扩频通信系统的分类
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第 1 章移动通信是指通信双方至少有一方处在移动情况下(或临时静止)的相互信息传输和交换.移动通信的特点:1.必须利用无线电波进行信息的传输2.是在复杂的干扰环境中运行的3.可以利用的频谱资源非常有限,而移动通信的业务量的需求却是与日俱增4.移动通信系统的网络结构是多样化的,网络管理和控制必须有效5.移动通信设备必须适于在移动环境中使用数字移动通信系统的优点:1. 频谱利用率高,有利于提高系统容量2. 能提供多种业务服务,提高通信系统的通用性3. 抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强4. 能实现更有效、灵活的网络管理和控制5. 便于实现通信的安全保密6. 课降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量第2章1. 移动通信信道的基本特征:第一,带宽有限,取决于使用的频率资源和信道的传播特征;第二,干扰和噪声影响大,这主要是移动通信工作的电磁环境决定的;第三,存在着多径衰落。
要求:已调信号应具有高的频谱利用率和较强的抗干扰、抗衰落的能力。
恒定包络调制:可采用限幅器、低成本的非线性高效功率放大器件非恒定包络调制:需要采用成本相对较高的线性功率放大器件2. GSM中,尽管MSK信号已具有较好的频谱和误比特率性能,但仍不能满足功率谱在相邻频道取值低于主瓣峰值60db以上的要求。
这就要求在保持MSK基本特性的基础上,对MSK的带外频谱特性进行改进,使其衰减速度加快。
3.π/4 - DQPSK的相位跳变规则决定了再码元转换时刻的相位跳变量只有+-π/4和+-3π/4四种取值。
4.. 扩频调制扩频通信的定义:一种信息传输方式,在发端采用扩频码调制,是信号所占的频带宽度远大于所传信息必需的带宽,在收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传信息数据。
扩频系统的处理增益 Gp = 10 lg B/Bm 各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频信号带宽B与信息带宽Bm之比成正比。
扩频通信抗干扰性能强,唯一能工作在负信噪比之下。
扩频通信第一讲扩频通信系统概述扩频通信,即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据.这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的:一是信息的频谱扩展后形成宽带传输;二是相关处理后恢复成窄带信息数据。
正是由于这两大持点,使扩频通信有如下的优点:抗干扰抗噪音抗多径衰落具有保密性功率谱密度低,具有隐蔽性和低的截获概率可多址复用和任意选址高精度测量等正是由于扩频通信技术具有上述优点,自50年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。
直到80年代初才被应用于民用通信领域。
为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中第二讲扩展频谱通信的基本概念2.1 扩展频谱通信的定义所谓扩展频谱通信,可简单表述如下:“扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
这一定义包含了以下三方面的意思:一、信号的频谱被展宽了。
我们知道,传输任何信息都需要一定的带宽,称为信息带宽。
例如人类的语音的信息带宽为300Hz --— 3400Hz,电视图像信息带宽为数MHz。
为了充分利用频率资源,通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。
在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。
浅谈扩频通信方式的分类及其优缺点比较摘要:本文阐述了扩频通信的基本原理并介绍了扩频通信的几种常用的工作方式,最后对几种扩频方式的优缺点进行了比较。
关键词:扩频通信工作方式比较扩展频谱通信简称“扩频通信”,最早出现在第二次世界大战期间,作为美军使用的无线保密通信技术。
扩频通信技术是一种信息传输方式,采用该方式,传输通信信号所需频带与传输其中的有用信息占用频带相比要宽得多,它具有抗干扰性强、抗多径衰落性好等一系列优点。
1 扩频通信的理论基础[1]扩展频谱通信(Spread Spectrum Communcation,简称扩频通信),是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式,它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信的可行性,可由信息论中的相关公式中引申而来的。
信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为:式中,C为信道容量;B为信号频带宽度;S为信号功率;N为白噪声功率。
由Shannon公式可以看出: 要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。
信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S/N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S/N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。
当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。
2 扩频技术的几种基本工作方式随着通信技术的发展,扩频通信的方式也在不断更新,按照扩展频谱的方式不同,可以将其归结为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、脉冲调频(chirp调制)及混合扩频等。
2.1 直接序列扩频该系统中所用的编码序列通常是伪随机序列或叫伪噪声(PN)码。
要传送的信息经数字化后变成二元数字序列,它和伪随机序列模2相加后成复合码去调制载波。
在直接序列系统中通常对载波进行相移键控调制。
为了节省发射功率和提高发射机工作效率,扩频系统中采用平衡调制器,抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
第三代移动通信复习题答案一、名词解释1、第三代移动通信系统(3G)第三代移动通信系统简称3G,又被国际电联(ITU , International Telecommunication Union) 称为IMT-2000,意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统。
2、扩频通信扩频通信,顾名思义是在发送端用某个特定的扩频函数(如伪随机编码序列)将待传输的信号频谱扩展至很宽的频带,变为宽带信号,送入信道中传输,在接收端再利用相应的技术或手段将扩展了的频谱进行压缩,恢复到基带信号的频谱,从而达到传输信息、抑制传输过程中噪声和干扰的目的。
3、HSPAWCDMA和TD-SCDMA系统增强数据速率技术为HSDPA/HSUPA HSDPA/HSUPA统称HSPA。
4、远近效应远近效应是由于移动台在蜂窝小区内随机移动,各移动台与基站之间的距离不同,若各移动台发射信号的功率相同,那么到达基站时各接收信号的强弱将有所不同,离基站近者信号强,离基站远者信号弱。
这种由于各移动台与基站之间的距离远近不同导致的在基站接收端,信号以强压弱,并使弱者即离基站较远的移动台产生通信中断的现象称为远近效应。
5、切换切换通常指越区切换,移动台从一个基站覆盖的小区进入到另一个基站覆盖的小区的情况下,为了保持通信的连续性,将移动台与当前基站之间的通信链路转移到移动台与新基站之间的通信链路的过程称为切换。
根据切换方式不同,通常分为硬切换和软切换两种情况。
6、N 频点技术通常多载频系统将相同地理覆盖区域的多个小区(假设每个载频为一个小区)合并到一起,共享同一套公共信道资源,从而构成一个多载频小区,称这种技术为N频点技术。
7、加性白高斯噪声信道加性是指噪声与传送的信号遵从简单的线性叠加关系,白噪声是指噪声的频谱是平坦的,高斯噪声是指噪声的分布服从正态分布。
仅含有这类噪声的信道称为加性白高斯噪声信道(Additional White Gauss Noise,AWGN)信道。
扩频通信系统抗干扰分析前言随着社会的不断进步和发展,21世纪已经成为了一个信息技术和生物技术蓬勃发展的世纪。
在如今这个科技含量高的信息时代,通信是必不可少,人类的历史和发展都离不开通信,对于以前来说传递消息可能不是很方便,但是随着电子产品和网络的出现,似乎不存在通信难的问题,当然在通信这一行业或者说这一技术领域所蕴含的知识和技术更是广泛。
为了保证通信的质量和信息传送安全,通信中的抗干扰能力尤为重要,良好的通信系统一定具有很好的抗干扰能力。
干扰和抗干扰一直存在着竞争,他们之间是不可调和的,一个系统的优劣只有通过无数次的调试才能得出结论。
直序扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)是目前使用最广泛、最典型的了两种扩频工作方式。
扩频抗干扰通信作为信息时代三大高技术通信传输方式的一种,它是一种信息传输方式,在信号传输的过程中其信号占有的频带宽度远远大于所传信息所必需的最小带宽,频带的发送展宽是通过编码和调制的方法来实现的,频带的宽度与所传的信息数据无关,在接受数据的接收端则通过采用与发送端相同的方式进行相关解调技术,并恢复出所传送的信息数据,因而提高了系统的抗干扰能力。
随着超大规模集成电路技术和微电子技术等新型高科技技术的进一步发展,扩频技术在军事通信和名用通信中都得到了日益广泛的应用,主要是因为扩频抗干扰通信技术具有抗干扰能力强、隐蔽性好、多址能力强、误码率低、易于实现保密通信以及可以随机接入、任意选址的优点。
1 扩频通信系统的理论基础1.1 扩频通信技术的基本概念通信理论和通信技术主要是围绕着通信系统的有效性和可靠性进行研究,通信系统的有效性和可靠性是评价和衡量一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性是指通信系统传输信息的效率的高低。
因此为了提高系统的有效性我们必须采用最合理、最经济、最简单的方式传输尽可能多的数据和信息。
对于模拟通信系统,是通过多路复用技术来提高系统的有效性,因此,当信道复用的程度越高时系统传输信息的有效性也就越好。
扩频技术的分类
扩频技术是一种将信号在频域上进行扩展的技术,主要用于增加信号的带宽,提高信号的抗干扰能力,以及实现多用户同时进行通信等。
根据扩频信号的产生方式和基带信号的调制方式,可以将扩频技术分为以下几类:
1. 直接序列扩频技术:直接将基带信号通过加扰序列进行扩频,扩频后的信号与加扰序列进行相关运算,得到被扩频的信号。
该技术简单易实现,但由于扩频信号与噪声的相关性较高,信号抗干扰能力相对较弱。
2. 分组扩频技术:将基带信号分成多个数据块,对每个数据块
进行扩频处理,然后将多个扩频信号组合起来形成一个大的扩频信号。
该技术能够提高信号的抗干扰能力和安全性,但需要多个扩频信号的同步控制。
3. 混沌扩频技术:利用混沌系统生成的非线性随机序列进行扩频,使得扩频信号具有更高的随机性和复杂性,提高了信号的抗干扰能力和安全性。
同时,混沌扩频技术还具有多用户接入的优势。
4. 频率跳变技术:将基带信号进行频率跳变,使得信号在不同
的频率上进行传输,从而增加信号的带宽和抗干扰能力。
该技术适用于高速移动通信和军事通信等领域。
5. 扩频多址技术:将多个用户的信号进行扩频后,将它们叠加
在同一个频带上进行传输,从而实现多用户同时进行通信。
该技术应用广泛,如CDMA、WCDMA等。
扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。
扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性。
1.什么是扩频技术扩频技术,它是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的,并与所传信息数据无关;在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。
扩频技术包括以下几种方式:直接序列扩展频谱,简称直扩(DS),跳频(FH),跳时(TH),线性调频(Chirp)。
此外,还有这些扩频方式的组合方式,如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。
在通信中应用较多的主要是DS、FH和FH/DS。
2.扩频技术分类1、直扩系统(DS)就是采用高码速率的直接序列(Direct Sequence)伪随机码在发端进行扩频,在收端采用相同的伪码(PN)进行相关解扩。
2、跳频系统(FH)就是采用跳频(FrequencyHopping)方式进行扩频,形象地说是采用特定的伪码控制的多频率移频键控。
3、跳时系统(TH)就是采用跳时(TimeHopping)方式进行扩频,形象地说是采用特定的伪码控制的多时片的时移键控。
4、混合系统就是直扩,跳频和跳时的相应组合即DS/FH/TH混合系统。
3.扩频技术的优缺点优点(1)抗干扰性能好,它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力,有利于电子反对抗。
如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用和民用移动通信是很有利的。
(2)隐蔽性强、干扰小,因信号在很宽的频带上被扩展,单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。
信号淹没在白噪声之中,难以发现信号的存在,再加上扩频编码,就更难拾取有用信号。
扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽,从而降低了系统在单位频宽内的电波“通量密度”,这对空间通信大有好处。
扩频通信的基本原理所谓扩展频谱通信,可简单表述如下:“扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
扩频通信的基本特点,是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小带宽(B),其比值称为处理增益(Gp):总之,我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。
这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
一、扩频通信系统的主要优点●易于重复使用频率,提高了无线频谱利用率●抗干扰性强,误码率低。
扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽,而接收端又采用相关检测的办法来解扩,使有用宽带信息信号恢复成窄带信号,而把非所需信号扩展成宽带信号,然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。
这祥,对于各种干扰信号,因其在收端的非相关性,解扩后窄带信号中只有很微弱的成份,信噪比很高,因此抗干扰性强。
●保密性好,对各种窄带通信系统的干扰很小。
由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了,单位频带内的功率很小,信号湮没在噪声里,一般不容易被发现,而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难,因此说其保密性好。
●可以实现码分多址。
扩频通信提高了抗干扰性能,代价是占用频带宽。
但是如果许多用户共用这一宽频带,则可提高频带的利用率。
由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制,充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号,提取出有用信号。
这样在这一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。
●抗多径干扰。
在无线通信中,长期以来,多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。
在扩频通信中利用扩频码的自相关特性,在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号,或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成,都可以起到抗多径干扰的作用。
扩频通信系统的分类扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号,在收信机部分如何解调扩频信号。
根据通信系统产生扩频信号的方式,可以分为下列几种。
1 直接序列扩展频谱系统直接序列扩展频谱系统(Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems,DS-SS),通常简称为直接序列系统或直扩系统,是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后,去直接控制射频信号的某个参量,来扩展传输信号的带宽。
用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。
直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。
在直接序列扩频通信系统中,通常对载波进行相移键控(Phase Shift Keying,PSK)调制。
为了节约发射功率和提高发射机的工作效率,扩频通信系统常采用平衡调制器。
抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
在发信机端,待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加),形成的复合码对载波进行调制,然后由天线发射出去。
在收信机端,要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码,对接收信号进行相关处理,这一相关处理过程通常常称为解扩。
解扩后的信号送到解调器解调,恢复出传送的信息。
(a)图1-5 直接序列扩频通信系统简化图(a) 发射系统;(b) 接收系统2 跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统(Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems,FH-SS)的简称,或更简单地称为跳频通信系统,确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。
它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率,使发射信号的频率随伪随机2个离散频率,码的变化而跳变。
跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20在如此多的离散频率中,每次输出哪一个是由伪随机码决定的。
频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。
图1-6 频率跳变扩频通信系统简化方框图(a) 发射系统;(b) 接收系统频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较,最大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器。
在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不变的,然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频率是跳变的。
在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器两部分组成。
快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。
跳频通信系统发信机的发射频率,在一个预定的频率集由伪随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一个跳到另一个。
收信机中的频率合成器也按照相同的顺序跳变,产生一个和接收信号频率只差一个中频频率的参考本振信号,经混频后得到一个频率固定的中频信号,这一过程称为对跳频信号的解跳。
解跳后的中频信号经放大后送到解调器解调,恢复出传输的信息。
在跳频通信系统中,控制频率跳变的指令码(伪随机码)的速率,没有直接序列扩频通信系统中的伪随机码速率高,一般为几十b/s~几kb/s 。
由于跳频系统中输出频率的改变速率就是扩频伪随机码的速率,所以扩频伪随机码的速率也称为跳频速率。
根据跳频速率的不同,可以将跳频系统分为频率慢跳变系统和频率快跳变系统两种。
假设数据调制采用二进制频移键控调制,T b 是一个信息码元比特宽度,每b T 秒数据调制器输出两个频率中的一个。
每隔c T 秒系统输出信号的射频频率跳变到一个新的频率上。
若c T >b T ,这样的频率跳变系统称为频率慢跳变系统。
现举例说明频率慢跳变系统的工作过程,参见图1-7。
数据 (a) (b)图1-7频率慢跳变系统频率跳变示意图图1-8频率快跳变系统频率跳变示意图图1-7中,b b T B /2=,b c T T 3=,b B B 8RF =。
数据调制器根据二进制数据信号选择两个频率中的一个,即每隔b T 秒数据调制器从两个频率中选择一个。
频率合成器有8个频率{1f ,6f ,7f ,3f ,8f ,2f ,4f ,5f }可供跳变,每传送3个比特后跳变到一个新的频率。
该频率跳变信号在收信机中同本地参考振荡信号进行下变频,参考本振频率的集合为{IF 1f f +,IF 6f f +,IF 7f f +,IF 3f f +,IF 8f f +,IF 2f f +,IF 4f f +,IF 5f f +},下变频后的中频信号集中在频率为IF f 、宽度为b B 的频带中。
在频率慢跳变系统中,频率的跳变速度比数据调制器输出符号的变化速度慢。
若在每个数据符号中,射频输出信号的频率跳变多次,这样的频率跳变系统就叫做频率快跳变系统。
图1-8给出了频率快跳变系统输出射频信号的频率。
在图1-8中,3/b c T T =,频率合成器有16个频率{5f ,11f ,7f ,,14f ,12f ,8f ,1f ,2f ,4f ,9f ,3f ,6f , 13f ,10f ,16f ,15f },b b T B /2=,b B B 16RF =。
3 跳时扩频通信系统时间跳变也是一种扩展频谱技术,跳时扩频通信系统(Time Hopping Spread Spectrum Communication Systems ,TH-SS )是时间跳变扩展频谱通信系统的简称,主要用于时分多址(TDMA)通信中。
与跳频系统相似,跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。
我们先把时间轴分成许多时隙,这些时隙在跳时扩频通信常称为时片,若干时片组成一跳时时间帧。
在一帧哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。
因此,可以把跳时理解为:用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。
由于采用了窄得很多的时隙去发送信号,相对说来,信号的频谱也就展宽了。
图l-9是跳时系统的原理方框图。
图1-9 时间跳变扩频通信系统简化方框图(a) 发射系统;(b) 接收系统在发送端,输入的数据先存储起来,由扩频码发生器产生的扩频码序列去控制通-断开关,经二相或四相调制后再经射频调制后发射。
在接收端,当接收机的伪码发生器与发端同步时,所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。
解调后的数据也经过一缓冲存储器,以便恢复原来的传输速率,不间断地传输数据,提供给用户均匀的数据流。
只要收发两端在时间上严格同步进行,就能正确地恢复原始数据。
跳时扩频系统也可以看成是一种时分系统,所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时隙,而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时隙。
跳时系统能够用时间的合理分配来避开附近发射机的强干扰,是一种理想的多址技术。
但当同一信道中有许多跳时信号工作时,某一时隙可能有几个信号相互重叠,因此,跳时系统也和跳频系统一样,必须采用纠错编码,或采用协调方式构成时分多址。
由于简单的跳时扩频系统抗干扰性不强,很少单独使用。
跳时扩频系统通常都与其他方式的扩频系统结合使用,组成各种混合方式。
从抑制干扰的角度来看,跳时系统得益甚少,其优点在于减少了工作时间的占空比。
一个干扰发射机为取得干扰效果就必须连续地发射,因为干扰机不易侦破跳时系统所使用的伪码参数。
跳时系统的主要缺点是对定时要求太严。
4 线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统(Chirp )是指系统的载频在一给定的脉冲时间间隔线性地扫过一个宽带围,形成一带宽较宽的扫频信号,或者说载频在一给定的时间间(a) (b)隔线性增大或减小,使得发射信号的频谱占据一个宽的围。
在语音频段,线性调频听起来类似于鸟的“啾啾”叫声,所以线性脉冲调频也称为鸟声调制。
线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制技术,由于线性脉冲调频信号占用的频带宽度远远大于信息带宽,从而也可获得较好的抗干扰性能。
线性脉冲调频,是作为雷达测距的一种工作方式使用的,其基本原理如图1-10所示。
线性脉冲调频信号的产生,可由一个锯齿波信号调制压控振荡器(VCO)来实现,如图1-10(a)所示。
发射波是一个频偏为F ∆的宽带调频波,通常是线性调频。
线性调频信号的特点是,发射脉冲信号的瞬时频率在信息脉冲持续周期b T 随时间作线性变化,在脉冲起始和终止时刻的频差c B f f F ≈-=∆21 (1-12)式中: 1f ——脉冲起始时刻的频率,Hz ;2f ——脉冲终止时刻的频率,Hz ;F ∆——瞬时频率变化围,Hz ;c B ——线性调制后的带宽,Hz 。
图1-10 线性脉冲调频原理图(a) 发射端;(b) 接收端在脉冲持续时间T b ,信号的瞬时频率为t T F f f b ∆+=0 (22b b T t T ≤≤-) (1-13) 线性脉冲调频波的时域表达式为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆+=020ππ2cos )(ϕt T F t f A t s b (22b b T t T ≤≤-) (1-14) 线性脉冲调频信号的接收解调可用匹配滤波器来实现,参见图1-10(b)。
它是由色散延迟线构成的。
这种延迟线对信号的高频成分延迟时间长,对低频成分延迟时间短,于是频率由高到低的载频信号通过匹配滤波器后,各频率成分几乎同时输出。
这些信号成分叠加在一起,形成了脉冲时间的压缩,使输出信号幅度增加,能量集中,将有用信号检出。
而与滤波器不匹配的信号在时间上没有压缩,t T b 匹配 滤波器 压控振荡器 (a) (b) t f 2 f 1 f 2 f 1甚至反被扩展。
这就完成了和直接序列扩频及跳频扩频系统类似的过程,从而获得输出信噪比改善的好处。
色散延迟线或调频脉冲匹配滤波器压缩扫频信号,通常是线性压缩。
压缩比为D =FT b = /b T 。
线性脉冲调频扩频技术和通信的关系不大,本书不作讨论。
5 混合扩展频谱通信系统以上几种基本的扩展频谱通信系统各有优缺点,单独使用其中一种系统时有时难以满足要求,将以上几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频通信系统。
常见的有频率跳变-直接序列混合系统(FH/DS),直接序列-时间跳变混合系统(DS/TH),频率跳变-时间跳变混合系统(HF/TH)等。
它们比单一的直接序列、跳频、跳时体制有更优良的性能。
(1) 频率跳变-直接序列混合系统频率跳变-直接序列混合系统可看作是一个载波频率作周期性跳变的直接序列扩频系统,其系统组成方框图见图1-11。
图1-11频率跳变-直接序列混合扩频系统方框图(a) 发射系统;(b) 接收系统采用这种混合方式能够大大提高扩频系统的性能,并且有通信隐蔽性好、抗干扰能力强、频率跳变系统的载波频率难于捕捉,便于适应于多址通信或离散寻址和多路复用等特点,尤其在要求扩频码速率过高或跳频数目过多时,采用这种混合系统特别有利。
(2) 时间跳变-频率跳变混合系统时间跳变-频率跳变混合系统特别适用于大量电台同时工作,其距离或发射功率在很大围变化,需要解决通信中远近效应问题的场合。