扩展频谱通信与多址技术第4章扩频信号的相关接收.ppt

第4章 扩频信号的相关接收 4.1 相关接收的最佳接收机 4.2 扩频相关接收机的结构 4.3 相关接收的相关器 4.4 直扩系统的相关接收 4.5 直扩系统的性能 4.6 跳频系统的相关接收 4.7 跳频器 4.8 扩频信号的信号解调 思考与练习题 4.1 相关接收的最佳接收机 4.1.1 相关接收机 设发送端发送的信号为s1(t)和s2(t), 持续时间为(0, T), 且具有相等的能量, 即 接收机输入端的噪声n(t)为高斯白噪声, 单边功率谱为n0。 我们的目的是要设计一个接收机, 能在噪声干扰下以最小错误概率检测信号。 接收机接收到的信号为 图 4 - 1 和 示意图 判决法则为 r＞r0 判为s2(t) r＜r0 判为s1(t) 由此可见, 当发射s1(t)而判为s2(t)的错误概率Q1和发射s2(t)而判为s1(t)的错误概率Q2分别为 总的判错概率为 最佳判决为 式(4 - 12)称为最大似然判决准则, 和 称为似然概率密度函数。 判为s1(t); 若不等式符号相反, 则判为s2(t)。 对上式进一步简化, 并考虑 判为s1(t); 若不等式符号相反, 则判为s2(t)。 式中 图 4 - 2 最佳接收机结构 4.1.2 匹配滤波器实现 上述最佳接收机的判决准则是最小差错概率, 但最终归结为两个检测统计量 设线性滤波器的时域冲击响应为h(t), 频域的传输函数为H(ω), 则h(t)与H(ω)为一傅氏变换对。 根据线性叠加原理, 线性滤波器的输出可分为两部分, 即信号部分和噪声部分, 用公式表示为 g(t)=s0(t)+n0(t) (4 - 22) 式中 n0(t)的平均功率N0为 如果 由此可知, 在白噪声情况下, 按式(4 - 27)设计的线性滤波器将能在给定时刻t0上获得最大输出信噪比2E/n0。 由于其传输特性与信号的复共轭一致, 故称之为匹配滤波器。 对式(4 - 27)进行傅氏变换, 可得匹配滤波器的冲击响应为 h(t)=ksi(t0-t) (4 - 28) 即h(t)为信号si(t)的镜像信号si(-t)在时间上平移t0。 图 4 - 3 匹配滤波器接收机 4.2 扩频相关接收机的结构 4.2.1 超外差接收机与数字中频接收机 传统的接收机结构一般都用超外差(Super Heterodyne)式。 所谓超外差接收机, 就是通过变频(一次或多次)将射频已调信号变频到易处理的中频上, 最终对中频已调信号进行处理——放大、 滤波与解调。 数字中频接收机又称数字变换接收机, 其典型的接收机结构仍是超外差型, 只不过是由模拟频率变换把RF频谱变到较低的中频上, 然后在此低IF上进行数字化, 用DSP技术来实现信号提取和解调, 如图4 - 4所示。 用于数字中频接收机的DSP技术主要有直接数字式合成器(DDS)、 数字下变换(DDC)、 高速数字滤波(DF)以及多速率(MultiRate)技术等。 图 4 - 4 数字中频接收机原理图 数字中频接收机是基于采样的固有混叠特性来实现的。 采样定理告诉我们, 当采样速率不小于信号最高频率的两倍时, 采样后可真实地保留原模拟信号的信息。 数字中频接收是利用这样一个事实: 低通同相和正交部分可以表示为带通信号的采样(样本), 接收机对带通信号进行采样, 只要采样速率满足下面条件 4.2.2 直接变换接收机 所谓直接变换接收机, 就是外差接收的本振(正交注入混频器)频率fL与变频前信号载频fc相同, 从而使变频后的中频频率为零, 如图4 - 5所示。 其中,D表示所需信号, Ii表示干扰。 接收RF信号经双工器送入低噪声放大器, 再经低通滤波后由功分器分别馈向正交混频器。 图 4 - 5 直接变换接收机原理图 4.2.3 零中频接收机