4.5擴頻調(diào)制技術(shù)

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1、§4-5擴頻調(diào)制技術(shù)在移動通信中，帶寬是一個非常有限的資源。因此，前面所講的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)的設(shè)計思想就是最小化傳輸帶寬。相反，擴頻技術(shù)使用的帶寬比要求的信號帶寬大很多，盡管這種方法對單個用戶來說，帶寬效率很低，但是擴頻技術(shù)可以讓很多個用戶在同一頻帶中通信。擴展頻譜（擴頻）：用來傳輸信息的信道帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式。使用該擴頻技術(shù)的系統(tǒng)叫擴頻通信系統(tǒng)。一、擴頻通信的理論依據(jù)根據(jù)仙農(nóng)(C.E.Shannon)在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即仙農(nóng)公式：C=W×Log2(1+S/N)式中：C--信息的傳輸速率S-

2、-有用信號功率W--頻帶寬度N--噪聲功率由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現(xiàn)，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當(dāng)信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來換取信噪比上的好處，這就是擴頻通信的基本思想和理論依據(jù)。二、擴頻通信的實現(xiàn)——直接序列擴頻（DS-SS）根據(jù)擴展頻譜的方式不同，擴頻通信系統(tǒng)有以下幾類：直接

3、序列擴頻(DirectSequenceSpreadSpectrum)、跳變頻率擴頻(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)、跳變時間擴頻(TimeHoppingSpreadSpectrum)和混合擴頻。n直擴特點：n設(shè)計簡單，通常隱蔽性好，抗多徑能力強，可精確測量信號到達(dá)時間，信號易于產(chǎn)生，易于加密，帶寬為1~100MHz，信號包絡(luò)為常數(shù)n處理增益受偽碼速率限制，同步要求嚴(yán)格，遠(yuǎn)近特性不好，捕獲時間較長，且隨碼長的增加而增加，調(diào)制多為PSK。n跳頻特點：n易獲取高處理增益，抗連續(xù)波干擾好，遠(yuǎn)近特性好，

4、快跳可避免轉(zhuǎn)發(fā)或干擾，易于捕獲；n調(diào)制靈活性大，通信帶寬寬；n抗脈沖和全頻帶干擾無防護(hù)能力，快跳設(shè)備復(fù)雜。n跳時特點：n抗脈沖干擾性能好，與TDMA自然銜接，遠(yuǎn)近特性良好；n對連續(xù)波干擾無防護(hù)能力，需高峰值功率，需準(zhǔn)確的時間同步，設(shè)備復(fù)雜，信號包絡(luò)不是常數(shù)。以下僅介紹直擴的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。直接序列擴頻：通過擴頻序列直接與基帶脈沖數(shù)據(jù)相乘來擴展基帶數(shù)據(jù)。即在一個二進(jìn)制碼位的時段內(nèi)用一組新的多位長的碼型予以置換，新碼型的碼速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的碼速率，由傅立葉分析可知新碼型的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出原碼的帶寬，從而將信號的帶寬進(jìn)行了擴展。偽隨機序列的

5、一個脈沖或符號稱為一個“碼片”。采用二進(jìn)制相移調(diào)制的DS系統(tǒng)調(diào)制器原理圖如下圖：圖4-24二進(jìn)制相移調(diào)制的DS系統(tǒng)調(diào)制器原理圖i)設(shè)基帶數(shù)據(jù)序列m(t)為：m(t)=，式中，an為信息碼，取值為±1；Ta為信息碼時間間隔。ii)偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機序列為：=式中，cn為偽隨機序列碼元，取值為±1；Tc為偽隨機序列碼元時間間隔。通常，偽隨機序列碼元時間間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)序列碼元時間間隔，即Tc﹥﹥Ta。iii)擴展后的序列d(t)為：d(t)=m(t)=，式中：若an=cn，則dn=+1，若ancn，則dn=-1；iv)經(jīng)

6、過2PSK調(diào)制后，輸出擴頻信號為s(t)=d(t)cosωct=m(t)cosωct，式中,ωc為載波角頻率。直接序列擴頻系統(tǒng)解調(diào)器原理如下圖：圖4–25直接序列擴頻系統(tǒng)解調(diào)器原理圖中，輸入DS-SS信號首先進(jìn)行2PSK解調(diào)，然后與偽隨機序列相乘進(jìn)行解擴。為了正確恢復(fù)信號，在接收端產(chǎn)生的偽隨機序列必須與即將接收的擴頻信號中的偽隨機序列同步。設(shè)解調(diào)器輸入為：r(t)=s(t)+n(t)=m(t)cPN(t)cosωct+n(t)；2PSK解調(diào)輸出為x(t)=；經(jīng)解擴后輸出為:mo(t)=Pcm(t)+no(t)。式中,第一項即

7、是所需要的發(fā)送數(shù)據(jù)。三、系統(tǒng)性能指標(biāo)★抗干擾性能提升圖示如下：圖4–26直接序列擴頻系統(tǒng)對帶內(nèi)窄帶干擾的抑制原理(a)直擴系統(tǒng)原理框圖;(b)解擴展后相關(guān)器輸出可見，解擴后信號帶寬減小，功率譜增大，而干擾的功率譜擴展后帶寬展寬，功率譜降低。解調(diào)器的濾波器將大部分信號頻帶外的干擾濾除，從而提高直接序列擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力。其抗干擾性能和擴頻信號帶寬與信息帶寬之比成正比。1）擴頻增益擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力可以用擴頻增益(處理增益)來衡量，擴頻增益越大，抗帶內(nèi)干擾的能力越強。它是DS系統(tǒng)重要的參數(shù)。==其中，為發(fā)射擴頻信號的帶寬；為

8、信息的帶寬；Rc為偽隨機序列碼速；Ra為數(shù)據(jù)序列碼速。由上式可見：擴頻增益為擴頻的偽隨機序列信號與信息數(shù)據(jù)帶寬之比，或為偽隨機序列碼速Rc與數(shù)據(jù)序列碼速Ra之比。例如，在CDMA系統(tǒng)中，傳輸?shù)男畔⒋a速率為19.2kb/s，擴頻碼速率為1228.8kb/s，則系統(tǒng)的處理增益為GP=【例4.1