1、第三节 扩频系统的处理增益与干扰容限以及扩频系统的主要特点 基本方式基本方式跳跳时时扩频（扩频（THSSTHSS）TDMA,TDMA,能用能用时间的合理分时间的合理分配避开强干扰配避开强干扰多个跳时信多个跳时信号可能重叠号可能重叠需用纠错编需用纠错编码或协调方式码或协调方式的的TDMATDMA抗干扰方法抗干扰方法主要是减小占主要是减小占空比，干扰的空比，干扰的方法是连续发方法是连续发射强干扰射强干扰很少单独使很少单独使用抗干扰，多用抗干扰，多混合方式混合方式开关开关基本方式基本方式跳跳时时扩频（扩频（THSSTHSS）接收接收处理增益为处理增益为占空比的倒数占空比的倒数门门1 1PNPN码码门
2、门2 2检测检测检测检测判决判决输出输出本地本地PNPN码，与码，与发端同步发端同步选通门，选通选通门，选通传号和空号传号和空号基本方式基本方式线性调频线性调频(Chirp(Chirp) )发射脉冲，其载频在信息脉发射脉冲，其载频在信息脉冲持续时间冲持续时间T T内线性变化内线性变化f f1 1f f2 2Bfff|21tt0)(22)21cos()(20TtTttts产生方法产生方法接收方法接收方法匹配滤波器由色散延迟线（DDL）构成，这种延迟线对高频成分延时长，对低频成分延时短。因此，频率由高变低的载波信号通过匹配滤波器后，各种频率几乎同时到达输出端，这些信号成分叠加在一起，形成对脉冲时间
3、的压缩，使输出信号的幅度增加，能量集中，形成一相关峰。 相关峰相关峰线性调频信号不需要用伪随机码控制。线性调频信号占用的频带比信息带宽大得多，体现了频谱的扩展。处理增益为信号带宽与信息信号带宽之比 BTTfBBWGaP基本方式基本方式DS/FHDS/FH混合方式混合方式总处理增益总处理增益G GDS/FH DS/FH G GDSDSG GFHFH提高了系统的抗干扰能力 降低实现的难度基本方式基本方式DS/THDS/TH混合方式混合方式直扩信号直扩信号t t多址能力很强，实际上具有TDMA和CDMA多址功能，因而可以容纳更多的用户。特点比较特点比较扩频方式优 点缺 点DS通信隐蔽性好信号易产生，
4、易实现数字加密能达到1100MHz带宽 同步要求严格“远一近”特性不好FH 可达到非常宽的通信带宽有良好的“远一近”特性快跳可避免瞄准干扰模拟或数字调制灵活性大 快跳时设备复杂多址时对脉冲波形要求高慢跳隐蔽性差，快跳频率合成器难做TH 与TDMA自然衔接，各路信号按时隙排列良好的“远一近”特性数字、模拟兼容 需要高峰值功率需要准确的时间同步对连续波干扰无抵抗能力理论基础理论基础1、信息论中的香农(Shannon) 定理 C-信道容量（比特/秒） N-噪声功率 B-带宽（赫兹） S-信号功率（1）要增加信道容量，可通过增加传输带宽B或增加信噪比S/N，且增加B比增加S/N更有效。（2）在无差错传
5、输的信息速率C不变时，带宽B和信噪比S/N可互换。即可通过增加B来降低系统对S/N的要求；也可以通过增加信号功率来降低信号传输带宽。sbitNSBC/)1 (log2理论基础理论基础（3）当B增加到一定程度时，C不可能无限地增加，有一极限值，即 说明：在S和n0（白噪声的功率谱密度）一定时，C是有限的。当S/N很小时（0.1）得到：即，在无差错传输的信息速率C不变时，如N/S很大，则必须使用足够大的带宽B来传输信号。 SNCB44. 10020244. 1log)1 (loglimlimnSnSeBnSBCBB理论基础理论基础（4）信息速率R的极限值为RRmaxC ，当B趋于无穷大时，信道要求
6、的最小信噪比为Eb/n0 ，Eb为码元能量，SEbRmax 。因此，信道要求最小信噪比为可知：扩频系统可在负信噪比或噪声下工作。 实际上现有的扩频通信设备都有一个主要技术指标即对应于一定误码率的接收系统的灵敏度。如果接收信号电平小于此值，该通信系统将不能正常工作。而此接收系统的灵敏度电平一般在-85 -100dBm之间。这个电平值是完全在无线电管理部门的仪器仪表监测的范围内。如采用21dBi增益天线，40dB增益低噪声放大器，HP系列频率分析仪，系统的接收灵敏度可达到-140dB左右，完全可以监测到扩频信号。因此说无线电管理部门监测不到扩频通信信号的说法是完全错误的。事实上各级无线电管理部门已
7、经通过对扩频信号进行监测的方法查找了不少非法设立的扩频通信系统。 44. 11max00RnSnEbdBnEb6 . 1694. 044. 11min0理论基础理论基础S Si i,N,Ni i编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换编码系统编码系统HBBiiNSNS00结论：结论：输出信噪比与带宽成指数关系输出信噪比与带宽成指数关系，带宽的增加能明显地提带宽的增加能明显地提 高系统的输出信噪比。高系统的输出信噪比。增加带宽的有效途径是通过编码增加带宽的有效途径是通过编码 或调制的方法，增加信号的多余度或调制的方法，增加信号的多余度 。 理想带通系统：能够实
8、现极限信息速率传输且能达到任意小差错概理想带通系统：能够实现极限信息速率传输且能达到任意小差错概率的通信系统率的通信系统 编码器编码器信道信道解码器解码器输入输入f fm mB BB,RB,Ri iS S0 0,N,N0 0f fm m,B,BH,H,R R0 0)1 (log2iiiNSBR)1 (log0020NSBRH解码（解调）前后信息速率不变，解码（解调）前后信息速率不变，R Ri i=R=R0 0 理论基础理论基础编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换非编码系统非编码系统iiNStfAtfNS)()(222200AMAM系统：系统：AM信号的表
9、达式为信号的表达式为结论：结论：输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽无关输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽无关。不存在不存在 带宽与信噪比的互换关系。带宽与信噪比的互换关系。 FMFM系统：系统：iiffNSmmNS)1 (3200结论：结论：输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽有关。输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽有关。带宽与信带宽与信 噪比可互换。噪比可互换。增加带宽可以换取信噪比，但效率不高。增加带宽可以换取信噪比，但效率不高。ttfAts0cos)(）式中，式中， A为信号振幅，为信号振幅，f（t）为调制信号，）为调制信号，|f（t）|A。)(cos)(00tfdttfktAts
10、A为信号振幅，为信号振幅，f(t)为调制信号，为调制信号，kf为调制系数或调制灵敏度。为调制系数或调制灵敏度。 理论基础理论基础2 2、柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式： P Pe e f f( (E Eb b/ /n n0 0) ) P Pe e为差错概率为差错概率 E Eb b为比特信号能量为比特信号能量 n n0 0为噪声功率谱密度为噪声功率谱密度 因为因为，信号功率信号功率 S SE Eb bT Tb b ( (T Tb b为信息持续时间为信息持续时间) ) 噪声功率噪声功率 N NB Bn n0 0 ( (B B为信号频带宽度为信号频带宽度
11、) ) 信息带宽信息带宽 F Fl lT Tb b 则则 P Pe e f f( (T Tb bBSBS/ /N N) =) = f f( (S S/ /N NB B/ / F F ) )结论结论: :信噪比和带宽是可以互换的。信噪比和带宽是可以互换的。扩频通信系统的数学模型扩频通信系统的数学模型Ss.Ss.信道信道Ss-1. S(t)S(t)n(t)n(t)J(t)J(t)区间区间ffa a，f fb b )()()(tJtnts Ss-1 Ss s（t）=s（t）Ss-1n（t）= Ss n（t） =n(t)Ss-1J（t）= Ss J（t） =J(t) 扩频通信系统的物理模型扩频通信系统
12、的物理模型般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。 一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调 制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。 与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解 扩部分。扩部分。 解：解： 将信号带宽分别增加一倍，即，将信号带宽分别增加一倍，即，C不变，不变，可得可得 ： 信道噪声变化，由此可得信号功率的相对信道噪声变化，由此可得信号功率的相对变化变化 例题：例
13、题：某一系统的信号带宽为某一系统的信号带宽为8 8，信噪比为，信噪比为7 7，求信道容量求信道容量C C。在。在C C不变的情况下，信号带宽不变的情况下，信号带宽分别增加一倍和减少一半，求此信号功率的分别增加一倍和减少一半，求此信号功率的相对变化为多少。相对变化为多少。 )/(24)71 (log*8)1 (log22sKbNSBC83. 112111BCNS将信号带宽减少一半，即，C不变，可得 信号功率的相对变化 523. 0783. 1*/783. 1/1111NNSSNSNS6312222BCNS5 . 4763*/22NNSS主要参数主要参数1 1、处理增益、处理增益（扩频增益）扩频增
14、益）GpGp(Spreading(Spreading Gain) Gain) 频谱扩展后的信号带宽B与频谱扩展前的信息带宽F之比： GpB B F F 在扩频通信系统中接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相在扩频通信系统中接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相 关处理后的带宽为关处理后的带宽为 F F 的信息，而排除掉宽频带的信息，而排除掉宽频带W W中的外部干扰、噪中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。音和其地用户的通信影响。处理增益处理增益GpGp反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。因此，也可反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。因此，也可定义为接收相关处理器输出与输入信噪比的比值，即定义
15、为接收相关处理器输出与输入信噪比的比值，即iiooPNSNSG/输入信噪比输出信噪比处理增益只有在解扩之后才能获得。处理增益只有在解扩之后才能获得。主要参数主要参数2 2、干扰容限、干扰容限扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为：扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为： 其中：其中： Ls Ls 为系统内部损耗，（为系统内部损耗，（S SN N）0 0为系统正常工作时要求的为系统正常工作时要求的 （解扩器）最小输出信噪比（解调前要求的对应于一定误（解扩器）最小输出信噪比（解调前要求的对应于一定误 码率的码率的S/N）。）。)(osPjNSLGM另一种干扰容限定义：P
16、J/PS(条件：设备性能、工作环境、干扰性质）主要参数主要参数3 3、干扰门限、干扰门限实际允许输入的实际允许输入的最大最大干扰电平，定义为：干扰电平，定义为： 其中：其中： Ls Ls 为系统内部损耗，（为系统内部损耗，（S SN N）0 0为系统正常工作时要求的为系统正常工作时要求的 （解扩器）最小输出信噪比（解调前要求的对应于一定误（解扩器）最小输出信噪比（解调前要求的对应于一定误 码率的码率的S/N）。）。)()(outsysPinNSLGSJinsysPoutSJLGNS)()(例题：例题： 一个扩频系统的处理增益为一个扩频系统的处理增益为35dB35dB，要，要求进入解调器的最小输
17、出信噪比求进入解调器的最小输出信噪比，系统损耗，系统损耗 ，则其干扰容限为？，则其干扰容限为？ dBLsys3dBNSout10)/(dBNSLGMoutsyspj22)103(35)(主要参数主要参数扩频通信系统扩频通信系统怕怕不怕干扰？不怕干扰？扩频通信系统的抗干扰能力用干扰容限来衡量，一旦扩频通信系统的抗干扰能力用干扰容限来衡量，一旦C/I小于小于（S SN N）0 0 ，系统将受到干扰。从现有的扩频通信系统干扰来看，扩频，系统将受到干扰。从现有的扩频通信系统干扰来看，扩频通信系统的抗干扰能力是有一定限度的。通信系统的抗干扰能力是有一定限度的。对于扩频系统，宽带干扰比窄带干扰更严重？对于
18、扩频系统，宽带干扰比窄带干扰更严重？这个认识在干扰功率相同的情况下是错误的。因为在相同的功率这个认识在干扰功率相同的情况下是错误的。因为在相同的功率前提下，带宽信号与前提下，带宽信号与PN码的卷积比窄带信号与码的卷积比窄带信号与PN码的卷积带宽要宽，码的卷积带宽要宽，导致相对功率谱密度较低。因此通过接收机滤波器后的干扰信号较导致相对功率谱密度较低。因此通过接收机滤波器后的干扰信号较小，因此宽带信号干扰效果不如窄带干扰效果明显。事实上直接序小，因此宽带信号干扰效果不如窄带干扰效果明显。事实上直接序列扩频通信系统最怕的干扰是瞄射式干扰，即干扰频率与扩频通信列扩频通信系统最怕的干扰是瞄射式干扰，即干扰频率与扩频通信系统采用的射频频率相同。系统采用的射频频率相同。
