扩频通信的原理_工作方式_特点和应用

扩频通信的原理、工作方式、特点和应用

白　木,周　洁

(中国人民解放军76140部队,广西桂林541001)

摘要:阐述了扩频通信的工作原理、特点和主要工作方式,包括直接序列扩频系统(DS 2SS )、跳频扩频系

统(FH 2SS )、跳时扩频系统(TH 2SS )、脉冲线性扩频系统(Chirp 2SS )等,并对直扩与跳频两种通用工作方式作了比较。最后介绍了扩频技术的广泛应用。关键词:扩频通信;原理;特点;工作方式;应用

中图分类号:TN914142 文献标识码:A 文章编号:1005-7641(2002)04-0036-04

收稿日期:2002-01-22

作者简介:白木(1968-),男,湖南长沙人,高级工程师,从

事军事通信研究工作;

周洁(1971-),女,四川成都人,高级程序员,在通信部门工作。

扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽。扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication )与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。

1　扩频通信的工作原理

在发端输入的信息先调制形成数字信号,然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱,展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号,变频至中频,然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩,再经信息解调,恢复成原始信息输出。可见,一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制,二次调制为扩频调制,三次调制为射频调制,以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较,多了扩频调制和解扩部分。

扩频通信应具备如下特征:(1)数字传输方式;(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽;(3)带宽的展宽,是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的;(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩),求解出被传信

息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。2　扩频通信的几种工作方式

(1)直接序列扩频(DS 2SS ,Direct Sequence Spread

Spectrum )

直接序列扩频(DS 2SS )是直接利用具有高码率的

扩频码序列采用各种调制方式在发端扩展信号的频谱,而在收端用相同的扩频码序列去进行解码,把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法,其原理如图1所示。具体说,就是将信源与一定的PN 码(伪噪声码)进行模二加。例如在发射端将

“1”用11000100110,而将“0”用00110010110去代替,

就实现了扩频,而在接收机处把收到的11000100110恢复成“1”,00110010110恢复成“0”,这就是解扩。这样信源速率被提高了11倍,同时也使处理增益达到10dB 以上,有效地提高了整机信噪比

。图1　直接序列扩频原理图

(2)跳频扩频(FH 2SS ,Frequency Hopping Spread

Spectrum )跳频扩频技术是通过伪随机码的调制,使载波工

作的中心频率不断跳跃改变,而噪音和干扰信号的中

心频率却不会改变。这样,只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码,就可以达到同步,排除噪音和其他干扰信号。(3)跳时扩频(TH 2SS ,Time Hopping Spread Spectrum )

跳时是使发射信号在时间轴上跳变。先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。可把跳时理解为:用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用窄得很多的时片去发送信号,相对说来,信号的频谱也就展宽了。在发端,输入的数据先存储起来,由扩频码发生器的扩频码序列去控制通—断开关,经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端,由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通—断开关,再经二相或四相解调器,送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收、发两端在时间上严格同步进行,就能正确地恢复原始数据。

跳时也可看成是一种时分系统,所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片,而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。由于简单的跳时抗干扰性不强,很少单独使用。跳时通常都与其他方式结合使用,组成各种混合方式。

(4)脉冲线性扩频(Chirp2SS,Chirp Spread Spec2 trum,简称切普扩频)

发射的射频脉冲信号,在一个周期内,其载频的频率作线性变化。因其频率在较宽的频带内变化,信号的带宽也被展宽了。由于这种线性调频信号占用的频带宽度远大于信息带宽,所以也是一种扩频调制技术。它利用一系列短促的、可同步的扫描频率chirps(线性调频波)作为载体,每个线性调频波一般持续100μs,它代表了最基本的通信符号时间(UST)。这些chirps 覆盖了100～400kHz的频带,并总是以200～400 kHz的频率开始,继而以100～200kHz的频率结束。由于chirps信号的线性扫描带宽比信号带宽要大得多,其线性加速度是较高的,而等幅振荡波干扰(Con2 tinuous2Wave Jamming)的频率加速度一般是稳定的,所以将滤波器设计成只能通过具有特定角加速度的信号,就可以将CW干扰排除在外。另外,这种线性调频波波形还具有很强的自相关特性,这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设备,可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波形,并且不需要在发送和接收设备间进行同步。

美国Intellon公司的PL系列产品就是利用上述的chirps(线性调频波)扫描频率进行载波来对信号进行扩频的。发送时,将该线性调频波作为载波来对待传送的基带信号(信息数据窄带信号)进行扩频调制,形成相当带宽的低功率谱密度信号,通过输出放大器和媒介耦合电路传输到媒介中。在接收时,电力线上频率为100～400kHz的模拟信号通过耦合/滤波网络传输到输入滤波器上,接收端采用同样的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息。其产品符合美国电子工业协会(EIA)所制定的消费电子总线标准(CE1BUS),即EIA-600。我们选用Intellon公司的基于电力线通信部件和接口器件SSCP300/200,开发研制的基于电力线载波扩频的CEBUS通信收发器是智能小区网络架构中家庭局部网络的一种很好选择。

(5)混合扩频

是以上几种扩频的混合方式,如FH/DS、DS/TH等。3　直扩与跳频比较

直接序列扩频和跳频技术是在扩频通信中应用最广的两种技术,各有其长处与不足,现将直扩和跳频技术的性能作一比较。

(1)抗强的定频干扰的机理

由直扩抗干扰的机理可知,直扩抗干扰是通过相关解扩取得处理增益来达到抗干扰的目的,但超过了干扰容限的定频干扰将会导致直扩系统的通信中断或性能急剧恶化。而跳帧系统是采用躲避的方法抗干扰,强的定频干扰只能干扰跳频系统的一个或几个频率,若跳频系统的频道数很大,则对系统性能的影响是不严重的。因此,在抗强的定频干扰上,跳频系统比直扩系统优越。

(2)抗衰落

抗衰落,特别是频率选择性衰落,是室内通信环境下必须解决的问题。由于直扩系统的射频带宽很宽,小部分频谱衰落不会使信号频谱产生严重畸变,而对跳频系统而言,频率选择性衰落将导致若干个频率受影响,导致系统性能恶化。跳频系统要抗这种选择性衰落,可采用快速跳频的方法,使每一个频率的驻留时间非常短,平均衰落就非常低。此外,还可以采用1 bit信息用M个频率编码传输,也能较好地解决频率选择性衰落问题,这些都以提高跳频速率为代价。

(3)抗多径干扰

多径干扰是由于电波传播过程中遇到的各种反射体(如高山、建筑物、墙壁、天花板等)引起的反射或散射,这是在接收端的直接传播路径和反射信号产生的群反射之间的随机干涉形成的。多径干扰信号的频率选择性衰落和路径差引起的传播时延,会使信号产生严重的失真和波形展宽,导致码间串扰,不但会引起噪声增加和误码率上升,使通信质量降低,甚至使某些通信系统无法工作。由于直扩系统采用伪随机码的相关解扩,只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度,这种多径就不能形成干扰,直扩系统甚至可以利用这些干扰能量来提高系统的性能。而跳频系统则不然,跳频系统要抗多径干扰,必须要求每一跳的驻留时间很短,即要求快跳频,使在多径信号没有到来之前接收机

已开始接收下一跳信号。例如,多径时延为1μs则跳。而对直扩系统而言,伪随机码速率大于1Mchip/s 即可。而实现伪随机码速率大于1Mchip/s的直扩系统比实现跳频速率1Mhop/s的跳频系统要容易得多。

(4)抗强的定频干扰的实际情况

直扩抗干扰通过相关解扩取得处理增益到达抗干扰的目的,但超过干扰容限的定频干扰也会导致直扩系统的通信中断。一般的扩频产品有多个频道(Chan2 nel),可以在214G到214835G的范围内选择,就能躲过这一干扰。跳频系统靠载波的随机跳变躲避干扰,将干扰排斥在接受通道以外,达到抗干扰的目的,若调频系统的可用频道很多,在某一个频点停留时间很短,才有好的效果。慢跳系统(一般跳的次数在1000跳以下),属于跳频产品中的低端产品,因此很大程度上丧失了很多跳频技术本身所具备的特性。慢跳频产品对窄带干扰非常敏感,例如,假设扩频段中有一个1MHz频宽的频点受到干扰,慢跳频产品每秒跳频100次,那么至少有一次会受到上述的窄带干扰,此时误码率为10-2,这么高的误码率对正常通信来说是不可用的。只有快跳频产品才能避免窄带干扰,但成本极高,目前商用通信中还没有快跳频产品。

(5)同步要求

直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外,还必须完成伪随机码的同步,以便接收机用此同步后的伪随机码去对接收信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长,要求的同步精度也就高,因而同步时间就长。跳频系统的调频速率远低于直扩系统的伪随机码速率,因而对同步的要求就相对降低,同步时间就短。跳频系统的同步时间短、入网就快。跳频系统的同步时间在ms级,直扩系统的在s级。

(6)信号处理

直扩系统一般采用相关解调解扩,多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等调制方式。而跳频方式由于频率不断变化、频率的驻留时间内都要完成一次载波同步,随着跳频频率的增加,要求的同步时间就越短。因此跳频多采用非相干解调,采用的解调方式多为FSK或ASK。从性能上看,直扩系统利用了频率和相位的信息,性能优于跳频。但由于相干检测需要载波恢复电路,直扩实现起来成本昂贵。另外慢速跳频系统对于同一地区的所有微波设备都产生干扰,因为跳频条纹是一种窄带产品,而商业跳频都是慢速跳频,其瞬时单位频谱功率很高,并且会跳到ISM规定的频段中所有频谱范围内,因此会干扰整个地区的所有同频段设备。同时,跳频在跳动中会产生严重的杂散发射,甚至会干扰受频率许可保护的其他无线电设备。事实上跳频设备同时也会被同地区的所有跳频系统干扰。正因为如此,实际上各个国家的无线电管理机构对于跳频的使用往往均加以各种方式的限制。

4　扩频通信的特点

(1)抗干扰性强

扩频通信系统扩展的频谱越宽,处理增益越高,抗干扰能力就越强。简单地说,如果信号频谱展宽10倍,那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰,分散了干扰功率,从而在总功率不变的条件下,其干扰强度只有原来的1/10。另外,由于接收端采用扩频码序列进行相关检测,空中即使有同类信号进行干扰,如果不能检测出有用信号的码序列,干扰也起不了太大作用,因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。

(2)信息保密性好

由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了,单位频带内的功率就很小,即信号的功率谱密度很低,所以应用扩频码序列扩展频谱的直接序列扩频系统,可在信道噪声和热噪声的背景下,在很低的信号功率谱密度上进行通信。信号被湮没在噪声里,很不容易被发现,想进一步检测出信号的参数就更加困难了。

(3)易于实现码分多址

由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制,可充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样在同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。

(4)抗多径干扰

在无线电通信的各个频段,短波、超短波、微波和光波中存在大量的多径干扰。一般方法是采用分集接收技术,或设法把不同路径的不同延迟信号在接收端从时间上对齐相加,合并成较强的有用信号,这两种基本方法在扩频通信中都是很容易实现的。

5　扩频技术的广泛应用

自50年代中期开始,美国军方便对扩频技术开始研究,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初,扩频技术才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字蜂窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。

(1)在CDMA中的应用

CDMA采用直接序列扩频系统。完成解扩功能的相关器有直接式和外差式两种。直接式相关器是在

高频下直接解扩信号,即收、发两端载波的中心频率相同,这就使得一些窄带干扰信号绕过相关器而泄漏出去,造成码泄漏。而外差式相关器在解扩时是将高频信号经混频变为中频基带载波信号,减少了码泄漏现象的发生,因而解扩质量较高。在多数扩频通信系统中都采用外差式相关器。

扩频通信的同步主要是时钟同步、PN码同步和载波同步。为了实现同步,在接收系统要有相应的时间跟踪环、PN码搜索和跟踪环以及锁相环。其中,PN 码搜索和跟踪环是扩频通信所特有的码同步环,它是扩频信号得以正确解调的关键。要实现PN码同步,首先要捕获PN码,再对其进行跟踪。

现结合滑动相关法和顺序估计快速截获法(RASE系统)来对PN码的捕获和跟踪进行说明。可看出,滑动相关是通过顺序改变PN码的相位周而复始地来检测信号,虽然这样耗时较长,但由于其结构简单且可靠性高,所以被用于实验电路或在实际应用中与其他方法结合工作。在RASE系统中,先对接收信号的相位进行估算,然后在此相位附近进行搜索,因此此方法所需时间较短,但该系统一般要求在输入信噪比较高的情况下使用。当PN码被捕获后,就要对其进行跟踪。码跟踪回路分为两种,一种为相干码跟踪回路,另一种为非相干码跟踪回路。RASE系统进入码跟踪阶段后,转换开关保持闭合,m序列发生器已正常工作,它产生两路有相对时延的PN码序列来与接收信号进行相关运算,得到的结果进行比较后经滤波器送入压控振荡器(VCO),由压控振荡器对m序列发生器的相位进行调整,从而实现对接收信号的跟踪。对于非相干码跟踪回路,则要用到带通滤波器和平方器,其结构比相干码跟踪回路要复杂。

(2)微波扩频

微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一是企事业单位组建Intranet并接入ISP。一般接入速率为64kb/s～2Mb/s,使用频段为214-214835GHz,该频段属于工业自由辐射频段,也是国内目前惟一不需要无委会批准的自由频段。微波扩频通信技术的特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理,然后在某个载频进行调制以便传输,属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域,主要开发目的是对抗电子战干扰。

微波扩频通信具有以下特点:建设无线微波扩频通信系统目前无需申请,带宽较高,建设周期短;一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理,设备可再次利用,但相连单位距离不能太远,并且两点直线范围内不能有阻挡物;抗噪声和干扰能力强,具极强的抗窄带瞄准式干扰能力,适应军事电子对抗;能与传统的调制方式共用频段;信息传输可靠性高;保密性强,伪随机噪声使不易发现信号的存在而有利于防止窃听;多址复用,可采用码分复用实现多址通信;设备使用寿命较长。

微波扩频系统按接入方式分为点对点、点对多点两种。点对点方式是指连接的双方用一对微波扩频传输设备相连。采用点对点方式的微波系统主要使用802.3协议,传输效率高于802111协议。一般通信速率为64kb/s～2Mb/s,另外,可将若干点对点微波设备的通信信道进行复合,使得通信速率达到10Mb/s。点对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干分布接入点,若干分布接入点以竞争方式或固定分配方式分享中心点提供的总信道带宽,主要使用802111协议。系统各分布接入点所分享的带宽一般为64～128 kb/s(总带宽一般为1～2Mb/s)。竞争方式可根据接入用户实时需要分配总带宽,但缺点是竞争时将浪费带宽、造成拥挤;而以固定方式分享带宽可以保证传输带宽,但缺乏带宽实时分配的灵活性。

微波扩频产品已经广泛应用于中国的电信、移动、金融、证券、税务,电力、公安、水利、交通、油田、卫生、广电等部门,并已安装了上万套的微波扩频设备。

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[6]　沈允春1扩谱技术[M]1北京:国际工业出版社,19951

The applications、characteristics、w orking models and principle of Spread Spectrum Communication

BA I M u,ZHOU Jie

(The Chinese People’s Liberation Army76140,Guiling541001,China)

Abstract:The principle、characteristics and main working models of Spread Spectrum Communication were discussed in the paper,and then made a comparison between DS2SS and FH2SS.Finally introduced the wide applications of SS technology.

K ey w ords:spread spectrum communication;principle;characteristics;working models;applications

扩频通信系统的分类

扩频通信系统的分类 扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。 1 直接序列扩展频谱系统 直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。 在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。 在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。 (a) 图1-5 直接序列扩频通信系统简化图 (a) 发射系统；(b) 接收系统 2 跳频扩频通信系统 跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20 2个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识 技术背景： 传统的模拟无线通信一般采用调频（）和调幅（）两种方式，不能适应高速数据通信的 要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（）、移 频键控（）和相移键控（），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编 码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如、等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突 发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输 速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。 扩频通信的基本原理和优势： 扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括、、以及最近得到迅 速发展的，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随 机序列（）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远 大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此 之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对个码 片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广 泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障 碍，因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见，扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面，大大优于常规数字通信。同时，由于所有用户可以共用同一频带，大大简化了网络系统的规划，使得系统在适应不断增长变化的业务方面，具有很高的灵活性。

扩频通信的基本原理

扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ? ∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。

扩频通信

目录 一．扩频通信系统工作原理 (1) 二．扩频通信的分类及优缺点 (3) 1、直扩系统（DS） (3) 2、跳频系统 (6) 3、跳时系统 (9) 三．扩频通信在移动通信中的应用 (10) 四．扩频系统在其他领域中的应用 (11) 五．参考文献 (13)

一．扩频通信系统工作原理 长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢？简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。 扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小（有效）带宽（DF），其比值称为处理增益Gp: Gp = W/DF (1) 众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 --- 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道（同轴电缆、微波和光纤等），和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。 扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的仙农（Shannon）公式为： C ＝WLog2（1十P/N） (2) 式中： C --- 信道容量（用传输速率度量） W --- 信号频带宽度 P --- 信号功率

N --- 白噪声功率 式（2）说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N（S／N）情况下，传输信息。 扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。 扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式： Powj = f（E/N。） (3) 式中： Powj --- 差错概率 E --- 信号能量 N。--- 噪声功率谱密度 因为， 信号功率P＝E／T （T为信息持续时间） 噪声功率N＝WN。（W为信号频带宽度） 信息带宽 D F＝l／T 则式（3）可化为： Powj ? f（TW.P/N）= f（P/N.W/D F ） (4) 式（4）说明，对于一定带宽DF的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠。亦即式（4）与式（2）一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。 总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。扩频通信，的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还具有如下特征： 是一种数字传输方式； 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数（扩频函数）对被传信息进行调制实现的；在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。

扩频通信的特点和优势

扩频通信的特点和优势 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

扩频通信的特点和优势 扩频通信是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，具有较强的抗干扰能力和较好的保密性能，20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了很大的发展，近年来随着移动通信技术发展，扩频通信已经成为第三代移动的核心技术之一。 扩频通信具有以下几个特点 ? 1、抗干扰能力强 扩频信号的不可预测性，使扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍然能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。此外，对于单频及多载波信号的干扰，其他伪随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说，若将频带展宽 10 倍，在总功率不变的情况下，其干扰强度只是原来的 1/10。而一般频谱带宽至少是信 息带宽的几十倍甚至更高。另外，由于接受端采用了伪随机序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的伪随机序列，干扰也起不了太大作用。 抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。 2、隐蔽性好、低截获性 由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上，单位带宽的功率也随之降低，信号功率密度很低，信号被淹没在噪声中、难以被发现，因而不易被敌方截获；加之扩频编码，就更难获取有用信号，而且扩频信号的功率密度极低，对周围的电信设备产生干扰的可能性极小。 3、保密性好 在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度很低，有用信号被淹没在噪声下，而且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列，只有接受方知道扩频序列的具体内容，其他不知道地接受方几乎不可能破译，因此扩频技术能很好的保证通信的可靠性。 4、抗多路径干扰性能好 多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体（如电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的这些反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，从多径信号中分离出最强的有用信号，或者将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

扩频通信及matlab仿真

扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx

目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15)

摘要 扩频通信即扩展频谱通信，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。

数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力；

信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识 技术背景： 传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。

扩频通信的基本原理和优势： 扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N 个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通

跳频通信技术及其应用与发展

跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。

2.2同步条件（通信条件） 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率 的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说，如果扩展了频带，

扩频技术概述

扩频技术概述 许多文献和书籍已对扩频通信这一专题进行了论述，但是仍有许多工程师仍然对它存在一些疑问。实际上，如果不通过公式推导，一些复杂的概念只是用简单的解释很难被人们接受。本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统、移动通信系统、WLAN和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助。 扩频理论的基础 在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用： 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是信噪比。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的特性。用于恶劣环境（噪声和干扰导致极低的信噪比）时，从上式可以看出：需要提高信号带宽（B）来维持或提高通信的性能。 修改上面的公式得： C/B = (1/Ln2)*Ln(1+S/N) = 1.443*Ln(1+S/N) 由MacLaurin级数：Ln(1+x) = x - x2/2 + x3/3 - x4/4 + … + (-1)k+1xk/k + …: 得： C/B = 1.443[S/N – 1/2 *(S/N)2 + 1/3 *(S/N)3 - …] 在扩频技术应用中，信噪比较低。假定较大的噪声使信噪比远远小于1（S/N<<1），则Shannon表示式近似为：C/B ≈ 1.433 * S/N 可进一步简化为：C/B ≈ S/N 或N/S ≈ B/C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息，我们仅仅需要提高发射的带宽。这个原理似乎简单、明了，但是具体实施非常复杂。 定义 扩频技术在具体实施时由多种方案，但思路相同：把索引（也称为码或序列）加入到通信信道，插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语"扩频"指将信号带宽扩展几个数量级，在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是：扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益（dB），典型的扩频处理增益可以从20dB到60dB。

1扩频技术的发展

1.扩频技术的发展 在各种通信技术中，扩频通信比常规通信具有更强的抗干扰、抗截获能力，因此得到了越来越广泛的应用。目前，采用扩频技术的CDMA蜂窝通信系统、CDMA无限用户环等都已 经进入了实用化阶段。直接序列扩频（Direct SequenceSpreadSpectrum，即DSSS）[1-4]通信是扩频通信的一种主要方式。直接序列扩频通信功率谱低，频带宽，伪噪声编码保密能力强，信号的相关处理性能好，因此具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可以同频工作及便于实现多址通信等一系列的优点，在军事通信中应用广泛。但是这些特点也给扩频通信的检测和识别带来新的挑战。因此对直接扩频信号的存在性进行判定、检测，对直接扩频信号进行参数估计，成为当前通信对抗领域的一个重大课题。扩频技术到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术。对跳频系统的分析，现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。而直扩系统在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。码捕获同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现：首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。 2 扩频通信的理论基础[1] 扩展频谱通信(Spread SpectrumCommuncation,简称扩频通信),是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式,它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信的可行性,可由信息论中的相关公式中引申而来的。信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为: 式中,C为信道容量;B为信号频带宽度;S为信号功率;N为白噪声功率。由Shan-non公式可以看出:要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S／N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S／N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。 3 扩频技术的几种基本工作方式 随着通信技术的发展,扩频通信的方式也在不断更新,按照扩展频谱的方式不同,可以将其归结为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、脉冲调频(chirp调制)及混合扩频等。 3.1直接序列扩频 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是以直接扩频方式构成的扩频通信系统，通常简称为（DS）系统，是最典型的扩频通信系统。直接扩频系统的发射机结构和接收机结构分别如下图所示

浅谈扩频通信技术的特点及其应用

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/6115078419.html, 浅谈扩频通信技术的特点及其应用 作者：赵莉 来源：《硅谷》2009年第05期 [摘要]扩展频谱通信是一种将信息的带宽扩展很多倍进行通信的技术，近年来在现代科技的许多领域中，得到了非常广泛的应用，着重叙述扩频技术的特点及其应用。 [关键词]扩频通信技术特点应用 中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310022－01 扩展频谱通信（SpreadSpectrum Communications）简称“扩频通信”，是一种信息传输方式，它是将信息的带宽扩展很多倍（通常为100～1000倍）进行通信的技术。传输的信号带宽远大于信息信号本身的带宽。频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关的解调来解扩及恢复所传信息数据。 一、扩频通信的理论基础及实现方法 （一）扩频通信的理论基础 信息论的创始人美国科学家仙农（Shannon）在其信息论专著中有信道容量的公式： Ｃ＝Wlog2（１＋Ｐ／Ｎ） 式中，C为信道容量，W为频带宽度，P为信号功率，N为白噪声功率。在保持信息容量C不变的条件下，可以用不同频带宽度W和信噪功率比P／N来传输信息。如果增加频带宽度，就可以在较低的信噪比的情况下用相同的信息率保持可靠地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。这一公式指明了采用扩展频谱信号进行通信的优越性，即提高了通信的抗干扰能力，在强干扰条件下保证可靠安全地通信。 （二）扩频通信的实现方法 扩频通信与一般的通信系统相比有很大差别，图1为扩频通信的一般原理框图。由方框图可以看出，一般的扩频通信系统都要进行信息调制、扩频调制、射频调制，以及相应的信息解调、扩频解调和射频解调，构成上更加复杂，技术上也更为先进。特别是采用了扩频码序列的

扩频通信技术的特点教案.

知识点扩频通信技术的特点 一、教学目标： 了解扩频通信技术的基本概念。 掌握扩频通信的种类及特点。 二、教学重点、难点： 重点掌握扩频通信技术的种类和特点。 三、教学过程设计： 1.知识点说明 扩频通信的种类可以分为直接序列系统和跳频系统。 特点：功率谱密度低，抗侦察，抗截获，具有较好的保密性。 2.知识点内容 扩频通信的基本概念：所谓扩频通信，即扩展频谱通信，是一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。 种类：直接序列系统和跳频系统。 直接序列系统：是指用一高速伪随机序列与信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远远大于数据信息的带宽，从而扩展了发射信息的频谱。 跳频系统：是指在一伪随机序列的控制下，发射频率在一组预先制定的频率上按照规定的顺序离散的跳变，扩展了发射信号的频谱。 特点：功率谱密度低，抗侦察，抗截获，具有较好的保密性。 3.知识点讲解 1）从最基本的概念讲起，先文字叙述让学生大致了解一下学习的内容。 2）插入图片，通过图片加深印象，了解扩频通信系统的基本概念。 3）通过视频与图片的交替放映，让学生了解并掌握扩频通信的种类及特点。 四、课后作业或思考题： 1、CDMA扩频通信系统可以分为（）和（）两种 答案：基本CDMA 、复合CDMA 2、基本CDMA包括（）、（）、（）、（）等几种方法的组合。 答案：直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、线性跳频

3、扩频通信技术的分为哪几类？ 答案：分为3类：直接扩频、频率跳变技术和各自混合方式。 4、写出直接扩频的原理。 答案：在发送端输入的信息先经过信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽的信号再经过射频调制，调制到较高频率上再发送出去。在接收端收到的宽带射频信号经过射频调制，恢复到中频，然后由本地产生的与发送端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息调制，即恢复出原始信息。 五、本节小结： 直接扩频方式优点：直扩信号的功率谱密度低，保密性强，容易识别，具有抗宽带干扰。抗多频干扰及单频干扰能力。 直接扩频方式缺点：虽然能与窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。 直接扩展频谱系统的接收机存在明显远近效应。 受限于码片速率和信源的比特率，即码片速率的提高和信源比特率的下降存在困难。

扩频通信原理研究论文

扩频通信原理研究论文 论文关键词：扩频通信原理特点发展应用 论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。 一、扩频通信的工作原理 在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。 二、扩频通信技术的特点 扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。 1．抗干扰性强 扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。 2.低截获性 扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察

扩频通信的基本概念

扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性，是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说，通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中，传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(f F 。频域和时域的关系由式(1-1)确定： ?∞∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即t t f d )(?∞ ∞-必须为有限值。 扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号)(t f 无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。 扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依

扩频通信的基本原理

扩频通信的基本原理 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。 扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小带宽（B），其比值称为处理增益（Gp）： 总之，我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。 一、扩频通信系统的主要优点 ●易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率 ●抗干扰性强，误码率低。扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。 ●保密性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其保密性好。 ●可以实现码分多址。扩频通信提高了抗干扰性能，代价是占用频带宽。但是如果许多用户共用这一宽频带，则可提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样在这一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。 ●抗多径干扰。在无线通信中，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。在扩频通信中利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，都可以起到抗多径干扰的作用。 按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为以下几种：

扩频通信发展

扩频通信技术最初是在军事抗干扰通信中发展起来的［3］，后来又在移动通信中得到广泛的应用［4］，因此扩频技术的历史经历了两个发展阶段，而目前它在这两个领域仍占据重要的地位。 1. 在军事通信中的应用 扩频通信系统是在50年代中期产生的，其最初的应用包括军事抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统以及其它方面［5］。 扩频技术的最初构想是在第二次世界大战期间形成的。在战争后期，干扰和抗干扰技术成为决定胜负的重要因素。战后得出了“最好的抗干扰措施就是好的工程设计和扩展工作频率”的结论。跳频通信的思路就是在这段时期出现的：如果对窄带信号使用编码的频率控制，则可以使其在任何时间占据宽频段中的任何一部分，这样敌人要进行干扰就必须维持很宽的频段。另一方面，直序扩频则起源于导航系统中高精度测距。 真正实用的扩频通信系统是在50年代中期发展起来的。麻省理工学院林肯实验室开发的扩频通信系统F9C-A/Rake系统被公认为第一个成功的扩频通信系统，在该系统的研制过程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功应用，该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。第一个跳频扩频通信系统BLADES也在这段时期研制成功，在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码。在此期间，喷气实验室（JPL）在其空间任务中完成了伪码产生器的设计以及跟踪环路的设计。 自从扩频通信的概念在50年代开始成熟以后，此后的二十多年扩频通信技术仍得到很大的发展，但都只是局部的发展，如硬件的改进和应用领域的拓展。而个人通信业务（PCS）的发展终于使扩频技术迎来了另一次大发展的机遇。 2. 在民用通信中的应用 一直到80年代初期，扩频通信的概念都只是在军事通信系统中得到应用，这种状况到了80年代中期才得到改变。美国联邦通信委员会（FCC）于1985年5月发布了一份关于将扩频技术应用到民用通信的报告［6］。从此，扩频通信技术获得了更加广阔的应用空间。 扩频技术最初在无绳电话中获得成功应用，因为当时已经没有可用的频段供无绳电话使用，而扩频通信技术允许与其它通信系统共用频段，所以扩频技术在无绳电话的通信系统中获得了其在民用通信系统中应用的第一次成功经历。而真正使扩频通信技术成为当今通信领域研究热点的原因是码分多址（CDMA）的应用。 90年代初，在第一代模拟蜂窝通信系统的基础上，出现了PCS研究的热潮。要实现PCS并考虑其长期发展，需要FCC为其分配100~200 MHz的带宽，而与频谱分配相关的

扩频通信的一般原理及应用

扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。 这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的： 一是信息的频谱扩展后形成宽带传输； 二是相关处理后恢复成窄带信息数据。 正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点： 抗干扰 抗噪音 抗多径衰落 具有保密性 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率 可多址复用和任意选址 高精度测量等 正是由于扩频通信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 2.1 扩展频谱通信的定义 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方 式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。

这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗? 二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。 三、在接收端用相关解调来解扩 正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。

外文翻译---扩频通信系统的介绍

扩频通信系统的介绍 摘要：本应用笔记概述了扩频技术的原理，讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频（DSSS）和跳频（FHSS）这两种扩频方式。 简介 扩频技术越来越受欢迎，就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书，但是，很多都很难理解或描述的不够详尽。（例如，直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生）。 下面讨论扩频技术（双关语意）。 简史 一名女演员和一名音乐家首次以书面形式描述了扩频通信技术。1941年，好莱坞女星Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil描述一个安全的无线链路来控制鱼雷。他们获得了美国专利#2.292.387。但这一技术被遗忘了，没有在当时受到美军的重视，直到20世纪80年代它才开始活跃起来。从那时起，这一技术在有关恶劣环境中的收音机链接方面越来越受欢迎。 最典型的扩频技术应用是数据收发器包括卫星定位系统（GPS）、3G移动通信、无限局域网(符合IEEE?802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g标准)，还有蓝牙技术也帮助了那些通讯落后和无线电通信条件有限的地方，因此，它是一种昂贵的资源。 扩频通信的原理 扩频是香农定理的典型： C=B×log2(1+S/N) 公式（1）在公式中，C为信道容限，单位是比特/秒(bps),意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量。B为信号频带宽度，单位是Hz，S/N为信噪比。也就是说，C为信道允许通过的信息量，也代表了扩频的性能。带宽(B)是代价，因为频率是一个有限的资源。信噪比体现了环境条件或物理特性（如障碍、干扰器、干扰等）。 上式说明，的情况下，在无差错传输的信息速率C不变时，如果信噪比很低，则可以用足够宽的带宽来传输信号，即使信号功率密度低于噪音水平。（公式可用！）