【正文】 rU120)()()((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 。 這一系數(shù)就是處理增益 ,它正好等于可能的信號空間維數(shù) (這個信號空間正是干擾試圖占有的空間 )同傳輸信號實際需要的維數(shù)之比 。 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 。 所以從通信者的角度看 ,目的應(yīng)該是使 Ej/Es最小 (通過選擇 Es)和使處理增益最大 (通過對一給定的期望信息速率 Rb選擇 fss)。 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 。 在擴頻通信系統(tǒng)中 ,除需對所傳送的信息進行第一次調(diào)制處理外 ,還需對其調(diào)制頻譜進行第二次調(diào)制 ,以達到擴展頻譜的目的 。 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 。 因為偽隨機序列的速率遠大于要傳送信息的速率 ,所以受調(diào)信號的頻譜寬度將遠大于要傳送信息的頻譜寬度 ,故稱之為擴頻 。 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) 。 在每一個跳頻時間的瞬時 ,用戶所占用的信道帶寬是窄帶頻譜 ,隨著時間的變換 ,一系列的瞬時窄帶頻譜在一個很寬的頻帶內(nèi)跳變 ,形成一個很寬的跳頻帶寬 。 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 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) （ 4） 線性調(diào)頻擴頻 (Chirp)。 因為頻率在較寬的頻帶內(nèi)變化 ,所以信號的帶寬被展寬 。 幾種不同的擴頻方式混合應(yīng)用 ,如直擴和跳頻的結(jié)合 (DS／ FH),跳頻與跳時的結(jié)合 (FH／ TH),以及直擴 、 跳頻與跳時的結(jié)合 (DS／ FH／ TH)等 。 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 。 運算的目的是將原有窄帶信號的頻譜擴展到一個非常寬的頻帶范圍 。 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 在接收端 ,第一步工作是解擴譜 。 換句話說 ,在解擴譜之后 ,寬帶信號 sw被還原成原來的窄帶信號形式 sn,這意味著信號頻譜的還原 ,用于窄帶信號解調(diào)的標準方法在這里也可以使用 。 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 。 再經(jīng)過窄帶濾波運算 F( )之后 ,得到 F(sn +iw) ≡ sn +F(iw)= sn+iwr （ 621） 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 由于帶通濾波器的帶寬 Bn等于窄帶信號 sn的帶寬 ,因此僅有一小部分干擾信號的能量將通過濾波器 ,成為殘余干擾 iwr,這是因為 iw帶寬 Bw遠遠大于 Bn,意味著噪聲頻譜被擴散 。 圖 62表示了這樣一個擴頻數(shù)學(xué)模型 。 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 。 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 。 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 。c(u,t),這就擴展了傳輸信息的帶寬 。 擴頻后的 d(u,t) 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 。 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 。 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 。 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)＝ d(u,t) (622) 第 6章 寬帶抗干擾技術(shù) 其中 , d(u,t) 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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 。 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) 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 。 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”。 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 。 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 。 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 。 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 。 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。 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 。 顯然 ,后者是對信息傳輸速率的一種約束 ,即信息傳輸速率不能太高 。 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 。 圖中 ,用 2/M變換器把輸入的二進制信息分成長為 n位的碼組 ,形成了 M＝ 2 n進制的信息 。 碼組選取碼序列后 ,送入調(diào)制器中進行調(diào)制 。 設(shè)二進制