扩频通信第4章2.docVIP

双通道QPSK接收机方案如图4-14(b)所示。双通道QPSK调制解调器和前面所述的平衡QPSK调制解调器的工作原理是相似的。跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)中所用的扩频信号之一就是采用这种类型的方案。 图4-14 双信道QPSK直扩系统方框图 (a) 发端方框图；(b)收端方框图 最后需要指出，上述所有QPSK调制解调器方案中的扩频调制均可改用OQPSK调制。在TDRSS中就应用了OQPSK方案。 4.3.4 MSK直接序列扩频系统 另一种实用的直接序列扩频调制方案是最小频移键控MSK。图4-15所示为并行MSK直接序列扩频调制解调器方框图。其发射机输出信号为 (4-22) 图4-15 MSK扩频调制解调器方框图 (a) 发端调制方框图；(b)收端解调方框图 当载波和扩频码都取得同步时，MSK直接序列扩频信号可由图4-15(b)所示接收机解调，从而恢复原始数据。 图4-15所示并行MSK扩频系统方案的缺点是其硬件设备相当复杂，而串行MSK硬件设备要简单很多，因此在MSK扩频系统中，串行MSK直接序列扩频技术比较适用。 图4-16所示为串行MSK（即SMSK）扩频调制解调器原理方框图。图4-16(a)和(b)为两种发射机方案，两者的区别只是信息信号调制器的位置不同，原理是一样的。它们都是在二相移相键控的基础上，用变换滤波器来形成MSK信号，在接收端，进行类似的处理，以便得到最佳解调性能。在发射机和接收机中的MSK变换滤波器是一个线性无源时不变滤波器，该滤波器的设计是实现MSK的关键，但特别适合基于DSP处理的软件无线电技术来实现。 与并行MSK扩频方案相比，SMSK调制解调器只使用一个扩频码，而并行MSK调制解调器中要使用两个独立的扩频码，但是，在得到相同性能的条件下，SMSK扩频码速率要比并行MSK方案的码速率提高一倍。 图4-16 串行MSK扩频调制解调器 (a) 一种串行MSK扩频调制器；(b) 另一种串行MSK扩频调制器 (c) 串行MSK扩频信号解调器 需要指出，在图4-16(a)所示方案中，信息信号调制可能在输出信号中产生?/2相位突变，它是由于每当信息信号是“1”时载波增加?/2相移造成的。在图4-16(b) 所示方案中，在MSK变换之前，信息信号和扩频码进行模2加，这时由于是信息信号调制后才进行MSK变换，载波可不产生?/2的相位突变，并且发射信号的功率谱与扩频码速率对载波进行MSK调制的功率谱相同。但这时接收机中只能近似恢复BPSK信息信号调制的巳调波形。而对于高处理增益的系统来讲，这种近似是非常好的，因此这种电路非常实用。 4.4 频率跳变扩频通信系统 频率跳变扩频系统尽管和直接序列扩频系统一样，采用很宽的频带来传输窄带的信息信号，但由于其工作原理和直接序列系统完全不同，因而其发射信号的产生、频谱结构等也与直接序列系统完全不同。 4.4.1 跳频系统的物理概念 跳频就是用伪随机码序列构成跳频指令来控制频率合成器输出信号的频率，在多个频率中进行选择的移频键控。在常规通信系统中，2FSK调制方式只有2个频率：f1和f2分别代表信息信号的1和0。而跳频系统则要求提供几百个、几千个甚至几万个离散的频率供随机选取。由伪随机码序列来构成跳频指令(又称跳频图案)，来随机选取发送信号的频率。 在接收端，为了对输入信号进行解扩（对于跳频系统的解扩通常称为解跳），需要有与发端相同的本地参考伪随机码序列发生器构成的跳频指令去控制本地的频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收到的跳频信号差出一个固定的中频信号来。经中频放大器放大及带通滤波器滤波后，得到一个受信息信号调制的中频信号，然后送到信息解调器恢复出原来的信息信号。频率跳变扩频系统的简单原理方框图见图4-17。 图4-17 跳频系统原理方框图 (a) 发射系统；(b) 接收系统； 下面简单介绍频率跳变扩频系统的工作过程。 在发送端伪随机码序列(扩频码序列)发生器输出的跳频指令或图案，去控制频率合成器输出信号的频率，使其输出信号的频率随机地跳跃变化，如图4-18(a)所示。频率合成器输出的信号就是发射机的本振信号，被信息信号调制后作为跳频信号输出。 图4-18 跳频时频矩阵图 (a)频率跳变示意图；(b) 跳频时频矩阵图 从时间-频率的对应关系来看，多频率的移频键控信号是由时频矩阵组成，每个频率的持续时间为Ts，并按照跳频指令的规定在时频矩阵内跳变，如图4-18(b)所示。 图4-19给出了图4-17所示频率跳变扩频系统方框图中各点波形示意图。图4-19中(1)为送入发端频率合成器的跳频指令波形；(2)为发端频率合成器输出的频移载波波形示意图；(3)为送入接收端频率合成器的跳频指令波形