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电信号的频域和时域特性

时间:2018-06-05
 

      当众多的电信号  都具有相同的频域和时域特性时,我们能将它们屮的某一个从其中分离出来吗?这使人们联想起在饲养动物时,饲养员找出每个动物的特征,或者有意给每个动物一个特殊的标记,例如在其身上打上数字。有了这个特征,饲养员就可毫不费力地将它们区别开来。同理,如果人们给那些具有相同的频域和时域特性的信号以某种特征,就可方便地将它们分离出来。无论是对动物还是信号,为了识别它们,必须找出它的特征,或加入特征,并且使这些特征即使在受到污染的情况下也能辨识。

      给信号加入某种特征,在通信保密中经常用到。例如,在传统电信系统中采用的乱频法和乱吋法,就是将信号的频带分为若干小频隙(或把信号的时间划分为许多小时隙),然后将这些小频隙(或小时隙)的排列方式按照某种规律(这种规律只有收发者才知道)重排,这一过程称为置乱。但是,给信号加入某种特征并用其来分割不同的信号是近年来出现的方法,它主要用于数字通信。

      数字通信的出现和数据处理技术的广泛应用,使信号的接收形式发生了变化。数字信号对接收机的要求己不同于模拟接收机,模拟接收机必须重构波形使之尽可能与发送器发送的信息信号一样。数字接收机根本不涉及重构波形,而是要决定在某一采样时刻所有可能发送的波形(编码字符)中哪…个符号被接收了。接收机做出判决的机理通常是以某种预先约定的方法,对接收信号进行处理,然后观测处理器输出。信号的这一接收方式和数据处理技术的广泛应用给信号加入某种特征提供了条件。

      经过多年地努力,人们终于找到了不但能给信号加入特征,而且能用其米分离不同的信号,并具有良好抗干扰性能的方法。按不同方法使信号扩谱就是这种给信号加上特征的方法。扩谱技术包括直接序列(DS)扩频、跳频、跳时和线性调频,以及它们的组合。这几种扩谱技术的共同特点是它们都把原始信号的频谱进行了扩展。直接序列(DS)扩频是直接用高速率的伪随机序列码去扩展信号频谱,使原来低速率的信号变成高速率信号。跳频实际上是用伪码序列进行移频键控调制,从远大于跳频驻留时间的长时间来看,按不同码序列跳频的信号也具有相同的频域特性,并且它也占有远大于信号频谱的频率范围。跳时是使信号在时间轴上按伪码序列的跳变,可以将其理解为用一个伪码序列进行选择的多时片的时移键控,它的信号频谱也得到了扩展。线性调频是在一个信号周期内,使其载频的频率作线性变化,它也使信号频谱得到扩展。这种频谱扩展就是加入了不同特征,在同一种扩谱方式中,例如对直接序列(DS)扩频、跳频和跳时而言,伪随机序列码的不同,就是给其加上了不同的特征。同理,对于线性调频,不同的扫频规律就是给它们加的不同特征。

      原始信号加入了上述特征后,人们就可以从具有相同的频域和时域特性,甚至是相同能量但具有不同特征的众多信号中提取或称分离出所需的信号。对于直接序列(DS)扩频信号,为了从众多信号屮提取或称分割出所需的信号,接收设备需要有相同的伪码,并用这个码去识别直接序列(DS)扩频信号。当信号与本地识别码-•致且同步时,识别成功,并去掉特征(即解扩),从而完成信号的分割或提取。对于跳频、跳时和线性调频信号的识别也有类似情况,即用给信号加入的特征去识别或分离它们。

      有意或固有的信号特征,在使信号易于从众多的信号屮分选出来的同时,也为通信侦察带来了易于对信号分选和识别的好处。当然,不同的信号形式,如不同的调制方式,甚至某些特有的寄生也使信号具有不同的特性,这些特性也可以用于信号的分选和识别。可见信号的特征域特性对于通信侦察屮的信号分选和识别具有重要意义。

      此外,通信信号的周期平稳特性也普遍被用来表征信号的特性,并用于信号的分选和识别。

      广义而言,信号特性在军車上还包括其战术特点,如信号的活动规律、变化特点、联络特点等。但这是从信号所载消息内容的不同,而表现出信号的不同。其他无线电信号也同样具有上述各种特性。

      无线电信号之所以设计得如此复杂,一是为了提高效率,即以最快的速率进行消息传递;二是为了提高可靠性,包括它的抗干扰性;三是为了减少对频谱资源的占用。了解信号特性,对于正确接收信号和破坏信号接收,以及设计最佳千扰信号十分必要。

      在下面的讨论屮可以看到,最佳干扰信号的确定都是依据欲干扰的信号特性来确定的,这也足我们如此详细研宄通信信号特性的根本原因。

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