第1章扩频技术概述

特点
高度的对抗性 极端的机密性 应用的综合性 对实战环境的依赖性 采用新技术的超前性
通信对抗的分类
通信侦察：使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方 的无线通信信号，对信号进行测量、分析、识别、监视 以及测向和定位，以获取信号频率、电平、调制方式等 技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结 构和属性等情报。 通信干扰：使用通信干扰设备发射专门的干扰信号，破 坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。 通信抗干扰：在军事通信设备及系统中采用的通信反侦 察、反干扰措施，是通信对抗的防御手段。本次讲座重 点讨论有关通信抗干扰问题。
历史
3、理论研究紧跟其上，1950年Basore首先提出把这种扩频 系统称作NOMACS（Noise Modulation And Correlation Detection System）这个名称被使用相当长的时间。 4、1951年后，美国的ASC(Army Signal Corps---陆军通信 兵)要求进一步研究NOMACS，想把它应用于高频无线电传通 信线路，以对抗敌人的干扰。1952年由Lincoln Laboratory研制出P9D型NOMACS 系统，并进行了试验。以 后在1953-1955年Lincoln Lab研制出了F9C型无线电传机系 统。 5、很快，美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系统， 空军使用名称为“Phatom”（鬼怪，幻影）和 “Hush-Up” （遮掩），海军使用名称为“Blades”（浆叶）。那时设备 庞大，是用电子管装的，设备要装几间屋子，使应用受到 限制。在晶体管出现后，特别是集成电路出现后，才使扩 频系统得到广泛使用。
通信中遇到的干扰 人为干扰和非人为干扰 军事通信中非敌意的人为干扰:
多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰 等。
军事通信中敌意的人为干扰: 1．单频干扰(固频干扰)、窄带干扰 2．脉冲干扰、梳状干扰 3．跟踪式干扰、瞄准式干扰 4．转发式干扰 5．宽带阻塞式干扰、压制干扰 6．升空干扰、智能化干扰
为什么要研究通信抗干扰？
提高全民的国防意识； 了解通信高技术的一个主要领域； 民用与军用的互相转换、互相借鉴、互相 支撑； 为进入军事通信领域提供一些入门知识。
通信抗干扰性能
信号隐蔽性 信号鲁棒性 无线信号的隐蔽性 用干扰容限 单位面积天线，在单位带宽 三个层次的条件，即： 中所能截获的信号功率 a、设备性能。如：比特差错率、语 信号方式的隐蔽性 音质量、同步及信令性能、网络性能 等，可以定一个门限，在此门限以下 双工方式、调制方式、多路 用户不能接受。 方式、编码方式、同步方式 b、工作环境。如：单台设备还是多 信号参数的隐蔽性 台设备、有无天线抗干扰措施、干扰 特别是与抗干扰有关的参数， 源是否升空等。 如：扩频序列、跳频序列、 c、干扰性质。如：干扰性质、干扰 同步参数、信令参数等。 强度、干扰时间等。
Precise coordination required
t
Code multiplex
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Each channel has unique code All channels use same spectrum at same time Advantages:
– bandwidth efficient – no coordination and synchronization – good protection against interference
历史总结
产生与发展基于两方面： •信息战－信息对抗－电子对抗－通信对抗 •提高频带利用率
信息战的内容及特点
信息战的内容 电子对抗。如：电磁波 的侦测与隐蔽、通信干 扰与抗干扰、雷达干扰 与抗干扰等。 网络对抗。如：计算机 病毒、软件攻击等。 消息对抗。如：加密与 解密、消息的收集与欺 骗等。
历史
6、第一本有关扩频系统的专著是R.C.Dixon于1976年出版，是一本IEEE 专利，1977年出版。1978年在日本京都召开国际无线通信咨询委员会公 布研究成果。1982年在美国召开第一次军事通信会议，两次报告在军事 中的应用。1985年美国提出CDMA(码分多址)的概念同年美国联邦通信委 员会(FCC)制定扩频通信的标准和规范，逐步转入民用的商业化研究。 20世纪90年代，美国国家航空和航天管理局提出CDMA方式的频谱利用率 高于FDMA方式，对扩频通信的研究产生深远影响，其后各公司逐步生产 商业产品。 7、最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的使用。比如美国的全球 定位系统(GPS)设备简单，定位精度高，全球使用。通信数据转发卫星 系统(TDESS),码分多址(CDMA)卫星通信系统，特别是NASA和军用卫星通 信系统几乎都使用扩频技术，码分多址移动通信系统，这些都是DS系统。 FH系统如多种跳频电台，如SINCGARS（30-80Mhz）。跳时-跳频混合型 如JTIDS系统（Joint Tactical Information Distribution System) 。 我国正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在70年代。 8、以后在卫星通信，数据传输，定位，授时系统中都有使用。今后， 在卫星通信，移动通信系统，定位系统等领域将会得到进一步广泛使用。 SC-CDMA、MC-CDMA，单天线系统，多天线系统。蓝牙，电力线载波通信
Goal: multiple use of a shared medium Important: guard spaces needed!
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c t s1 c c t
f
s2
f
t
s3
f
Frequency multiplex
Separation of spectrum into smaller frequency bands Channel gets band of the spectrum for the whole time k k k Advantages:
第1 章
扩频技术概述
扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它 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。
历史
1、开始于19世纪20年代雷达的发明，为了提高分辨率， 注重扩频思想。二次世界大战（WWII）中，军队对抗干扰 也有此思想。但真正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。 2、世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通信 实验室(FTL)于1949年由Derosa和Rogoff完成的，成功的 工作在New Jersey和California之间的通信线路上。
无线频谱
提高无线电频谱资源的利用率 有线资源的带宽是无限的 无线资源的带宽是有限的
窄带系统 （1）拓展高频段 （2）压缩信息带宽 （3）高性能的编码与调制技术 宽带系统 扩频技术或CDMA技术 复用与多址 单载波与多载波 单天线与多天线
Multiplexing
channels ki
Multiplexing in 4 dimensions – space (si) – time (t) – frequencages:
– lower user data rates – more complex signal regeneration
t
Implemented using spread spectrum technology
CDMA技术早已在军用抗干扰通信研究中得到广泛 应用，1989年.11月， Qualcomm在美国的现场试验 证明CDMA用于蜂窝移动通信的容量大，并经理论推 导其为AMPS容量 的20倍。这一振奋人心的结果很 快使CDMA成为全球的热门课题。95年香港和美国的 CDMA公用网开始投入商用。96年韩国用自己的CDMA 系统开展大规模商用，头12个月发展了150万用户。 1998年全球CDMA用户已达500多万，CDMA的研究和 商业进入高潮，有人说1997年是CDMA年。美国已拍 卖的2958个PCS经营许可证中, 选择CDMA占51% , D-AMPS占20%, GSM占28%。1999年CDMA在日本和美 国形成增长的高峰期，全球的增长率高达250%，用 户已达2000万。
– better protection against tapping – protection against frequency selective interference – higher data rates compared to code multiplex
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目前，国际通用的CDMA标准主要是由美国国家标准委员会ANSI TIA 开发颁布的。ANSI（American National Standard Institute ）作为 美国国家标准制订单位，负责授权其它美国标准制订实体，其中包括 电信工业解决方案联盟ATIS、电子工业委员会EIA以及电信工业委员会 TIA。TIA主要开发IS（Interim Standards,暂定标准）系列标准，如 CDMA系列标准IS95、IS634、IS41等。IS系列标准之所以被列为暂定标 准是因为它的时限性，最初定义的标准有效期限是5年，现在是3年。 除了IS系列标准之外，TIA还颁布其它类型的规范，如电信系统公告 TSB（Telecommunications Service Bulletin ）文件。TSB不是标准， 但可以提供与现存标准相关的信息或对工业界非常重要的其它事宜。 TIA开发出的标准在经ANSI所有成员同意之后即可成为ANSI的正式标准。 TIA目前由9个TR委员会组成，即TR8、TR14、TR29、TR30、TR32、TR34、 TR41、TR45、TR46，其中与CDMA标准关系最为密切的是TR45（移动和 个人通信公用标准），它的下面包括7个子委员会，分别负责不同接口 标准的制订，如TR45.2负责网络部分，TR45.4负责A接口部分，TR45.5 负责空中接口等。
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c
Disadvantages:
– precise synchronization necessary
t
Time and frequency multiplex
A channel gets a certain frequency band for a certain amount of time (e.g. GSM) Advantages:
中国CDMA的发展并不迟，也有长期军用研究的技术积累， 93年国家863计划已开展CDMA蜂窝技术研究。94年Qualcomm 首先在天津建技术试验网。1998年具有14万容量的长城 CDMA商用试验网在北京、广州、上海、西安建成，并开始 小部份商用。联通也计划在广东、北京、天津、上海等地 建CDMA商用试验网。 韩国CDMA数字蜂窝移动通信在政府的强有力的组织 下，得到了迅猛的发展。CDMA网络运营仅一年多便发展到 400万用户，其用户密度远高于我国用户密度最大的珠江三 角洲地区。韩国CDMA网络运行正常，笔者曾在韩国多次用 CDMA的蜂窝和PCS手机、WLL电话打回国内，呼通率高，语 音清晰，末发生过掉话断线（包括高速公路上）。韩国 CDMA的运营情况，充分证明了CDMA技术是成熟的，其系统 容量和话音质量较目前其它蜂窝系统（GSM、TDMA、PDC、 TACS、AMPS）是最优的。
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– no dynamic coordination needed – works also for analog signals
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f
Disadvantages:
– waste of bandwidth if traffic distributed unevenly – inflexible – guard spaces
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Time multiplex
Channel gets the whole spectrum for a certain amount of time
Advantages:
– only one carrier in the medium at any time – throughput high even for many users
通信中的抗干扰技术
1．扩展频谱技术（DS、FH） 2．开发强方向性的毫米波频段 3．加密技术 4．猝发通信技术 如流星余迹通信 5．天线零相技术 6．分集技术
通信中的抗干扰技术（另一种分类法）
（1）频率域
采用频率域处理，如：直扩、跳频、跳扩。 （2）时间域 采用时间域处理，如：瞬时、跳时等。 （3）空间域 采用空间域处理，如：自适应天线等。 （4）其它数字处理 如：干扰抵销、纠错编码等