通信原理第8章 现代通信传输技术

1、2021-7-131/29 通信原理 第第8 8章章 现代通信传输技术现代通信传输技术 8.1 MSK 8.2 OFDM 8.3 扩频通信扩频通信 2/35 2021-7-13 本章主要讲授几种先进的数字频带传输方法，包括本章主要讲授几种先进的数字频带传输方法，包括MSK、 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）技术与扩频技术。）技术与扩频技术。同学们学习同学们学习 时时应该注重每一种技术所关注的问题、系统思想与特点应该注重每一种技术所关注的问题、系统思想与特点， 了解几种重要的通信系统了解几种重要的通信系统的应用的应用及发展方向及发展方向。 掌握：掌握：掌握掌握MSK信号及其相位特点、信号带

2、宽。信号及其相位特点、信号带宽。 理解：理解：CPFSK基本原理、基本原理、GMSK信号与频谱特点；信号与频谱特点； OFDM的基本原理、应对信道的基本原理、应对信道ISI的策略；扩频系统基础、的策略；扩频系统基础、 CDMA。 了解：了解：典型典型GMSK、OFDM与扩频系统实例，伪随机序与扩频系统实例，伪随机序 列基础、直接扩频与跳频的抗截获列基础、直接扩频与跳频的抗截获/抗窄带干扰的原理与抗窄带干扰的原理与 系统的特点系统的特点 3/29 2021-7-13 8.1 最小频移键控(MSKMSK)和 高斯MSKMSK(GMSKGMSK) 4/29 2021-7-13 MSK信号具有如下特点

3、：信号具有如下特点： (1)(1) MSK是恒包络信号；是恒包络信号； (2)(2) MSK信号是连续相位的信号是连续相位的2FSK2FSK信号的特例；信号的特例； (3)(3)在任何码元期间，两个载波具有满足正交的最小频差。在任何码元期间，两个载波具有满足正交的最小频差。 恒包络且频带集中恒包络且频带集中 数字蜂窝移动通信系统（数字蜂窝移动通信系统（GSM）采用）采用GMSK调制调制 5/29 2021-7-13 8.1.1 连续相位连续相位FSK（CPFSK） 1.用模拟调频的方式产生用模拟调频的方式产生连续连续相位相位MFSK： 0 ( )cos 22( ) t cFM s tAf tk

4、md 其中，其中， 为为M进制的进制的PAM基带信号基带信号 是信息符号是信息符号 1, 3,., (1) n aM ( )() nT n m ta gtnT m(t) 在在 t =nT 时刻是不连续的，时刻是不连续的， 但是但是 m(t) 的的积分是连续函数积分是连续函数。 T=Ts，M进制码元宽度进制码元宽度 1 2T T gt t T 6/29 2021-7-13 M进制调频瞬时频率为：进制调频瞬时频率为： 1( ) ( )( ) 2 iccFM dt f tffkm t dt 为平均为平均载频（载频（虚拟载频虚拟载频） 其中：其中： 为相邻频为相邻频差的差的一半一半 2 FM d k

5、f T c f c f cd ff3 cd ff cd ff3 cd ff f 4M 如如 当当 时，时， ,(1)tnTnT 2 ( ) icnc M dn F f tf k ffa T a 0 ( )cos 22( ) t cFM s tAf tkmd 1 2T T gt t T 7/29 2021-7-13 00 0 ( )2( )2( ) 2() tt FM t kT k tkmdhmd ha gkT d CPFSK相位相位: : 22/ dds hTffR 定义定义是是数字调制指数数字调制指数： 归一化频差归一化频差 2 FM d k f T FM k 1 2T T gt t 1 2

6、 t T T ( )q t 0 0(0) ( )/ 2(0) 1/ 2() t T t q tgdtTtT tT T - M进制进制 码元宽度码元宽度 8/29 2021-7-13 是直到是直到 的累积相位的累积相位 n tnT 当当t在第在第n个个符号区间符号区间 nT ,(,(n+1) )T 中中，相位，相位为为 0 0 1 0 1 0 ( )2() 2(1/ 2)2() 2()2() t k k n t kn nT k n knnn k tha gkTd hahagnT d haha q tnTha q tnT ( )2() nn tha q tnT即即 0 ( ) 2 0 t T t

7、q tgd T tT ()/ 2tnTT ( )cos 22() nnc s tAftntha qT 9/29 2021-7-13 例例8.1 8.1 假定二进制数据序列为假定二进制数据序列为101101，试绘出，试绘出CPFSK信信 号的相位轨迹。号的相位轨迹。 0 0 ( )2()/ 2 nn thatnTT 1 0 1 1 0 1 t (t) 相位轨迹图相位轨迹图 1 n a 1nn h 10/29 2021-7-13 2. CPFSK可视为连续调相信号可视为连续调相信号 Continuous PM，或，或CPM 0 0 0 ( )2() 2() 2 t n n n n P tha gn

8、Td ha q tnT hmt 0 ( )cos 22( ) t cFM s tAf tkmd ( )cos 22 cP s tAf thmt 1 2T T gt t 1 2 t T T ( )q t 11/29 2021-7-13 8.1.2 最小频移键控（最小频移键控（MSK） ( Minimum-Shift Keying ) 1. MSK 的定义的定义：是是2进制进制CPFSK，两个载波信号在比两个载波信号在比 特间隔内相互正交，具有最小调制指数：特间隔内相互正交，具有最小调制指数： 20.5 d hf T 证明证明 : 是正交是正交2CPFSK所允许的最小调制指数所允许的最小调制指数

9、20.5 d hf T 2CPFSK 的两个的两个载波：载波： 11 00 cos cos s tAt stAt (1)nTtnT 12/29 2021-7-13 10 0 2 10 0 2 10 10 101010 10 10 101010 1 1 coscos sin2sin sin 2 2 sin2sin sin 2 T T st st dt E Attd T T t E TT A E TT TTT TT 波形相关系数波形相关系数: 1 0 b b fR fR 10 10 sinT T 时时 , 称称 在在 0 , T 内内正交正交。 0 10 ( ),( )s t s t 13/29

10、2021-7-13 1010 2222 d TffTfTh 10 10 sinsin 2 0 2 Th Th 2: d hf T 数字其中调制指数 ，即即 h2 sin2 2 h h 20 2,1, 2,.hkk minmi 10 n 1 ,0 ,2 .52M K 2 2 S / dT ds k hfk R kf s B s h tt 时 即时: 、正交，可实现最佳接收 最小频移键控 10 1 22 s R ff T 0 14/29 2021-7-13 它它的相位的相位可以表示为：可以表示为： ( ) 2 n n a tt T MSK带通信号可表示为：带通信号可表示为： ( )cos, 2 n

11、 cn a s tAtt T (1)nTtnT 20.5 db hf T ( )2() nn tha q tnT p MSK信号的表达式信号的表达式 在时间间隔在时间间隔 内内，2CPFSK的相位的相位为为 ,(1)nTnT ()/ 2tnTT () ( )2 222 n nnnn atnTn thata TT 15/29 2021-7-13 在在 时，码元信号的频率为时，码元信号的频率为 ( )coscos 22 nn cncn aa s tAttAt TT ,(1)nTnT 1, n a 1 1/(4 ) c ffT 1, n a 0 1/(4 ) c ffT 码元频差为：码元频差为： 1

12、0 21/ (2 )0.5 db fffTR 在任意区间在任意区间 中中与与0、1代码对应的两个代码对应的两个 信号码元可以表示为信号码元可以表示为 ,(1)nTnT 11 00 ( )cos(2) ( )cos(2) n n s tAf t s tAf t 峰峰频偏 ( )cos 22() nnc s tAftntha qT 16/29 2021-7-13 0 0 因此，在每个比特间隔因此，在每个比特间隔 内载波相位变化内载波相位变化 或或 +1 2 码 -0 2 码 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 例例 输入的数据输入的数据 请给出请给出MSK信号可能的相位信号

13、可能的相位轨迹，令轨迹，令 an=+1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 ,(1)nTnT ( )2 2 nn tnT tha T (t) t 1nn h 0.5h 17/29 2021-7-13 MSK信号具有如下特点：信号具有如下特点： (1)(1)MSK是恒包络信号；是恒包络信号； (2(2) )两个载波频率为两个载波频率为 ，调制指数，调制指数 ； (3)(3)在任何符号间隔区间中，两个码元信号正交；在任何符号间隔区间中，两个码元信号正交； (4)(4)附加相位附加相位 在在一个码元时间中线性变化，变化量一个码元时间中线性变化，变化量

14、为为 ； (5)(5)MSK信号在符号转换时刻相位是连续的信号在符号转换时刻相位是连续的。 1/ 4 cb fT0.5h )(t / 2 min 1 4 d b f T 0 3 ,1.5 2 cb b BR T 峰值频偏 18/29 2021-7-13 2. 带预编码的带预编码的MSK调制及其调制及其OQPSK形式形式 1nnn abb 发： 1nnn bab 收：相干解调 与 0.5 FM kh 图图8.1.3 带预编码的带预编码的MSK调制调制 (等效于等效于2DPSK) p 用模拟调制的方法产生用模拟调制的方法产生MSK信号信号 1,1 nn ba 19/29 2021-7-13 串串/

15、并并 b R tx ty t c cos cos 2 t T tsMSK 速率减半速率减半 速率减半速率减半 -90o-90o n b I mt T 图图8.1.4 MSK信号的信号的OQPSK生成框图生成框图 Q mt 用用正交法产生正交法产生MSK信号信号，类似于，类似于OQPSK，只是其，只是其同相路同相路 和正交路的基本脉冲波形都是余弦和正交路的基本脉冲波形都是余弦波。波。 p 用正交法产生用正交法产生MSK信号信号 1/ b TR coscos2cos4 222 tt tT TTT 20/29 2021-7-13 例例8.2 8.2 给定序列给定序列 bn 说明说明MSK信号的正交合

16、成过程信号的正交合成过程 bn= -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 解：拆分序列解：拆分序列bn，而后才是各波形如图，而后才是各波形如图8.1.5所示。所示。 an= -1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 它与图中它与图中MSK波形的两种频率正好一一对应。波形的两种频率正好一一对应。 bn= +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 1nnn abb 计算计算bn预编码后的输出为预编码后的输出为 21/29 2021

17、-7-13 图图8.1.5 MSK信号的正交合成示例、信号的正交合成示例、OQPSK与与QPSK波形波形 +1 22/29 2021-7-13 3. 发送与接收方法发送与接收方法 （1）发送）发送 图图8.1.4 MSK信号的信号的OQPSK生成框图生成框图 图图8.1.3 带预编码的带预编码的MSK调制调制 (2DPSK) （2）接收）接收 MSK作为作为2FSK ，可以相干解调或，可以相干解调或非相干解调非相干解调。 MSK作为作为OQPSK ，可以用正交相干解调。，可以用正交相干解调。 用用OQPSK解调时，解调时， 0 2 s e MSKe QPSK E PPQ N MSK作为作为2D

18、PSK ，可以用差分检测，也可以相干解，可以用差分检测，也可以相干解 调加差分译码。调加差分译码。 23/29 2021-7-13 fP MSK f 2 c fR c fR c f 旁瓣衰减比旁瓣衰减比QPSK快快 2 2 22 2 cos 24 14 bc cb MSK bc TffA T Pf Tff 0 1.5 b BR 4. MSK 信号信号的功率谱与带宽的功率谱与带宽 正频部分：正频部分： 24/29 2021-7-13 图图8.1.6 MSK信号信号的的功率谱示意图功率谱示意图 （1）MSK带宽带宽 （2）MSK的功的功 率谱旁瓣比率谱旁瓣比 QPSK或或BPSK的的 衰落得快得多

19、衰落得快得多 （3）基本带宽）基本带宽 作业：作业：1、 2（3）新（新（1） 0 1.5 b BR 99 1.2 MSKb BR 99 7 QPSKb BR 2 BPSKb BR QPSKb BR 25/29 2021-7-13 8.1.3 GMSK ( 高斯最小频移键控高斯最小频移键控 MSK) 在数据作在数据作MSKMSK调制之前，数据被滤波，滤波器具有高斯形状的调制之前，数据被滤波，滤波器具有高斯形状的 频率响应特性频率响应特性 高斯低通滤波器高斯低通滤波器 的传输函数为：的传输函数为： 在在 GMSK 信号谱中有低的谱旁瓣信号谱中有低的谱旁瓣 22 ( )expH ff 其中，其中，

20、 与滤波器的与滤波器的3dB带宽带宽 的关系可表示为的关系可表示为 B BB 5887. 0 2 2ln 高斯低通滤波器高斯低通滤波器MSK调制调制 GMSK信号信号 tm 双极性矩形信号双极性矩形信号 26/29 2021-7-13 图图8.1.10 GMSK信号的信号的功率谱功率谱 功率谱密度功率谱密度/dB 归一化频率归一化频率 / cs ffR 0.16 0.20 0.25 0.30 0.50 () s BTMSK 习惯上使用习惯上使用 BTs 来作来作 为为GMSKGMSK重要指标。其中，重要指标。其中， B为为3dB带宽带宽，Ts 为码为码 元间隔元间隔。 GMSK比比MSK信号的

21、抗噪性能差信号的抗噪性能差 从谱利用率和误码率综合从谱利用率和误码率综合 考虑，应该折衷选择。研考虑，应该折衷选择。研 究表明，究表明，BTs=0.25 对于对于 无线蜂窝系统是一个很好无线蜂窝系统是一个很好 的选择。的选择。 27/29 2021-7-13 功率谱密度功率谱密度/dB 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0.5 b R0 b R1.5 b R2 b R2.5 b R3 b R c ffHz MSK GMSK QPSK 图图 MSK、GMSK及及QPSK信号信号的功率谱比较的功率谱比较 0.75 b R 28/29 2021-7-13 1. MSK信号具有如下特点

22、：信号具有如下特点： (1)(1)MSK是恒包络信号；是恒包络信号； (2(2) )两个载波频率为两个载波频率为 ，调制指数，调制指数 ； (3)(3)在任何符号间隔区间中，两个码元信号正交；在任何符号间隔区间中，两个码元信号正交； (4)(4)附加相位附加相位 在在一个码元时间中线性变化，变化量一个码元时间中线性变化，变化量 为为 ； (5)(5)MSK信号在符号转换时刻相位是连续的信号在符号转换时刻相位是连续的。 (6) (6) MSK信号的带宽信号的带宽 1/ 4 cb fT0.5h )(t / 2 min 1 4 d b f T 0 3 1.5 2 cb b BR T 峰值频偏 本章要

23、求：本章要求： 2. 会画会画MSK信号的相位轨迹信号的相位轨迹图。图。 29/35 2021-7-13 8.2 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 正交频分复用 30/35 2021-7-13 前面介绍的前面介绍的ASK、PSK、FSK、MSK、QAM 等调制方式在某一时刻都只用单一的频率来发等调制方式在某一时刻都只用单一的频率来发 送信号，而多载波调制是同时发射多路不同载送信号，而多载波调制是同时发射多路不同载 波的信号。波的信号。 FDM（频分复用）（频分复用）是一种多载波调制。是一种多载波调制。OFDM （正交频分复用）（

24、正交频分复用）是一种特殊的多载波调制。是一种特殊的多载波调制。 8.2.1 正交频分复用正交频分复用的由来的由来 31/35 2021-7-13 n 概述：概述：单载波调制和多载波调制单载波调制和多载波调制 单载波体制单载波体制：当：当 Rb 很大时，很大时，码元持续时间码元持续时间Ts 短，但占用短，但占用 带宽带宽B大；由于信道特性大；由于信道特性|C( f )|不理想，产生码间串扰。不理想，产生码间串扰。 |C( f )| 32/35 2021-7-13 多载波体制多载波体制：面对信道特性的不平坦，解决码间干扰的：面对信道特性的不平坦，解决码间干扰的 的一种有效方法是将信道频分成许多窄信

25、道，使每个子的一种有效方法是将信道频分成许多窄信道，使每个子 信道近视平坦。信道近视平坦。 |C( f )| 为了避免各个子信道间相互为了避免各个子信道间相互 串扰，各子信道间要留有串扰，各子信道间要留有 保护间隔，这样就降低了保护间隔，这样就降低了 频带利用率。频带利用率。 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）：）：作为一种多载波传输技术，作为一种多载波传输技术， 要求各子载波保持相互正交。这样各个子信道的频带要求各子载波保持相互正交。这样各个子信道的频带 可以交叠一部分，从而提高了频带利用率。可以交叠一部分，从而提高了频带利用率。 33/35 2021-7-13 f (b) 节省的带宽节

26、省的带宽 OFDM节省的带宽节省的带宽 f f (b) OFDM的谱的谱 (a) FDM的谱的谱 FDM和和OFDM带宽的比较：带宽的比较： 34/35 2021-7-13 8.2.2 OFDM基本原理基本原理 正交频分复用（正交频分复用（OFDM）作为一种多载波传输技术，要求）作为一种多载波传输技术，要求 各子载波保持相互正交。各子载波保持相互正交。 多载波调制技术是一种并行体制，多载波调制技术是一种并行体制，它将高速率的数据序它将高速率的数据序 列经串列经串/并变换后分割为并变换后分割为K路低速数据流，每路低速数据采用路低速数据流，每路低速数据采用 一个独立的载波调制，叠加在一起构成发送信

27、号一个独立的载波调制，叠加在一起构成发送信号。 在接收端用同样数量的载波对发送信号进行相关接收，在接收端用同样数量的载波对发送信号进行相关接收， 获得低速率信息数据后，再通过并获得低速率信息数据后，再通过并/串变换得到原来的高速信串变换得到原来的高速信 号。号。多载波传输系统原理框图如下图所示。多载波传输系统原理框图如下图所示。 35/35 2021-7-13 1. OFDM调制原理框图调制原理框图 每路子信道带宽：每路子信道带宽：1/ Ts BTRK )( m ts 求求 和和 0 f 1 f 1K f 串并串并 变换变换 K 1 2 K21 1/ ss RT 1 s s TKT R 如如2

28、PSK调制调制 带宽：带宽： s BR 串 速率变为速率变为 / ss RRK 0 a 1 a k a n b 第第m个码元间隔个码元间隔 T 36/35 2021-7-13 第第m个码元间隔个码元间隔T内内发送信号波形为发送信号波形为 1 m 0 ( )cos K nn n stat an-为第为第n路并行码；路并行码； -为第为第n路码的子载波角频率，且路码的子载波角频率，且 。 n nn f 2 其中其中: : 37/35 2021-7-13 由三角函数系的正交性，任意由三角函数系的正交性，任意2 2个子载波应满足的关系为个子载波应满足的关系为 0 cos(2)cos(2)0, T mm

29、nn f tfdtmn 因此，因此，要求相邻子要求相邻子载波频率间隔应满足载波频率间隔应满足 1 1 ,1,2,1 nn fffnN T 为了为了保证保证 K 个子个子载波相互正交，也就是在信道传输符号载波相互正交，也就是在信道传输符号 的的持续时间持续时间 T 内内它们乘积的积分值为它们乘积的积分值为0 0。 初相不同的两个载波满足正交的最小频差初相不同的两个载波满足正交的最小频差 38/35 2021-7-13 OFDM信号的频谱结构信号的频谱结构: 相邻信号频谱之相邻信号频谱之 间有间有1/T 宽度宽度的的 重叠。重叠。 忽略旁瓣的功率，忽略旁瓣的功率，OFDM信号的频谱宽度为信号的频谱

30、宽度为 121 (1) K BK TTT (1)/KT 1/T 1/T 39/35 2021-7-13 每每 T 内传内传 K 个个并行的码元，所以码元速率并行的码元，所以码元速率 ss RKRK T 码元频带利用率为码元频带利用率为 s s 1 RK BK 可见，可见，当当K 1时，时，s 趋近于趋近于1。 如果不作串并变换，直接使用如果不作串并变换，直接使用二进制符号传输，与用单个二进制符号传输，与用单个 载波的串行体制相比，载波的串行体制相比，OFDM频带利用率提高近一倍。频带利用率提高近一倍。 1K B T ss s s 1 22 RR BR 40/35 2021-7-13 2. OF

31、DM的解调原理的解调原理 在在接收端，接收端，对对 在在 内进行内进行相关运算，可以得相关运算，可以得 到各子载波上携带的到各子载波上携带的信息信息 an ，然后通过并，然后通过并/串变换，恢复串变换，恢复 出发送的二进制数据序列。出发送的二进制数据序列。 m ( )st0,T 图图中的实现方法中的实现方法需要需要K K套套正弦波发正弦波发 生器、调制器和相关解调器等设备，生器、调制器和相关解调器等设备， 当当K K很大很大时，所需设备将会十分复时，所需设备将会十分复 杂和昂贵，所以这种方法在实际中杂和昂贵，所以这种方法在实际中 很难应用。很难应用。 )( m ts 积分积分 积分积分 积分积

32、分 信道信道 并并 串串 变变 换换 12K 0 f 1 f 1K f 1 m 0 ( )cos K nn n stat 0 a 1 a k a 41/35 2021-7-13 可降低可降低OFDMOFDM系统的复杂度和成本，使得系统的复杂度和成本，使得OFDMOFDM技术更趋于实技术更趋于实 用化。用化。 8.2.3 利用利用FFT的数字实现方法的数字实现方法 图图: : 用用DFTDFT实现实现OFDMOFDM的原理框图的原理框图 数据数据 编码编码 串并串并 变换变换 IDFTIDFT D/AD/A变换变换 上变频上变频 数据数据 解码解码 并串并串 变换变换 DFT DFT A/DA/

33、D变换变换 下变频下变频 信信 道道 42/35 2021-7-13 p在在OFDM系统的实际应用中，可以采用更加方便快系统的实际应用中，可以采用更加方便快 捷的快速傅里叶变换（捷的快速傅里叶变换（FFT/IFFT）来实现调制和）来实现调制和 解调。解调。 p这样能显著降低运算的复杂度，并且易于和这样能显著降低运算的复杂度，并且易于和DSP技技 术相结合，通过使用软件无线电手段实现大规模的术相结合，通过使用软件无线电手段实现大规模的 应用。应用。 实际应用：实际应用： 43/35 2021-7-13 p OFDM的优点的优点 1.1.抗抗多多径时延引起的码间干扰的径时延引起的码间干扰的能力强能

34、力强。 （1 1）串）串/ /并变换降低了码元速率，从而增大了码元宽度，并变换降低了码元速率，从而增大了码元宽度， 减少了多径时延在接收信息码元中所占的相对百分比，以减少了多径时延在接收信息码元中所占的相对百分比，以 削弱多径干扰对传输系统性能的影响。削弱多径干扰对传输系统性能的影响。 （2 2）如果）如果在每一路符号中插入保护时隙大于最大时延，在每一路符号中插入保护时隙大于最大时延， 可以进一步消除符号间干扰（可以进一步消除符号间干扰（ISIISI）。）。 2.2.抗频率选择性衰落抗频率选择性衰落 采用采用动态比特分配技术，即优质信道多传输，较差动态比特分配技术，即优质信道多传输，较差信道少

35、信道少传传 输，劣质信道不传输的原则，可使系统达到最大比特率。输，劣质信道不传输的原则，可使系统达到最大比特率。 44/35 2021-7-13 p OFDM的应用举例的应用举例 1 .数字音频广播数字音频广播（DAB） 2. 数字视频广播数字视频广播（DVB） 3.ADSL接入接入 4. 无线局域网无线局域网(WLAN)和和802.11协议群协议群 5. 无线无线城城域网域网(WLAN)和和802.16协议群协议群 6. B3G移动通信移动通信 45/35 2021-7-13 8.3 扩展频谱技术与扩展频谱技术与CDMA 还有还有跳变时间扩频和混合扩频跳变时间扩频和混合扩频 46/35 20

36、21-7-13 扩频通信有三个重要的属性扩频通信有三个重要的属性: （1）信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小 带宽；带宽； （2）频带的扩展是通过一个独立的频带的扩展是通过一个独立的伪随机伪随机码序列码序列来完成，来完成， 与所传信息数据无关；与所传信息数据无关； （3）在接收端则用同样的在接收端则用同样的伪随机伪随机码序列码序列进行相关同步接进行相关同步接 收、解扩及恢复所传信息数据。收、解扩及恢复所传信息数据。 扩频通信的理论基础是扩频通信的理论基础是香农香农信道容量信道容量公式公式, 信道容量信道容量C 与信道带宽与信道带宽W及其信噪

37、比及其信噪比S/N的关系为：的关系为： N S WC1log2 扩频因子，扩频因子， ，B为信息数据的带宽为信息数据的带宽/GWB 47/35 2021-7-13 8.3.3 伪随机序列伪随机序列 m序列序列-最最常用的常用的PN序列序列 伪随机序列伪随机序列(Pseudrandan Sequence)，又称为伪噪声又称为伪噪声(PN) 序列或伪随机码序列或伪随机码，在信号同步、扰码、扩频通信和多址，在信号同步、扰码、扩频通信和多址 通信中广泛应用。通信中广泛应用。 图图8.3.7 m序列的生成单路（序列的生成单路（n=3，n为移位寄存器级数）为移位寄存器级数） m m序列序列是一个周期是一个

38、周期序列序列 21 n L 周期内码片数 m序列序列(m-sequence)-最长线性最长线性反馈反馈移位寄存器序列移位寄存器序列 48/35 2021-7-13 m m序列序列的特性的特性： （1）“0”和和“1”的出现概率相同，各为的出现概率相同，各为0.5； （2）连续出现的连续出现的00或或11、000或或111、n个个0或或n个个1 的次数几乎相等，概率依次减半的次数几乎相等，概率依次减半； （3）相关性好相关性好（既具有好的自相关特性，也有好的既具有好的自相关特性，也有好的 互相关特性互相关特性）、长的周期特性、长的周期特性； （4）容易产生容易产生。 在在m m序列序列的一个周期

39、的一个周期L内：内： c LT 49/35 2021-7-13 m序列的自相关函数，码片的间隔为序列的自相关函数，码片的间隔为 , 周期为周期为 c T c TLT c T 0 1,0 1 ( )() ( ) 1/,(1) T cc Rc tc t dt LTLTT 利用利用m m序列的自相关特性可以抗多径衰落，利用不同序列的自相关特性可以抗多径衰落，利用不同 m m序列的互相关特性小的特性可以抗多址干扰。序列的互相关特性小的特性可以抗多址干扰。 50/35 2021-7-13 8.3.1 直接序列扩频直接序列扩频 (Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS)

40、1. 直接序列扩频原理直接序列扩频原理 扩频通信的主要特征是使用比发送的信息数扩频通信的主要特征是使用比发送的信息数 据速率高得多的伪随机编码，扩展信息数据据速率高得多的伪随机编码，扩展信息数据信号信号 频谱，频谱，使其使其成为极低功率谱密度的宽带信号成为极低功率谱密度的宽带信号，这，这 称为称为扩频扩频； 接受端使用相关处理方法，把要接收接受端使用相关处理方法，把要接收 的宽带扩频信号，恢复成基带信号的宽带扩频信号，恢复成基带信号，这称为，这称为解扩解扩。 扩频扩频后后通信信号不易受干扰，也不容易干扰他人，通信信号不易受干扰，也不容易干扰他人， 信号隐蔽，有保密性。信号隐蔽，有保密性。 51/35 2021-7-13 直接直接序列扩频序列扩频系统调制器、解调器原理：系统调制器、解调器原理： 2 ( )c t 利用利用m m序列的自相关特性可以抗多径衰落，利用不同序列的自相关特性可以抗多径衰落，利用不同 m m序列的互相关特性小的特性可以抗多址干扰。序列的互相关特性小的特性可以抗多址干扰。 ( )c t ( )( ) ( )cos c r tm t c tt 0 ( ) ( ) ( ) ( ) b T m t m t c t c t dt ( ) ( )m t c t ( ) (