扩频通信系统的分类
扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。
1 直接序列扩展频谱系统
直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的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，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。
在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。
在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。
数据 乘法器 图1-5 直接序列扩频通信系统简化图 (a) 发射系统；(b) 接收系统 中频 调制器 发射机 混频器 2 跳频扩频通信系统 滤波器 解调器 数据
Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机 本地 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 振荡器 (b) (a)
的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到220个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。
图1-6 频率跳变扩频通信系统简化方框图 数据 调制器 混频器 发射机 伪码 载波 伪码 Frequecy Hopping Spread 跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（时钟源 调制器 时钟源 发生器 发生器 发生器 数据 解调器 滤波器 频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器。在常规通信系统中这二者输出信号的频率是 频率 频率 发中频 固定不变的，然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频率是跳变的。在跳频通 合成器 合成器 振荡器 信系统中发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器两部分组成。快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。 伪码 指令 指令 伪码 时钟源 时钟源 发生器 译码器 译码器 发生器 跳频通信系统发信机的发射频率，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(a) )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(b)
的顺序跳变，产生一个和接收信号频率只差一个中频频率的参考本振信号，经混频后得到一个频率固定的中频信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。解跳后的中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传输的信息。
(a) 发射系统；(b) 接收系统 中频 混频器 在跳频通信系统中，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系统中的伪随机码速率高，一般为几十b/s~几kb/s。由于跳频系统中输出频率的改变速率就是扩频伪随机码的速率，所以扩频伪随机码的速率也称为跳频速率。根据跳频速率的不同，可以将跳频系统分为频率慢跳变系统和频率快跳变系统两种。
假设数据调制采用二进制频移键控调制，Tb是一个信息码元比特宽度，每Tb秒数据调制器输出两个频率中的一个。每隔Tc秒系统输出信号的射频频率跳变到一个新的频率上。若Tc＞Tb，这样的频率跳变系统称为频率慢跳变系统。现举例说明频率慢跳变系统的工作过程，参见图1-7。
f8
f7 图1-7频率慢跳变系统频率跳变示意图 f16 f15 频率 BRF
f6 f5 f4 图1-8频率快跳变系统频率跳变示意图 合成器有8个频率f11 {f1，f6，f7，f3，f8，f2，f4，f5}可供跳变，每传送3个比特后跳变到一个新的频率。该频率跳变信号在收信机中同本地参考振荡信号f9 Tc 进行下变频，参考本振频率的集合为{f1?fIF，f6?fIF，f7?fIF，f3?fIF，f8 f7 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 ，0 0 f8?fIF，f2?0 f51 ?f0 fIF，1 f41 ?fIF}，下变频后的中频信号集中在频率为fIF、IFf6 宽度为Bb的频带中。 f5 f4 在频率慢跳变系统中，频率的跳变速度比数据调制器输出符号的变化速度f3 慢。若在每个数据符号中，射频输出信号的频率跳变多次，这样的频率跳变系统f2 就叫做频率快跳变系统。图1-8给出了频率快跳变系统输出射频信号的频率。 f1 在图1-8中，TT频率合成器有16个频率{f5，f11，f7，，f14，f12，cc ?Tb/3，时间 f8，f1，f2，f4，f9，f，f6， f13，f10，f16，f15}，Bb?2/Tb，BRF?16Bb。 T 3Tb f10 时间 Bb B图1-7中，f14b ?2/Tb，Tc?3Tb，BRF?8Bb。数据调制器根据二进制数据信f3 f13 f2 号选择两个频率中的一个，即每隔Tb秒数据调制器从两个频率中选择一个。频率
f1 f12 BRF Bb Bb 频率 b3 跳时扩频通信系统1 Bb 0 0 1 1 0 1 时间跳变也是一种扩展频谱技术，跳时扩频通信系统（Time Hopping Spread Spectrum Communication Systems，TH-SS）是时间跳变扩展频谱通信系统的简称，主要用于时分多址(TDMA)通信中。与跳频系统相似，跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。我们先把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。因此，可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。由于采用了窄得很多的时隙去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。图l-9是跳时系统的原理方框图。
图1-9 时间跳变扩频通信系统简化方框图 数据 (a) 发射系统；(b) 接收系统 载波f0 高频 高频 解调器 存储器 调制器 在发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器产生的扩频码序列去控开关 开关 制通-断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接收端，当接收机的伪码发生器与发端同步时，所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。解调数据 伪码 伪码 存储器 发生器 发生器 后的数据也经过一缓冲存储器，以便恢复原来的传输速率，不间断地传输数据，提供给用户均匀的数据流。就能正确地恢(a) 只要收发两端在时间上严格同步进行，(b)
复原始数据。
跳时扩频系统也可以看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时隙，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时隙。跳时系统能够用时间的合理分配来避开附近发射机的强干扰，是一种理想的多址技术。但当同一信道中有许多跳时信号工作时，某一时隙内可能有几个信号相互重叠，因此，跳时系统也和跳频系统一样，必须采用纠错编码，或采用协调方式构成时分多址。由于简单的跳时扩频系统抗干扰性不强，很少单独使用。跳时扩频系统通常都与其他方式的扩频系统结合使用，组成各种混合方式。
从抑制干扰的角度来看，跳时系统得益甚少，其优点在于减少了工作时间的占空比。一个干扰发射机为取得干扰效果就必须连续地发射，因为干扰机不易侦破跳时系统所使用的伪码参数。
跳时系统的主要缺点是对定时要求太严。
4 线性脉冲调频系统
线性脉冲调频系统（Chirp）是指系统的载频在一给定的脉冲时间间隔内线性地扫过一个宽带范围，形成一带宽较宽的扫频信号，或者说载频在一给定的时间间隔内线性增大或减小，使得发射信号的频谱占据一个宽的范围。在语音频段，线性调频听起来类似于鸟的“啾啾”叫声，所以线性脉冲调频也称为鸟声调制。
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，由于线性脉冲调频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。
线性脉冲调频，是作为雷达测距的一种工作方式使用的，其基本原理如图1-10所示。线性脉冲调频信号的产生，可由一个锯齿波信号调制压控振荡器(VCO)来实现，如图1-10(a)所示。
发射波是一个频偏为?F的宽带调频波，通常是线性调频。线性调频信号的特点是，发射脉冲信号的瞬时频率在信息脉冲持续周期Tb内随时间作线性变化，在脉冲起始和终止时刻的频差
?F?f1?f2?Bc (1-12)
式中： f1——脉冲起始时刻的频率，Hz；
f2——脉冲终止时刻的频率，Hz； ?F——瞬时频率变化范围，Hz； Bc——线性调制后的带宽，Hz。
Tb f1
f2
t
图1-10 线性脉冲调频原理图
(a) 发射端；(b) 接收端
压控 在脉冲持续时间Tb内，信号的瞬时频率为 振荡器 TT?Ff?f0?t(a) (?b?t?b) (1-13)
Tb22f 2f1
线性脉冲调频波的时域表达式为t t
??TbTbπ?F匹配2 ???t?s(t)?Acos?2πft?t?? () (1-14) 滤波器 0??022Tb??(b)
线性脉冲调频信号的接收解调可用匹配滤波器来实现，参见图1-10(b)。它是由色散延迟线构成的。这种延迟线对信号的高频成分延迟时间长，对低频成分
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