輸出信號(hào)特點(diǎn)接收機(jī)輸入信號(hào)載波相移由擴(kuò)頻碼與信息信號(hào)共同作用，而本地參考信號(hào)載波的相移僅由擴(kuò)頻碼決定?！粝伦冾l功能信號(hào)頻譜從射頻到中頻搬移的過(guò)程。混頻器輸出信號(hào)中不再包含有擴(kuò)頻碼（解擴(kuò)）。由信息信號(hào)確定的相移仍保留在中頻信號(hào)中，混頻器的輸出仍為調(diào)相波。◆解擴(kuò)功能信號(hào)頻帶壓縮——擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)過(guò)程。4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻9接收端混頻的實(shí)質(zhì)◆混頻器輸入94.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性調(diào)制方式：PSK

擴(kuò)頻用的偽隨機(jī)碼c(t)的功率譜密度函數(shù)是由一系列的函數(shù)組成，這些

函數(shù)位于f=k/(NTc)=kRc/N

（k=0，1，2，…，N-1）處，沖擊強(qiáng)度所組成的包絡(luò)是(sinx/x)2，第一個(gè)零點(diǎn)在偽隨機(jī)碼的傳輸速率Rc處。

時(shí)域兩信號(hào)波形乘積的功率譜密度函數(shù)等于兩信號(hào)功率譜密度函數(shù)在頻域內(nèi)的卷積積分。

10信息碼d(t)和擴(kuò)頻碼c(t)在時(shí)域波形相乘d(t)c(t)(或序列模2相加

)所組成的復(fù)合碼，其功率譜密度函數(shù)等于d(t)的功率譜密度函數(shù)Sd(f)和c(t)的功率譜密度函數(shù)Sc(f)在頻域內(nèi)的卷積積分。復(fù)合碼功率譜密度函數(shù)Sd(f)*Sc(f)的包絡(luò)是(sinx/x)2型的。

4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性調(diào)制方式：PSK擴(kuò)頻104.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性11原來(lái)擴(kuò)頻碼功率譜密度函數(shù)中的d(f)函數(shù)由信息碼的功率譜密度函數(shù)代替，Sd(f)*Sc(f)的第一個(gè)零點(diǎn)在擴(kuò)頻碼的傳輸速率Rc處。由此可知，復(fù)合碼的頻譜必然有一個(gè)主瓣帶寬，其第一個(gè)零點(diǎn)在擴(kuò)頻碼的傳輸速率處。具體產(chǎn)生過(guò)程可以形象地用圖4-5表示。Rb為信息碼的傳輸速率，通常取Rc=NRb。

4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性11原來(lái)擴(kuò)頻碼功率譜密114.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性圖4-5偽隨機(jī)碼平衡調(diào)制過(guò)程及頻譜示意圖124.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性圖4-5偽隨機(jī)碼平衡12信號(hào)功率譜是統(tǒng)計(jì)平均量，長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果；在工程上，采用頻譜分析儀觀測(cè)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜，看到的僅是觀測(cè)時(shí)刻前一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均，這實(shí)際是將被觀測(cè)的信號(hào)分成若干時(shí)間段，將每一時(shí)間段的信號(hào)都看作是周期信號(hào)的一個(gè)周期來(lái)處理，因而在頻譜分析儀上看到信號(hào)的功率譜是離散譜；由于擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)性和信息碼的隨機(jī)性，被劃分的各時(shí)間段的信號(hào)是不相同的，因此出現(xiàn)在頻譜分析儀上的任何一根譜線的都是隨機(jī)的，所以直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖形就好象包絡(luò)是型的噪聲一樣，并非像圖4-5中所示的那樣理想。頻譜特性解釋4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性13信號(hào)功率譜是統(tǒng)計(jì)平均量，長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果；頻譜特性解釋413“載波泄露”問(wèn)題4.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性實(shí)際工程中，由于平衡調(diào)制電路中元件和參數(shù)的不對(duì)稱或不平衡，使輸入信號(hào)的幅度不是完全相等或兩個(gè)反相載波的相位不是嚴(yán)格地等于0和p，而出現(xiàn)載波泄漏的現(xiàn)象。輸出信號(hào)中，未被完全抑制的載波通常稱為“載漏”。頻譜上，輸出信號(hào)的頻譜中有載波分量出現(xiàn)。擴(kuò)頻序列不平衡，也會(huì)造成載波抑制不好。由于碼不平衡，在其頻譜中有直流分量出現(xiàn)，造成載波泄露。對(duì)擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的泄漏也需要特別注意。當(dāng)發(fā)生擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的泄漏時(shí)，頻譜中對(duì)應(yīng)于擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的頻率點(diǎn)處有尖峰譜出現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)產(chǎn)生寄生調(diào)幅的現(xiàn)象。14“載波泄露”問(wèn)題4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性實(shí)際14載波抑制的程度用載波抑制度（載漏抑制度）表示。定義為平衡調(diào)制器輸出信號(hào)的功率Po與殘留載波的功率Pc之比，即載波抑制不好，在載波頻率點(diǎn)有明顯的尖峰譜。載波抑制度最好與擴(kuò)頻處理增益大體相當(dāng)，一般以20~60dB為宜，使載波頻率譜線完全湮沒(méi)在寬帶信號(hào)頻譜中，這是從反偵察(或抗截獲)和抗窄帶瞄準(zhǔn)式干擾方面而言的。4.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性15序列的不平衡，反映在頻譜特性中就是存在直流分量，序列的平衡特性越差，直流分量越大，通過(guò)調(diào)制后，基帶信號(hào)中的直流分量反映在已調(diào)信號(hào)的頻譜中，就變成了已調(diào)信號(hào)中的載波分量。載波抑制的程度用載波抑制度（載漏抑制度）表示。定義為平衡調(diào)制154.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性在一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)里，由于進(jìn)入平衡調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)是擴(kuò)頻碼序列，碼的平衡性比平衡調(diào)制器中元器件的平衡性更難實(shí)現(xiàn)。由于碼不平衡，在其頻譜中有直流分量出現(xiàn)，這就使平衡調(diào)制器輸出的擴(kuò)頻信號(hào)中載波信號(hào)不能得到很好的抑制。由于平衡調(diào)制器輸出信號(hào)中有殘留載波分量的存在，使得輸出信號(hào)頻譜中不僅有擴(kuò)頻碼平衡調(diào)制信號(hào)，而且還有寄生的調(diào)幅信號(hào)。在發(fā)射機(jī)里，影響在于輸出擴(kuò)頻信號(hào)中有一些穩(wěn)定的、易于被檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)。這就失去了擴(kuò)頻信號(hào)隱蔽的特點(diǎn)，同時(shí)浪費(fèi)了發(fā)射機(jī)的輸出功率。在接收端，未被抑制的載波分量，作為一個(gè)同頻同相的窄帶干擾信號(hào)，將進(jìn)入接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)造成干擾。另外，未被抑制的載波將影響接收機(jī)的載波提取，進(jìn)而影響解調(diào)器的正常工作，使接收系統(tǒng)的性能下降，關(guān)于這一點(diǎn)我們將在第5章中詳細(xì)討論。

164.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性在一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)里，由于164.2直接序列系統(tǒng)射頻帶寬與處理增益4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬DS-SS系統(tǒng)射頻帶寬通常只考慮功率譜主瓣寬度。

DS-SS系統(tǒng)中射頻帶寬直接影響系統(tǒng)性能。系統(tǒng)的帶寬和傳送的信息速率決定了系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益。17調(diào)制信號(hào)為非歸零碼時(shí)，信號(hào)功率譜密度函數(shù)的包絡(luò)是(sinx/x)2型的。主瓣的帶寬為Rc，3dB帶寬為0.44Rc；PSK調(diào)制射頻帶寬為2Rc；4.2直接序列系統(tǒng)射頻帶寬與處理增益4.2.1直接序列系統(tǒng)的174.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬184.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬18184.2.1

直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬

功率損失取主瓣作為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬時(shí)，信號(hào)功率損失較小，只有10%的損失。射頻帶寬選取問(wèn)題圖4-8

帶寬受限對(duì)信號(hào)波形及相關(guān)函數(shù)的影響19

◆相關(guān)特性旁瓣中豐富的高頻分量來(lái)自調(diào)制信號(hào)陡峭的上升沿和下降沿。如過(guò)分地限制射頻帶寬就等于限制了調(diào)制信號(hào)（PN碼）的上升沿和下降沿，會(huì)使PN碼尖銳的三角形相關(guān)函數(shù)頂峰變得圓滑，影響系統(tǒng)的抗干擾性能。4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬功率損失射頻帶寬選取問(wèn)題19綜上，在確定DS-SS系統(tǒng)帶寬時(shí)，必須考慮功率損失、處理增益和信息信號(hào)的速率及系統(tǒng)抗干擾能力的要求。4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬特別是當(dāng)直接序列信號(hào)用于測(cè)距系統(tǒng)中時(shí)，射頻帶寬受限的問(wèn)題更顯得十分重要。20綜上，在確定DS-SS系統(tǒng)帶寬時(shí)，必須考慮功率損失、處理增益204.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益21DS-SS系統(tǒng)處理增益是擴(kuò)頻碼傳輸速率與信息信號(hào)傳輸速率的函數(shù)。其實(shí)質(zhì)描述的是信號(hào)從信息帶寬與射頻帶寬之間變換所帶來(lái)的信噪比的改善程度。影響處理增益因素1信息傳輸速率信息傳輸速率由信源而不是由傳輸系統(tǒng)決定的，不可能任意減小，一旦信息信號(hào)的傳輸速率下降到一定程度，就不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將信息傳送到接收方，失去了通信的意義。4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益21DS-SS系統(tǒng)處理增益214.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益222射頻帶寬（擴(kuò)頻碼速率）（a）射頻帶寬的不斷增大，并不能一直改善接收機(jī)輸出信號(hào)信噪比。擴(kuò)頻碼的編碼時(shí)鐘越高，對(duì)擴(kuò)頻碼發(fā)生器的要求也越高，系統(tǒng)工作頻帶也越寬，要求調(diào)制器和混頻器在較寬的頻帶內(nèi)保證一定的線性度，工程上難以實(shí)現(xiàn)。（b）當(dāng)擴(kuò)頻碼傳輸速率不斷增大，接收機(jī)輸出的干擾電平不斷下降，并將減小至與接收機(jī)熱噪聲電平相當(dāng)時(shí)，就不能改善輸出信號(hào)的信噪比。此時(shí)影響系統(tǒng)性能的是接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲。例

某系統(tǒng)射頻帶寬為100MHz，Rc=100MHz/2=50Mb/s，信息傳輸速率為16kb/s，則處理增益為4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益222射頻帶寬（擴(kuò)頻碼速率22接收機(jī)熱噪聲電平為（T=300K，B=16×2=32kHz）接收機(jī)輸出干擾電平為：-130.95dBm，與熱噪聲差不多。故進(jìn)一步加大射頻帶寬，輸出信噪比也不會(huì)有很大改善！4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益若射頻帶寬提高到200MHz，則23當(dāng)接收機(jī)可能收到的最大干擾為-93dBm時(shí)，接收機(jī)輸出的干擾信號(hào)為-93dBm-34.59=-127.95dBm接收機(jī)熱噪聲電平為（T=300K，B=16×2=32kHz）23如果把信息速率壓縮到2.4kb/s時(shí)，處理增益為4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益基帶速率下降獲得8.24dB的好處。降低信息速率比增加偽碼速率更有利，但要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮。由于信息速率的降低，接收機(jī)中解調(diào)器的帶寬變?yōu)锽＝2.4×2kHz，接收機(jī)輸出的熱噪聲電平為在接收機(jī)輸入干擾信號(hào)電平不變情況下，輸出干擾信號(hào)電平為24如果把信息速率壓縮到2.4kb/s時(shí)，處理增益為4.2.2244.3直接序列系統(tǒng)中信息的發(fā)送4.3.1信息的FSK調(diào)制擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)一般不采用振幅調(diào)制，因?yàn)檎{(diào)幅信號(hào)易于解調(diào)，不利于信息保密，且抗干擾能力較差。

通常采用FSK或PSK調(diào)制方式；例如信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK的擴(kuò)頻原理方框圖

圖4-9信息-調(diào)頻/直接序列-調(diào)相方框圖254.3直接序列系統(tǒng)中信息的發(fā)送4.3.1信息的FSK調(diào)25信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

若對(duì)該信號(hào)進(jìn)行平方處理，則產(chǎn)生2倍頻項(xiàng)

第2項(xiàng)是已經(jīng)解擴(kuò)的（不再含擴(kuò)頻碼c(t)）帶有全部調(diào)制信息的（信息d(t)對(duì)載波調(diào)頻）信號(hào)。對(duì)于有一定保密要求的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，該方案不可取。4.3.1信息的FSK調(diào)制26信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為若對(duì)該信264.3.2信息的PSK調(diào)制較常用的調(diào)制方案：信息-PSK/擴(kuò)頻碼-PSK調(diào)制方式圖4-10碼變型原理方框圖及波形274.3.2信息的PSK調(diào)制較常用的調(diào)制方案：信息-PSK27284.3.2信息的PSK調(diào)制圖4-10碼變型原理方框圖及波形注意要保證由信息引起的偽隨機(jī)碼反轉(zhuǎn)只能在偽隨機(jī)碼的0與1跳變時(shí)刻才出現(xiàn)。這種信息調(diào)制方法，對(duì)于不知道系統(tǒng)所用偽碼序列c(t)特性的偵察者來(lái)說(shuō)，即便偵察到是信息與偽隨機(jī)碼模2相加后的合成信號(hào)，要從中解調(diào)出信息也是比較困難的。284.3.2信息的PSK調(diào)制圖4-10碼變型原理方框284.3.3QPSK調(diào)制(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK圖4-11信息-BPSK/擴(kuò)頻碼序列-QPSK直擴(kuò)系統(tǒng)注意c1(t)和c2(t)碼速率相同，碼結(jié)構(gòu)不同，均取值為±1；碼速率同步且相干（由同一時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)）；c1(t)和c2(t)彼此獨(dú)立。294.3.3QPSK調(diào)制(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QP29調(diào)制器輸出(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK功率譜

信號(hào)的功率譜等于同相信號(hào)功率譜與正交信號(hào)功率譜的代數(shù)和；注由于擴(kuò)頻碼彼此獨(dú)立，載波正交，故上式的后兩項(xiàng)等于0。(4-6)4.3.3QPSK調(diào)制30調(diào)制器輸出(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK功率譜信3031接收機(jī)混頻后同相支路I(t)和正交支路Q(t)分別為（僅考慮差頻項(xiàng)，和頻項(xiàng)不能通過(guò)中頻濾波器）(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK信號(hào)接收4.3.3QPSK調(diào)制31接收機(jī)混頻后同相支路I(t)和正交支路Q(t)分別為（僅3132其結(jié)果使擴(kuò)頻信號(hào)被解擴(kuò)。解擴(kuò)后的信號(hào)能夠通過(guò)中頻濾波器，從而恢復(fù)原始信息

(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK若擴(kuò)頻碼已同步，即

則有4.3.3QPSK調(diào)制32其結(jié)果使擴(kuò)頻信號(hào)被解擴(kuò)。(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼32注意實(shí)際工程中，當(dāng)d(t)的碼速率較高時(shí)，已調(diào)信號(hào)d(t)cos(2pf0t)的帶寬較寬，對(duì)此寬帶信號(hào)進(jìn)行移相90度而不產(chǎn)生失真是比較困難的。通常采用兩路BPSK調(diào)制的方式來(lái)代替，要注意同相支路和正交支路元器件的選取盡量保證一致，否則會(huì)產(chǎn)生寄生調(diào)幅現(xiàn)象。圖4-12一種信息-BPSK/擴(kuò)頻碼序列-QPSK調(diào)制方法(1)信息-BPSK/擴(kuò)頻碼-QPSK4.3.3QPSK調(diào)制33注意實(shí)際工程中，當(dāng)d(t)的碼速率較高時(shí)，已調(diào)信號(hào)d(t)33(2)平衡QPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)圖4-13平衡QPSK直擴(kuò)系統(tǒng)方框圖發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)s(t)為4.3.3QPSK調(diào)制34(2)平衡QPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)圖4-13平衡QPSK34混頻器輸出的差頻分量（忽略掉和頻分量）為當(dāng)擴(kuò)頻碼同步時(shí)，中頻濾波器的輸出為(2)平衡QPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)信號(hào)接收(4-11)(4-12)4.3.3QPSK調(diào)制35混頻器輸出的差頻分量（忽略掉和頻分量）為當(dāng)擴(kuò)頻碼同步時(shí)，中35I(t)和Q(t)的碼速率可以不相同；c1(t)和c2(t)的碼速率也可不相同，這種調(diào)制叫做雙通道QPSK。跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)(TDRSS)中所用的擴(kuò)頻信號(hào)之一就是采用這種類型的方案。

注意圖4-14雙信道QPSK直擴(kuò)系統(tǒng)方框圖364.3.3QPSK調(diào)制(3)

雙通道QPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)I(t)和Q(t)的碼速率可以不相同；c1(t)和c2(t)364.3.4MSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為

當(dāng)載波和擴(kuò)頻碼都取得同步時(shí)，MSK直接序列擴(kuò)頻信號(hào)可由圖所示接收機(jī)解調(diào)，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

374.3.4MSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為當(dāng)載波和374.3.4MSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)圖4-16串行MSK擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器(a)一種串行MSK擴(kuò)頻調(diào)制器；(b)另一種串行MSK擴(kuò)頻調(diào)制器(c)串行MSK擴(kuò)頻信號(hào)解調(diào)器38圖4-16所示為串行MSK（即SMSK）擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器原理方框圖。圖4-16(a)和(b)為兩種發(fā)射機(jī)方案，兩者的區(qū)別只是信息信號(hào)調(diào)制器的位置不同，原理是一樣的。

4.3.4MSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)圖4-16串行MSK擴(kuò)頻38MSK變換濾波器是一個(gè)線性無(wú)源時(shí)不變?yōu)V波器，該濾波器的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)MSK的關(guān)鍵，特別適合基于DSP處理的軟件無(wú)線電技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.3.4MSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)與并行MSK方案相比，SMSK調(diào)制解調(diào)器只使用一個(gè)擴(kuò)頻碼，而并行MSK調(diào)制解調(diào)器中要使用兩個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)頻碼，但是，在得到相同性能的條件下，SMSK擴(kuò)頻碼速率要比并行MSK方案的碼速率提高一倍。在圖4-16(a)所示方案中，信息信號(hào)調(diào)制可能在輸出信號(hào)中產(chǎn)生p/2相位突變，它是由于每當(dāng)信息信號(hào)是“1”時(shí)載波增加p/2相移造成的。在圖4-16(b)所示方案中，在MSK變換之前，信息信號(hào)和擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行模2加，這時(shí)由于是信息信號(hào)調(diào)制后才進(jìn)行MSK變換，載波可不產(chǎn)生p/2的相位突變，并且發(fā)射信號(hào)的功率譜與擴(kuò)頻碼對(duì)載波進(jìn)行MSK調(diào)制的功率譜相同。

兩者都是在二相移相鍵控的基礎(chǔ)上，用變換濾波器來(lái)形成MSK信號(hào)，在接收端進(jìn)行類似的處理，以便得到最佳解調(diào)性能。

39MSK變換濾波器是一個(gè)線性無(wú)源時(shí)不變?yōu)V波器，該濾波器的設(shè)計(jì)是394.4頻率跳變擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念頻率跳變就是用偽隨機(jī)碼構(gòu)成跳頻指令來(lái)控制頻率合成器輸出信號(hào)頻率，在多個(gè)頻率中進(jìn)行選擇的移頻鍵控。提供幾百個(gè)、幾千個(gè)甚至幾萬(wàn)個(gè)離散的頻率選擇。發(fā)送信號(hào)的頻率由偽隨機(jī)碼序列構(gòu)成的跳頻指令(又稱跳頻圖案)來(lái)隨機(jī)選取。在接收端，進(jìn)行解擴(kuò)（解跳），需要有與發(fā)端相同的跳頻指令去控制本地的頻率合成器，使其輸出的頻率跳變信號(hào)能在混頻器中與接收到的頻率跳變信號(hào)差出一個(gè)固定中頻信號(hào)。經(jīng)中頻放大器放大及帶通濾波器濾波后，得到一個(gè)受信息信號(hào)調(diào)制的固定中頻信號(hào)，送到信息解調(diào)器恢復(fù)出原來(lái)的信息信號(hào)。

404.4頻率跳變擴(kuò)頻通信系統(tǒng)4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念40圖4-15頻率跳變系統(tǒng)原理方框圖4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念工作過(guò)程(1)發(fā)送端PN碼序列發(fā)生器輸出跳頻指令(跳頻圖案)，控制頻率合成器輸出信號(hào)的頻率，使其輸出信號(hào)的頻率隨機(jī)地跳躍變化，圖4-6(a)。(2)頻率合成器輸出信號(hào)就是發(fā)射機(jī)的本振信號(hào)，被信息信號(hào)調(diào)制后作為頻率跳變信號(hào)輸出。(3)從時(shí)間-頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系看，頻率跳變信號(hào)的載波頻率是由時(shí)頻矩陣組成，每個(gè)頻率的持續(xù)時(shí)間為Ts，并按照跳頻指令的規(guī)定在時(shí)頻矩陣內(nèi)跳變，圖4-16(b)。41圖4-15頻率跳變系統(tǒng)原理方框圖4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物41圖4-16跳頻時(shí)頻矩陣圖4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的系統(tǒng)物理概念42圖4-16跳頻時(shí)頻矩陣圖4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的系統(tǒng)物理概42(1)送入發(fā)端頻率合成器的跳頻指令波形；(2)發(fā)端頻率合成器輸出的載波波形示意圖；(3)送入接收端頻率合成器的跳頻指令波形，該跳頻指令由接收端的偽碼發(fā)生器產(chǎn)生；(4)接收端頻率合成器輸出的參考頻移載波波形；(5)解跳后送入解調(diào)器的相干中頻波形。圖4-17FH-SS系統(tǒng)各點(diǎn)信號(hào)波形4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念頻率跳變系統(tǒng)方框圖中各點(diǎn)波形43(1)送入發(fā)端頻率合成器的跳頻指令波形；圖4-17FH-43碼片速率決定頻率跳變快慢，即系統(tǒng)頻率跳變速率；在跳頻系統(tǒng)中，Tc包括兩部分(1)頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間Tt；(2)頻點(diǎn)持續(xù)時(shí)間Ts（駐留時(shí)間）；則：

FS-SS系統(tǒng)占用了比信息帶寬要寬得多的傳輸頻帶。在某一瞬間，跳頻系統(tǒng)只是在單一射頻載波上通信。但從總的通信時(shí)間上看，跳頻信號(hào)用占據(jù)寬的射頻頻帶()來(lái)?yè)Q取強(qiáng)的抗干擾能力。擴(kuò)頻處理增益等于系統(tǒng)可選用的頻率數(shù)N。4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念在慢跳變系統(tǒng)中，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間可忽略；在快跳變系統(tǒng)中，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短將成為系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。在理論分析性能時(shí)，通常將Tt的影響忽略，近似認(rèn)為Tc＝Ts。44碼片速率決定頻率跳變快慢，即系統(tǒng)頻率跳變速率；在跳頻系統(tǒng)中，4445頻率跳變器

4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念FH-SS系統(tǒng)對(duì)頻率合成器要求苛刻

要求輸出頻譜純度高，可供選用的頻率數(shù)N足夠大、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短（跳變速率高）、頻率鎖定時(shí)間短和跳頻圖案（跳頻指令）比較復(fù)雜等。FS信號(hào)的特點(diǎn)是在一個(gè)很寬的寬帶范圍內(nèi)采用“躲避”式的方法來(lái)抵抗干擾信號(hào)。任何外來(lái)干擾信號(hào)只有在與有用信號(hào)的頻率相同，且在有用信號(hào)的載波持續(xù)時(shí)間(駐留時(shí)間)內(nèi)才起作用。而有用信號(hào)載波頻率受擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼控制，當(dāng)頻率跳變后，干擾信號(hào)就不再起作用。(1)由擴(kuò)頻碼發(fā)生器、指令譯碼器和頻率合成器組成，是FH系統(tǒng)核心器件。(2)其頻率數(shù)和頻率跳變速率決定了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，同時(shí)也決定了偽隨機(jī)碼發(fā)生器和頻率合成器的指標(biāo)。45頻率跳變器4.4.1頻率跳變系統(tǒng)的物理概念FH454.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)FH-SS系統(tǒng)頻率合成器輸出信號(hào)為(4-13)46由于因此有設(shè)的自相關(guān)函數(shù)為，功率譜密度函數(shù)為4.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)FH-SS系統(tǒng)頻率合成器輸464.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)單邊表達(dá)式

474.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)單邊表達(dá)式4747當(dāng)d(t)對(duì)載波進(jìn)行PSK調(diào)制時(shí)，發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為圖4-20頻率合成器輸出信號(hào)的頻譜理想頻率合成器輸出頻譜：等間隔的一系列線譜，并且每個(gè)頻點(diǎn)均具有相同的輸出功率。4.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)信息調(diào)制后的功率譜48當(dāng)d(t)對(duì)載波進(jìn)行PSK調(diào)制時(shí)，發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)為圖4-20484.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)49當(dāng)信息碼的碼速率為Rb時(shí)，為了盡可能減少鄰道干擾，頻率間隔fD應(yīng)選擇為Rb，這樣中心頻率為fk的頻道頻譜的零值點(diǎn)正好處于與其左右相鄰的、中心頻率為fk±fD=fi±Rb的頻道頻譜的峰值處，構(gòu)成頻率的正交關(guān)系，如圖4-21所示。在這種情況下，若可選取的跳頻頻率數(shù)為N，則跳頻信號(hào)的帶寬為

4.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)49當(dāng)信息碼的碼速率為Rb49圖4-21頻率跳變系統(tǒng)PSK調(diào)制信號(hào)頻譜圖（頻譜重疊）4.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)兩種功率譜情況跳頻信號(hào)帶寬。50圖4-21頻率跳變系統(tǒng)PSK調(diào)制信號(hào)頻譜圖（頻譜重疊）4.4504.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)51

有時(shí)為了防止跳頻頻譜發(fā)生重疊，要求每個(gè)頻道的帶寬應(yīng)不小于信息信號(hào)的帶寬，如圖4-22。

例如，若允許射頻帶寬BRF=100MHz，信息信號(hào)的速率是1kb/s，為確保鄰近頻道不發(fā)生串?dāng)_和頻譜重疊，每個(gè)頻道應(yīng)至少有2kHz的帶寬。頻率跳變的間隔應(yīng)不小于2kHz。所以可得到100MHz/2kHz=5000個(gè)跳頻頻道數(shù)。

需要注意的是，在此情況下跳頻信號(hào)所占據(jù)的帶寬

4.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)51有時(shí)為514.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)圖4-22頻率跳變系統(tǒng)PSK調(diào)制信號(hào)頻譜圖（頻譜不重疊）

跳頻信號(hào)帶寬524.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)圖4-22頻率跳變系統(tǒng)PS52534.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)FH-SS系統(tǒng)信息調(diào)制常采用FSK（數(shù)字信號(hào)）或FM（模擬信號(hào)）調(diào)制。FSK調(diào)制信號(hào)為(4-18)

圖4-23頻率跳變擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生

534.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)FH-SS系統(tǒng)信息調(diào)制53544.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)設(shè)發(fā)射機(jī)本振信號(hào)為混頻后（1）FSK調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生信息d(t)被調(diào)制到中頻fTIF

上544.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)設(shè)發(fā)射機(jī)本振信號(hào)為混頻54554.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功率譜設(shè)帶通信號(hào)D(t)的功率譜密度函數(shù)為混頻器輸出信號(hào)的功率譜為

經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除頻率較低分量可得

(4-18)

554.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功554.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功率譜帶通濾波后信號(hào)功率譜密度（單邊）為FSK屬于非線性調(diào)制，對(duì)信號(hào)頻譜特性研究較困難（無(wú)通用方法），故FSK調(diào)制跳頻信號(hào)頻譜特性研究也較困難。在一定條件下，如假設(shè)FSK信號(hào)相位不連續(xù)，頻譜可看作兩個(gè)振幅鍵控信號(hào)的疊加，功率譜密度示意圖見(jiàn)圖4-24。564.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功率譜564.4.2

頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功率譜圖4-24頻率跳變系統(tǒng)信號(hào)頻譜示意圖（FSK調(diào)制）特點(diǎn)：在頻率跳變系統(tǒng)中，信號(hào)的頻譜是由N個(gè)頻譜結(jié)構(gòu)完全相同的帶通信號(hào)頻譜組成，每個(gè)帶通信號(hào)的中心頻率分別為f1、f2、

…、fN，其頻譜結(jié)構(gòu)取決于信息調(diào)制方式。574.4.2頻率跳變信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)（2）FSK調(diào)制信號(hào)功率譜574.5頻率跳變信號(hào)產(chǎn)生FH-SS信號(hào)，一般不采用信號(hào)直接調(diào)制頻率跳變的載波，因?yàn)?1)當(dāng)系統(tǒng)射頻頻率較高時(shí)，在較高頻率上進(jìn)行調(diào)制比較困難；(2)信號(hào)通過(guò)調(diào)制實(shí)現(xiàn)頻率搬移過(guò)程中，不可避免產(chǎn)生一些帶外分量，調(diào)制器無(wú)法抑制，通常需在調(diào)制器后加帶通濾波器控制；(3)調(diào)制器特性和參數(shù)與工作頻率有密切關(guān)系。載波大范圍內(nèi)變化，已調(diào)信號(hào)在各個(gè)頻道上的特性很難保證完全一致。584.5頻率跳變信號(hào)產(chǎn)生FH-SS信號(hào)，一般不采用信號(hào)直接調(diào)584.5頻率跳變信號(hào)產(chǎn)生

實(shí)際中發(fā)射機(jī)在中頻進(jìn)行信息調(diào)制，再利用上變頻器搬移到射頻段。圖4-25頻率跳變系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生原理方框圖

594.5頻率跳變信號(hào)產(chǎn)生實(shí)際中發(fā)射機(jī)在中頻進(jìn)行信息調(diào)制，再594.5.1跳頻器(1)頻率范圍跳頻器是FH-SS系統(tǒng)核心器件。由偽隨機(jī)碼發(fā)生器、指令譯碼器、頻率合成器構(gòu)成。頻率數(shù)和跳變速率是決定整個(gè)頻率跳變系統(tǒng)性能的主要技術(shù)參數(shù)。

跳頻器主要指標(biāo)

跳頻器：指頻率合成器的工作頻率范圍，或頻率合成器輸出信號(hào)的頻率范圍。頻率范圍越大，可供選取的頻率數(shù)就越多，跳頻信號(hào)的頻譜擴(kuò)展的越寬，擴(kuò)頻處理增益Gp越大。(2)頻率間隔兩個(gè)相鄰頻率之間的最小間隔DFmin稱為頻率分辯率，應(yīng)滿足頻率跳變系統(tǒng)跳頻間隔fD的要求，即

604.5.1跳頻器(1)頻率范圍跳頻器是FH-SS系統(tǒng)核心604.5.1跳頻器跳頻器主要指標(biāo)(3)頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是頻率合成器輸出信號(hào)的頻率改變后，達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間Tt。頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，可允許的頻率跳變速率就越高，就更適合高速數(shù)據(jù)的傳輸，并有效地抑制干擾，特別是人為轉(zhuǎn)發(fā)性干擾。

(4)頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度是指在指定的時(shí)間間隔內(nèi)，頻率合成器輸出信號(hào)的頻率偏離規(guī)定值的數(shù)值。頻率準(zhǔn)確度是指輸出信號(hào)頻率的實(shí)際值偏離規(guī)定值的數(shù)值，即頻率誤差。有些文獻(xiàn)將頻率穩(wěn)定度稱為相對(duì)頻率穩(wěn)定度，頻率準(zhǔn)確度稱為絕對(duì)頻率穩(wěn)定度。在工程上通常將這兩個(gè)指標(biāo)合并，統(tǒng)稱為頻率的穩(wěn)準(zhǔn)度。(5)頻譜純度頻率合成器輸出信號(hào)的頻率不穩(wěn)定性在頻域表現(xiàn)為信號(hào)的頻譜不純。一般要求跳頻頻率合成器輸出的頻譜要純，具有低的噪聲性能，特別是低的相位噪聲。614.5.1跳頻器跳頻器主要指標(biāo)(3)頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率轉(zhuǎn)61624.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器采用混頻、分頻、倍頻等方法合成；2.間接式頻率合成器采用鎖相環(huán)；3.直接數(shù)字合成DDS方式FH-SS頻率合成器分類FH-SS系統(tǒng)可變頻率合成器與普通頻率合成器有兩點(diǎn)區(qū)別（1）輸出信號(hào)頻率受跳頻指令控制；（2）能足夠快地改變輸出信號(hào)頻率，使系統(tǒng)能很快地進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，躲避外部跟蹤式干擾。624.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器FH-SS頻率62634.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器圖4-26直接式頻率合成器合成頻率數(shù)越多，濾波器的數(shù)量就越多。在工程上很少使用。最簡(jiǎn)單的方式是用一系列頻率信號(hào)經(jīng)和/差頻（混頻濾波法）獲得大量合成頻率。特點(diǎn)634.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器圖4-2663利用完全相同的混頻(和)與分頻(除)基本單元級(jí)聯(lián)而成。圖4-27直接式頻率合成器(N=4096)4.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器64利用完全相同的混頻(和)與分頻(除)基本單元級(jí)聯(lián)而成。圖4-644.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器（1）頻率數(shù)目

頻率數(shù)目與輸入?yún)⒖夹盘?hào)的頻率數(shù)目及混頻的次數(shù)有關(guān)。若M個(gè)基本單元級(jí)聯(lián)，參考信號(hào)頻率個(gè)數(shù)為k，則輸出頻率總數(shù)為（2）最小頻率間隔每增加一級(jí)基本單元，輸出信號(hào)頻率間隔就減少為前一級(jí)頻率間隔的1/N0

；則M級(jí)的最小頻率間隔為654.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器（1）頻率數(shù)目654.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器例66f1=142.5MHz，f2=147.5MHz，f3=152.5MHz，f4=157.5MHzk=4，DF=5MHz。基本單元分頻比N0=4，整個(gè)頻率合成器由6個(gè)基本單元串聯(lián)而成，即M=6，問(wèn)輸出頻率的總數(shù)?最小頻率間隔為?（3）延遲特性帶通濾波器用來(lái)抑制混頻產(chǎn)生的和頻之外的其它組合頻率，以保證輸出頻譜純度。帶通濾波器的延遲特性是影響跳頻時(shí)間最關(guān)鍵指標(biāo)，級(jí)聯(lián)濾波器的總時(shí)延將限制跳頻器的頻率跳變速率。4.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器例66f1=166674.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器（4）基本單元開(kāi)關(guān)電路圖4-28混頻-分頻基本單元門開(kāi)關(guān)電路（k=4）

674.5.2頻率合成器1.直接式頻率合成器（4）基本單672.間接式頻率合成器

均由鎖相環(huán)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般只適用于慢速、中速頻率跳變系統(tǒng)。

圖4-29鎖相環(huán)跳頻頻率合成器矛盾：這兩個(gè)基本要求和鎖相環(huán)路中環(huán)路濾波器的基本特性矛盾！環(huán)路濾波器帶寬越窄，輸出信號(hào)相位噪聲就越小，但環(huán)路捕獲時(shí)間要加長(zhǎng)，增加頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間。4.5.2頻率合成器

FH-SS系統(tǒng)要求輸出信號(hào)的頻譜純且頻率轉(zhuǎn)換速度快。682.間接式頻率合成器均由鎖相環(huán)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般只適用于慢68692.間接式頻率合成器4.5.2頻率合成器

低相位噪聲情況下加快頻率跳變時(shí)間的解決措施（1）使用取樣環(huán)路濾波器代替環(huán)路濾波器，取樣-保持形式的LF可以降低由鑒相器產(chǎn)生的一些抖動(dòng)，從而減少環(huán)路捕獲時(shí)間來(lái)提高跳頻速率。（2）利用跳頻指令控制利用跳頻指令把VCO工作頻率預(yù)置在輸出信號(hào)頻率附近，使環(huán)路鎖定時(shí)間大大降低。可通過(guò)DAC將控制跳頻指令轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷簛?lái)作為VCO控制信號(hào)，其數(shù)值恰好能將VCO輸出頻率粗調(diào)到所要求頻率附近。相當(dāng)于降低環(huán)路開(kāi)環(huán)增益，相位抖動(dòng)也相應(yīng)降低。692.間接式頻率合成器4.5.2頻率合成器低相位噪聲694.5.2頻率合成器（3）利用多環(huán)技術(shù)各鎖相環(huán)順序輸出不同頻率，由門電路根據(jù)跳頻指令選取其中的一個(gè)作為頻率合成器的輸出。由于鎖相環(huán)是通過(guò)改變分頻器的分頻系數(shù)來(lái)改變輸出頻率，故可利用跳頻指令順序改變各環(huán)路分頻系數(shù)，使得允許每個(gè)環(huán)路的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加長(zhǎng)。單個(gè)鎖相環(huán)的頻率鎖定時(shí)間，一般不能大于頻點(diǎn)駐留時(shí)間的1/10，從而限制了跳頻速率。采用雙環(huán)技術(shù)，兩個(gè)鎖相環(huán)路輪流輸出，跳頻速率可提高5倍或更高。例單個(gè)頻率合成器的鎖定時(shí)間為100ms，在每個(gè)頻點(diǎn)的駐留時(shí)間為900ms，則系統(tǒng)頻率跳變速率為1000跳/s。若采用兩個(gè)頻率合成器，在頻率跳變速率提高5倍的情況下，即5000跳/s，在每個(gè)頻點(diǎn)上的時(shí)間為200ms。由于兩個(gè)環(huán)路輪流輸出，故允許每個(gè)環(huán)路的鎖定時(shí)間可以放寬，只要每個(gè)環(huán)路的轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于200ms即可。704.5.2頻率合成器（3）利用多環(huán)技術(shù)單個(gè)鎖相環(huán)的頻率鎖定70714.5.2頻率合成器圖4-30雙鎖相環(huán)路構(gòu)成的頻率合成器方框圖間接式頻率合成器采用上述措施后可提高跳頻速率，但仍比直接式頻率合成器低，所以只適用于慢速、中速頻率跳變系統(tǒng)。714.5.2頻率合成器圖4-30雙鎖相環(huán)路構(gòu)成的頻率合71723.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）

相對(duì)帶寬較寬；頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短；頻率分辨率高；輸出相位連續(xù)；可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)；可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等。4.5.2頻率合成器直接數(shù)字合成（DirectDigitalSynthesis，DDS）是1971年美國(guó)學(xué)者J.Tierney等人首次提出的全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術(shù)。在FH-SS系統(tǒng)中被廣范使用。特點(diǎn)723.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）相對(duì)帶寬較寬；4.723.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）

DDS基本原理圖4-31DDS基本電路原理圖

4.5.2頻率合成器利用采樣定理，通過(guò)查表法產(chǎn)生輸出信號(hào)的波形。

DDS的核心是相位累加器。每一個(gè)時(shí)鐘脈沖相位累加器就更新一次，更新量由相位增量寄存器的相位增量k所決定。相位累加器初值為00..00，則每個(gè)時(shí)鐘脈沖（頻率為fs）相位累加器要加上k。若累加器位數(shù)是n位，則需2n/k個(gè)時(shí)鐘周期才能恢復(fù)到初值00..00。當(dāng)?shù)?n+1個(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，相位累加器又重復(fù)上述累加，周而復(fù)始。相位累加器輸出信號(hào)的周期為2n/k時(shí)鐘周期。733.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）DDS基本原理圖4-373743.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）圖4-31DDS基本電路原理圖

4.5.2頻率合成器相位累加器的輸出信號(hào)作為正弦查找表的查找地址。查找表中的每個(gè)數(shù)據(jù)代表正弦波一個(gè)周期中的各個(gè)相位點(diǎn)的量化振幅值。查找表相當(dāng)于一個(gè)相位/振幅變換器。它將相位累加器的相位信息映射成數(shù)字振幅信息，數(shù)字振幅值作為D/A變換器輸入，變換后的信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾波平滑成正弦波輸出。DDS基本原理743.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）圖4-31DDS基74753.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）圖4-31DDS基本電路原理圖

4.5.2頻率合成器例如：n=32，k=1，輸出頻率fo=fs/232。若k=2，fo就增加1倍。對(duì)于n位相位累加器，有2n個(gè)可能的相位點(diǎn)。假設(shè)時(shí)鐘頻率為fs，則輸出正弦波頻率為(4-20)753.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）圖4-31DDS基75763.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）4.5.2頻率合成器DDS頻率分辨率fs/2n(k=1)。若n=32，分辨率達(dá)fs/232≈2.3×10-10fs

。如fs=10MHz，分辨率約為2.3mHz。注意：實(shí)際應(yīng)用中，相位累加器的所有輸出位并不是全部都送到查找表，一般只取高K位，既減少查找表規(guī)模，又不影響頻率分辨率。由于相位點(diǎn)減少，合成波形的相位噪聲將增大。只要輸出的相位噪聲能滿足系統(tǒng)要求，應(yīng)盡量減小相位累加器的輸出位數(shù)，從而減小查找表規(guī)模。763.直接數(shù)字合成頻率合成器（DDS）4.5.2頻率合成76774.5.3信息的調(diào)制方式1.模擬信號(hào)的調(diào)制圖4-32傳輸模擬信號(hào)時(shí)的頻率跳變發(fā)射系統(tǒng)

FM調(diào)制信號(hào)的帶寬和調(diào)制指數(shù)密切相關(guān)，其帶寬可能大于2倍的基帶模擬信息信號(hào)的帶寬，為保證擴(kuò)頻后頻譜不重疊，頻率合成器輸出頻率間隔至少要等于FM信號(hào)的帶寬。FH-SS系統(tǒng)信息調(diào)制方式靈活，無(wú)論模擬信息或數(shù)字信息，均可調(diào)制。

傳輸模擬信號(hào)通常采用模擬調(diào)頻（FM）方式。將信息調(diào)制在中頻，再利用混頻方法搬移到射頻，與常規(guī)通信體制不同之處是發(fā)信本振頻率受跳頻指令控制。774.5.3信息的調(diào)制方式1.模擬信號(hào)的調(diào)制圖4-3277784.5.3信息的調(diào)制方式2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制

互補(bǔ)信道方式傳輸頻率合成器輸出的頻率直接代表信息的“1”或“0”，其輸出頻率不僅受跳頻指令控制，同時(shí)還受信息控制。當(dāng)跳頻指令一定時(shí)，頻率合成器輸出信號(hào)的頻率取決于當(dāng)前要傳輸?shù)男畔⑿盘?hào)是“1”或“0”，代表信息“1”的頻率值和代表信息“0”的頻率值可能相鄰，也可能相隔很遠(yuǎn)。在此信息調(diào)制系統(tǒng)中，在跳頻頻率占據(jù)的整個(gè)頻帶內(nèi)，射頻頻帶被分成了兩部分：一部分頻帶用來(lái)傳輸信息“1”，而另一部分頻帶傳輸信息“0”。在每一部分中，又被分成了N個(gè)子頻道，N是頻率跳變系統(tǒng)的頻點(diǎn)數(shù)。

通常采用FSK，也可采用另外一種傳輸數(shù)字信息的方法784.5.3信息的調(diào)制方式2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制互補(bǔ)信道方7879圖4-33互補(bǔ)頻道頻譜示意圖

4.5.3

信息的調(diào)制方式2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制圖4-33給出了頻率跳變系統(tǒng)頻譜示意圖。fi,j

為系統(tǒng)第i個(gè)頻率跳變頻點(diǎn)，i=1，2，…，N。j為0表示系統(tǒng)當(dāng)前工作在第i個(gè)頻點(diǎn)，傳輸?shù)男畔⑹恰?”；j為1表示傳輸?shù)男畔⑹恰?”。子頻道fi,0和fi,1是系統(tǒng)第i個(gè)頻率跳變頻點(diǎn)的兩個(gè)傳輸頻道，組成一對(duì)互補(bǔ)頻道。說(shuō)明79圖4-33互補(bǔ)頻道頻譜示意圖4.5.3信息的調(diào)制方79804.5.3

信息的調(diào)制方式2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制FSK調(diào)制頻率跳變系統(tǒng)可認(rèn)為是上述的一個(gè)特例。在FSK調(diào)制系統(tǒng)中，互補(bǔ)頻道是相鄰的，見(jiàn)圖4-34。圖中陰影部分是傳輸信息“1”的頻帶。圖4-34FSK調(diào)制頻譜示意圖804.5.3信息的調(diào)制方式2.數(shù)字信號(hào)的調(diào)制FSK調(diào)制頻804.5.4頻率跳變系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）以“躲避”方式抗干擾；各種干擾對(duì)系統(tǒng)影響程度取決于干擾類型、調(diào)/解調(diào)方式、同步精確度等。從處理過(guò)程看：DS-SS把任何非有用信號(hào)能量“平均”地分配在整個(gè)擴(kuò)展頻帶上。對(duì)FH-SS系統(tǒng)，只有當(dāng)干擾信號(hào)能量大于接收機(jī)的解調(diào)判決門限，且在每次跳變的頻點(diǎn)駐留時(shí)間內(nèi)，干擾信號(hào)頻率又恰好位于跳頻頻道上時(shí)，干擾信號(hào)才有效。所以瞄準(zhǔn)式干擾FH-SS系統(tǒng)干擾作用不明顯。（2）易于解決遠(yuǎn)近效用問(wèn)題；遠(yuǎn)近效應(yīng)指在同一系統(tǒng)中，近距離電臺(tái)的強(qiáng)信號(hào)抑制了遠(yuǎn)距離電臺(tái)的弱信號(hào)。遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題在DS-SS系統(tǒng)中尤為明顯，常采用功率控制方式解決。在FH-SS系統(tǒng)中，基本上不存在遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題，系統(tǒng)可在非常強(qiáng)的鄰近電臺(tái)干擾下工作。

（3）具有多址能力和高的頻譜利用率；（4）易與其他擴(kuò)頻系統(tǒng)混合使用；（5）調(diào)制方式靈活，易于和常規(guī)通信體制兼容；（6）具有頻率分集作用。814.5.4頻率跳變系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）以“躲避”方式抗81824.6

頻率跳變速率與頻率跳變點(diǎn)數(shù)FS-SS系統(tǒng)最小跳變速率的決定因素1.待傳輸信號(hào)的類型及速率；2.通信系統(tǒng)冗余度大?。?.最近的潛在轉(zhuǎn)發(fā)干擾器距離；FH-SS系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)

跳頻點(diǎn)數(shù)；

跳頻速率；FH-SS所需頻率數(shù)取決于對(duì)系統(tǒng)差錯(cuò)率（誤碼率）的要求。FS-SS系統(tǒng)跳頻點(diǎn)數(shù)假設(shè)

中速跳頻系統(tǒng)，N個(gè)頻率點(diǎn)，不采用冗余（一個(gè)頻點(diǎn)/比特）824.6頻率跳變速率與頻率跳變點(diǎn)數(shù)FS-SS系統(tǒng)最小跳變824.6

頻率跳變速率與頻率跳變點(diǎn)數(shù)4.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇FH-SS系統(tǒng)必須有大量可供選用的頻率，所需頻率數(shù)取決于對(duì)系統(tǒng)差錯(cuò)率（誤碼率）的要求。

假設(shè)：N個(gè)頻率點(diǎn)，不采用冗余（一個(gè)頻點(diǎn)/比特）

此時(shí)，誤碼率可近似表示為J：功率大于或等于有用信號(hào)功率的窄帶干擾信號(hào)數(shù)目（被干擾頻道數(shù)）。(4-21)834.6頻率跳變速率與頻率跳變點(diǎn)數(shù)4.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇834.6.1

跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇當(dāng)干擾功率大于或等于有用信號(hào)功率時(shí)，在一比特信息僅用一個(gè)頻率傳輸?shù)那闆r下，若誤碼率不能滿足系統(tǒng)要求，則可采用增加冗余度方法，理論上總可以將這種干擾影響消除。

增加冗余度方法用若干個(gè)（常取奇數(shù)）頻率來(lái)傳輸一個(gè)比特信息，按照多數(shù)準(zhǔn)則判決。即使某一瞬間某些頻率受到干擾，但只要大多數(shù)頻率正確，通過(guò)多數(shù)判決，就能降低差錯(cuò)率。例如：按照“5中擇3”準(zhǔn)則判決，使用5個(gè)頻率傳輸1比特信息，只要收到3個(gè)正確的傳輸頻率，就可以作出正確判決。

誤碼率r—使一比特信息碼錯(cuò)判所必須的頻率數(shù)；c—傳送一比特信息所需頻率數(shù)。為改善系統(tǒng)誤碼率，采用增加冗余度方法，頻率跳變系統(tǒng)誤碼率，可由累積二項(xiàng)分布表達(dá)式給出844.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇當(dāng)干擾功率大于或等于有用信號(hào)功率時(shí)8485例子若1bit用3個(gè)頻率發(fā)送，按照3選2的多數(shù)判決準(zhǔn)則來(lái)判決。N=1000，則單頻道干擾引起的系統(tǒng)誤碼率為4.6.1

跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇若則有

分析誤碼率提高了約3個(gè)量級(jí)，抗干擾性能得到改善。付出的代價(jià)是跳頻速率提高了3倍。在頻率合成器的跳變速率能夠?qū)崿F(xiàn)的前提下，用增大3倍的跳頻速率來(lái)?yè)Q取誤碼率由1×10-3降低到1×10-6是合算的。85例子4.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇若854.6.1

跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇實(shí)際上增加“冗余度”（同時(shí)增加頻率跳變速率）究竟能使誤碼率改善多少？頻率跳變速率越高，系統(tǒng)的射頻帶寬越大。如果系統(tǒng)的帶寬或頻率合成器產(chǎn)生頻率的數(shù)目受到限制，則必須在每比特發(fā)送較多的頻率“切普”數(shù)與降低誤碼率之間進(jìn)行一定的折衷。增加“冗余度”將改善系統(tǒng)誤碼率，提高頻率跳變速率和系統(tǒng)射頻帶寬。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需要冗余數(shù)量和降低誤碼率之間進(jìn)行折衷考慮。86這取決于系統(tǒng)的參量。顯然每比特信息發(fā)送的頻率“切普”數(shù)越多，系統(tǒng)誤碼率就越小，要求4.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇實(shí)際上增加“冗余度”（同時(shí)增加頻率864.6.1

跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇前面的討論中，在安排發(fā)送頻率時(shí)，所有鄰近頻道的頻譜是不重疊的，如圖4-36(a)所示。然而在一些實(shí)用系統(tǒng)中，是允許發(fā)射信號(hào)的頻譜相重疊，這種重疊可以大大減少傳輸頻率跳變信號(hào)所需的射頻帶寬，如圖4-36(b)所示。比較圖4-36(a)和(b)可看出，兩個(gè)系統(tǒng)所用的射頻帶寬是相同的，但圖4-36(b)中的頻道數(shù)增加了一倍。在頻譜不重疊的情況下(圖4-36(a))，干擾信號(hào)落在J個(gè)頻道內(nèi)；在頻譜重疊的情況下(圖4-36(b))，同樣的干擾信號(hào)將落在2J個(gè)頻道內(nèi)，結(jié)果將導(dǎo)致被干擾的頻道數(shù)2J和可供選用的頻率數(shù)2N的比值2J/(2N)=J/N保持不變，系統(tǒng)的誤碼率Pe也將保持不變。874.6.1跳頻點(diǎn)數(shù)的選擇前面的討論中，在安排發(fā)送頻率時(shí)，所874.6.2跳頻速率的選擇誤碼率和“冗余度”選定之后，跳頻速率就可確定。但當(dāng)考慮到各種干擾情況，需要重新考慮！例如：與有用信號(hào)同頻但不同相的干擾信號(hào)。它們來(lái)源于

1.有用信號(hào)本身的多徑延時(shí)；

2.人為的轉(zhuǎn)發(fā)性干擾（即敵方設(shè)置的干擾）或稱中繼轉(zhuǎn)發(fā)干擾。轉(zhuǎn)發(fā)性干擾為對(duì)抗這種干擾，系統(tǒng)只有采用提高跳頻速率，使得干擾機(jī)在對(duì)某一個(gè)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)干擾之時(shí)，系統(tǒng)中接收機(jī)的工作頻率已經(jīng)快速地跳變到下一個(gè)頻率上去了，即接收機(jī)快速地“躲避”開(kāi)干擾機(jī)發(fā)送來(lái)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)干擾。

抗干擾手段將接收到的本系統(tǒng)信號(hào)加以放大并用噪聲污染后再發(fā)射出去。其頻率與有用信號(hào)相同，但相位不同，功率與有用信號(hào)相近。此干擾對(duì)FH-SS系統(tǒng)危害最大。884.6.2跳頻速率的選擇誤碼率和“冗余度”選定之后，跳頻速88圖4-32轉(zhuǎn)發(fā)性干擾示意圖假設(shè)：收、發(fā)設(shè)備之間直接傳播路徑的時(shí)延為Td，發(fā)射機(jī)到干擾機(jī)的傳播時(shí)延為Ti，干擾機(jī)到接收機(jī)的傳播時(shí)延為Tt，假設(shè)干擾機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)處理時(shí)間忽略不計(jì)，則轉(zhuǎn)發(fā)性干擾信號(hào)的傳播總時(shí)延為Tr=Ti+Tt。若有效地避免轉(zhuǎn)發(fā)性干擾，則系統(tǒng)的跳變速率應(yīng)該不小于1/(Tr-Td)。4.6.2

跳頻速率的選擇最小跳頻速率是距離函數(shù)。對(duì)于固定干擾臺(tái)，可以求出最小跳頻速率。但對(duì)于移動(dòng)臺(tái)，只能使系統(tǒng)的跳頻速率盡可能高。89圖4-32轉(zhuǎn)發(fā)性干擾示意圖假設(shè)：收、發(fā)設(shè)備之間直接傳播路89例

假設(shè)收、發(fā)信機(jī)的距離為16km，干擾機(jī)與收、發(fā)信機(jī)之間4.6.2

跳頻速率的選擇即系統(tǒng)在每個(gè)頻點(diǎn)的駐留時(shí)間不能大于33.4μs，否則就會(huì)受到干擾臺(tái)的轉(zhuǎn)發(fā)干擾，這樣要求系統(tǒng)的跳頻速率至少為30000跳/s，此跳頻速率是比較高的，但在工程上是可實(shí)現(xiàn)的。美國(guó)的“聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)”（JTIDS）系統(tǒng)已達(dá)到38461.5跳/s（單脈沖）的跳頻速率。90的距離分別為13km，則不考慮干擾臺(tái)所需處理時(shí)間時(shí)，抑制此轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的最小跳頻速率為例假設(shè)收、發(fā)信機(jī)的距離為16km，干擾機(jī)與收、發(fā)信機(jī)之9091結(jié)束91結(jié)束914.1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DirectSequenceSpreadSpectrum，DS-SS），又稱為平均系統(tǒng)或偽噪聲系統(tǒng)。目前應(yīng)用較為廣泛的一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。例如：IS-95、UMTS和cdma2000。924.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生直接序列擴(kuò)頻信號(hào)是采用直接序列調(diào)制的方法產(chǎn)生的。直接序列調(diào)制就是用高速率的偽隨機(jī)碼序列與信息碼序列模2加(或偽隨機(jī)碼波形和信息碼波形相乘)后產(chǎn)生的復(fù)合碼序列直接去調(diào)制載波?？刹捎肞SK、FSK和ASK三種調(diào)制方式，PSK信號(hào)是最佳調(diào)制信號(hào)。通常采用抑制載波的二相平衡調(diào)制方式。節(jié)省發(fā)射功率；提高發(fā)射機(jī)效率；4.1直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（Direct92圖4-1（a）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)方框圖4.1.1

直接序列信號(hào)的產(chǎn)生發(fā)射機(jī)接收機(jī)93圖4-1（a）直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)方框圖4.1.1直接序93圖4-1（b）直擴(kuò)信號(hào)傳輸示意圖4.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生94圖4-1（b）直擴(kuò)信號(hào)傳輸示意圖4.1.1直接序列信號(hào)94圖4-3接收機(jī)中頻濾波器輸出信號(hào)頻譜示意圖

4.1.1直接序列信號(hào)的產(chǎn)生95圖4-3接收機(jī)中頻濾波器輸出信號(hào)頻譜示意圖4.1.1直95抑制載波雙邊帶調(diào)制4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻相位調(diào)制m(t)是二進(jìn)制序列時(shí)對(duì)于直接序列擴(kuò)頻調(diào)制，調(diào)制信號(hào)為擴(kuò)頻碼，若規(guī)定的取值為這樣相位調(diào)制信號(hào)可等效為一個(gè)只取的二值波形函數(shù)對(duì)載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)，也就是平衡調(diào)制信號(hào)。96只要c(t)不含直流分量，平衡調(diào)制就抑制了載波。抑制載波雙邊帶調(diào)制4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻相位調(diào)制m(964.1.2

擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻載波頻率必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)制信號(hào)中有用信號(hào)的最高頻率，否則會(huì)發(fā)生頻譜的交疊，產(chǎn)生折疊噪聲，使傳輸信號(hào)的質(zhì)量下降。

圖4-4頻譜折疊示意圖（a）基帶信號(hào)的頻譜；(b)調(diào)制后的頻譜；(c)圖(b)的等效974.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4頻譜折疊示意圖6974.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4直接序列調(diào)制前后的信號(hào)頻譜示意圖

98從頻譜的觀點(diǎn)來(lái)看，調(diào)制的結(jié)果就是把調(diào)制波的頻譜搬移到了f04.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻圖4-4直接序列調(diào)制前后的信98參加混頻的兩個(gè)信號(hào)分別是乘積后的差頻項(xiàng)當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻碼波形和完全相同時(shí)，有

4.1.2

擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻99接收端信號(hào)的混頻過(guò)程就是信號(hào)的相關(guān)解擴(kuò)過(guò)程，作為混頻的接收本地參考振蕩信號(hào)不再是一頻率單一的正弦波，而是一受本地參考擴(kuò)頻碼調(diào)制的已調(diào)信號(hào)。兩個(gè)周期相同、碼相位同步的調(diào)相信號(hào)混頻的結(jié)果，輸出信號(hào)中不再包含擴(kuò)頻碼，即擴(kuò)頻信號(hào)被解擴(kuò)了。而由信息信號(hào)確定的相移仍保留在中頻信號(hào)中，混頻器的輸出仍為調(diào)相波。在分析和設(shè)計(jì)混頻器時(shí)，需要注意信號(hào)的相位。

參加混頻的兩個(gè)信號(hào)分別是乘積后的差頻項(xiàng)當(dāng)兩個(gè)二進(jìn)制擴(kuò)頻碼波形994.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻100接收端混頻的實(shí)質(zhì)◆混頻器輸入/輸出信號(hào)特點(diǎn)接收機(jī)輸入信號(hào)載波相移由擴(kuò)頻碼與信息信號(hào)共同作用，而本地參考信號(hào)載波的相移僅由擴(kuò)頻碼決定?！粝伦冾l功能信號(hào)頻譜從射頻到中頻搬移的過(guò)程。混頻器輸出信號(hào)中不再包含有擴(kuò)頻碼（解擴(kuò)）。由信息信號(hào)確定的相移仍保留在中頻信號(hào)中，混頻器的輸出仍為調(diào)相波?！艚鈹U(kuò)功能信號(hào)頻帶壓縮——擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)過(guò)程。4.1.2擴(kuò)頻碼的調(diào)制與混頻9接收端混頻的實(shí)質(zhì)◆混頻器輸入1004.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性調(diào)制方式：PSK

擴(kuò)頻用的偽隨機(jī)碼c(t)的功率譜密度函數(shù)是由一系列的函數(shù)組成，這些

函數(shù)位于f=k/(NTc)=kRc/N

（k=0，1，2，…，N-1）處，沖擊強(qiáng)度所組成的包絡(luò)是(sinx/x)2，第一個(gè)零點(diǎn)在偽隨機(jī)碼的傳輸速率Rc處。

時(shí)域兩信號(hào)波形乘積的功率譜密度函數(shù)等于兩信號(hào)功率譜密度函數(shù)在頻域內(nèi)的卷積積分。

101信息碼d(t)和擴(kuò)頻碼c(t)在時(shí)域波形相乘d(t)c(t)(或序列模2相加

)所組成的復(fù)合碼，其功率譜密度函數(shù)等于d(t)的功率譜密度函數(shù)Sd(f)和c(t)的功率譜密度函數(shù)Sc(f)在頻域內(nèi)的卷積積分。復(fù)合碼功率譜密度函數(shù)Sd(f)*Sc(f)的包絡(luò)是(sinx/x)2型的。

4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性調(diào)制方式：PSK擴(kuò)頻1014.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性102原來(lái)擴(kuò)頻碼功率譜密度函數(shù)中的d(f)函數(shù)由信息碼的功率譜密度函數(shù)代替，Sd(f)*Sc(f)的第一個(gè)零點(diǎn)在擴(kuò)頻碼的傳輸速率Rc處。由此可知，復(fù)合碼的頻譜必然有一個(gè)主瓣帶寬，其第一個(gè)零點(diǎn)在擴(kuò)頻碼的傳輸速率處。具體產(chǎn)生過(guò)程可以形象地用圖4-5表示。Rb為信息碼的傳輸速率，通常取Rc=NRb。

4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性11原來(lái)擴(kuò)頻碼功率譜密1024.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性圖4-5偽隨機(jī)碼平衡調(diào)制過(guò)程及頻譜示意圖1034.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性圖4-5偽隨機(jī)碼平衡103信號(hào)功率譜是統(tǒng)計(jì)平均量，長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果；在工程上，采用頻譜分析儀觀測(cè)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜，看到的僅是觀測(cè)時(shí)刻前一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均，這實(shí)際是將被觀測(cè)的信號(hào)分成若干時(shí)間段，將每一時(shí)間段的信號(hào)都看作是周期信號(hào)的一個(gè)周期來(lái)處理，因而在頻譜分析儀上看到信號(hào)的功率譜是離散譜；由于擴(kuò)頻碼的偽隨機(jī)性和信息碼的隨機(jī)性，被劃分的各時(shí)間段的信號(hào)是不相同的，因此出現(xiàn)在頻譜分析儀上的任何一根譜線的都是隨機(jī)的，所以直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜圖形就好象包絡(luò)是型的噪聲一樣，并非像圖4-5中所示的那樣理想。頻譜特性解釋4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性104信號(hào)功率譜是統(tǒng)計(jì)平均量，長(zhǎng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果；頻譜特性解釋4104“載波泄露”問(wèn)題4.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性實(shí)際工程中，由于平衡調(diào)制電路中元件和參數(shù)的不對(duì)稱或不平衡，使輸入信號(hào)的幅度不是完全相等或兩個(gè)反相載波的相位不是嚴(yán)格地等于0和p，而出現(xiàn)載波泄漏的現(xiàn)象。輸出信號(hào)中，未被完全抑制的載波通常稱為“載漏”。頻譜上，輸出信號(hào)的頻譜中有載波分量出現(xiàn)。擴(kuò)頻序列不平衡，也會(huì)造成載波抑制不好。由于碼不平衡，在其頻譜中有直流分量出現(xiàn)，造成載波泄露。對(duì)擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的泄漏也需要特別注意。當(dāng)發(fā)生擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的泄漏時(shí)，頻譜中對(duì)應(yīng)于擴(kuò)頻碼序列編碼時(shí)鐘的頻率點(diǎn)處有尖峰譜出現(xiàn)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)產(chǎn)生寄生調(diào)幅的現(xiàn)象。105“載波泄露”問(wèn)題4.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性實(shí)際105載波抑制的程度用載波抑制度（載漏抑制度）表示。定義為平衡調(diào)制器輸出信號(hào)的功率Po與殘留載波的功率Pc之比，即載波抑制不好，在載波頻率點(diǎn)有明顯的尖峰譜。載波抑制度最好與擴(kuò)頻處理增益大體相當(dāng)，一般以20~60dB為宜，使載波頻率譜線完全湮沒(méi)在寬帶信號(hào)頻譜中，這是從反偵察(或抗截獲)和抗窄帶瞄準(zhǔn)式干擾方面而言的。4.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性106序列的不平衡，反映在頻譜特性中就是存在直流分量，序列的平衡特性越差，直流分量越大，通過(guò)調(diào)制后，基帶信號(hào)中的直流分量反映在已調(diào)信號(hào)的頻譜中，就變成了已調(diào)信號(hào)中的載波分量。載波抑制的程度用載波抑制度（載漏抑制度）表示。定義為平衡調(diào)制1064.1.3

直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性在一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)里，由于進(jìn)入平衡調(diào)制器的調(diào)制信號(hào)是擴(kuò)頻碼序列，碼的平衡性比平衡調(diào)制器中元器件的平衡性更難實(shí)現(xiàn)。由于碼不平衡，在其頻譜中有直流分量出現(xiàn)，這就使平衡調(diào)制器輸出的擴(kuò)頻信號(hào)中載波信號(hào)不能得到很好的抑制。由于平衡調(diào)制器輸出信號(hào)中有殘留載波分量的存在，使得輸出信號(hào)頻譜中不僅有擴(kuò)頻碼平衡調(diào)制信號(hào)，而且還有寄生的調(diào)幅信號(hào)。在發(fā)射機(jī)里，影響在于輸出擴(kuò)頻信號(hào)中有一些穩(wěn)定的、易于被檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)。這就失去了擴(kuò)頻信號(hào)隱蔽的特點(diǎn)，同時(shí)浪費(fèi)了發(fā)射機(jī)的輸出功率。在接收端，未被抑制的載波分量，作為一個(gè)同頻同相的窄帶干擾信號(hào)，將進(jìn)入接收機(jī)對(duì)接收信號(hào)造成干擾。另外，未被抑制的載波將影響接收機(jī)的載波提取，進(jìn)而影響解調(diào)器的正常工作，使接收系統(tǒng)的性能下降，關(guān)于這一點(diǎn)我們將在第5章中詳細(xì)討論。

1074.1.3直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜特性在一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)里，由于1074.2直接序列系統(tǒng)射頻帶寬與處理增益4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬DS-SS系統(tǒng)射頻帶寬通常只考慮功率譜主瓣寬度。

DS-SS系統(tǒng)中射頻帶寬直接影響系統(tǒng)性能。系統(tǒng)的帶寬和傳送的信息速率決定了系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益。108調(diào)制信號(hào)為非歸零碼時(shí)，信號(hào)功率譜密度函數(shù)的包絡(luò)是(sinx/x)2型的。主瓣的帶寬為Rc，3dB帶寬為0.44Rc；PSK調(diào)制射頻帶寬為2Rc；4.2直接序列系統(tǒng)射頻帶寬與處理增益4.2.1直接序列系統(tǒng)的1084.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬1094.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬181094.2.1

直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬

功率損失取主瓣作為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬時(shí)，信號(hào)功率損失較小，只有10%的損失。射頻帶寬選取問(wèn)題圖4-8

帶寬受限對(duì)信號(hào)波形及相關(guān)函數(shù)的影響110

◆相關(guān)特性旁瓣中豐富的高頻分量來(lái)自調(diào)制信號(hào)陡峭的上升沿和下降沿。如過(guò)分地限制射頻帶寬就等于限制了調(diào)制信號(hào)（PN碼）的上升沿和下降沿，會(huì)使PN碼尖銳的三角形相關(guān)函數(shù)頂峰變得圓滑，影響系統(tǒng)的抗干擾性能。4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬功率損失射頻帶寬選取問(wèn)題110綜上，在確定DS-SS系統(tǒng)帶寬時(shí)，必須考慮功率損失、處理增益和信息信號(hào)的速率及系統(tǒng)抗干擾能力的要求。4.2.1直接序列系統(tǒng)的射頻帶寬特別是當(dāng)直接序列信號(hào)用于測(cè)距系統(tǒng)中時(shí)，射頻帶寬受限的問(wèn)題更顯得十分重要。111綜上，在確定DS-SS系統(tǒng)帶寬時(shí)，必須考慮功率損失、處理增益1114.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益112DS-SS系統(tǒng)處理增益是擴(kuò)頻碼傳輸速率與信息信號(hào)傳輸速率的函數(shù)。其實(shí)質(zhì)描述的是信號(hào)從信息帶寬與射頻帶寬之間變換所帶來(lái)的信噪比的改善程度。影響處理增益因素1信息傳輸速率信息傳輸速率由信源而不是由傳輸系統(tǒng)決定的，不可能任意減小，一旦信息信號(hào)的傳輸速率下降到一定程度，就不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將信息傳送到接收方，失去了通信的意義。4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益21DS-SS系統(tǒng)處理增益1124.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益1132射頻帶寬（擴(kuò)頻碼速率）（a）射頻帶寬的不斷增大，并不能一直改善接收機(jī)輸出信號(hào)信噪比。擴(kuò)頻碼的編碼時(shí)鐘越高，對(duì)擴(kuò)頻碼發(fā)生器的要求也越高，系統(tǒng)工作頻帶也越寬，要求調(diào)制器和混頻器在較寬的頻帶內(nèi)保證一定的線性度，工程上難以實(shí)現(xiàn)。（b）當(dāng)擴(kuò)頻碼傳輸速率不斷增大，接收機(jī)輸出的干擾電平不斷下降，并將減小至與接收機(jī)熱噪聲電平相當(dāng)時(shí)，就不能改善輸出信號(hào)的信噪比。此時(shí)影響系統(tǒng)性能的是接收機(jī)內(nèi)部熱噪聲。例

某系統(tǒng)射頻帶寬為100MHz，Rc=100MHz/2=50Mb/s，信息傳輸速率為16kb/s，則處理增益為4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益222射頻帶寬（擴(kuò)頻碼速率113接收機(jī)熱噪聲電平為（T=300K，B=16×2=32kHz）接收機(jī)輸出干擾電平為：-130.95dBm，與熱噪聲差不多。故進(jìn)一步加大射頻帶寬，輸出信噪比也不會(huì)有很大改善！4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益若射頻帶寬提高到200MHz，則114當(dāng)接收機(jī)可能收到的最大干擾為-93dBm時(shí)，接收機(jī)輸出的干擾信號(hào)為-93dBm-34.59=-127.95dBm接收機(jī)熱噪聲電平為（T=300K，B=16×2=32kHz）114如果把信息速率壓縮到2.4kb/s時(shí)，處理增益為4.2.2直接序列系統(tǒng)的處理增益基帶速率下降獲得8.24dB的好處。降低信息速率比增加偽碼速率更有利，但要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮。由于信息速率的降低，接收機(jī)中解調(diào)器的帶寬變?yōu)锽＝2.4×2kHz，接收機(jī)輸出的熱噪聲電平為在接收機(jī)輸入干擾信號(hào)電平不變情況下，輸出干擾信號(hào)電平為115如果把信息速率壓縮到2.4kb/s時(shí)，處理增益為4.2.21154.3直接序列系統(tǒng)中信息的發(fā)送4.3.1信息的FSK調(diào)制擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)一般不采用振幅調(diào)制，因?yàn)檎{(diào)幅信號(hào)易于解調(diào)，不利于信息保密，且抗干擾能力較差。

通常采用FSK或PSK調(diào)制方式；例如信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK的擴(kuò)頻原理方框圖

圖4-9信息-調(diào)頻/直接序列-調(diào)相方框圖1164.3直接序列系統(tǒng)中信息的發(fā)送4.3.1信息的FSK調(diào)116信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為

若對(duì)該信號(hào)進(jìn)行平方處理，則產(chǎn)生2倍頻項(xiàng)

第2項(xiàng)是已經(jīng)解擴(kuò)的（不再含擴(kuò)頻碼c(t)）帶有全部調(diào)制信息的（信息d(t)對(duì)載波調(diào)頻）信號(hào)。對(duì)于有一定保密要求的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，該方案不可取。4.3.1信息的FSK調(diào)制117信息-FSK/擴(kuò)頻碼序列-PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為若對(duì)該信1174.3.2信息的PSK調(diào)制較常用的調(diào)制方案：信息-PSK/擴(kuò)頻碼-PSK調(diào)制方式圖4-10碼變型原理方框圖及波形1184.3.2信息的PSK調(diào)制較常用的調(diào)制方案：信息-PSK1181194.3.2信息的PSK調(diào)制圖