5. 扩频通信
- 频率分集和时间分集
- 克服多径干扰
-
5.1 伪噪声（PN）序列
5.1.1 序列的产生
伪随机序列（PN序列）
- 具有类似随机噪声的一些统计特性
- 和真正的随机信号不同，可以重复产生和处理
- 最常用的一种
- 最长线性反馈移位寄存器序列
- m序列
- m级寄存器构成的线性移位寄存器
5.1.2 m序列的随机性质
- 平衡特性
- 在m序列的一个完整周期
内，0和1的个数总是相差1
- 在m序列的一个完整周期
- 游程特性
- m序列游程总数为
- 长度为
的游程数等于游程总数的
- m序列游程总数为
- 相关特性
- m序列的自相关函数是周期的二值函数
- 对长度为
的m序列都有
- 如果把序列表示为一个双极性NRZ(Non-Return toZero)信号
- 用“-1”脉冲表示逻辑“1”
- 用“+1”脉冲表示逻辑“0”
- 则可得到一个周期性的脉冲信号
- 每个周期有N个脉冲，每个脉冲称作“码片(chip)”
- 码片的长度为Tc，周期为NTc
- 此时，m序列就对应的表示为连续时间的函数m(t)
- m(t)的自相关函数定义为
- 其中
为连续时间偏移量， 
是的周期函数 - 在一个周期内，可以表示为：
5.1.3 m序列的功率谱
- m序列的信号是一个周期信号，所以其功率谱是一个离散谱
- 图为功率谱包络随N变化的情况
在序列周期T保持不变的情况下，随着N的增加，m(t)的码片Tc=T/N变短，脉冲变窄，频谱变宽，谱线变短
5.2 扩频通信原理
5.2.1 扩频和解频
扩频
- 采用2PSK调制的直接扩频通信系统
- b(t)和c(t)相乘的结果使携带信息的基带信号的带宽被扩展到近似为c(t)的带宽Bc
- 扩展的倍数就等于PN序列一周期的码片数
- 而信号的功率谱密度下降到原来的1/N
- c(t)在这里起着扩频的作用，称作扩频码
- 这种扩频方式就是直接序列扩频DSSS
- 扩频后的基带信号进行2PSK调制
- 得到信号s(t)
- 解扩
- 不考虑信道噪声及各种干扰信号，接收机接收到的信号r(t)=s(t)
- 收到的信号首先和本地产生的PN码c(t)相乘
- 由
- 相乘所得信号显然是一个窄带的2PSK信号，这样信号恢复为一个窄带信号，就是解扩
- 为了实现信号的解扩,要求本地的PN码序列和发射机的PN码序列严格同步，否则所接收到的就是一片噪声
5.2.2 直扩系统抗窄带干扰的能力
- 设i(t)为一窄带干扰信号 ,其频率接近信号的载波
- 解扩后最终扩频系统的输出干扰功率是入1/ N， 即扩频系统的处理增益为 Gp
对r(t)解扩的过程，实际上是对s(t)解扩，对i(t)扩频
窄带干扰i(t)和c(t)相乘后，其带宽被扩展到
- 设输入干扰信号的功率为P则i(t)c(t)就是带宽W，功率谱密度为
干扰信号 - 落入信号带宽的干扰功率为
- 即如图
5.3 抗多径干扰和RAKE接收机
5.3.1 抗多径干扰
- 利用 PN 序列的尖锐的自相关特性和很高的码片速率（Tc很小）
- 有效抑制与 PN 序列不同步的多径信号分量干扰（变多径干扰为有利因素）
- 特别是多径时延大于扩频码的码片时
- 具有二径传输信道的扩频通信系统如下图
5.3.2 多径分离接收机（RAKE）
- 利用各多径信号分量的能量，改善接收信号的质量
- 信号的频谱扩展使信号获得了频率分集的好处
- 多径信号的分离接收也可以看作是一种时间分集
- RAKE接收机的原理图
5.4 跳频扩频通信系统FHSS
5.4.1 基本概念
- 跳频扩就是使窄带数字已调信号的载波频率在一个很宽的频率范围内随时间跳变
- 跳变的规律称作跳频图案
- 接收机也按照这规律同步跳变调谐
-
5.4.2 抗干扰性能
利用跳频序列的随机性和为数众多的频率点，使得它和干扰信号的频率发生冲突的概率大大减小，实现抗干扰
- 令瞬时带宽为B
- 跳频信号的总带宽为W
- 跳频处理增益（可用来表示其抗干扰性能）
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