扩频系统的处理增益与干扰容限以及扩频系统的主要特

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,跳时扩频（THSS）,TDMA,能用时间的合理分配避开强干扰,多个跳时信号可能重叠,需用纠错编码或协调方式的TDMA,抗干扰方法主要是减小占空比，干扰的方法是连续发射强干扰,很少单独使用抗干扰，多混合方式,开关,基本方式,跳时扩频（THSS）接收,处理增益为占空比的倒数,门1,PN码,门2,检测,检测,判决,输出,本地PN码，与发端同步,选通门，选通传号和空号,基本方式,线性调频,(Chirp,),发射脉冲，其载频在信息脉冲持续时间T内线性变化,f,1,f,2,产生方法,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,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,基本方式,DS/FH混合方式,总处理增益,G,DS/FH,G,DS,G,FH,提高了系统的抗干扰能力,降低实现的难度,基本方式,DS/TH混合方式,直扩信号,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,扩频方式,优 点,缺 点,DS,通信隐蔽性好,信号易产生，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,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。,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n,0,（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。,理论基础,（4）信息速率R的极限值为RR,max,C，当B趋于无穷大时，信道要求的最小信噪比为E,b,/n,0,，E,b,为码元能量，SE,b,R,max,。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。,无线电管理部门不能监测到扩频信号？,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。,理论基础,S,i,N,i,编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换,编码系统,结论：输出信噪比与带宽成指数关系，,带宽的增加能明显地提,高系统的输出信噪比。,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。,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,编码器,信道,解码器,输入,f,m,B,B,R,i,S,0,N,0,f,m,B,H,R,0,解码（解调）前后信息速率不变，,R,i,=R,0,理论基础,编码系统与非编码系统的带宽与信噪比互换,非编码系统,AM系统：,AM,信号的表达式为,结论：输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽无关。,不存在,带宽与信噪比的互换关系。,FM系统：,结论：输出信噪比与输入信噪比成正比，与带宽有关。,带宽与信,噪比可互换。,增加带宽可以换取信噪比，但效率不高。,式中，,A,为信号振幅，,f,（,t,）为调制信号，,|f,（,t,）,|,A,。,A,为信号振幅，,f(t),为调制信号，,k,f,为调制系数或调制灵敏度。,理论基础,2、,柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式：,P,e,f,(,E,b,/,n,0,),P,e为差错概率,E,b,为比特信号能量,n,0,为噪声功率谱密度,因为，,信号功率,S,E,b,T,b,(,T,b,为信息持续时间),噪声功率,N,B,n,0,(,B,为信号频带宽度),信息带宽,F,l,T,b,则,P,e,f,(,T,b,BS,/,N,)=,f,(,S,/,N,B,/,F,),结论:信噪比和带宽是可以互换的。,扩频通信系统的数学模型,Ss.,信道,S,s,-1,.,S(t),n(t),J(t),区间,f,a,，,f,b,S,s,-1,S,s,s,（,t,）,=s,（,t,）,S,s,-1,n（t）=S,s,n（t）=n(t),S,s,-1,J（t）=S,s,J（t）=J(t),扩频通信系统的物理模型,般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。,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。,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。,解：,将信号带宽分别增加一倍，即，C不变，可得,：,信道噪声变化，由此可得信号功率的相对变化,例题：,某一系统的信号带宽为8，信噪比为7，求信道容量C。在C不变的情况下，信号带宽分别增加一倍和减少一半，求此信号功率的相对变化为多少。,将信号带宽减少一半，即，C不变，可得,信号功率的相对变化,主要参数,1、处理增益,（,扩频增益）Gp,(Spreading 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：,Gp,B,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 关处理后的带宽为,F,的信息，而排除掉宽频带,W,中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。,处理增益,Gp,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,处理增益只有在解扩之后才能获得。,主要参数,2、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：,其中：Ls,为系统内部损耗，（,S,N,）,0,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,码率的S/N）。,另一种干扰容限定义：,P,J,/P,S,(,条件：设备性能、工作环境、干扰性质）,主要参数,3、干扰门限,实际允许输入的,最大,干扰电平，定义为：,其中：Ls,为系统内部损耗，（,S,N,）,0,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,码率的S/N）。,例题：,一个扩频系统的处理增益为35dB，要求进入解调器的最小输出信噪比,，系统损耗 ，则其干扰容限为？,主要参数,扩频通信系统,怕,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C/I小于,（,S,N,）,0,，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。,对于扩频系统，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。因为在相同的功率前提下，带宽信号与PN码的卷积比窄带信号与PN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系统采用的射频频率相同。,内容总结,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。发射脉冲，其载频在信息脉冲持续时间T内线性变化。fm,BH,R0。制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。信道噪声变化，由此可得信号功率的相对变化。PJ/PS(条件：设备性能、工作环境、干扰性质）。扩频通信系统怕不怕干扰,