编码器 d(t) 发射机 c(t) m序列 发生器 cos(2?f0t+??) 射频 振荡器 s(t) R(t) 射频 r(t) 滤波器 中频 v(t) 滤波器 ??) cr(t?Td{an} 数据源 ??)t+?2cos[2?(f0+fIF+f] d至数据
检测器
f? ? ?VCO m序列 发生器 ? Td(a) (b)
图1-1 扩展频谱通信系统模型
(a) 发射系统；(b) 接收系统
频谱扩展后的复合信号d(t)c(t)对载波cos(2πf0t)（f0为载波频率）进行调制（直接序列扩频一般采用PSK调制），然后通过发射机和天线送入信道中传输。发射机输出的扩频信号用s(t)表示，其示意图如图1-2(d)所示。扩频信号s(t)的带宽取决于伪噪声码c(t)的码速率Rc。在PSK调制的情况下，射频信号的带宽等于伪噪声码速率的2倍，即RRF?2Rc，而几乎与数字信号d(t)的码速率无关。以上对待传输信号d(t)的处理过程就是对信号d(t)的频谱进行扩展的过程。经过上述过程的处理，达到了对d(t)扩展频谱的目的。
Tb +1
(a) d(t) -1
+1
(b) c(t)
-1
+1 Tc (c) d(t)c(t)
-1
s(t)=Ad(t)c(t)cos[2?f0t+?(t)]?A
(d) s(t)
-A
+1 (e) d’(t)
-1 Tb
图1-2 理想扩展频谱系统波形示意图
??)所调制的本地参考在接收端用一个和发射端同步的参考伪噪声码cr(t?Td?)t???]（f为中频频率）振荡信号2cos[2π(f?f?f，与接收到的s(t)进行相
0IFdIF关处理。相关处理是将两个信号相乘，然后求其数学期望（均值），或求两个信
号瞬时值相乘的积分。
当两个信号完全相同时（或相关性很好），得到最大的相关峰值，经数据检测器恢复出发射端的信号d?(t)。若信道中存在着干扰，这些干扰包括窄带干扰、人为瞄准式干扰、单频干扰、多径干扰和码分多址干扰等等，它们和有用信号s1(t)同时进入接收机，如图1-3(a)所示。图1-3中，Rc为伪噪声码速率，f0为载波频
率，fIF为中频频率。
窄带干扰 有用信号 有用信号 Bb=2Rb 窄带干扰 白噪声 白噪声 白噪声 有用信号 窄带干扰 多径干扰 多径干扰 多径干扰f f f fIF f0 fIF 2Rc BRF=2Rc Bb=2Rb 4Rc
(a) (c) (b)
图1-3 扩频接收机中各点信号的频谱示意图
(a) 接收机输入；(b) 混频器输出；(c) 中频滤波器输出
由于窄带噪声和多径干扰与本地参考扩频信号不相关，所以在进行相关处理时被削弱，实际上干扰信号和本地参考扩频信号相关处理后，其频带被扩展，也就是干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，降低了干扰信号的电平(单位频率内的能量或功率)，如图1-3(b)所示。由于有用信号和本地参考扩频信号有良好的相关性，在通过相关处理后被压缩到带宽为Bb?2Rb的频带内，因为相关器后的中频滤波器通频带很窄，通常为Bb?2Rb，所以中频滤波器只输出被基带信号d?(t)调制的中频信号和落在滤波器通频带内的那部分干扰信号和噪声，而绝大部分的干扰信号和噪声的能量（功率）被中频滤波器滤除，这样就大大地改善了系统的输出信噪比，如图1-3(c)所示。关于这一特性，将在扩频通信系统的性能分析一章中作进一步分析。为了对扩频通信系统的这一特性有一初步了解，我们以解扩前后信号功率谱密度示意图来说明这一问题。
假设有用信号的功率为P1?P0，码分多址干扰信号的功率P2?P0，多径干扰信号的功率P3?P0，其他进入接收机的干扰和噪声信号功率N?P0。再假设所有信号的功率谱是均匀分布在BRF?2Rc的带宽之内。解扩前的信号功率谱见图1-4中的
(a)
，图中各部分的面积均为P0。解扩后的信号功率谱见图1-4中
的(b)，各部分的面积保持不变。通过相关解扩后，有用信号的频带被压缩在很窄的带宽内，能无失真的通过中频滤波器（滤波器的带宽为Bb?2Rb）。其他信号和本地参考扩频码无关，频带没有被压缩反而被展宽了，进入中频滤波器的能量很少，大部分能量落在中频滤波器的通频带之外，被中频滤波器滤除了。我们可以定性的看出，解扩前后的信噪比发生了显著的改变。?
有 用 信 号 Bb 有用信号 多址信号 多径信号 噪声 f0 2Rc 多址信号 多径信号 噪声 fIF 2Rc 4Rc (a) (b)
图?????解扩前后信号功率谱密度示意图?
(a) 解扩前；(b) 解扩后?
三、DSSS扩频通信系统分析
在一般扩频通信系统中，发端输入的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。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。可见，一般的扩频通信系统都要进行3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，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
扩频通信系统按其工作方式可分为以下几种：
（1）直接序列扩展频谱系统(DS-SS)：它是由于待传输信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，扩展了传输带宽而得名。
（2）跳频扩频系统(FH-SS)：数字信息与二进制伪码序列模二相加后，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码的变化而跳变。跳变系统可以随机选取得频率数通常是几千到220个离散频率。每次频移是根据信息和伪码序列的状态加权所得到的随机数来选取频率。
（3）跳时扩频系统(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。
（4）混合式：以上三种基本扩频方式中的两种或多种结合起来，便构成了一些混合扩频体制。
四、直接序列扩频
在电信中，直接序列扩频（DSSS）是一种调制技术。与其他扩频技术一样传输的信号比被调制的信息信号的占用更多带宽。‘扩频’名称来自一个事实，即载波信号在整个带宽（谱设备的发射频率）发生。 1）功 能
1. 与它相调制正弦波伪随机地与伪连续的字符串（PN）的代码符号称为“芯片”，各自有一个比信息比特更短的时间。也就是说每个信息位是由一个更快的芯片序列调制，因此芯片速率远高于信息信号的比特率。
2. 它使用的信号接收器的众所周知的先验结构，其中是由发射机生产的芯片序列。接收器就可以使用相同的伪随机码序列，以抵消对接收信号的伪随机码序列的影响，以重建信息信号。 2）传输方法
直接序列扩频传输数据乘以由一个“噪音”信号传送。这种噪声信号是1和-1伪随机序列值，其频率比原始信号为高，从而带能量延伸到更广泛的原信号。
产生的信号类似于白噪声，像“静态”的音频录音。不过，这个类似噪声的信号可用于乘以相同的伪随机序列完全重建接收端的原始数据（因为 1 × 1 = 1，?1 ×?1 = 1)。这个过程称为“解扩”的过程在数学上构成传播的 PN 序列，接收方认为使用发射器PN序列的相关性。
对于解扩的正常运行，发送和接收序列必须同步。这需要通过某种形式的时间搜索过程使发射器的序列与接收器序列同步。但是，这种明显的缺点可以是一个重要好处：如果多个发射器的序列是相互同步的，那么相对的同步接收器必须使它们之间可以用来确定相对时间，而反过来，如果已知发射器的位置，可用于计算接收器的位置。这是许多卫星导航系统的基础。
调用过程中加强对通道信噪比造成的影响被称为处理增益。这种影响可通过采用较大较长PN序列和每比特更多的芯片，但用来生成PN序列的物理设备的多个芯片上可达到的处理增益实际限制。
如果在同一信道发送器发送同一频道，但使用不同的PN序列（或根本没有序列） 解扩过程导致该信号没有获得处理。这种效果是码分多址（CDMA）属性的直接序列扩频，它允许多个发射机内共享他们的伪码序列的互相关特
性来限制相同的频道。
由于这说明表明，一个传输的波形图有一个大致的钟形信封的载波频率为中心，就像AM传播, 除了增加的传输噪音导致的分配要大大高于一个AM信号的更广泛的传播。
相比之下，跳频扩频伪随机重新调整载波信号，而不是添加伪随机噪声数据，结果导致在一个统一的频率分布，其宽度是由伪随机数发生器的输出范围决定。 3）优 点
? ? ? ?
对预期的或非预期抗干扰 共享多个用户间的单信道
减少信号/背景噪声级别包装截取（隐身） 发射器与接收器之间的相对时间的测定 美国全球定位系统和欧洲伽利略卫星导航系统
基于直接序列扩频系统（直接序列码分多址）是一种在扩频多址接入方
4）使 用
? ?
案的基础上，从信号的传播，到不同的用户有不同的代码。这是CDMA的最广泛使用的类型。
? ?
无绳电话在900兆赫，2.4吉赫和5.8吉赫频带操作 电气和电子工程师协会802.11b 2.4 GHz无线网络和其前身自动抄表
电气和电子工程师协会802.15.4标准（例如用作物理层和链路层的紫
802.11-1999。(正交频分复用技术继任802.11g技术)
? ?
蜂)
四、DSSS扩频通信系统模型
以伪随机码序列作为扩频函数的直接序列扩展频谱通信为例，来研究其系统模型，图2-1为其基本组成框图，由信号源输出的信号a(t)是码元持续为时间Ta的信息流，伪随机码产生器产生高速伪随机码C(t)，码元宽度为Tc将信息码a(t)与伪随机码C(t)进行相乘或模二加，产生一个速率与伪随机码速率相同的扩频信号，信号的频带得到扩展，再去调制载波，这样就可以得到已扩频的射频信号s(t)。
s(t)?a(t)C(t)cos?0t
在接收端，接收到的扩频信号经高频放大和混频后(图中已经略去)，用与发端同步的、且完全相同的伪随机码对中频扩频信号进行相关解扩(相乘)，将信号的频带恢复为信息码a(t)的频带，恢复出所传输的信息a(t)，完成信息的传输。对于
dsss直接序列扩频通信系统
