第4章 扩频信号的产生与调制技术

第四章：扩频信号的产生与调制技术4.1直接序列扩频系统4.2直接序列系统射频带宽和处理增益4.3直接序列系统中信息的发送4.4频率变扩频通信系统4.5频率跳变信号的产生4.6频率跳变速率和跳频点数4.1直接序列扩频系统直接序列扩频通信系统，又称为平均系统或为噪声系统。它是目前应用较为广泛的一种扩频通信系统。4.1.1直接序列信号的产生调制：抑制载波双边带调制：)2cos()()(0tftAmtf4.1.2扩频吗的调制与混频相位调制：)](2cos[)(0tmktfAtfp时取时取1)()2cos(0)()2cos()(00tmtfAtmtfAtf当m(t)是二进制序列时：11)()2cos()()(0tctftActf对于直接扩频调制，调制信号为c(t),取值是+1/-1时：其中载波频率必须大于信号的最高频率11)()2cos()()(0tctftActf对于直接扩频调制，调制信号为c(t),取值是+1/-1时：其中载波频率必须大于信号的最高频率混频参加混频的两个信号分别是：)2cos()()(101tftctdA)2cos()(22tftcArr乘积后的差项：)2cos()()()(2121tftctctdAAIFr1)()(tctcr时域信号的乘积，则频谱是两个信号频谱的卷积。4.1.3频谱特性4.2直接序列扩频系统的射频带宽与处理增益4.2.1射频带宽主瓣的带宽为：Rc主瓣的3dB带宽为：0.44RcPSK调制时候射频带宽为2Rc4.2.2处理增益处理增益跟信号速率和扩频码速率有关。影响处理增益的因素：1：信号的传输速率（取决于奎斯特速率）2：射频带宽（取决于扩频码速率）但是射频带宽的不断增大，并不能一直改善接收机输出信号信噪比例：某系统的射频带宽为100MHz，信息传输速率为16kb/s，处理增益为多少？Rc=100MHz/2=50Mb/sdBdBsbsbGp95.34/1016/1050lg1036当接收机可能收到的最大干扰为-93dB时，接收机输出的干扰信号为：-93dB-34.59dB=-127.95接收机热噪声电平为：dBdBkTB78.128)lg(10若射频带宽提高到200MHz，则：dBGp95.37接收机干扰电平为：-130.95dB，和热噪声差不多了。所以进一步加大射频带宽，输出信噪比也不会有很大改善。如果把信号速率压缩到2.4kb/s时，处理增益为43.19dB4.3直接序列系统中信息的发送4.3.1信息的FSK调制信息-FSK/扩频码-PSK调制方式。]))((2cos[)()(00tFtdftActs]2))(22(2cos[2121)(00222tFtdfAAts因为在倍频信号中已经存在了解扩后的信号，所以这种方法保密性不够好。4.3.2信息的PSK调制信息-PSK/扩频码-PSK调制方式。4.3.2信息的QPSK调制1.信息-BPSK/扩频码-QPSK)2sin()()()2cos()()()(0201tftctAdtftctAdts)2cos()ˆ()()(2)2sin()ˆ()()(2)()2sin()ˆ()()(2)2cos()ˆ()()(2)(22211211IFdrddIFdrddIFdrddIFdrddfTtcTtcTtdAfTtcTtcTtdAtQfTtcTtcTtdAfTtcTtcTtdAtI2.平衡QPSK直接序列扩频系统)2sin()()()2cos()()()(0201tftctAdtftctAdtseo)2cos()ˆ()()(2)2sin()ˆ()()(2)()2sin()ˆ()()(2)2cos()ˆ()()(2)(22211211IFdrddeIFdrddoIFdrddeIFdrddofTtcTtcTtdAfTtcTtcTtdAtQfTtcTtcTtdAfTtcTtcTtdAtI)2sin()(2)2cos()(2)(IFdeIFdofTtdAfTtdAtz3.双通道QPSK直接序列扩频系统)2sin()()()2cos()()()(022011tftctBdtftctAdts4.4频率跳变扩频通信系统4.4.1物理概念频率跳变就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器输出信号的频率，在多个频率中进行选择的移频键控。2FSK调制系统中只有2个频率：f1，f2分别代表0和1，而跳频系统中则要求提供几百个，几千个甚至几万个离散的频率提供随机选择。扩频码的传输速率为Rc，为了和信息码的传输速率区分，扩频码的速率通常称为码片速率或切普速率。扩频码的码元宽度Tc由：转换时间T1+驻留时间Ts4.4.2频率跳变信号的频谱结构NkmccTkkmNTtkTtgtfAtac1)()(]2cos[)()(S),(R)(cTcTggftgcT功率谱密度函数自相关函数mccmcNTmfNTmNTt)(1)()(T)()(S)()(1)(S1)(*)(g1fNTmfffNTmfNTfmNTtkTtcmcgmccNkgmcmcTcTcTc上式改写成因此有因为NkkNkkkNkkkmcgNkkkcmcNkgkkcmccNkgkkaffNAfftaffffNAfffffNAdFNTmffFSffffNTANTmfdFfFSffffNTANTmfNTfSffffAfScTcTcT12aa1212121212)(2)(S)(S)()]()([4)(*)]()([4)()()]()([4)()()]()([4)(1)(*)]()([4)(的单边表达式为：的功率谱密度函数当信息信号d(t)对载波进行PSK调制时，发射机输出信号为：NkmccTkkPSKmNTtkTtgtftAdtc1)()(]2cos[)()(sNkkdadPSKffSNAfSfSf12)(2)(*)()(S例子：若允许射频带宽为10MHz，信息信号的速率为1kbps，为确保临近频道不发生串扰和频率重叠，每个信道多宽？最多能有多少跳频数？信息速率1kbps，则带宽为2KHz。跳频数：10M/2K=50004.5频率跳变信号的产生一般不采用信号直接去调制频率跳变载波，原因是：1.当系统射频频率较高时，在较高频率上进行调制是比较困难的。2.信号通过调制实现频率搬移的过程中，不可避免的产生一些带外分量。3.调制器的特性和参数与工作频率有密切关系的。实际当中发射机在中频上进行信息信号的调制，再利用变频器上变频将中频已调信号的频谱搬移到射频段。4.5.1调频器跳频器：伪随机码发生器+指令译码器+频率合成器扩频系统对跳频器的主要要求有：1.频率范围2.频率间隔3.频率转换时间4.频率稳定度与准确度5.频谱纯度4.5.2频率合成器1.直接式频率合成器另一种直接式频率合成器：频率总数：基本单元个数参考频率个数MKkNM10fMNF最小频率间隔例子：KHzMHzMHzNFfMHzFkMHzfMHzfMHzfMHzfMM88.400488.04/5/40964kN.6M64N.5,45.157,5.152,5.147,5.1421610604321小频率间隔为？问：输出频率总数？最个基本单元构成。即整个频率合成器由分频器的分频比率为基本单元中2.间接式频率合成器3.直接数字合成频率合成器（DDS）nsfkf204.5.3信息的调制方式1.模拟信号的调制1.数字信号的调制跳频有快跳和慢跳之分。划分方法1：慢跳：几跳/每秒中跳：几百跳/每秒快跳：几千跳/每秒以上划分方法2：慢跳：频率跳变速率信息速率中跳：频率跳变速率=信息速率快跳：频率跳变速率信息速率数字信号的传输方法：用跳频指令和信息码来综合决定载波频率。比如:指令“1011”而且信息是“1”用125.35MHz指令“1011”而且信息是“0”用135.35MHz4.5.4频率跳变系统的特点优点：（1）以“躲避”的方式提高系统的抗干扰性能。（2）易于解决远近效用问题。（3）具有多址能力。（4）易于构成各种混合系统。（5）易于兼容。（6）可以起到频率分集的作用。4.6频率跳变速率与频率跳变点数最小频率跳变速率由那些因素决定？1.待传输信号的类型2.通信系统的冗余度的大小3.最近的潜在转发干扰器的距离4.6.1跳频点数的选择跳频点数与误码率的关系：假设中速跳频系统，有N个频率点，不采用冗余。误码率为：NJPeJ为功率大于或等于有用信号功率的窄带干扰信号的数目。冗余传输：用若干个频率传输一个比特信息。当有冗余时的情况：crxxcxeppxcP)1(p=N/J没有冗余时候的误码率N频率数J被干扰的信道数R错误判决数C一比特信息码所发送的频率切普数例子：若一个bit用3个频率切普来发送，接收机按照3选2的多数判决准则来判决。频率个数为1000，则单片到干扰引起的系统误码率为？6332333233103)101(2)101(31011000/1/23)1(3erxxxePNJpppppxP4.6.2跳频速率的选择误码率一旦决定跳频速率就被决定了，不过还有一个因素影响跳频速率，这就是与有用信号同频但不同相的无用信号的影响。来源：1.本身的多径延时2.转发是干扰)/(1TDdrrdtirTTTTTTT或者跳频速率就可以抑制转发式干扰驻留时间例子：假设收、发信机之间的距离为16Km，干扰机与收、发信机之间的距离分别为13Km，为了抑制转发式干扰，最小跳频速率为多少？每秒跳/30000104.331T14.333.537.86T6drcdrTRssT