第三章 调制技术扩频调制
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扩频信号的产生与调制技术
乘积后的差频项 1 A1 A2 d (t )c(t )cr (t ) cos(2 πf IFt ) Ac(t )cr (t )d (t ) cos(2 πf IFt ) 2
A1d (t )c(t ) cos2πf 0t 1 A2 cr (t ) cos2πf r t 2
◆解扩功能
信号频带压缩——扩频信号解扩过程。
9
4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
调制方式：PSK 扩频用的伪随机码c( t ) 的功率谱密度函数是由一系列的 f 函数组成，这些 f 函数位于f=k/(NTc)=kRc/N （k=0，1，2， …，N-1）处，冲击强度所组成的包络是( sinx/x)2，第一个零 点在伪随机码的传输速率 Rc处。
当两个二进制扩频码波形和完全相同时，有 c(t )cr (t ) 1
8
4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端混频的实质
◆混频器输入/输出信号特点
接收机输入信号载波相移由扩频码与信息信号共同作用， 而本地参考信号载波的相移仅由扩频码决定。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ◆下变频功能
信号频谱从射频到中频搬移的过程。混频器输出信号中不 再包含有扩频码 （解扩）。由信息信号确定的相移仍保 留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。
从频谱的观点来看，调制的结果就是把调制波的频谱搬移到了f0
图4-4 直接序列调制前后的信号频谱示意图
7
4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端信号的混频过程就是信号的相关解扩过程，作为混频的 接收本地参考振荡信号不再是一频率单一的正弦波，而是一受 本地参考扩频码调制的已调信号。 两个周期相同、码相位同步的调相信号混频的结果，输出信号 中不再包含扩频码，即扩频信号被解扩了。而由信息信号确定 的相移仍保留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。在分 析和设计混频器时，需要注意信号的相位。 参加混频的两个信号分别是
移动通信技术与系统电子任务4 扩频调制与应用
1、扩频的概念 将数据信号介入带有白噪声特性的伪随机序列进 行传输，使传输带宽较原数据所需最小带宽大到数百、 上千万倍以上，称为扩频。 若W代表系统占用带宽或信号带宽，B代表信息带 宽，则一般认为：W/B=1~2,为窄带通信；W/B 50，为 宽带通信；W/B ，为扩频通信。扩频通信系统用100 倍以上的信号带宽来传输信息，旨在有力地克服外来 干扰，特别是故意干扰和无线多径衰落，即在强干扰 条件下保证安全可靠地通信。
模块九
移动通信网络工程技术
模块二
任务1 任务2
编码与调制技术
编码技术 实践——卷积码的编码及解码
任务3
任务4
数字调制技术ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
扩频调制与应用
任务5
实践——调制与解调
一、扩频调制简述
二、扩频调制在移动通信中的应用
4
一、扩频调制简述
对于调制和解调技术都是在静态加性高斯白噪声信 道中，如何更好的提高功率和带宽效率？因此，目前所 有调制方案的一个主要设计思想就是最小化传输带宽， 其目标是为了提高频带利用率。然而，由于带宽是一个 有限的资源，随着窄带化调制接近极限，最后只有压缩 信息本身的带宽了。于是调制技术又向着相反的方向发 展——采用宽带调制技术， 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有 的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩 展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方 法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样 的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”， 即以信道带宽来换取信噪比的改善。
（2）抗干扰容限（Mj）
抗干扰容限是在保证系统正常工作的条件下，接收机输
入端能承受的干扰信号比有用信号高出的分贝（dB）数。即
调制技术
动通信系统中，由于存在着严重的衰落现象，故所需要的“信噪比”比较高。
案例
脉冲调制有两种含义：第一种是指用调制信号控制脉冲本身的参数（幅度、宽度、相位等），使这些参数随 调制信号变化。此时，调制信号是连续波，载波是重复的脉冲序列。第二种是指用脉冲信号控制高频振荡的参数。 此时，调制信号是脉冲序列，载波是高频振荡的连续波。通常所说的脉冲调制都是指上述第一种情况。脉冲调制 可分为模拟式和数字式两类。模拟式脉冲调制是指用模拟信号对脉冲序列参数进行调制，有脉幅调制、脉宽调制、 脉位调制和脉频调制等。数字式脉冲调制是指用数字信号对脉冲序列参数进行调制，有脉码调制和增量调制等。 由于脉冲序列占空系数很小，即一个周期的绝大部分时间内信号为0值，因而可以插入多路其他已调脉冲序列，实 现时分多路传输。已调脉冲序列还可以用各种方法去调制高频振荡载波。常用的脉冲调制有以下几种。
脉幅调制（PAM)
用调制信号控制脉冲序列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。这是脉冲调制中最 简单的一种。脉幅调制是A.H.里夫在20世纪30年代发明的，在第二次世界大战中期已付之实用。但后来发现，脉 幅调制的已调波在传输途径中衰减，抗干扰能力差，所以很少直接用于通信，往往只用作连续信号采样的中间步 骤。
QPSK四相相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying)
四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的 调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列， 为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列 中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是 由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。
案例
脉冲调制有两种含义：第一种是指用调制信号控制脉冲本身的参数（幅度、宽度、相位等），使这些参数随 调制信号变化。此时，调制信号是连续波，载波是重复的脉冲序列。第二种是指用脉冲信号控制高频振荡的参数。 此时，调制信号是脉冲序列，载波是高频振荡的连续波。通常所说的脉冲调制都是指上述第一种情况。脉冲调制 可分为模拟式和数字式两类。模拟式脉冲调制是指用模拟信号对脉冲序列参数进行调制，有脉幅调制、脉宽调制、 脉位调制和脉频调制等。数字式脉冲调制是指用数字信号对脉冲序列参数进行调制，有脉码调制和增量调制等。 由于脉冲序列占空系数很小，即一个周期的绝大部分时间内信号为0值，因而可以插入多路其他已调脉冲序列，实 现时分多路传输。已调脉冲序列还可以用各种方法去调制高频振荡载波。常用的脉冲调制有以下几种。
脉幅调制（PAM)
用调制信号控制脉冲序列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。这是脉冲调制中最 简单的一种。脉幅调制是A.H.里夫在20世纪30年代发明的，在第二次世界大战中期已付之实用。但后来发现，脉 幅调制的已调波在传输途径中衰减，抗干扰能力差，所以很少直接用于通信，往往只用作连续信号采样的中间步 骤。
QPSK四相相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying)
四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的 调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列， 为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列 中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是 由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。
扩频
摘要：扩频通信技术在发送端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以相关解码技术进行收信，这一过程其具有诸多优良特性，即抗干扰性好、隐蔽性强、干扰小、易于实现码分多址等。
扩频调制即是将扩频码与待传输的基带数字信号进行模二叠加。
扩频调制后的信号还需要载波调制后才可以发送至信道。
在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。
再经信息解调、恢复成原始信息输出。
由此可见，—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。
本文着重介绍扩频调制的原理及其实现框图。
关键词:扩频技术，调制，PN码，simulink1、引言扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信有如下的优点：抗干扰，抗噪音，抗多径衰落，具有保密性，功率谱密度低，具有隐蔽性和低的高精度测量等。
正是由于扩频通信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。
直到80年代初才被应用于民用通信领域。
为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
本文用MATLAB 中的simulink对扩频通信中扩频模块进行仿真, 讨论信号如何实现频谱展宽的。
以便为以后的扩频通信理论打下基础。
2、扩频通信系统2.1 扩通信系统模型按照扩展频谱的方式不同, 现有的扩频通信系统可分为直接序列( DS) 扩频、跳频( FH) 、跳时( TH) 、线性调频( chirp) 以及上述几种方式的组合。
本文主要讨论直接序列扩频系统的性能。
现代新型调制技术概述
1、通信的传播条件极其恶劣，干扰问题也特别严重，所以常用通信 中的数字调制技术必须具有优良的抗干扰、抗衰落性能。
2、无线通信可供使用的频率资源却非常有限。通过改善调制技术而 提高频谱利用率。
( 1 ) 占用带宽要窄，且带外辐射要小。
（2）单位频带所容纳用户数多。
3、具有良好的抗误码性能。 4、其他：用户终端小→高的功率效率
23
第3章 现代新型调制技术概述
3.4 新型数字调制分类
4、线性调制方式 线性调制方式主要有各种进制的PSK和QAM等，其中以QPSK为 典型代表。这一类调制方式的频带利用率般都大于1(bit/s)/Hz，而 且随着调制电平数的增加而增加。线性调制方式又可分为频谱高效 和功率高效两种，理论上可以得到大于 2(bit/s)/Hz频带利用率的 调制方式为频谱高效，如8PSK、16QAM、256QAM等。频谱高效调制方 式是通过增加电平数来获得较高的频带利用率的，因此为得到同样 的误码率，就需要较高的信噪比。在移动通信系统中，由于存在着 严重的衰落现象和采用非线性同步检测，故所需要的信噪比较高。 况且系统所能提供的能量又受到限制，所以频谱高效调制方式目前 还不能用于移动通信系统中。功率高效调制为欲获得10－3误码率仅 需14dB信噪比的调制方式，如BPSK和QPSK等。功率高效调制方式可 达到的最高频带利用率为2(bit/s)/Hz。
34
第3章 现代新型调制技术概述
2、ASK调制电路 通过开关控制法产生ASK波的电路如图所示，右边部分是正 弦波振荡电路，左边部分为开关控制电路。 振荡电路由声表面波谐振器ZC1、晶体管VT1、电容C1、C2、 C3、电阻R1、R2和电感L组成，ZC1选用R315A，因此电路的振 荡频率为315MHz。 开关控制电路由晶 体管VT2、VT3及电阻 R3、R4 、R5组成。 数字基带信号S(t) 加到VT3的基极,控制 VT3导通或截止。
2、无线通信可供使用的频率资源却非常有限。通过改善调制技术而 提高频谱利用率。
( 1 ) 占用带宽要窄，且带外辐射要小。
（2）单位频带所容纳用户数多。
3、具有良好的抗误码性能。 4、其他：用户终端小→高的功率效率
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第3章 现代新型调制技术概述
3.4 新型数字调制分类
4、线性调制方式 线性调制方式主要有各种进制的PSK和QAM等，其中以QPSK为 典型代表。这一类调制方式的频带利用率般都大于1(bit/s)/Hz，而 且随着调制电平数的增加而增加。线性调制方式又可分为频谱高效 和功率高效两种，理论上可以得到大于 2(bit/s)/Hz频带利用率的 调制方式为频谱高效，如8PSK、16QAM、256QAM等。频谱高效调制方 式是通过增加电平数来获得较高的频带利用率的，因此为得到同样 的误码率，就需要较高的信噪比。在移动通信系统中，由于存在着 严重的衰落现象和采用非线性同步检测，故所需要的信噪比较高。 况且系统所能提供的能量又受到限制，所以频谱高效调制方式目前 还不能用于移动通信系统中。功率高效调制为欲获得10－3误码率仅 需14dB信噪比的调制方式，如BPSK和QPSK等。功率高效调制方式可 达到的最高频带利用率为2(bit/s)/Hz。
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第3章 现代新型调制技术概述
2、ASK调制电路 通过开关控制法产生ASK波的电路如图所示，右边部分是正 弦波振荡电路，左边部分为开关控制电路。 振荡电路由声表面波谐振器ZC1、晶体管VT1、电容C1、C2、 C3、电阻R1、R2和电感L组成，ZC1选用R315A，因此电路的振 荡频率为315MHz。 开关控制电路由晶 体管VT2、VT3及电阻 R3、R4 、R5组成。 数字基带信号S(t) 加到VT3的基极,控制 VT3导通或截止。
扩频技术
对跳频系统的分析，现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。而直 扩系统，即DS-CDMA系统，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术 为基础的IS-95都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的成功。而在所有建议的第三代移动通信系 统（3G）标准中（除了EDGE）都采用了某种形式的CDMA。因此CDMA技术成为扩频技术中研究最多的对象，其中又 以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了扩频技术研究的现状。
FH-SS可分为快跳频和慢跳频系统。所谓快跳频是指跳频发生的速率比消息比特率高的跳频系统。
跳时扩频
跳时扩频系统(Time Hopping，简称TH-SS)。跳时是用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间，发射信 号的“有”、“无”同伪码序列一样是伪随机的。在这种方式中，将传输时间划分成称为帧的时间段，每个帧的 时间段再划分成时隙，如图7所示。在每帧内，一个时隙调制一个信息。帧的所有信息比特累积发送。
研究的次最优多用户检测器主要可分为两大类：线性检测器和反馈检测器。前者包括解相关检测器、最小均 方误差序列检测器等；后者则包括多级检测器、判决反馈检测器、顺序干扰撤销和并行干扰撤销检测器等。考虑 信道编码的多用户接收机又可以分为非迭代接收机和迭代接收机。这些检测器的实现都需要知道预期用户的扩频 码、定时信息以及信道冲击响应，有时还需要知道多用户干扰。这些信息可以通过发送导频序列获得，但使用导 频序列就降低了系统的频谱利用效率，因此不使用导频序列的多用户检测方法，又称为盲多用户检测器，也正在 得到深入的研究。
跳时扩频技术一般与跳频结合起来使用，可以一起构成一种称为“时频跳变”的系统。
线性调频
在线性调频中，射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。
FH-SS可分为快跳频和慢跳频系统。所谓快跳频是指跳频发生的速率比消息比特率高的跳频系统。
跳时扩频
跳时扩频系统(Time Hopping，简称TH-SS)。跳时是用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间，发射信 号的“有”、“无”同伪码序列一样是伪随机的。在这种方式中，将传输时间划分成称为帧的时间段，每个帧的 时间段再划分成时隙，如图7所示。在每帧内，一个时隙调制一个信息。帧的所有信息比特累积发送。
研究的次最优多用户检测器主要可分为两大类：线性检测器和反馈检测器。前者包括解相关检测器、最小均 方误差序列检测器等；后者则包括多级检测器、判决反馈检测器、顺序干扰撤销和并行干扰撤销检测器等。考虑 信道编码的多用户接收机又可以分为非迭代接收机和迭代接收机。这些检测器的实现都需要知道预期用户的扩频 码、定时信息以及信道冲击响应，有时还需要知道多用户干扰。这些信息可以通过发送导频序列获得，但使用导 频序列就降低了系统的频谱利用效率，因此不使用导频序列的多用户检测方法，又称为盲多用户检测器，也正在 得到深入的研究。
跳时扩频技术一般与跳频结合起来使用，可以一起构成一种称为“时频跳变”的系统。
线性调频
在线性调频中，射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。
扩频技术的研究
1.1 扩频调制技术的概念
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，即表示为一个时间的函数 f (t ) 。信号的时
域表示式 f (t ) 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(1-1)确定：
F ( f ) f (t )e j 2 πft dt
1.2.2 跳频扩频通信技术(FH-SS)
频率 合成器
调制器
混频器
中频 放大器
解调器
数据
时钟源
伪码 产生器
数据
频率 合成器
伪 码 产生器
时钟源
图 1-2 频率跳变扩频技术简化方框图
跳频扩展频谱技术是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器 的输出频率， 使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳变技术可供随机选 取的频率数通常是几千到 2 20 个离散频率。每次移频是根据伪随机码决定的。频 率跳变扩展频谱通信技术的简化方框图参见图 1-2。 频率跳变扩展频谱通信技术主要由伪随机码产生器和频率合成器两部分组 成。快速响应的频率合成器是频率跳变扩展频谱通信技术的关键部件。 频率跳变扩频通信技术中， 发信机的发射频率，在一个预定的频率集内由伪 随机码序列控制频率合成器(伪)随机的由一个跳到另一个。收信机中的频率合成 器也按照相同的顺序跳变， 产生一个和发射频率只差一个中频的本振频率，经混 频后得到一个频率固定的中频信号。这一中频信号经放大后送到解调器解调，恢 复出传输的信息。[4] 在频率跳变扩频通信技术中，控制频率跳变的指令码(伪随机码)的速率，没 有直接序列扩频通信技术中的伪随机码速率高，一般为每秒几十跳到几万跳，根 据频率跳变的速度， 可以将频率跳变技术分为慢频率跳变技术和快频率跳变技术 两种。 假设数据调制采用频移键控调制，Tb 是一个信息比特宽度，每 LTb 秒数据调 制器输出 2L 个频率中的一个。每隔 Tc 秒技术输出信号的射频频率跳变到一个新 的频率上。若 Tc LTb ，这样的频率跳变技术称为慢频率跳变技术。现举例说明 慢频率跳变技术的工作过程，参见图 1-7。 2L 2L 图 1-3，L=2，Wd ，Ws 2k Wd ， k 3 。数据调制器根据二进制 LTb Ts 码选择 4 个频率中的一个， 即每隔 Ts 2Tb 秒数据调制器从 4 个频率中选择 1 个。 频率合成器有 k 3 ， 2 k 2 3 8 个频率可供跳变，每传送 2 个符号或 4 个比特 后跳变到一个新的频率。 发送信号在收信机中同本地振荡信号进行下变频，本振 频率的集合为 0, 5Wd , 6Wd , 2Wd , 7Wd , 3Wd , 4Wd , Wd ，下变频后的中 频信号频率集中在宽度为 Wd 的频带中。
第三章-4-扩频和调制
3.4扩频与调制3.4.1数据调制在TD-SCDMA 系统中的基本调制技术是QPSK ，这和IMT -2000其它技术是相同的。
对2M bit/s 的业务，将使用8PSK 调制方式。
[bit 流映射到星座图可以简单描述一下]符号周期)(k sT 定义如下：c k k s T Q T ⨯=)(其中c T = 1chiprate = 0.78125 μs ，为码片速率，k Q 为扩频因子则符号速率)(k sF =1/)(k sT 。
每个突发中有两个称为数据块的部分，用来承载数据，即：K.1,...,=k 2; 1,=i ),...,,(T ),(),(2),(1),(i k Ni k i k i k kd d d =d其中N k 为第k 个用户每个数据块包含的符号数，其值与扩频因子Q k 有关。
数据块)1,(k d 在midamble 之前发送，)2,(k d 在midamble 之后发送。
N k 个数据符号中的每一个),(i k nd 的持续时间为c k k s T Q T .)(=。
对QPSK ，从两个经过编码和交织后的数据比特中产生数据符号),(i k nd ：{}2,1;,,1;,1;2,11,0),(,====∈i N n K k l b k i k n l然后利用下面的映射关系映射到复数符号：这种映射关系对应于经过编码交织之后的数据比特),(,i k nl b 的QPSK 调制。
对8PSK 的情况，三个连续的比特位被一个复值数据符号代替。
每一个用户突发都有两个数据部分，定义的数据块为：K.1,...,=k 2; 1,=i ),...,,(T ),(),(2),(1),(i k Ni k i k i k kd d d =dN k 是用户k 的每个数据域的符号数. 它与扩频因子Q k .有关。
数据块)1,(k d 和)2,(k d 在midamble 的前后发送。
等式一中的每一个 N k 数据符号),(i k nd ; i=1, 2; k=1,...,K; n=1,...,N k ; 都按已经给出的符号ck k s T Q T .)(=。
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第3章 无线调制技术 扩频调制
1
伪随机序列
——在数字通信技术中具有十分重要的地位。
3.1 基本概念
伪随机序列
又称伪随机噪声，伪随机信号，伪随机码。
什么是伪随机噪声？
如何产生伪随机噪声？
通常，由周期性数字序列经过滤波等处理后得到。
因此，将这种周期性数字序列称为伪随机序列。
3.2 m序列
一般说来，在m序列中，长度为1的游程占游程总数的1/2；长度
为2的游程占游程总数的1/4；长度为3的游程占1/8 ；. . . 。
3）移位相加特性
一个m序列 Mp与其经过任意次延迟移位产生的另一个不同序列Mr
模2相加，得到的仍是 Mp 的某次延迟移位序列 Ms，即
Mp Mr = Ms
现在分析一个m = 7的 m序列 Mp作为例子。设 Mp的一个周期为
1110010，将其向右移位一次得到另一个序列 Mr 的一个相应周期 为0111001。这两个序列的模2和为 1110010 0111001 = 1001011
得出的为Ms的一个相应的周期，它与Mp向右移位5次的结果相同。
4）自相关函数
m 序列的自相关函数为
当 j0 1, ( j) 1 , 当 j 1, 2,, m 1 m
1. m序。
设其初始状态(a3, a2, a1, a0) = (1, 0, 0, 0)，则在移位1次时，由a3和 a0 模2相加产生新的输入a4 = 1 0 = 1，新的状态变为(a4, a3, a2, a1)
= (1, 1, 0, 0)。这样移位15次后又回到初始状态(1, 0, 0, 0)。
一般的线性反馈移存器原理方框图
3.2 m序列
1. m序列的产生
2. m序列的性质
1）均衡性
在 m序列的一个周期中，“1”和“0”的数目基本相等。准确地说，
“1”的个数比“0”的个数多一个。
2）游程分布
游程——指一个序列中取值相同的那些连在一起的元素合。 游程长度——指一个游程中元素的个数。
例
宽会发生什么变化？
B C S log2 1 N
24103 B原 8 103 ( Hz) 8(kHz) log2 1 7 24103 B现 24103 ( Hz) 24(kHz) log2 1 1
扩谱的目的
提高抗窄带干扰的能力，特别是敌对电台的有意干扰。
什么还要大力发展扩谱通信？
S C B log2 1 N
噪声能量（单位：W） 信号能量（单位：W）
带宽（单位：Hz） 信道容量（单位：b/s） 克劳德 ∙ 艾尔伍德∙ 香农
某一通信系统的信噪比为7，信道容量为24kb/s能维持较
高质量通信，如果信噪比降为1，若想保持信道容量不变，带
接收过程图解
(a) 信码 (b)伪码序列
(c)发送序列 (d)发送载波相位 (e)混频用本振相位 (f)中频相位 (g)解调信号
(h)干扰信号相位
(i) 混频后干扰信号相位
信号和干扰信号在频域中的变化
(a) 在接收机输入端
(b) 在接收机中放输出端
22
在前例中给出的 m序列可以重写如下：
m ＝ 15
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
在其一个周期（m个元素）中，共有8个游程，其中长度为4的游程 有1个，即1111，长度为3的游程有1个，即000，长度为2的游程有
2个，即1 1和0 0，长度为1的游程有4个，即两个1和两个0。
5）功率谱密度
信号的自相关函数与功率谱密度构成一对傅里叶变换。 因此，对m序列的自相关函数作傅里叶变换可得其功率谱密度：
m 1 sin(T0 / 2m) Ps ( ) m 2 (T0 / 2m)
其曲线如图所示:
2
2n 1 T m 2 ( ) n 0 n0
图中,所示主瓣带宽 是伪码时钟速率Rc的两倍。每个旁瓣的带宽等 于Rc 。例如，若所用码片的速率为 5 Mb/s，则主瓣带宽将为10
MHz，每个旁瓣宽为 5 MHz。
系统原理框图
调制器简化框图：
先将两路编码序列模2相加，
然后再去进行 反相键控 。
扩频系统的原理
基带信号的信码是欲传输的信号，它通过速率很高的 编码序列（通常用伪随机序列）进行调制将其频谱展 宽，这个过程称作扩频。频谱展宽后的序列再进行射 频调制（通常多采用 PSK 调制），其输出则是扩展频 谱的射频信号，经天线辐射出去。 在接收端，射频信号经混频后变为中频信号，它与本 地的和发端相同的编码序列反扩展，将宽带信号恢复 成窄带信号，这个过程称为解扩。解扩后的中频窄带 信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码 。
若初始状态为全“0”，即(0, 0, 0, 0)，则移位后得到的仍为全“0”
状态。应该避免出现全“0”状态，否则移存器的状态将不 会改变。
4级 移存器共有24 = 16种可能的状态。 除全“0”状态外，只剩15种状态可用。
这就是说，由任何4级反馈移存器产生
的序列的周期最长为15。 一般来说，一个n 级线性反馈移存器可 能产生的最长周期等于(2n - 1)。
提高抗多径传输效应的能力。 由于扩谱调制采用了扩谱伪码，
它可以用来分离多径信号， 所以有可能提高其抗多径的能力。
扩谱技术的分类
直接序列(DS)扩谱：
跳频(FH)扩谱：
线性调频：
直接序列(DS)扩谱
原理
用一组伪码代表信息码元去调制载波。最常用的是2PSK。这种 信号的典型功率谱密度曲线示于下图中。
由图可见:
在T0 和 m/T0 时，
Ps() 的特性趋于白噪声的功率谱密度特性。
3.3 扩展频谱通信
——理论依据：香农信道容量公式
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
扩谱通信
将基带信号的频谱通过某种 调制扩展到远大于原基带信号
频谱 扩展
带宽的通信技术。
频谱资源如此紧张，为
1
伪随机序列
——在数字通信技术中具有十分重要的地位。
3.1 基本概念
伪随机序列
又称伪随机噪声，伪随机信号，伪随机码。
什么是伪随机噪声？
如何产生伪随机噪声？
通常，由周期性数字序列经过滤波等处理后得到。
因此，将这种周期性数字序列称为伪随机序列。
3.2 m序列
一般说来，在m序列中，长度为1的游程占游程总数的1/2；长度
为2的游程占游程总数的1/4；长度为3的游程占1/8 ；. . . 。
3）移位相加特性
一个m序列 Mp与其经过任意次延迟移位产生的另一个不同序列Mr
模2相加，得到的仍是 Mp 的某次延迟移位序列 Ms，即
Mp Mr = Ms
现在分析一个m = 7的 m序列 Mp作为例子。设 Mp的一个周期为
1110010，将其向右移位一次得到另一个序列 Mr 的一个相应周期 为0111001。这两个序列的模2和为 1110010 0111001 = 1001011
得出的为Ms的一个相应的周期，它与Mp向右移位5次的结果相同。
4）自相关函数
m 序列的自相关函数为
当 j0 1, ( j) 1 , 当 j 1, 2,, m 1 m
1. m序。
设其初始状态(a3, a2, a1, a0) = (1, 0, 0, 0)，则在移位1次时，由a3和 a0 模2相加产生新的输入a4 = 1 0 = 1，新的状态变为(a4, a3, a2, a1)
= (1, 1, 0, 0)。这样移位15次后又回到初始状态(1, 0, 0, 0)。
一般的线性反馈移存器原理方框图
3.2 m序列
1. m序列的产生
2. m序列的性质
1）均衡性
在 m序列的一个周期中，“1”和“0”的数目基本相等。准确地说，
“1”的个数比“0”的个数多一个。
2）游程分布
游程——指一个序列中取值相同的那些连在一起的元素合。 游程长度——指一个游程中元素的个数。
例
宽会发生什么变化？
B C S log2 1 N
24103 B原 8 103 ( Hz) 8(kHz) log2 1 7 24103 B现 24103 ( Hz) 24(kHz) log2 1 1
扩谱的目的
提高抗窄带干扰的能力，特别是敌对电台的有意干扰。
什么还要大力发展扩谱通信？
S C B log2 1 N
噪声能量（单位：W） 信号能量（单位：W）
带宽（单位：Hz） 信道容量（单位：b/s） 克劳德 ∙ 艾尔伍德∙ 香农
某一通信系统的信噪比为7，信道容量为24kb/s能维持较
高质量通信，如果信噪比降为1，若想保持信道容量不变，带
接收过程图解
(a) 信码 (b)伪码序列
(c)发送序列 (d)发送载波相位 (e)混频用本振相位 (f)中频相位 (g)解调信号
(h)干扰信号相位
(i) 混频后干扰信号相位
信号和干扰信号在频域中的变化
(a) 在接收机输入端
(b) 在接收机中放输出端
22
在前例中给出的 m序列可以重写如下：
m ＝ 15
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
在其一个周期（m个元素）中，共有8个游程，其中长度为4的游程 有1个，即1111，长度为3的游程有1个，即000，长度为2的游程有
2个，即1 1和0 0，长度为1的游程有4个，即两个1和两个0。
5）功率谱密度
信号的自相关函数与功率谱密度构成一对傅里叶变换。 因此，对m序列的自相关函数作傅里叶变换可得其功率谱密度：
m 1 sin(T0 / 2m) Ps ( ) m 2 (T0 / 2m)
其曲线如图所示:
2
2n 1 T m 2 ( ) n 0 n0
图中,所示主瓣带宽 是伪码时钟速率Rc的两倍。每个旁瓣的带宽等 于Rc 。例如，若所用码片的速率为 5 Mb/s，则主瓣带宽将为10
MHz，每个旁瓣宽为 5 MHz。
系统原理框图
调制器简化框图：
先将两路编码序列模2相加，
然后再去进行 反相键控 。
扩频系统的原理
基带信号的信码是欲传输的信号，它通过速率很高的 编码序列（通常用伪随机序列）进行调制将其频谱展 宽，这个过程称作扩频。频谱展宽后的序列再进行射 频调制（通常多采用 PSK 调制），其输出则是扩展频 谱的射频信号，经天线辐射出去。 在接收端，射频信号经混频后变为中频信号，它与本 地的和发端相同的编码序列反扩展，将宽带信号恢复 成窄带信号，这个过程称为解扩。解扩后的中频窄带 信号经普通信息解调器进行解调，恢复成原始的信码 。
若初始状态为全“0”，即(0, 0, 0, 0)，则移位后得到的仍为全“0”
状态。应该避免出现全“0”状态，否则移存器的状态将不 会改变。
4级 移存器共有24 = 16种可能的状态。 除全“0”状态外，只剩15种状态可用。
这就是说，由任何4级反馈移存器产生
的序列的周期最长为15。 一般来说，一个n 级线性反馈移存器可 能产生的最长周期等于(2n - 1)。
提高抗多径传输效应的能力。 由于扩谱调制采用了扩谱伪码，
它可以用来分离多径信号， 所以有可能提高其抗多径的能力。
扩谱技术的分类
直接序列(DS)扩谱：
跳频(FH)扩谱：
线性调频：
直接序列(DS)扩谱
原理
用一组伪码代表信息码元去调制载波。最常用的是2PSK。这种 信号的典型功率谱密度曲线示于下图中。
由图可见:
在T0 和 m/T0 时，
Ps() 的特性趋于白噪声的功率谱密度特性。
3.3 扩展频谱通信
——理论依据：香农信道容量公式
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
扩谱通信
将基带信号的频谱通过某种 调制扩展到远大于原基带信号
频谱 扩展
带宽的通信技术。
频谱资源如此紧张，为