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扩频理论的基础

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fpga_feixiang 发表于 2020-10-13 14:14:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用:

C = B × log2 (1 + S/N)        (公式1)

式中,C是信道容量,单位为比特每秒(bps),它是在理论上可接受的误码率(BER)下所允许的最大数据速率;B是要求的信道带宽,单位是Hz;S/N是信号噪声功率比。C表示通信信道所允许的信息量,也表示了所希望得到的性能。带宽(B)则是付出的代价,因为频率是一种有限的资源。S/N表示周围的环境或者物理特性(例如障碍、阻塞和干扰等)。

用于恶劣环境(例如噪声和干扰导致极低的信噪比)时,从上式可以看出,通过提高信号带宽(B)可以维持或提高通信的性能(C),甚至信号的功率可以低于噪底。(公式中没有对这一条件进行限制!)

将公式1中的对数底从2修改为e (自然数),用ln = loge表示,侧:

C/B = (1/ln2) × ln(1 + S/N) = 1.443 × ln(1 + S/N)        (公式2)

由MacLaurin级数展开得:

ln(1 + x) = x - x2/2 + x3/3 - x4/4 + ... + (-1)k+1xk/k + ...:

C/B = 1.443 × (S/N - 1/2 × (S/N)2 + 1/3 × (S/N)3 - ...)        (公式3)

在扩频技术应用中,信噪比S/N通常比较低。(如上面所提到的,信号功率密度甚至可以低于噪底。)假定较大的噪声使S/N << 1,则Shannon表示式近似为:

C/B ≈ 1.433 × S/N        (公式4)

可进一步简化为:

C/B ≈ S/N        (公式5)

或:

N/S ≈ B/C        (公式6)

在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息,我们只需要执行基本的信号扩频操作:提高发射带宽。这个原理似乎简单、明了,但是具体实现非常复杂。因为基带扩频(可能扩展几个数量级)会导致电子器件相互作用,从而产生扩频和解扩操作。
大鹏 发表于 2020-10-14 19:44:34 | 显示全部楼层
扩频理论的基础
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