【正文】 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為擴頻碼功率譜的單邊帶寬 。 下面我們來推導(dǎo)擴頻通信系統(tǒng)的處理增益 Gp。 廣義平穩(wěn)干擾作用下接收機輸出 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頻碼的功率頻譜密度 Scr (f)。 將 N(u,t)進行傅氏變換后有 式中 , 是中心頻率； 是多普勒頻率 。 Gp越大 ,抗干擾能力愈強 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 前面已多次提到擴展頻譜系統(tǒng)比常規(guī)通信系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力 。 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 )。 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 。 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 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 )； (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 。 如果發(fā)射機的碼與本地碼相同且在時間上同步 ,那么每當發(fā)射信號相移時 ,在接收信號發(fā)生 180176。 具有速率 R=1／ T的隨機數(shù)據(jù)序列的功率譜由 給出 ,而擴頻序列 d(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。 式中 U稱為判決變量 ,若 U＞ 0,則判決發(fā)射的比特為 +(Eb/T) 1/2； 若 U＜ 0,則判決發(fā)射的比特為 (Eb/T) 1/2 。第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 如圖 614所示 ,發(fā)射機將數(shù)據(jù)比特 d(t)與二進制的177。 我們先考慮單個比特 177。 理論上 ,擴頻序列必須具備兩個關(guān)鍵性質(zhì) 。 一個設(shè)計良好的相關(guān)器 ,可以允許在輸入信噪比低達 20～ 50 dB的惡劣條件下 ,從強干擾噪聲中檢測出微弱信號 。 但是 ,在 MPSK系統(tǒng)中 ,信息的檢測是靠碼序列的相關(guān)檢測進行判決的 ,只要合理地設(shè)計碼序列 ,使之具有良好的相關(guān)特性 ,就不會因為采用多進制而比二進制帶來額外的損失 。振蕩器∑發(fā)送 信號輸入 信息m1( t )P1( t )P2( t )m2( t )本地 偽碼產(chǎn)生 器寬 帶濾波 器 移相 90176。 如圖 612所示 。 。 這樣 一來 ,m1(t)符號發(fā)生變化時 , m2(t)符號不發(fā)生變化 。 發(fā)送端輸出的擴頻信號為 s(t)=m1(t)p1(t)cos (ω0t+θ)+m２ (t)p２ (t)cos (ω0t+θ) (628) 其中 , m1(t)和 m２ (t)是輸入信息經(jīng)串 /并變換得到的數(shù)字序列 , p1(t)和 p２ (t)是兩個速率相同的 偽隨機碼 ,可以由同一個產(chǎn)生器提供 。 可以說 ,這種系統(tǒng)的性能是以增加設(shè)備的復(fù)雜度為代價而換得的 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 圖 610 MPSK擴頻相干解調(diào)接收機原理框圖 ???101)(Kjju 接收機的原理框圖如圖 69所示 。 碼組選取碼序列后 ,送入調(diào)制器中進行調(diào)制 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 這里所說的 MPSK 擴頻技術(shù)是以 M個碼序列進行 M進制的信息傳輸 ,其目的是為了既能保留擴頻系統(tǒng)的特點 ,又能壓縮傳輸頻帶 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在電臺密集的頻段中進行擴頻通信 ,由于接收機前端電路的帶寬過大 ,可能有許多電臺的信號同時進入接收機 ,這不僅會使接收機的誤碼增多 ,而且會使接收機的前端電路出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象的概率增加 。 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 。 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 。 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”。 所以直接序列調(diào)制中一般都 采用雙相平衡調(diào)制 。 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 。 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 。 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 。c*(u,t)＝ d(u,t) (622) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 其中 , d(u,t) 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 。 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 。c(u,t),這就擴展了傳輸信息的帶寬 。 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 。 圖 62表示了這樣一個擴頻數(shù)學模型 。 擴頻的一個重要應(yīng)用是解決在出現(xiàn)有強烈的干擾情況下的可靠通信的問題 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在接收端 ,第一步工作是解擴譜 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 直接序列 (DS)擴頻系統(tǒng) １ . 擴頻系統(tǒng)可理解為擴頻和解擴的變換對 。 因為頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化 ,所以信號的帶寬被展寬 。 把每個信息碼元劃分成若干個時隙 ,此信息受偽隨機序列的控制 ,以突發(fā)的方式隨機地占用其中一個時隙進行傳輸 。 荷載信息的信號頻率受偽隨機序列的控制 ,快速地在一個頻段中跳變 ,此跳變的頻段范圍遠大于要傳送信息所占的頻譜寬度 ,故跳頻也屬于擴頻技術(shù) 。 要傳送的信息經(jīng)偽隨機序列 (或稱偽噪聲碼 )編碼后對載波進行調(diào)制 。 在擴頻系統(tǒng)中 ,衡量系統(tǒng)抗干擾能力的常用參數(shù)為干擾容限 。 因此 ,處理增益是 jMkk EJ ???12bssp RfG ? (617) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 上式說明 ,處理增益等于擴譜帶寬 fss和傳送信息所需的最小帶寬 Rb之比 ,處理增益也稱為擴頻比 （ spreading ratio） ,在這里也等于擴頻因子 。 這樣 ,接收信號可表示為 r(t)=s(t)+J(t) (610) ????Mkkk tJtJ1)()(0≤ t≤ T (68) ?????MkJkT EJdttJ1202 )((69) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 使接收信號同某個信號相關(guān) ,第 i個相關(guān)器輸出為 信號和干擾相互獨立 ,因此條件均值 已假設(shè)信號是 D維的 ,在每一個分量能量相等的條件下 , ??????MkkikikTii sJsdttstrU120)()()((611) sMkikii EssUE ?? ?? 12)|((612) DEUE si ?)( (613) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 由式 (611)和式 (612),再利用式 (67)和式 (69),可得條件方差為 方差是 接收機性能由信噪比衡量 。 這就是用擴展信號頻譜方法來提高通信系統(tǒng)抗干擾的理論根據(jù)及 指導(dǎo)思想 ,也是擴頻通信的理論基礎(chǔ) 。 香農(nóng)公式表明了一個信道無誤差地傳輸信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于傳輸 信息的信道帶寬之間的關(guān)系 。 以上是擴頻通信的特點 。 若在通信系統(tǒng)中有轉(zhuǎn)接中心時 ,可采用收發(fā)不同頻率的異頻雙工 ,一般系統(tǒng)要實現(xiàn)同頻雙工都是很困難的 ,而對異頻雙工組網(wǎng)多址通信那就更難了 。 擴頻通信系統(tǒng)基本上是一個數(shù)字通信系統(tǒng) ,電路大部分采用數(shù)字電路 ,可以實現(xiàn)集成化 。 眾所周知 ,信號的檢測性能決定于信號的能量 ,擴頻信號實質(zhì)上可看成是連續(xù)波信號 。 不確定度 Δt與脈沖上升時間成正比 ,即與脈沖信號帶寬 W成反比 , Wt1?? (61)