數字通信第九章課件

1、 第九章 數字通信用擴頻信號 數字信息傳輸用擴頻信號的顯著特征是，其帶寬W遠大于信息速率R(比特/秒)，即帶寬因子Be=W/R遠大于1。擴頻信號設計中有兩個要素一是編碼，二是偽隨機性。 擴頻信號的用途：對抗或者抑制干擾的有害影響。以低功率發(fā)送來隱蔽信號，使竊聽者難于在背景噪聲中檢測出信號。在有其他收聽者時，實現信息的保密。 在對抗人為干擾時，對通信機至關重要的是試圖破壞通信的干擾機，它除了信道總帶寬和所調制類型（PSK，FSK等）外 ，并不知道信號特征的先驗知識。 9.1 擴頻數字通信系統的模型 圖中表示擴頻數字通信系統模型的基本組成原理，其發(fā)送端的輸入和接收端的輸出均為二進制序列。信道編碼器

2、和譯碼器、調制器和解調器是系統的基本組成部分。除了這些部分之外，還有兩個完全相同的偽隨機圖樣發(fā)生器，一個在發(fā)送端與調制器相接，另一個在接收端與解調器相接。該發(fā)生器的偽隨機或偽噪聲（PN）二進制序列，在調制器中施加到發(fā)送信號上，而在解調器中從接收端去掉。 為了解調接收信號，要求接收機產生的PN序列與接收中所含的PN序列同步。初始階段，在傳輸之前，可通過發(fā)送一個固定的偽隨機比特圖樣來獲得同步，該圖樣即使在出現干擾時也能被很高的概率識別出來。當兩端的發(fā)生器建立時間同步后，信息傳輸便開始。 攜帶信息的信號通過信道傳輸時引入了干擾。干擾特征在很大程度上取決于干擾來源。按其相對于攜帶信息的信號帶寬，干擾可

3、分為寬帶干擾和窄帶干擾，也可按時間分為連續(xù)干擾和脈沖干擾。例如，干擾信號可由傳輸信息帶寬內一個或多個正弦波組成的，該正弦波的頻率是固定不變的或是按某種規(guī)則隨時間變化的。在CDMA中，由信道中由其他用戶產生的干擾可能是寬帶干擾也可能是窄帶干擾，這取決于為獲得 多址 所采用的擴頻信號類型。若為寬帶干擾，則可表征為等效的加性高斯白噪聲。 我們對擴頻信號的論述主要集中在有窄帶和寬帶干擾時的數字通信系統性能上。主要研究兩種方式：PSK和FSK。PSK適用于收發(fā)間相位相干能保持較長時間的場合，該段時間比發(fā)送信號帶寬的倒數要長。而 FSK適用于因信道時變對通信鏈路影響而不能保持這種相位相干的場合。這種情形常

4、見于高速移動的飛機與飛機或飛機與地面的通信鏈路中。 調制器中產生的PN序列和PSK調制結合在一起，使PSK信號的相位偽隨機偏移。所產生的調制信號稱為直接序列（DS）或偽噪聲（PN）擴頻信號。當他與二進制或M元（M2）FSK結合使用時，偽隨機序列按偽隨機方式選擇發(fā)送信號的頻率，由此產生的信號叫做跳頻（FH）擴頻信號。9.2 直接序列擴頻信號 在9.1的模型中，假定編碼器的輸入信息速率為R（比特/秒），可用的信道帶寬為W（赫茲），并假單調制方式為二進制PSK。為了利用整個可用的信道帶寬，載波的相位按PN發(fā)生器的圖樣以W次/秒的速率偽隨機的偏移。W的倒數，記為Tc，定義為矩陣脈沖寬度，該脈沖稱為碼片

5、（chip），而Tc稱為碼片間隔。此脈沖是DS擴頻信號中的基本單元。 如果定義 為相應的一個信息比特傳輸時間的矩形脈沖寬度，則帶寬因子W/R可表示為 在實際系統中，比值 Tb/Tc 是一個整數， 1/R=Tb TT=RW=BcbecbcTTL 這是每信息比特的碼片數，即Lc在比特寬度 內，發(fā)送信號中發(fā)生相移的次數。下圖表示PN信號和數據信號之間的關系。PN信號數據信號 1/R=Tb 假設編碼器每次取k個信息比特生成一個二進制線性(n,k)分組碼?？捎脕韨魉蚽各碼元的時間寬度為kTb 秒。在此時間間隔內的碼片數為kLc。從而，我們可選擇該碼的分組長度為n= kLc。 碼率 。把PN序列加到發(fā)送信號上的一種方法，是通過與PN序列模2加的方法來直接改編碼比特。因此每個編碼比特都是通過與PN序列的一個比特相加來改變的。如果bi表示序列的低i個比特，而ci為編碼器輸出的相應比特，則模2和為 于是，若bi=1且ci=0或bi=0且ci=1，則ai=1；若bi=1且ci=1或bi=0且ci=0，則ai=0。 因此