【正文】 (t)p(t)的功率譜為 2)s i n()( ?????????fTfTTfP d??2)s i n(1)(?????????fTfTffPcss ?? (636) (637) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 如圖 615所示。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 615 數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻信號的功率譜 擴(kuò)頻 信號 p ( t ) 或 p ( t ) d ( t )數(shù)據(jù) d ( t )T1－T1－ fcfcO第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 1. 直接式相關(guān)解擴(kuò)原理如圖 616所示 。 相關(guān)器接收到發(fā)射端送來的相移鍵控 (PSK)信號為 f(c)g(m),這個信號在接收端同與發(fā)射端調(diào)制碼相同的本地參考碼 g′(m)相乘 ,其效果與發(fā)射調(diào)制互補(bǔ)：每當(dāng)偽碼序列發(fā)生 01或10跳變時 ,輸入載波相位發(fā)生 180176。 的跳變 。 如果發(fā)射機(jī)的碼與本地碼相同且在時間上同步 ,那么每當(dāng)發(fā)射信號相移時 ,在接收信號發(fā)生 180176。 相位跳變處 ,本地參考碼又使它發(fā)生一次 180176。 跳變 ,這樣兩個互補(bǔ)的相移結(jié)合就相互抵消了擴(kuò)展頻譜的調(diào)制 ,達(dá)到了 解擴(kuò)的目的 。值得一提的是 ,這樣一種相關(guān)運(yùn)算不會影響后面基帶解調(diào)器對原始信息的解調(diào) 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 616 （ a）調(diào)制相乘器 (PSK調(diào)制 )； (b) 直接式相關(guān)器 (與相移鍵控互補(bǔ) )； (c) 雙相相移鍵控載波恢復(fù)中的波形 雙邊 帶平 衡混頻 器接收 的相 移鍵控調(diào) 制信 號恢復(fù) 的載 波f ( c )f ( c ) g ( m )參考 碼雙邊 帶平 衡混頻 器射頻 載波輸入相移 鍵控調(diào)制 信號f ( c ) f ( c ) g ( m )g ( m )調(diào)制 碼f ( c ) ＝ f0k ( s )其中 f0＝中心 頻率k ( s ) 基帶g ( m )′相移 點( a )( b )( c )第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 2. 外差式相關(guān)器顧名思義就是一種相關(guān)輸出信號與輸入信號中心頻率不同的相關(guān)器 。 這種外差式 相關(guān)器的原理框圖如圖 617所示 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 617 外差式相關(guān)器原理圖 雙邊 帶平 衡混頻 器雙邊 帶平 衡混頻 器接 收 機(jī)相移 鍵控調(diào)制 信號f ( c ) g ( m )恢復(fù) 的載 波f ( c ) ＝ f0k ( s )f0＝輸入 中心 頻率k ( s ) ＝基帶 信號調(diào)制 碼本地 振蕩 器f0＋ fif( f0＋ fif) g ( m )f ( c ) ＝ fi f k ( s )′第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在相關(guān)解擴(kuò)的過程中 ,載有信息的信號被變換到一個新的中心頻率 (即某個中頻 )上 ,這就避免了直接泄漏的可能性 ,同時也簡化了接收機(jī)的設(shè)計 ,使外差式相關(guān)器后面的電路工作在較低的頻率上 ,性能也較為穩(wěn)定 。 在DS相關(guān)器中產(chǎn)生一個本地參考信號 ,它是與所接收的DS 信號有一個頻差 的復(fù)本 ,即差一個中頻 fif,與發(fā)射端信號的區(qū)別僅僅在于本地參考信號是沒有被信息碼調(diào)制的 。 DS系統(tǒng)外差式相關(guān)器信號的頻譜如圖 618所示 ,從頻譜的搬移變換中 ,我們更能清楚地看出外差式相關(guān)器的工作過程 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 618 DS外差式相關(guān)器中信號的頻譜 雙邊 帶平 衡混頻 器雙邊 帶平 衡混頻 器0f0接收 的信 號本地 振蕩 器f0＋ fiffc＋ fiffif相關(guān) 輸出 ，至中 放本地 參考 信號調(diào)制 碼第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 617中本地參考信號是用與發(fā)射信號完全相同的辦法來產(chǎn)生的 ,所以當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)不是同時工作時 ,同一個偽碼發(fā)生器可以擔(dān)任發(fā)射機(jī)的調(diào)制器和接收機(jī)的本地參考信號這兩者的工作 。 當(dāng)收發(fā)轉(zhuǎn)換工作時 ,可使用微處理器等多種方式來執(zhí)行這種控制功能 。 在實現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算時 ,當(dāng)接收信號同本地參考信號完全對準(zhǔn)時 ,相關(guān)器輸出最大 。 若它們之間時間上有偏移 ,即有定時誤差 ,則相關(guān)器輸出減小 ,出現(xiàn)相關(guān)損失 。 所損失的能量將轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎杏眯盘柡捅镜卮a相關(guān)造成的白噪聲 。 從物理概念上說 ,在接收碼和本地碼同步的時間內(nèi) ,相關(guān)后輸出為中頻信號 ,而在不相重疊的那部分時間內(nèi) ,相關(guān)后的輸出或為中頻但仍有相位突跳 ,或不再完全 是中頻 ,這決定于采用的調(diào)制方式 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 無論哪一種情況都會有一部分頻率分量進(jìn)入中放通帶形成噪聲 。 相關(guān)器的輸出噪聲主要有三類： 大氣噪聲和電路內(nèi)部噪聲 本地碼調(diào)制； 無用信號 本地碼調(diào)制；有用信號 本地碼調(diào)制 (由碼不完全同步引起 )。 大氣噪聲和電路內(nèi)部噪聲通常要比無用信號小得多 ,這兩部分噪聲通?？梢院雎?。 而無用信號在擴(kuò)譜系統(tǒng)中將受到處理增益的抑制 ,因而由碼同步偏移引起的噪聲值得重 視 。 這就說明了在擴(kuò)譜系統(tǒng)中對碼同步應(yīng)提出嚴(yán)格的要求 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 前面已多次提到擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)比常規(guī)通信系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抗干擾能力 。 這里我們就定量描述擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力 。 進(jìn)入接收機(jī)的干擾有：同一擴(kuò)頻系統(tǒng)中各地臺站的信號 (稱之為多址干擾 )及其他無線電系統(tǒng)發(fā)出的信號 ,一般可把它們歸類為帶限平穩(wěn)高斯隨機(jī)過程；人為干擾 ,在現(xiàn)代通信對抗中有窄帶瞄準(zhǔn)式干擾和寬帶阻塞式干擾以及轉(zhuǎn)發(fā)干擾 ,當(dāng)干擾信號瞄準(zhǔn)擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的中心頻譜時 ,對 DS的射頻載波是最惡劣的干擾條件 ,對 FHSS則影響較小 ,然而寬帶阻塞式及轉(zhuǎn)發(fā)干擾 (對方施放的 )對于 FH危害較大；各種自然干擾 (如雷電 ,飛行體和汽車的火花干擾等 ), 歸為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程； 多徑衰落干擾等 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 通常在衡量擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)抗干擾能力優(yōu)劣時 ,我們用“ 處理增益 ” Gp來描述 ,通常定義為接收 機(jī)解擴(kuò) (跳 )器輸出信噪功率比與接收機(jī)的輸入信噪功率比之比 ,即 它表示經(jīng)擴(kuò)頻接收系統(tǒng)處理后 ,使信號增強(qiáng)的同時抑制輸入接收機(jī)的干擾信號能力的大小 。 Gp越大 ,抗干擾能力愈強(qiáng) 。 因此討論擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力 ,就要分析它的處理增益 。 由于我們建立的數(shù)學(xué)模型是線性的 ,因此可利用疊加原理對各種干擾和信號分別進(jìn)行分析 。 并假設(shè)在接收端對有用信 號已建立了同步條件 ,即在 (638) 輸入信噪功率比輸出信噪功率比?pG)()(?),()(?),()(? uuuuuu dd ?????? ???第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 1. 設(shè)干擾信號通過接收機(jī)射頻濾波器后的信號形式為 式中 , n(u,t)為基帶干擾 ,是一個均值為零的平穩(wěn)高斯噪聲 。 將 N(u,t)進(jìn)行傅氏變換后有 式中 , 是中心頻率； 是多普勒頻率 。 )](?)(?c o s [),(),( 0 uuttuntuN d ??? ???（ 639） 2)]?([)]([)( 00 dndnNfffSfffSfS ?????? （ 640） ??200 ?f??2?? ddf ?第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在基帶干擾功率譜密度 SN(f)的帶寬不超過射頻濾波器帶寬 BRF時 ,又進(jìn)一步假定 n(u,t)與進(jìn)入接收機(jī)的其他信號相互獨立 ,其單邊功率譜密度為 N0。 處理過程又是線性的 ,就可進(jìn)行歸一化 ,使 n(u,t)具有單位平均功率 ,即 n(u,t)在單位電阻上具有 1個單位的功率 。 當(dāng)干擾信號通過接收端基帶濾波器后 ,二次諧波已濾除 ,且已與接收端同步 ,則輸出的干擾信號可簡化為 (641) ???? dthuucauntuv rN ))()(,(),(),( ??? ? ??? ?第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) n(u,t)是一個平穩(wěn)隨機(jī)過程 ,且 n(u,t)與 cr(u,t)相互獨立 。 廣義平穩(wěn)干擾作用下接收機(jī)輸出 vN(u,t)的統(tǒng)計特性如下： 由于假設(shè) n(u,t)是零均值的平穩(wěn)過程 ,則均值為 E［ vN(u, t)］ =0 方差為 式中 , Rn(τ)=E［ n(u, α)n(u, β)］ (643) ??????????dducucEthththRtuvErrnN)]?,()?,([ )()(*)()(}),({ 2??????????????? ?（ 642） 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 對式 (642)求時間平均 (以 符號表示時間平均 ),則得 其中 , 不再是時間 t的函數(shù) ,且 Rcr (η)的傅氏變換就是本地擴(kuò)頻碼的功率頻譜密度 Scr (f)。 Rn(η)的傅氏變換是干擾信號的功率譜密度 Sn(f)。 則式 (644)可簡化為 ????????ddRRhahtuvNEcrnv N)()()()(}2),({2??????? (644) ???? ? )},(,{)( tucucER rrcr ）（ ???(645) dffSfSfH ncrv N )]()([|)(| 22 ?? ? ???? (646) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 式 (646)說明廣義平穩(wěn)干擾的功率譜密度 Sn(f)由于與頻譜很寬的擴(kuò)頻信號的功率譜密度 Scr (f)卷積而被展寬 ,同時又被基帶濾波器限制 ,從而大大地降低了干擾 n(u,t)對系統(tǒng)的影響 。 若此時有用信號進(jìn)入接收系統(tǒng) ,由于信號與本地擴(kuò)頻碼相關(guān)性很強(qiáng) ,在卷積過程中把信號能量從擴(kuò)頻碼的帶寬內(nèi)集中到基帶濾波器帶寬內(nèi) ,從而提高了信號電平 ,也就是提高了系統(tǒng)的輸出信噪比 。 下面我們來推導(dǎo)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的處理增益 Gp。 擴(kuò)頻信號的自相關(guān)函數(shù)定義為 ?????????? ?????cccTTrrTcrTTATdtucrucTR????? 0),(),(21l i m)(2 (647) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 擴(kuò)頻碼的功率譜密度為其自相關(guān)函數(shù)的傅氏變換 ,即 ????????????????????ccccrfjcrcrTfTfTAdfRdeRfS2222s i n2c o s)(2)()(202??????????(648) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 式中 , Tc =1/Rc為偽碼時鐘間隔 , Rc為偽碼時鐘速率 。 若 Rc足夠高時 ,函數(shù) ( sin x/x)≤1， [JP] 則上式可以近似為 Scr (fF)≤ TcA2,表明擴(kuò)頻帶寬內(nèi)是近似平坦的 。 則本地擴(kuò)頻碼的功率為 式中 , fb為基帶濾波器的單邊帶寬 。 設(shè)基帶濾波器的功率傳輸函數(shù)是理想的 ,并對其振幅特性歸一化 ,則式(649)右邊對基帶濾波器單邊積分可簡化為 ?? ???? ?? fb fb ccr dffHTAdfFfSfH 222 |)(|)(|)(| (649) ? ?fhssbc ffdffHT02|)(| (650) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) fb又是基帶干擾 n(u,t)的單邊帶寬 ,fss為擴(kuò)頻碼功率譜的單邊帶寬 。 這時可得到廣義平穩(wěn)干擾的輸出平均功率為 ssbssbncrnncrvffffdFFSdfFfSFSfHdffSfSfHN???????????????????????)()()()(|)(|)]()([|)(|222? (651) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 上式積分中 , ,是輸入廣義平穩(wěn)干擾n(u,t)的功率 ,n(u,t)具有單位平均功率 。 由式 (651)分析可看出 ,基帶濾波器輸出的干擾功率的大小與基帶濾波器的帶寬成正比 ,