讲义 第四章 直接序列扩频信号的调制技术
wifi基础：直接序列扩频技术
1 wifi 基础：直接序列扩频技术
1.1 概述
直接序列扩频系统是目前广泛应用的一种扩展频谱系统。直接序列扩频通信开始出现于第二次世界大战，是美军重要的无线保密通信技术。现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。美国的国际卫星通信系统和全球定位系统都是直接序列扩频系统的应用实例。
直接序列扩频（DSSS ），（Direct seqcuence spread spectrdm ）是直接利用具有高码率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的PN 码（伪噪声码）进行摸二加。例如说在发射端将"1"用11000100110，而将"0"用00110010110去代替，这个过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0"，这就是解扩。这样信源速率就被提高了11倍，同时也使处理增益达到10dB 以上，从而有效地提高了整机信噪比。
1.2 扩频通信的基本概念
通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价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效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
移动通信基础课件-第4章 扩频通信技术
4.1
扩频通信基本概念
4.2
扩频系统中常用的扩频码
4.3
扩频通信技术应用
4.4
多址接入技术
4.5
功率控制技术
4.6
RAKE接收机
1.教学内容
扩频通信的基本概念，扩频通信系统分类 及特点； 扩频系统中常用的地址码和扩频码； 直接序列扩频通信系统的工作原理及应用； 跳频扩频系统的工作原理及应用； 不同的多址接入技术； 功率控制技术、RAKE接收和多用户检测的 基本原理。
位寄存器产生的周期最长的序列，又称最大 长度序列。
m序列是最长线性移位寄存器序列的简 称，它是由带线性反馈的移位寄存器产生的 周期最长的一种序列。
n级非退化的线性移位寄存器的组成如 图4-3所示。
图4-3 n级非退化的线性移位寄存器的组成
（2）m序列的特性
① 随机特性 一个随机序列有两方面特点： 一是预先不可确定性，并且不可重
若码组a，b正交，则必有Rab(0) = 0。
正交函数是具有零相关特性的函数。
3．相关函数
相关函数是任意两个信号之间的相 似性的测度。
相关函数分自相关函数和互相关函 数两种。
相关函数具有如下含义。
（1）如果两个信号是相同的，它们的相关 是1或100%。
（2）如果两个信号不相关，或相关为零， 表示在一个信号中不提供另一个信号的任 何信息。
现代移动通信蔡跃明第三版思考题与习题参考答案chapter_4
I (+1* +1)
(+—1)
第四章思考题与习题
1. 移动通信对调制技术的要求有哪些？
在移动通信中，由于信号传播的条件恶劣和快衰落的影响， 接收信号的幅度会发生急剧 的变化。因此，在移动通信中必须采用一些抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的调 制技术，尽可能地提高单位频带内传输数据的比特速率以适用于移动通信的要求。
具体要求：
① 抗干扰性能要强，如采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响；
② 要尽可能地提高频谱利用率；
③ 占用频带要窄，带外辐射要小；
④ 在占用频带宽的情况下，单位频谱所容纳的用户数要尽可能多；
⑤ 同频复用的距离小；
⑥ 具有良好的误码性能；
⑦ 能提供较高的传输速率，使用方便，成本低。
2. 已调信号的带宽是如何定义的？
信号带宽的定义通常都是基于信号功率谱密度 (PSD)的某种度量，对于已调(带通)信 号，它的功率谱密度与基带信号的功率谱密度有关。假设一个基带信号：
s(t) =Re{g(t)exp(j2二仁切
其中的g(t)是基带信号，设g(t)的功率谱密度为P g (f)，则带通信号的功率谱密度如下：
P s (f )二1 P g (f - f c ) P g (-f - f c )l 4
信号的绝对带宽定义为信号的非零值功率谱在频率上占据的范围； 最为简单和广泛使用的带
宽度量是零点-零点带宽；半功率带宽定义为功率谱密度下降到一半时或者比峰值低 3dB 时
的频率范围；联邦通信委员会 (FCC)采纳的定义为占用频带内有信号功率的
99%。 3. QPS K 、OQPSK 的星座图和相位转移图有何差异？
扩频信号的产生与调制技术
11
4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
图4-5 伪随机码平衡调制过程及频谱示意图
来自百度文库
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
频谱特性解释 信号功率谱是统计平均量，长时间统计平均的结果； 在工程上，采用频谱分析仪观测直接序列扩频信号的频谱， 看到的仅是观测时刻前一段时间的统计平均，这实际是将 被观测的信号分成若干时间段，将每一时间段的信号都看 作是周期信号的一个周期来处理，因而在频谱分析仪上看 到信号的功率谱是离散谱； 由于扩频码的伪随机性和信息码的随机性，被划分的各时 间段的信号是不相同的，因此出现在频谱分析仪上的任何 一根谱线的都是随机的，所以直接序列扩频信号的频谱图 2 / x 形就好象包络是 sin x 型的噪声一样，并非像图 4-5中所示 的那样理想。
这样相位调制信号可等效为一个只取的二值波形函数对载波 进行抑制载波的双边带振幅调制信号，也就是平衡调制信号。 对于直接序列扩频调制，调制信号为扩频码，若规定的取值为
{ci }取“0”时 1 当二进序列 c(t ) {ci }取“ 1”时 1 当二进序列
f (t ) Ac(t ) cos(2πf 0 t )
◆解扩功能
信号频带压缩——扩频信号解扩过程。
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
调制方式：PSK 扩频用的伪随机码c( t ) 的功率谱密度函数是由一系列的 f 函数组成，这些 f 函数位于f=k/(NTc)=kRc/N （k=0，1，2， …，N-1）处，冲击强度所组成的包络是( sinx/x)2，第一个零 点在伪随机码的传输速率 Rc处。
直接扩频通信技术精讲
物联网：利用 直接扩频通信 技术的抗干扰 能力强、抗多 径干扰能力好 的特点，实现 物联网设备的
可靠通信。
智能物流：在 物流领域，直 接扩频通信技 术可以提高信 号的覆盖范围 和穿透能力， 保障物流信息 的实时传输。
智能农业：在 农业领域，直 接扩频通信技 术可以实现农 田的远程监测 和控制，提高 农业生产效率。
性。
发展趋势：未来 高效频谱利用技 术将与人工智能、 物联网等技术融 合，实现更加智 能化的频谱管理
和通信传输。
发展趋势：随着 通信技术的发展， 多载波直接扩频 通信技术正逐渐 成为研究的热点， 具有广阔的应用 前景。
技术特点：多载 波直接扩频通信 技术具有抗干扰 能力强、抗多径 干扰能力强、抗 截获能力强等优 点，能够提供高 速、可靠、安全 的通信服务。
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CONTENTS
PART ONE
定义：直接扩频通信技术是一种无线通信技术，通过将信息信号扩展到更宽的频带中，实现信息的 传输和通信。
原理：直接扩频通信技术利用伪随机序列将信息信号扩展到宽频带上，通过发送宽频带信号 实现信息的传输。接收端使用相同的伪随机序列进行解扩频，还原出原始的信息信号。
量
在无线通信网 络中，扩频通 信技术可以提 供更高速的数 据传输和更稳 定的通信服务
讲义 直接序列扩频信号的调制技术
解：设扩频码 为随机二进制序列， 每个码元持 续时间为 秒，振幅为 ，且两种振幅出现概率相 等。这时可按下图计算其功率谱：
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
根据自相关函数定义：
当
时，
，积分值等于1。
当 时，由于 ，积分值等于0。
是独立的随机二进制序列
当
时，该积分等于
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功率谱密度
二相相移键控信号的双边功率谱密度表示式为：
式中： —— 数据码元宽度 A —— 的最大振幅
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功率谱为
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扩频后信号也是一个二相移相键控信号，区别只 是用扩频码元宽度Tc 取代数据码元宽度Tb。
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BPSK扩频由相位调制后的码形和扩频函数c(t)相乘。 发射机：
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发射信号为： 其中：c(t) ——扩频函数，取值
——相位调制
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在数字调制中数据和扩频采用相同类型的数字调 制。当两者都采用BPSK时可以省掉一个相位调制器（ 混频器）。双调制过程可以用数据码和扩频码的模2和 进行一次调制来取代。即：
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扩频信号的产生与调制技术
只要c(t)不含直流分量，平衡调制就抑制了载波。
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4.1.2 扩频码的调制与混频
载波频率必须远远高于调制信号中有用信号的最高频率，否 则会发生频谱的交叠，产生折叠噪声，使传输信号的质量下 降。
图4-4 频谱折叠示意图 （a）基带信号的频谱；(b) 调制后的频谱；(c) 图(b)的等效
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4.1.2 扩频码的调制与混频
基带速率下降获得8.24dB的好处。降低信息速率比增加伪码速 率更有利，但要在系统设计时综合考虑。 由于信息速率的降低，接收机中解调器的带宽变为B＝2.4×2 kHz，接收机输出的热噪声电平为
10lg(kTB)dBm 137.01dBm
在接收机输入干扰信号电平不变情况下，输出干扰信号电平为
2
4.1.1 直接序列信号的产生
发射机
接收机
图4-1（a） 直接序列扩频通信系统方框图
3
4.1.1 直接序列信号的产生
图4-1（b） 直扩信号传输示意图
4
4.1.1 直接序列信号的产生
解扩后的有用信号 中频滤波器带宽 2Bb
白噪声电平
干扰电平
f fi 2Rc
图4-3 接收机中频滤波器输出信号频谱示意图
A1d (t )c(t ) cos2πf 0 t 1 A2 cr (t ) cos2πf r t 2
乘积后的差频项 1 A1 A2 d (t )c(t )cr (t ) cos(2 πf IFt ) Ac(t )cr (t )d (t ) cos(2 πf IFt ) 2
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
扩频通信的理论基础
1.1扩频通信的基本概念
通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价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效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息和发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息和发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了使用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定：
⎰∞
∞--=t e t f f F ft j d )()(π2
第四章 扩频通信系统ppt课件
第四章 扩频通信系统
D1 D2 D3
时钟脉冲 (a )
输出 11 100 10
输入
输出
00
0
10
1
01
1
11
0
D1
D2
D3
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
(b )
(c )
图4-11 m序列发生器
第四章 扩频通信系统
一个码序列的随机性由以下三点来表征: (1) 一个周期内“1”和“0”的位数仅相差1位。 (2) 一个周期内长度为1的游程(连续为“0”或连续为 “1”)占1/2, 长度为2的游程占1/4, 长度为3的游程占1/8。 (3) 一个周期长的序列与其循环移位序列位比较, 相 同码的位数与不相同码的位数相差1位。 m序列的一些基本性质: 在m序列中一个周期内“1”的数目比“0”的数目多1 位。 例如上述7位码中有4个“1”和3个“0”。 在15位码 中有8个“1”和7个“0”。表4-1中列出了长为15位的游程 分布。
第四章 扩频通信系统
(5) 接收端多采用产生本地伪随机码序列对接收 信号进行相关解扩, 或采用匹配滤波器来解扩信号;
(6) 扩频和解扩的伪随机码序列应有严格的同步, 码的搜捕和跟踪多采用匹配滤波器或利用伪随机码的 优良的自相关特性在延迟锁定环中实现;
直接序列扩频通信系统PPT课件
N
a (t)Aco 2fs kt [k]g T c(t kc)T (t mc) N
k 1
m
gTc(t)自相关 RgTc函 ()功 ,数率谱密 SgTc(度 f) 函
Βιβλιοθήκη Baidu
m (tmc N ) TN 1cT m (fN m c)T
因为
g Tc (t kTc ) * (t mNT c ) 1
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：0.44Rc PSK调制时候射频带宽为2Rc
4.2.2 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）
-93dB-34.59dB=-127.95 接收机热噪声电平为：
1l0 g k(T )dB B 1.2 7d 8 8B
若射频带宽提高到200MHz，则：
Gp 37.95dB
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43.19dB
Tˆd
)
sin(2f
IF
)
Q(t)
A 2
do
(t
第四章 扩频信号
西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室
相关接收机（解扩）
r ( t ) p ( t ) d ( t ) p ( t ) J ( t ) p ( t ) w( t ) p ( t ) d (t ) J (t ) p (t ) w (t ) p (t )
2
p(t ) 1 p (t ) 1
n 0 n 0 N 1 N 1 N 1 n 0
0 wn cn i , i 0
比特信息丢失！
西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室
扩频信号应具有的性质：
（ 1）扩频信号是不可预测的、伪随机的宽 带信号 （2）扩频信号带宽>>传输数据的带宽 （3) 接收机中必须有与宽带载波同步的扩 频信号副本
多个用户的分离
多个用户的分离取决于特征波形之间的 相关性，若正交，多用户之间很容易分 离
T
si , s j si (t )s j (t k )dt 0,
0
k (正交)
西安电子科技大学
雷达信号处理国防科技重点实验室
直接序列扩频的特征波形的特 点由以下三要素决定
（1）码片波形 pc (t ) →频谱利用率 （2）每个比特的码片数目 N→ c 扩频增益 （3）长度为的二进制码片序列
西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室
直扩通信系统基本原理与仿真讲解
直扩通信系统基本原理与仿真
摘要：扩频通信技术是现代通信系统中的一种新兴的通信方式，其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点越来越为人们所认识，并被广泛地应用于军事通信和民用通信的各个领域，从而推动了通信事业的发展。在扩频通信中，最常用的一种调制方式是直接序列扩频。本文阐述了扩频通信的基本概念，并且着重介绍了直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)通信系统的基本原理，分析了其主要性能指标，通过MATLAB软件仿真直接序列扩频通信系统，得到了在不同干扰下系统的误码性能，根据仿真结果，给出了关于扩频通信系统性能的一些结论，最后，对扩频技术发展提出了一些有益的设想。
【关键词】直接序列扩频误码性能扩频多址抗干扰
Abstract:Spread spectrum communication technology is a emerging communication method of modern communication systems. This communication method has the excellent properties: the strong anti-jamming , anti-fading and multipath performance and high spectrum efficiency , multiple access communications. And more and more people know many other advantages , and it is widely used in various fields of military and civilian communications traffic. It promotes the development of all undertakings. In spread spectrum communications , the most commonly method to be used is direct sequence spread spectrum modulation. This paper describes the basic concepts of spread spectrum communications , and focuses on the basic principles of direct sequence spread spectrum communication system, then analyzes its key performance indicators. We use MATLAB software for direct sequence spread spectrum communication system to conduct simulation, then system error performance can be obtained under different conditions of interference. Finally, according to the simulation results, I give some conclusions about the performance spread spectrum communication system, and put forward some useful ideas of spread spectrum technology.
扩频通信第4章1.
第 4章扩频信号的产生与调制技术
4.1直接序列扩频通信系统
直接序列扩频通信系统,又称为“平均”系统或伪噪声系统。它是目前应用较为广泛的一种扩频通信系统。
4.1.1直接序列扩频信号的产生
直接序列扩频信号是采用直接序列调制的方法产生的。直接序列调制就是用高速率的伪随机码序列与信息码序列模 2加(或伪随机码波形和信息码波形相乘后产生的复合码序列(复合码波形去调制载波。一般情况下直接序列调制均采用 PSK 调制方式,而较少采用 FSK 或 ASK 。由调制理论知,在 PSK 、 FSK 和 ASK 三种调制方式中, PSK 信号是最佳调制信号,即在其它条件相同的情况下,采用 PSK 方式系统的误码率最低。为了节省发射功率和提高发射机工作效率, 通常采用抑制载波的二相平衡调制方式。采用平衡调制的另一优点是在电子对抗中, 对方使用常规接收机检测载波比较困难, 从而提高了系统抗侦破的能力。所以直接序列调制一般都采用二相平衡调制方式。图 4-1给出了直接序列扩频通信系统的原理方框图和扩频信号传输示意图。
(b
图 4-1 直接序列扩频通信系统方框图和扩频信号传输示意图
(a 直扩系统方框图; (b 直扩信号传输示意图
(a 发信机
收信机
π 0 π 0 π π π 0 0 π 0 π 0 0 0 π π 0 0 π π π π 0 0 π π π 0 0 π 0 π 0 0 0 π π 0 0 π π π 0 0 π 0 π π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 π 0 0 π 0 0 0 0 π 0 π 0 π 0 π 0
直接扩频通信技术分析
性能要求：具有良 好的随机性、周期 性和一致性，以确 保通信的可靠性和 安全性
实现方式：可以采 用硬件或软件方式 实现，具体取决于 系统设计和性能要 求
频谱扩展与解扩
频谱扩展：将信息信号 的频谱扩展到较宽的频 带，实现信号的隐蔽传 输和抗干扰能力
解扩：将接收到的扩频 信号恢复为原来的窄带 信号，提取出有用的信 息
抗截获性能
扩频通信利用扩频码对信号进行扩频，使信号占据更宽的频带，从而实现信号的抗干 扰和抗截获。
在直接扩频通信中，采用伪随机序列对信号进行扩频，使得信号的功率谱密度降低， 从而提高了信号的抗截获性能。
通过对伪随机序列的优化设计，可以进一步提高直接扩频通信的抗截获性能，使其在 军事通信等领域具有更广泛的应用前景。
解调方式：采用 相关解调法，将 接收到的信号与 伪随机码进行相 关处理，恢复出 原始信号
优点：抗干扰能 力强，抗多径干 扰能力强，能够 实现隐蔽通信和 抗截获能力强
缺点：容易受到 伪随机码同步的 影响，对频偏和 多径干扰较为敏 感
伪随机序列生成器
定义：用于产生伪 随机二进制序列的 设备或算法
作用：在直接扩频 通信中，伪随机序 列用作扩频码，将 信息信号扩展到很 宽的频带上
直接扩频通信技术分 析
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汇报人：XXX
CDMA通信原理
CDMA通信原理
CDMA通信原理
CDMA (Code Division Multiple Access)是一种广泛使用的数字移动通信技术，基于新型的调制技术和多址技术，可以提供更高质量的音频和数据通信。一个CDMA系统中可以使用多种频率进行多个用户的同时通信，并且可以防止信息冲突和噪声干扰。
CDMA通信的原理是将数据信号转换为序列信号，再进行调制和解调，最终将信号传输到目标设备。下面将详细介绍CDMA通信的原理。
序列信号
首先我们需要了解一下序列信号，这是CDMA通信中最基本的信号。序列信号是一种唯一标识，用于区分不同的用户通信数据，并防止数据冲突。序列信号本质上是一组0和1的序列，称为伪随机序列(Pseudo-random Sequence)。这些序列的长度是有限的，且相互之间不同，可以通过生成器产生。为了能够同时传输多个用户的信号，CDMA系统使用不同的伪随机序列对数据进行编码，以便接收器可以将接收到的信号从不同的用户中区分出来。
调制和解调
CDMA通信中的调制和解调过程与其他数字通信系统相似。数据信号首先要经过调制，将其转换为适合传输的模拟信号。CDMA使用两种调制技术，即直接序列扩频调制和反相移扩频
调制。
- 直接序列扩频调制：在这种调制方式中，数据信号直接
与伪随机序列相乘，将数据序列的每一个比特都乘以伪随机序列的相应比特，得到一个新的序列。这个新的序列的频带宽度比数据信号的频带宽度要宽很多，因此扩大了信号的带宽。扩展后的信号被发射到无线电信道上。- 反相移扩频调制：这种
调制方式是通过将数据信号进行分组，每组从伪随机序列中选择一个分组进行运算。这个处理过程称为打扰(Jamming)。将
直接序列扩频
扩展频谱（Spread Spectrum，SS）技术最初是为军用目的而开发出来的，应用于军事导航和通信系统中。出于提高通信系统抗干扰性能的需要，扩频技术的研究得以广泛开展，使得一些民用领域也从扩频技术的独特性质中受益。本章将概括性地描述扩频技术的基本概念、理论基础、系统组成及性能；介绍扩频系统的优点与应用。以此阐明直接序列扩频系统（DS—SS）发射机的设计与实现的重要意义。
1.1 扩频的概念
扩展频谱通信系统（Spread Spectrum Communication System）是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（Spreading Function）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，接收端再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。
为此，扩频函数（信号）必须满足以下的特性：扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；它的带宽远大于欲传输信息（数据）带宽；具有类似于噪声的随机特性等。由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有许多的优点：
（1）扩频信号的不可预测性，使得扩频系统具有很高的抗干扰（anti-jam，AJ）能力。因为干扰者难以通过观测实施干扰，而只能采用发射大功率宽带的干扰信号进行干扰。
（2）扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。因此，扩频系统具有低截获概率性（Low Probability of Intercept，LPI），即信号有很好的隐蔽性。
（3）通过对宽带扩频信号的相关检测，可以使扩频系统具有很高的距离鉴别力，可用于测距。
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发射机框图
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
接收机框图
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
例：
已知扩频码chip速率是数据速率的100倍。扩 频码周期为无限长。数据调制和扩频调制皆采用 BPSK。试计算直接序列扩频发射信号的功率谱。
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解：设扩频码 为随机二进制序列， 每个码元持 续时间为 秒，振幅为 ，且两种振幅出现概率相 等。这时可按下图计算其功率谱：
—— 数据码元宽度 的最大振幅
A ——
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功率谱为
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扩频后信号也是一个二相移相键控信号，区别只
是用扩频码元宽度Tc 取代数据码元宽度Tb。
通常把Tc叫做扩频码的chip（切谱）。
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ห้องสมุดไป่ตู้ 取
时谱密度图
移键控(PSK)， 频移键控（FSK）, 最小频移键控(MSK)等 调制技术。
在DS系统中，常用PSK调制和扩频调制相结合实现扩频
系统的调制，在跳频(FH)系统中，则采用FSK调制技术与 扩频调制相结合。
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
4.2扩频通信中常用的数字调制技术
相移键控(PSK)是利用载波相位的变化来传递数字信息
之和。
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
双通道QPSK调制框图
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当两路数据不同时： 当两路发射信号功率不同时：
c1(t)、 c2(t) 是相互独立的正交PN码，取值 c1(t) 、c2(t) 码元宽度相同，时间上同步。 QPSK信号的相位可能改变0。、 或180。
4.2扩频通信中常用的数字调制技术
在扩频系统发送接收系统中，在发送端输入信息要
经过信息调制、扩频和射频调制，在接收端接收到 的信号要经过变频、解扩和信息解调。
与一般的数字通信系统比较，射频的上变频、下变
频、信息识别与解调等基本相同。即在扩频通信模 型中，如果省去扩频、解扩模块，则是一般的数字 通信的基本模型。
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
表示数据相位调制。正交混合网络将输入功率在两个 正交支路中均分。
QPSK调制器的输出为：
式中
、
同相正交，取值
，彼此独立，
、
的功率谱与BPSK信号功率谱的形式相同。
北京理工大学雷达技术研究所 王 菊
通过计算
的自相关函数求功率谱
由于 、 彼此独立且正交，所以上式后两项 等于0。 总的QPSK信号的功率谱等于两项功率谱的代数和。
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外差式相关器：输入输出频率不相同的一种相关器，
其本地参考信号和发射信号相差一个固定的中频。其 BPSK直扩接收机如下图所示。
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相关器的输出噪声
1.大气噪声和电路内部噪声﹡本地码调制。
大气噪声和电路内部噪声通常要比无用信号小得多，可以 忽略。
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如果脉冲重复周期增加一倍，则谱线间隔也减少一半，谱 线密度增加一倍，此时Bfo不变。
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• 如脉冲重复周期不变，而脉冲宽度减少一半1＝ 0/2，则谱线间隔不变，但信号的频带宽度Bf1增加一倍 。 此外，无论是脉冲重复周期的增加，还是脉冲宽度 的减少，频谱函数的幅度都降低了。
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在接收系统中：
如接收机相位正确，则 于是： 经解调后可恢复原始数据
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双通道QPSK直接序列扩频系统
双通道QPSK直接序列扩频系统的特点：
(1) 同相通道和正交通道的数据可以不同； (2) 同相通道和正交通道的功率可以不同； (3) QPSK调制为载波相互正交的两个BPSK信号
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结论：
为了扩展信号的频谱，可以采用窄的脉冲序列去进行
调制某一载波，得到一个很宽的双边带的直扩信号。 采用的脉冲越窄，扩展的频谱越宽。
如果信号的总能量不变，则频谱的展宽，使各频谱成
分的幅度下降，信号的功率谱密度降低。因此，可以 用扩频信号进行隐蔽通信。
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2.无用信号﹡本地码调制。
无用信号在扩频系统中将受到处理增益的抑制。
3.有用信号﹡本地码调制(由码不完全同步引起)。
码同步偏移引起的噪声值得重视，即在扩频系统中对码同 步应提出严格的要求。
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4.3 QPSK直接序列扩频系统
1. QPSK直扩系统：是一种利用载波的四个不同相位来表征数字信 息的调制方式。信道利用率比BPSK更高，携带的信息量更大。
的。
对于二进制序列的数字信息“1”和“0”，分别用载
波相位0和
来表示，称为二相相移键控（BPSK）。
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BPSK扩频由相位调制后的码形和扩频函数c(t)相乘。 发射机：
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发射信号为： 其中：c(t) ——扩频函数，取值 ——相位调制
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根据自相关函数定义：
当
时，
，积分值等于1。 是独立的随机二进制序列
当 时，由于 ，积分值等于0。 当
时，该积分等于
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因此
图示为： 这个三角形的傅立叶变换为：
其中T为数据码元宽度。
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第四章 直接序列扩频信号的调制技术
4.1 信号的波形与频谱
p任何周期性的时间波形都可以看成是许多不同幅度、频
率和相位的正弦波之和。
不同的频率成分，在频谱上占有一定的频带宽度。单一
频率的正弦波，在频谱上只有一条谱线，而周期性的矩 形脉冲序列，则有许多谱线。任何周期性的时间波形， 可以用富氏级数展开的数学方法求出它的频谱分布图。
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图中E为脉冲的幅度，o为脉冲的宽度，To为脉冲的重复周期。设 To ＝5o，f(t)的频谱An(f)分布为一系列离散谱线，由基频fo及其高 次谐波组成。随着谐波频率的升高、幅度逐渐衰减。但信号的能量 主要集中在频谱的主瓣内，即频率从0开始到频谱经过第一个0点的 频率为止的宽度内，称为信号的频带宽度，以Bf0表示。 从数学分析可知，信号谱线间隔决定于脉冲序列的重复周期， 即fo＝1/To。而信号频带宽度取决于脉冲的宽度，即Bo＝1/o。
，且
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OQPSK调制器
OQPSK调制器：所谓偏移四相相移键控，就是 将QPSK框图中的c2(t)相对于c1(t)延迟半个码元宽度 。 这样一来，c1(t)符号发生变化时c2(t)符号不发生 变化，因此OQPSK调制信号只能改变0。或90。。
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发射信号的功率谱密度
（频率卷积定理）
其中
为数据调制信号的功率谱
为相位调制信号幅度
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因为扩频码chip速率远大于数据速率，所以在每 个积分号内第一个sinc函数有效范围内，第二个 sinc函数近似等于常数，因此卷积可近似为下式 ：
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扩频码与接收信号中包含的扩频码同步。
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接收机解扩器输出信号分量，除随机相位外，将等于 ，可用一般的相干解调器来解调。 解扩用的相关器有两种：直接式，外差式。 （a）直接式相关器： 直接式相关器的优点是结构十分简单，缺点是直 接式相关器的输入输出频率一样，因而干扰信号 可以绕过相关器发生泄露。 直接式相关器只在要求不高的简单扩频系统中才 用。
扩频调制的作用展宽发射信号带宽，而功率降低。
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接收机为：
• 如果本地参考码与发射端的扩频码相同，时间同
步，则可以抵消扩频码的调制，恢复载波。
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接收端信号：
相关器输出信号：
式中：
当
——延迟的近似值 时， 。此时也称为接收机的
扩频系统的主要特点在于扩频信号的产生（扩频调
制）和扩频信号的接收（相关解扩）。
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4.2扩频通信中常用的数字调制技术
调制分类
调制信号：
载波信号：
幅度调制 频率调制 相位调制
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4.2扩频通信中常用的数字调制技术
在扩频通信中，考虑到性能和成本的因素，常用的是相
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在数字调制中数据和扩频采用相同类型的数字调 制。当两者都采用BPSK时可以省掉一个相位调制器（ 混频器）。双调制过程可以用数据码和扩频码的模2和 进行一次调制来取代。即：
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功率谱密度
二相相移键控信号的双边功率谱密度表示式为：
式中：