数字通信第九章课件

1、 第九章 数字通信用扩频信号 数字信息传输用扩频信号的显著特征是，其带宽W远大于信息速率R(比特/秒)，即带宽因子Be=W/R远大于1。扩频信号设计中有两个要素一是编码，二是伪随机性。 扩频信号的用途：对抗或者抑制干扰的有害影响。以低功率发送来隐蔽信号，使窃听者难于在背景噪声中检测出信号。在有其他收听者时，实现信息的保密。 在对抗人为干扰时，对通信机至关重要的是试图破坏通信的干扰机，它除了信道总带宽和所调制类型（PSK，FSK等）外 ，并不知道信号特征的先验知识。 9.1 扩频数字通信系统的模型 图中表示扩频数字通信系统模型的基本组成原理，其发送端的输入和接收端的输出均为二进制序列。信道编码器

2、和译码器、调制器和解调器是系统的基本组成部分。除了这些部分之外，还有两个完全相同的伪随机图样发生器，一个在发送端与调制器相接，另一个在接收端与解调器相接。该发生器的伪随机或伪噪声（PN）二进制序列，在调制器中施加到发送信号上，而在解调器中从接收端去掉。 为了解调接收信号，要求接收机产生的PN序列与接收中所含的PN序列同步。初始阶段，在传输之前，可通过发送一个固定的伪随机比特图样来获得同步，该图样即使在出现干扰时也能被很高的概率识别出来。当两端的发生器建立时间同步后，信息传输便开始。 携带信息的信号通过信道传输时引入了干扰。干扰特征在很大程度上取决于干扰来源。按其相对于携带信息的信号带宽，干扰可

3、分为宽带干扰和窄带干扰，也可按时间分为连续干扰和脉冲干扰。例如，干扰信号可由传输信息带宽内一个或多个正弦波组成的，该正弦波的频率是固定不变的或是按某种规则随时间变化的。在CDMA中，由信道中由其他用户产生的干扰可能是宽带干扰也可能是窄带干扰，这取决于为获得 多址 所采用的扩频信号类型。若为宽带干扰，则可表征为等效的加性高斯白噪声。 我们对扩频信号的论述主要集中在有窄带和宽带干扰时的数字通信系统性能上。主要研究两种方式：PSK和FSK。PSK适用于收发间相位相干能保持较长时间的场合，该段时间比发送信号带宽的倒数要长。而 FSK适用于因信道时变对通信链路影响而不能保持这种相位相干的场合。这种情形常

4、见于高速移动的飞机与飞机或飞机与地面的通信链路中。 调制器中产生的PN序列和PSK调制结合在一起，使PSK信号的相位伪随机偏移。所产生的调制信号称为直接序列（DS）或伪噪声（PN）扩频信号。当他与二进制或M元（M2）FSK结合使用时，伪随机序列按伪随机方式选择发送信号的频率，由此产生的信号叫做跳频（FH）扩频信号。9.2 直接序列扩频信号 在9.1的模型中，假定编码器的输入信息速率为R（比特/秒），可用的信道带宽为W（赫兹），并假单调制方式为二进制PSK。为了利用整个可用的信道带宽，载波的相位按PN发生器的图样以W次/秒的速率伪随机的偏移。W的倒数，记为Tc，定义为矩阵脉冲宽度，该脉冲称为码片

5、（chip），而Tc称为码片间隔。此脉冲是DS扩频信号中的基本单元。 如果定义 为相应的一个信息比特传输时间的矩形脉冲宽度，则带宽因子W/R可表示为 在实际系统中，比值 Tb/Tc 是一个整数， 1/R=Tb TT=RW=BcbecbcTTL 这是每信息比特的码片数，即Lc在比特宽度 内，发送信号中发生相移的次数。下图表示PN信号和数据信号之间的关系。PN信号数据信号 1/R=Tb 假设编码器每次取k个信息比特生成一个二进制线性(n,k)分组码。可用来传送n各码元的时间宽度为kTb 秒。在此时间间隔内的码片数为kLc。从而，我们可选择该码的分组长度为n= kLc。 码率 。把PN序列加到发送信号上的一种方法，是通过与PN序列模2加的方法来直接改编码比特。因此每个编码比特都是通过与PN序列的一个比特相加来改变的。如果bi表示序列的低i个比特，而ci为编码器输出的相应比特，则模2和为 于是，若bi=1且ci=0或bi=0且ci=1，则ai=1；若bi=1且ci=1或bi=0且ci=0，则ai=0。 因此