扩频信号的产生与调制技术

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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
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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。
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
A1d (t )c(t ) cos2πf 0t 1 A2 cr (t ) cos2πf r t 2
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
“载波泄露” 问题 实际工程中，由于平衡调制电路中元件和参数的不对称或不 平衡，使输入信号的幅度不是完全相等或两个反相载波的相 位不是严格地等于0和，而出现载波泄漏的现象。输出信号 中，未被完全抑制的载波通常称为“载漏”。 频谱上，输出信号的频谱中有载波分量出现。 扩频序列不平衡，也会造成载波抑制不好。由于码不平衡， 在其频谱中有直流分量出现，造成载波泄露。 对扩频发射机来说，扩频码序列编码时钟的泄漏也需要特 别注意。当发生扩频码序列编码时钟的泄漏时，频谱中对 应于扩频码序列编码时钟的频率点处有尖峰谱出现，会出 现对扩频信号产生寄生调幅的现象。
当两个二进制扩频码波形和完全相同时，有 c(t )cr (t ) 1
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4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端混频的实质
◆混频器输入/输出信号特点
接收机输入信号载波相移由扩频码与信息信号共同作用， 而本地参考信号载波的相移仅由扩频码决定。
◆下变频功能
信号频谱从射频到中频搬移的过程。混频器输出信号中不 再包含有扩频码 （解扩）。由信息信号确定的相移仍保 留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。
4.1 直接序列扩频系统
直接序列扩频通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum， DS-SS），又称为平均系统或伪噪声系统。目前应用较为广 泛的一种扩频通信系统。例如：IS-95、UMTS 和 cdma2000。
4.1.1 直接序列信号的产生
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直接 去调制载波。 可采用PSK、FSK和ASK三种调制方式，PSK信号是最佳调 制信号。 通常采用抑制载波的二相平衡调制方式。 节省发射功率；提高发射机效率；
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4.1.2 扩频码的调制与混频
相位调制 m(t)是二进制序列时 抑制载波双边带调制
f (t ) A cos[ 2f 0t k p m(t )]
A cos( 2f 0t ) m(t )取0时 f (t ) A cos( 2f 0t ) m(t )取1时
f (t ) Am(t ) cos(2f 0t )
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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
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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
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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
4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
原来扩频码功率谱密度函数中的( f )函数由信息码的功率谱密 度函数代替，Sd( f )*Sc( f )的第一个零点在扩频码的传输速率Rc 处。由此可知，复合码的频谱必然有一个主瓣带宽，其第一个 零点在扩频码的传输速率处。具体产生过程可以形象地用图45表示。Rb为信息码的传输速率，通常取Rc=NRb。
时域两信号波形乘积的功率谱密度函数等于两信号功率谱 密度函数在频域内的卷积积分。 信息码d(t)和扩频码c(t)在时域波形相乘d(t)c(t) (或序列模2 相加 {d i } {ci } )所组成的复合码，其功率谱密度函数等于 d(t)的功率谱密度函数Sd( f ) 和c(t)的功率谱密度函数Sc( f ) 在频域内的卷积积分。复合码功率谱密度函数Sd( f )*Sc( f ) 的包络是(sinx/x)2型的。 10
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只要c(t)不含直流分量，平衡调制就抑制了载波。
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
从频谱的观点来看，调制的结果就是把调制波的频谱搬移到了f0
图4-4 直接序列调制前后的信号频谱示意图
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4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端信号的混频过程就是信号的相关解扩过程，作为混频的 接收本地参考振荡信号不再是一频率单一的正弦波，而是一受 本地参考扩频码调制的已调信号。 两个周期相同、码相位同步的调相信号混频的结果，输出信号 中不再包含扩频码，即扩频信号被解扩了。而由信息信号确定 的相移仍保留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。在分 析和设计混频器时，需要注意信号的相位。 参加混频的两个信号分别是