扩频通信的理论基础.ppt

扩 频 通 信,主讲:范道尔吉,内蒙古大学信息工程学院电子工程系,田日才 编著 清华大学出版社,第一章：扩频通信的理论基础,1.1 扩频通信基本概念 1.2 扩频通信系统的分类 1.3 扩频通信系统的模型 1.4 扩频通信系统的处理增益与主要特点,1.1基本概念,香农公式 C-信道容量（比特/秒） N-噪声功率 B-信号带宽（赫兹） S-信号功率 若信源信息速率R小于或等于信道容量C，通过编码，信源的信息能以任意小的差错概率通过信道传输。,说明： 要增加系统信息传输速率，则要求增加信道容量 信道容量C常数时，带宽B和信噪比S/N可以互换。 当B增加到一定程度后，信道容量C不可能无限的增加。 C=1.44*S/N B=0.7C*N/S,例：N/S=100(20dB) C=3kb/S 那么 B=0.7*C*（N/S） =0.7*3*100=210KHz 这就说明在噪声比信号功率大100倍的情况下信息速率=3kb/s的信号在210KHz的信道上仍然可以保证可靠通信。 扩频通信正好是利用这一原理。用高速的扩频码来扩展待传输信号带宽的手段，达到系统抗干扰能力的目的。,扩频码是什么呢？,扩频码就是伪噪声序列。比如m序列。 香浓指出：在高斯白噪声干扰下，在平均功率受限的信道上，实现有效和可靠传输的最佳信号形式是具有白噪声统计特性的信号。因为白噪声具有理想的自相关特性。,1.2 扩频通信系统的分类,直接序列系统 频率跳变系统 时间跳变系统 线性脉冲调频系统 混合扩频通信系统,1.2.1直接序列系统,发射系统,乘法器,调制器,发射机,时钟源,伪码 发生器,载波 发生器,数据源,直接序列调制扩展频谱通信系统 DS-SS,混频器,调制器,解调器,时钟源,伪码 发生器,数据,接收系统,中频 滤波器,本地 震荡器,1.2.2 频率跳变系统,发射系统,混频器,调制器,发射机,时钟源,发中频 振荡器,频率 合成器,数据源,频率跳变扩展频谱通信系统 FH-SS,伪码 发生器,指令 译码器,频率跳变又可以分为快跳和慢跳 TcTb 叫做慢跳 否则叫做快跳,1.2.3 时间跳变系统,发射系统,调制器,高频 开关,存储器,载波,时间跳变扩展频谱通信系统 TH-SS,伪码 发生器,指令 译码器,数据,1.2.4 线性脉冲调制系统,发射系统,线性脉冲调制系统chirp是指系统的工作频率在一定的脉冲时间间隔内线性的扫过一个很宽的频带，形成一带宽很宽的扫频信号，或者系统的带宽在给定时间内线性的增大或减小，使发射信号的频谱占据很宽的频带。,1.2.5 混合扩频通信系统,频率跳变-直接序列混合扩频通信系统 时间跳变-频率跳变混合扩频通信系统 时间跳变-直接序列混合扩频通信系统,调制器,混频器,发射机,时钟源,发中频 振荡器,频率 合成器,数据源,伪码 发生器,指令 译码器,乘法器,直接 扩频码 发生器,1.3 扩频通信系统的模型,直接序列系统的模型,s(t),射频 振荡器,发射机,m序列 发生器,编码器,数据源,an,d(t),c(t),发射系统,m序列 发生器,低通 滤波器,压控 振荡器,射频 滤波器,r(t),s(t),接收系统,R(t),当接收端和发送端同步时：,只要基带滤波器能无失真的传输数字信号，经基带数字检测处理后，收端就能 恢复出原始信号。,1.4 扩频通信系统的处理增益与主要指标,1.4.1 处理增益Gp：可以标示扩频通信系统的抗干扰能力的优劣。 输出信噪比=相关器的输出信噪比 输入信噪比=接收机的输入信噪比,直接扩频的处理增益： 调频系统的处理增益： 跳时系统的处理增益： 混合系统的处理增益： Gp=Gp1*Gp2*Gp3,处理增益表示经过扩频接收机处理以后，使信号增强的同时抑制输入到接收机干扰信号的大小。处理增益越大，则系统的抗干扰能力就越强。,1.4.2 扩频系统的干扰容限 干扰容限：标示扩频通信系统在干扰环境中的工作能力。 处理增益的不断提高并不能代表接收机的正常工作。处理增益增加到一定程度后信噪比不再继续改善。目前国际上直接扩频的最大处理增益约为70dB。 例如：系统的处理增益50dB,噪声功率比信号大105倍，即信噪比是-50dB，则相关器输出0dB，但是在0dB下接收机是无法正常工作的。,干扰容限的定义： Mj=Gp/Lsys(S/N)out Mj干扰容限 Gp处理增益 Lsys系统实现损耗 (S/N)out相关器输出信噪比，也是系统中中频滤波器或基带滤波器的输入信噪比。 一般用dB标示： MjdB=GpdB-LsysdB+(S/N)outdB,例如：某扩频系统的处理增益为17dB,基带滤波器要求输入最小信噪比是8dB，系统的实现损耗为3dB，则干扰容限为多少？