扩频通信第7章
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扩频通信的理论基础
接收解调 可用匹配滤波器来实现。由色散延迟线构成。对低频成分延 迟时间长，对高频成分延迟时间短，于是频率由低到高的调 频信号通过匹配滤波器后，各频率分量几乎同时输出，信号 叠加在一起，形成了脉冲时间的压缩，使输出信号幅度增加， 能量集中，将有用信号检出。而不匹配的信号在时间上没有 压缩，甚至反被扩展。
根据扩频信号的产生方式，分为 ➢ 直接序列系统； ➢ 频率跳变系统； ➢ 时间跳变系统； ➢ 线性脉冲调频系统； ➢ 混合扩频通信系统； (1) 频率跳变-直接序列混合扩频系统； (2) 时间跳变-频率跳变混合扩频系统； (3) 时间跳变-直接序列混合扩频系统；
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1.2.1 直接序列系统
名称 直接序列调制扩展频谱通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum Communication System，DS-SS），简称直接序列 系统或直扩系统。
简单的时间跳变系统抗干扰性不强，故很少单独使用。常 与其他方式结合使用，组成混合扩频方式。
从抑制干扰角度看，该系统得益甚少，其优点在于减少了 工作时间的占空比。系统的伪随机码参数不易被侦破。主 要缺点：对定时要求严格。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
概念 线性脉冲调频系统（Chirp）是指系统的工作频率在一给定的 脉冲时间间隔内线性地扫过一个很宽的频带，形成一带宽很 宽的扫频信号，或者说工作频率在一给定的时间间隔内线性 增大或减小，使发射信号频谱占据很宽的范围。
在语音频段，线性调频听起来类似鸟的“啾啾”叫声，故也 称为鸟声调制。
特点 线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制 技术，由于其信号占用的频带宽度远远大于信息带宽，从而 也可获得较好的抗干扰性能。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
根据扩频信号的产生方式，分为 ➢ 直接序列系统； ➢ 频率跳变系统； ➢ 时间跳变系统； ➢ 线性脉冲调频系统； ➢ 混合扩频通信系统； (1) 频率跳变-直接序列混合扩频系统； (2) 时间跳变-频率跳变混合扩频系统； (3) 时间跳变-直接序列混合扩频系统；
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1.2.1 直接序列系统
名称 直接序列调制扩展频谱通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum Communication System，DS-SS），简称直接序列 系统或直扩系统。
简单的时间跳变系统抗干扰性不强，故很少单独使用。常 与其他方式结合使用，组成混合扩频方式。
从抑制干扰角度看，该系统得益甚少，其优点在于减少了 工作时间的占空比。系统的伪随机码参数不易被侦破。主 要缺点：对定时要求严格。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
概念 线性脉冲调频系统（Chirp）是指系统的工作频率在一给定的 脉冲时间间隔内线性地扫过一个很宽的频带，形成一带宽很 宽的扫频信号，或者说工作频率在一给定的时间间隔内线性 增大或减小，使发射信号频谱占据很宽的范围。
在语音频段，线性调频听起来类似鸟的“啾啾”叫声，故也 称为鸟声调制。
特点 线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制 技术，由于其信号占用的频带宽度远远大于信息带宽，从而 也可获得较好的抗干扰性能。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
第7章IS-95数字蜂窝移动通信系统
A和D发送了比特1，B发送了比特0，C保持沉默。
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二、网络结构与接口
二、网络结构与接口
与GSM相似，也有MS、BTS、BSC、MSC、HLR、VLR、OMC、 AUC、EIR、SMSC等。
主要接口：Um、Abit、A
Um接口主要参数： 上行824MHz-849MHz 频道间隔1.25MHz 调制方式QPSK 下行869MHz-894MHz 双工间隔45MHz 信道速率1.2288Mbps
M=G-（Ls+SNR） Ls-系统内部损耗 例：G=30dB，SNR=10dB，Ls=2dB，M=18dB 表明干扰功率超过信号功率18dB时，系统就不用正常工 作，极限18dB。
5
扩频通信
4、直接序列扩频
m(t) × c(t) PSK s1(t) 放功 载波 m(t):10 采用双极性不归零码 c(t)=m(t)×p(t) p(t):1101001
理想的信号是类似白噪声的随机信号，因为任何时间 上不同的两段白噪声都不一样，若代表二种信号，差别就 最大。 真正的随机信号是不能重复再现的，所以只能用一种 周期性的码序列来逼近它的性能，故称伪随机码PN。 PN在扩频系统或CDMA系统中起着十分重要的作用， 这类码序列的重要特性是它具有近似白噪声的性能。
在C不变的条件下，频带B和信噪比S/N是可以相互 转换的，甚至信号被噪声淹没时，只要有足够的宽带， 也能可靠通信，这就是扩频通信使用宽带的原因。
4
扩频通信
2、处理增益 G= 10lgB/Bm B-扩频信号带宽 Bm-信号带宽
表示信噪比改善程度，是扩频系统一个重要指标。 3、抗干扰容限
通信系统要正常工作，需保证输出端有一定的SNR，抗 干扰能力有限，引入抗干扰容限。
扩频通信资料
扩频通信一、简介扩频通信是一种通过同时传输多个频带信号以提高通信效率和抗干扰能力的通信技术。
扩频通信技术在军事通信、卫星通信、移动通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍扩频通信的原理、应用和发展趋势。
二、扩频通信原理扩频通信利用码分多址技术，通过同时使用多个频带信号的方式来传输信息。
在发送端，数据会被编码成高频率的扩频码序列，然后与载波信号相乘，形成一个带有更宽频率的信号。
接收端利用相同的扩频码序列进行解码，将多个频带信号分离出来还原成原始数据。
这种方法可以提高数据传输速率和保护通信安全。
三、扩频通信应用1.军事通信：扩频通信技术可以有效保护通信数据的安全性，提高抗干扰能力，广泛应用于军事通信系统中。
2.卫星通信：卫星通信需要长距离传输数据，扩频通信技术可以提高通信质量和覆盖范围，是卫星通信的重要技术支持。
3.移动通信：3G、4G、5G等移动通信标准中都采用了扩频通信技术，以提高数据传输速率、提高通话质量和减少信号干扰。
四、扩频通信发展趋势1.多载波扩频技术：通过同时使用多个载波信号，提高通信吞吐量和频谱利用率。
2.混合码扩频技术：结合不同类型的扩频码序列，进一步提高通信系统的性能和安全性。
3.飞跃式发展：未来扩频通信技术将朝着更高速率、更低功耗和更广覆盖等方向发展，为5G、IoT和智能网联汽车等新兴应用提供支持。
五、总结扩频通信技术作为一种高效的通信方法，已在各个领域得到广泛应用。
随着通信技术的不断进步，扩频通信将继续发挥重要作用，推动通信行业的发展。
希望本文对您对扩频通信有更深入的了解，并对其未来发展趋势有所启示。
扩频通信概述ppt课件
抗多径干扰能力强 ，应用扩频意味着多径效果的减小 能够实现精确的定时和高分辨率的测距和测速
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
1515
扩频通信概述
四、扩展频谱通信系统的特点
缺点
复杂、成本高 对宽带干扰没有抵抗能力 对信道要求高，带宽效率低（某些场合）
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
2525
扩频通信概述
八、扩频通信技术的发展趋势
扩频带宽和处理增益进一步提高； 跳频和跳时的跳速向更高的方向发展； 扩频码的复杂性进一步提高； 采用混合扩频技术； 采用多进制扩频技术； 采用多载波扩频技术； 扩频通信技术实现的数字化、 软件化；
扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、 自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合 使用。
1616
扩频通信概述
五、扩频通信的发展简史
跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期
1942年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家George Antheil发明。
直接序列的概念晚几年出现
相关检测出现在1940年代后期 瑞克接收机出现在1952年
早期绝大多数应用于军事和情报目的
扩频通信概述
扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
二、扩频通信的概念
三、扩频通信的分类
四、扩频通信系统的特点
五、扩频通信的发展简史
六、扩频通信系统的主要技术指标
七、扩频通信的应用
八、扩频通信技术的发展趋势
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2024/3/10
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
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扩频通信概述
四、扩展频谱通信系统的特点
缺点
复杂、成本高 对宽带干扰没有抵抗能力 对信道要求高，带宽效率低（某些场合）
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扩频通信概述
八、扩频通信技术的发展趋势
扩频带宽和处理增益进一步提高； 跳频和跳时的跳速向更高的方向发展； 扩频码的复杂性进一步提高； 采用混合扩频技术； 采用多进制扩频技术； 采用多载波扩频技术； 扩频通信技术实现的数字化、 软件化；
扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、 自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合 使用。
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扩频通信概述
五、扩频通信的发展简史
跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期
1942年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家George Antheil发明。
直接序列的概念晚几年出现
相关检测出现在1940年代后期 瑞克接收机出现在1952年
早期绝大多数应用于军事和情报目的
扩频通信概述
扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
二、扩频通信的概念
三、扩频通信的分类
四、扩频通信系统的特点
五、扩频通信的发展简史
六、扩频通信系统的主要技术指标
七、扩频通信的应用
八、扩频通信技术的发展趋势
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
无线 第7章 无线多址技术
跳频码分多址（FH-CDMA）。
第7.4节、码分多址
1、直扩码分多址（DS-CDMA） 在DS-CDMA系统中，窄带信号直接与伪随机序列（PN）相乘，PN码片
的速率比信息数据的速率要高若干个数量级，因此相乘后的信号频谱被
扩展到很宽的带宽，简称直扩码分多址。 DS-CDMA系统中的每个用户都有自己的PN码，并且与其它用户的PN码
无线通信技术基础
第7章、无线多址技术
内容介绍
多址技术也是无线通信系统的关键技术之一，甚至是移动通信系统换代 的一个重要标志。 蜂窝技术将无线覆盖区域规划成一个个的蜂窝小区。多址
技术则在一个无线小区内进一步将有限的频率资源分配给众多的用户。
多址技术允许很多移动用户同时共享有限的无线频率资源，通过不同的 处理技术使不同用户之间的信号互不干扰，可以分别接收和解调。 蜂窝系统中登记的用户数量远远大于同一时刻实际请求服务的用户数量 ，多址技术就是研究如何将有限的频率资源在多个用户之间进行有效的分配 和共享，在保证通信质量的同时尽可能获得更高的系统容量。 多址技术对无线信号进行了多维划分，不同的维度对应着不同的多址技 术，如频分多址、时分多址、码分多址和空分多址。信号维度划分的目标是 要使不同用户的无线信号之间在所划分的维度上达到逻辑上的正交，这样， 这些用户就可以共享有限的频率资源而不会相互干扰。
DS-CDMA具有软容量限制，容量的大小取决于噪声环境。
在DS-CDMA系统中，信号被扩展在一个较宽频谱上，频谱带宽比信 道的相干带宽大很多，固有的频率分集会减小多径衰落的影响。
在DS-CDMA系统中，信道的数据速率很高，符号时间比信道的时延
扩展小很多，超过一个码片延迟的多径将被认为是噪音。使用RAKE 接收机收集不同时延的信号进行叠加可以提高接收的可靠性。
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。
通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。
这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。
在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。
显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。
在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。
通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。
由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息和发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息和发出信息的符合程度。
因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。
在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。
在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。
扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了使用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。
扩频通信是扩展频谱通信的简称。
我们知道，频谱是电信号的频域描述。
承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。
信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。
频域和时域的关系由式(1-1)确定：⎰∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2⎰∞∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(⎰∞∞-必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（和待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。
第七章 多路复用和多址技术
从传输速率来讲，每秒钟能传送 8000 帧，而每帧包含 32×8
＝256bit，因此，传码率为 2568000 2.048M 波特，信息速率
为 2.048Mbit/s。
PCM 30/32路系统的一帧
❖ 前面讨论的7P.C3M.530P/3C2路M和高P次CM群24系路时统分多路系统，
称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电 视信号）通过PCM系统传输，就要求有较高的传码率 。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇 合成更高速率的数字流，以形成PCM高次群系统。 CCITT推荐了两种一次、二次、三次和四次群的数字等 级系列，如表7.3-1所示。 ❖ 表7.3-1所示的复接系列具有如下优点： ❖ 易于构成通信网，便于分支与插入。 ❖ 复用倍数适中，具有较高效率。 ❖ 可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高次 群相适应。
图7-8 基于PCM30/32路系列的数字复接体制
7.3.6 SDH的提出
对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的改革，为此，CCITT 制订了TDM制的150Mb/s以上的同步数字系列（SDH）标准。它不仅适用于光纤 传输，亦适用于微波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改变 传输网拓扑, 充分发挥网络构成的灵活性与安全性， 而且在网路管理功能方面大 大增强。数字复接系列（同步数字系列）如表7.3-2所示。
[例7.3.1]
❖ 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传 输，抽样频率为8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照 8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形 脉冲，且占空比为0.5。计算TDM-PCM基带信号的第一 零点带宽。
[例7.3.2]
[例7.3.3]
＝256bit，因此，传码率为 2568000 2.048M 波特，信息速率
为 2.048Mbit/s。
PCM 30/32路系统的一帧
❖ 前面讨论的7P.C3M.530P/3C2路M和高P次CM群24系路时统分多路系统，
称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电 视信号）通过PCM系统传输，就要求有较高的传码率 。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇 合成更高速率的数字流，以形成PCM高次群系统。 CCITT推荐了两种一次、二次、三次和四次群的数字等 级系列，如表7.3-1所示。 ❖ 表7.3-1所示的复接系列具有如下优点： ❖ 易于构成通信网，便于分支与插入。 ❖ 复用倍数适中，具有较高效率。 ❖ 可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高次 群相适应。
图7-8 基于PCM30/32路系列的数字复接体制
7.3.6 SDH的提出
对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的改革，为此，CCITT 制订了TDM制的150Mb/s以上的同步数字系列（SDH）标准。它不仅适用于光纤 传输，亦适用于微波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改变 传输网拓扑, 充分发挥网络构成的灵活性与安全性， 而且在网路管理功能方面大 大增强。数字复接系列（同步数字系列）如表7.3-2所示。
[例7.3.1]
❖ 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传 输，抽样频率为8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照 8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形 脉冲，且占空比为0.5。计算TDM-PCM基带信号的第一 零点带宽。
[例7.3.2]
[例7.3.3]
移动通信原理 课后答案
第二章
无线传播与移动信道
2.1 移动通信信道具有哪些主要特点？ 答：移动通信信道的主要特点： （1）传播的开放性； （2）接收环境的复杂性； （3）通信用户的随机移动性。 2.2 在移动通信中，电波传播的主要传播方式有哪几种？ 答：电波传播的主要方式：直射、反射、绕射。 2.3 移动通信的信道中存在着大、中、小尺度（范围）的衰耗与衰落，它们各自具有什么性 质的特征？ 答：移动通信信道中，大、中、小尺度衰耗与衰落的特征： （1）大尺度：电波在空间传播所产生的损耗，反映的是传播在宏观大范围（千米量级）的 空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势； （2）中尺度：主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的 损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势；为无 线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢； （3）小尺度：反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势，其 电平幅度分布一般遵从瑞利（Rayleigh）分布、莱斯（Rice）分布和纳卡伽米（Nakagami） 分布。 2.4 移动通信中存在 3 种类型的快衰落，它们各自表示什么类型的快衰落？在什么情况下会 出现？各自克服需要采取的主要措施是什么？ 答：移动通信中，快衰落分为以下三种类型：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落和时间 选择性快衰落。 其产生的原因和克服需要采取的措施如下： （1）空间选择性快衰落：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起的，克 服措施为空间分集； （2）频率选择性快衰落：由于信道在时域的时延扩散而引起的，可采用自适应均衡喝 Rake 接收加以克服； （3）时间选择性快衰落：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波 形产生时间选择性衰落，可采用信道交织技术加以克服。 2.5 移动通信中主要噪声干扰有哪几种？对于 CDMA，哪一类干扰是最主要的干扰？ 答：移动通信中主要噪声干扰有：加性正态白噪声、多径干扰、多址干扰。 对于 CDMA，最主要的干扰是多径干扰。 2.6 Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件是什么？ 答：Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区； 应用频率为 150 MHz ≤ f c ≤ 1500 MHz ；有效距离为 1km ≤ d ≤ 20km ；发射（基站）天线 有效高度为 30~200m；接收（移动台）天线有效高度为 1~10m。
无线传播与移动信道
2.1 移动通信信道具有哪些主要特点？ 答：移动通信信道的主要特点： （1）传播的开放性； （2）接收环境的复杂性； （3）通信用户的随机移动性。 2.2 在移动通信中，电波传播的主要传播方式有哪几种？ 答：电波传播的主要方式：直射、反射、绕射。 2.3 移动通信的信道中存在着大、中、小尺度（范围）的衰耗与衰落，它们各自具有什么性 质的特征？ 答：移动通信信道中，大、中、小尺度衰耗与衰落的特征： （1）大尺度：电波在空间传播所产生的损耗，反映的是传播在宏观大范围（千米量级）的 空间距离上的接收信号电平平均值的变化趋势； （2）中尺度：主要是指电磁波在传播路径上受到建筑物等的阻挡所产生阴影效应而产生的 损耗，反映了在中等范围内（数百波长量级）的接收信号电平平均值起伏变化的趋势；为无 线传播所特有，一般从统计规律上看遵从对数正态分布，其变化率比传送信息率慢； （3）小尺度：反映微观小范围（数十波长以下量级）接收电平平均值的起伏变化趋势，其 电平幅度分布一般遵从瑞利（Rayleigh）分布、莱斯（Rice）分布和纳卡伽米（Nakagami） 分布。 2.4 移动通信中存在 3 种类型的快衰落，它们各自表示什么类型的快衰落？在什么情况下会 出现？各自克服需要采取的主要措施是什么？ 答：移动通信中，快衰落分为以下三种类型：空间选择性快衰落、频率选择性快衰落和时间 选择性快衰落。 其产生的原因和克服需要采取的措施如下： （1）空间选择性快衰落：由于开放型的时变信道使天线的点波束产生了扩散而引起的，克 服措施为空间分集； （2）频率选择性快衰落：由于信道在时域的时延扩散而引起的，可采用自适应均衡喝 Rake 接收加以克服； （3）时间选择性快衰落：由于用户的高速移动在频域引起多普勒频移，在相应的时域其波 形产生时间选择性衰落，可采用信道交织技术加以克服。 2.5 移动通信中主要噪声干扰有哪几种？对于 CDMA，哪一类干扰是最主要的干扰？ 答：移动通信中主要噪声干扰有：加性正态白噪声、多径干扰、多址干扰。 对于 CDMA，最主要的干扰是多径干扰。 2.6 Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件是什么？ 答：Okumura-Hata 传播模型的主要运用环境与条件为：适用于小城镇与郊区的准平坦地区； 应用频率为 150 MHz ≤ f c ≤ 1500 MHz ；有效距离为 1km ≤ d ≤ 20km ；发射（基站）天线 有效高度为 30~200m；接收（移动台）天线有效高度为 1~10m。
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NTc /2
ˆ /T Td T 式中， d c
1 ˆ t Td Tc dt NTc /2 c t Td c 2
NTc /2
8
是相对时延误差或相对跟踪误差。
7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
延迟锁定鉴别器的输出是两相关支路低通滤波器输出 y 2 (t )与 y1 (t ) 之差 e(t , ) y2 (t ) y1 (t ) kAD( )
延迟锁定鉴别器的两支路完全平衡、参数完全相等，即
k1 k2 k
13
1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
【忽略噪声情况】，延迟锁定鉴别器的乘法器输出
ˆ 1 T d (t T ) cos(2πf t ) u1 (t ) kAc(t Td )c t T d c d IF 0 2 1 ˆ kAc(t Td )c t Td Tc d (t Td ) cos 2π(2f 0 f IF )t 20 0 2 1 ˆ ) u2 (t ) kAc(t Td )c t Td Tc d (t Td ) cos(2πf IFt 0 2 ˆ 1 T d (t T ) cos 2π(2f f )t 2 kAc(t Td )c t T d c d 0 IF 0 0 2
【扩频码c(t)周期很长时】，自相关函数近似为 1 T Tc c Rc ( ) 0 Tc
(7-5)
9
7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
将(7-5)带入式(7-4)得
3 0 N 2 3 3 2 2 1 D( ) 2 2 3 1 2 2 3 0 2 3 2 1 2 1 2 3 2 N 3 2
平方器件输出
k 2 A2 2 1 ) z1 (t ) Rc Tc 1 cos(2 π 2f IFt 20 2 2 k 2 A2 2 1 ) z2 (t ) Rc Tc 1 cos(2 π 2f IFt 20 2 2
延迟锁定鉴别器的鉴别特性曲 线
1 1 D( ) Rc Tc Rc Tc 2 2
通常把D(ε) 与ε呈线性关系的区域 作为跟踪回路的正常工作区域。基 带相关同步跟踪回路的正常工作区 域为(-Tc/2，Tc/2) 。
16
7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
低通滤波器输出
k 2 A2 2 1 y1 (t ) Rc Tc 2 2 k 2 A2 2 1 y2 (t ) Rc Tc 2 2
延迟锁定鉴别器输出(鉴别特性曲线）
1 2 2 e(t , ) y2 (t ) y1 (t ) k A D ( ) 2
（7-30）
1 1 2 D( ) R Tc Rc Tc 2 2
2 c
17
7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
式中，NTc是c(t)的周期，而
1 1 Rc Tc 2 NTc 1 1 Rc Tc 2 NTc
1 ˆ c t T c t T Tc dt d NTc /2 d 2
1 T c R ( ) 若系统的扩频处理增益较高，则有 c 0 3 3 0 N 2 2 2 3 3 1 2 2 2 1 1 D ( ) 2 2 2 2 3 1 3 2 2 2 3 3 0 N 2 2 Tc
同理
1 NTc
Tc 1 ˆ t Td dt Rc Tc NTc /2 c t Td c 2 2
NTc /2
15
7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
两支路中频滤波器输出
1 ) w1 (t ) kARc Tc d (t Td ) cos(2 πf IFt 0 2 1 ) w2 (t ) kARc Tc d (t Td ) cos(2 πf IFt 0 2
ˆ T / 2) 的直流分量是在一个周期内对时间求平 c(t Td )c(t T d c 均，即 Tc 1 NTc /2 1 ˆ c t Td c t Td dt Rc Tc NT /2 c NTc 2 2
设中频滤波器的中心频率为fIF ，单边等效噪声带宽是Bn 。 设扩频码c(t) 、信息信号d(t)和载波相位0均相互独立。
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
) 通过，所以 并设中频滤波器的带宽正好让d (t )cos(2πf IFt b ˆ T / 2) 的直流分量与 信号u1(t) 中，只有 c(t Td )c(t T d c ) 的乘积能通过中频滤波器；而 d (t )cos(2πf IFt b ˆ T / 2) 的其他分量与d (t )cos(2πf IFt b ) 的频 c(t Td )c(t T d c 谱进行卷积后，落在中频滤波器的通带外。
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7.3 包络相关同步跟踪回路
基带相关同步跟踪回路存在的问题
1.跟踪回路的输入信号是扩频码c(t)，这就要求扩频码c(t)必须 在同步跟踪之前就已经存在，也就是说接收信号必须在扩频码 的同步跟踪之前就已经被解调。扩频系统通常都是在信噪比非 常低的环境中工作，在未对扩频信号解扩的条件下要完成这种 解调是很困难的。另外，调制是相干的，解调之前必须提取相 干载波，在信噪比非常低的条件下，提取这种相干载波也是非 常困难的。 2.任何一个扩频通信系统都是从发射机向接收机传送信息，接 收信号是被 d (t Td )c(t Td ) 调制的，而不仅仅是被 c(t Td ) 调制的。 在基带相关同步跟踪回路的分析时，我们忽略了信息信号d(t) 的存在。当信息信号存在时，延迟锁定鉴别器输出的信号不仅 与回路的跟踪误差有关，而且又是信息信号的函数，这样基带 相关同步跟踪回路不能正常工作。。 11
7
7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
u1 (t ) 与 u2 (t ) 中的直流(缓变)分量通过相关支路中的低通滤波器形成 为什么这 回路的跟踪误差信号。它们的直流分量为 样求？
kA NTc /2 ˆ 1 T )dt kAR[( 1 )] y1 (t ) c ( t T ) c ( t T d d c NTc NTc /2 2 2 kA NTc /2 1 1 ˆ y2 (t ) c(t Td )c(t Td Tc )dt kAR[( )] NTc NTc /2 2 2
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引言
DLL设计要求
在噪声环境下，DLL带宽的设计要在下面两个因素间折衷考虑
均方跟踪误差（跟踪抖动）； 跟踪动态性能。 在发射机和接收机之间有相对运动时，传输延迟Td 实际上是 时间t的函数Td(t) 。同步跟踪回路就是要跟踪这个时间函数 。
回路带宽宽，跟踪的动态性能好，但进入回路的噪声
第7章 扩频码的同步跟踪
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引言
扩频接收机的环路 扩频接收机有两个环路 （1）载波环 载波提取 采用锁相环技术 （2）码环 同步跟踪 采用延时锁定环路。
PLL 机理 误差产生方式 控制对象 调整对象 非线性反馈 鉴相器/乘法器 VCO输出频率 正弦波、方波的相位 扩频码的时延 相关器 DLL
码自噪声可以忽略不计
式中， k1与k2为超前与滞后相关支路乘法器增益。假设支路完全 平衡、参数完全相等，即k1=k2=k。
u1 (t ) 与 u2 (t )中的时变分量称为码自噪声。由于扩频系统通常要在
强干扰或噪声环境下工作，而码自噪声中的大部分分量被相关支 路中的低通滤波器滤除，其输出的码自噪声功率远低于干扰或热 噪声功率，故在同步跟踪回路分析中可忽略码自噪声影响。
不能被有效滤除，回路跟踪抖动要增大；
回路带宽窄，回路内噪声减小，跟踪抖动小，但跟踪
的动态性能变差。
4
7.1 延迟锁定跟踪环路的理论基础 本课围绕四种环路展开研究
基带相关同步跟踪回路；
包络相关同步跟踪回路； -抖动同步跟踪回路； 双抖动同步跟踪回路；
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7.2 基带相关同步跟踪回路
1 1 D( ) Rc Tc Rc Tc (7-4) 2 2 ˆ对输入信 D(ε)直接反映出同步跟踪回路输出信号的时延估值 T d 号的时延 Td 的跟踪误差，称为基带相关同步跟踪回路延迟锁定 鉴别器的鉴别特性曲线，简称S曲线。
基带相关同步跟踪回路组成 也称为基带相关延迟锁定回路。由延迟锁定鉴别器、回 路滤波器、压控振荡器(Voltage Control Oscillator，VCO) 与扩频码产生器等组成。
6
7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
设输入信号为
r (t ) 2 Ac(t Td ) 2n(t )
7.3 包络相关同步跟踪回路
图7-4 包络相关码跟踪回路的原理框图
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
回路输入信号
r(t ) 2 Ac(t Td )d (t Td )cos(2πf 0t 0 ) n(t )
本地振荡器输出
b(t ) 2 2 cos 2π( f0 f IF )t b
本地输入相关器信号
1 ˆ a1 (t ) 2k1c t Td Tc cos 2 π( f 0 f IF )t b 2 ˆ 1 T cos 2π( f f )t a2 (t ) 2k2c t T d c 0 IF b 2
ˆ /T Td T 式中， d c
1 ˆ t Td Tc dt NTc /2 c t Td c 2
NTc /2
8
是相对时延误差或相对跟踪误差。
7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
延迟锁定鉴别器的输出是两相关支路低通滤波器输出 y 2 (t )与 y1 (t ) 之差 e(t , ) y2 (t ) y1 (t ) kAD( )
延迟锁定鉴别器的两支路完全平衡、参数完全相等，即
k1 k2 k
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1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
【忽略噪声情况】，延迟锁定鉴别器的乘法器输出
ˆ 1 T d (t T ) cos(2πf t ) u1 (t ) kAc(t Td )c t T d c d IF 0 2 1 ˆ kAc(t Td )c t Td Tc d (t Td ) cos 2π(2f 0 f IF )t 20 0 2 1 ˆ ) u2 (t ) kAc(t Td )c t Td Tc d (t Td ) cos(2πf IFt 0 2 ˆ 1 T d (t T ) cos 2π(2f f )t 2 kAc(t Td )c t T d c d 0 IF 0 0 2
【扩频码c(t)周期很长时】，自相关函数近似为 1 T Tc c Rc ( ) 0 Tc
(7-5)
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7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
将(7-5)带入式(7-4)得
3 0 N 2 3 3 2 2 1 D( ) 2 2 3 1 2 2 3 0 2 3 2 1 2 1 2 3 2 N 3 2
平方器件输出
k 2 A2 2 1 ) z1 (t ) Rc Tc 1 cos(2 π 2f IFt 20 2 2 k 2 A2 2 1 ) z2 (t ) Rc Tc 1 cos(2 π 2f IFt 20 2 2
延迟锁定鉴别器的鉴别特性曲 线
1 1 D( ) Rc Tc Rc Tc 2 2
通常把D(ε) 与ε呈线性关系的区域 作为跟踪回路的正常工作区域。基 带相关同步跟踪回路的正常工作区 域为(-Tc/2，Tc/2) 。
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
低通滤波器输出
k 2 A2 2 1 y1 (t ) Rc Tc 2 2 k 2 A2 2 1 y2 (t ) Rc Tc 2 2
延迟锁定鉴别器输出(鉴别特性曲线）
1 2 2 e(t , ) y2 (t ) y1 (t ) k A D ( ) 2
（7-30）
1 1 2 D( ) R Tc Rc Tc 2 2
2 c
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
式中，NTc是c(t)的周期，而
1 1 Rc Tc 2 NTc 1 1 Rc Tc 2 NTc
1 ˆ c t T c t T Tc dt d NTc /2 d 2
1 T c R ( ) 若系统的扩频处理增益较高，则有 c 0 3 3 0 N 2 2 2 3 3 1 2 2 2 1 1 D ( ) 2 2 2 2 3 1 3 2 2 2 3 3 0 N 2 2 Tc
同理
1 NTc
Tc 1 ˆ t Td dt Rc Tc NTc /2 c t Td c 2 2
NTc /2
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
两支路中频滤波器输出
1 ) w1 (t ) kARc Tc d (t Td ) cos(2 πf IFt 0 2 1 ) w2 (t ) kARc Tc d (t Td ) cos(2 πf IFt 0 2
ˆ T / 2) 的直流分量是在一个周期内对时间求平 c(t Td )c(t T d c 均，即 Tc 1 NTc /2 1 ˆ c t Td c t Td dt Rc Tc NT /2 c NTc 2 2
设中频滤波器的中心频率为fIF ，单边等效噪声带宽是Bn 。 设扩频码c(t) 、信息信号d(t)和载波相位0均相互独立。
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7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
) 通过，所以 并设中频滤波器的带宽正好让d (t )cos(2πf IFt b ˆ T / 2) 的直流分量与 信号u1(t) 中，只有 c(t Td )c(t T d c ) 的乘积能通过中频滤波器；而 d (t )cos(2πf IFt b ˆ T / 2) 的其他分量与d (t )cos(2πf IFt b ) 的频 c(t Td )c(t T d c 谱进行卷积后，落在中频滤波器的通带外。
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7.3 包络相关同步跟踪回路
基带相关同步跟踪回路存在的问题
1.跟踪回路的输入信号是扩频码c(t)，这就要求扩频码c(t)必须 在同步跟踪之前就已经存在，也就是说接收信号必须在扩频码 的同步跟踪之前就已经被解调。扩频系统通常都是在信噪比非 常低的环境中工作，在未对扩频信号解扩的条件下要完成这种 解调是很困难的。另外，调制是相干的，解调之前必须提取相 干载波，在信噪比非常低的条件下，提取这种相干载波也是非 常困难的。 2.任何一个扩频通信系统都是从发射机向接收机传送信息，接 收信号是被 d (t Td )c(t Td ) 调制的，而不仅仅是被 c(t Td ) 调制的。 在基带相关同步跟踪回路的分析时，我们忽略了信息信号d(t) 的存在。当信息信号存在时，延迟锁定鉴别器输出的信号不仅 与回路的跟踪误差有关，而且又是信息信号的函数，这样基带 相关同步跟踪回路不能正常工作。。 11
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7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
u1 (t ) 与 u2 (t ) 中的直流(缓变)分量通过相关支路中的低通滤波器形成 为什么这 回路的跟踪误差信号。它们的直流分量为 样求？
kA NTc /2 ˆ 1 T )dt kAR[( 1 )] y1 (t ) c ( t T ) c ( t T d d c NTc NTc /2 2 2 kA NTc /2 1 1 ˆ y2 (t ) c(t Td )c(t Td Tc )dt kAR[( )] NTc NTc /2 2 2
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引言
DLL设计要求
在噪声环境下，DLL带宽的设计要在下面两个因素间折衷考虑
均方跟踪误差（跟踪抖动）； 跟踪动态性能。 在发射机和接收机之间有相对运动时，传输延迟Td 实际上是 时间t的函数Td(t) 。同步跟踪回路就是要跟踪这个时间函数 。
回路带宽宽，跟踪的动态性能好，但进入回路的噪声
第7章 扩频码的同步跟踪
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引言
扩频接收机的环路 扩频接收机有两个环路 （1）载波环 载波提取 采用锁相环技术 （2）码环 同步跟踪 采用延时锁定环路。
PLL 机理 误差产生方式 控制对象 调整对象 非线性反馈 鉴相器/乘法器 VCO输出频率 正弦波、方波的相位 扩频码的时延 相关器 DLL
码自噪声可以忽略不计
式中， k1与k2为超前与滞后相关支路乘法器增益。假设支路完全 平衡、参数完全相等，即k1=k2=k。
u1 (t ) 与 u2 (t )中的时变分量称为码自噪声。由于扩频系统通常要在
强干扰或噪声环境下工作，而码自噪声中的大部分分量被相关支 路中的低通滤波器滤除，其输出的码自噪声功率远低于干扰或热 噪声功率，故在同步跟踪回路分析中可忽略码自噪声影响。
不能被有效滤除，回路跟踪抖动要增大；
回路带宽窄，回路内噪声减小，跟踪抖动小，但跟踪
的动态性能变差。
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7.1 延迟锁定跟踪环路的理论基础 本课围绕四种环路展开研究
基带相关同步跟踪回路；
包络相关同步跟踪回路； -抖动同步跟踪回路； 双抖动同步跟踪回路；
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7.2 基带相关同步跟踪回路
1 1 D( ) Rc Tc Rc Tc (7-4) 2 2 ˆ对输入信 D(ε)直接反映出同步跟踪回路输出信号的时延估值 T d 号的时延 Td 的跟踪误差，称为基带相关同步跟踪回路延迟锁定 鉴别器的鉴别特性曲线，简称S曲线。
基带相关同步跟踪回路组成 也称为基带相关延迟锁定回路。由延迟锁定鉴别器、回 路滤波器、压控振荡器(Voltage Control Oscillator，VCO) 与扩频码产生器等组成。
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7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性
设输入信号为
r (t ) 2 Ac(t Td ) 2n(t )
7.3 包络相关同步跟踪回路
图7-4 包络相关码跟踪回路的原理框图
12
7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理
回路输入信号
r(t ) 2 Ac(t Td )d (t Td )cos(2πf 0t 0 ) n(t )
本地振荡器输出
b(t ) 2 2 cos 2π( f0 f IF )t b
本地输入相关器信号
1 ˆ a1 (t ) 2k1c t Td Tc cos 2 π( f 0 f IF )t b 2 ˆ 1 T cos 2π( f f )t a2 (t ) 2k2c t T d c 0 IF b 2