扩频通信2章.ppt

第2章 扩展频谱通信系统的性能分析 2.1 引言 2.2 抗干扰的能力分析 2.2.1 抗广义平稳干扰能力分析 2.2.2 抗窄带与单频干扰能力分析 2.2.3 抗多径干扰能力分析 2.3 扩频通信的多址能力分析 2.4 扩展频谱通信系统的测距和测速能力分析 习题与思考题 第2章 扩展频谱通信系统的性能分析 通信系统的主要性能指标有两个，即通信系统传输信息的有效性和可靠性。有效性是衡量信息传输的“速度”问题；而可靠性是衡量信息传输的“质量”问题。 对于模拟通信系统，消息传输速度主要决定于单位时间内传送消息数目，信息传输的可靠性用信噪比表示。 在数字通信系统里，重要的性能指标有两个，即传输速率和差错率。常用传信率或比特率（Rb）来衡量信息传输的有效性，单位是比特／秒。差错率常用误码率表示，误码率指接收方收到错误码元数在发送方发出的总码元数中所占比值，记为Pe： 误码率的大小与信道大小及噪声或干扰的形式有关。 在通信中遇到的噪声或干扰按来源分为人为干扰和自然干扰： 1) 人为干扰是故意实施的干扰，以达到破坏对方通信目的； 2) 自然干扰是一种非故意干扰，大多为来自自然界的干扰，如天电干扰、宇宙和大气噪声、系统或设备电路内部产生的电气干扰等。 按照干扰本身的用途和频谱成分，干扰分为： （1） 单频干扰。 （2） 窄带干扰。 （3） 瞄准式干扰。 （4） 转发式干扰。 （5） 宽带阻塞式干扰。 抗干扰，就是采用各种技术措施，在各种干扰条件下还能保证通信正常工作。常用的抗干扰措施如下： 扩展频谱通信技术。 突发通信技术。 毫米波噪声通信。 分集接收技术。 信息加密技术。 2.2 抗干扰的能力分析 扩频通信系统的人为干扰中，当干扰信号瞄准扩展频谱通信系统的中心频率时，对直接序列扩频（DS-SS）系统的射频干扰是最恶劣的，对跳频扩频（FH）系统则影响较小；而宽带阻塞式干扰及转发干扰对于FH系统的危害较大。我们把由同一扩频系统内电子器件或其它无线电系统发出的人为加性干扰信号，归类为广义平稳随机过程；而将由于信道的延迟和损耗特性导致干扰信号随时间而改变的乘性干扰，如变参数的电波传播信道的乘性干扰，引起信号的电平衰落和波形失真，当类为带限高斯白噪声过程。 2.2.1 抗广义平稳干扰能力分析 广义平稳干扰是各种自然干扰（如雷电、飞行体和汽车点火花等）的抽象模型，不管有无信号，干扰始终存在。假设接收机同步已经建立，信号在传输中受到空间各种信号和噪声的干扰，进入接收机天线的混有噪声的信号So(X, t)表达为： 式(2-3)中， ?C = 2?fc是射频载波中心角频率， 表示多普勒角频率， 表示初相角，这个干扰信号通过射频接收器滤波处理后并取其实部分析，即噪声信号为 因此，基带干扰功率谱密度PN(f )的带宽不超过射频滤波器带宽BRF时，又进一步假定n(X, t)与进入接收机的其它信号相互独立，其单边功率谱密度为No，为了进行归一化处理基带干扰n(X, t)的功率，使具有单位平均功率，令 扩展频谱通信系统模型 设基带滤波器是线性的，且系统的单位冲激响应为h(t)，其带宽与发射端数字信息带宽相同，则基带滤波器的输出N?(X, t)为 由于基带噪声n(X, t)是一个平稳随机过程，且n(X, t)与C*(X, t)相互独立，则扩频接收机的输出信号N?(X, t)统计特性指标均值E[N?(X, t)]和方差D[N?(X, t)]分别为 设进入接收机的干扰信号的带宽为fn，中心频率为fon，频谱如2-2 (a)图所示，设本地扩频码的扩频带宽为fs，中心频率为foc，频谱如2-2 (b)图所示，下面我们从频域来分析频谱展宽的原理。 根据卷积公式， 2.2.2 抗窄带与单频干扰能力分析 对J(t)进行傅里叶变换后得到干扰的功率谱密度PJ(f )，带宽为Ba，通过射频滤波器后的单频干扰信号进入解扩相关器，相关器的主瓣带宽为BC，且BC》Ba，相关器输出干扰的功率为 上式中，RC(?)是本地扩频码C(X, t)的自相关函数，其傅里叶变换为SC(f )，H(f)是系统函数h(t)的傅里叶变换，|H(f)|2是功率传输函数。由于扩频码SC(f )的带宽BC远大于H(f)的带宽，所以在H(f)的通带内干扰的谱被大大展宽，基带滤波器输出的单频干扰功率谱密度大大降低，信噪比提高。图2-3所示为扩频系统对于窄带单频干扰信号的处理过程。 2.2.3 抗多径干扰能力分析 在无线电波通信领域，多径指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象。大气层对电波的散射、电离层对电波的反射和折射，以及山峦、建筑等地表物体对电波的反射都会造成多径传播，使接收端收到的信号是这些信号的随机干涉合成（增强或相消），如图2-4和图2-5所示。 下