無線局域網(wǎng)(4)

1、3.2 無線局域網(wǎng)物理層技術(shù),微波傳輸技術(shù)微波是指頻率在300~300000MHZ或波長1mm~1m范圍內(nèi)的電磁波。數(shù)字微波通信是指利用微波（射頻）攜帶數(shù)字信息，通過天線發(fā)射出去，電磁波在空間傳播。,信源,,信源編碼,信道編碼,載波調(diào)制,微波信道,載波解調(diào),信道解碼,信源解碼,信宿,噪聲源,,,,,,,,,,,,,,發(fā)送端基帶信號,頻帶傳輸信號,收端基帶信號,,微波傳輸技術(shù),信源提供原始的信號

2、信源編碼把模擬信號變成數(shù)字信號信道編碼提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃哉{(diào)制部分是為經(jīng)信道編碼后的符號能在適當(dāng)?shù)念l段傳輸，如微波頻段、短波頻段。接收端的解調(diào)、信道編碼和信源編碼等與上面一一對應(yīng)，反變換,擴頻傳輸技術(shù),擴頻傳輸技術(shù)是一種以高頻帶寬和低峰值功率為特征的通信技術(shù)。擴頻傳輸技術(shù)是一種數(shù)字傳輸編碼技術(shù)。窄帶傳輸技術(shù)中數(shù)據(jù)基帶信號的頻譜不做任何擴展，直接發(fā)射出去。擴頻傳輸技術(shù)是指用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)。一

3、般的擴頻要經(jīng)過三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。,擴頻傳輸技術(shù),直接序列（DS）采用偽噪聲碼（PN）與信號相乘達到擴展信號的帶寬跳頻（FH）載波在跳頻碼的控制下按照某種跳頻圖案跳變，在接受端通過相關(guān)解跳，恢復(fù)出發(fā)送信號跳時（TH）偽隨機碼序列來開通或關(guān)斷發(fā)射機。線性調(diào)頻,信息、數(shù)據(jù)與信號,信息(Information)是人們對現(xiàn)實世界的事物的存在方式及其運動狀態(tài)的認識。數(shù)據(jù)(Data)運送信息的實體，是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表

4、現(xiàn)形式。信號(Signal)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，即數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)，如電壓、電流、磁場的強度等。,信息：人對雪花和馬的認識數(shù)據(jù)：文字，二進制數(shù)，十進制數(shù)信號：電壓，光，磁場強度,模擬與數(shù)字,模擬——連續(xù) 數(shù)字——離散,模擬信號與數(shù)字信號,模擬信號的特點：波動性；持續(xù)變化；包含無窮多個值；在電信業(yè)已經(jīng)被廣泛使用超過100年。數(shù)字信號的特點：離散性；躍變性；包含有限個值設(shè)備性能先進，較為便宜。,模

5、擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)的值是某個區(qū)間內(nèi)的連續(xù)值。模擬數(shù)據(jù)的物理信號容易實現(xiàn)，但不精確且容易受干擾。數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)的值是某個區(qū)間內(nèi)的有限個離散值。數(shù)字數(shù)據(jù)具有精確以及受擾動可以恢復(fù)的特性。,模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù),模擬信道和數(shù)字信道,信道（channel）向某一個方向傳輸信息的媒體。模擬信道是用來傳輸連續(xù)的模擬信號(如正弦波信號)的信道；如果利用模擬信道傳送數(shù)字數(shù)據(jù)，則必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。數(shù)字信道

6、是用來傳輸離散的數(shù)字信號(如脈沖信號)的信道。,模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)都可以用模擬信號或數(shù)字信號來表示，因而也可以用其中任意一種形式傳輸。,2.2.4 數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问?數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的指標(biāo),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有以下幾項 ：波特率 ——碼元的傳輸速率比特率——信息的傳輸速率信道容量——信道能達到的最大傳輸能力。 誤碼率 ——數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸可靠性的指標(biāo),波特率和比特率,碼元是承載數(shù)據(jù)的基本信號單元。波特率（碼元傳輸速

7、率）：每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位是Baud（波特）比特率：指的是每秒傳輸?shù)亩M制比特數(shù)，速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。,要注意,信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上有一定的關(guān)系。一個n進制碼元所包含的信息量為 I=log2n 位，所以數(shù)據(jù)傳輸速率的計算公式為：C=BI=B×log2n 其中 B 代表波特率； n 是一個碼元表示的有效狀態(tài)數(shù)； C 為比特率

8、。當(dāng)一個碼元只能表示0或1兩種狀態(tài)時，比特率就等于波特率。,誤碼率,誤碼率：是二進制碼元在信道中被傳錯的概率。根據(jù)概率統(tǒng)計理論，此概率近似等于被傳錯的碼元數(shù)與所傳送的碼元總數(shù)之比。即： Pe=Ne /N其中： Ne為被傳錯的碼元數(shù)；N為所傳送的碼元總數(shù)； Pe為誤碼率。在計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，要求誤碼率低于10-6。如果實際傳輸?shù)牟皇嵌M制碼元，需折合成二進制碼元計算。,信道容量,信道容量（也稱為傳輸帶寬）：指信道

9、能達到的最大傳輸能力，即信道的最大（極限）數(shù)據(jù)傳輸速率。,……………………………………………………………………………………………………….,信道的極限容量,任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。,數(shù)字信號通過實際的信道,失真不嚴重失真嚴重,,,,,,,實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,輸入信號波形,輸出

10、信號波形(失真不嚴重),,奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則,理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud,W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz),,不能通過,能通過,0,頻率(Hz),,,W (Hz),,在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯邢薜?，傳輸速率超過此上限，就會出現(xiàn)嚴重的碼間串?dāng)_的問題，使接收端對碼元的識別成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能過通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)干擾。,如果

11、編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為M，就得到了理想低通信道的極限信息傳輸速率（即信道容量）Cmax： Cmax= 2W log2M (bps) 因為信道總是有噪聲的，因此奈奎斯特準(zhǔn)則給出的是理論上的上限。實際的信道所能傳輸?shù)淖罡邤?shù)據(jù)傳輸速率（或者最高碼元速率），要明顯地低于奈奎斯特準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。,,,另一種形式的奈奎斯特準(zhǔn)則,理想帶通信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud,W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz),,不能通過

12、,能通過,0,頻率(Hz),,,W (Hz),,不能通過,,如果編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為M，就得到了理想帶通信道的極限信息傳輸速率（即信道容量）C max： Cmax= W log2M (bps),練習(xí)： 有一帶寬為3 kHz的理想低通信道，求其最高碼元速率。若傳輸?shù)臑?進制碼元，求其信道容量。若為8進制碼元呢？,香農(nóng)定理,香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳

13、輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C（即傳輸帶寬）可表達為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。S / N—信噪比，常以分貝(dB)表示         記為： 信噪比(dB) = 10*log10(S/N) &#

14、160; (dB),練習(xí)：求信噪比為30分貝，帶寬為4kHz 的信道的最大數(shù)據(jù)速率(信道容量)。,香農(nóng)公式表明,信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。要想提高信息的極限傳輸速率，或者必須設(shè)法提高傳輸線路的帶寬，或者必須設(shè)法提高所傳信號的信噪比，此外沒有其他任何辦法。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。,………………………………………………………………………………………………………

15、.,擴展頻譜技術(shù),一. 擴頻技術(shù)的幾種方式,擴頻技術(shù)實質(zhì)是在發(fā)送端將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)信息的頻帶展寬到一個比原信號帶寬寬的多的頻帶上去，接收端通過相關(guān)接收方法，再將其恢復(fù)到原來信息帶寬的一種技術(shù)。,●    直接序列擴展頻譜（DSSS）●    跳頻擴展頻譜（FHSS）●    跳時（TH）●    組合方式：FH/D

16、SSS、TH/DSSS等。 應(yīng)用較多的是DSSS、FHSS和FH/DSSS。,擴展頻譜技術(shù),二. 擴頻技術(shù)的特點,● 抗干擾能力強干擾信號（或噪聲）與擴頻用偽隨機（PN）碼不相關(guān)，則在擴頻接收機內(nèi)會被擴展到很寬頻帶上去，使進入信號通帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，增加了解擴相關(guān)器的輸出信干比（或信噪比）?！?#160;   可進行多址通信擴頻通信本身是一種多址通信方式，稱為擴頻多址（SSM

17、A），實際上是碼分多址（CDMA）的一種。用不同的擴頻碼（偽隨機碼）可組成不同的小區(qū)網(wǎng)，這些小區(qū)網(wǎng)使用同一頻段傳輸信號時可以作到互不干擾，甚至比頻分多址（FDMA）系統(tǒng)的頻帶利用率還高?！?#160;   安全保密信息頻帶的擴展，使信號功率密度降低，甚至可深深地淹沒在噪聲中（比噪聲功率小得多），如果不知道發(fā)端所使用的擴頻碼，并用該擴頻碼進行同步相關(guān)檢測，是無法正確接收信息的。●   

18、; 利用擴頻偽隨機（PN）碼的相關(guān)特性，擴頻系統(tǒng)具有擾多徑干擾的能力。●    使用ISM頻段，無須向無線電管理部門申請許可。,,,擴展頻譜技術(shù),直接序列擴展頻譜(DSSS),圖6.24 直接序列擴頻（DSSS）系統(tǒng)組成框圖,一. DSSS系統(tǒng)組成與原理,m（t）= s（t）·c（t）·cos2πfot,m″（t）= s（t）·c（t）·cos2πfI t,d′

19、（t）= s（t）·c（t）,解擴要求接收端提供和發(fā)送端相同結(jié)構(gòu)且完全同步的偽隨機（PN）碼序列c（t），如果接收機中的c′（t）與發(fā)端c（t）相同且同步，接收信號沒受到噪聲和干擾的影響，即d′（t）與d（t）相同，則解擴后的輸出信號s′（t）就應(yīng)和發(fā)送端的數(shù)據(jù)信號s（t）完全相同。,接收機中利用相同且同步的偽隨機（PN）碼序列進行解擴的接收方法，常稱為相關(guān)接收方法。,,直接序列擴展頻譜(DSSS),一. DSSS系統(tǒng)組成與

20、原理,圖6.25 直接序列擴頻（DSSS）系統(tǒng)信號波形圖,,直接序列擴展頻譜(DSSS),一. DSSS系統(tǒng)組成與原理,對干擾來說，由于與偽隨機碼不相關(guān)，在接收端解擴時將被頻譜擴展，使得落入信號頻帶內(nèi)的干擾能量大大減小，提高了相關(guān)接收器輸出信噪比，達到抗干擾目的。,圖6.26 直接序列擴頻（DSSS）系統(tǒng)信號的頻譜,直接序列擴展頻譜,二. DSSS系統(tǒng)的處理增益與干擾容限,擴頻系統(tǒng)的處理增益就定義為擴頻接收機的相關(guān)器（解擴器）輸出信

21、噪比So/No與輸入信噪比Si/Ni的比值，用GP表示。處理增益表明了擴頻處理帶來的抗干擾性能的好處。,擴頻系統(tǒng)的干擾容限定義為系統(tǒng)在可靠接收條件下，所容許干擾信號功率可超過信號功率的分貝（dB）數(shù)。干擾容限反映了擴頻系統(tǒng)可容許的極限干擾的強度，用Mn表示。,GP 是以分貝為單位的擴頻處理增益；Ls是以分貝為單位的擴頻系統(tǒng)內(nèi)部損耗；（S/N）o是以分貝為單位的擴頻系統(tǒng)可靠工作時相關(guān)器要求的最小輸出信噪比。,擴頻系統(tǒng)在抗干擾方面的好處是有

22、代價的，那就是占用頻帶寬度的增大。 例如，一個數(shù)據(jù)信源的輸出二進制碼元速率 fs 為 1M波特（碼元寬度Ts為1μs，頻帶寬度Bs為1MHz）,采用 DSSS 系統(tǒng)進行傳輸。若擴頻接收機正常工作時要求相關(guān)器輸出最小信噪比為（S/N）o = 7dB，系統(tǒng)內(nèi)部損耗為Ls = 3dB，為使擴頻系統(tǒng)具有Mn = 10dB的干擾容限，則要求系統(tǒng)的擴頻處理增益GPGP ≥ Mn + Ls +（S/N）o = 10 + 3 + 7

23、= 20（dB）相當(dāng)于GP = 100 倍，這就要求擴頻用偽隨機（PN）碼的切普速率fc為100M波特，使得擴頻信號的占用頻帶寬度（與PN碼信號帶寬Bc相同）提高為原來數(shù)據(jù)信號帶寬Bs的100倍，即為100MHz 。,直接序列擴展頻譜,三. DSSS系統(tǒng)的偽隨機（PN）碼,偽隨機（PN）碼在擴頻系統(tǒng)中起著非常重要的作用。盡管碼的隨機性越大，對信號頻譜的擴展越有利，但完全隨機（像白噪聲那樣）的擴頻碼是不實用的。因為通信系統(tǒng)的接收端需要確

24、知發(fā)送端使用的擴頻碼的特性參數(shù)，并且要取得擴頻碼的同步，才能解擴出原來的數(shù)據(jù)信息。偽隨機（PN）碼不是完全隨機的，而是存在一定的規(guī)律和周期性，其碼元取值分布具有一定的隨機特性。最常用的是被稱為最長線性移位寄存器序列（m序列）的偽隨機（PN）碼，由若干級連的移位電路和一些反饋控制邏輯構(gòu)成。一個r級移位寄存器構(gòu)成的m序列產(chǎn)生電路輸出的偽隨機序列具有如下主要特性：,●    周期性m序列存在一定的周期性，

25、且周期為 N = 2r-1 個切普（Chip）碼元。●    均勻性m序列一個周期內(nèi)的“0”和“1”的數(shù)目基本相等，事實上“1”比“0”多一個?！?#160;   移位相加特性m序列和它的一個移位序列相加（模2）后得到的序列，仍然是該m序列的另一個移位序列?！?#160;   游程分布特性我們把連續(xù)取值相同的若干碼元稱作一個游程，一個游程中碼元的數(shù)目稱作該

26、游程的長度。在周期為N的m序列中，一個周期內(nèi)的游程總數(shù)為2r-1個；其中長度為k的游程（連續(xù)k個“0”和連續(xù)k個“1”，1≤k < r-1）占游程總數(shù)的1/2k ，且在長度為k的游程中，連“0”和連“1” 的游程各占一半；r-1個連“0”和r個連“1”的游程各有一個?！?#160;   自相關(guān)特性● 功率譜密度特性,,,直接序列擴展頻譜,三. DSSS系統(tǒng)的偽隨機（PN）碼,圖6.27 m序列的自相

27、關(guān)函數(shù)Rc(τ)和功率譜密度Pc(f)示意圖形,,,,直接序列擴展頻譜,三. DSSS系統(tǒng)的偽隨機（PN）碼,圖6.28 由五級移位電路（r=5）構(gòu)成的m序列產(chǎn)生電路,,直接序列擴展頻譜,三. DSSS系統(tǒng)的偽隨機（PN）碼,,直接序列擴展頻譜（DSSS）,四. 軟擴頻技術(shù),軟擴頻技術(shù)是將輸入的每k個數(shù)據(jù)信息碼位用N位（N>k）的偽隨機碼作為輸出來實現(xiàn)頻譜的擴展，又常稱作（N，k）軟擴頻。,圖6.29 （N，k）軟擴頻系統(tǒng)實現(xiàn)

28、框圖,軟擴頻技術(shù)通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)信息速率較高的場合，其擴頻處理的頻譜擴展系數(shù)一般不太大（小于10），可表示為ξ=N/k。,（N，k）軟擴頻信號的產(chǎn)生要求從2N個長度為N的碼組中挑選出其中的2k個來代表長度為k的信息碼組。這挑選出的2k個碼要有前面介紹的偽隨機（PN）碼的特性且碼組間的距離（不相同位的數(shù)目）要大。實用中常選擇一組相互正交的碼組（2k個），因此有時將軟擴頻稱為正交碼擴頻。,直接序列擴展頻譜（DSSS）,五. DSSS系統(tǒng)的同步

29、,直擴（DSSS）系統(tǒng)只有在完成偽隨機碼的同步后，才能對接收的擴頻信號進行相關(guān)解擴，把擴頻后的寬帶信號恢復(fù)成原來未曾擴頻的窄帶信號，以便從中將傳送的信息解調(diào)出來。一般的同步可分為兩步進行，即捕獲和跟蹤。捕獲又稱為粗同步或初始同步，捕獲是對輸入擴頻信號的同步信息進行搜索，使收發(fā)雙方用的偽隨機碼的相位差小于偽隨機碼切普寬度Tc。跟蹤又稱為精同步，它是在捕獲的基礎(chǔ)上，使收發(fā)雙方的偽隨機碼的相位誤差進一步減少，保證收端的偽隨機碼的相位一直跟隨

30、接收到的信號的偽隨機碼的相位，在一允許的范圍內(nèi)變化。跟蹤與一般的數(shù)字通信系統(tǒng)的跟蹤方法類似，關(guān)鍵還是在于第一步的捕獲。直擴系統(tǒng)中初始同步方法很多，通常有滑動相關(guān)同步法和匹配濾波器同步法。,,圖6.30 滑動相關(guān)法實現(xiàn)PN碼同步原理框圖,直接序列擴展頻譜（DSSS）,五. DSSS系統(tǒng)的同步,接收機在搜索同步過程中，本地偽隨機碼產(chǎn)生器以不同于發(fā)端的偽隨機碼碼速工作，這就相當(dāng)于收發(fā)用的偽隨機碼彼此在“滑動”。若接收機的偽隨機碼碼速大于發(fā)

31、射機的偽隨機碼碼速，則接收機偽隨機碼滑動超前于發(fā)端的偽隨機碼，否則滯后于發(fā)端的偽隨機碼。,滑動過程中，收發(fā)雙方的偽隨機碼不重疊時，相關(guān)器輸出噪聲或很低的碼相關(guān)旁峰值；當(dāng)接收雙方的偽隨機碼接近重合或重合時，有較大的相關(guān)主峰值輸出。相關(guān)輸出經(jīng)包絡(luò)檢波，積分后輸出脈沖信號，當(dāng)脈沖電平超過門限電平時，表示已完成了偽隨機碼的初始同步。,完成捕獲后，同步單元轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，跟蹤通常采用鎖相環(huán)路來完成。,擴展頻譜技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),跳頻擴頻（F

32、HSS）也是IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中建議的一種物理層實現(xiàn)技術(shù)。 與DSSS系統(tǒng)不同，跳頻系統(tǒng)的載頻受偽隨機碼的控制，不斷地、隨機地發(fā)生跳變。對每一瞬時來說，跳頻輸出信號可能是一個窄帶頻譜，單對整個數(shù)據(jù)發(fā)送過程來說，無疑是一個寬帶的頻譜。 另外和 DSSS 系統(tǒng)不同的是， FHSS 系統(tǒng)并不直接傳輸偽隨機（PN）碼，而是用偽隨機碼來選擇載波頻率或信道。,,一. 跳頻系統(tǒng)組成與原理,擴展頻譜

33、技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),圖6.31 跳頻擴頻（FHSS）系統(tǒng)組成框圖,跳頻輸出信號為m（t）= s（t）cosωi t ， fi∈[f1，f2，……，fN],接收混頻器輸出為m″（t）= m′（t）·cos2πfi′t ， fi′∈[f1+ fI，f2+ fI，……，fN+ fI],1/2 s（t）cos2πfI t,1/4 s（t）,,一. 跳頻系統(tǒng)組成與原理,擴展頻譜技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),圖6.32

34、 跳頻擴頻（FHSS）系統(tǒng)的頻譜,跳頻系統(tǒng)可根據(jù)跳頻速度分為高速跳頻系統(tǒng)、中速跳頻系統(tǒng)和低速跳頻系統(tǒng)。跳頻速度小于100Hop/s為低速跳頻系統(tǒng)，跳速在100Hop/s～500Hop/s為中速跳頻系統(tǒng)，跳速大于500Hop/s為高速跳頻系統(tǒng)。,在某一時刻，跳頻系統(tǒng)是窄帶的，從整個時間看，跳頻信號在整個頻帶內(nèi)跳變，是寬帶的。,,二. 跳頻圖案,擴展頻譜技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),圖6.33 跳頻擴頻（FHSS）系統(tǒng)的跳頻圖案,通常要求

35、跳頻圖案的周期要長，最好長到一次實際通信中跳頻圖案不重復(fù)。這就要求用于控制跳變圖案的偽隨機碼的周期要長，即移位寄存器的級數(shù)要大，如級數(shù)r=32或64。,為了進一步提高跳變圖案的保密性，有時不是簡單地用偽隨機碼去控制跳頻圖案，而且還要考慮采用別的措施，增強跳頻圖案的保密性。如加密鑰，加時間變量（這樣可使跳頻圖案隨時間變化，為時變的跳頻圖案）等。,跳頻圖案的隨機性要好，即由偽隨機碼控制頻率合成器產(chǎn)生的頻率，在選定的跳頻圖案中均勻出現(xiàn)。,,,

36、三. 跳頻系統(tǒng)中的頻率合成器,擴展頻譜技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),頻率合成一般可分為直接式頻率合成和間接式頻率合成兩種方式。,四. 跳頻系統(tǒng)的同步,擴展頻譜技術(shù),跳頻擴頻(FHSS),跳頻系統(tǒng)的同步包括其它通信系統(tǒng)中存在的碼元同步、載波同步、幀同步等，但跳頻系統(tǒng)主要是所特有的“跳頻圖案同步”。,● 精確時鐘定時法這種方法是用高精度時鐘控制收發(fā)雙方的跳頻圖案，即實時控制收發(fā)雙方的頻率合成器的頻率的跳變。由于產(chǎn)生跳變頻率的方法是一樣的

37、，所用的偽隨機碼是一樣的，唯一不知道的是時間。若收發(fā)雙方都保持時間一致，且通信距離已知，則可保證跳頻圖案的同步。這種方法用精確的時鐘減少了收發(fā)雙方偽隨機碼相位的不確定性，因此同步快、準(zhǔn)確性好、保密性好。,● 同步字頭法將帶有同步信息（如時間信息等）作為同步字頭置于跳頻信號的最前面，或離散地插入。收端根據(jù)同步字頭的特點，可以從接收到的跳頻信號中將它識別出來，作為調(diào)整本地時鐘或偽隨機碼發(fā)生器的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而使收發(fā)雙方同步。與這種方法相配

38、合，接收機可處于等待狀態(tài)，即在某一頻率上等待同步頭的到來，或者對同步頭頻率進行掃描搜索，從中提取同步頭信息。這種同步方法具有同步搜索快、容易實現(xiàn)、同步可靠等特點。,● 匹配濾波器法匹配濾波器具有很強的信號處理能力，將其用于同步系統(tǒng)，會使同步系統(tǒng)簡化，同步時間縮短，同步性能提高。用匹配濾波器同步，一般是對同步頭進行匹配濾波，一旦輸入的跳頻信號與匹配濾波器相匹配，就表明收到了同步頭，即完成了時間的同步，接收端就可從此刻啟動本地頻率合成器，

39、從而完成了跳頻同步。這種同步方式特別適合于快速跳頻系統(tǒng)和突發(fā)通信系統(tǒng)。,,擴展頻譜技術(shù),混合擴頻系統(tǒng),,擴展頻譜技術(shù),混合擴頻系統(tǒng),擴展頻譜技術(shù),混合擴頻系統(tǒng),FH/DS混合擴頻系統(tǒng)中，用了兩個偽隨機碼，一個用于直擴，一個用于控制頻率合成器，一般用于直擴的偽隨機碼I的長度比用于跳頻的偽隨機碼Ⅱ的長度要長，且速率高得多。接收機要正?；謴?fù)出傳輸信息，要求收端的兩個偽隨機碼要分別與發(fā)端對應(yīng)的偽隨機碼同步，這就對系統(tǒng)的同步提出了更高的要求，復(fù)雜

40、程度就更高。采用FH/DS混合擴頻系統(tǒng)，有利于提高系統(tǒng)的抗干擾性能。在電子對抗領(lǐng)域，干擾機要有效地干擾FH/DS系統(tǒng)，不僅需要干擾頻率能夠跟上跳變頻率的變化，還要求干擾電平必須超過直擴系統(tǒng)的干擾容限。這樣就大大增加了干擾的難度，從而達到更有效地抗干擾的目的。 采用FH/DS混合擴頻系統(tǒng)后，不僅提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，而且將跳頻系統(tǒng)和直擴系統(tǒng)的優(yōu)點集中起來，克服了單一擴頻方式的不足。如直擴系統(tǒng)對同步的要求高，“遠—近”效應(yīng)影響大

41、等，這些不足正好是跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點；跳頻系統(tǒng)在抗頻率選擇衰落、抗多徑等方面的能力不強，直擴正好彌補了它的不足。這樣，把直擴和跳頻結(jié)合起來，使系統(tǒng)更加完善，功能更強。,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),數(shù)字調(diào)制就是對基帶數(shù)據(jù)信號進行變換，實現(xiàn)信號頻譜的“搬移”，即把含有大量低頻成分的基帶信號頻譜搬移到一個很高的頻段上去。這種向高頻的搬移在數(shù)據(jù)的發(fā)送端進行，搬移的過程稱作“調(diào)制”，在稱作調(diào)制器的設(shè)備中完成。在數(shù)據(jù)的接收端，有一個相反的變換被稱作“解調(diào)”的過程，

42、解調(diào)過程在稱作解調(diào)器的設(shè)備中完成。,圖6.4 頻帶傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型,經(jīng)過調(diào)制的后的信號在一個很高的頻段上占有一定的帶寬，由于所處頻段很高，使得其最高頻率和最低頻率的相對偏差變?。ㄗ罡哳l率和最低頻率的比值略大于1），這樣的信號稱為頻帶信號或射頻信號，相應(yīng)的傳輸系統(tǒng)稱作頻帶傳輸系統(tǒng)。,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值幅移鍵控(2ASK),圖6.5 基帶數(shù)據(jù)信號s（t）與2ASK信號m（t）的波形示意圖,可以看出，2ASK信號可以看作二進制基帶數(shù)據(jù)序

43、列信號s（t）和一個高頻載波cos2πfc t 相乘的結(jié)果。即  m（t）= s（t）·cos2πfc t （6－4）其中是一個單極性基帶數(shù)據(jù)序列信號。,一.2ASK信號的波形與頻譜,二值幅移鍵控(2ASK),可以證明已調(diào)2ASK信號m（t）的功率譜密度Pm（f）

44、可通過Ps（f）應(yīng)用頻移定理而獲得，即有,，-∞〈 f〈 ∞ （6－8）,,圖6.6基帶數(shù)據(jù)s（t）與2ASK信號m（t）的功率譜密度示意圖,2ASK信號的帶寬B2ASK = 2 fs （Hz），是基帶數(shù)據(jù)信號s（t）帶寬Bb的兩倍（注意計算帶寬只考慮正頻率部分），稱作雙邊帶信號，相應(yīng)地把這種調(diào)制稱為雙邊帶調(diào)制。,一.2ASK信號的波形與頻譜,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值幅移鍵控(2ASK),二.2ASK信號的產(chǎn)生

45、與解調(diào),圖6.7 2ASK信號的產(chǎn)生與解調(diào)原理框圖,,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,圖6.8 基帶數(shù)據(jù)s（t）與2FSK信號m（t）的波形示意圖,,二值頻移鍵控(2FSK),一.2FSK信號的波形與頻譜,圖6.9 基帶數(shù)據(jù)s（t）與2FSK信號m（t）的功率譜密度（單邊）示意圖,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值頻移鍵控(2FSK),二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.10 2FSK信號的產(chǎn)生（調(diào)制器

46、）原理框圖,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值頻移鍵控(2FSK),二.2FSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),（a） 同步（相干）解調(diào),（b） 鑒 頻 器 解 調(diào),圖6.11 2FSK信號的解調(diào)（解調(diào)器）原理框圖,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值相移鍵控(2PSK),一.2PSK信號的波形與頻譜,圖6.12(a) 基帶數(shù)據(jù)s（t）與2PSK信號m（t）的波形,2PSK信號m（t）是雙極性基帶數(shù)據(jù)信號s（t）和高頻載波cos2πfct （圖中實際是sin2πfct）相乘

47、的結(jié)果。,,二值相移鍵控(2PSK),一.2PSK信號的波形與頻譜,圖6.12（b）基帶數(shù)據(jù)s（t）與2PSK信號m（t）的功率譜密度（雙邊）,,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),二值相移鍵控(2PSK),二.2PSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.13 2PSK信號的產(chǎn)生與解調(diào)原理框圖,數(shù)字調(diào)制技術(shù),多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,一. 多值數(shù)字調(diào)制原理,在M進制（設(shè)M=2K）基帶傳輸系統(tǒng)中，信源輸出的每K=log2M位二進制數(shù)據(jù)（Kbit信息）可用一個M進制傳輸符

48、號（碼）來傳輸。若信源數(shù)據(jù)速率仍為Rbit/s, 則傳輸?shù)拇a元速率就是fs = R/K波特，占用頻帶為R/K Hz，頻帶利用率為Kbit/s·Hz。一般說來，一個M進制系統(tǒng)的頻帶利用率要比二進制系統(tǒng)提高log2M倍，或者可以說對于一定的信源數(shù)據(jù)速率（常稱信息速率，單位bit/s），M進制系統(tǒng)會比二進制系統(tǒng)節(jié)省大約log2M倍的占用頻帶寬度。,,多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,一. 多值數(shù)字調(diào)制原理,圖6.14 多值（M=4）數(shù)字調(diào)

49、制的波形示意圖,MASK和MFSK應(yīng)用較少，MPSK應(yīng)用較多。,,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,二. MPSK信號的矢量表示,（a）4PSK（QPSK）,（b） 8PSK（B方式）,圖6.15 4PSK（QPSK）與8PSK信號的矢量圖表示,●A方式,●B方式,●B方式,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,三. 4PSK（QPSK）信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.16 B方式4PSK（QPSK）調(diào)制實現(xiàn)框圖,數(shù)字調(diào)制技術(shù),

50、多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,三. 4PSK（QPSK）信號的產(chǎn)生與解調(diào),● 當(dāng)｛a, b｝= 00 時，調(diào)制器輸出信號為 （6－17a）● 當(dāng)｛a, b｝= 01 時，調(diào)制器輸出信號為

51、 （6－17b）● 當(dāng)｛a, b｝= 11 時，調(diào)制器輸出信號為 （6－17c）● 當(dāng)｛a, b｝= 10 時，調(diào)制器輸出信號為

52、 （6－17d）,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),多值數(shù)字調(diào)制與MPSK,三. 4PSK（QPSK）信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.17 B方式4PSK（QPSK）解調(diào)實現(xiàn)框圖,4PSK信號的頻帶寬度是四進制數(shù)據(jù)符號速率的兩倍（雙邊帶調(diào)制），或者說是串/并變換電路輸出的二元碼速率的兩倍，而不是信源輸出二進制數(shù)據(jù)速率的兩倍。由于二元碼（或四進制碼）速率比信源二進制碼的速率

53、降低了一倍，盡管是雙邊帶調(diào)制，4PSK仍可作到1bit/s·Hz的頻帶利用率。,數(shù)字調(diào)制技術(shù),差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,2PSK和4PSK都是把基帶數(shù)據(jù)信息承載在輸出載波的絕對相位上。如2PSK中,基帶數(shù)據(jù)信號為“1”時,輸出載波相位ф=0；基帶數(shù)據(jù)信號為“0”時,輸出載波相位ф=π 。這樣的相位調(diào)制稱為“絕對調(diào)相”。絕對調(diào)相時，須要求接收端的本地載波和發(fā)送端的調(diào)制載波同頻率和同相位。事實上，接收端從接收PSK信號中

54、提取本地載波，電路提取的本地載波和發(fā)送載波同頻率一般沒有問題，但本地載波(以2PSK為例)有可能與發(fā)送端的調(diào)制載波反相位，稱為倒π現(xiàn)象。發(fā)生倒π的本地載波使得解調(diào)出的數(shù)據(jù)信號發(fā)生“0”和“1”的互換，而接收方并不知道，從而出現(xiàn)解調(diào)數(shù)據(jù)的錯誤。 解決上述問題的方法就是采用差分相位調(diào)制，又稱“相對調(diào)相”，如2DPSK、4DPSK等。無線局域網(wǎng)的物理層標(biāo)準(zhǔn)中就建議了這種調(diào)制方式。,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),6.2.5 差分相移鍵控2DPSK與

55、4DPSK,一. 2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),● 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)信號為“0”時，輸出載波產(chǎn)生相位變化△ф= θ0 ；● 當(dāng)輸入基帶數(shù)據(jù)信號為“1”時，輸出載波產(chǎn)生相位變化△ф= θ1 。通常使用的方式有:◆A方式（θ0 = 0 ，θ1 =π） ◆ B方式（θ0 = π/2 ，θ1 = -π/2）,圖6.18 2DPSK信號的波形示意圖,,差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,一. 2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.19

56、2DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào)原理框圖,,差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,二. 4DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),,差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,二. 4DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.21 4DPSK（DQPSK）系統(tǒng)中的碼變換電路,,差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,二. 4DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),,差分相移鍵控2DPSK與4DPSK,二. 4DPSK信號的產(chǎn)生與解調(diào),圖6.22 4DPSK（DQPSK）調(diào)制與解調(diào)實現(xiàn)原理框

57、圖,數(shù)字調(diào)制技術(shù),數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能,一. 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的帶寬與頻帶利用率,數(shù)字調(diào)制技術(shù),數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能,二. 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率,采用相干解調(diào)方式,二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率:對于2ASK，對于2FSK，對于2PSK，,r是解調(diào)器輸入信噪比，稱為互補誤差函數(shù)。,當(dāng)信噪比r遠遠大于1（一般r≥10）時，可以近似。,對于M PSK，當(dāng)r足夠大時，相干解調(diào)的誤碼率Pe為：,,數(shù)字調(diào)制技術(shù),數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能,二.