扩频通信的基本过程1
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信号功率谱：信号在相应频率上功率大小的分布函数。 它与信号的频谱概念并不相同。 求解方法：信号功率谱为相应信号自相关函数的傅立 叶变换。 特点：一般信号的自相关函数具有对称性，其功率谱 具有共轭偶对称性。
13
三、直接序列扩频信号的频谱
2、常见信号的功率谱
1
伪随机序列功率谱 m序列的归一化自相关函数：
可消除的参变量：为二个 可消除的参变量消除的次数：2次 解扩电路与载波解调之间的相互秩序关系
10
二、扩频通信的基本过程
5、接收过程
PN码发生器：完全相同的产生规律。它决定对接收 信号的识别。 PN码同步电路：完全相同的相位，才能对接收信号 进行有效的识别。 解扩：实现对接收信号中随机码参量的消除。
Institute of Communications Engineering
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§9.1
扩频通信的基本原理
内容和要求
内容目的
扩频通信的基本概念 直序序列扩频通信的基本原理 直接序列扩频信号的功率谱分析 直接序列扩频通信的主要性能参数
在零频点上其幅度是邻近冲击的1/p。
主瓣宽度与码序列的最小码间隔有关，为2/Tc。主 瓣内的离散谱线数为2P-2个。
随机序列的周期越长，随机码功率谱密度越小，主 瓣宽度也越宽，但整个功率谱的面积是一定的。
15
三、直接序列扩频信号的频谱
2
随机码流信号的功率谱 随机码流信号d(t)是基带信号，假设d(t)为单位幅 度的双极性非归零形波，当d(t)为平稳随机过程时， 如果信息的比特宽度为Tb，则其功率谱密度函数为：
b
23
五、基本概念
干扰容限Mj
S 扩频解调输出信噪比为： ＝G p M j N OUT
当干扰不断加大，则输出信噪比下降。当输出信噪比 达到接收机门限 S/N th时，接收机将不能正常工作， 此时的干信比Mj称之为该系统的抗干扰容限。 S M j G p Lsys N th 式中：Mj为干扰容限 Gp为系统的处理增益 Lsys为系统的执行损耗
17
三、直接序列扩频信号的频谱
基带扩频信号经载波调制之后即得中频扩频信号：
s(t ) gc (t ) cos(ct )
经过载波调制后扩频信号的的功率谱密度函数为：
1 S ( f ) S g c ( f fc ) S g c ( f fc ) 4
18
三、直接序列扩频信号的频谱
7
二、扩频通信的基本过程
3、对发送过程讨论
1
系统资源在扩频通信中的使用方式与状态 从系统资源：带宽与功率两方面考虑，系统可以 分成哪两类系统？ 对于功率受限系统，通常采用什么技术来改善这 一状态？ 对于频带受限系统，通常采用什么技术来改善这 一状态？ 对于功率受限系统通常采用哪些调制方式？ 直接序列扩频调制是功率受限系统还是频带受限 系统？
D( f ) 2Tb sin c 2 (fTb )
16
三、直接序列扩频信号的频谱
3、两相乘信号傅立叶的求解
两相乘信号的傅立叶为该两信号分别傅立叶之函 数的卷积。
4、直接序列扩频信号的频谱
g c (t ) d (t ) c(t )
Rg c ( ) Rd ( ) Rc ( )
S g c ( f ) D( f ) C ( f ) 1 p 1 i 2 i 2 D( f ) 2 sin c ( ) D( f ) p p i p pTc i 0
27
Institute of Communications Engineering
谢 谢！
22
五、基本概念
切片与切片速率
切片：对每一个信息位进行扩频调制的伪随机码的码 元叫码片（chips），也叫切片。 切片速率Rc ：码片的传输速率叫做码片速率，单位 为“码片/秒（chips/s）”。
干信比：在接收机输入端，干扰与信号能量的
比值。
扩频处理增益Gp
一般：解扩系统输出与输入信噪比之比称为接收机的 BRF “处理增益”。 G p B
24
五、基本概念
地址码（扩频码）：控制频谱扩展规律的序
列码称为扩频码，有时也称为地址码。
讨论
如何提高系统的抗干扰容限。
25
总结
本节课主要讲解了以下内容
扩频通信的基本概念
直序序列扩频通信的基本原理 直接序列扩频信号的功率谱分析 直接序列扩频通信的主要性能参数
26
作业与思考题
9.1 如果在DS-SS系统中载波调制采用BPSK方式，载波的周期与扩频 序列的码元宽度相同，载波的初始相位为0。请根据图9.1(b)给出的 信息数据和扩频序列，（1）画出先扩频、再调制的BPSK信号波形 示意图；（2）画出直接载波调制的BPSK信号波形示意图；（3） 画出先BPSK调制、再扩频调制的扩频信号波形示意图。 9.2 DS-SS系统相关解扩器输入的干扰-信号功率比为20dB，处理增益 为33dB，插入损耗为0.8dB，请问相关解扩器滤波器输出端的信噪 比是多少？ 9.4 一个DS-SS系统在干扰是信号250倍的条件下工作。若解扩器输出 的信噪比为10dB，系统内部的噪声损失为3.5dB，请问系统的处理 增益最小应为多少？干扰容限是多少？
sin c( x) sin x x
14
三、直接序列扩频信号的频谱
m序列的功率谱特点 具有间隔为 1 pTc 离散谱线组成，因而其是有一串δ 函数的冲串组成； 离散谱线具有规律性：以 sin c 2 ( iห้องสมุดไป่ตู้ ) 规律进行衰减， p 是一包络函数； 包络零点出现在f＝±k/Tc(k=1,2,3,…)的频率上;
5
二、扩频通信的基本过程
1、信号流程
2、发送过程
PN码发生器； 频谱展宽； 调制；
6
二、扩频通信的基本过程
PN码发生器：速率为Rc（相应带宽为B2）的随机序 列产生单元。这一随机序列是信号频谱扩展的依据；
频谱展宽 特点：频谱按一定的规律进行了展宽。 提问：这个频谱展宽是由什么因素决定的？
调制 特点：完成了对信号频谱的搬移。 提问：为什么要对信号进行调制？
解调：消除对接收信号中载波相位这一参变量。
11
二、扩频通信的基本过程
6、主要信号波形
+1 (a)信息数据 -1 (b)PN 序列 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1
(c)扩频调制
(d)本地PN 序列
(e)输出数据
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三、直接序列扩频信号的频谱
1、信号功率谱的求解方法
要求
熟悉扩频通信的基本概念，掌握直序序列扩频通信的 基本原理，学会对直接序列扩频信号的功率谱分析的 基本方法及重要结论，对直接序列扩频通信的主要性 能参数的物理含义能正确解释。
3
一、基本概念
1、扩频定义
所谓扩展频谱通信，是将待传输信息的频谱用按某个 特定规律的展宽成为宽频带信号，送入信道中传输； 在接收端，按相应的规律将信息从收到的宽频带信号 中恢复出来。 强调表达中的“规律”与“变换”特点
2、扩频通信的基本理论
Shannon信道容量公式描述 S C B log 2 (1 ) N
4
一、基本概念
3、扩频通信的常用类型
直接序列（DS）扩频； 跳频（FH）扩频； 跳时（TH）扩频； 以及它们的相互结合（FH/DS，TH/DS，TH/FH）
4、直接序列扩频定义
直接序列扩展频谱(DS-SS：Direct Sequence Spread Spectrum)通信系统，简称直扩系统，是用扩频序列直 接对待传输的信息作频谱扩展构成的通信系统。
5、直接序列扩频信号功率谱的特点
sin c2 (i / p) 规律下降; 整个扩频功率谱按 整个扩频信号的功率谱由进行一系列的搬移与幅度衰 减之后组成，每个搬移的子谱包含了完整的数据信息。 当搬移间隔较大时，在扩频信号主瓣内只有少量子谱 信号，因而每个子谱的电平也就相对较大。只有当不 断减少搬移间隔（增大随机序列的周期数），才能降 低信号的谱密度。 当搬移间隔小于数据码流的主瓣宽度时，则产生重叠， 扩频之后的功率谱趋向平坦，局部频谱类似热噪声。
8
二、扩频通信的基本过程
2
在直接序列扩频中常用的调制方式 PSK方式、FSK、ASK？ 扩频与调制的秩序关系：扩频器的输出信号为
s(t ) d (t )c(t )cos( wct ) d (t )c(t ) cos( wct ) d (t )cos( wct ) c(t )
在图9-1（a）中，先进行信息调制，再进行扩频调制， 也可以先进行扩频调制，再进行信息调制。 实际中？ 思考：对信号频谱的展宽除了可以采用模二加之外， 还可以通过什么方式？（下面将进一步讲解）
9
二、扩频通信的基本过程
4、接收端信号的检测
由于接收信号是：
s(t ) d (t )c(t )cos( wct ) n(t )
1 1 T p , c Rc ( ) 1 , p
Tc Tc
特点：自相关函数为一周期三角函数与一直流分 量之和。因而m序列的功率谱密度为： p 1 i 1 2 i C ( f ) ( 2 ) sin c ( ) ( f ) 2 ( f ) p p pTc p
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三、直接序列扩频信号的频谱
讨论：
扩频调制器的作用是什么？还可以采用什么的方式来 描述扩频信号的产生过程？ 如何保证直接序列扩频信号具有低功率谱特性？ 对于相同的通信环境，采用扩频调制方式与一般PSK 调制信号相比，其是否可以采用较小的发送功率？为 什么？
20
四、直接序列扩频信号的频谱变换过程 直接序列扩频信号的频谱变换过程
21
四、直接序列扩频信号的频谱变换过程
信号的能量在频谱变换过程中的变化特点：在任意一频 谱变化点，信号能量不发生变化 信号的能量谱密度在频谱变换过程中的变化特点：在发 端扩频过程中，信号功率谱密度减小。减小的倍数由扩 频比决定。在接收端解扩过程中，信号的功率谱密度增 加，增加的倍数由扩频比决定 高斯白噪声信道噪声能量在频谱变换过程中的变化特点： 在接收解扩器中，噪声的能量减小，减少的倍数由扩频 比决定 高斯白噪声信道噪声谱密度在频谱变换过程中的变化特 点：在接收机的解扩器中，噪声的谱密度没有发生变化
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三、直接序列扩频信号的频谱
2、常见信号的功率谱
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伪随机序列功率谱 m序列的归一化自相关函数：
可消除的参变量：为二个 可消除的参变量消除的次数：2次 解扩电路与载波解调之间的相互秩序关系
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二、扩频通信的基本过程
5、接收过程
PN码发生器：完全相同的产生规律。它决定对接收 信号的识别。 PN码同步电路：完全相同的相位，才能对接收信号 进行有效的识别。 解扩：实现对接收信号中随机码参量的消除。
Institute of Communications Engineering
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§9.1
扩频通信的基本原理
内容和要求
内容目的
扩频通信的基本概念 直序序列扩频通信的基本原理 直接序列扩频信号的功率谱分析 直接序列扩频通信的主要性能参数
在零频点上其幅度是邻近冲击的1/p。
主瓣宽度与码序列的最小码间隔有关，为2/Tc。主 瓣内的离散谱线数为2P-2个。
随机序列的周期越长，随机码功率谱密度越小，主 瓣宽度也越宽，但整个功率谱的面积是一定的。
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三、直接序列扩频信号的频谱
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随机码流信号的功率谱 随机码流信号d(t)是基带信号，假设d(t)为单位幅 度的双极性非归零形波，当d(t)为平稳随机过程时， 如果信息的比特宽度为Tb，则其功率谱密度函数为：
b
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五、基本概念
干扰容限Mj
S 扩频解调输出信噪比为： ＝G p M j N OUT
当干扰不断加大，则输出信噪比下降。当输出信噪比 达到接收机门限 S/N th时，接收机将不能正常工作， 此时的干信比Mj称之为该系统的抗干扰容限。 S M j G p Lsys N th 式中：Mj为干扰容限 Gp为系统的处理增益 Lsys为系统的执行损耗
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三、直接序列扩频信号的频谱
基带扩频信号经载波调制之后即得中频扩频信号：
s(t ) gc (t ) cos(ct )
经过载波调制后扩频信号的的功率谱密度函数为：
1 S ( f ) S g c ( f fc ) S g c ( f fc ) 4
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三、直接序列扩频信号的频谱
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二、扩频通信的基本过程
3、对发送过程讨论
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系统资源在扩频通信中的使用方式与状态 从系统资源：带宽与功率两方面考虑，系统可以 分成哪两类系统？ 对于功率受限系统，通常采用什么技术来改善这 一状态？ 对于频带受限系统，通常采用什么技术来改善这 一状态？ 对于功率受限系统通常采用哪些调制方式？ 直接序列扩频调制是功率受限系统还是频带受限 系统？
D( f ) 2Tb sin c 2 (fTb )
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三、直接序列扩频信号的频谱
3、两相乘信号傅立叶的求解
两相乘信号的傅立叶为该两信号分别傅立叶之函 数的卷积。
4、直接序列扩频信号的频谱
g c (t ) d (t ) c(t )
Rg c ( ) Rd ( ) Rc ( )
S g c ( f ) D( f ) C ( f ) 1 p 1 i 2 i 2 D( f ) 2 sin c ( ) D( f ) p p i p pTc i 0
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谢 谢！
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五、基本概念
切片与切片速率
切片：对每一个信息位进行扩频调制的伪随机码的码 元叫码片（chips），也叫切片。 切片速率Rc ：码片的传输速率叫做码片速率，单位 为“码片/秒（chips/s）”。
干信比：在接收机输入端，干扰与信号能量的
比值。
扩频处理增益Gp
一般：解扩系统输出与输入信噪比之比称为接收机的 BRF “处理增益”。 G p B
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五、基本概念
地址码（扩频码）：控制频谱扩展规律的序
列码称为扩频码，有时也称为地址码。
讨论
如何提高系统的抗干扰容限。
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总结
本节课主要讲解了以下内容
扩频通信的基本概念
直序序列扩频通信的基本原理 直接序列扩频信号的功率谱分析 直接序列扩频通信的主要性能参数
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作业与思考题
9.1 如果在DS-SS系统中载波调制采用BPSK方式，载波的周期与扩频 序列的码元宽度相同，载波的初始相位为0。请根据图9.1(b)给出的 信息数据和扩频序列，（1）画出先扩频、再调制的BPSK信号波形 示意图；（2）画出直接载波调制的BPSK信号波形示意图；（3） 画出先BPSK调制、再扩频调制的扩频信号波形示意图。 9.2 DS-SS系统相关解扩器输入的干扰-信号功率比为20dB，处理增益 为33dB，插入损耗为0.8dB，请问相关解扩器滤波器输出端的信噪 比是多少？ 9.4 一个DS-SS系统在干扰是信号250倍的条件下工作。若解扩器输出 的信噪比为10dB，系统内部的噪声损失为3.5dB，请问系统的处理 增益最小应为多少？干扰容限是多少？
sin c( x) sin x x
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三、直接序列扩频信号的频谱
m序列的功率谱特点 具有间隔为 1 pTc 离散谱线组成，因而其是有一串δ 函数的冲串组成； 离散谱线具有规律性：以 sin c 2 ( iห้องสมุดไป่ตู้ ) 规律进行衰减， p 是一包络函数； 包络零点出现在f＝±k/Tc(k=1,2,3,…)的频率上;
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二、扩频通信的基本过程
1、信号流程
2、发送过程
PN码发生器； 频谱展宽； 调制；
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二、扩频通信的基本过程
PN码发生器：速率为Rc（相应带宽为B2）的随机序 列产生单元。这一随机序列是信号频谱扩展的依据；
频谱展宽 特点：频谱按一定的规律进行了展宽。 提问：这个频谱展宽是由什么因素决定的？
调制 特点：完成了对信号频谱的搬移。 提问：为什么要对信号进行调制？
解调：消除对接收信号中载波相位这一参变量。
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二、扩频通信的基本过程
6、主要信号波形
+1 (a)信息数据 -1 (b)PN 序列 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1
(c)扩频调制
(d)本地PN 序列
(e)输出数据
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三、直接序列扩频信号的频谱
1、信号功率谱的求解方法
要求
熟悉扩频通信的基本概念，掌握直序序列扩频通信的 基本原理，学会对直接序列扩频信号的功率谱分析的 基本方法及重要结论，对直接序列扩频通信的主要性 能参数的物理含义能正确解释。
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一、基本概念
1、扩频定义
所谓扩展频谱通信，是将待传输信息的频谱用按某个 特定规律的展宽成为宽频带信号，送入信道中传输； 在接收端，按相应的规律将信息从收到的宽频带信号 中恢复出来。 强调表达中的“规律”与“变换”特点
2、扩频通信的基本理论
Shannon信道容量公式描述 S C B log 2 (1 ) N
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一、基本概念
3、扩频通信的常用类型
直接序列（DS）扩频； 跳频（FH）扩频； 跳时（TH）扩频； 以及它们的相互结合（FH/DS，TH/DS，TH/FH）
4、直接序列扩频定义
直接序列扩展频谱(DS-SS：Direct Sequence Spread Spectrum)通信系统，简称直扩系统，是用扩频序列直 接对待传输的信息作频谱扩展构成的通信系统。
5、直接序列扩频信号功率谱的特点
sin c2 (i / p) 规律下降; 整个扩频功率谱按 整个扩频信号的功率谱由进行一系列的搬移与幅度衰 减之后组成，每个搬移的子谱包含了完整的数据信息。 当搬移间隔较大时，在扩频信号主瓣内只有少量子谱 信号，因而每个子谱的电平也就相对较大。只有当不 断减少搬移间隔（增大随机序列的周期数），才能降 低信号的谱密度。 当搬移间隔小于数据码流的主瓣宽度时，则产生重叠， 扩频之后的功率谱趋向平坦，局部频谱类似热噪声。
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二、扩频通信的基本过程
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在直接序列扩频中常用的调制方式 PSK方式、FSK、ASK？ 扩频与调制的秩序关系：扩频器的输出信号为
s(t ) d (t )c(t )cos( wct ) d (t )c(t ) cos( wct ) d (t )cos( wct ) c(t )
在图9-1（a）中，先进行信息调制，再进行扩频调制， 也可以先进行扩频调制，再进行信息调制。 实际中？ 思考：对信号频谱的展宽除了可以采用模二加之外， 还可以通过什么方式？（下面将进一步讲解）
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二、扩频通信的基本过程
4、接收端信号的检测
由于接收信号是：
s(t ) d (t )c(t )cos( wct ) n(t )
1 1 T p , c Rc ( ) 1 , p
Tc Tc
特点：自相关函数为一周期三角函数与一直流分 量之和。因而m序列的功率谱密度为： p 1 i 1 2 i C ( f ) ( 2 ) sin c ( ) ( f ) 2 ( f ) p p pTc p
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三、直接序列扩频信号的频谱
讨论：
扩频调制器的作用是什么？还可以采用什么的方式来 描述扩频信号的产生过程？ 如何保证直接序列扩频信号具有低功率谱特性？ 对于相同的通信环境，采用扩频调制方式与一般PSK 调制信号相比，其是否可以采用较小的发送功率？为 什么？
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四、直接序列扩频信号的频谱变换过程 直接序列扩频信号的频谱变换过程
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四、直接序列扩频信号的频谱变换过程
信号的能量在频谱变换过程中的变化特点：在任意一频 谱变化点，信号能量不发生变化 信号的能量谱密度在频谱变换过程中的变化特点：在发 端扩频过程中，信号功率谱密度减小。减小的倍数由扩 频比决定。在接收端解扩过程中，信号的功率谱密度增 加，增加的倍数由扩频比决定 高斯白噪声信道噪声能量在频谱变换过程中的变化特点： 在接收解扩器中，噪声的能量减小，减少的倍数由扩频 比决定 高斯白噪声信道噪声谱密度在频谱变换过程中的变化特 点：在接收机的解扩器中，噪声的谱密度没有发生变化