09扩频通信第1讲
扩频通信资料
扩频通信一、简介扩频通信是一种通过同时传输多个频带信号以提高通信效率和抗干扰能力的通信技术。
扩频通信技术在军事通信、卫星通信、移动通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍扩频通信的原理、应用和发展趋势。
二、扩频通信原理扩频通信利用码分多址技术，通过同时使用多个频带信号的方式来传输信息。
在发送端，数据会被编码成高频率的扩频码序列，然后与载波信号相乘，形成一个带有更宽频率的信号。
接收端利用相同的扩频码序列进行解码，将多个频带信号分离出来还原成原始数据。
这种方法可以提高数据传输速率和保护通信安全。
三、扩频通信应用1.军事通信：扩频通信技术可以有效保护通信数据的安全性，提高抗干扰能力，广泛应用于军事通信系统中。
2.卫星通信：卫星通信需要长距离传输数据，扩频通信技术可以提高通信质量和覆盖范围，是卫星通信的重要技术支持。
3.移动通信：3G、4G、5G等移动通信标准中都采用了扩频通信技术，以提高数据传输速率、提高通话质量和减少信号干扰。
四、扩频通信发展趋势1.多载波扩频技术：通过同时使用多个载波信号，提高通信吞吐量和频谱利用率。
2.混合码扩频技术：结合不同类型的扩频码序列，进一步提高通信系统的性能和安全性。
3.飞跃式发展：未来扩频通信技术将朝着更高速率、更低功耗和更广覆盖等方向发展，为5G、IoT和智能网联汽车等新兴应用提供支持。
五、总结扩频通信技术作为一种高效的通信方法，已在各个领域得到广泛应用。
随着通信技术的不断进步，扩频通信将继续发挥重要作用，推动通信行业的发展。
希望本文对您对扩频通信有更深入的了解，并对其未来发展趋势有所启示。
扩频通信概述ppt课件
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
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扩频通信概述
四、扩展频谱通信系统的特点
缺点
复杂、成本高 对宽带干扰没有抵抗能力 对信道要求高，带宽效率低（某些场合）
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
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扩频通信概述
八、扩频通信技术的发展趋势
扩频带宽和处理增益进一步提高； 跳频和跳时的跳速向更高的方向发展； 扩频码的复杂性进一步提高； 采用混合扩频技术； 采用多进制扩频技术； 采用多载波扩频技术； 扩频通信技术实现的数字化、 软件化；
扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、 自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合 使用。
1616
扩频通信概述
五、扩频通信的发展简史
跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期
1942年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家George Antheil发明。
直接序列的概念晚几年出现
相关检测出现在1940年代后期 瑞克接收机出现在1952年
早期绝大多数应用于军事和情报目的
扩频通信概述
扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
二、扩频通信的概念
三、扩频通信的分类
四、扩频通信系统的特点
五、扩频通信的发展简史
六、扩频通信系统的主要技术指标
七、扩频通信的应用
八、扩频通信技术的发展趋势
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
扩频通信2010-2011扩频通信第一章
S ( f )e
j 2f
df
N0 2
(t )
N0 2
( )
第一章 扩频通信的理论基础
扩频通信系统的基本原理：
1）系统框图与波形示意图
第一章 扩频通信的理论基础
2）原理图说明：
在发送端，输入的信息先经过信息调制形成数字信号， 由扩频码序列调制数字信号展宽信号的频谱， 展宽后的信号再调制到射频发送出去。 在接收端，将收到的信号变频至中频，然后由本地产生 的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，在经 解调、恢复成原始信息输出。 总之，扩频通信系统要经过三次调制和相应的解调。 ① 调制为信息调制（信息解调） ② 调制为扩频调制（信息解扩） ③ 调制为射频调制（射频解调） 相比一般的通信系统来说，多的部分就是②
第一章 扩频通信的理论基础
2、频率跳变系统（FH-SS）
2）、方框图：
数据源 调制器 发中频 振荡器 时钟源 伪码 发生器 混频器 频率 合成器 指令 译码器 发射机
该系统与常规系 统最大差别：常 规输出信号频率 是固定不变的。 该系统中输出的 信号频率是跳变 的。
发射系统
第一章 扩频通信的理论基础
C B
1.44 ln( 1
1.44
S N
)
C B
S N
B 0.7C
N S
说明： 1）S/N一定，要增加系统信号带宽B， 则要求增加信道容量C 2）S/N下降时，可增加B来保持C的 恒定。 3）当B增加到一定程度后，信道容 量C不可能无限的增加。 注：定性分析扩频通信系统抗干扰能 力
第一章 扩频通信的理论基础
第一章 扩频通信的理论基础
设计和评价一 个通信系统性 能主要指标
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
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，收到的信息和发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息和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使用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。
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（和待传输的信息信号)(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。
扩频通信教学文档
第一章扩频通信的理论基础二、直接序列扩频(DS)原理同的PNN倍！数学模型为：1.2.1发送：换的数字信号：PCM，∆M等PN码振荡源（图）――符号周期宽度，符号速率，信息符号，门函数伪随机码序列：(注意这里一般用双极性波形)，设是方波，也是门函数，伪码速率，伪码周期为，举例――――信息：0 1 1 001100101 10011010 10011010 01100101扩频码：扩展序列：∵方波波形相乘等效于二进制码的“模二加”―>射频调制：BPSK（也可以采用MSK ， QPSK 等） 频谱/功率谱扩展情况功率谱推导：设功率谱关系 ：，则有：（和相互独立，）：周期长的PN 序列，其自相关函数为（为时延差）归一化：功率谱函数：BPSK 调制的自相关函数：从而可得：1.2.2 接收有用信号 信道噪声 干扰信号 用户干扰本地伪码序列，与发送PN 序列同步，有同步时差其中有用信号：只要满足伪码同步（PN 码相同，时间起点对齐），则有再经过相干解调：在满足载波同步和相位同步条件下：有：------- 基带滤波 此过程波形图见课本图2-6对于噪声与干扰输出大大消减解扩与基带滤波这是由于：窄带干扰：解扩中---->宽带扩频信号，能量扩散------> 输出强度 （基带滤波）噪声：为宽带噪声――――> 变为窄带噪声下降倍 （基带滤波，解扩未带来新噪声）用户干扰：―――――>解扩输出，强度至少下降N 倍（多用户间伪码不相关：互相关）频谱示意图：1.2.3 处理增益与干扰容限A. 衡量系统抗干扰能力―――处理增益（或扩频增益）定义：接收相关处理的输出与输入信噪功率之比。
（主要是解扩与基带滤波）由于：，假定：解扩已取得伪码同步，相关处理前后信号功率不变，有对于窄带干扰，再设 输入干扰功率带宽为， 解扩前后干扰总功率不变，只是谱密度下降为（被“扩频”了） 从而有：而 （基带滤波输出的结果），有：●对：解扩无作用，不能改变噪声功率谱密度（），基带滤波后：●对用户干扰，多径干扰等的分析，根据扩频序列的互相关和自相关性能的不同，会得到不同的，但一般有从以上分析可知：提高的技术途径：―― 受码发生器电路码速率限制―― 目前一般，PCM 话音编码，码速率为，若采用语音压缩技术（线性预测编码，矢量量化编码等）可达，从而使大大提高 通过采用多进制数字调制方法降低符号速率，如QPSK ，16QAM 等例： 增大3dB 增大8dB 相对而言：降低花费代价较增大要小B. 干扰容限：――允许输入的最大干信比值 ( 对应为：最低要求的信噪比)保证系统正常工作（即满足输出信噪比要求，BER 极低），接收机输入端许可的干扰信号比有用信号高出的分贝数，即系统对的要求。
扩频通信原理
扩频通信原理扩频通信是一种利用较宽的频带来传输信息的通信技术。
它通过将信号扩展到一个更大的频带上来传输数据，从而提高了抗干扰能力和安全性。
在扩频通信中，采用了一种名为直序扩频的技术，即在发送端将原始信号与一个高速的伪随机序列相乘，从而将信号的频率扩展到一个更大的频带上。
接收端再通过相同的伪随机序列将信号还原到原来的频带上，实现了信息的传输。
扩频通信的原理可以简单地理解为在传输过程中对信号进行“伪装”，使得信号在传输过程中不易被外界干扰和窃听。
这种技术的应用非常广泛，比如在军事通信中，扩频通信可以有效地防止敌方的干扰和监听；在无线局域网中，扩频通信可以提高网络的安全性和稳定性；在移动通信中，扩频通信可以提高通信质量和容量。
因此，扩频通信技术在现代通信领域中有着重要的地位。
扩频通信的优点之一是抗干扰能力强。
由于信号被扩展到了一个更大的频带上，使得外界突发干扰对信号的影响大大降低。
这使得扩频通信在复杂的电磁环境中有着更好的表现，能够保证通信质量不受外界干扰的影响。
另外，扩频通信还具有较高的安全性。
由于采用了伪随机序列对信号进行扩展和解扩展，使得信号的频谱特性变得复杂，从而增加了信号的隐蔽性，使得非法窃听者难以窃取到有效信息。
这使得扩频通信在军事和商业领域有着广泛的应用。
此外，扩频通信还具有较高的抗多径干扰能力。
在移动通信中，信号往往会经历多条路径传播，导致信号受到多径干扰，影响通信质量。
而扩频通信通过扩展信号的频带，使得信号在经历多径传播后，能够在接收端得到有效的合成，从而降低了多径干扰对通信质量的影响。
总的来说，扩频通信作为一种重要的通信技术，在抗干扰能力、安全性和抗多径干扰能力方面具有明显的优势。
随着通信技术的不断发展，扩频通信技术将会在更多的领域得到应用，为人们的通信生活带来更加便利和安全的体验。
扩频通信讲义
1.1 扩频通信旳基本概念
特点（判断扩频通信系统旳准则）
（1）传播信号旳带宽远远不小于被传播旳原始信息 信号旳带宽；
（2）传播信号旳带宽主要由扩频函数决定，此扩频 函数一般是伪随机（伪噪声）编码信号。
取得旳好处 具有很强旳抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干 扰旳能力。
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1.1 扩频通信旳基本概念
扩频系统具有抗干扰能力旳理论基础
自有关函数：
S( f ) N0 2
f
R(τ ) S( f )e j2πfτdf N0 δ(τ )
2
对白噪声信号处理困难。使用伪噪声码序列替代白噪声，它们
旳统计特征相近。伪噪声序列是接近于高斯信道要求旳最佳信
号形式。
R(τ)
1 N
N
ci ci
i 1
1
1 N
τ 0 τ 0
N
1
R(τ
可供随机选用旳载波频率数一般是几千~几万个离散频率， 在如此多旳离散频率中，每次输出哪一种由伪随机码决定。
24
1.2.2 频率跳变系统
25
频率跳变系统
工作原理 频率跳变系统中
发信机旳发射载波频率，在一种预定旳频率集内由伪随机码 序列控制频率合成器(伪)随机旳由一种跳到另一种。
收信机中旳频率合成器也按摄影同旳顺序跳变，产生一种和 接受信号频率相差 fIF(中频频率)旳参照本振信号，经混频后 得到频率固定旳中频信号，此过程称为对跳频信号旳解跳。 解跳后旳中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传播旳 信息。
➢也就是说对于任意给定旳信息传播速率C，当信号噪声功率
比S/N下降时，能够用增大系统旳传播带宽B来取得较低旳信
息差错率。
11
1.1 扩频通信旳基本概念
扩频通信章分解课件
扩频通信案例的分析与讨论
案例一
某型雷达扩频通信系统的设计与实现
案例三
基于扩频技术的数据加密通信系统
案例二
某型无线通信网络中扩频通信技术的应用
案例四
基于扩频技术的无线遥控系统
扩频通信实验的结果与讨论
数据处理与分析
对实验采集的数据进行处 理与分析，验证扩频通信 系统的性能。
结果展示
以图表、曲线等形式展示 实验结果，并进行对比分 析。
防护措施来保护数据的安全。
扩频通信技术面临的挑战
多径干扰
在复杂的通信环境中，多径干扰是一个常见的问题，它会影响扩 频通信的可靠性和稳定性。
频率资源
随着通信技术的发展，频率资源变得越来越紧张，如何有效地利用 频率资源是扩频通信技术面临的一个重要问题。
实现复杂度
扩频通信技术的实现复杂度较高，需要大量的计算和存储资源，这 会增加硬件成本和能耗。
误码率低
由于扩频通信的信号带宽较宽 ，因此其信噪比相对较高，误
码率较低。
扩频通信的应用场景
无线通信
扩频通信在无线通信中得到了广 泛应用，如无线局域网（WLAN ）、无线广域网（WWAN）、卫
星通信等。
抗干扰通信
由于扩频通信具有高抗干扰性，因 此它被广泛应用于军事和安全通信 中，以确保通信的安全性和可靠性 。
05
扩频通信的发展趋势与挑战
扩频通信技术的发展趋势
高速率
扩频通信技术正在向更高的数据 传输速率方向发展，以满足日益
增长的数据需求。
低功耗
随着物联网、嵌入式系统等应用 的增多，对扩频通信技术的功耗
要求越来越低。
安全性
随着通信技术的发展，对扩频通 信技术的安全性要求也越来越高 ，需要采取更先进的加密算法和
《扩频通信》1-2讲(1.1)
）系统中， 显示出其强大的生命力。
遵义师范学院
第1 章
1.1
扩频通信技术原理
扩频通信的基本概念
遵义师范学院
1.1 扩频通信的基本概念
1.1.1 扩频通信的含义
扩频通信的定义可简单表述如下：
扩频通信技术是一种信息传输方式，在发送端（简称发端 ）采用扩频码调制， 使信号所占的频带宽度远大于所传信息所
此时，信号功率约为原来信号功率的一半。
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1.1 扩频通信的基本概念
1.1.4 信号带宽与信号功率互换的实例 例1.1 某一系统的信号带宽为8kHz，信噪比为7，求信道 容量C。在C不变的情况下，信号带宽分别增加1倍和减小一半， 求两种情况下信号功率的相对变化量。 解 将信号带宽减小一半，即B2=0.5B=4kHz，C不变，可得
遵义师范学院
1.1 扩频通信的基本概念
1.1.2 扩频的理论基础
长期以来，人们总是想方设法使信号所占频带尽量窄，以 充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。为什么要用宽频带信 号来传输窄带信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠， 这一点可以用信息论的基本公式加以说明。
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1.1 扩频通信的基本概念
化为
N 2 n0 B2 0.5 ，由此可得信号功率的相对变 信道噪声变化 N n0 B
即带宽减小一半，功率需增加到原信号功率的4.5倍。
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作 业
第1章习题：1
遵义师范学院
1.1 扩频通信的基本概念
1.1.2 扩频的理论基础 1.香农公式的隐含意义
S C B lb 1+ N
香农公式的原意是说，在给定信号功率 S和噪声功率N的情 况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以 接近于C的信息传输速率来传送信息。这个公式还暗示，在保持 信息传输速率不变的条件下，可以用不同频带宽度B和信噪比来 传输信息，换言之，频带B和信噪比是可以互换的。也就是说， 如果增加信号频带宽度，就可以在较低的信噪比的条件下以任 意小的差错概率来传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下， 即在 S/N<1，或 10lb(S/N)<0dB 时，只要相应地增加信号带宽， 也能进行可靠的通信。上述分析表明，采用扩频信号进行通信 的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。
扩频通信1章
N0 B S S S S lim C lim log 2 (1 ) log 2 e 1.44 B B S N0 N0 B N0 N0
（1-7）
公式（1-7）表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B， 信道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B时，噪声功率N 也趋于无穷大。 5
2)
1.3 扩展频谱通信的基本性能参数
1. 扩频处理增益
在一个信息处理系统中，系统的输入信噪比、输出信噪比分别为 (S／N)in，和(S／N)out，由系统的扩频处理增益Gp表示了信噪比 的改善程度，即
GP ( S / N ) out S S 或GP (dB) 10 lg( ) out 10 lg( ) in (dB) ( S / N ) in N N
香农定理给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率， 达到极限速率的通信系统称为理想通信系统。在一定的信道容 量条件下，信号带宽B、信号噪声功率比S／N是可以互换的， 即可通过增加信号带宽B来减小发送信号功率，也可以通过增 加发送功率来减小信号的带宽。那么，信号功率与信号带宽相 对变化的速率如何呢？
（1-9）
由于高斯白噪声的功率谱近似均匀分布，因此也常用扩频前后 带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
B GP F
（1-10）
9
例1-2 一个扩频系统的处理增益为35dB，要求进入基
带解调器的最小输出信噪比 (S／N)out =18dB，则系 统的输入信噪比(S／N)in＝(S／N)out -Gp＝-17 (dB)。
8
S/N (dB)
6
4
2
0
-2 0 4 8 12 16 20 24 28 32
扩频通信原理chapter1
序言一．扩展频谱技术概述概念：所谓扩展频谱技术一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。
一种典型的扩展频谱系统如图0-1所示：图0-1 典型扩展频谱系统框图它主要由原始信息，信源编译码，信道编译码（差错控制），载波调制与解调，扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。
信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。
差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。
调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。
扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。
框图中各点信号的时域和频域特性如图0-2所示。
与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。
为什麽要进行扩频？这是因为它具有一些独特的优点。
特点：1)抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。
2)可检性抵，(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破。
3)具有多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术。
4)可抗多径干扰。
5)可抗频率选择性衰落。
6)频谱利用率高，容量大（可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等）。
7)具有测距能力。
8)技术复杂。
应用：基于以上这些特点，扩频技术首先应用于军事通信，现在也开始民用和商用。
1)卫星通信（多址，抗干扰，便于，降低平均功率谱密度）2)移动通信（多址，抗干扰，便于，抗多径，提高频谱利用率）3)无线本地环路4)GPS（选址，抗干扰，，测距）5)测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪`````主要缺点：技术复杂，但是随着数字处理技术的发展，集成工艺进步，使扩频系统的实现变的简单，只需对扩展技术有一般的了解就可以从事扩频系统的设计工作。
因此，扩频技术在这些年发展非常迅速，由军用到民用，商用，围很广。
理论基础：扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理[1]其中C------信道容量（比特/秒）N-----噪声功率W----带宽（赫兹）S ---------信号功率当S/N 很小时（≤0.1）得到：在无差错传输的信息速率C 不变时，如N/S 很大，则必须使用足够大的带宽W 来传输信号。
扩频通信ppt
n B SS S 0 lim C lim Ib( 1 ) ( ) Ib e B B S n B n n 0 0 0
故
S lim C1 .44 B n 0
(1-5)
由上面的结论 , 可以推导出信息速率 R 达到极限信
息速率, 即R＝R
max＝C，且带宽
放 大
扩频码 (a)
振荡器
高 放
混 频
解 扩
BPF
解 调
基带恢复 信号
本 振
扩频码 (b)
同 步
图 1-2 扩频系统物理模型 (a) 发射； (b) 接收
1.5 扩频系统的特点
1、抗干扰能力强 2、可进行多址通信
3、安全保密
4、数模兼容 5、抗衰落 6、抗多径
1.6 扩频通信系统的关键问题
1、同步捕获与跟踪 2、远近效应 3、扩频码的选择
第1章 扩频通信系统的理论基础
1.1 通信中的干扰与抗干扰 1.2 扩频通信基本概念 1.3 Shannon（仙农）公式 1.4 扩频通信系统的模型 1.5 扩频通信的特点 1.6 扩频通信系统的关键问题
1.1 通信中的干扰与抗干扰
1.1.1 干扰 在通信中遇到的干扰可分为两类: 1、人为干扰 2、非人为干扰。
这一定义包含了以下三方面的意思：
1、信号的频谱被展宽了；
2、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱；
3、在接收端用相关解调来解扩。
1.3 Shannon（仙农）公式
Shannon定理指出: 在高斯白噪声干扰条件下, 通 信系统的极限传输速率(或称信道容量)为
S C B Ib( 1 )b/ s N
人为干扰主要有: （1）单频干扰, 或称为固频干扰；
扩频通信系统概述
扩频通信系统概述第一讲扩频通信系统概述扩频通信，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。
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。
第二讲扩展频谱通信的基本概念 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。
扩频通信第1章1
1.3 扩频通信系统的模型1.3.1 直接序列扩频系统的模型我们以二元直接序列扩频通信系统为例，来讨论扩频通信系统的数学模型。
假设系统的调制方式为PSK ，图1-13(a)就是在这种情况下的发射机系统数学模型。
图1-13 扩频通信系统模型(a) 发射系统；(b)接收系统发射机输出PSK 信号的表达式为[])()(π2cos )(00t t t f A t f m ϕϕ++= (1-15)式中： 0f ——载波的中心频率；A ——信号的振幅；)(0t ϕ——载波的初始相位；)(t m ϕ——二元序列所控制的载波相位。
为运算方便，假设0)(0=t ϕ。
若规定二元序列中的“+1”对应于0)(=ϕt m ，而二元序列中的“-1”对应于π)(=t m ϕ，则有⎩⎨⎧--+=”时当二元序列为“”时当二元序列为“1)π2cos(1)π2cos()(00t f A t f A t f (1-16) 可见，这种调制信号可等效为一个只取±A 的二值波形，是一个抑制了载波后的幅度调制信号)π2cos()()(0t f t Am t f = (1-17)式中⎩⎨⎧--+=”时当二元序列为“”时当二元序列为“1111)(t m (1-18) 在图1-13(a)中，我们用)(t d 表示数据流{}n a 经编码后的数字信号波形，)(t c 表示扩频码信号波形。
)(t d 和)(t c 都是二进制信号波形，且都满足式(1-18)。
图1-13(a)的射频输出信号)(t s 的表达式可写为)π2cos()()()(0t f t c t Ad t s = (1-19)为方便分析，我们假设)(t d 和)(t c 是相互独立的，且)(t d 的码元宽度b T 是)(t c 码元宽度c T 的整数倍（以上的假设是符合实际情况的）。
在传播过程中，传输信号受到各种信号和干扰噪声的污染。
有用信号在传输过程中一般要产生随机延时(a) (b)d T 、多普勒频移d f 和随机相移ϕ。
扩频通信第1章
第1章 扩频通信的理论基础1.1扩频通信的基本概念通信技术和通信理论的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题开展的。
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。
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。
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，决定于通信系统的抗干扰性。
在模拟通信系统中，传输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，传输可靠性是用差错率来衡量的。
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。
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(1-1)确定：⎰∞∞--=dtet f f F ftj π2)()(⎰∞∞-=df ef F t f ftj 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dtt f ⎰∞∞-)(必须为有限值。
扩展频谱通信系统是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息码无关）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，再利用相应的手段将其压缩，从而获取传输信息的通信系统。
扩频通信课件(精品资料)PPT
些留出冗余量，例如1dB
§1.4干扰容限与扩频系统主要特点
三，扩频通信技术的主要优点 〔1〕抗干扰性能好； 〔2〕保密性好，不易被侦破； 〔3) 易于实现多址； 〔4〕降低了通量密度； 〔5〕扩频系统本身为数字系统，易于实 现。
第二章
各种扩频信号及其 调制技术
图2-1 (a),(b)详细的Block
§2.1 直序扩频系统(DS-SS)
二，伪随机信号的调制与混频 1，2PSK调制
f(t)=±coswct 属于平衡调制信号 信号中无直流成份，无载波能量
§1.2 扩频系统的数学模型
一，DS-SS-PSK数学模型 1，射频： s(t)=m(t)coswct
m(t)=d(t)c(t) PSK调制：m(t)上下电平 2，经信道后进入接收机天线的信号为
r(t)=s1(t-τ1)+n(t)+si(t- τi)
§1.2 扩频系统的数学模型3, 经射频滤波器，相关，基带滤波后：
干扰信号能量被扩展到整个扩频带宽内， 通过基带滤波器输出很小。 二，FH-SS模型
图1-5
§1.3 扩频系统的抗干扰性能分析
一，干扰信号. 1, 多址干扰: 同一扩频系统中其他台站的 信号。
2, 人为敌方干扰: 窄带瞄准式和宽带阻塞 式, 以及转发干扰。 3, 随机自然干扰：雷电,飞行体,汽车的火 花干扰等。
2，扩频通信 将待传输信息的频谱通过在编码使之
扩大许多倍，送入信道中传输，在接收 端解码将信息复原。
由于在信道中实际传输的信号比原始 信号频谱扩展了许多倍，因此称之为扩 频通信。
§1.1扩频通信系统根本概念
3，CDMA 现代高端通信系统均采用伪随机码
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二.扩频通信的发展历史
有关扩频通信的观点是在1941年由好莱坞演员 Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil 提出的。 1949年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。 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。
有人说，从20世纪90年代开始无线通信已步入扩 频通信的年代，并开始了崭新的发展时期。此话不假， 而今扩频通信 的热浪已波及短波、超短波、微波通 信和卫星通信，大家已十分熟悉的码分多址 （ C D M A）技术，已开始广泛用于蜂窝通信、无绳通信和 个人通信以及各种无 线本地环路，并在造福于社会 中大显身手，将发挥越来越大的作用。 扩频通信的出现，还使军事通信在电磁环境复杂、 干扰严重情况下实现顺畅 指挥变为可能，从而为军 事通信的进一步发展奠定了重要基础，它已成为未来 军事通信和民用通信的一大发展方向。 我国正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究 是在70年代处。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。
扩频通信系统框图
扩频通信与常规的窄道通信的区别： a.将信息的频谱扩展成宽带进行传输； b. 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。
第1章
扩展频谱技术概述
扩频通信概述 通信中的干扰与抗干扰 扩频通信的基本知识 扩频通信的特点与用途 思考与练习
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5
§1.1
一、引言
扩频通信概述
现代通信技术空前发展，无线电设备的使用越来 越广泛，电磁环境变得异常 复杂，电台、接力通 信受到的干扰愈来愈严重，对实现通信的迅速、 准确、保密 和不间断要求提出了严峻的挑战。 几十年来，通信技术不断发展和演变，从有线 （电缆、光缆）到无线（短波、VHF/UHF、微波、 卫星）基本上是媒质和信道的变化，而突破性的 进展并不多。 近年来，经各国专家的努力探索实践，终于找到 了干扰的“克星”———扩频通信。 扩频通信系统的出现是通信技术的一次重大突破。
扩频码：OVSF码。
二.扩频通信的发展历史
有关扩频通信的观点是在1941年由好莱坞演员 Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil 提出的。 1949年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。 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。
四.干扰的“克星”
为什么说扩频通信是干扰的“克星”呢？ 我们知道，通常的超短波通信（以 10瓦电台为 例）能通20—30公里远，而伪码扩频设备10毫瓦即能 通30—50公里。 也就是说，扩频系统能带来30分贝 以上的信噪比改善，使干扰的影响减少了1000 倍以 上。熟悉通信的人都知道，几十年来人们为信噪比的 改善付出了极大的努力 ，要1分贝、1分贝的挖掘， 2—3个分贝的突破已是很大贡献。而突破性的时刻到 来，是 G P S信噪比的改善成为现实，这确实是一次 巨大的飞跃，只就这一点已 经可以说扩频通信是当 代通信技术的新成就了。它对抗干扰影响具有重要作 用， 而且扩频通信还将带来一系列革命性的影响。
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。 1978年，在日本举行的国际无线通信咨询委员会 （CCIR)对扩频通信进行专门研究。 1982年，美国第一次军事会议展示了扩频通信在 军事通信中的主导作用，报告了扩频通信在军事 通信各领域的应用，并开始民用扩频通信的调查。 同年第一部扩频通信的理论性专著Coherent Spread Spectrum问世。 1985年之后民用扩频通信系统发展。
f.宽带阻塞式干扰： 对敌方整个通信频带进行强的干扰，由干扰较强， 对敌方干扰同时也干扰自己。且由频带宽，易被雷 达检测到而击中。
二、干扰与抗干扰技术的发展
干扰方
单频干扰
PK
改变频率
抗干扰方
干扰机改变频率
再次改变频率
跟踪式干扰
跳频
转发式干扰
宽带干扰
快跳频、多网、引诱、 ECCM（电子反对抗措施）
扩频通信定义
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。 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。
1985年，美国的一家名不见经传小公司在加州成 立，以扩频技术为基础，研发出CDMA无线数字通 信系统——CDMA技术的基础就是“扩频”和“跳 频”技术。这公司就是美国的高通公司。后来高 通公司申请了“功率控制”等CDMA核心技术专利 （CDMA系统如果脱离了功控那就完全不能民用）， 确立了自己在CDMA界的霸主地位。现在的WCDMA、 TD、C2000都绕不过高通公司这个“功率控制”专 利。
三.与常规通信方式的比较
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。 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。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。
扩频通信的理论基础
香农公式： C＝B lb（1＋S/N） 其中：C为信道容量，B为信号带宽，S/N为信躁比。
扩频通信利用了此公式的结论，在信道容量C不变的情 况下，信号频带宽度B与信噪比S/N完全可以互相交换， 即可以通过增大传输系统的带宽以在较低信噪比的条件 下获得比较满意的传输质量。
问题：扩频通信牺牲了什么？换取了什么？
s
1
e.转发式干扰：干扰机将发 射端发射的有用信号接下来， 经噪声污染以后发送出去， 对接收端接收的有用信号进 行干扰，实现有效干扰要解 决路径差。转发式干扰频率 与有用信号相同，相位不同， 且功率与有用信号相近。 这种干扰对跳频系统干扰最大。
T1 d1 发 d2 T2 T3 d3 收
干
转发式干扰示意图
扩频通信示意图
S（f） S（f）
信号 信号
f0
f
f0
f
扩频前的信号频谱
扩频后的信号频谱
S（f）
S（f）
干扰噪声 信号
f0
信号 干扰噪声 f
f0
f
解扩频前的信号频谱
解扩频后的信号频谱
信号
窄带干扰
宽带干扰
直接序列扩频通信
扩频信号
低速信号
扩频与调制
解调信号
TX
RX
高速扩频序列
高速扩频序列
扩频码速率：1.28Mc/s；
扩展频谱通信
(简称扩频通信)
（Spread Spectrum Communication）
物理与电信工程学院通信教研室2012年秋 薛转花
目录
第1章
扩展频谱技术及其应用
第2章
第3章 第4章 第5章 第6章
扩展频谱技术及其理论基础
扩频系统的伪随机序列 扩频信号的相关接收 扩频系统的同步 特殊器件在扩频信号的相关接收
这个专利的提出者，好莱坞的影星海蒂拉玛(Hedy Lamarr)，她是这个扩频通信思想的主导者。Hedy的发明 一直没受到重视，那么为什么后来的3G移动通信技术能从 她那里获得启示呢？ Hedy的专利提出的最重要概念是“扩展频谱技术”， Hedy最先指出了用频率跳变的方式扩大通讯容量并保密信 息。此后，正是这个思路带给了我们这个世界不可思议的 变化——引导了移动数字通信技术的发展。 直到以CDMA为基础的3G技术开始走入人们视野的1997年 （实用化的CDMA95技术发布后两年），科学界才想起了已 经83岁高龄的CDMA之母Hedy Lamarr，非营利性、非官方 的电子前沿基金会(EFF: Electronic Frontier Foundation)授予了她早应得到的荣誉，但此时，她的专 利已经失效，而终生未能因此而得利。
五.应用
基于以上这些特点，扩频技术首先应用于军事通信， 现在也开始民用和商用。 卫星通信（多址、抗干扰、便于保密、降低平均功率谱 密度） 移动通信（多址、抗干扰、便于保密、抗多径、提高频 谱利用率） 无线本地环路 GPS（选址、抗干扰、保密、测距） 测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪````` 主要缺点：技术复杂，但是随着数字处理技术的发展， 集成工艺进步，使扩频系统的实现变的简单，只需对扩 展技术有一般的了解就可以从事扩频系统的设计工作。 因此，扩频技术在这些年发展非常迅速，由军用到民用、 商用，范围很广。