【文章內(nèi)容簡介】 。 圖 62表示了這樣一個擴頻數(shù)學(xué)模型 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 62 擴頻數(shù)學(xué)模型 Sw?? ( )Sw信道?? － 1 ( ) ＝ ?? ( ) Snn ( t ) ，來自信道 i ( t ) ，來自其他用戶第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 2. 擴頻通信是一個二次調(diào)制和解擴系統(tǒng) 。 信息的調(diào)制為一次調(diào)制 ,擴頻和解擴為二次調(diào)制和解調(diào) ,采用相關(guān)解調(diào)技術(shù)以還原基帶信息 ,并在頻域上擴散噪聲能量 ,然后用帶通濾波器取出基帶信息 ,限制噪聲能量 。 擴頻和解擴是用信碼控制的 ,收發(fā)的調(diào)制與解調(diào)碼序列必須相同 ,起始相位和重復(fù)周期也必須同步 。 現(xiàn)在我們以偽隨機碼序列作擴頻函數(shù)的直擴通信為例來研究其原理 。 擴頻通信的一般方框圖如 圖 63所示 ,圖 63 (a)是它的發(fā)射系統(tǒng) ,圖 63(b) 是它的接收系統(tǒng) 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 信源產(chǎn)生的信息流 {an}通過編碼器輸出二進制數(shù)碼為d(u,t),其中 u表示隨機變量 。 二進制數(shù)碼中所含的兩個符號的先驗概率相同 ,均為 1/2,且兩個符號相互獨立 ,碼速率也比較低 ,其波形如圖 64 (a) 所示 ,二進制數(shù)字信號 d(u,t)與圖 64(b)所示的一個高速率的二進制偽隨機碼 (偽隨機碼為 m序列 )c(u,t)波形相乘 ,得到如圖 64(c)所示的復(fù)合信號 d(u,t) c(u,t),這就擴展了傳輸信息的帶寬 。 一般偽隨機碼的速率是 Mb／ s的量級 ,有的甚至達到幾百 Mb／ s 。 擴頻后的 d(u,t) c(u,t)復(fù)合信號對載波調(diào)制后 ,通過發(fā)射機和天線送入信道中傳輸 。 發(fā)射機輸出的擴頻信號用 s(u,t)表示 ,如圖 64(d)所示 ,而 s(u,t)的射頻帶寬取決于偽隨機碼 c(u,t)的碼速率 。 以上處理過程就達到了擴展數(shù)字信 息流頻譜的目的 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 63 （ a） 發(fā)射系統(tǒng)； （ b）接收系統(tǒng) 數(shù)據(jù)源 編碼器{ an} d ( u , t )m 序列發(fā)生器射頻振蕩器c ( u , t )s ( u , t )ej[ ? t ＋ ?? ( u )]0V C Om 序列發(fā)生器v ( u , t )射 頻濾波器s ( u , t ) r ( u , t )??d??)](?))(?j [ (d0e2utu ??? ?????))(? , (*rutuC ??基 帶濾波器至數(shù)據(jù)檢測器( a )( b )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 64 理想擴展頻譜系統(tǒng)波形 Tg＋ 1－ 1＋ 1－ 1＋ 1－ 1＋ 1－ 1P2P2－TdTds ( u ， t ) ＝ d ( u ， t ) c ( u ， t ) c os [?0t ＋ ?? ( u )]( a ) d ( u , t )( b ) c ( u , t )( c ) d ( u , t ) c ( u , t )( d ) P S K 信號即 s ( u , t )( e ) d ( u , t )′第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 若信道中存在著干擾 ,這些干擾包括窄帶干擾 、 人為瞄準(zhǔn)式干擾 、 單頻干擾 、 多徑干擾 ,它們和有用信號同時進入接收機 ,如圖 65(a)所示 。 由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地擴頻信號不相關(guān) ,故在相關(guān)處理中被削弱 ,干擾信號與本地擴頻碼卷積積分 , 其頻帶被擴展 ,也就是干擾信號的能量被擴展到整個擴頻帶寬內(nèi) ,降低了干擾電平 ,如圖 65(b)所示 。 相關(guān)器后的基帶濾波器只輸出基帶信號 d′(u,t)和處在濾波器通帶內(nèi)的那部分干擾和噪聲 ,這樣就大大改善了系統(tǒng)的輸出信噪比 ,如圖 65(c)所示 。 圖 65中 ,Rc為偽碼速率 ,fc為射頻 ,fif為中頻 ,Bbb為基帶數(shù)字信息 d(u,t)的基帶帶寬 。 從擴展頻譜信號中恢復(fù)基帶信號d(u,t),是利用了下列兩個基本關(guān)系式 ,即 d(u,t)c(u,t)c*(u,t)＝ d(u,t) (622) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 其中 , d(u,t)c(u,t)是接收到的擴頻信號 ,c *(u,t)是本地擴頻碼信號 ,它與 c(u,t)共軛 。 若用序列邏輯運算 ,則可表示為 d(u) c(u) c*(u)=d(u) (623) 式 (622)和 (623)是很重要的 ,它是數(shù)字通信中采用偽隨機碼實現(xiàn)擴頻技術(shù)的一個基本出發(fā)點 。 擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比 ,發(fā)射端增加了一個高速率的偽隨機碼 ,并與數(shù)字信號實現(xiàn)波形相乘 ,接收端增加一個本地擴頻碼 ,與接收到的信號進行一次相關(guān)解擴 。 但經(jīng)這些處理 ,擴頻系統(tǒng)就比常規(guī)的通信系統(tǒng)具有很強的抗人為干擾 、 抗窄帶干擾 、 抗多徑干擾的能力 。 此外還具有信 息隱蔽 ,低的空間無線電波 “ 通量密度 ” 及多址保密通信等優(yōu)點 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 擴頻技術(shù)實際上是一種具有相關(guān)接收的寬帶通信技術(shù) ,發(fā)送的信息分別與擴頻碼和射頻信號調(diào)制 ,因此發(fā)送的射頻信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬 。 在接收端用相關(guān)檢測排除干擾 ,把干擾擴展成低幅值的帶寬頻譜 ,再用濾波器濾除 ,而信號能量則經(jīng)解擴后集中在帶通濾波器的通帶內(nèi) ,信息 被檢出 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 65 擴頻接收機的基帶濾波器輸出頻譜 fcRcf白噪 聲多徑 信號有用 信號窄帶 干擾白噪 聲多徑 信號有用 信號窄帶 干擾fifBbb白噪 聲多徑 信號有用 信號窄帶 干擾fiff( a ) ( b )( c )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 直接序列調(diào)制就是用高速率的偽噪聲碼序列與信息碼序列模 2加 (波形相乘 )后的復(fù)合碼序列去控制載波的相位而獲得直接序列擴頻信號 。 在擴頻技術(shù)中 ,通常使用兩種調(diào)制： (PSK)和頻移鍵控 (FSK)。 PSK調(diào)制適合于以下應(yīng)用： 在一段與發(fā)射信號帶寬的倒數(shù)相比長得多的時間內(nèi) ,發(fā)射信號和接收信號之間的相位是相干的 。 而 FSK調(diào)制適合于發(fā)射信號和接收信號之間的相位不相干的情況。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 偽噪聲序列用于 PSK調(diào)制時 ,所產(chǎn)生的已調(diào)制信號稱為直接序列 (DS)擴頻信號；偽噪聲序列用于 FSK調(diào)制時 ,所產(chǎn)生的已調(diào)制信號稱為跳頻 (FH)擴頻信號；而偽噪聲序列用于脈位調(diào)制 (Pulse Position Modulation,PPM)時 ,所產(chǎn)生的已調(diào)制信號則稱為跳時 (TH)擴頻信號 。 為了節(jié)省發(fā)射功率和提高發(fā)射機工作效率 ,通常使用抑制載波的雙相平衡調(diào)制 。 采用平衡調(diào)制的另一優(yōu)點是在電子對抗戰(zhàn)中 ,對方使用常規(guī)接收機檢測載波比較困難 。 因為該載波電平遠遠低于由偽碼調(diào)制產(chǎn)生的 ［ sinx/x］ 2頻譜電平 ,從而提高了系統(tǒng)抗偵破的能力 。 所以直接序列調(diào)制中一般都 采用雙相平衡調(diào)制 。 圖 66是直接序列擴頻系統(tǒng)的原理方框圖 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 66 (a) BPSK直接序列調(diào)制發(fā)送端； B P S K 數(shù)據(jù)調(diào) 制 器B P S K 編碼調(diào) 制 器x ( t )數(shù)據(jù)脈沖波 形載波 c o s20tP ?ttxPtsx 0c o s)(2)( ?＝g ( t )編碼脈沖波 形ttgtxPts0c o s)()(2)( ?＝( a )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 66 (b) 簡化的 BPSK直接序列發(fā)送端； B P S K調(diào)制器ttgtxPts0c o s)()(2)( ?＝tP0c o s2 ?x ( t )g ( t )( b )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 66 (c) BPSK B P S K 數(shù)據(jù)解 調(diào) 器濾波器])(c o s [)()(2)(d0dd?? TtTtgTtxPAtr)?(dTtg相關(guān)器相關(guān)器輸出)?(?2dTtxPA ?＝ － － － ＋－－( c )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 載波首先被數(shù)據(jù)信號 x(t)調(diào)制 ,調(diào)制了的數(shù)據(jù)信號再被高速 (寬頻 )的擴頻信號 g(t)進行恒包絡(luò)調(diào)制 ,則發(fā)送信號可表示為 式中 ,P為恒包絡(luò)已調(diào)載波功率； ω0為角頻率； θx(t) 和θg(t)為相位調(diào)制函數(shù) , θx(t)由數(shù)據(jù)決定 , θg(t)由擴頻序列決定 。 在通信原理中曾介紹過抑制載波的二進制相移鍵控 (BPSK)調(diào)制 ,它的載波受數(shù)據(jù)的控制發(fā)生瞬間的 π相位跳變 ,擴頻序列采用 BPSK 調(diào)制 ,且 g(t)也是取值為 +1或 1的雙極性脈沖流 ,則式 (624) )]()()(c os [c os2)( 0 tttPts gx ??? ??? (624) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 可表示為 (625) 先將數(shù)據(jù)脈沖流與擴頻序列相乘 ,再用復(fù)合的 x(t)調(diào)制載波 。 二進制數(shù)與脈沖電平的對應(yīng)關(guān)系是： “ 脈沖值 +1”對應(yīng)二進制值 “ 0”； “ 脈沖值 1”對應(yīng)二進制值“ 1”。 則 DS/BPSK調(diào)制的二進制數(shù)據(jù)與擴頻序列相乘可由模 2加法器完成 。 ttgtxPts 0c os)()(2)( ?第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在不考慮噪聲和干擾的情況下 ,相關(guān)檢測器的輸出信號為 圖 67是圖 66(b)和 (c)DS／ BPSK調(diào)制與解調(diào)的一個實例 。 圖 67（ a） 是二進制數(shù)據(jù)序列雙極性脈沖波形等效形式x(t),二進制數(shù)與脈沖電平的對應(yīng)關(guān)系如前所述；圖 67（ b）是二進制擴頻序列脈沖波形等效形式 g(t)。 數(shù)據(jù)序列與編碼序列的模 2加結(jié)果 x(t)g(t)如圖 67(c)所示 。 ])(c o s [)?()(2 0 ?? ???? ddd TtTtgTtxPA (626) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 67（ d） 中的載波相位 θx(t)+θg(t)是當(dāng) x(t)g(t)為 1(數(shù)據(jù)與編碼序列模 2加的和為 1)時取 π；當(dāng) x(t)g(t)為 1(數(shù)據(jù)與編碼序列的模 2加和為 0)時取 0。 比較圖 67（ b） 的編碼波形和圖 67（ c） 的合成波形 ,可以發(fā)現(xiàn)擴頻通信的信號隱藏(signal hiding)特性 ,后者將信號 x(t)“隱藏 ” 其間 。 如果接收端不能精確地掌握擴頻編碼序列的副本 ,就很難從迅速變化的擴頻信號中正確地恢復(fù)出變化相對緩慢的數(shù)據(jù)信號 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 67 (a) 二進制數(shù)據(jù) x(t)； (b) 擴頻序列 g(t)； (c) 發(fā)送序列 x(t)g(t)； (d) 發(fā)送載波的相位； (e) 接收端本地編碼產(chǎn)生的相移； (f) 經(jīng)接收端編碼相移 (解擴 )后的接收載波相位； (g) 解調(diào)出的數(shù)據(jù)波形 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 11 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1? 0 ? 0 ? ? ? 0 0 ? 0 ? ? ? ? 0 0 ? ? 0 0 0 0 ? ?0 ? 0 ? 0 0 0 ? ? 0 ? 0 ? ? ? 0 0 ? ? 0 0 0 0 ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0x ( t )g ( t )x ( t ) g ( t )?x( t ) ＋ ?g( t ))(?tg?)(?tx?)(? tx( a )( b )( c )( d )( e )( f )( g )1 0第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 直接序列擴頻雖然有一些獨特的優(yōu)點 ,但在實際應(yīng)用中 ,也會遇到這樣那樣的問題 。 比如： 為得到足夠大擴頻比 ,處理增益應(yīng)盡可能大 ,但是 ,隨著處理增益的增大 ,系統(tǒng)所占帶寬也隨之增大 。 例如 ,要傳輸 16 kb／ s的數(shù)據(jù) ,為獲得 30 dB的處理增益 ,擴頻后的傳輸帶寬約為 16 MHz。 ,要占用過寬的頻帶 ,往往會受到限制 。