直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng).doc

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1、5.1直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理5.1.1組成與原理???前面已經(jīng)說過：所謂直接序列(DS)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號還原成原始的信息。圖5－1為直擴(kuò)系統(tǒng)的組成與原理框圖。?圖5－1在圖5－1(a)中，假定發(fā)送的是一個(gè)頻帶限于fin以內(nèi)的窄帶信息。將此信息在信息調(diào)制器中先對某一副載額fo進(jìn)行調(diào)制(例如進(jìn)行調(diào)幅或窄帶調(diào)頻)，得到一中心頻率為fo而帶寬為2fin的信號，即通常的窄帶信號。一般的窄帶通信系統(tǒng)直接將此信號在發(fā)射機(jī)中對射頻進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。但在擴(kuò)展頻譜通信

2、中還需要增加一個(gè)擴(kuò)展頻譜的處理過程。常用的一種擴(kuò)展頻譜的方法就是用一高碼率fc的隨機(jī)碼序列對窄帶信號進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制見圖5－1(b)中發(fā)端波形。二相相移鍵控相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。選擇fc＞＞fo＞fin。這樣得到了帶寬為2fc?的載波抑制的寬帶信號。這一擴(kuò)展了頻譜的信號再送到發(fā)射機(jī)中去對射頻fT進(jìn)行調(diào)制后由天線輻射出去。信號在射頻信道傳輸過程中必然受到各種外來信號的干擾。因此，在收端，進(jìn)入接收機(jī)的除有用信號外還存在干擾信號。假定干擾為功率較強(qiáng)的窄帶信號，寬帶有用信號與干擾信號同時(shí)經(jīng)變頻至中心頻率為中頻fI輸出。不言而喻，對這一中頻寬帶信號必

3、須進(jìn)行解擴(kuò)處理才能進(jìn)行信息解調(diào)。解擴(kuò)實(shí)際上就是擴(kuò)頻的反變換，通常也是用與發(fā)端相同的調(diào)制器，并用與發(fā)端完全相同的偽隨機(jī)碼序列對收到的寬帶信號再一次進(jìn)行二相相移鍵控。從圖5－1(b)中收端波形可以看出，再一次的相移鍵控正好把擴(kuò)頻信號恢復(fù)成相移鍵控前的原始信號。從頻譜上看則表現(xiàn)為寬帶信號被解擴(kuò)壓縮還原成窄帶信號。這一窄帶信號經(jīng)中頻窄帶濾波器后至信息解調(diào)器再恢復(fù)成原始信息。但是對于進(jìn)入接收機(jī)的變窄帶干擾信號，在收端調(diào)制器中同樣也受到偽隨機(jī)碼的雙相相移鍵控調(diào)制，它反而使窄帶干擾變成寬度干擾信號。由于干擾信號頻譜的擴(kuò)展，經(jīng)過中頻窄帶通濾波作用，只允許通帶內(nèi)的干擾通過

4、，使干擾功率大為減少。由此可見，接收機(jī)輸入端的信號與噪聲經(jīng)過解擴(kuò)處理，使信號功率集中起來通過濾波器，同時(shí)使干擾功率擴(kuò)散后被濾波器大量濾除，結(jié)果便大大提高了輸出端的信號噪聲功率比。這一過程說明了直擴(kuò)系統(tǒng)的基本原理和它是怎樣通過對信號進(jìn)行擴(kuò)頻與解擴(kuò)處理從而獲得提高輸出信噪比的好處的。它體現(xiàn)了直擴(kuò)系統(tǒng)的抗干擾能力。綜上所述，直擴(kuò)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：l???????頻譜的擴(kuò)展是直接由高碼率的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制而得到的。l???????擴(kuò)頻碼序列多采用偽隨機(jī)碼，也稱為偽噪聲(PN)碼序列。l???????擴(kuò)頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制。擴(kuò)頻和解擴(kuò)的調(diào)制解調(diào)

5、器多采用平衡調(diào)制器，制作簡單又能抑制載被。l???????模擬信息調(diào)制多采用頻率調(diào)制(FM)，而數(shù)字信息調(diào)制多采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)或增量調(diào)制(DM)。l???????接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對接收信號進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，或采用匹配濾波器來解擴(kuò)信號。l???????擴(kuò)頻和解擴(kuò)的偽隨機(jī)碼序列應(yīng)有嚴(yán)格的同步，碼的搜捕和跟蹤多采用匹配濾波器或利用偽隨機(jī)碼的優(yōu)良的相關(guān)特性在延遲鎖定環(huán)中實(shí)現(xiàn)。l???????一般需要用窄帶通濾波器來排除干擾，以實(shí)現(xiàn)其抗干擾能力的提高。5.1.2直擴(kuò)信號的波形與頻譜任何周期性的時(shí)間波形都可以看成是許多不同幅度、頻率和相位的正弦

6、波之和。這些不同的頻率成分，在頻譜上占有一定的頻帶寬度。單一頻率的正弦波，在頻譜上只有一條譜線，而周期性的矩形脈沖序列，則有許多譜線。任何周期性的時(shí)間波形，可以用富氏級數(shù)展開的數(shù)學(xué)方法求出它的頻譜分布圖?，F(xiàn)在以矩形脈沖序列為例來說明其間的關(guān)系。圖5－2(a)中為一周期性矩形脈沖序列f(t)的波形及其頻譜函數(shù)An(f)。?圖5－2(a),(b),(c)圖中E為脈沖的幅度，to為脈沖的寬度，To為脈沖的重復(fù)周期。設(shè)To＝5to，從圖中可以看出f(t)的An(f)分布為一系列離散譜線，由基頻fo及其高次諧波組成。隨著諧波頻率的升高、幅度逐漸衰減。對于棱角分明的

7、波形，在理論上包含有無限多的頻譜成分。不難證明，時(shí)間有限的波形，在頻譜無限的；相反，頻譜有限的信號，在時(shí)間上也是無限的。但一般來說，信號的能量主要集中在頻譜的主瓣內(nèi)，即頻率從0開始到頻譜經(jīng)過第一個(gè)0點(diǎn)的頻率為止的寬度內(nèi)，稱為信號的頻帶寬度，以Bf表示。從數(shù)學(xué)分析可知，信號譜線間隔決定于脈沖序列的重復(fù)周期，即fo＝1/To。而信號頻帶寬度取決于脈沖的寬度，即Bo＝1/to。在圖5－2(b)中，l???????如果脈沖重復(fù)周期增加一倍，基頻降低一半，譜線間隔也減少一半，譜線密度增加一倍，此時(shí)Bfo不變。l???????如果脈沖重復(fù)周期不變，而脈沖寬度減少一半

8、t1＝t0/2，則從圖5－2(c)可以看出，譜線間隔不變，但信號的頻帶寬度Bf1