4章 扩频信号的相关接收
移动通信基础课件-第4章 扩频通信技术
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图4-5 15位码序列T = 4Tc时的自相关系数
图4-6 15位码序列T = 0时的自相关系数
图4-7 n=4, P=15 m序列的自相关系数曲线
扩频通信系统有以下两个特点。
(1)传输信号的带宽远大于被传输的原始信 号的带宽。
(2)传输信号的带宽主要由扩频函数决定, 此扩频函数通常为伪随机编码信号。
2.扩频通信技术的发展简史
3.典型扩频通信系统框图
图4-1是一个典型的扩频通信系统框 图。
由发送端、接收端和无线信道3部分 组成。
图4-1 典型的扩频通信系统框图
(2)不同代的但没有直系关系的OVSF码也 相互正交,如C2,0和C4,2。
(3)不同代而有直系关系的OVSF码不互相 正交,如C2,1和C4,2。
(4)OVSF码的正交特性(同长度的OVSF 码序列)。
① OVSF码的自相关特性:自相关系数 为1。
② OVSF码的互相关特性:正交的。
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?如图所示QPSK相位星座图OPSK相位星座图QPSK信号的相位有90°突变和180°突变。
OQPSK信号的相位只有90°跳变,而没有180°的相位跳变。
4. QPSK和OQPSK的最大相位变化量分别为多少?各自有哪些优缺点?OPSK的最大相位变化量为1800, OPSK最大相位变化量为900。
第4章扩频信号的相关接收
数字中频接收机是基于采样的固有混叠特性来实 现的。 采样定理告诉我们, 当采样速率不小于信号最高 频率的两倍时, 采样后可真实地保留原模拟信号的信息。 数字中频接收是利用这样一个事实: 低通同相和正交部 分可以表示为带通信号的采样(样本), 接收机对带通信 号进行采样, 只要采样速率满足下面条件
fs
判为s1(t) 判为s2(t)
如果P(s1)=P(s2)=1/2, 则式(4 - 11)可化为
fs1 (r) fs2 (r) 判为s1(t) fs1 (r) fs2 (r) 判为s2(t)
(4 - 11) (4 - 12)
第4章 扩频信号的相关接收
式(4 - 12)称为最大似然判决准则, fs1 (r) 和 fs2 (r) 称 为似然概率密度函数。
第4章 扩频信号的相关接收
4.3.2 相关方式 根据在扩频接收机中的位置来分, 相关器有下述
三种相关方式。 1. 直接式相关 直接式相关又称高频相关, 它是指接收到的扩频信
号在接收机的高频电路里直接与本地参考信号进行相 关处理的相关器, 其相关原理如图4 - 8所示, 这里的本 地参考信号指的是与发端同步的伪码。
第4章 扩频信号的相关接收
需要说明的是, 在扩频接收机中要注意以下一些问题: (1) 射频系统阻抗匹配。 (2) 接收机的线性度问题。
第4章 扩频信号的相关接收
4.3 相关接收的相关器
4.3.1 相关与相关器 1. 相关原理与相关器模型 所谓相关器或相关检测, 就是用本地产生的相同的信
号与接收到的信号进行相关运算, 其中相关函数最大的就 最可能是所要的有用信号。 用一个简单的比喻就是“用 像片找人”。 如果想在一群人中去寻找某个不相识的人, 最简单有效的方法就是手里有一张某人的照片, 然后用照 片一个一个的对比, 这样下去自然能够找到此人。
扩频的基本原理及应用
扩频的基本原理及应用1. 扩频技术概述•扩频技术是一种利用较宽带传送较窄带信号的技术。
•扩频技术在通信领域有广泛的应用,包括无线局域网、蓝牙、GPS等。
•扩频技术能够提高通信系统的抗干扰性能和安全性。
2. 扩频的基本原理•扩频技术通过在传输过程中对原始数据进行一系列处理,使数据覆盖更宽的频带。
•扩频的基本原理包括扩频码序列的生成和信号的调制解调过程。
•扩频码是一种特殊的序列,通过将原始数据与扩频码进行异或运算,实现信号的扩频。
3. 扩频码序列的生成•扩频码序列是扩频技术的核心部分,用于将原始信号进行扩频。
•常见的扩频码序列有伪随机码、高斯码、码片序列等。
•扩频码序列的生成方法包括线性反馈移位寄存器、迭代求解法等。
4. 扩频信号的调制解调过程•扩频信号的调制过程将原始信号与扩频码进行乘积运算,实现信号的扩频。
•扩频信号的解调过程通过将接收到的信号与扩频码进行相关运算,恢复原始信号。
•扩频信号的调制解调过程中需要注意信号与噪声的抵消和相位同步等问题。
5. 扩频技术的应用•扩频技术在无线局域网中可以提高网络的传输速率和安全性。
•扩频技术在蓝牙通信中有广泛的应用,可以实现低功耗、短距离的无线通信。
•扩频技术在GPS定位系统中可以提高定位的准确性和抗干扰能力。
6. 扩频技术的优缺点•扩频技术的优点包括抗干扰能力强、安全性高、带宽利用率高等。
•扩频技术的缺点包括对系统要求高、复杂度较高、功耗较大等。
7. 扩频技术的发展趋势•随着无线通信技术的发展,扩频技术将进一步应用于更多的领域。
•扩频技术在物联网、5G等领域具有广阔的应用前景。
•扩频技术的发展将推动通信系统的进一步发展和创新。
以上是对扩频的基本原理及应用的介绍,扩频技术作为一种重要的通信技术,在现代通信系统中发挥着重要的作用。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地了解扩频技术的基本原理和应用场景。
移动通信扩频实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解移动通信扩频技术的原理和基本概念。
2. 掌握扩频通信系统的组成和信号处理过程。
3. 通过实验验证扩频通信的抗干扰性能和频谱利用率。
4. 分析扩频通信在移动通信中的应用优势。
二、实验原理扩频通信是一种通过将信号扩展到较宽的频带上的通信技术,其基本原理是将信息数据通过一个与数据无关的扩频码进行调制,使得原始信号在频谱上扩展,从而提高信号的隐蔽性和抗干扰能力。
扩频通信的主要特点如下:1. 扩频:通过扩频码将信号扩展到较宽的频带上,提高信号的隐蔽性。
2. 抗干扰:由于信号频谱较宽,抗干扰能力强,可抵抗多径干扰、噪声等影响。
3. 频谱利用率:扩频通信采用码分复用(CDMA)技术,可充分利用频谱资源。
4. 分集:通过扩频码的不同,可实现信号的分集接收,提高通信质量。
三、实验设备1. 移动通信实验平台2. 信号发生器3. 信号分析仪4. 通信控制器5. 通信终端四、实验内容1. 扩频信号的产生(1)设置信号发生器,产生原始信号。
(2)选择合适的扩频码,进行扩频调制。
(3)观察扩频后的信号频谱,验证扩频效果。
2. 扩频信号的接收(1)设置通信控制器,模拟移动通信环境。
(2)将扩频信号发送到接收端。
(3)接收端对接收到的信号进行解扩频,恢复原始信号。
(4)观察解扩频后的信号,验证解扩频效果。
3. 抗干扰性能测试(1)在接收端加入噪声,观察信号变化。
(2)调整噪声强度,测试扩频信号的抗干扰性能。
4. 频谱利用率测试(1)设置多个扩频信号,进行码分复用。
(2)观察频谱,验证频谱利用率。
五、实验结果与分析1. 扩频信号的产生实验结果表明,通过扩频码调制,原始信号在频谱上得到了有效扩展,验证了扩频通信的基本原理。
2. 扩频信号的接收实验结果表明,接收端能够成功解扩频,恢复原始信号,验证了扩频通信的解扩频效果。
3. 抗干扰性能测试实验结果表明,扩频信号在加入噪声后,信号质量仍然较好,证明了扩频通信的抗干扰性能。
现代无线通信原理:第四章 多址技术(2018)
带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益,
GP =
B F
4.1.1 扩频通信理论基础
iHale Waihona Puke 例2 有一个扩展频谱通信系统,信号扩频后带宽为20MHz, 原始基带信号带宽为20KHz,则系统的扩频处理增益为GP?
Gp=10 lg[20 106(20 103)]=30 (dB)。
4.1.2 扩频通信方法
◼ 目前,最基本的展宽频谱的方法有三种
2
e
1.44
令x = S/(N0B),代入上式得
lim C
B→
=
S N0
lim
B→
N0B S
log2 (1+
S )
N0 B
=
S N0
log2
e
= 1.44
S 极限值
N0
◼上式表明,保持S/N0一定,即使增加信号带宽B→ ,信 道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B→ 时,噪声功率 N也趋于无穷大。
4.1.1 扩频通信理论基础
S )
N0 B
4.1.1 扩频通信理论基础
由香农定理可以得到如下结论:
1) 增大信号功率S可以增加信道容量,从而增加了信息传输
的极限速率Ri。若信号功率趋于无穷大,则信道容量也趋于无
穷大,即
lim
S→
C
=
lim
S→
B log2 (1+
S )
N0B
→
2) 减小噪声功率N(或减小噪声功率谱密度N0)可以增加信 道容量,若噪声功率趋于0(或噪声功率谱密度N0趋于0),则 信道容量趋于无穷大,即
4.1.3 跳频系统(4)
◼ 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器,使 其与发端的频率作相同的改变,即收发跳频必须同 步,这样,才能保证通信的建立。解决同步及定时 是实际跳频系统的一个关键问题。
第四章 扩频通信系统ppt课件
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念 4.2 直接序列扩频系统 4.3 跳频系统 4.4 混合式扩频系统
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念
4.1.1 扩频通信的定义 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, 并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。
第四章 扩频通信系统
信息 信息 调制
频率
射频
合成器
调制
变频
中频
信息 信息
带通
解调器
扩频 码发 生器
射频 发生器
频率 合成器
扩频 码发 生器
(a)
f1
f2
f3
…
(b )
图4-4 跳频系统示意图
fn- 1
fn
第四章 扩频通信系统
3. 跳变时间工作方式 图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。
第四章 扩频通信系统
(a ) A ( f0)
E 5
fB
0 0 2
2T0
t
f
T0
0
2
f
(b )
f (t) E
A ( f0) 2E 5
01
2
1=
1 2
T0
t
0 f1
(c )
fB
1
f
1
图4-9 直扩信号的波形与频谱
第四章 扩频通信系统
4.2.2 几种常用的伪随机码
扩频通信教学文档
第一章扩频通信的理论基础二、直接序列扩频(DS)原理同的PNN倍!数学模型为:1.2.1发送:换的数字信号:PCM,∆M等PN码振荡源(图)――符号周期宽度,符号速率,信息符号,门函数伪随机码序列:(注意这里一般用双极性波形),设是方波,也是门函数,伪码速率,伪码周期为,举例――――信息:0 1 1 001100101 10011010 10011010 01100101扩频码:扩展序列:∵方波波形相乘等效于二进制码的“模二加”―>射频调制:BPSK(也可以采用MSK , QPSK 等) 频谱/功率谱扩展情况功率谱推导:设功率谱关系 :,则有:(和相互独立,):周期长的PN 序列,其自相关函数为(为时延差)归一化:功率谱函数:BPSK 调制的自相关函数:从而可得:1.2.2 接收有用信号 信道噪声 干扰信号 用户干扰本地伪码序列,与发送PN 序列同步,有同步时差其中有用信号:只要满足伪码同步(PN 码相同,时间起点对齐),则有再经过相干解调:在满足载波同步和相位同步条件下:有:------- 基带滤波 此过程波形图见课本图2-6对于噪声与干扰输出大大消减解扩与基带滤波这是由于:窄带干扰:解扩中---->宽带扩频信号,能量扩散------> 输出强度 (基带滤波)噪声:为宽带噪声――――> 变为窄带噪声下降倍 (基带滤波,解扩未带来新噪声)用户干扰:―――――>解扩输出,强度至少下降N 倍(多用户间伪码不相关:互相关)频谱示意图:1.2.3 处理增益与干扰容限A. 衡量系统抗干扰能力―――处理增益(或扩频增益)定义:接收相关处理的输出与输入信噪功率之比。
(主要是解扩与基带滤波)由于:,假定:解扩已取得伪码同步,相关处理前后信号功率不变,有对于窄带干扰,再设 输入干扰功率带宽为, 解扩前后干扰总功率不变,只是谱密度下降为(被“扩频”了) 从而有:而 (基带滤波输出的结果),有:●对:解扩无作用,不能改变噪声功率谱密度(),基带滤波后:●对用户干扰,多径干扰等的分析,根据扩频序列的互相关和自相关性能的不同,会得到不同的,但一般有从以上分析可知:提高的技术途径:―― 受码发生器电路码速率限制―― 目前一般,PCM 话音编码,码速率为,若采用语音压缩技术(线性预测编码,矢量量化编码等)可达,从而使大大提高 通过采用多进制数字调制方法降低符号速率,如QPSK ,16QAM 等例: 增大3dB 增大8dB 相对而言:降低花费代价较增大要小B. 干扰容限:――允许输入的最大干信比值 ( 对应为:最低要求的信噪比)保证系统正常工作(即满足输出信噪比要求,BER 极低),接收机输入端许可的干扰信号比有用信号高出的分贝数,即系统对的要求。
直接序列扩频通信系统PPT课件
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
G p1l0g 1 5 6 01 13 60 0 b b//ssd B3.9 4d 5B
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:
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
s ( t ) A ( t ) c 1 ( d t ) c2 o f 0 t ) s A ( t ( ) c 2 d ( t ) s2 if 0 t n )
Tˆd
)
sin(2f
IF
)
Q(t)
A 2
do
(t
Td
)c1(t
Td
)c2r
(t
Tˆd
)sin(2fIF
)
A 2
de
(t
Td
)c2 (t
Td
)c2r
(t
Tˆd
)
cos(2fIF
)
z ( t) A 2 d o ( t T d ) c2 o fI F s) (A 2 d e ( t T d ) s2 ifI n F) (
3. 双通道QPSK直接序列扩频系统
t ) B s2 ( t ( ) c 2 d ( t ) s2 if 0 t n )
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。
扩频通信技术
扩频通信技术长期以来,扩频通信主要用于军事保密通信和电子对抗系统,随着世界范围政治格局的变化和冷战的结束,该项技术才逐步转向"商业化"。
数年前扩频通信在我国通信领域仍鲜为人知,有关资料介绍也比较少,一九九三年开始, 吉隆公司即致力于向我国引进扩频产品, 已经在电力、金融、公安、交通等行业收到了明显的社会、经济效益,引起国内通信界人士的广泛注意。
第一章扩展频谱通信简介第二章扩频通信的定义第三章扩频通信的理论基础第四章扩频增益和抗干扰容限第五章频谱的扩展的实现和直接序列扩频第六章扩频通信的主要特点我们知道,传输任何信息都需要一定的带宽,称为信息带宽。
例如语音信息的带宽大约为20Hz~20000Hz、普通电视图像信息带宽大约为6MHz。
为了充分利用频率资源,通常都是尽量压缩传输带宽。
如电话是基带传输,人们通常把带宽限制在3400Hz左右。
如使用调幅信号传输,因为调制过程中将产生上下两个边带,信号带宽需要达到信息带宽的两倍,而在实际传输中,人们采用压缩限幅技术,把广播语音的带宽限制在大约为2×4500Hz=9KHz左右;采用边带压缩技术,把普通电视信号包括语音信号一起限制在1.2×6.5MHz=8MHz左右。
即使在普通的调频通信上,人们最大也只把信号带宽放宽到信息带宽的十几倍左右,这些都是采用了窄带通信技术。
扩频通信属于宽带通信技术,通常的扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。
有人要问为什么要这么做?这样是不是太浪费频率资源了?这些问题可以用信息论和抗干扰理论来解释。
扩频通信,即扩展频谱通信技术(Spread Spectrum Communication),它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。
除此以外,扩频通信还具有如下特征:2.1 是一种数字传输方式;2.2 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的; 2.3 在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调,还原出被传信息。
第四章 扩频信号
4.3 扩频技术的应用
1.窄带干扰抑制 2.码间干扰抑制
码间干扰
Ym bmcm bm1cn
N 1 N 1
ym (Yn wn )cn N bm 0 wn cn 1 n 0 n 0 N 1 N
西安电子科技大学
c c
n0
N 1
n n
1 0
第四章 扩频信号
西安电子科技大学 张林让
引言
扩频(调制)是一种通信技术:被发射的调制 信号在发射到信道之前,其频带被扩大若干 倍(简称扩频);而在接收端,接收信号的频 带则被缩小相同倍数(谓之解扩或缩频) 如果通信信道不存在某种窄带(相对于扩频 带宽而言)干扰,并且扩频和解扩的带宽相 同,那么解扩之后,接收信号将完全等同于 扩频之前的被发射信号。
对宽带噪声基本无扩频作用,噪声宽带本 来> Wss
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)
假设通信台以比特率 Rb(比特/秒)和发射功 率S(W)发送信号 解扩后信噪比:
Eb Eb S Rb Ntot N0 N J N 0 J / Wss
干扰+噪声总能量
西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室
4.1 扩频与解扩
扩频序列{cn},必须有以下性质 1 N 1 cn 0 (1)均值近似为零,即: N n 0 (2)自相关函数为周期函数
(3)本身是周期函数:
1 N 1 1, k 0 cn cnk 0,0 | k | N N n 0
频带变宽——扩频)
扩频信号:
d (t ) p(t )
雷达信号处理国防科技重点实验室
西安电子科技大学
扩频通信技术 第4章
27
4.3.2 信息的 PSK调制
较常用的调制方案:信息-PSK/扩频码-PSK调制方式
图4-10 码变型原理方框图及波形
28
图4-10 码变型原理方框图及波形
注意 要保证由信息引起的伪随机码反转只能在伪随机码的0与 1跳变时刻才出现。这种信息调制方法,对于不知道系统所用 伪码序列c(t)特性的侦察者来说,即便侦察到是信息与伪随 机码模2相加后的合成信号,要从中解调出信息也是比较困难 29 的。
第4章
扩频信号的 产生与调制技术
1
4.1 直接序列扩频系统
直接序列扩频通信系统(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。
2
4.1.1 直接序列信号的产生
1、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。 2、调制方式 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;
3、解扩功能
信号频带压缩——扩频信号解扩过程。
11
4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
1、调制方式:PSK
2、扩频用的c( t ) 功率谱密度函数是由一系列的d (f)函数组 成d(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。 3、d(t)和c(t)在时域波形相乘d(t)c(t) (或序列模2相加)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。
第四章扩展频谱信号的解扩和解调
相干检测与相关接收
•扩频通信系统通常采用信号的相干性来检测淹没在 噪声中的有用信号。 •信号相干性:信号的某个特定标记(如振幅、频率、 相位等)在时间座标上有规定的时间关系。具有这 种性质的信号称为相干信号。 •相干检测:由于相干信号具有相干性,因此可以对 相干信号与噪声(或干扰)的混合波形进行某种时 域的运算,然后再根据某种法则进行判别,从而把 原来的相干信号与噪声(或干扰)加以分离。上述 处理称为相干检测。 •实现相干检测的常用方法是相关接收。
•由最佳判决规则可得
1 P( s1 ) exp{ n0 1 P( s1 ) exp{ n0
T 0
T
0
[r (t ) s1 (t )] dt}
2 2
> <
[r (t ) s1 (t )] dt}
1 P( s 2 ) exp{ n0 1 P( s 2 ) exp{ n0
超外差接收机
•超外差接收机需要付出一些成本以获得 充分的性能。 •镜象干扰抑制和信道选择所需要的外部 高Q带通滤波器增大了成本和尺寸。由于 在第一中频分级实现信道选择,所以本机 振荡器(LO)要求一个外部缓冲器以得到良 好的相位噪声性能。所有这些权衡使得在 单芯片上集成收发器变得很困难。 •结构复杂、调整困难、体积和功耗大以 及运用不灵活等是其固有的缺点。
r0
Q2 f s 2 (r )dr
r0
总的判错概率为
Pe P(s1 )Q1 P(s2 )Q2 式中 P(s1 )和P(s2 ) 分别为发送 s1 (t ) 和 s 2 (t ) 的先验概率。
相关接收机
r0的函数,求其极限 • P 是判决门限值 e
Pe P( s1 ) f s1 (r0 ) P( s 2 ) f s 2 (r0 ) 0 r0
扩频通信知识点总结
扩频通信知识点总结一、扩频通信概述扩频通信是一种通过在信号中加入噪声或码元序列,使得信号带宽大于信息带宽的通信方式。
与窄带通信相比,扩频通信在抗干扰、抗截获、抗多径等方面具有很大的优势。
扩频通信主要应用于军事通信、卫星通信、无线宽带接入等领域。
二、扩频通信的原理1. 扩频技术扩频技术通过在传输信号中引入宽带扩频信号,使得信号的带宽远大于原始信号带宽。
扩频技术的好处是可以增强信号的抗干扰性能。
常见的扩频技术包括直接序列扩频、频率跳变扩频和混合扩频等。
2. 扩频信号的产生扩频信号的产生可以采用伪随机序列(PN序列)或正交码。
PN序列是一种特殊的二进制序列,具有良好的自相关性和互相关性,可以用来实现扩频。
正交码是一组互相正交的码元序列,也可以用来实现扩频。
3. 扩频信号的调制扩频信号的调制方式有较多种,常见的有BPSK、QPSK、DSSS、FHSS等。
其中,直接序列扩频(DSSS)和频率跳变扩频(FHSS)是应用最广泛的两种方式。
三、扩频通信的技术特点1. 高抗干扰性能扩频通信能够对抗窄带干扰、宽带干扰等多种干扰形式,具有很高的抗干扰性能。
2. 低信噪比下的通信扩频通信允许在低信噪比环境下进行通信,这对于一些特殊环境下的通信,比如地下、水下通信具有重要意义。
3. 码分多址扩频通信可以实现码分多址通信,多个用户可以共享同一频段进行通信,提高信道的利用率。
4. 低发射功率扩频通信可以通过改变扩频系数的大小来控制发射功率,实现低发射功率通信。
5. 导频和载波同步扩频通信需要高精度的导频和载波同步技术,这是扩频通信技术的难点之一。
四、扩频通信的应用1. 军事通信扩频通信在军事通信领域得到了广泛的应用,其抗干扰、抗截获等优势使得其成为军事通信的主流技术。
2. 卫星通信卫星通信需要具有很强的抗多径干扰能力,扩频通信正好满足了这一需求,因此在卫星通信中也得到了广泛的应用。
3. 无线宽带接入无线宽带接入需要具有较高的抗干扰、抗多径等能力,扩频通信可以满足这一需求,因此在无线宽带接入中得到了广泛的应用。
第4章_多址技术
根据是否使用基带信号复用,可分为多路单 载波(MCPC)和单路单载波(SCPC)方式。
17
18
4.2.1 MCPC和SCPC
多路单载波-频分多址(MCPC-FDMA)方式 每个地球站分配一个专用载波,首先把所有
39
帧同步包括两方面的内容 其一是指在地球站开始发射数据时,如何使
其进入指定的时隙,而不会对其他分帧构成 干扰,这就是分帧的初始捕获。 其二是指如何使进入指定时隙的分帧信号处 于稳定的工作状态,即使该分帧与其他分帧 维持正确的时间关系,不致出现相互重叠的 现象,这就是子帧同步技术。
40
要发射的基带信号复用在一起,然后调制、 上变频,将频率变换到指定频率 ,最后再以 FDMA方式发射和接收。因此,经卫星转发 的每个载波所传送的是多路信号。 一般采用预分配方式。
19
单路单载波-频分多址 (SCPC-FDMA)方式
在一路载波上只传送一路话音或数据。
特点:
可采用“话音激活”技术
4.3.3 数字话音内插
统计结果表明,在话音通信系统中,每条通 信线路上实际传送的话音信号只占总线路时 间的40%左右。利用话路的空闲时间传输其 他路的话音信号就可以提高信道利用率。
数字话音内插(DSI)就是利用话音通信的这个
特点,将路数较多的话音信号压缩到路数较
少的信道上进行传输的技术。在TDMA系统
• 时分复用(TDM):利用时间的正交性,即以时间作为 信号分割的参量,使各路信号在时间轴上互不重叠,它利 用不同时隙来传送各路不同信号。在TDM系统中,每个 信号占据着不同的时间区间,但每个信号均占有相同的频 域,各路信号在频域中混叠在一起,在时域中可分辨。
扩频通信章分解课件
扩频通信案例的分析与讨论
案例一
某型雷达扩频通信系统的设计与实现
案例三
基于扩频技术的数据加密通信系统
案例二
某型无线通信网络中扩频通信技术的应用
案例四
基于扩频技术的无线遥控系统
扩频通信实验的结果与讨论
数据处理与分析
对实验采集的数据进行处 理与分析,验证扩频通信 系统的性能。
结果展示
以图表、曲线等形式展示 实验结果,并进行对比分 析。
防护措施来保护数据的安全。
扩频通信技术面临的挑战
多径干扰
在复杂的通信环境中,多径干扰是一个常见的问题,它会影响扩 频通信的可靠性和稳定性。
频率资源
随着通信技术的发展,频率资源变得越来越紧张,如何有效地利用 频率资源是扩频通信技术面临的一个重要问题。
实现复杂度
扩频通信技术的实现复杂度较高,需要大量的计算和存储资源,这 会增加硬件成本和能耗。
误码率低
由于扩频通信的信号带宽较宽 ,因此其信噪比相对较高,误
码率较低。
扩频通信的应用场景
无线通信
扩频通信在无线通信中得到了广 泛应用,如无线局域网(WLAN )、无线广域网(WWAN)、卫
星通信等。
抗干扰通信
由于扩频通信具有高抗干扰性,因 此它被广泛应用于军事和安全通信 中,以确保通信的安全性和可靠性 。
05
扩频通信的发展趋势与挑战
扩频通信技术的发展趋势
高速率
扩频通信技术正在向更高的数据 传输速率方向发展,以满足日益
增长的数据需求。
低功耗
随着物联网、嵌入式系统等应用 的增多,对扩频通信技术的功耗
要求越来越低。
安全性
随着通信技术的发展,对扩频通 信技术的安全性要求也越来越高 ,需要采取更先进的加密算法和
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完成相乘再积分运算的部件是最佳接收 机的关键部件。由于它们可看成r(t)与s1(t) 或s2(t)的互相关函数,故称之为相关器, 得到的接收机称为相关接收机
❖最佳接收机结构
❖ 4.1.2 匹配滤波器实现
❖ 上述最佳接收机的判决准则是最小差错概 率, 但最终归结为两个检测统计量
T
G1
r
0
(t
RF
RF
H( )
o
2
H( )
数 字滤 波 器
4
o
❖ 数字中频接收机原理图
❖ 数字中频接收机是基于采样的固有混叠特性来 实现的
❖ 采样定理指出,采样速率不小于信号最高频率 的两倍时, 采样后可真实地保留原模拟信号的 信息
❖ 数字中频接收是利用这样一个事实: 低通同相
和正交部分可以表示为带通信号的采样(样本),
相乘器
低通
量化
RF输 入
带通
I(t)
极坐标
Q(t)
变换
0°
相乘器
低通
量化
本振 90 °
❖ 零中频接收检测原理
锁相
数 据 输出 解调
正交混频器提供两路具有同样带宽的正交信号,它们包含输入 RF信号的所有信息, 但并不表示已解调的信号。
不存在镜像干扰
◆ 软件无线电
❖ 用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路” 的无线通信。传统的硬件无线电通信设备只是作为 无线通信的基本平台,而许多功能则是由软件来实现.
❖ 相关器的数学运算是相关,即信号与其自身的 复制信号求相关
❖ “匹配滤波器”和“相关器”经常是通用的。 两个的数学运算不同,那么为什么可以通用呢?
❖ 两个信号的卷积运算需要将其中一个信号做时 间翻转,同时,匹配滤波器的冲激响应是根据 一个信号的时间翻转来定义的
❖ 匹配滤波器中,与一个时间翻转信号的 卷积实际上就是将该信号做两次时间翻 转。这就使得滤波器的输出(在一个码 元持续时间末端的采样)相当于一个信 号与其自身的相关
)
s1
(t
)]2
d
t
❖ 判为s1(t); 若不等式符号相反, 则判为s2(t)。 对上式进一步简化, 并考虑
E
T 0
s12 (t)dt
T 0
s22
(t)dt
可得
T
T
U1
0
r(t)s1(t)dt U2
r(t
0
)s2
(t
)dt
判为s1(t); 若不等式符号相反, 则判为s2(t)。 式中
❖ 相干运算是用一个与源信号S(t)有密切相干关系的 本地参考信号Sr(t)与接收信号r(t)相乘后积分,再 通过低通滤波检测出信号
❖ 4.1.1 相关接收机
❖设发送端发送的信号为s1(t)和s2(t) 如“0”和“1”信号, 持续时间为(0, T), 且具有相等的能量, 即
E
T 0
s12 (t)
与噪声平均功率之比为
1
0
s0 (t) 2 N0
2
2
H
(
)
Si
(
)e
jjt
d
n0 H ( ) 2 d
4
❖ 若为匹配滤波器(滤波器性能与信号的特性取得 某种一致,使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪 声平均功率的比值最大 ),则
H ( ) kSi( )e jt0
接收机对带通信号进行采样, 只要采样速率满
足下面条件,此带通信号就可在fIF上采样和重
建
fs
4 fIF 2k 1
fs为采样频率,k为镜像数。
❖ 4.2.2 直接变换接收机
❖ 所谓直接变换接收机, 就是外差接收的 本振(正交注入混频器)频率fL与变频前信 号载频fc相同, 从而使变频后的中频频率 为零
U1
n0 2
ln
P(s1)
U 2
n0 2
ln
P(s2 )
若P(s1)=P(s2)=1/2, 则U1=U2, 于是可表示 为
T
T
r(t 0
)s1
(t
)
d
t
r
0
(t
)
s2
(t
)
d
t
时,判为s1(t),否则判为s2(t)
❖ 上述推导过程得到两个统计量
T
T
G1 0 r(t)s1(t) d t,G2 0 r(t)s2 (t) d t
于是 代入,可得
Si ()
1 k
H ()e jt0
Si ()
1 k
H
* ()e
jt0
1
0 4 2
H () 2 d
Si ()
2 d
2E
n0 H ( ) 2 d
n0
4
❖ 由此可知, 在白噪声情况下, 按上式设计的线性滤波器 将能在给定时刻t0上获得最大输出信噪比2E/n0。 由于 其传输特性与信号的复共轭一致, 故称之为匹配滤波 器。 根据傅氏变换, 可得匹配滤波器的冲击响应为
如果P(s1)=P(s2)=1/2, 则可简化为
fs1 (r) fs2 (r) 判为s1(t) fs1 (r) fs2 (r) 判为s2(t)
❖ 称为最大似然判决准则, fs1 (r) 和 fs2 (r) 称 为似然概率密度函数。
于是可得
P(s1)
exp
1 n0
T 0
r(t)
Heterodyne)式。 所谓超外差接收机, 就是通 过变频(一次或多次)将射频已调信号变频到易 处理的中频上, 最终对中频已调信号进行处 理——放大、 滤波与解调。
中频
❖ 一、按频率的高低来划分时。中频(MF)是指, 频 段由300KHz 到 3000KHz的频率,多数作AM电台
❖ 二、按其在电路中的位置与作用来划分时:中频信 号是指高频信号经过变频而获得的一种信号。为了 使放大器的稳定的工作和减小干扰。一般的接收机 都要将高频信号变为中频信号
❖
r<r0 判为s1(t)
❖ 由此可见, 当发射s1(t)而判为s2(t)的错误概 率Q1和发射s2(t)而判为s1(t)的错误概率Q2分 别为
Q1 r0 fs1 (r) d r
Q2
r0
fs2(r) d r
❖ 总的判错概率为
Pe=P(s1)Q1+P(s2)Q2
式中P(s1)和P(s2)分别为发送s1(t)和s2(t)的先验概率。 由上式可知, Pe是判决门限值r0的函数, 求其偏导(偏导为 0时Pe 有最小值)
传输到接收机 )送入低噪声放
o
f
大器, 再经低通滤波后由功分
功率 D
器分别馈向正交混频器
(c)
I1, I2
o
f
❖ 直接变换接收机原理图
❖ 4.2.3 零中频接收机
❖ 零中频接收机与直接变换接收机的结构 非常相似, 主要差别在于有锁相模块来消 除本振偏差,所以比较适合突发高速通 信。零中频接收是由数字无线电向软件 无线电转变的过渡方案。
❖ 用于数字中频接收机的DSP技术主要有 直接数字式合成器(DDS)、 数字下变换 (DDC)、 高速数字滤波(DF) 技术等
双 工器
H( ) (a)
o H( ) (b)
o H( ) (c)
o
(d)
(e)
BP F a
BP F
b BP F c
L O1
L O2
A/D d
数字 e 解调
RF
IF滤 波 器 特 性
si (t)
h(t)
1
2
H
(
)Si
(
)e
jt
d
❖ n0(t)的平均功率N0为
N0
1
2
H () 2 n0 d n0
2
4
2
H () d
(随机过程通过线性系统的响应可知,输出功率谱是输入功 率谱和|H(ω)2|的乘积)
令t0为某一指定时刻, 则滤波器输出的瞬时信号功率
❖ 相关器和匹配滤波器的输出只在t=T时刻 是相等的。若输入信号是正弦信号,相 关器的输出z(t)在0≤t≤T上近似是一条斜 线,而匹配滤波器的输出则可近似为振 幅受斜线调制的正弦信号(二者之比见 下页图)
相关器与匹配滤波器的比较
4.2 扩频相关接收机的结构
❖ 4.2.1 超外差接收机与数字中频接收机 ❖ 传统的接收机结构一般都用超外差(Super
Pe r0
P(s1) fs1 (r0 ) P(s2 ) fs2 (r0 ) 0
故最佳门限值应满足
fs1 P(s2 ) fs2 P(s1)
❖ 最佳判决为
fs1 (r) P(s2 ) fs2 (r) P(s1) fs1 (r) P(s2 ) fs2 (r) P(s1)
判为s1(t) 判为s2(t)
❖
h(t)=ksi(t0-t)
❖ 1. 即h(t)为信号si(t)的镜像信号si(-t)在时间上平移t0。 与其卷积相当于把h(t)反折一次再与si(t)进行相乘后积 分,即相当于进行了相关运算。故,相关器与匹配滤
波是等效的。
❖ 2.匹配滤波器的频谱特性与信号的频谱特性相一致, 互为共轭
❖ 3.匹配滤波器并非对所有信号都可实现,且信号持 续时间必须为有限值
4.1 相关接收的最佳接收机
扩频系统接收信号微弱,0.01~0.1皮瓦(10-15~10-13瓦) 大气噪声为10-13左右,噪声淹没信号。接收机输入信 噪比为(0 ~ -30dB)