扩频讲义-第5讲混合扩频通信系统.pdf

扩频通信扩频通信吴志军 2007年9月16日吴志军 2007年9月16日中国民航大学中国民航大学电子信息工程学院 通信工程系电子信息工程学院 通信工程系第五讲 扩频系统系统及其特点第五讲 扩频系统系统及其特点?跳变时间跳变时间TH扩频系统扩频系统 ?混合扩频系统混合扩频系统5.1 跳变时间扩频跳变时间扩频TH? 跳变时间(Time Hopping)工作方式，简称跳时(TH)方式与跳频相似，跳时是使发射 信号在时间轴上跳变首先把时间轴分成许多时片在一帧内哪个时片发射信号由扩频 码序列去进行控制可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控 由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了 跳时系统虽然也是一种扩展频谱技术，但因其抗干扰性 能不强，通常并不单独使用在时分多址通信系统中利 用跳时来减少网内干扰，并能改善系统中存在的远近效 应 ? 将跳时(TH)分别与直接扩频(DS)和跳频(FH)相结合则构 成直扩/跳时(DS/TH)系统和跳频/跳时(FH/TH)系统若 将直扩、跳频和跳时三者结合在一起则构成直扩/跳频/跳 时(DS/FH/TH)扩展频谱系统5.2 混合式扩频系统混合式扩频系统?混合式扩频系统的好处混合式扩频系统的好处 ? 提高系统的抗干扰能力，降低部件制作的技 术难度，使设备简化，降低成本，满足使用 要求。

提高系统的抗干扰能力，降低部件制作的技 术难度，使设备简化，降低成本，满足使用 要求5.2.1 直扩／跳频（直扩／跳频（DS/FH）扩频系统）扩频系统NRZ) t (d) tcos(P20ω) t (sd频综码 产生码钟) t (hT) t (st差 分 编 码) t (d'C(t)1 2 k发端) t (dˆ频综码 产生码钟)Tˆt (hdR−) t ( r宽 带窄 带1 2 kDPSK 解调) t (y)Tˆt (Cd−]t )cos[(2IF0φ+ω+ω收 端先对差分编码，再载波调制，形成DPSK信号，然后直括得到Sds(t)信号，再经上变频跳频，则发射信号功率谱密度为：取和频因为所以在接收端，先对接收信号解跳频，然后在对DS解扩，如果实现良好的FH图象同步和DS的码同步，则：－为差分编码数据对载波的调制信号其中Φ(t)为FH引起的随机相位变化)]()([)(fSfSfShdst∗=∑ =++−=++−≈kmcmcmkc hccc dsTffTffTfSTffTffPTfS212202 02]})[(sin])[({sin2)(]})[(sin])[({sin2)(∑∑∫==∞+∞−+++−−−=++−=kkmcmcmkcmkccc tTfffTfffPTTffTffPTfS2102 02210'2 0'2]})[(sin])([{sin2{21]})[(sin])[({sin2[)()](cos[)(2)('ttTtdptyIFdφω+−=?若已知直接序列扩频系统处理增益是GDS, 跳频 系统处理增益是GFH，则DS/FH混合扩展频谱系 统的总处理增益GDS/FH是它们的乘积：GDS/FH＝ GDS*GFH。

5.2.2 直扩／跳时直扩／跳时(DS/TH)系统系统? 直扩／跳时系统, 是在直接序列扩展 频谱系统的基础上 增加了对射频信号 突发时间跳变控制 的功能⊗⊗⊗5.2.3 直扩／跳频／跳时直扩／跳频／跳时(DS／／FH／／TH)系统系统?将三种基本扩展频谱系统组合起来构成一个直扩 ／跳频／跳时混合式扩展频谱系统其复杂程度是 可想而知的 ?因此，在一般的具有抗干扰能力的电台中很少使 用，而多用于以时多会址的大的信息系统中严重干扰环境严重干扰环境 ? 当电磁环境异常恶劣的条件下，或者要求通信系统的抗于扰指 标非常高，单独一种扩展频谱系统难以满足要求时，可采用混 合式扩展按谱系统 例如：例如：某数字话音通信系统要求处理增益为50dB，数据率为 16kbit／s若采用直接序列扩展频谱系统时，要求伪码码片速 率1500Mchip/s这样高的速率目前的技术水平是达不到的 ? 若采用直扩／跳频混合式扩展频谱系统，则可以满足系统总处 理增益增为50dB的要求比如，若直接序列扩展频谱的系统的 伪码速率为50Mchip／s，数据率为16kbit／s，则可获得直扩系 统处理增益35dB剩下的15dB处理增益由跳频系统来完成。

当 跳频处理增益15dB时，要求频率跳变的频率数目是32个这 样，采用直扩／跳频混合式扩展频谱系统既能满足指标要求， 又容易实现这种直扩与跳频混合式扩频系统，可实现优势互 补，使其具有全面的抗干扰能力5.3 混合式扩展频谱系统的适用性混合式扩展频谱系统的适用性5.3 混合式扩展频谱系统的适用性混合式扩展频谱系统的适用性?移动通信环境移动通信环境? 在移动通信中，移动体的相对 运动将引起收、发信机之间电 波传播距离的随机变化当系 统内多用户同时工作时，对直 扩系统而言，会在接收机输入 端产生近距离大功率无用信号 抑制远端小功率有用信号的现 象，即所谓远－近效应如右 图所示远－近效应1XT2XT2XR 1XR? 正常的通信路径是卡车Txl发信，卡车Rx1收信和轿车Tx2发 信，轿车Rx2收信； ? 当Txl与Tx2同时发信时，卡车Rx1将同时收到来自远端卡车 Txl的信号和近端轿车Tx2的信号； ? 由于近端信号的干扰，会使卡车Rx1与卡车Txl的通信质量 下降，严重时，会引起通信中断 ? 直接序列扩展频谱通信系统，要求接收端的有用信号的 功率必须大于或等于无用信号的功率，即所谓等功率的 条件，否则系统不能正常工作。

因此，在移动环境下， 直接序扩展频谱系统必须采取严格地功率控制措施，否 则将存在严重的远近效应 跳频扩展频谱系统由于其载波频率是跳变的，只有当网 内用户的跳频频率出现相互重叠的时候才引起远近效 应因此，跳频扩展频谱系统的远近效应远比直接扩展 频谱系统的要小 ? 为了解决远近效应的影响，还可以采用跳时系统利用 发射信号时间的不同在时间上避免网内用户信号的相 互重叠，从而免除了近端大功率信号对远端小功率信号 的干扰影响 ? 因此，在移动通信环境中，为了消除远近效应对通信系 统的影响，多采用混合式扩展频谱通信系统，如跳频／ 跳时扩展频谱通信系统若综合考虑抗干扰性能时，可 采用直扩／跳频／跳时(DS／FH／TH)混合式扩展频谱系 统多径传播环境多径传播环境 ? 多径效应是指由于电波传播过程中的多条路径使到达 接收端的信号产生衰落与展宽的现象；多径效应是指由于电波传播过程中的多条路径使到达 接收端的信号产生衰落与展宽的现象； ? 在短波的天波传播通信以及城市地面移动通信中，都 存在着严重的多径效应因此，它们属于典型的多径 传播环境在短波的天波传播通信以及城市地面移动通信中，都 存在着严重的多径效应。

因此，它们属于典型的多径 传播环境 ? 短波电离层信道的传播时延约在短波电离层信道的传播时延约在0.1 - 2ms；移动通信 中的传播时延因地形地物的限制而不同开阔地区＜；移动通信 中的传播时延因地形地物的限制而不同开阔地区＜ 0.2μ μs，郊区约为，郊区约为0.5μ μs，市区约为，市区约为3μ μs 直接序列扩展频谱通信系统由于采用相关接收，它具有抗多径效应的 能力跳频系统由于其载波频率的跳变起到频率分集的作用从而也具 有一定的抗多径效应的能力对于跳时系统，可以看作是对信号进行 时间分集接收直接序列扩展频谱通信系统由于采用相关接收，它具有抗多径效应的 能力跳频系统由于其载波频率的跳变起到频率分集的作用从而也具 有一定的抗多径效应的能力对于跳时系统，可以看作是对信号进行 时间分集接收 ? 但是这三种系统的抗多径能力都是在一定的条件下才成立的直接序 列扩频系统要求码片宽度小于或等于最小的传播时延；跳频系统要求 跳频频率间隔要大于相关带宽，并采用快跳频，即保证每一比特信息 应在一跳或多跳中传输对跳时系统，也要求每一比特信息应在一跳 或多跳中传输只有这样才能起到分集的效果但是这三种系统的抗多径能力都是在一定的条件下才成立的。

直接序 列扩频系统要求码片宽度小于或等于最小的传播时延；跳频系统要求 跳频频率间隔要大于相关带宽，并采用快跳频，即保证每一比特信息 应在一跳或多跳中传输对跳时系统，也要求每一比特信息应在一跳 或多跳中传输只有这样才能起到分集的效果 ? 一般，直接序列的码片宽度要＜一般，直接序列的码片宽度要＜0.2μ μs还是容易达到的，它只需码片 速率为还是容易达到的，它只需码片 速率为5Mchip／／s对于跳频速率要等于或大于信息比特速率，比 如说大于或等于对于跳频速率要等于或大于信息比特速率，比 如说大于或等于 16kbit／／s，就不很容易实现，因为跳速要等于或 大于，就不很容易实现，因为跳速要等于或 大于1.6万次／秒跳时系统也存在类似快速的问题直接序列扩频 系统虽然容易满足抗多径的条件，具有良 好的抗多径能力，但它不 适于移动通信环境因此，移动通信抗多径的环境下，以混合式扩展 频谱系统为好比如说，直扩与跳频，直扩与跳时，直扩、跳频与跳 时的组合万次／秒跳时系统也存在类似快速的问题直接序列扩频 系统虽然容易满足抗多径的条件，具有良 好的抗多径能力，但它不 适于移动通信环境因此，移动通信抗多径的环境下，以混合式扩展 频谱系统为好。

比如说，直扩与跳频，直扩与跳时，直扩、跳频与跳 时的组合多网工作环境 ? 组网通信中，存在两个问题: ? 网内可容纳的用户地址数目； ? 可承受网间干扰的能力 ? 对于直扩系统，网内同时可工作的地址数与系统的处理增益成正 比当处理增益给定时，网内用户数也就一定了否则，会使网 内的干扰加重，影响通信质量若是多个直接扩频网工作时，则 存在网间干扰问题这将限制允许建网的数目 ? 对于跳频系统，若按正交组网方式，可组网的数目等于跳频频率 的数目；若按非正交组网方式，可组网的数目约等于跳频频率数 目的四分之一通常，跳频频率数是有限的，因此，可组网数也 是受限的 ? 为了满足多个网、大用户容量和抗干扰的要求，常采用混合式扩 频系统来解决在数字通信系统，还可采用时分多址、跳时、直 扩加跳频的混合系统来实现多网、多用户、高质量、抗干扰的通 信综上所述，混合式扩展频谱系统适用于： ? 高抗干扰性能要求的系统，特别是军事信息 系统； ? 抗多径、抗衰落信道条件的系统，特别是移 动通信和天波传播的短波通信系统； ? 多网、极多用户；曲及通信与测距等综合信 息与导航定位系统； ? 综合优化性能价格比的系统结束语结束语谢谢！。