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1、扩频通信系统的分类扩频通信系统的核心问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式,可以分为下列几种。1直接序列扩展频谱系统直接序列扩展频谱系统（Dect Sequee Spread SpectrumCommunca ystems，D-S)，一般简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传播的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后,去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传播信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-。在直接序列扩频通信系统中，一般对载波进行相移键控（PhaseShift eyi
2、ng,PS)调制。为了节省发射功率和提高发射机的工作效率,扩频通信系统常采用平衡调制器。克制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。在发信机端,待传播的数据信号与伪随机码（扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加),形成的复合码对载波进行调制,然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一种和发信机中的伪随机码同步的本地参照伪随机码，对接受信号进行有关解决,这一有关解决过程一般常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调,恢复出传送的信息。 时钟源 乘法器 调制器 发射机 载波 发生器 伪码 发生器 混频器 本地 振荡器 时钟源伪码 发生器 调制器 解调器 中频 滤波器数据数据(a)(b)图1-5
3、直接序列扩频通信系统简化图(a）发射系统;() 接受系统跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统(Freuecy Hppig Spead Spctr ounication Sem,FH-S）的简称，或更简朴地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选用的频率数一般是几千到个离散频率,在如此多的离散频率中,每次输出哪一种是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1。 调制器 混频器 解调器 中频 滤波器数据数据 频率
4、 合成器 伪码 发生器 时钟源(a)(b) 混频器 发射机 时钟源伪码 发生器 指令 译码器发中频振荡器 指令 译码器 频率 合成器图1-6频率跳变扩频通信系统简化方框图(a) 发射系统；(b） 接受系统频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最大的差别在于发射机的载波发生器和接受机中的本地振荡器。在常规通信系统中这两者输出信号的频率是固定不变的,然而在跳频通信系统中这两者输出信号的频率是跳变的。在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接受机中的本地振荡器重要由伪随机码发生器和频率合成器两部分构成。迅速响应的频率合成器是跳频通信系统的核心部件。跳频通信系统发信机的发射频率,在一种预定的频率集内由
5、伪随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一种跳到另一种。收信机中的频率合成器也按照相似的顺序跳变，产生一种和接受信号频率只差一种中屡屡率的参照本振信号，经混频后得到一种频率固定的中频信号,这一过程称为对跳频信号的解跳。解跳后的中频信号经放大后送到解调器解调,恢复出传播的信息。在跳频通信系统中,控制频率跳变的指令码(伪随机码)的速率,没有直接序列扩频通信系统中的伪随机码速率高，一般为几十/s几kb/s。由于跳频系统中输出频率的变化速率就是扩频伪随机码的速率，因此扩频伪随机码的速率也称为跳频速率。根据跳频速率的不同,可以将跳频系统分为频率慢跳变系统和频率快跳变系统两种。假设数据调制采用二进制频移键
6、控调制，Tb是一种信息码元比特宽度,每秒数据调制器输出两个频率中的一种。每隔秒系统输出信号的射屡屡率跳变到一种新的频率上。若,这样的频率跳变系统称为频率慢跳变系统。现举例阐明频率慢跳变系统的工作过程，参见图1-7。0111000100010111Bb01Tc时间TbBbBRF频率001110f1f2f3f4f5f6f7f8图1-频率慢跳变系统频率跳变示意图TbTc时间BbBRF频率1101001Bbf1f2f3f4f5f6f7f8f9f10f11f12f13f14f15f16图1-频率快跳变系统频率跳变示意图图17中，,。数据调制器根据二进制数据信号选择两个频率中的一种，即每隔秒数据调制器从两
7、个频率中选择一种。频率合成器有个频率，,，,可供跳变,每传送3个比特后跳变到一种新的频率。该频率跳变信号在收信机中同本地参照振荡信号进行下变频，参照本振频率的集合为，,，下变频后的中频信号集中在频率为、宽度为的频带中。在频率慢跳变系统中,频率的跳变速度比数据调制器输出符号的变化速度慢。若在每个数据符号中,射频输出信号的频率跳变多次，这样的频率跳变系统就叫做频率快跳变系统。图1-给出了频率快跳变系统输出射频信号的频率。在图18中,频率合成器有16个频率，,，,，, ,，,。3 跳时扩频通信系统时间跳变也是一种扩展频谱技术,跳时扩频通信系统(m Hopping Spread Sperum Comm
8、unicati ystes,TSS）是时间跳变扩展频谱通信系统的简称,重要用于时分多址（M）通信中。与跳频系统相似,跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。我们先把时间轴提成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中一般称为时片,若干时片构成一跳时时间帧。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。因此,可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。由于采用了窄得诸多的时隙去发送信号,相对说来,信号的频谱也就展宽了。图l9是跳时系统的原理方框图。 载波f0 调制器 高频开关 伪码 发生器高频开关 存储器伪码发生器存储器 解调器数据数据(a)(b)图1-时间跳变扩频通信系统简化方框图(
9、a) 发射系统;（b)接受系统在发送端，输入的数据先存储起来,由扩频码发生器产生的扩频码序列去控制通-断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接受端,当接受机的伪码发生器与发端同步时，所需信号就能每次准时通过开关进入解调器。解调后的数据也通过一缓冲存储器，以便恢复本来的传播速率，不间断地传播数据，提供应顾客均匀的数据流。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能对的地恢复原始数据。跳时扩频系统也可以当作是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分派一定位置的时隙,而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时隙。跳时系统可以用时间的合理分派来避开附近发射机的强干扰,是一种抱负的多址技
10、术。但当同一信道中有许多跳时信号工作时，某一时隙内也许有几种信号互相重叠，因此,跳时系统也和跳频系统同样，必须采用纠错编码，或采用协调方式构成时分多址。由于简朴的跳时扩频系统抗干扰性不强,很少单独使用。跳时扩频系统一般都与其她方式的扩频系统结合使用，构成多种混合方式。从克制干扰的角度来看,跳时系统得益甚少,其长处在于减少了工作时间的占空比。一种干扰发射机为获得干扰效果就必须持续地发射，由于干扰机不易侦破跳时系统所使用的伪码参数。跳时系统的重要缺陷是对定期规定太严。4 线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统(Cp）是指系统的载频在一给定的脉冲时间间隔内线性地扫过一种宽带范畴，形成一带宽较宽的扫频信号，
11、或者说载频在一给定的时间间隔内线性增大或减小，使得发射信号的频谱占据一种宽的范畴。在语音频段,线性调频听起来类似于鸟的“啾啾”叫声,因此线性脉冲调频也称为鸟声调制。线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制技术,由于线性脉冲调频信号占用的频带宽度远远不小于信息带宽，从而也可获得较好的抗干扰性能。线性脉冲调频,是作为雷达测距的一种工作方式使用的，其基本原理如图1-10所示。线性脉冲调频信号的产生，可由一种锯齿波信号调制压控振荡器(VCO)来实现,如图110(a）所示。发射波是一种频偏为的宽带调频波，一般是线性调频。线性调频信号的特点是,发射脉冲信号的瞬时频率在信息脉冲持续周期内随时间作
12、线性变化，在脉冲起始和终结时刻的频差 (-1）式中：脉冲起始时刻的频率，Hz；脉冲终结时刻的频率，Hz；瞬时频率变化范畴，Hz；线性调制后的带宽,Hz。tTb匹配滤波器压控振荡器(a)(b)tf2f1tf2f1图110 线性脉冲调频原理图 （a) 发射端;(b）接受端在脉冲持续时间b内,信号的瞬时频率为 () (11)线性脉冲调频波的时域体现式为() (1-14)线性脉冲调频信号的接受解调可用匹配滤波器来实现,参见图1-10(b）。它是由色散延迟线构成的。这种延迟线对信号的高频成分延迟时间长，对低频成分延迟时间短,于是频率由高到低的载频信号通过匹配滤波器后，各频率成分几乎同步输出。这些信号成分
13、叠加在一起，形成了脉冲时间的压缩，使输出信号幅度增长,能量集中,将有用信号检出。而与滤波器不匹配的信号在时间上没有压缩，甚至反被扩展。这就完毕了和直接序列扩频及跳频扩频系统类似的过程,从而获得输出信噪比改善的好处。色散延迟线或调频脉冲匹配滤波器压缩扫频信号,一般是线性压缩。压缩比为D=DTb 。线性脉冲调频扩频技术和通信的关系不大,本书不作讨论。5 混合扩展频谱通信系统以上几种基本的扩展频谱通信系统各有优缺陷，单独使用其中一种系统时有时难以满足规定,将以上几种扩频措施结合起来就构成了混合扩频通信系统。常用的有频率跳变直接序列混合系统（FH/S)，直接序列-时间跳变混合系统（DS/TH),频率跳变时间跳变混合系统(H/T)等。它们比单一的直接序列、跳频、跳时体制有更优良的性能。（1) 频率跳变直接序列混合系统频率跳变-直接序列混合系统可看作是一种载波频率作周期性跳变的直接序列扩频系统,其系统构成方框图见图-11。乘法器数据混频器(b)解调器中频滤波器数据(a)调制器混频器发射机射频滤波器时钟源直扩码发生器本地振荡器混频器调制器频率合成器时钟源跳频码发生器直扩码发生器发中频振荡器频率合成器跳频码发生器指令译码器指令译码器图1-11频率跳变-直接序列混合扩频
