第4章扩频信号的产生与调制技术

4.4.2 频率跳变信号的频谱结构
a(t ) A cos[ 2f k t k ]gTc (t kTc )
k 1
c
N
m
(t mNT )
c
c

gTc (t )自相关函数R gT ( ), 功率谱密度函数SgT ( f )
1 (t mNTc ) NTc m
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Ts
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
s(t ) Ad (t )c1 (t ) cos(2f 0t ) Ad (t )c2 (t ) sin( 2f 0t )
A ˆ ) cos( 2f ) I (t ) d (t Td )c1 (t Td )c1r (t T d IF 2 A ˆ ) sin( 2f ) d (t Td )c2 (t Td )c1r (t T d IF 2 A ˆ ) sin( 2f ) Q(t ) d (t Td )c1 (t Td )c2 r (t T d IF 2 A ˆ ) cos( 2f ) d (t Td )c2 (t Td )c2 r (t T d IF 2
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/s
50 10 b / s G p 10 lg dB 34.95dB 3 16 10 b / s
6
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：
10 lg( kTB)dB 128.78dB
若射频带宽提高到200MHz，则：
G p 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
4.3 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。
s(t ) Ac(t ) cos[2 ( f 0 d (t )F )t 0 ]
1 2 1 2 s (t ) A A cos[ 2 (2 f 0 2 2 2d (t )F )t 20 ]
2
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。
其中载波频率必须大于信号的最高频率
1 c(t ) 1
混频 参加混频的两个信号分别是：
A1d (t )c(t ) cos( 2f 0t 1 )
A2cr (t ) cos(2f r t 2 )
乘积后的差项：
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1 A1 A2 d (t )c(t )cr (t ) cos( 2f IF t ) 2 c(t )cr (t ) 1
4.1.3 频谱特性 时域信号的乘积，则频谱是两个信号频谱 的卷积。
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）
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。
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135.35MHz
4.5.4 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：
J Pe N
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。
A A z (t ) d o (t Td ) cos( 2f IF ) d e (t Td ) sin( 2f IF ) 2 2
3. 双通道QPSK直接序列扩频系统
s(t ) Ad1 (t )c1 (t ) cos(2f 0t ) Bd 2 (t )c2 (t ) sin( 2f 0t )
4.1.1 直接序列信号的产生
4.1.2 扩频吗的调制与混频
调制： 抑制载波双边带调制：f (t ) Am(t ) cos(2f 0t )
相位调制：
f (t ) A cos[ 2f 0t k p m(t )]
当m(t)是二进制序列时：
A cos( 2f 0t ) m(t )取0时 f (t ) A cos( 2f 0t ) m(t )取1时
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

m S gTc ( f ) ( f ) Tc ( f ) NTc m
A2 N 1 Sa ( f ) [ ( f f k ) ( f f k )] * S gT ( f ) c 4 k 1 NTc A2 4 NTc A2 4 NTc A2 4N A2 4N
1.直接式频率合成器
另一种直接式频率合成器：
频率总数：
N k K参考频率个数 M基本单元个数 F 最小频率间隔 f M 1 N0
M
例子：
f1 142.5MHz , f 2 147.5MHz , f 3 152.5MHz , f 4 157.5MHz k 4, F 5MHz .基本单元中 分频器的分频比率为N 0 4整个频率合成器由 6个基本单元构成。即M 6. 问：输出频率总数？最小频率间隔为？ Nk
M
4 4096
6 M 1 0
f F / N
5MHz / 4
6 1
0.00488MHz
4.88KHz
2.间接式频率合成器
3.直接数字合成频率合成器（DDS）
fs f0 k n 2
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
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=5000
4.5 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。
冗余传输： 用若干个频率传输一个比特信息。 c c x 当有冗余时的情况： c x Pe x p (1 p) xr 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
2. 平衡QPSK直接序列扩频系统
s(t ) Ado (t )c1 (t ) cos( 2f 0t ) Ade (t )c2 (t ) sin( 2f 0t )
A ˆ ) cos( 2f ) I (t ) d o (t Td )c1 (t Td )c1r (t T d IF 2 A ˆ ) sin( 2f ) d e (t Td )c2 (t Td )c1r (t T d IF 2 A ˆ ) sin( 2f ) Q(t ) d o (t Td )c1 (t Td )c2 r (t T d IF 2 A ˆ ) cos( 2f ) d e (t Td )c2 (t Td )c2 r (t T d IF 2
k N
[ ( f f
k 1 N
) ( f f k )] * ( f ) ) ( f f k )]
[ ( f f
k 1 N
k
a (t )的功率谱密度函数Sa ( f )的单边表达式为： A2 Sa ( f ) 2N
( f f
k 1
k
)
当信息信号d(t)对载波进行PSK调制时， 发射机输出信号为：
s PSK (t ) Ad (t ) cos[ 2f k t k ]gTc (t kTc )
k 1 N m
(t mNT )
c

A2 N SPSK ( f ) S d ( f ) * S a ( f ) Sd ( f f k ) 2 N k 1
对于直接扩频调制，调制信号为c(t), 取值是+1/-1时：
f (t ) Ac(t ) cos( 2f 0t )
其中载波频率必须大于信号的最高频率
1 c(t ) 1
对于直接扩频调制，调制信号为c(t), 取值是+1/-1时：
f (t ) Ac(t ) cos( 2f 0t )

m ( f ) NTc m

因为
m
g
N

Tc
(t kTc ) *
m
(t mNT ) 1
c

因此有 1 S gTc ( f ) NT k 1 c 上式改写成

m ( f ) ( f ) NTc m
N N
m ( f ) NTc m

m [ ( f f k ) ( f f k )]S gTc ( F f )dF ( f ) NTc k 1 m m [ ( f f k ) ( f f k )] S gT ( F f ) ( f )dF c NTc k 1 m