第四章

擴(kuò)頻信號(hào)西安電子科技大學(xué)張林讓引言擴(kuò)頻(調(diào)制)是一種通信技術(shù)：被發(fā)射的調(diào)制信號(hào)在發(fā)射到信道之前，其頻帶被擴(kuò)大若干倍(簡稱擴(kuò)頻)；而在接收端，接收信號(hào)的頻帶則被縮小相同倍數(shù)(謂之解擴(kuò)或縮頻)如果通信信道不存在某種窄帶(相對(duì)于擴(kuò)頻帶寬而言)干擾，并且擴(kuò)頻和解擴(kuò)的帶寬相同，那么解擴(kuò)之后，接收信號(hào)將完全等同于擴(kuò)頻之前的被發(fā)射信號(hào)。西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室引言白噪聲下的信號(hào)匹配接收．其輸出只與信號(hào)能量有關(guān)、而與信號(hào)的波形無關(guān)。從中我們還看不出擴(kuò)頻的必要性.然而，當(dāng)存在窄帶干擾時(shí),擴(kuò)頻的必要性便突現(xiàn)出來.由于干擾是在發(fā)射信號(hào)被擴(kuò)頻之后才加入的，所以接收端的解擴(kuò)操作在將期望信號(hào)縮回到原帶寬的同時(shí)，還會(huì)將非期望信號(hào)(即干擾)的帶寬擴(kuò)頻同一倍數(shù)，從而使窄帶干擾變成了寬帶干擾，減小了其功率譜密度。因此，擴(kuò)頻可以用來減小干擾對(duì)接收性能的影響，實(shí)現(xiàn)抑制窄帶干擾的目的，并且擴(kuò)頻越寬、窄帶干擾的抑制能力就越強(qiáng)．西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室引言在軍用通信中，友臺(tái)往往被敵臺(tái)偵測或截獲，并且容易受到故意施放干擾(故意干擾)的攻擊．?dāng)U頻技術(shù)最早就是為了解決這兩個(gè)問題而被提出來的．利用擴(kuò)頻達(dá)到降低通信臺(tái)被偵測性：低截獲概率(LPI:lowProbabilityofintercept)通信系統(tǒng)．減小敵臺(tái)施放的干擾影響：抗干擾(AJ：antijam)通信系統(tǒng)西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.1擴(kuò)頻與解擴(kuò)

擴(kuò)頻序列{cn}，必須有以下性質(zhì)（1）均值近似為零，即：（2）自相關(guān)函數(shù)為周期函數(shù)（3）本身是周期函數(shù)：，任意整數(shù)k西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)頻原理西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)頻原理西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室圖(a)波形——數(shù)據(jù)比特（低速率帶寬較窄）圖(b)波形——碼片波形（速率高、頻帶寬）圖(a)×圖(b)=圖(c)——發(fā)射信號(hào)（速率變高，頻帶變寬——擴(kuò)頻）擴(kuò)頻信號(hào)：

相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）接收信號(hào)相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室窄帶干擾

白噪聲

比特總能量Eb，比特間隔（碼元間隔）T，單個(gè)比特幅值相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）解擴(kuò)（對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)解除擴(kuò)頻）——參見圖6.1.1，圖(c)×圖(b)=圖(a)西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）對(duì)窄帶干擾擴(kuò)頻

,干擾頻帶大大展寬，變?yōu)椋偰芰坎蛔?，故能量密度大大減?。ㄒ娤聢D）。對(duì)寬帶噪聲基本無擴(kuò)頻作用，噪聲寬帶本來>西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）假設(shè)通信臺(tái)以比特率（比特/秒）和發(fā)射功率S(W)發(fā)送信號(hào)解擴(kuò)后信噪比：

干擾+噪聲總能量

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雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）發(fā)射信號(hào)帶寬，從（Hz）增大為（Hz），

>>（窄帶）干擾帶寬從擴(kuò)展為，若J表示干擾總功率，則為擴(kuò)頻后干擾的功率譜密度（參見上圖），（寬帶）噪聲帶寬帶寬不變，平均功率N0不變。通常（干擾功率大于噪聲功率）

西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)接收機(jī)（解擴(kuò)）解擴(kuò)頻后信干噪比西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室原信干比

擴(kuò)頻比，又稱擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益

提高解擴(kuò)后的信干噪比：

（1）采用大的信干比（不實(shí)用）（2）采用大的擴(kuò)頻增益（實(shí)用、有效）

西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室離散擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)接收機(jī)相關(guān)接收機(jī)輸出

最佳檢測器是單電平的檢測器,發(fā)射比特,發(fā)射比特西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室因?yàn)樽韵嚓P(guān)性質(zhì)

信息比特的恢復(fù)要求

接收機(jī)用于同接收信號(hào)相乘的擴(kuò)頻序列必須與相關(guān)檢測之前接收到的擴(kuò)頻序列同步。若不同步

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雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室比特信息丟失！

擴(kuò)頻信號(hào)應(yīng)具有的性質(zhì)：

（1）擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)（2）擴(kuò)頻信號(hào)帶寬>>傳輸數(shù)據(jù)的帶寬

（3)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的擴(kuò)頻信號(hào)副本西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室偽噪聲序列使擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)的常用方法是采用偽噪聲序列作擴(kuò)頻信號(hào)。偽噪聲（PN：pseudo－noise）序列也稱偽隨機(jī)序列，是用確定性方法產(chǎn)生的序列，但它卻近似具有隨機(jī)產(chǎn)生序列所希望的某些關(guān)鍵隨機(jī)特性。西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室偽噪聲序列通常要求所產(chǎn)生的偽噪聲序列滿足：容易產(chǎn)生既具有很低的自相關(guān)函數(shù)，又具有很低的互相關(guān)函數(shù)具有很長的周期很難由一段短的序列重構(gòu)常用偽噪聲序列：m序列、Gold序列西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室4.2直接序列擴(kuò)頻

在多用戶通信中，本質(zhì)上是通過賦予每個(gè)用戶不同的特征波形（Signaturewaveforms）或擴(kuò)頻波形實(shí)現(xiàn)多用戶檢測。

碼片序列:第i個(gè)用戶在時(shí)刻k的碼片值，，PN序列擴(kuò)頻波形（碼片序列＋脈沖波形）:第i個(gè)用戶的特征波形（特征波形）。

西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室脈沖成形函數(shù)

西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過脈沖成形函數(shù)實(shí)現(xiàn)

脈沖成形函數(shù)（碼片脈沖函數(shù)或碼片波形），應(yīng)滿足條件：

常用脈沖成形函數(shù)：

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雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（1）矩形脈沖：（2）函數(shù)：

直接序列擴(kuò)頻波形的生成

應(yīng)指出：特征波形本身并不載有待發(fā)送的任何信息，但它是不同用戶的“收聽身份證”。特征波形為確定性信號(hào)，通常約定它具有單位能量，即

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雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室頻譜利用率明顯提高多個(gè)用戶的分離多個(gè)用戶的分離取決于特征波形之間的相關(guān)性，若正交，多用戶之間很容易分離西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室直接序列擴(kuò)頻的特征波形的特點(diǎn)由以下三要素決定

（1）碼片波形→頻譜利用率（2）每個(gè)比特的碼片數(shù)目→擴(kuò)頻增益（3）長度為的二進(jìn)制碼片序列→自相關(guān)、互相關(guān)特性西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)頻因子（擴(kuò)頻增益）對(duì)固定的持征波形時(shí)間寬度，其帶寬與N成正比．在一個(gè)正交的同步正交序列擴(kuò)頻CDMA系統(tǒng)中，可以支持的用戶數(shù)小于或等于N大的N有利于提高通信系統(tǒng)的保密性．因?yàn)樗鼈儗⒆璧K非合法用戶破解持征波形的企圖，防止他們對(duì)發(fā)射的信息進(jìn)行竊聽。由于持征波形的能量譜與N成反比，所以大的N值可減小由同時(shí)存在的窄帶發(fā)射引起的干擾．同理，低截獲概率的通信能力也隨N值的升高而增強(qiáng)．西安電子科技大學(xué)

雷達(dá)信號(hào)處理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)頻因子（擴(kuò)頻增益）

隨著N的增大，由窄帶人為干擾引起的通信性能下降將得到緩解隨著N的增大，能夠確定的信號(hào)達(dá)到時(shí)間的可靠性增加．這將使得接收機(jī)的定時(shí)同步變得容易，并提高接收機(jī)抗多徑效應(yīng)的能力．西安電子科技大學(xué)