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擴頻通信方法

2015-3-27 07:24| 編輯:電工學習網| 查看: 2358| 評論: 0

摘要:   目前,最基本的展寬頻譜的方法有三種:直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum)簡稱直接擴頻或直擴(DS);跳變頻率擴頻(Frequency Hopping),簡稱跳頻(FH); 跳變時間擴頻(Time Hopping),簡稱 ...
  目前,最基本的展寬頻譜的方法有三種:直接序列擴頻(Direct Sequence Spread Spectrum)簡稱直接擴頻或直擴(DS);跳變頻率擴頻(Frequency Hopping),簡稱跳頻(FH); 跳變時間擴頻(Time Hopping),簡稱跳時(TH); 上述基本調制方法可以進行組合,形成各種混合系統,如跳頻/直擴系統,跳時/直擴系統等。
  目前,擴展頻譜的帶寬常在1MHz-100MHz的范圍,因此,系統的抗干擾性能非常好。
  1、 直擴系統
  直接序列調制系統亦稱直接擴頻系統,或稱偽噪聲系統,記作DS系統。原理框圖如圖1所示。
圖1 直接擴頻系統原理框圖
  基帶信號的信碼是欲傳輸的信號,它通過速率很高的編碼程序(通常用偽隨機序列)進行調制將其頻譜展寬,這個過程稱作擴頻。頻譜展寬后的序列被進行射頻調制(通常多采用PSK調制),其輸出則是擴展頻譜的射頻信號,經天線輻射出去。
  在接收端,射頻信號經混頻后變為中頻信號,它與本地的和發端相同的編碼序列反擴展,將寬帶信號恢復成窄帶信號,這個過程稱為解擴。解擴后的中頻窄帶信號經普通信息解調器進行解調,恢復成原始的信碼。
  2、偽隨機序列PN有如下三個要求:
  (1) 偽碼的比特率應能滿足擴展帶寬的需要。
  (2) 偽碼的自相關要大,且互相關要小。
  (3) 偽碼應具有近似噪聲的頻譜性質,即近似連續譜,且均勻分布。
  假定同步單徑BPSK信道中有K個用戶,并假定所有的載波相位為0,則接收的信號等效基帶表示為:
  其中:為第K個用戶信息比特值,為發送功率,為第k個用戶歸一化擴頻信號,表示加性高斯白噪聲,其雙邊功率譜密度為單位為W/Hz,對于某一特定比特,相關器(解擴)的輸出為:
  
  其中為相關系數:
  上式表明:與第k個用戶本身的自相關給出了希望接收的數據項,與其它用戶的互相關產生出多址干擾項MAI,與熱噪聲的相關產生了噪聲ZK項。 當相關系數為零時,多址干擾為零。即本小區其它用戶對被檢測用戶不產生干擾。
  由頻譜擴展對抗干擾性帶來的好處,稱為擴頻增益GP ,可表示為
  式中,BW為發射擴頻信號的帶寬;BS為信碼的速率。其中BW與所采用的偽碼(偽隨機序列或偽噪聲序列的簡稱)速率有關。為獲得高的擴頻增益,通常希望增加射頻帶寬BW,即提高偽碼的速率。
  在發送端,有用信號經擴頻處理后,頻譜被展寬,如圖 (a)所示;在接收端,利用偽碼的相關性作解擴處理后,有用信號頻譜被恢復成窄帶譜,如圖 (b)所示。寬帶無用信號與本地偽碼不相關,因此不能解擴,仍為寬帶譜;窄帶無用信號則被本地偽碼擴展為寬帶譜。由于無用的干擾信號為寬帶譜而有用信號為窄帶譜,則可以用一個窄帶濾波器排除帶外的干擾電平,這樣,窄帶內的信噪比就大大提高了。提高了擴頻系統的抗干擾能力。
  直擴系統的優點在于它可以在很低的甚至負信噪比環境中使系統正常工作。
  例2 數據帶寬為9.6kHz,擴展帶寬為1.2288MHz,則擴頻增益GP=21.7dB。要求進入基帶解調器的最小輸出信噪比 (S/N)out =6.7dB,則系統的輸入信噪比(S/N)in=(S/N)out -Gp=-15 (dB)

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