扩频通信第4章1

第 4章 扩频信号的产生与调制技术 4.1直接序列扩频通信系统

直接序列扩频通信系统,又称为“平均”系统或伪噪声系统。它是目前应用 较为广泛的一种扩频通信系统。

4.1.1直接序列扩频信号的产生

直接序列扩频信号是采用直接序列调制的方法产生的。 直接序列调制就是用 高速率的伪随机码序列与信息码序列模 2加(或伪随机码波形和信息码波形相 乘后产生的复合码序列(复合码波形去调制载波。一般情况下直接序列调制 均采用 PSK 调制方式,而较少采用 FSK 或 ASK 。由调制理论知,在 PSK 、 FSK 和 ASK 三种调制方式中, PSK 信号是最佳调制信号,即在其它条件相同的情况 下,采用 PSK 方式系统的误码率最低。为了节省发射功率和提高发射机工作效 率, 通常采用抑制载波的二相平衡调制方式。 采用平衡调制的另一优点是在电子 对抗中, 对方使用常规接收机检测载波比较困难, 从而提高了系统抗侦破的能力。 所以直接序列调制一般都采用二相平衡调制方式。 图 4-1给出了直接序列扩频通 信系统的原理方框图和扩频信号传输示意图。

(b

图 4-1 直接序列扩频通信系统方框图和扩频信号传输示意图 (a 直扩系统方框图; (b 直扩信号传输示意图

(a 发信机 收信机

π 0 π 0 π π π 0 0 π 0 π 0 0 0 π π 0 0 π π π π 0 0 π π π 0 0 π 0 π 0 0 0 π π 0 0 π π π 0 0 π 0 π π 0 0 π 0 0 π 0 π π 0 π 0 0 π 0 0 0 0 π 0 π 0 π 0 π 0

1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 π π π π π π π π π π π π π

(1 信息数据 (7 解调后的数据 1 0 1 0 (2 扩频码序列 (3 复合码序列 (4 发载波相位 (5 收载波相位 (6 中频相位

(8 混频前干扰相位 (9 混频后干扰相位

1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 π 0 π 0 π π π 0 0 π 0 π π π π 0 0 π π 0 0 0 0 π π

直接序列扩展频谱信号的产生及其解扩过程, 在第 1章和第 2章中已作了深 入的讨论,在此不再重复。下面对图 4-1作一简单解释。在解扩过程中要求扩频

码同步,即 ?( (d

r d T t c T t c -=-,这由扩频码同步捕获及跟踪电路来完成,这部 分我们将分别在第 6章和第 7章中详细讨论; 解调时所需的相干载波通过载波跟 踪环路来提取,在第 5章中作进一步的介绍。

在图 4-1(b中, (1~ (4表示发射端扩频调制过程中各点的信号示意图; (5~ (7表示接收机解扩解调过程中各点信号示意图; (8~ (9 为干扰信号通过相关器前 后的变化情况。干扰信号 (8经相关处理后仍为带限信号,示意图参见 (9。因为 干扰信号与接收机中本地参考扩频码序列不相关(或相关性很小 ,所以在相关 处理过程中, 其功率

谱与本地扩频码的功率谱在卷积积分后而被展宽了频带, 降 低了功率电平。 卷积后的宽带干扰信号经中频窄带带通滤波器滤波后, 干扰信号 的大部分功率被滤除, 使得进入解调器的信号功率和干扰功率之比提高了, 因而 干扰信号对信息解调的危害减轻了,中频滤波后的频谱示意图如图 4-2所示。

图 4-2 接收机中频滤波器输出信号频谱示意图 4.1.2伪随机信号的调制与混频

直接列扩频通信系统信息的传输, 是把信息信号调制在伪随机码序列中, 再 通过对载波的调制来实现传输的。 因此在直接序列扩频通信系统中, 常常需要对 伪随机码序列进行调制、变频(混频等处理,所以我们有必要对这些问题作一 简要的讨论。

首先,我们来讨论一种常用的抑制载波的双边带平衡调制。设频率 0f 的载 波为 (0cos 2πA f t ,调制信号为 (t m ,则抑制载波的双边带平衡调制波为

(0( (cos 2πf t Am t f t = (4-1 式中: A ——载波幅度; 0f ——载波频率。

如果作二相移相键控调制时,调相波可表示为 []

(π2cos (0t m k t f A t f p += (4-2

式中 (t m k p 是调相波的相位偏移, p k 是比例常数,也称为调制常数, max (t m k p 为调制指数(即对应载波的最大相位偏移 。在二相 PSK 调制中,调制信号 (t m 是二进制码序列。若规定二进制码序列 (t m 取“ 0”时,相移 00π (=?=t m k p ;

(t m 取“ 1”码时, π (=t m k p ,则有 解扩后的有用信号 (

(00cos 2π( 0( cos 2π( 1A f t m t f t A f t m t +?=?-? 当 取“ ”时 当 取“ ”时

显然,这样一个调制信号可等效为一个只取 1±的二值波形函数对载波进行抑制 载波的双边带振幅调制信号, 也就是平衡调制信号。 对于直接序列扩频调制而言, 调制信号为扩频码 (t c ,若规定 (t c 的取值为 1±时,式 (4-2成为

π2cos( ( (0t f t Ac t f = (4-3 式中 ? ?

?-=”时 取“ 当二进序列 ”时 取“ 当二进序列

1}{10}{1 (i i c c t c (4-4 实际上, 式 (4-3就是直接序列扩频调制产生的 2PSK 信号的表达式。 只要 (t c 本身不含有直流分量, 平衡调制就抑制了载波。 但对这种信号, 接收端为了从收 到的已调波中恢复出调制信号, 必须要准确地恢复载波分量。 此外, 载波频率必 须远远地高于调制信号中有用信号的最高频率, 否则, 会发生频谱

的交叠, 产生 折叠噪声,使传输信号的质量(输出信噪比下降,参见图 4-3。事实上,在频 谱搬移过程中产生的频谱折叠, 折叠过来的那部分叠加在未折叠的部分上, 见图 4-3(b 中的阴影部分,使信号频谱的结构发生了变化,见图 4-3(c。所以折叠过 来的那部分频率分量不仅是有用信号能量的损失, 使信号产生失真, 而且对有用 信号产生了干扰,这一点可以从图 4-3中清楚地看出来。可以毫不夸张地讲,传 输系统中出现的任何不理想情况,都将造成传输信号质量的下降。

图 4-3 频谱折叠示意图

(a 基带信号的频谱; (b 调制后的频谱; (c 图 (b的等效

从频谱的观点来看,调制的结果就是把调制波的频谱搬移到了 0f 。因此只 要知道了扩频码信号 (t c 的频谱 (f S c 和被调制的载波频率 0f ,就可以知道被扩 频码信号平衡调制后已调信号的频谱了。 图 4-4给出了直接序列调制前后信号频 谱的示意图。

图 4-4 直接序列调制前后的信号频谱示意图 伪码序列输入

S c (f±f 0 f 0 M 0000M 0M (a (b (c

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