1、第2章 空中接口設計 （二）擴頻調(diào)制解調(diào)器（二）擴頻調(diào)制解調(diào)器第2章 空中接口設計 擴頻通信概念擴頻通信概念 擴頻通信是指傳輸信息的射頻帶寬遠大于信息本身帶寬擴頻通信是指傳輸信息的射頻帶寬遠大于信息本身帶寬 ，且與原始信號帶寬無關的一種通信方式。且與原始信號帶寬無關的一種通信方式。 頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列（偽隨機序列）來頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列（偽隨機序列）來完成，用編碼和調(diào)制相結合的方法來實現(xiàn)。完成，用編碼和調(diào)制相結合的方法來實現(xiàn)。 發(fā)送端：頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制（發(fā)送端：頻帶的展寬是通過編碼及調(diào)制（PN碼擴碼擴頻）的方法來實現(xiàn)的；頻）的方法來實現(xiàn)的； 接受端：用與發(fā)送

2、端完全相同的擴頻碼進行相關解接受端：用與發(fā)送端完全相同的擴頻碼進行相關解調(diào)（調(diào)（PN碼解擴）來恢復信息數(shù)據(jù)碼解擴）來恢復信息數(shù)據(jù)。第2章 空中接口設計 擴頻信號具有以下三個特征：擴頻信號具有以下三個特征：1)1) 擴頻信號是不可預測的偽隨機的寬帶信號；擴頻信號是不可預測的偽隨機的寬帶信號；2) 2) 傳輸帶寬遠大于被傳送信息的原始帶寬；傳輸帶寬遠大于被傳送信息的原始帶寬；3) 3) 接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。 標準的頻率調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制也擴展了原始信號的頻標準的頻率調(diào)制、脈沖編碼調(diào)制也擴展了原始信號的頻譜，但不完全滿足上述條件，不能稱為擴頻系統(tǒng)。

3、譜，但不完全滿足上述條件，不能稱為擴頻系統(tǒng)。 第2章 空中接口設計 擴頻的基本原理擴頻的基本原理 仙農(nóng)（仙農(nóng)（shannon）公式：）公式： C：信道容量：信道容量 W：信道帶寬信道帶寬 N：噪聲功率噪聲功率 S：信號功率信號功率 含義：一個信道無誤差的傳輸信息的能力取決于含義：一個信道無誤差的傳輸信息的能力取決于信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬。信道中的信噪比以及用于傳輸信息的信道帶寬。 )/1 (WlogC2NS+第2章 空中接口設計 說明說明 1. 給定的信道容量可以用不同的帶寬和信噪比給定的信道容量可以用不同的帶寬和信噪比來組合傳輸；來組合傳輸； 2. 給定信噪比，只要增加用于

4、傳輸信息的帶寬，給定信噪比，只要增加用于傳輸信息的帶寬，理論上就可以增加在信道中無誤差地傳輸?shù)男爬碚撋暇涂梢栽黾釉谛诺乐袩o誤差地傳輸?shù)男畔⒙?；息率?3. 在同樣的信道容量下，增大傳輸帶寬可由較在同樣的信道容量下，增大傳輸帶寬可由較小的信號傳輸功率傳送，這表明寬帶系統(tǒng)具有小的信號傳輸功率傳送，這表明寬帶系統(tǒng)具有較好的抗干擾性（通常所謂用帶寬換功率）。較好的抗干擾性（通常所謂用帶寬換功率）。第2章 空中接口設計 工程應用工程應用直接序列擴頻處理增益可達到直接序列擴頻處理增益可達到70dB，如果系統(tǒng)的，如果系統(tǒng)的基帶濾波器輸出信噪比為基帶濾波器輸出信噪比為10dB，那么這個系統(tǒng)的，那么這個系統(tǒng)的輸

5、入端信噪比為輸入端信噪比為60dB。也就是說，信號功率可。也就是說，信號功率可以在低于干擾功率以在低于干擾功率60dB的惡劣條件下正常工作。的惡劣條件下正常工作。所以擴頻系統(tǒng)在深空遠距離的通信中占有顯著地所以擴頻系統(tǒng)在深空遠距離的通信中占有顯著地位。位。 第2章 空中接口設計 擴頻系統(tǒng)原理框圖擴頻系統(tǒng)原理框圖信息調(diào)制擴頻調(diào)制上變頻 功放 sk（t）bk（t）ak（t）PN碼產(chǎn)生器ck（t）信息解調(diào)擴頻解調(diào)下變頻射頻放大器s（t）bm（t）bm（t）PN碼產(chǎn)生器 cm（t）同步第2章 空中接口設計 擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點擴頻系統(tǒng)的優(yōu)點 抗干擾、抗多徑抗干擾、抗多徑 窄帶干擾只能干擾擴頻信號的一小部分，可

6、通過合適窄帶干擾只能干擾擴頻信號的一小部分，可通過合適的窄帶濾波器剔除干擾的窄帶濾波器剔除干擾; ; 延時產(chǎn)生的延時產(chǎn)生的PNPN序列和原始序列和原始PNPN序列相關性小，可以認為序列相關性小，可以認為是另一用戶，而被接收機忽略。是另一用戶，而被接收機忽略。 隱蔽、保密隱蔽、保密 所有用戶使用相同的頻率，無須進行頻率規(guī)劃所有用戶使用相同的頻率，無須進行頻率規(guī)劃 在多用戶接入環(huán)境中在多用戶接入環(huán)境中(MAI)，頻譜利用率是很高的。，頻譜利用率是很高的。第2章 空中接口設計 與傳統(tǒng)的無線調(diào)制技術的區(qū)別與傳統(tǒng)的無線調(diào)制技術的區(qū)別 在擴頻系統(tǒng)里，發(fā)射信號和傳統(tǒng)的無線調(diào)制解在擴頻系統(tǒng)里，發(fā)射信號和傳統(tǒng)的

7、無線調(diào)制解調(diào)器相比占據(jù)非常大的帶寬，而在傳統(tǒng)的無線調(diào)器相比占據(jù)非常大的帶寬，而在傳統(tǒng)的無線調(diào)制解調(diào)器中，發(fā)射信號的帶寬和基帶信息的調(diào)制解調(diào)器中，發(fā)射信號的帶寬和基帶信息的信號帶寬同在一個數(shù)量級。信號帶寬同在一個數(shù)量級。 一個擴頻系統(tǒng)可以和其他擴頻系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的一個擴頻系統(tǒng)可以和其他擴頻系統(tǒng)以及傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)以頻分復用無線系統(tǒng)以頻分復用(FDM)的方式共享傳輸介的方式共享傳輸介質(zhì)。質(zhì)。第2章 空中接口設計 無線擴頻通信技術根據(jù)頻譜擴展的原理不同，可分為：無線擴頻通信技術根據(jù)頻譜擴展的原理不同，可分為： 直接序列擴頻技術（直接序列擴頻技術（DSSS） 跳頻擴頻技術（跳頻擴頻技術（FHSS） 共同點

8、共同點有用信號頻譜被偽序列碼調(diào)制展寬在一個很寬的頻帶上有用信號頻譜被偽序列碼調(diào)制展寬在一個很寬的頻帶上 不同點不同點實現(xiàn)展寬的方法不一樣實現(xiàn)展寬的方法不一樣 擴頻系統(tǒng)種類擴頻系統(tǒng)種類第2章 空中接口設計 跳頻擴頻（跳頻擴頻（FHSS）跳頻擴頻技術跳頻擴頻技術(FHSS)(FHSS)是由出生于奧地利的電影明星是由出生于奧地利的電影明星HedyHedyLamarrLamarr為了保護制導魚雷避免人為干擾而發(fā)明的。為了保護制導魚雷避免人為干擾而發(fā)明的。 海蒂海蒂拉瑪，生于拉瑪，生于1914年年11月月9日日 ，卒于，卒于2000年年1月月19日。曾在日。曾在30年代初，年代初，10多歲多歲的她因為驚

9、人的美麗被一位的她因為驚人的美麗被一位美國美國導演發(fā)導演發(fā)掘，從此便踏入掘，從此便踏入好萊塢好萊塢。作為出身顯赫、。作為出身顯赫、與各國軍方高層私交甚好的好萊塢巨星，與各國軍方高層私交甚好的好萊塢巨星，曾被譽為是全世界最美麗的女人，她同曾被譽為是全世界最美麗的女人，她同時有另一項寶貴財富時有另一項寶貴財富為當今大熱的為當今大熱的通信技術通信技術LAN 和和 手機移動通信技術奠定手機移動通信技術奠定了基礎，永遠留給并造福于后人。了基礎，永遠留給并造福于后人。第2章 空中接口設計 跳頻擴頻（跳頻擴頻（FHSS） 跳頻擴頻技術跳頻擴頻技術(FHSS)(FHSS)的原理非常簡單：的原理非常簡單： 為了

10、避免干擾，發(fā)送器改變發(fā)射信號的中心頻率為了避免干擾，發(fā)送器改變發(fā)射信號的中心頻率 信號頻率的變化，或者說頻率跳躍，總是按照某種隨信號頻率的變化，或者說頻率跳躍，總是按照某種隨機的模式安排的，這種隨機模式只有發(fā)送器和接收器才了機的模式安排的，這種隨機模式只有發(fā)送器和接收器才了解。解。 如果令發(fā)送器的中心頻率在如果令發(fā)送器的中心頻率在100個不同頻率間來回變個不同頻率間來回變化，那么所需要的帶寬是原始發(fā)射帶寬的化，那么所需要的帶寬是原始發(fā)射帶寬的100倍，正因為倍，正因為如此，信號的頻譜擴散在比原無線電波譜大如此，信號的頻譜擴散在比原無線電波譜大100倍的頻帶倍的頻帶上，這種調(diào)制技術稱為擴頻技術。

11、上，這種調(diào)制技術稱為擴頻技術。第2章 空中接口設計 基本概念基本概念 跳頻跳頻 簡單來講簡單來講, 就是用一定的碼序列進行選擇的多頻率就是用一定的碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。頻移鍵控。 具體來講具體來講, 跳頻就是給載波分配一個固定的寬頻段跳頻就是給載波分配一個固定的寬頻段并且把這個寬頻段分成若干個頻率間隙并且把這個寬頻段分成若干個頻率間隙(稱為頻道或稱為頻道或頻隙頻隙), 然后用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制然后用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制, 使載使載波頻率在這個固定的頻段中不斷地發(fā)生跳變波頻率在這個固定的頻段中不斷地發(fā)生跳變。由于。由于這個跳變的頻段范圍遠大于要傳送信息所占的頻譜這個跳

12、變的頻段范圍遠大于要傳送信息所占的頻譜寬度寬度, 故跳頻技術也屬于擴頻。故跳頻技術也屬于擴頻。 碼序列碼序列: :所使用的信道順序。所使用的信道順序。第2章 空中接口設計 單信道調(diào)制單信道調(diào)制：跳躍中每一個信道采用一個基本載跳躍中每一個信道采用一個基本載波頻率調(diào)制。波頻率調(diào)制。 跳變持續(xù)時間：跳變之間的時間，用跳變持續(xù)時間：跳變之間的時間，用Th表示。表示。 信號沖突（碰撞）：在相同時刻、相同信道上，信號沖突（碰撞）：在相同時刻、相同信道上，一個非期望信號占據(jù)了跳頻信道，傳輸信號與非一個非期望信號占據(jù)了跳頻信道，傳輸信號與非期望信號發(fā)生沖突。期望信號發(fā)生沖突。 跳頻技術分快、慢跳頻兩種：跳頻技

13、術分快、慢跳頻兩種： 快跳頻：在發(fā)送序列每一位時發(fā)生多次跳頻?？焯l：在發(fā)送序列每一位時發(fā)生多次跳頻。 慢跳頻：在發(fā)送序列一位或多位后的時間間隔慢跳頻：在發(fā)送序列一位或多位后的時間間隔內(nèi)進行跳頻。內(nèi)進行跳頻。第2章 空中接口設計 跳頻的實質(zhì)跳頻的實質(zhì) 跳頻的實質(zhì)跳頻的實質(zhì) 跳頻的實質(zhì)是頻移鍵控跳頻的實質(zhì)是頻移鍵控, 但又不同于一般的頻移鍵控。但又不同于一般的頻移鍵控。 簡單的頻移鍵控簡單的頻移鍵控, 如如2FSK只有兩個頻率只有兩個頻率, 分別代表傳號和分別代表傳號和空號。空號。 而跳頻系統(tǒng)卻可能有幾個、幾十個、而跳頻系統(tǒng)卻可能有幾個、幾十個、 甚至上千個頻率甚至上千個頻率, 由由所傳信息與擴

14、頻碼的組合去進行選擇控制所傳信息與擴頻碼的組合去進行選擇控制, 不斷跳變。不斷跳變。 另外另外, 跳頻技術也與直接序列擴頻技術不同跳頻技術也與直接序列擴頻技術不同, 是另一種意是另一種意義上的擴頻。它不像直擴技術那樣直接對被傳送信息進義上的擴頻。它不像直擴技術那樣直接對被傳送信息進行擴譜行擴譜, 從而獲得處理增益。從而獲得處理增益。 跳頻相當于跳頻相當于瞬時的窄帶通信系統(tǒng)瞬時的窄帶通信系統(tǒng), 只是由于跳頻速率很快只是由于跳頻速率很快, 跳變的頻譜范圍比實際信息帶寬更寬跳變的頻譜范圍比實際信息帶寬更寬, 從而在從而在宏觀上實現(xiàn)宏觀上實現(xiàn)頻譜的擴展頻譜的擴展。 第2章 空中接口設計 圖 跳頻通信系

15、統(tǒng)原理框圖 (a) 發(fā)送端； (b) 接收端 調(diào) 制 器信 息 碼 序 列副 載 波 振 蕩 器時 鐘跳 頻 指 令 發(fā) 生 器頻 率 合 成 器混 頻 器跳 頻 器高 通 濾 波 器天 線(a)同 步 時 鐘跳 頻 指 令 發(fā) 生 器頻 率 合 成 器混 頻 器跳 頻 器預 調(diào) 濾 波 器(b)信 息 碼 序 列天 線中 頻 濾 波 器解 調(diào) 器第2章 空中接口設計 跳頻信號的發(fā)送跳頻信號的發(fā)送 以上就是跳頻信號的發(fā)送過程以上就是跳頻信號的發(fā)送過程, 頻率合成器輸出什么頻率的載波信號是受跳頻指令發(fā)生器頻率合成器輸出什么頻率的載波信號是受跳頻指令發(fā)生器控制的。控制的。 在時鐘的作用下在時鐘的作

16、用下, 跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出控制指令跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出控制指令, 控控制頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率?；祛l器輸出制頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率?；祛l器輸出的已調(diào)波的載波頻率也隨著指令而不斷地跳變的已調(diào)波的載波頻率也隨著指令而不斷地跳變, 再經(jīng)過高通再經(jīng)過高通濾波器和天線發(fā)送出去的就是跳頻信號濾波器和天線發(fā)送出去的就是跳頻信號, 整個構成的是跳頻整個構成的是跳頻系統(tǒng)而不是定頻系統(tǒng)。系統(tǒng)而不是定頻系統(tǒng)。 由于跳頻器輸出載波由于跳頻器輸出載波的跳變范圍比原已調(diào)波信號的帶寬要的跳變范圍比原已調(diào)波信號的帶寬要寬得多寬得多, 因此跳頻系統(tǒng)從宏觀上實現(xiàn)了擴頻。因此跳頻系統(tǒng)從宏觀上實

17、現(xiàn)了擴頻。 第2章 空中接口設計 受時鐘控制的跳頻指令發(fā)生器和頻率合成器統(tǒng)稱跳頻受時鐘控制的跳頻指令發(fā)生器和頻率合成器統(tǒng)稱跳頻器。器。 跳頻指令發(fā)生器常常利用的是偽隨機序列發(fā)生器跳頻指令發(fā)生器常常利用的是偽隨機序列發(fā)生器, 當然也可以靠軟件編程來實現(xiàn)。當然也可以靠軟件編程來實現(xiàn)。偽隨機碼并不直接傳偽隨機碼并不直接傳輸輸，而是用來選擇信道而是用來選擇信道。 跳頻系統(tǒng)的關鍵部件是跳頻器。跳頻系統(tǒng)的關鍵部件是跳頻器。 能產(chǎn)生頻譜純度好的、能產(chǎn)生頻譜純度好的、具有快速切換能力的頻率合成器和偽隨機性好的跳頻具有快速切換能力的頻率合成器和偽隨機性好的跳頻指令發(fā)生器決定著跳頻系統(tǒng)的性能。指令發(fā)生器決定著跳頻

18、系統(tǒng)的性能。 此外此外, 從原理上講從原理上講, 似乎在原有的定頻發(fā)送系統(tǒng)中加上似乎在原有的定頻發(fā)送系統(tǒng)中加上一個跳頻器就能實現(xiàn)跳頻發(fā)送系統(tǒng)一個跳頻器就能實現(xiàn)跳頻發(fā)送系統(tǒng), 但在實際情但在實際情況中況中, 還要具體考慮信道的通帶寬度。還要具體考慮信道的通帶寬度。第2章 空中接口設計 跳頻圖案跳頻圖案 跳頻系統(tǒng)中載波頻率改變的規(guī)律跳頻系統(tǒng)中載波頻率改變的規(guī)律, 叫做跳頻圖案。叫做跳頻圖案。 有什么樣的跳頻指令就會產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案。有什么樣的跳頻指令就會產(chǎn)生什么樣的跳頻圖案。 在實際通信中在實際通信中, 尤其是在軍事通信中尤其是在軍事通信中, 為了抗干擾和保證為了抗干擾和保證通信的隱蔽性通信的

19、隱蔽性, 往往采用具有往往采用具有“偽隨機性偽隨機性”的跳頻圖案。的跳頻圖案。 所謂所謂“偽隨機性偽隨機性”是指不是真的具有隨機性是指不是真的具有隨機性, 而是有規(guī)而是有規(guī)律可循律可循, 但是因為兼具一些隨機性的特點但是因為兼具一些隨機性的特點, 因而要查出其因而要查出其中的規(guī)律也很難。中的規(guī)律也很難。 只有知道跳頻圖只有知道跳頻圖案的雙方才能互相通信案的雙方才能互相通信, 第三方很難加第三方很難加以干擾或竊聽。以干擾或竊聽。 第2章 空中接口設計 跳頻圖案(a) 快跳頻圖案; (b) 慢跳頻圖案跳頻信道帶寬時間跳頻駐留時間頻率跳頻帶寬(a)跳頻帶寬時間跳頻駐留時間跳頻信道帶寬頻率(b)第2章

20、 空中接口設計 收發(fā)雙方同步跳頻示意圖收發(fā)雙方同步跳頻示意圖發(fā) 射 機 跳 頻 圖 案接 收 機 跳 頻 圖 案stf第2章 空中接口設計 好的跳頻圖案好的跳頻圖案一個好的跳頻圖案應具備以下幾點一個好的跳頻圖案應具備以下幾點: :(1) 圖案本身的隨機性要好圖案本身的隨機性要好, 要求參加跳頻的每個頻率出要求參加跳頻的每個頻率出現(xiàn)的概率相同?，F(xiàn)的概率相同。 隨機性好隨機性好, 抗干擾能力就強?？垢蓴_能力就強。(2) 圖案的密鑰量要大圖案的密鑰量要大, 要求跳頻圖案的數(shù)目要足夠多，要求跳頻圖案的數(shù)目要足夠多， 這樣抗破譯的能力強。這樣抗破譯的能力強。(3) 各圖案之間出現(xiàn)頻率重疊的機會要盡量的小

21、各圖案之間出現(xiàn)頻率重疊的機會要盡量的小, 要求圖要求圖案的正交性要好，案的正交性要好， 這樣有利于組網(wǎng)通信和多用戶的碼這樣有利于組網(wǎng)通信和多用戶的碼分多址。分多址。 當跳頻信號發(fā)生器采用的是偽碼序列發(fā)生器時當跳頻信號發(fā)生器采用的是偽碼序列發(fā)生器時, 跳頻圖跳頻圖案的性質(zhì)主要依賴于偽碼的性質(zhì)，案的性質(zhì)主要依賴于偽碼的性質(zhì)，此時此時, 選擇好的偽碼序選擇好的偽碼序列成為獲得好的跳頻圖案的關鍵。列成為獲得好的跳頻圖案的關鍵。 第2章 空中接口設計 4) 時、頻域波形時、頻域波形 與定頻連續(xù)信號波形不同與定頻連續(xù)信號波形不同, 跳頻信號的波形是不連續(xù)的跳頻信號的波形是不連續(xù)的, 這是因為跳頻器產(chǎn)生的跳

22、變載波信號之間是不連續(xù)的。這是因為跳頻器產(chǎn)生的跳變載波信號之間是不連續(xù)的。 頻率合成器從接收跳頻指令開始到完成頻率的跳變需頻率合成器從接收跳頻指令開始到完成頻率的跳變需要一定的切換時間。要一定的切換時間。 頻率合成器從接收指令、開始建立振蕩至達到穩(wěn)定狀頻率合成器從接收指令、開始建立振蕩至達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間叫做態(tài)的時間叫做建立時間建立時間; 穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時間叫穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時間叫駐留時駐留時間間(記作記作Td); 從穩(wěn)定狀態(tài)到達振蕩消失的時間叫從穩(wěn)定狀態(tài)到達振蕩消失的時間叫消退時消退時間間。從建立到消退的整個時間叫做一個。從建立到消退的整個時間叫做一個跳周期跳周期(記作記作Th)。 建立時間加

23、上消退時間叫做建立時間加上消退時間叫做換頻時間換頻時間。只有在駐留時。只有在駐留時間內(nèi)才能有效地傳送信息。圖中給出了頻率合成器的間內(nèi)才能有效地傳送信息。圖中給出了頻率合成器的換頻過程及載波信號的時換頻過程及載波信號的時域波形。域波形。第2章 空中接口設計 頻率合成器的換頻過程及載波信號的時域波形頻率合成器的換頻過程及載波信號的時域波形包絡建立時間消退時間tf3f2f1TdTh第2章 空中接口設計 跳頻通信系統(tǒng)為了能更有效地傳送信息跳頻通信系統(tǒng)為了能更有效地傳送信息, 要求頻率切換要求頻率切換占用的時間越短越好。通常占用的時間越短越好。通常, 換頻時間約為跳周期的換頻時間約為跳周期的1/81/1

24、0。 比如跳頻速率為每秒比如跳頻速率為每秒500跳的系統(tǒng)跳的系統(tǒng), 跳周期跳周期Th2 ms, 則其換頻時間為則其換頻時間為0.2 ms左右。左右。 下圖所示是由頻譜儀上觀察到的跳頻信號的頻譜。圖中下圖所示是由頻譜儀上觀察到的跳頻信號的頻譜。圖中箭頭所標示的是載波頻率跳變的過程。箭頭所標示的是載波頻率跳變的過程。 載波頻率之間載波頻率之間的頻率間隔就是信道帶寬的頻率間隔就是信道帶寬, 跳頻的載波數(shù)目乘上信道帶跳頻的載波數(shù)目乘上信道帶寬就是總的跳頻帶寬。寬就是總的跳頻帶寬。 每一個跳頻駐留時間的瞬時所占的信道帶寬是窄帶頻譜每一個跳頻駐留時間的瞬時所占的信道帶寬是窄帶頻譜, 依照跳頻圖案隨時間的變

25、化依照跳頻圖案隨時間的變化, 這些瞬時窄帶頻譜在一個這些瞬時窄帶頻譜在一個很寬的頻很寬的頻帶內(nèi)跳變帶內(nèi)跳變, 形成一個跳頻帶寬。由于跳頻速率形成一個跳頻帶寬。由于跳頻速率很快很快, 從而在宏觀上實現(xiàn)了頻譜的擴展。從而在宏觀上實現(xiàn)了頻譜的擴展。 第2章 空中接口設計 跳頻信號的頻譜跳頻信號的頻譜f第2章 空中接口設計 跳頻技術指標與抗干擾的關系跳頻技術指標與抗干擾的關系(1)跳頻帶寬。跳頻帶寬的大小與抗部分頻帶的干擾能跳頻帶寬。跳頻帶寬的大小與抗部分頻帶的干擾能力有關。力有關。 跳頻帶寬越寬跳頻帶寬越寬, 抗寬帶干擾的能力越強。所以希望能抗寬帶干擾的能力越強。所以希望能全頻段跳頻。全頻段跳頻。

26、例如例如, 在短波段在短波段, 從從1.5 MHz到到3 MHz全全頻段跳頻頻段跳頻; 在甚高頻段在甚高頻段, 從從30 MHz到到80 MHz全頻段全頻段跳頻。跳頻。 (2) 跳頻頻率的數(shù)目。跳頻頻率的數(shù)目與抗單頻干擾及多跳頻頻率的數(shù)目。跳頻頻率的數(shù)目與抗單頻干擾及多頻干擾的能力有關。頻干擾的能力有關。 跳變的頻率數(shù)目越多跳變的頻率數(shù)目越多, 抗單頻、多頻以及梳狀干擾的抗單頻、多頻以及梳狀干擾的能力就越強。在一般的跳頻電臺中能力就越強。在一般的跳頻電臺中, 跳頻的頻跳頻的頻率數(shù)目率數(shù)目不超過不超過100個。個。 第2章 空中接口設計 (3) 跳頻的速率。跳頻的速率是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù)跳頻

27、的速率。跳頻的速率是指每秒鐘頻率跳變的次數(shù), 它與抗跟蹤式干擾的能力有關。它與抗跟蹤式干擾的能力有關。 跳頻的速率越快跳頻的速率越快, 抗跟蹤式干擾的能力就越強?？垢櫴礁蓴_的能力就越強。 一般在一般在短波跳頻電臺中短波跳頻電臺中, 目前其跳速不超過目前其跳速不超過100跳秒。在甚高跳秒。在甚高頻電臺中頻電臺中, 一般跳速在一般跳速在500跳秒。對某些更高頻段的跳跳秒。對某些更高頻段的跳頻系統(tǒng)可工作在每秒幾萬跳的水平。頻系統(tǒng)可工作在每秒幾萬跳的水平。 (4) 跳頻碼的長度跳頻碼的長度(周期周期)。 跳頻碼的長度決定跳頻圖案延續(xù)跳頻碼的長度決定跳頻圖案延續(xù)時間的長短時間的長短, 這個指標與抗截獲

28、這個指標與抗截獲(破譯破譯)的能力有關。的能力有關。 跳頻圖案延續(xù)時間越長跳頻圖案延續(xù)時間越長, 敵方破譯越困難敵方破譯越困難, 抗截獲的能抗截獲的能力力也越強。跳頻碼的周期可長達也越強。跳頻碼的周期可長達10年甚至更長的時間。年甚至更長的時間。第2章 空中接口設計 (5) 跳頻系統(tǒng)的同步時間。跳頻系統(tǒng)的同步時間是指系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)的同步時間。跳頻系統(tǒng)的同步時間是指系統(tǒng)使收使收/發(fā)雙方的跳頻圖案完全同步并建立通信所需要的發(fā)雙方的跳頻圖案完全同步并建立通信所需要的時間。時間。 系統(tǒng)同步時間的長短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因為系統(tǒng)同步時間的長短將影響該系統(tǒng)的頑存程度。因為同步過程一旦被破環(huán)同步過程一旦被

29、破環(huán), 不能實現(xiàn)收不能實現(xiàn)收/發(fā)跳頻圖案的完全發(fā)跳頻圖案的完全同步同步, 則將使通信系統(tǒng)癱瘓。因此則將使通信系統(tǒng)癱瘓。因此, 希望同步建立的過希望同步建立的過程越短越好程越短越好, 越隱蔽越好。越隱蔽越好。 結論：結論： 希望跳頻帶寬要寬希望跳頻帶寬要寬, 跳頻的頻率數(shù)目要多跳頻的頻率數(shù)目要多,跳頻的速率跳頻的速率要快要快, 跳頻碼的周期要長跳頻碼的周期要長, 跳頻系統(tǒng)的同步時間要短。跳頻系統(tǒng)的同步時間要短。 當然當然, 一個跳頻系統(tǒng)的各項技術指標應依照使用的目的、一個跳頻系統(tǒng)的各項技術指標應依照使用的目的、要要求以及性能價格比等方面綜合考慮才能做出最佳的求以及性能價格比等方面綜合考慮才能做出

30、最佳的選擇。選擇。第2章 空中接口設計 FHSS系統(tǒng)的跳頻序列 圖演示了一個跳頻模式以及跳頻系統(tǒng)用來在空中傳輸分組的對應頻率。圖演示了一個跳頻模式以及跳頻系統(tǒng)用來在空中傳輸分組的對應頻率。 第2章 空中接口設計 每一個分組都采用不同的頻率傳輸。頻率的順每一個分組都采用不同的頻率傳輸。頻率的順序為：序為：f3f3，f5f5，f6f6，f1 f1，f4f4，f8f8，f2f2，f7f7，然后，然后再返回第一個頻率再返回第一個頻率f3f3。 這是一個慢跳頻系統(tǒng)，因為每一個分組里包含這是一個慢跳頻系統(tǒng)，因為每一個分組里包含很多個數(shù)據(jù)比特，一次跳躍采用同一頻率傳輸。很多個數(shù)據(jù)比特，一次跳躍采用同一頻率傳

31、輸。 而在快跳頻系統(tǒng)中，頻率跳躍得更快，每一跳而在快跳頻系統(tǒng)中，頻率跳躍得更快，每一跳只傳遞非常短的分組在軍事上使用的快跳頻只傳遞非常短的分組在軍事上使用的快跳頻系統(tǒng)中，有時傳輸一個比特要用到很多比特。系統(tǒng)中，有時傳輸一個比特要用到很多比特。第2章 空中接口設計 FHSSFHSS的性能的性能 無干擾情況下：無干擾情況下：FHSS系統(tǒng)的性能與不采用跳系統(tǒng)的性能與不采用跳頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)是一致的。頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)是一致的。在在FHSSFHSS系統(tǒng)里，載波頻率的跳躍并不影響系統(tǒng)系統(tǒng)里，載波頻率的跳躍并不影響系統(tǒng)在加性噪聲情況下的性能，因為在每一跳中噪在加性噪聲情況下的性能，因為在每一跳中噪聲電平仍然和采用傳

32、統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器的噪聲電平聲電平仍然和采用傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器的噪聲電平一樣。一樣。第2章 空中接口設計 當出現(xiàn)窄帶干擾時：當出現(xiàn)窄帶干擾時：FHSS系統(tǒng)的性能優(yōu)于不系統(tǒng)的性能優(yōu)于不采用跳頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)采用跳頻的傳統(tǒng)系統(tǒng) 。對于傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器而言，工作在受干擾頻帶的信號對于傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器而言，工作在受干擾頻帶的信號干擾比會降得非常低，由此破壞了接收數(shù)字信息的完干擾比會降得非常低，由此破壞了接收數(shù)字信息的完整性。整性。在頻率選擇性衰落信道里，當傳統(tǒng)系統(tǒng)的中心頻率恰在頻率選擇性衰落信道里，當傳統(tǒng)系統(tǒng)的中心頻率恰好受到非常深的頻率選擇性衰落時也會發(fā)生類似現(xiàn)象。好受到非常深的頻率選擇性衰落時也會發(fā)生類似現(xiàn)象。但是

33、在但是在FHSSFHSS系統(tǒng)里，由于載波頻率一直處于變化之中，系統(tǒng)里，由于載波頻率一直處于變化之中，干擾或頻率選擇性衰落造成只破壞傳輸信息的一部分，干擾或頻率選擇性衰落造成只破壞傳輸信息的一部分，在其他中心頻率處傳送的信號卻不受影響。在其他中心頻率處傳送的信號卻不受影響。無線網(wǎng)絡的設計中正是利用了這一點在出現(xiàn)干擾信號或者系統(tǒng)處無線網(wǎng)絡的設計中正是利用了這一點在出現(xiàn)干擾信號或者系統(tǒng)處于頻率選擇性衰落信道時仍然可以提供可靠的傳輸。于頻率選擇性衰落信道時仍然可以提供可靠的傳輸。第2章 空中接口設計 跳頻擴頻的頻帶分配跳頻擴頻的頻帶分配 允許采用允許采用CDMA的幾個不同發(fā)射系統(tǒng)共用同一頻帶。的幾個不

34、同發(fā)射系統(tǒng)共用同一頻帶。 為了實現(xiàn)為了實現(xiàn)CDMACDMA我們只是為每一個終端分配一個不同我們只是為每一個終端分配一個不同的隨機跳頻模式。的隨機跳頻模式。 當兩個不同的用戶使用同一個頻點的時候會發(fā)生多用當兩個不同的用戶使用同一個頻點的時候會發(fā)生多用戶干擾。如果編碼是隨機的而且彼此獨立，那么這樣戶干擾。如果編碼是隨機的而且彼此獨立，那么這樣的沖突會以某一個可計算的概率發(fā)生。的沖突會以某一個可計算的概率發(fā)生。 不允許采用不允許采用CDMA的幾個不同發(fā)射系統(tǒng)共用同一頻帶的幾個不同發(fā)射系統(tǒng)共用同一頻帶。 如果采用的編碼同步，而且系統(tǒng)選擇跳頻模式避免了如果采用的編碼同步，而且系統(tǒng)選擇跳頻模式避免了兩個用

35、戶同時使用同一頻點，那么可消除多用戶干擾。兩個用戶同時使用同一頻點，那么可消除多用戶干擾。在這種情況下頻點的數(shù)量限制了用戶的數(shù)量。在這種情況下頻點的數(shù)量限制了用戶的數(shù)量。第2章 空中接口設計 例：采用例：采用FHSS的的IEEE 802.11中多個接入點中多個接入點 IEEE 802.11 FHSS WLAN規(guī)定了間隔為規(guī)定了間隔為1MHz的的78個跳頻信道，這些跳頻信道被分成三組，個跳頻信道，這些跳頻信道被分成三組，每組有每組有26個，分別對應的信道編號為個，分別對應的信道編號為(0，3，6，9，75)，(1，4，7，10，76)，(2，5，8，11，77)。 這樣的安排使得可以允許有三種不

36、同的系統(tǒng)共這樣的安排使得可以允許有三種不同的系統(tǒng)共存而無需擔心跳頻沖突。例如，這種機制在同存而無需擔心跳頻沖突。例如，這種機制在同一個區(qū)域內(nèi)以互相重疊的方式建立了三套一個區(qū)域內(nèi)以互相重疊的方式建立了三套AP，最終效果使得小區(qū)的容量增加了三倍。最終效果使得小區(qū)的容量增加了三倍。第2章 空中接口設計 跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點及缺陷跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點及缺陷跳頻系統(tǒng)優(yōu)點跳頻系統(tǒng)優(yōu)點: :(1)跳頻系統(tǒng)具有保密性：跳頻系統(tǒng)具有保密性：跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖跳頻圖案的偽隨機性和跳頻圖案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。即使是模擬話音案的密鑰量使跳頻系統(tǒng)具有保密性。即使是模擬話音的跳頻通信的跳頻通信, 只要不知道所使用的

37、跳頻圖案，那么它就只要不知道所使用的跳頻圖案，那么它就具有一定的保密能力。具有一定的保密能力。 當跳頻圖案的密鑰足夠大時當跳頻圖案的密鑰足夠大時, 就就具有抗截獲的能力。具有抗截獲的能力。 (2)具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力：具有抗單頻及部分帶寬干擾的能力：由于載波頻率是跳由于載波頻率是跳變的變的, 因此當跳變的頻率數(shù)目足夠多時因此當跳變的頻率數(shù)目足夠多時, 跳頻帶寬足夠跳頻帶寬足夠?qū)挄r寬時, 其抗干擾能力是很強的。其抗干擾能力是很強的。(3)具有抗多徑衰落的能力：具有抗多徑衰落的能力：利用載波頻率的快速跳變，利用載波頻率的快速跳變， 跳跳變的頻率間隔要大于相關帶寬。變的頻率間隔要大于相關帶

38、寬。第2章 空中接口設計 (4)(4)能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容：能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容： 跳頻系統(tǒng)為瞬時窄帶系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)為瞬時窄帶系統(tǒng), , 能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容。能與現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)兼容。即當跳頻系統(tǒng)處于某一定載頻時即當跳頻系統(tǒng)處于某一定載頻時, , 可與現(xiàn)有的定頻窄可與現(xiàn)有的定頻窄帶系統(tǒng)建立通信。另外帶系統(tǒng)建立通信。另外, , 跳頻系統(tǒng)對模擬信源和數(shù)字跳頻系統(tǒng)對模擬信源和數(shù)字信源均適用。信源均適用。(5) (5) 跳頻系統(tǒng)無明顯的遠近效應：跳頻系統(tǒng)無明顯的遠近效應： 這是因為當大功率信號只在某個頻率上產(chǎn)生遠近效應這是因為當大功率信號只在某個頻率上產(chǎn)生遠近效應, , 當載波頻率跳變至另一個頻率

39、時則不再受其影響。這當載波頻率跳變至另一個頻率時則不再受其影響。這一點一點, , 使跳頻系統(tǒng)在移動通信中易于得到應用與發(fā)展。使跳頻系統(tǒng)在移動通信中易于得到應用與發(fā)展。第2章 空中接口設計 （6）跳頻擴頻方式具有較強的抗定頻干擾能力）跳頻擴頻方式具有較強的抗定頻干擾能力 跳頻擴頻方式是在跳頻擴頻方式是在PN碼的影響下載頻不斷變化。碼的影響下載頻不斷變化。因為載頻一直處于跳變方式，當強的定頻干擾跳頻系因為載頻一直處于跳變方式，當強的定頻干擾跳頻系統(tǒng)的統(tǒng)的個或幾個頻率時，對跳頻系統(tǒng)的性能影響并不個或幾個頻率時，對跳頻系統(tǒng)的性能影響并不嚴重，所以跳頻擴頻方式具有較強的抗定頻干擾能力。嚴重，所以跳頻擴頻

40、方式具有較強的抗定頻干擾能力。 當人為控制定頻干擾尾隨跳頻頻率變化而變化時，當人為控制定頻干擾尾隨跳頻頻率變化而變化時，能否干擾成功主要取決于對跳頻頻譜圖案的掌握及能否干擾成功主要取決于對跳頻頻譜圖案的掌握及跟蹤頻率的跳變速度在軍事上稱為通信電子對抗，跟蹤頻率的跳變速度在軍事上稱為通信電子對抗，在民用或其他領域，這種人為有意的跟蹤干擾基本不在民用或其他領域，這種人為有意的跟蹤干擾基本不存在，自然界中由于雷電、人們生產(chǎn)生活等活動產(chǎn)生存在，自然界中由于雷電、人們生產(chǎn)生活等活動產(chǎn)生的一些定頻干擾，會被跳頻擴頻系統(tǒng)有效克服。的一些定頻干擾，會被跳頻擴頻系統(tǒng)有效克服。第2章 空中接口設計 抗干擾的基本機

41、理抗干擾的基本機理 1）選擇合適的跳頻圖案，有意避開某些定頻干擾）選擇合適的跳頻圖案，有意避開某些定頻干擾 2）采用數(shù)據(jù)重發(fā)機制，當強的定頻干擾跳頻系統(tǒng)）采用數(shù)據(jù)重發(fā)機制，當強的定頻干擾跳頻系統(tǒng)的一個或幾個頻率時，信號在其他未被干擾的的一個或幾個頻率時，信號在其他未被干擾的頻率上進行重傳，進行數(shù)據(jù)彌補。頻率上進行重傳，進行數(shù)據(jù)彌補。第2章 空中接口設計 跳頻系統(tǒng)缺陷跳頻系統(tǒng)缺陷: : (1)信號的隱蔽性差。信號的隱蔽性差。 因為跳頻系統(tǒng)的接收機除跳頻器外與普通超外差式接因為跳頻系統(tǒng)的接收機除跳頻器外與普通超外差式接收機沒有什么差別，它要求接收機輸入端的信號噪聲收機沒有什么差別，它要求接收機輸入

42、端的信號噪聲功率比是正值，而且要求信號功率遠大于噪聲功率。功率比是正值，而且要求信號功率遠大于噪聲功率。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號的頻譜。所以在頻譜儀上是能夠明顯地看到跳頻信號的頻譜。特別是在慢速跳頻時，跳頻信號容易被敵方偵察、識特別是在慢速跳頻時，跳頻信號容易被敵方偵察、識別與截獲。別與截獲。 (2) 跳變速度受限：跳變速度受限： 受半導體器件跳變速度的影響，目前跳頻擴頻系統(tǒng)的受半導體器件跳變速度的影響，目前跳頻擴頻系統(tǒng)的跳變速度受到限制，通常為每秒跳變速度受到限制，通常為每秒200跳左右，軍事上跳跳左右，軍事上跳頻通信系統(tǒng)采用國際最高水平為每秒頻通信系統(tǒng)采用國際最高水平為每秒2

43、500跳。跳。第2章 空中接口設計 (3)跳頻擴頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率受限：跳頻擴頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率受限： 跳頻擴頻系統(tǒng)的增益與跳變速度有關。按照山農(nóng)跳頻擴頻系統(tǒng)的增益與跳變速度有關。按照山農(nóng)定理公式，為獲得較高的擴頻增益，在帶寬定理公式，為獲得較高的擴頻增益，在帶寬(跳變速跳變速度度)一定的情況下只有降低數(shù)據(jù)速率，才能獲得較一定的情況下只有降低數(shù)據(jù)速率，才能獲得較高的擴頻增益，所以目前計算機無線網(wǎng)絡采用跳頻擴高的擴頻增益，所以目前計算機無線網(wǎng)絡采用跳頻擴頻通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率只有頻通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率只有13Mbps，與采用，與采用直接序列擴頻通信技術的直接序列擴頻通信技術的54Mbps、2

44、2Mbps、11Mbps數(shù)據(jù)速率相比相差甚遠。數(shù)據(jù)速率相比相差甚遠。第2章 空中接口設計 直接序列擴頻技術直接序列擴頻技術(DSSS)(DSSS) 直接序列擴頻技術是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼擴展直接序列擴頻技術是將要發(fā)送的信息用偽隨機碼擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端用與發(fā)射端相同的到一個很寬的頻帶上去，在接收端用與發(fā)射端相同的偽隨機碼對接收到的擴頻傳號進行相關處理，恢復發(fā)偽隨機碼對接收到的擴頻傳號進行相關處理，恢復發(fā)送的信息。送的信息。 發(fā)送端：信源輸出信號和偽隨機碼混合發(fā)送端：信源輸出信號和偽隨機碼混合 ，產(chǎn)生一速率，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后用擴頻序列調(diào)與偽隨機碼速率

45、相同的擴頻序列，然后用擴頻序列調(diào)制載波，這樣就可以得到已擴頻調(diào)制的射頻傳號。制載波，這樣就可以得到已擴頻調(diào)制的射頻傳號。 接收端：收到的擴頻信號經(jīng)高頻放大和混頻后，用與接收端：收到的擴頻信號經(jīng)高頻放大和混頻后，用與發(fā)射端同步的偽隨機碼對中頻擴頻信號進行相關解擴，發(fā)射端同步的偽隨機碼對中頻擴頻信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復成信息碼的頻帶，然后再進行解調(diào)，將信號的頻帶恢復成信息碼的頻帶，然后再進行解調(diào)，恢復成所傳輸?shù)男畔?，從而完成對信息的傳輸?；謴统伤鶄鬏數(shù)男畔?，從而完成對信息的傳輸。?章 空中接口設計 信息流的位信息流的位1 1會使擴展碼翻轉(zhuǎn)而直接傳輸會使擴展碼翻轉(zhuǎn)而直接傳輸. .信息位為

46、信息位為0 0則使擴展碼位不翻則使擴展碼位不翻轉(zhuǎn)而直接傳輸轉(zhuǎn)而直接傳輸. .第2章 空中接口設計 DSSSDSSS原理原理 與與FHSS調(diào)制有點相似，調(diào)制有點相似，DSSS也可以被認為是也可以被認為是個兩步個兩步調(diào)制技術，如圖所示：調(diào)制技術，如圖所示： 第2章 空中接口設計 在第一步，每一個傳輸?shù)男畔⒈忍乇粩U展在第一步，每一個傳輸?shù)男畔⒈忍乇粩U展(或映射或映射)成成N個更小脈沖，又叫作碼片個更小脈沖，又叫作碼片(chip)。 所有的碼片用傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制器發(fā)送出去。所有的碼片用傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制器發(fā)送出去。 在接收端，收到的碼片首先被解調(diào)。在接收端，收到的碼片首先被解調(diào)。 然后被送到一個相關器進行信

47、號解擴。然后被送到一個相關器進行信號解擴。 解擴器把收到的信號和與發(fā)射端相同的擴頻信號解擴器把收到的信號和與發(fā)射端相同的擴頻信號( (碼碼片序列片序列) )做相關處理，自相關函數(shù)的尖峰被用來檢測做相關處理，自相關函數(shù)的尖峰被用來檢測發(fā)射的比特。一個好隨機碼的自相關函數(shù)具有非常高發(fā)射的比特。一個好隨機碼的自相關函數(shù)具有非常高的峰對旁瓣比值，可以接近的峰對旁瓣比值，可以接近NN，一般又叫做接收器的，一般又叫做接收器的處理增益。處理增益。第2章 空中接口設計 第2章 空中接口設計 DSSSDSSS特點特點 DSSS信號的傳輸帶寬是未采用擴頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)的信號的傳輸帶寬是未采用擴頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)的N倍。倍。

48、 任何數(shù)字系統(tǒng)占據(jù)的帶寬都和其所采用的發(fā)射脈沖或任何數(shù)字系統(tǒng)占據(jù)的帶寬都和其所采用的發(fā)射脈沖或符號的持續(xù)時間成反比。符號的持續(xù)時間成反比。 在在DSSSDSSS系統(tǒng)里，由于發(fā)射的碼片只有數(shù)據(jù)比特的系統(tǒng)里，由于發(fā)射的碼片只有數(shù)據(jù)比特的1 1NN，因此因此 DSSSDSSS信號的傳輸帶寬是未采用擴頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)的信號的傳輸帶寬是未采用擴頻的傳統(tǒng)系統(tǒng)的NN倍。倍。 第2章 空中接口設計 直接序列擴頻直接序列擴頻(DSSS)(DSSS)實現(xiàn)實現(xiàn) 直擴及解擴的方法可以采用直擴及解擴的方法可以采用BPSK(二進制相移鍵控二進制相移鍵控)、QPSK( (正交相移鍵控正交相移鍵控) )及及MSK(最小頻移鍵控最

49、小頻移鍵控) , 現(xiàn)在的無現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡大都采用的是線網(wǎng)絡大都采用的是QPSK調(diào)制方式。調(diào)制方式。 直擴系統(tǒng)的接收除了前端的放大變頻之外直擴系統(tǒng)的接收除了前端的放大變頻之外, 還要進行解擴還要進行解擴和解調(diào)。和解調(diào)。 最好是先解擴再解調(diào)最好是先解擴再解調(diào), 因為無線信號在空間傳播會有很大因為無線信號在空間傳播會有很大的信號衰減。的信號衰減。 未解擴前的信噪比很低未解擴前的信噪比很低, 甚至信號被淹沒在甚至信號被淹沒在噪音中。一般解調(diào)器難于在很低的信噪比條件下正常解調(diào)噪音中。一般解調(diào)器難于在很低的信噪比條件下正常解調(diào), 會導致高誤碼率。會導致高誤碼率。 先解擴先解擴, 可以通過解擴過程獲得擴頻增

50、益可以通過解擴過程獲得擴頻增益, 提高接收信號信提高接收信號信噪比。然后再進行解調(diào)噪比。然后再進行解調(diào), 就能保證通信的質(zhì)量和可靠性了。就能保證通信的質(zhì)量和可靠性了。 第2章 空中接口設計 在接收端的解擴過程中在接收端的解擴過程中, , 由于有用信號與擴頻序列碼由于有用信號與擴頻序列碼的相關性的相關性, , 從而使其由寬帶解擴為窄帶信號從而使其由寬帶解擴為窄帶信號, , 而由于而由于干擾信號與擴頻序列碼的非相關性干擾信號與擴頻序列碼的非相關性, , 使其由窄帶信號使其由窄帶信號擴展成了寬帶信號擴展成了寬帶信號, , 從而使信噪比大大提高從而使信噪比大大提高, , 獲得了獲得了擴頻增益。擴頻增益

51、。 擴頻系統(tǒng)中的多址問題的解決也是基于此道理。擴頻系統(tǒng)中的多址問題的解決也是基于此道理。 由于由于每個用戶都有惟一的一個碼序列每個用戶都有惟一的一個碼序列, , 只有當接收到的信只有當接收到的信號所包含的碼序列與自身的相同時號所包含的碼序列與自身的相同時, , 經(jīng)過解擴才可能經(jīng)過解擴才可能出現(xiàn)峰值出現(xiàn)峰值, , 從而恢復出原始信號。相反地從而恢復出原始信號。相反地, , 如果接收如果接收到信號的碼序列與自身的不相同到信號的碼序列與自身的不相同, , 經(jīng)過解擴之后其頻經(jīng)過解擴之后其頻譜會變得更寬譜會變得更寬, , 就會把該信號作為干擾信號來對待就會把該信號作為干擾信號來對待, , 更不會恢復出其

52、原始信號形式。更不會恢復出其原始信號形式。 第2章 空中接口設計 擴頻調(diào)制系統(tǒng)進行兩次調(diào)制：擴頻調(diào)制系統(tǒng)進行兩次調(diào)制： 第一次用擴頻碼調(diào)制第一次用擴頻碼調(diào)制 第二次為常用的載波調(diào)制第二次為常用的載波調(diào)制 移動通信中的應用移動通信中的應用 IS-95的下行，的下行，WCDMA上行和上行和CDMA2000上行均采用平衡四相上行均采用平衡四相(BQM)擴頻調(diào)制擴頻調(diào)制 IS-95的上行采用平衡四相改進型的上行采用平衡四相改進型OQPSK技技術術 WCDMA下行、下行、CDMA2000下行采用復四下行采用復四相擴頻調(diào)制相擴頻調(diào)制(CQM)技術技術第2章 空中接口設計 直接序列擴頻方式的優(yōu)點直接序列擴頻

53、方式的優(yōu)點 1、抗強的定頻干擾、抗強的定頻干擾 采用直序擴頻方式對干擾信號而言，由于與偽隨機碼采用直序擴頻方式對干擾信號而言，由于與偽隨機碼不相關，在接收端被擴展，使落入頻帶內(nèi)的干擾信號不相關，在接收端被擴展，使落入頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，從而提高了相關信號的信噪比，使系功率大大降低，從而提高了相關信號的信噪比，使系統(tǒng)的抗干擾性大大提高，如圖所示。統(tǒng)的抗干擾性大大提高，如圖所示。 對直擴無線電通信的干擾，通常采用寬頻帶阻塞式干對直擴無線電通信的干擾，通常采用寬頻帶阻塞式干擾方式對發(fā)射功率為擾方式對發(fā)射功率為1w的擴頻信號實施有效干擾，的擴頻信號實施有效干擾，需用需用4KW的射頻信號進行覆

54、蓋，而在寬頻帶內(nèi)產(chǎn)生連的射頻信號進行覆蓋，而在寬頻帶內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)的、高功率的、寬帶的射頻信號，對設備體積、功續(xù)的、高功率的、寬帶的射頻信號，對設備體積、功耗、器件壽命等要求較高，同時，在干擾對手的同時耗、器件壽命等要求較高，同時，在干擾對手的同時也干擾了自己。也干擾了自己。第2章 空中接口設計 第2章 空中接口設計 2、 抗多徑和抗頻率選擇性衰落抗多徑和抗頻率選擇性衰落 DSSS所采用的發(fā)射帶寬一般來說非常寬，是原所采用的發(fā)射帶寬一般來說非常寬，是原信號帶寬的信號帶寬的N倍，且在這么寬的頻譜上有著相同的能倍，且在這么寬的頻譜上有著相同的能量，任意給定的時間只有一小部分頻譜受衰落的影響。量，任意給

55、定的時間只有一小部分頻譜受衰落的影響。所以具有較強的抗頻率選擇性衰落所以具有較強的抗頻率選擇性衰落 。 抗多經(jīng)干擾的原因是傳輸時延的抗多經(jīng)干擾的原因是傳輸時延的PN信號和原信號信號和原信號PN序列互相關性變差，就像一個其他不相關的用戶信序列互相關性變差，就像一個其他不相關的用戶信號一樣被接收機忽略。號一樣被接收機忽略。第2章 空中接口設計 3、通信安全保密性高、通信安全保密性高 由于直序擴頻系統(tǒng)采用的偽隨機碼是保密的，而且只由于直序擴頻系統(tǒng)采用的偽隨機碼是保密的，而且只有知道直序擴頻系統(tǒng)的偽隨機碼，并與之同步后才能有知道直序擴頻系統(tǒng)的偽隨機碼，并與之同步后才能對系統(tǒng)的保密性構成威脅所以直序擴頻

56、系統(tǒng)的通信對系統(tǒng)的保密性構成威脅所以直序擴頻系統(tǒng)的通信安全保密性是值得信賴的。安全保密性是值得信賴的。4、高速率數(shù)據(jù)傳輸、高速率數(shù)據(jù)傳輸 因直序擴頻數(shù)據(jù)調(diào)制相位的連續(xù)性和頻譜二次諧波分因直序擴頻數(shù)據(jù)調(diào)制相位的連續(xù)性和頻譜二次諧波分量的高遞減性，在展寬的頻譜內(nèi)采用量的高遞減性，在展寬的頻譜內(nèi)采用CCK（互補碼鍵（互補碼鍵控控 ）調(diào)制技術可獲得與跳擴相比高得多的數(shù)據(jù)傳輸率，）調(diào)制技術可獲得與跳擴相比高得多的數(shù)據(jù)傳輸率，目前目前IEEE802.11標準規(guī)定的數(shù)據(jù)最高速率為標準規(guī)定的數(shù)據(jù)最高速率為54Mbps。第2章 空中接口設計 5高的接收靈敏度高的接收靈敏度 PN碼碼長和碼速決定其擴頻增益，而跳頻

57、擴頻碼碼長和碼速決定其擴頻增益，而跳頻擴頻技術擴頻增益取決于頻率跳變速度，因受器件技術擴頻增益取決于頻率跳變速度，因受器件開關速度及相位跟蹤速度的影響，跳頻擴頻增開關速度及相位跟蹤速度的影響，跳頻擴頻增益不能無限制增加，通常直接序列擴頻增益較益不能無限制增加，通常直接序列擴頻增益較跳頻擴頻增益高跳頻擴頻增益高10dB左石，這意味著在相同發(fā)左石，這意味著在相同發(fā)射功率及相同天饋系統(tǒng)的情況下，直接序列擴射功率及相同天饋系統(tǒng)的情況下，直接序列擴頻的通信距離要比跳頻擴頻的通信距離遠一倍。頻的通信距離要比跳頻擴頻的通信距離遠一倍。第2章 空中接口設計 直序擴頻與跳頻擴頻的比較 直序擴頻技術與跳頻擴頻技術

58、均有優(yōu)良的抗干直序擴頻技術與跳頻擴頻技術均有優(yōu)良的抗干擾性、抗衰落性、通信安全保密性。由于兩種擾性、抗衰落性、通信安全保密性。由于兩種技術本身存在的差異，因此在抗強定頻干擾性技術本身存在的差異，因此在抗強定頻干擾性和抗多徑干擾性以及數(shù)據(jù)傳輸速率等方面，直和抗多徑干擾性以及數(shù)據(jù)傳輸速率等方面，直序擴頻技術優(yōu)于跳頻擴頻技術，而在抗序擴頻技術優(yōu)于跳頻擴頻技術，而在抗“遠遠近效應近效應”方面，跳頻擴頻技術略優(yōu)于直序擴頻方面，跳頻擴頻技術略優(yōu)于直序擴頻技術。技術。第2章 空中接口設計 擴頻技術的應用擴頻技術的應用 測距測距 軍用擴頻系統(tǒng)組網(wǎng)軍用擴頻系統(tǒng)組網(wǎng) 快速跳頻電臺快速跳頻電臺 精確制導精確制導 移

59、動通信移動通信 電子對抗中的擴頻技術電子對抗中的擴頻技術 超聲多普勒血流成像超聲多普勒血流成像 CDMA擴頻通信擴頻通信 無線局域網(wǎng)無線局域網(wǎng) 藍牙藍牙(BlueTooth)技術技術 第2章 空中接口設計 幾種等效的說法：幾種等效的說法： 多載波傳輸技術多載波傳輸技術 正交頻分復用技術正交頻分復用技術(OFDM) 離散多音頻調(diào)制離散多音頻調(diào)制(DMT) 多載波調(diào)制多載波調(diào)制 (MCM) 正交頻分調(diào)制正交頻分調(diào)制 (OFM) 為什么引入多載波正交調(diào)制技術為什么引入多載波正交調(diào)制技術 多載波傳輸?shù)母拍畛霈F(xiàn)于多載波傳輸?shù)母拍畛霈F(xiàn)于1960s 概念：概念： 將信道分成若干正交子信道，將高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)

60、串并轉(zhuǎn)換后，分割將信道分成若干正交子信道，將高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后，分割成若干低速數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)采用獨立載波調(diào)制并疊加發(fā)送。棄用傳成若干低速數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)采用獨立載波調(diào)制并疊加發(fā)送。棄用傳統(tǒng)的的帶通濾波器分割子載波的方式統(tǒng)的的帶通濾波器分割子載波的方式 。 對抗多徑信道的方法：并行傳輸，降低數(shù)據(jù)率，增大信息碼元周期，對抗多徑信道的方法：并行傳輸，降低數(shù)據(jù)率，增大信息碼元周期，減小多徑時延擴展的影響，消弱多徑干擾對系統(tǒng)傳輸性能的影響減小多徑時延擴展的影響，消弱多徑干擾對系統(tǒng)傳輸性能的影響 三、正交頻分調(diào)制三、正交頻分調(diào)制(OFM)(OFM)第2章 空中接口設計 多載波傳輸系統(tǒng)原理框圖多載