《扩频通信原理》PPT课件.ppt

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1、扩频通信主讲人：郑晓昆 讲师第一章第一章 扩频系统数学模型扩频系统数学模型及理论基础及理论基础n n1.1 扩频通信系统基本概念n n1.2 扩频通信系统数学模型n n1.3 扩频系统抗干扰性能分析n n1.4 处理增益与干扰容限1.1扩频通信系统基本概念一.扩展频谱通信系统 1，时频变换 2，扩频通信 将待传输信息的频谱通过在编码使之扩大许多倍，送入信道中传输，在接收端解码将信息还原。 由于在信道中实际传输的信号比原始信号频谱扩展了许多倍，因此称之为扩频通信。 1.1扩频通信系统基本概念1.1扩频通信系统基本概念3，CDMA 现代高端通信系统均采用伪随机码（Pseudo Noise Code

2、)Pseudo Noise Code)使频谱扩展，同时采用PN码调制又起到了多址作用，因此理论上的扩频系统工程上称为CDMA码分多址（Code division multiple access)Code division multiple access)1.1扩频通信系统基本概念 4，两条准则 （1）；（2）； 由此，AM,FM,ASK,PSK,FSK,OOK等均不属于扩频通信系统。二，扩频系统原理1，结构 P2 图 1-1 (a) 发送系统 （b) 接收系统2，时域波形 图1-2 3，频域波形 图1-31.1扩频通信系统基本概念1.1扩频通信系统基本概念 4，数学原理 A, d(t) d(t

3、)c(t) d(t)c(t) c(t)=d(t) B, Shannon 定理 C=W*log2(1+S/N) 1.1扩频通信系统基本概念三，工作方式 1，直接序列扩展频谱系统（DS-SS) -Direct Sequence Spread Spectrum-Direct Sequence Spread Spectrum 2, 跳频扩频系统（FH-SS) -Frequency Hopping Spread Spectrum -Frequency Hopping Spread Spectrum 1.1扩频通信系统基本概念 3, 跳时扩频系统(TH-SS) -Time Hopping Spread S

4、pectrum -Time Hopping Spread Spectrum 4, 混合式 FH/DS, DS/TH, 等等1.2 扩频系统的数学模型n n 本节内容涉及到许多数学表达式， 较为枯燥，但它们是为后面分析系统特性及抗干扰性能服务的，特别是方便设计者理解各模块为什么这样设计。1.2 扩频系统的数学模型一，DS-SS-PSK数学模型1，射频： s(t)=m(t)coswct m(t)=d(t)c(t) PSK调制：m(t)高低电平2，经信道后进入接收机天线的信号为 r(t)=s1(t-1)+n(t)+si(t- i) 1.2 扩频系统的数学模型 3, 经射频滤波器，相关，基带滤波后：

5、u(t)=2du,a- 1-20式 结论：(u)=(u) 扩频伪码同步 wd (u)=wd(u) 载波频率锁定 (u) =(u) 载波相位同步 上述三者锁定后，经门限判决后，便可无误恢复出基带信号 an 1.2 扩频系统的数学模型 4, 对于各种干扰信号，如si(t- i), n(t)等 它们与本地伪码均不相关，相关处理后干扰信号能量被扩展到整个扩频带宽内，通过基带滤波器输出很小。 二，FH-SS模型 图1-51.3 扩频系统的抗干扰性能分析一，干扰信号. 1, 多址干扰: 同一扩频系统中其他台站的信号。 2, 人为敌方干扰: 窄带瞄准式和宽带阻塞式, 以及转发干扰。 3, 随机自然干扰：雷电

6、,飞行体,汽车的火花干扰等。 4, 多径衰落干扰。1.3 扩频系统的抗干扰性能分析二，处理增益Gp Gp=输出信噪比/输入信噪比=So/No/Si/Ni三, 扩频系统抗干扰能力分析1，广义平稳随机及单频正弦 Gp=Rc/Rb (DS-SS) Gp=N (FH-SS)1.3 扩频系统的抗干扰性能分析2，抗多径干扰分析（重点） 扩展频谱系统具有很强的抗多径干扰能力，对多径干扰不敏感。原因有三： P23 (1),(2),(3)1.4干扰容限与扩频系统主要特点一，处理增益 Gp=2Rc/Rb 对于2PSK而言 Gp=N 跳频 工程上目前国外DS-SS可达到70dB FH-SS限制在40-50dB以内

7、相当于1万10万个频点1.4干扰容限与扩频系统主要特点二，干扰容限1，表示可以在多少信噪比情况下可以正常 工作 Mj=Gp-Lsys-(S/N)out 其中Lsys为系统的损耗 (S/N)out为输出端要求的信噪比 P24例题2，干扰门限 实际设计时往往比干扰容限要再严格一些留出冗余量，例如1dB1.4干扰容限与扩频系统主要特点三，扩频通信技术的主要优点（1）抗干扰性能好；（2）保密性好，不易被侦破；（3) 易于实现多址；（4）降低了通量密度；（5）扩频系统本身为数字系统，易于实 现。第二章第二章各种扩频信号及其各种扩频信号及其调制技术调制技术n2.1 直序扩频系统直序扩频系统(DS-SS)

8、n2.2 DS-SS中重要参数讨论中重要参数讨论n2.3 FH-SS跳频系统跳频系统n2.4 跳频系统的特点跳频系统的特点n2.5 跳时系统跳时系统(TH-SS)n2.6 各种混合扩频调制系统各种混合扩频调制系统2.1 直序扩频系统(DS-SS)一，直接序列扩频信号的产生 PCM-DSSS-2PSK PCM-CDMA-2PSK 图2-1 (a),(b)详细的Block2.1 直序扩频系统(DS-SS)二，伪随机信号的调制与混频 1，2PSK调制 f(t)=coswct 属于平衡调制信号 信号中无直流成份，无载波能量 2.1 直序扩频系统(DS-SS)2，混频（去载波） 混频差中频3，解扩（去伪

9、码) Cr(t)xCb(t) 当Cr(t)和Cb(t)完全同步时，混频结果为基带二进制信号，从接收电信号中恢复出基带信息信号。2.1 直序扩频系统(DS-SS)三，直序扩频信号的频谱特性 1，理论理想状态 图2-7 2，实际功率谱（示波器，频谱仪） 图2-8 抑制载波频谱 图2-9 载波不平衡频谱 图2-12 载波和伪码都不平衡输出功谱2.1 直序扩频系统(DS-SS) 3，不平衡对系统的影响 a, 使信号不隐蔽； b, 浪费了发射功率； c, 增加了接收系统的内部干扰。 因此，在硬件实现时尽量提高平衡性。2.2 (DS-SS)中重要参数的讨论一，射频带宽 主瓣带宽=2Rc 3dB带宽=1.2

10、Rc 功率分布图2-14 图2-15 带宽受限时，伪码相关峰变得不尖锐，使得同步工作受影响较大。 二，处理增益Gp Gp=Rc/Rb 若伪码速率增加一倍，则处理增益增加3dB。若采用信源数据压缩技术，如语音压缩，图像压缩技术，则可使增益大大提高。 国内器件水平可选用550Mb/s为宜； 国外伪码速率可达到51000Mb/s;2.2 (DS-SS)中重要参数的讨论2.2 (DS-SS)中重要参数的讨论 压缩: 压缩包括压缩解压算法，压缩解压集成芯片。 广泛应用的有语音，图像，数据等压缩技术。 2.3 (FH-SS)跳频系统一，跳频系统的物理概念和信号特点。 1，跳频 (Frequency Hop

11、ping): “多频，选码，频移键控” 用信息码与伪随机码序列模二加的组合（或单独伪码）构成指令与发送载频一一对应。 传统2FSK只有发送两个频率，“0”对应f1频率， “1”对应f2频率。 而FH则有几百几千甚至上万个载频待选，好像发射载频跳来跳去。 例如：伪码序列数字组合0000指令表示用f0载频发射，0001指令表示用f1载频发射， ,1111指令表示用f15载频发射。2.3 (FH-SS)跳频系统2.3 (FH-SS)跳频系统 2，跳频图谱：组合指令称为跳频指令或跳 频图谱，用来指挥发送频率与接受去载波。 3，在接收端用同样的图谱把信息搬移到中频拼接。 4，图2-16原理图Block,

12、Timing 图2-17时频矩阵图。 5，各频率间隔1/T或2/T（正交）2.3 (FH-SS)跳频系统 6，数学模型 图2-18 7，躲避式信号，对付转发干扰极为有效； 8，跳频器是核心器件 要求频点多，速度 快； 对伪码发生器的同步要求不是很高。 2.3 (FH-SS)跳频系统二，跳频速率和调频数的确定 1，跳频速率可用DS来控制； 可以等于信息速率或高于信息速率。 2，最小频率转移速率由以下参量所决定： a,待传信息的类型及速率； b,冗余度的大小； c,最近潜在干扰器的距离。2.3 (FH-SS)跳频系统 3，假设信息速率给定，采用2FSK信号传输。下面讨论跳频速率或chip速率的选择

13、和所需跳频数的确定等问题。 （1000个频点） （1）当接收到的干扰功率大于或等于有用信号时，产生误码，误码率10-3； Pe=J/N （2）增加冗余度可减小误码率 “5中择3”，“3中择2”等方案2.3 (FH-SS)跳频系统 （3）采用增加冗余度时， 若“3中择2”，Pe=3p2q+p3 3p2q p为原误码率，q=1-p 两错一对 若“5中择3”方案， Pe=10p3q2+5p4q+p5 10p3q2 3错2对2.3 (FH-SS)跳频系统（4 4）以三中择二为例）以三中择二为例 p=10p=10-3-3; ; PePe=3p=3p2 2q=3x10q=3x10-6;-6; 提高了三个量

14、级，大大改善了抗干扰性能；提高了三个量级，大大改善了抗干扰性能；但跳频速率增加了三倍。但跳频速率增加了三倍。 （5 5）实际上依靠增加）实际上依靠增加 冗余度冗余度 的方案还要考的方案还要考虑诸多折衷，在提高抗干扰性能与发送较多频虑诸多折衷，在提高抗干扰性能与发送较多频率数，增加跳频速率，射频带宽等方面。率数，增加跳频速率，射频带宽等方面。 2.3 (FH-SS)跳频系统 （6）P42实例：信码率1kb/s 信道允许射频带宽10MHz，干扰与信号功率比100:1，误码率要求小于10-3。 A, 频谱不重叠，N=10M/2k=5000 Pe=p=J/N=100/5000=2x10-2 B,若“3

15、中择2”，则N=10M/6k=1666 p=J/N=6x10-2 Pe=3p2q=1.2x10-22.3 (FH-SS)跳频系统 C, C, 若若5 5中择中择3 3，为满足，为满足1010-3-3误码率误码率 由图由图2-192-19，J/N=0.047 J/N=0.047 ，N=2130N=2130个个 BrfBrf=2130x2kx5=21.30MHz =2130x2kx5=21.30MHz 若采用图若采用图2-202-20重叠（非正交）方案，重叠（非正交）方案， Brf Brf可达到可达到1010MHzMHz要求。要求。 4 4， 图图2-222-22转发干扰示意图转发干扰示意图 考虑

16、转发干扰时的跳频速率问题考虑转发干扰时的跳频速率问题 2.4 跳频系统的特点 一，跳频系统的特点一，跳频系统的特点 （1 1）核心）核心-跳频器跳频器 码产生器和频率合成器组成码产生器和频率合成器组成 （2 2）关键）关键-同步同步 收发两端必须有相同的跳频图谱收发两端必须有相同的跳频图谱 （3 3）信息调制方式灵活，无论模拟，还是数字，）信息调制方式灵活，无论模拟，还是数字， 均可调制。均可调制。 2.4 跳频系统的特点 二，跳频的优点及待解决的问题 （1）以“躲避方式”提高抗干扰性“； （2）在强近电台干扰下具有通信能力； （3）具有多址和高的频带利用率； （4）易于和其他调制系统的扩频系

17、统组合； （5）易于与现有的常规通信体制兼容；2.4 跳频系统的特点 （6）起到了频率分集的作用； （7）待解决的问题有： 研究出体积小，重量轻的高跳频合 成器和表面波匹配滤波器。2.5 跳时系统(TH-SS)一，一，TH-SSTH-SS与与TDMATDMA 1, 1, 利用伪码序列启闭发射机，将一个信码的持续利用伪码序列启闭发射机，将一个信码的持续时间分成若干时隙；时间分成若干时隙； 2, 2, TH-SSTH-SS常与其他方式合用；常与其他方式合用； 3, 3, 跳时可减少时分复用系统之间的干扰；跳时可减少时分复用系统之间的干扰；二，二，TH-SSTH-SS系统增益不大（近似系统增益不大（

18、近似2 2） 减小了占空比减小了占空比 2.6 各种混合扩频调制系统一，一，FH/DSFH/DS混合扩频系统混合扩频系统 1, 1, 先先DSDS扩频再扩频再FHFH跳频；跳频； 2, 2, 频带宽度更大频带宽度更大, ,扩频增益扩频增益GpGp=N*=N*RcRc/ /RbRb 3, 3, 图图2-25 2-25 扩展频谱图扩展频谱图 图图2-26 2-26 发射机方框图发射机方框图 二，二，TH/FHTH/FH混合扩频系统混合扩频系统 1, 1, 既解决了远近问题，又有一定增益；既解决了远近问题，又有一定增益； 2, 2, 图图2-28 2-28 远近问题通信示意图。远近问题通信示意图。2

19、.6 各种混合扩频调制系统 三，TH/DS混合扩频系统 1，TD-CDMA的调制体制； 2，实现简单，图2-29 TH/DS方框图 3，上述综合系统配合使用，充分利用各 系统特点，不足之处为增加了系统复 杂程度。 第三章第三章伪随机编码伪随机编码n3.1 伪随机编码基本定理伪随机编码基本定理 n3.2 伪码分类及构造原理伪码分类及构造原理n3.3 m序列序列n3.4 Gold序列序列3.1 伪随机编码基本定理 一, 工程上常用二元0,1序列表示伪码 1 每一周期0和1出现的次数近似相等； 2 每一周期内，长度为n比特游程出 现的次数比n+1比特游程次数多1倍； 3 序列具有双值自相关函数： 3

20、.1 伪随机编码基本定理 二，作为扩频函数的伪随机信号，应具有二，作为扩频函数的伪随机信号，应具有 下列特点：下列特点： 1 1 伪随机信号必须具有尖锐的自相关伪随机信号必须具有尖锐的自相关 函数，应接近于函数，应接近于0 0； 2 2 有足够长的码周期，以确保抗侦破，有足够长的码周期，以确保抗侦破， 抗干扰的要求；抗干扰的要求； 3 3 有足够多的独立地址数，以实现码分多址有足够多的独立地址数，以实现码分多址 要求；要求； 4 4 工程上易于产生，复制和控制。工程上易于产生，复制和控制。 3.2 伪随机码分类及构造原理一. .几个基本定义 1, 伪码：二元域0,1或-1,1 有一定周期的码序

21、列； 2, 相关函数：3.2 伪随机码分类及构造原理 3, 自相关函数,A是对应码元相同数目； D是对应码元不同数目。 4, 狭义伪随机码 3.2 伪随机码分类及构造原理 二，伪随机码差集法构造二，伪随机码差集法构造 1, 1, 差集通常用差集通常用3 3个参数来表征：个参数来表征：v,k,v,k, 整数集整数集v=0,1,2,v-1v=0,1,2,v-1 子集子集 D=d1,d2,d3,D=d1,d2,d3,dkdk 若若didi- -dj dj 恰好取遍恰好取遍0,1,0,1,v-1v-1各各 次次( (mod v)mod v) 则则v v的子集的子集D D，称为差集。称为差集。 例如：例

22、如：v=0,1,2,3,4,5,6v=0,1,2,3,4,5,6 D=1,2,4 D=1,2,4和和D=0,2,3D=0,2,3都是差集都是差集 对应对应v=7,k=3, v=7,k=3, =1=13.2 伪随机码分类及构造原理2, 由差集生成的伪码： 具有相关函数： 当v-4(k-)=-1时，可得到狭义伪码3.2 伪随机码分类及构造原理例1：v=7,k=3, =1对应v-4(k-)=-1 有两个差集D1=1,2,4和D2=0,2,3 构造伪码过程： v1=0,1*,2*,3,4*,5,6 x1=-1,1,1, -1,1,-1,-1 v2=0*,1,2*,3*,4,5,6 x2=1,-1,1,

23、1,-1,-1,-1 通过验证，可知x1,x2均为狭义伪码3.2 伪随机码分类及构造原理 例2：v=23,k=11, =5对应v-4(k-)=-1 有差集D=1,2,3,4,6,8,9,12,13,16,18 依照上述方法: x=-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1, 1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1 可验证其自相关函数为： 3.2 伪随机码分类及构造原理三，平方余数码，L码，又称为勒让德码 当p=4t-1为一素数时，模p的平方余数构成差集。 例3：t=3,p=4t-1=11,模11平方余数 a=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 i

24、=0,1,4,9,5,3,3,5,9,4,1 差集 D=1,3,4,5,9 对应伪码-1,1,-1,1,1,1,-1,-1,-1,1,-1 例4：t=5,p=19 平方余数为1,4,5,6,7,9,11,16,17 对应L码-1,1,-1,-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1 -1,-1,-1,-1,1,1,-1 例3，例4均可验证为狭义伪码 四，孪生素数码，巴克码3.2 伪随机码分类及构造原理an3.3 m序列一，m序列的定义 1, f(x)=c0+c1x +c2x2 + +cnxn 和n级线性反馈移位寄存器的关系Dn-1Dn-2D0+c0c1c2Cn-1Cn3.3 m序列 2, m序列

25、：n级最大周期线性移位寄存器 序列，an的周期为2n-1 3, m序列必须对应不可约多项式 但不可约多项式不一定产生m序列 4, 产生m序列的连接多项式必须是本原多 项式。3.3 m序列二，二，mm序列的性质序列的性质 1 1，在每一周期，在每一周期p=2p=2n n-1-1内，内，0 0出现出现2 2n-1n-1-1-1次，次， 1 1出现出现2 2n-1n-1次；次； 2 2，对，对n2,kn2,k n-2,n-2,长为长为k k的游程占游程总数的游程占游程总数 的的1/21/2k k； 3 3，mm序列序列 a ak k 与其他位移序列与其他位移序列 a ak k-t -t 的模的模2

26、2 和仍是和仍是mm序列的另一位以序列序列的另一位以序列 a ak k-t -t a ak k+a ak k-t -t=a ak k-t -t 3.3 m序列二，二，mm序列的自相关函数序列的自相关函数 图图3-2 3-2 mm序列相关峰示意图序列相关峰示意图 3.3 m序列三，三，mm序列的产生序列的产生 1 1，根据不可约多项式表，根据不可约多项式表，p196,p196,附录三，附录三， 查找本原多项式，查找本原多项式，E,F,G,HE,F,G,H表示该数码表示该数码 对应的多项式为本元多项式。每一位对应的多项式为本元多项式。每一位 代表三位代表三位2 2进数。进数。 2 2，根据本原多项

27、式构造出，根据本原多项式构造出mm序列移位寄序列移位寄 存器（逻辑图）。存器（逻辑图）。3.3 m序列 例例5 5，n=5,p=2n=5,p=25 5-1=31-1=31 (1) 45E, (1) 45E,对应二进数对应二进数100100，101101 f(x)=xf(x)=x5 5+x+x2 2+1+1 (2) 75G, (2) 75G,对应二进数对应二进数111111，101101 f(x)= xf(x)= x5 5+x+x4 4+x+x3 3+x+x2 2+1+1 其逻辑图见图其逻辑图见图3-43-4所示所示 X1X2X3X4X5+3.3 m序列 例6 n=9 p=29-1=511 码

28、（1）1021E 1000010001 x9+x4+1 逻辑图见图3-5所示 （2）1131E 1001011001 x9+x6+x4+x3+1 X2X4X5X6X8X9X1X3X7+3-4 Gold序列族一，Gold(格尔德码)特性 1, Gold序列具有良好的自,互相 关特性，特别是互相关特性。 2, 地址数远远大于m序列地址数。 (2n+1个) 3, 结构简单，易于实现。 3-4 Gold序列族 二，二，mm序列优选对序列优选对 1, 1, mm序列优选对，是指在序列优选对，是指在mm序列中序列中, ,其互相其互相 关函数的最大值关函数的最大值 R Rmaxmax 最接近或达到互相最接近

29、或达到互相 关值下限的一对关值下限的一对mm序列。序列。 2, 2, 则则f(x)f(x)和和g(x)g(x)产生产生mm序列序列a a和和b b构成优选对。构成优选对。3-4 Gold序列族 3, 例如 n=6的本原多项式103F和147H经计 算Ra,b(k)=17,满足上式。 故103F和147H构成优选对。 4, 表3-2列出了部分优选对码表，供使用时 查找。 3-4 Gold序列族 三，三，GoldGold序列族序列族 1 1，GoldGold序列：由两个码长相同，时钟序列：由两个码长相同，时钟 速率相同的速率相同的mm序列优选对模序列优选对模2 2和构成。和构成。 每改变两个每改变

30、两个mm序列相对应位移，就可序列相对应位移，就可 得到一个新的得到一个新的GoldGold序列。序列。 2 2，GoldGold序列族：当相对位移序列族：当相对位移2 2n-1n-1-1-1比特比特 时，就可得到一族时，就可得到一族(2(2n n-1)-1)个个GoldGold序列，序列， 再加上两个再加上两个mm序列，共有序列，共有2 2n n+1+1个个GoldGold序列，序列， 称为称为GoldGold序列族。序列族。3-4 Gold序列族四，四，GoldGold序列产生电路图序列产生电路图 1, 1, 串联形式，图串联形式，图3-73-7 f(x)=x6+x+1f(x)=x6+x+1

31、 g(x)=x6+ x5+ x2+x+1 g(x)=x6+ x5+ x2+x+1 f(x)g(x)= x12+ x11+ x8+ x6+ x5+ x3+1 f(x)g(x)= x12+ x11+ x8+ x6+ x5+ x3+1 对应图对应图3-73-7形式。形式。 2, 2, 并联形式并联形式 图图3-83-8 f(x),g(x)f(x),g(x)结果异或出的序列即为并联形式。结果异或出的序列即为并联形式。 实际系统中多采用并联形式实际系统中多采用并联形式3-4 Gold序列族 3, 相对位移产生方法 A, B, f(x)g(x)延时+setGoldf(x)g(x)+Gold相位选择逻辑3-

32、4 Gold序列族 五，五，GoldGold码互相关特性码互相关特性 1, 1, 三值互相关特性。表三值互相关特性。表3-33-3 n n为奇数时，为奇数时，50%50%有很低的互相关函数有很低的互相关函数 值值-1/-1/p p，n n为偶数时，为偶数时，75%75%有很低的互有很低的互 相关函数值；相关函数值； 2, 2, 不同不同GoldGold族之间尚无理论结果。族之间尚无理论结果。 用计算机搜索发现，不同族序列间互相关函用计算机搜索发现，不同族序列间互相关函 数已不是三值而是多值。数已不是三值而是多值。3-4 Gold序列族 六，平衡Gold码 1, 平衡码：序列中1和0之差为1 非

33、平衡码：0和1差多于1。 表3-4 非平衡码数量表 2, 平衡性对载波抑制度影响很大。 因此在DS系统中选用平衡Gold码族3-4 Gold序列族 七，平衡码产生方法七，平衡码产生方法 1, 1, 特征相位法特征相位法 (1) (1)置置a a序列于全序列于全0 0初始相位，初始相位， 置置b b序列于特征相位，则产生的序列于特征相位，则产生的GoldGold码码 为平衡为平衡Gold Gold 码。码。 (2) (2)当序列处于特征相位时，序列每隔一位当序列处于特征相位时，序列每隔一位 抽样与原序列一样。抽样与原序列一样。 (3) (3)p79-p81p79-p81介绍了特征相位寻找方法介绍

34、了特征相位寻找方法3-4 Gold序列族 2，相位抽头选择法 对应于相位位移产生方法B。 目前工程上多采用此方法。有相应成熟 结果列成表格。如GPS定位卫星作为扩 频码与多址码所采用的伪码产生方法。第四章第四章扩展频谱信号扩展频谱信号解扩和解调解扩和解调n n4.0 前言前言 n n4.1 扩展频谱信号的相关解扩扩展频谱信号的相关解扩n n4.2 基带解调与载波同步基带解调与载波同步4-0 前言 一, (1)到达接收端的信号功率通常只有 10-1310-15w左右。 (2)大气噪声10-13w左右。 (3) 一般要在输入信噪比0-30dB条件下才能进行正常接收解调。 (4)一个设计良好的相关器

35、，允许输入信噪比达-20-50dB。 (5)一般使用相干检测。（相关） 4-0 前言 二，两步解调: 解扩（或解跳） 再解调（去载波） 根据不同的调制方法，进行相应的解调（如FSK,PSK,ASK等）。4-1 扩展频谱信号的相关解扩 一，相干通信的基本概念一，相干通信的基本概念 1, 1, 相干信号：在时序上有规定的时间关系。相干信号：在时序上有规定的时间关系。 如普通光源非相关，激光相关。如普通光源非相关，激光相关。 2, 2, 互相关去随机成分。互相关去随机成分。 图图4-1 4-1 相干检测原理图相干检测原理图 3, PLL 3, PLL锁相环路：产生本地参考信号；锁相环路：产生本地参考

36、信号； 图图4-2 4-2 相干参考信号相干参考信号 4-1 扩展频谱信号的相关解扩 4, (1) 4, (1) 对于扩频信号，首先要完成解扩或解跳，对于扩频信号，首先要完成解扩或解跳， 才能进行基带解调。才能进行基带解调。 (2) (2) 因而要复制一个与发射端码型相同，码元因而要复制一个与发射端码型相同，码元 同步的本地伪码信号。同步的本地伪码信号。 (3) (3) 使用特殊的锁相环，如平方环，使用特殊的锁相环，如平方环，COSTASCOSTAS 环等，同步问题第五章有所介绍，另外更环等，同步问题第五章有所介绍，另外更 有相关专业书籍，课程。有相关专业书籍，课程。4-1 扩展频谱信号的相关

37、解扩二, 直接式相关和外差式相关 1,直接式相关：直接伪码异或解扩。f0f0 直接式相关解扩的抗干扰能力较低。 2, 外差式相关：一律解扩至固定中频fI,避免 了直接泄漏可能性。后续电路较为固定， 工作在较低频率下，性能较为稳定。 4-1 扩展频谱信号的相关解扩 三, 码定时偏移对相关处理的影响 1, 部分有用信号x本地码调制，被扩展成为伪噪声输出； 2, 扩展频谱相关处理过程，对于码位同步提出十分严格要求。 4-2 基带解调与载波同步 解扩后，从已被解扩了的中频信号中，检测出解扩后，从已被解扩了的中频信号中，检测出基带数字信号，去载波。下面介绍三种解调结构。基带数字信号，去载波。下面介绍三种

38、解调结构。 一，锁相环解调器一，锁相环解调器( (PLLphase lock loop)PLLphase lock loop) 图图4-15 4-15 锁相环解调器原理图及各点波形锁相环解调器原理图及各点波形 相检带通符号检测器信息输出VCOABcos(t)取样脉冲4-2 基带解调与载波同步 二，平方环 带通( )2带通xUUF(t)VCO2分辨信号90o至相关器4-2 基带解调与载波同步 三，科斯塔斯环解调器三，科斯塔斯环解调器 Costas Costas CostasCostas环用来解调双边带抑制载波信号环用来解调双边带抑制载波信号( (f(t)f(t)coscos(wt+(wt+ ),

39、 ), 特别是特别是2 2PSKPSK或或4 4PSKPSK相移键控信号的专用环路。相移键控信号的专用环路。 低通低通数字滤波器x数据输出输出信号VCO低通滤波器xx90o4-2 基带解调与载波同步四，其他 PLL近年来随着大规模数字电路发展，逐渐发展为数字锁相电路，是一门新的专业课。 P202 锁相技术 西电出版社第七章第七章扩展频谱技术应用扩展频谱技术应用n7.1 引言引言 n7.2 测距测距n7.3 同时测距与测速同时测距与测速n7.4 做频率标准与矿井通信做频率标准与矿井通信n7.5 其他其他7-1 引言 一，扩频信号优点一，扩频信号优点 1, 1, 用于通信中，抗干扰能力强；用于通信

40、中，抗干扰能力强； 2, 2, 发射功率谱密度低；发射功率谱密度低； 3, 3, 具有低截获率，不易被发现；具有低截获率，不易被发现； 4, 4, 能实现码分多址和任意选址的功能；能实现码分多址和任意选址的功能； 5, 5, 在测距中在测距中, ,应用伪随机编码可大大提高测距精度；应用伪随机编码可大大提高测距精度； 6, 6, 应用伪码序列和晶体振荡器作为时钟源，可以应用伪码序列和晶体振荡器作为时钟源，可以 做成简单的频率标准。做成简单的频率标准。7-1 引言 二，应用领域 1,通信、数据传输、信息保密、 测速测距、导航定位及多址技术; 2,在军事应用领域,提供最先进的通 信系统,同时也是强有

41、力的电子对 抗手段之一。 一一, , 测距原理测距原理 1, 1, 2, 2, 传统手段雷达侧音测距易出现距离模糊传统手段雷达侧音测距易出现距离模糊 问题；问题； 3, 3, 伪码周期可以做的很长，相关特性尖锐，伪码周期可以做的很长，相关特性尖锐， 大大增强了测距抗干扰能力，测距精大大增强了测距抗干扰能力，测距精 度也得到了提高。度也得到了提高。 4, 4, 目前，产生周期目前，产生周期p=10p=10101010101212 的伪码已十分的伪码已十分 容易，伪随机信号相关检测，也变得容易。容易，伪随机信号相关检测，也变得容易。 7-2 测距7-2 测距 5, 图7-1 直扩伪码扩频测距系统

42、m序列发生器直扩发射机双工器接收机相关判决器相关判决器相关判决器相关判决器发钟时差7-2 测距 二，关键技术二，关键技术 1 1，d dmaxmax=1/2*c*p*T=1/2*c*p*T 其中其中 d dmaxmax最大可测距离最大可测距离 p=2p=2n n-1, n-1, n是是mm序列（或序列（或GoldGold码）级数码）级数 T T是是mm序列每个码元宽度序列每个码元宽度 2 2，串行步进捕获，平均捕获时间为：，串行步进捕获，平均捕获时间为： p*p*pTpT/2/2 将达到不能容忍的地步将达到不能容忍的地步7-2 测距 3, 快速并行捕获方案 只需要一次试探，时间很短，电路复杂，

43、随着现代FPGA规模增大，芯片价格下降，该方案变得可行。P179 图7-2 4, 串并结合快捕方案 5, 复合码测距7-3 同时测距与测速 1 1，测速原理为多普勒频移测速，测速原理为多普勒频移测速 2 2，收发频差为，收发频差为f fd d，则则 f fd d=f=f0 0v vr r/c/c v vr r为径向速度，为径向速度，c c为光速，为光速，f f0 0本振频率本振频率 3 3，径向速度需转换为运行方向速度，径向速度需转换为运行方向速度 汽车运行速度汽车运行速度 v=v=v vr r/ /coscos 道路雷达测速仪7-4 做频率标准与矿井通信 一，做标准频率源一，做标准频率源 1

44、 1，作分频器使用，由频谱图决定作分频器使用，由频谱图决定 中频中频127127Hz (Hz (晶振振源频率晶振振源频率) ) 2 2， 图图7-7 7-7 m m 序列功率谱序列功率谱 多根谱线多根谱线 3 3，当，当p=127 p=127 clk clk=127Hz=127Hz时时 有有1 1k127kk127k各整各整kHzkHz谱线存在谱线存在 经选频放大后，可做信号源标准频率源使用经选频放大后，可做信号源标准频率源使用 4 4，十分简便，十分简便7-4 做频率标准与矿井通信 二，矿井通信 1, 矿井通讯环境异常恶劣 有线方式不灵活难以保证； 2, 因此扩频通信解决此问题 3, 特点：射频载频低频率，使用多匝天线， 穿透能力强，通讯质量有保证。 4, p186 实现方案，一,二7-5 其他 一，上世纪八十年代扩频通信技术开始在战一，上世纪八十年代扩频通信技术开始在战 术通信中使用。术通信中使用。 Singegars-V Jaguar-VSingegars-V Jaguar-V等等等等 多以跳频为主多以跳频为主 二，多址应用二，多址应用 CDMACDMA手机商用民用手机商用民用 GPSGPS导航定位卫星，多颗卫星导航定位卫星，多颗卫星(24)(24)采用同采用同 一调制体制，使用不同伪码序列一调制体制，使用不同伪码序列( (GoldGold码码) )。