- 1、本文档共20页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
- 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
- 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。
- 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
- 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多
线性调频通信技术
第七章 线性调频通信技术
线性调频(LFM)是一种不需要伪随机编码序列的扩展频谱调制技术。由于线性调频信号占用的频带宽度远大于信息带宽,所以也可以获得很大的系统处理增益。线性调频信号又称鸟声(Chirp)信号,因为其频谱带落于可听范围,则听若鸟声,所以又称Chirp扩展频谱(CSS)技术。LFM技术在雷达、声纳技术中有广泛应用,如在雷达定位技术中,它可在增大射频脉冲宽度、提高平均发射功率、加大通信距离同时又保持足够的信号频谱宽度,不降低雷达的距离分辨率。1962年,M.R.Wiorkler将CSS技术用于通信中,它以同一码元周期内不同的Chirp速率表达符号信息。研究表明,这种以Chirp速率调制的恒包络数字调制技术抗干扰能力强,能显著减少多径干扰的影响,有效地降低移动通信带来的快衰落影响,非常适合无线接入的应用。进入21世纪以来,将CSS技术用于扩频通信的研究发展日益活跃,尤其随着超宽带(UWB)技术的发展,将CSS技术与UWB的宽带低功率谱相结合形成的Chirp-UWB通信,它利用Chirp技术产生超宽带宽,具备二者优势,增强了抗干扰与抗噪声的能力。目前CSS技术已成为传感网络通信标准IEEE802.15中物理层候选标准。
7.1 LFM信号的表征与特性
7.1.1 信号表征
线性调频(LFM)信号是指瞬时频率随时间成线性变化的信号。假设在一个信码持续时间T内,信号的瞬时频率变化如图7-1所示。也就是说,假设信号的瞬时角频率为:
(7-1)
式中,,为中心频率,F为瞬时频率变化范围,即围绕的两倍频率偏移。
由于信号的瞬时角频率与瞬时相位之间为微分关系,即
(7-2)
所以,LFM信号的时域表达式可以写为(设振幅归一化,初始相位为零):
(7-3)
从而有对应图7-1的时域波形如图7-2所示。
按照处理增益的定义,现在信号的高频带宽近似等于F,信息带宽为1/T,故频谱扩展带来的处理增益等于F/1/T=FT,此即时间带宽积,通常选用FT1。在信号匹配滤波检测的分析中可以看到,FT就是匹配滤波器输出的最大峰值。
7.1.2 信号频谱特性
现在来分析(7-3)式表示的LFM信号的频谱特性。为便于推导与计算,常采用复信号表示形式。众所周知,一个时间波形是时间的实函数,而复函数的实部就表示了这个时间波形,例如。用复函数来表示实函数的目的在于方便傅里叶变换的处理运算,例如:
,,都包含有正负频率谱,但是,只包含正频率谱,此结果表明,复信号的频谱与实信号的正频率谱相同,只是倍数不同。大家知道,实信号频谱含有正,负频率分量,但是正负频率普的振幅谱对称,相位谱反对称,因此对于一个实信号时间波形,完全可以用对应复信号来求其频谱,结果是等效的。下面 应用此结论来求LFM信号时间波形的频谱。
对于(7-3)式的复数形式可表示为
(7-4)
对实施傅里叶变换,可得频谱
(7-5)
进行变量代换,令,则上式变为
(7-6)
式中,
(7-6)式计算结果如下:
(7-7)
式中,方括弧内积分可引用特殊函数积分(Fresnel积分表可查到)
与
来计算,从而有
(7-8)
式中,
(7-9)
(7-10)
这样可得,也即的振幅谱与相位谱分别为
(7-11)
(7-12)
当处理增益FT=50时的与分布如图7-3所示。
图7-3 LFM信号的振幅谱与相位谱分布
由图7-3可以看出,相位谱由两部分组成,(7-12)式第二项决定的群时延与成直线关系,它是主要部分;而第一项值在带宽F内很小,基本上呈均匀分布,称之为残余相角。所以的群时延特性基本为线性。
振幅谱在B=F的带宽内基本是平坦起伏的均匀分布,也即95%的信号能量分布在带宽B内。图7-4是的电路产生的LFM信号在频谱仪上显示的谱形,基本为一等幅矩形谱,与理论分析基本一致。
图7-4 频谱仪显示的LFM信号频谱
对接收的LFM信号的检测方法有多种,原理上应用匹配滤波器概念进行检测。匹配LFM信号频谱的匹配滤波器传递函数应为
(7-13)
式中,为LFM信号频谱的共轭,T为匹配滤波器时延。对于,可以近似在B=F频带内是一均匀分布的常数,按照(7-11)式与(7-12)式,有
(7-14)
令 (7-15)
设匹配滤波器输入为LFM的复数信号形式,输出为
(7-16)
又可写为
(7-17)
(7-17)式括弧内积分等效于宽度为F的频域门函数积分,即(7-17)式等效为
(7-18)
(7-18)式内傅里叶积分可应用常用的的傅里叶变换对:
(7-19)
式中,为频域门函数带宽,这里,(7-18)式的门函数是以为中心,宽度为F的波形,因此
(7-20)
检测输出为LFM的实信号,故对上式取实部得到输出
文档评论(0)