扩频通信教学文档2

第二章跳频系统本章主要掌握FH系统原理，及其调制与解调技术；了解跳时、混合扩频系统原理。一、跳频（FH）通信原理用伪码控制信息调制的射频或载波频率，使之不断地、随机地在一定频带范围内发生跳变。跳变频率数可在N（几千～220个）中随机选取，如图：B1－最小跳频间隔B1t1时刻t2时刻通常设（符号速率）――保证相邻频点上信息调制谱互不重叠射频带宽，N――可跳频点数组成：信源信息调制带通频率合成器PN码发生器高放IF滤波信息解调频率合成器本地PN码发生器同步系统……1k1k调制解跳（发）（收）在DS中，扩频码一次用1bit，FH中，k比特位对应1个载波频率，对应个跳变频率，组成跳频图案，如：分析：发端：信息调制信号跳频载波，设在时刻，时间间隔内：――在跳频点上的驻留时间――跳频速率，――某跳频点中心频率，收端：与本地跳频载波相乘，去谐波项，可得：若与频率跳变同步，满足（固定中频）则有用信号项BIF\信息解调\显然：（信息调制带宽），解跳起着解扩同等作用，把带宽，还原为窄带――抑制干扰和噪声。跳频增益：要指出：跳频同步很难实现，即\导致不能用相干解调故发端多为非相干FSK方式\解调时可以不考虑（教材上用的BPSK方式，举例不妥）对于干扰：－―频率不会与同步――受抑制如为固定频率干扰只可能与N个频率中1个差为中频，造成一个频率碰撞――干扰概率，即：：不同网络用户的跳频图案不可能与相同―――受抑制：宽带噪声解跳后变为窄带白噪声―――频带压缩N倍以下对快跳、慢跳、多个窄带干扰射中多个跳频等内容进行详细介绍。二、FH系统组成其组成重画如下信源信息调制带通频率合成器PN码发生器高放IF滤波信息解调频率合成器本地PN码发生器同步系统……1k1k调制解跳（发）（收）如前所述，，――某跳频点中心频率，跳频速率，――在跳频点上的驻留时间(等于PN码发生器的时钟周期)接收端采用同步解跳，本地提供同步跳频载波：相乘去谐波，显然，跳频图案同步，可保证，无法保证因此，进入信息解调为：是随机值∴不能用相干解调的调制方式，即一般不用BPSK，而用MFSK2.1关于“慢跳”与“快跳”：关键问题：调制符号速率sR，信息BIT速率aR，跳频速率R之间关系。设跳频速率（跳/秒），在跳频点上的驻留时间调制符号宽度，调制符号速率，当―――慢跳即一个“chip”频点上对应几个信息比特反之，―――快跳Ts即每个调制符号对应多次频率跳变（多个chip）“慢跳”与“快跳”系统各有特点，下面分别介绍：2.2非相干慢跳跳频系统设MFSK用4FSK：即信码码元宽――2个码元组成一个符号，4FSK调制：，可输出个单频之一，即：对应的信码频谱宽度：――4FSK的频宽！调制符号周期为Ts=LTa，所占带宽为正交排列，频率间隔至少为(在非正交情况下，，4FSK中单频带宽为)“慢跳”：设――即一个“chip”上传送2个数据码元（4比特信息）后再跳到另一“chip”频点上。例：设可跳“chip”数为,―――“chip”数为4视频关系图（描述频率跳变关系）如下：每个chip上瞬时频谱占据宽度：（∵，由确定）各个“chip”频点等概出现，则总频谱宽度：举例如下慢跳频图案：T=2Ts=4Ta，跳频顺序为：W1-W3-W2-W4-W14321tTTs数据01110011110110000001接收变频（混频）频输出MFSK信号为了减小误码率，可以采用增加频点数、在多个频道（点）同时发送的方法，但也导致瞬时频宽较大和发射功率大的问题，可以采用重叠的方法来减小瞬时频宽。2.3非相干快跳频系统快跳：――，每个调制符号上有多个“chip”优点\每个发射信息符号有频率分集增益，提高对窄带干扰的抗扰性能设MFSK为4FSK,让：―――意味着每个发射的调制符号宽度（），有2个“chip”∴瞬时频谱宽度：（由决定）(――频谱展宽了)由于每个符号（）有频率分集（多个跳频chip组成）――数据解调器的解调模式为：a.对每个“chip”，先单个判决，然后据h个chip值作大数判决来决定符号值b.使用最大似然估值准则，将多个“chip”组成波形作为每个符号的函数来计算似然值举例快跳频图案：设采用4FSK，且有T=Ts=2=2Ta=2=Ta跳频顺序为：W1-W3-W2-W4-W1-W2-W2-W44321tTsT,Ta数据011100102.4快跳频速率，跳频数的确定假设1chip对应1个符号，则个频点中若有个相同频率的窄带干扰，且干扰功率大于信号功率，可能造成传输误码率为：，如若采用快速跳频，用h个“chip”表示1个信息bit，且用大数判决解调，则误码率为：（二项式分布）―――为一个频率传送的错误率―――为一个频率传送的正确检测率―――使一个符号错判所必须的错判“chip”数例如：，若，用“三中取二”判决比降低了三个量级―――其代价：提高了h倍瞬时带宽：加大k倍若射频带宽一定（一定）：则可用下降h倍―――跳频增益↓∴工程上：，，之间合理折衷，以满足、要求2.5转发式干扰对跳频速率的要求FH发干扰机FH收如图：军用上干扰机将接收FH信号放大并污染，再转发去实施干扰（干扰频率相同，功率大――危害大）对抗方法：提高跳频速率，可在干扰机对前1频率响应转发到达时，发射频率已经快速跳转到另一“chip”上―――快速“躲避”即要求：rdT设FH收发信机之间传播时延干扰机转发传输时延二者差∴只要满足，即：就可以了三、跳时（TH）*将信息符号一帧持续时间分成若干时隙，由伪码产生的跳时图案控制在某个时隙，将一帧数据猝发出去如：占空比＝TcTcTsTst组成：由于发送猝发性，需缓冲存储器暂存输入信码（一帧）信源缓存调制控制门PN码发生器开关解调控制门本地PN码发生器同步系统……1k1k（发）（收）高速开关载波缓存显然，干扰只有干扰某一时隙可能性，干扰概率为D（也是猝发性干扰）跳时增益：缺点：对定时同步太严格，对连续型窄带干扰需要采用滤波等方法去除四、混合扩频系统*――――目的是达到综合抗干扰的效果！4.1FH/DS如图为收发信机组成：一般：PN码系统特点：a.抗干扰能力提高处理增益：信源调制频合PN码II混频解扩频合本地PN码II同步……1k1k（发）（收）扩频解调PN码IPN码I高放解跳固定中频DS信号对于单纯DS而言：抗单频瞄准式干扰能力差有远近效应干扰（由于干扰源距离造成的接收端干扰幅度的不同，即使发射相同干扰功率也无法解决）如：收1距发1远收1距发2近这样，收1收到干扰电平（发2的）远大于有用信号电平（发1的）对于单纯FH而言：抗转发式干扰能力差，抗多径能力差两者结合：FH无远近效应干扰（可躲避发2频率），DS可弥补FH抗多径和转发式干扰的不足b.简化设备、降低技术难度例如：要求的DS系统，在下单纯DS.单纯FH.个可用跳频数而FH/DS.同等下可使N与都降低―――技术难度↓如：发1发2收1收2干扰干扰，――易于实现4.2TH/DS系统在DS系统中增加一个通断开关来控制DS信号发射时隙即可组成调制高频开关触发器与门n级序列发生器信码模二加伪码(n-r)条线解调高频开关触发器与门n级序列发生器本地伪码(n-r)条线平衡调制器……从n级伪码发生器选出（n–r）级的状态并行输至与门，当（n-r）级状态全为1时，与门输出触发脉冲控制信号发射，而（n–r）级全“1”态是随机的，在伪码一个周期内共有次特点：a.对强的突发性干扰有“回避”功能设发射间隔为，跳时序列平均长，则在某时刻突发干扰重合信号的概率为突发干扰…b.DS一般使用CDMA作多用户通信，用户有各自伪码作地址码，这些伪码必须正交，再加入时隙分配――可容纳更多多址用户而不相互干扰缓存缓存