第七章线性调频通信技术

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，因为其频谱带宽落于可听范围，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i 为： 02TT,T22iF tt  (7-1) 式中，00=2f，0f 为中心频率，F 为瞬时频率变化范围，即围绕0f 的两倍频率偏移。 由于信号的瞬时角频率与瞬时相位 ( )t之间为微分关系，即 ( )idtdt (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)： 20TT( )cos{ ( )}cos(),T22Ff ttttt  (7-3) 从而有对应图 7-1 的时域波形( )f t 如图 7-2 所示。 T20tT20w0wF0wFiwt02Ff 02Ff T图7-1 LFM信号的瞬时频率图7-2 LFM信号的时域波形 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FT>>1。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( )f t 的频谱特性。为便于推导与计算，常采用复信...