扩频通信系统
直接扩频通信系统设计原理
02 直 接 扩 频 通 信 系 统 概 述 04 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 关 键 技
术
06 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 优 势 与局限性
Part One
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Part Two
直接扩频通信系统 概述
直接扩频通信系统的基本概念
定义：直接扩频通信系统是一种无线通 信技术，通过将信息信号扩展到很宽的 频带上进行传输，以实现抗干扰和保密 通信。
扩频码的选择与设计
扩频码的特性：具有良好的自相关和互相关特性，能够实现精确的扩频和解扩频 扩频码的分类：包括随机码、伪随机码、复合码等，根据不同的应用场景选择合适的扩频码 扩频码的设计原则：保证系统的抗干扰性能、保密性能和可靠性等 扩频码的生成方法：可以采用线性反馈移位寄存器等方法生成
抗干扰与抗多径干扰技术
直接扩频通信系统在卫星通信中的应用
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抗干扰能力强：直接扩频通信系统采用扩频技术，具有抗干扰能力强、抗多 径干扰性能好的优点，能够提高卫星通信的可靠性和稳定性。
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隐蔽性好：由于扩频通信的信号速率很低，因此直接扩频通信系统的隐蔽性 较好，能够有效地防止被窃听和干扰。
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Part Six
直接扩频通信系统 的优势与局限性
直接扩频通信系统的优势
抗干扰能力强：扩频通信利用扩频技术将信号扩展至很宽的频带中，使其功率谱密度 降低，提高了抗干扰能力。
抗多径干扰能力强：由于扩频通信系统具有抗多径干扰的特性，因此可以有效抵抗多 径干扰，提高通信质量。
保密性好：扩频通信系统可以将信号扩展至很宽的频带中，使其不易被检测和截获， 提高了通信的保密性。
同步技术的实现方法
第十四讲CDMA的基本原理和扩频通信系统
码分多址的基本原理
模拟系统是靠频率的不同来区别不同用户的, GSM系统靠 的是极其微小的时差, 而CDMA则是靠编码的不同来区别不同 的用户。由于CDMA系统采用的是二进制编码技术, 编码种类 可以达到4.4亿, 而且每个终端的编码还会随时发生变化, 两部 CDMA终端编码相同的可能性是“二百年一遇”, 因此, 在 CDMA系统中进行盗码几乎不可能。
扩频调制后产生的宽带调制信号, 为了适应信道的传输特性, s(t)
还要与主振荡器产生的载波cos(ωrt+φ)相乘, 得到射频调制信号 r(t), r(t)经过信道的噪声叠加后, 到达接收端。 在接收端首先进 行混频放大^ , 得到中频信号q(t), q(t)再经伪随机序列p(t)^的解扩, 得到信号p(t), p(t)通过中频滤波滤除了干扰信号, 得到信号y(t),
码序列对信息比特流进行调制, 从而扩展信号的频谱, 在收端, 用与发端相同的扩频码序列进行相关解扩, 把展宽的扩频信号 恢复成原始信息。
25
2) 系统组成
干 扰 与噪 声
0 f f0
f
f0
f
fr
f
m(t)
u(t)
s(t)
r(t)
信 道 rˆ(t)
q(t)
p(t)
cos( 0t＋ ) p(t)
载波
伪 随 机码
原 来 模 拟 通 信 系 统 所 采 用 的 FDMA 技 术 和 GSM 系 统 所 采 用 的
TDMA 技术相对应, CDMA是码分多址(Code Division Multiple
Access)技术的英文缩写, 它是在数字技术的分支——扩频通信
技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 正
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。
扩频通信系统仿真实验报告
扩频通信系统仿真实验报告一、引言扩频通信是一种通过扩展信号带宽来传输信息的技术。
在扩频通信系统中，发送方将待传输的信息数据序列与扩频码序列相乘，再通过信道传输到接收方。
接收方通过与发送方使用相同的扩频码序列相乘，并将结果进行积分操作，从而将扩频信号提取出来。
本文通过MATLAB软件使用数字仿真的方法，对扩频通信系统进行了仿真实验，包括扩频信号的产生、传输和提取等过程，最后通过性能指标评估扩频通信系统的性能。
二、实验内容1.扩频信号的产生：首先生成待传输的数字信息序列，然后与扩频码进行点乘产生扩频信号。
2.信道传输：模拟信道传输过程，包括加性高斯白噪声（AWGN）等噪声影响。
3.扩频信号的提取：接收方使用与发送方相同的扩频码对接收到的信号进行点乘与积分操作，从而提取出扩频信号。
4.性能评估：通过比较接收信号与发送信号的相关性和误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
三、实验步骤1.扩频信号的产生：首先生成随机的数字信息序列，然后使用伪随机序列作为扩频码与数字信息序列相乘，产生扩频信号。
2.信道传输：将扩频信号通过信道传输，并添加加性高斯白噪声模拟噪声影响。
3.扩频信号的提取：接收方使用与发送方相同的扩频码对接收到的信号进行点乘与积分操作，提取出扩频信号。
4.性能评估：通过计算接收信号与发送信号的相关性和统计误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
实验结果展示4.性能评估：通过计算接收信号与发送信号的相关性和统计误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
相关性较高且误码率较低表示系统性能较好。
四、实验结论通过本次扩频通信系统的仿真实验，我们可以得出以下结论：1.扩频通信系统能够有效抵抗噪声影响，提高信道的抗干扰能力。
2.扩频码的选择对系统性能有较大影响，合适的扩频码可以提高系统性能。
3.扩频通信系统的误码率与信噪比有关，当信噪比较高时，系统的误码率较低。
总之，扩频通信系统在信息传输中具有较好的性能和鲁棒性，通过对其进行仿真实验可以更好地理解其工作原理和性能特点。
扩频通信第二章
10
工程上常以分贝(dB)表示, Gp＝10 lg(W／ΔF)
除了系统信噪比改善程度之外, 扩频系统的其他一 些性能也大都与Gp有关。因此, 处理增益是扩频系统的 一个重要性能指标。 一般来讲, 处理增益值越大, 系统 性能越好。
11
扩频通信的性能指标
2. 抗干扰容限 抗干扰容限是指扩频通信系统在正常工作条件下 可以接收的最小信噪比, 即它反映的是系统对于噪声的 容忍情况,
35
2.4 频率跳变(FH, Frequency Hopping)技术
1) 所谓跳频, 简单来讲, 就是用一定的码序列进行选择的 多频率频移键控。具体来讲, 跳频就是给载波分配一个固定 的宽频段并且把这个宽频段分成若干个频率间隙(称为频道 或频隙), 然后用扩频码序列去进行频移键控调制, 使载波频 率在这个固定的频段中不断地发生跳变。由于这个跳变的 频段范围远大于要传送信息所占的频谱宽度, 故跳频技术也 属于扩频。
18
CDMA扩频通信的实现方法
按照频谱扩展的方式不同, CDMA扩频通信系统可以 分为基本CDMA和复合CDMA两种。 其中, 基本CDMA主 要包括直接序列扩频(DS)、跳频扩频(FH)和跳时扩频(TH) 三种方式。复合CDMA包括DS/FH、 DS/TH、 FH/TH等, 如图所示。
19
CDMA扩频调制方式 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)
6
实现条件 由上述定义可知, 扩频技术必须满足两个基本要求: (1) 所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小带宽; (2) 所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。
7
扩频通信的理论基础
扩展频谱以换取对信噪比要求的降低, 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。
直接序列扩频通信系统仿真设计
直接序列扩频通信系统仿真设计直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是一种广泛应用于无线通信领域的通信技术，它通过将原始信号与伪随机噪声序列进行逐位相乘，从而将信号的带宽扩展到噪声频谱的宽度，从而实现抗干扰和保密性能的显著提高。
本文将通过仿真设计一个直接序列扩频通信系统，详细介绍其工作原理和仿真过程。
直接序列扩频通信系统由发送端和接收端组成。
在发送端，原始信号经过码片发生器生成伪随机噪声序列，并与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。
扩频信号经过调制器进行调制，然后经过发射机发送到接收端。
在接收端，接收到的信号经过解调器进行解调，然后通过相关器与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。
首先，需要设计码片发生器。
伪随机噪声序列在直接序列扩频通信系统中起到关键作用，它决定了信号的扩展带宽和抗干扰性能。
常用的伪随机噪声序列有伪随机码生成器（PN码）和高斯白噪声序列（AWGN）。
在仿真中，可以选择PN码作为伪随机噪声序列。
PN码的生成方式有很多，其中最常见的是使用移位寄存器和反馈电路生成的线性反馈移位寄存器（LFSR）。
其次，需要设计调制器和解调器。
在直接序列扩频通信系统中，常用的调制方式有二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK）。
在仿真中，可以选择BPSK作为调制方式。
解调器与调制器相反，将接收到的扩频信号与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。
最后，需要设计发射机和接收机。
发射机通过电路将调制后的扩频信号发射出去，接收机将接收到的信号通过电路进行放大和解调处理，从而得到原始信号。
在仿真中，可以使用MATLAB等仿真软件来实现直接序列扩频通信系统。
首先，定义参数包括信号的比特率、码片周期、发射功率等。
然后，生成随机的原始信号数据。
接下来，根据参数生成伪随机噪声序列。
将伪随机噪声序列与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。
通过调制器进行调制，得到调制后的信号。
在接收端，通过解调器解调接收到的信号，得到解调后的扩频信号。
第四章 扩频通信系统ppt课件
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念 4.2 直接序列扩频系统 4.3 跳频系统 4.4 混合式扩频系统
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念
4.1.1 扩频通信的定义 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, 并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。
第四章 扩频通信系统
信息 信息 调制
频率
射频
合成器
调制
变频
中频
信息 信息
带通
解调器
扩频 码发 生器
射频 发生器
频率 合成器
扩频 码发 生器
(a)
f1
f2
f3
…
(b )
图4-4 跳频系统示意图
fn－ 1
fn
第四章 扩频通信系统
3. 跳变时间工作方式 图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。
第四章 扩频通信系统
(a ) A ( f0)
E 5
fB
0 0 2
2T0
t
f
T0
0
2
f
(b )
f (t) E
A ( f0) 2E 5
01
2
1＝
1 2
T0
t
0 f1
(c )
fB
1
f
1
图4-9 直扩信号的波形与频谱
第四章 扩频通信系统
4.2.2 几种常用的伪随机码
直接扩频通信系统原理讲解
扩频通信系统在无线通信中可以实现低截获概率和低检测概率，增强了通信的安全性。
直接扩频通信 系统在军事通 信、卫星通信 等领域有广泛
的应用。
工作原理简介
直接扩频通信系统采用扩频技术，将信息信号扩展到宽带信号中进行传输。
通过扩频调制，信号的频谱被展宽，有效地降低了信号的功率谱密度，提高了抗干扰能力。
在接收端，采用相关解扩技术，将扩频信号恢复成原始信号，实现信息的传输。
直接扩频通信系统具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强等优点，广 泛应用于军事通信、卫星通信等领域。
Part Five
直接扩频通信系统 的优缺点
优点
抗干扰能力强
抗多径干扰能力强
抗截获能力强
扩频信号的隐蔽性好
缺点
抗干扰能力较弱
带宽需求较大
信号隐蔽性较差
对多径干扰较为敏感
Part Six
未来发展趋势与展 望
未来发展方向
5G和6G通信技 术的融合与演进
人工智能和机器 学习在扩频通信 中的应用
物联网和智能家 居等领域的扩频 通信技术发展
扩频通信与其他 通信技术的竞争 与合作
技术创新与应用前景
5G和6G通信技术的融合与演进 AI和机器学习在通信系统中的应用 物联网和智能家居的普及与推广 云计算和边缘计算的协同发展
THANKS
汇报人：XXX
Part Two
信号的扩频与解扩
扩频调制
定义：将待传输信息信号的频谱扩展至较宽的频带上 目的：增强信号的抗干扰能力和隐蔽性 方法：采用伪随机序列对信息信号进行调制 特点：信号传输带宽远大于信息信号带宽
扩频通信系统
伪随机序列产生器产生的伪随机序列c(t),速率为RC,切谱宽度为TC,TC＝1／RC
c(t ) cn g c (t nTc )
n 0
N 1
cn为伪随机码码元，取值＋1或－1，gc(t)为门函数，定义与ga(t)类似 扩频过程实质上是信息流a(t)与伪随机序列c(t)的模二加或相乘的过程。伪随机 码速率RC比信息速率Ra大得多，一般RC／Ra的比值为整数，且RC／Ra＞＞1,扩展 后的序列的速率仍为随机码速率RC 。
接收端天线上感应的信号经高放的选择放大和混频后，得到包括以下几部分的 信号：有用信号sI(t)、信道噪声nI(t)、干扰信号JI（t）和其它网的扩频信号sJ（t） 等，即收到的信号（经混频后）为
rI (t ) sI (t ) nI (t ) J I (t ) sJ (t )
直接序列扩频
信号分析
接收端的伪随机码产生器产生的伪随机序列与发端产生的伪随机序列相同， 但起始时间或初始相位可能不同，为c，(t)。解扩的过程与扩频过程相同，用 本地的伪随机序列c，(t)与接收到的信号相乘，相乘后为
rI(t ) rI (t )c(t ) sI (t )c(t ) nI (t )c(t ) J I (t )c(t ) s J (t )c(t ) s I (t ) nI (t ) J I (t ) s J (t )
直接序列扩频
信号分析
对噪声分量nI(t)、干扰分II(t)和不同网干扰sJ（t），经解扩处理后， 被大大削弱。 nI(t) 分量，一般为高斯带限白噪声，因而用 C’(t) 处理 后，谱密度基本不变（略有降低），但相对带宽改变，因而噪声功率 降低。J’I(t)分量，是人为干扰引起的，这些干扰可以是第一章中描 述的干扰中的一种或多种。由于与伪随机码不相关，因此，相乘过程 相当于频谱扩展过程，将干扰信号功率分散到一很宽的频带上，谱密 度降低，相乘器后接的滤波器的频带只能让有用信号通过，这样，能 够进入到解调器输入端的干扰功率只能是与信号频带相同的那一部分。 解扩前后的频带相差甚大，因而解扩后干扰功率大大降低，提高了解 调器输入端的信干比，从而提高了系统抗干扰的能力。至于不同网的 信号s’J(t)，由于不同网，所用的扩频序列也就不同，这样对于不同 网的扩频信号而言，相当于再次扩展，从而降低了不网信号的干扰。
扩频通信第二章 扩频系统的性能分析
第二章 扩频系统的性能分析
▪ 二、双波束、多波束信号对直接序列系统的影响 ▪ 1、双波束信号对直接序列系统的影响
假设在高斯信道上，传输的最佳信号形式是具有白噪声统 计特性的信号 (t)的情形。接收机接收到的两路信号分别为
(t) 和 (t )。
合成信号的功率为 P E[ (t) (t )]2
功率传输函数。
第二章 扩频系统的性能分析
▪ 详细的功率谱密度函数
SJ
(f)
J
m
2Tc
s
in(πf Tc πf Tc
)
2
H(f )2
▪ 分析：单频正弦干扰信号经过接收机的相关处理，再经过基带
滤波器的滤波，输出的功率随着扩频码码元宽度Tc的减小而减
小。
▪ 单频正弦干扰信号输出的功率：
PJ SJ ( f )df
S / N out S / N in
第二章 扩频系统的性能分析
▪ 2.1 抗广义平稳干扰的能力
▪ 一、广义平稳干扰对直接序列系统的影响
d(t) 编码器
s(t) 发射机
{an} 数据源
c(t)
m序列 发生器
cos(2pf0t+j0)
射频 振荡器
R(t) 射频 r(t) 滤波器
2cos[2p(f0+)t+]
Gp
J out
S
PJ / N
A2 / 2
N
J in
PJ
▪ 附注：处理增益实际上表示的是输出信号噪声功率比与输入信 号噪声功率比的比值。
▪ N是跳频系统的频率总数。
第二章 扩频系统的性能分析
▪ 从物理意义上分析： ▪ （1） 干扰信号功率被削弱为1/N倍：
扩频通信系统工作原理
2.1.5常用直扩调制方式
• 常用的直扩方式有正交相移键控（QPSK）直接序列扩频 和最小频移键控（MSK）。下面具体介绍（QPSK）：
• 1）具有任意数据相位调制的QPSK直接序列扩频系统 • 下图为一般QPSK直接序列扩频系统发端框图。其中数据
调制可采用任意数据相位调制方法。正交混合网络将输入 功率在两个正交支路中均分。QPSK调制器的输出为
扩频系统的波形示意图如图2-2所示：
a(t) c(t) d(t) s(t) rI(t) c(t) rI(t) a(t)
图 2-2
• 下面分析直扩信号的功率谱。发送端发送的信号s(t)为
s ( t) d ( t) co 0 t a s ( t) c ( t) co 0 t s
分析方法是求出s(t)的自相关函数 Rs()
• 直扩系统是将要发送的信息用伪随机序列（PN）扩展到 一个很宽的频带上，在接收端用与发送端相同的伪随机序 列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。
2.1.1直扩系统的组成
直扩系统组成原理框图
信源 高放
a(t)
扩频
c(t)
PN码
d(t)
s(t)
调制
f0
振荡器
混频
fL
本振
（a）
r(t)
解扩
• 先看信号s'I(t),则 s 'I( t) s I( t) c '( t) a ( t) c ( t) c '( t)co I t s 若本地产生的伪随机码序列c'(t)与发端产生的c(t)同步， 有c'(t)=c(t)，则c(t)c'(t)=1，这样分量s'I(t)为
后面所接收的滤波器的频带正好能让信号通过，因 此可以进入解调器进行解调，将有用信号解调出来。
通信原理MATLAB仿真教程第十章 扩频通信系统
图 10-3 相干检测原理图
18
图 10-4 相干参考信号产生原理图 本地参考信号是由锁相环路产生的，如 10-4 所示。用一个振荡器，其 频率与输入信号频率相近， 把它的相位与输入信号相位作比较(可以用鉴相 器实现)，获得的误差电压称为误差信号，此误差信号经滤波平滑后，再作 用于振荡器，以不断纠正它的相位与输入信号的误差，于是这个受输入电 压控制的振荡器的输出振荡的相位，就逐渐逼近于输入信号的相位，达到 同频、同相的结果，它们之间近似的程度取决于跟踪误差。
N 1
c g
n n0
ห้องสมุดไป่ตู้
c
(t nTc )
(10-4)
式中， n 为伪随机码码元， c 取值 1 或 1 ； c (t ) 为门函数， g 定义与式(10-3) 类似。 扩频过程实质上是信息流 a t 与伪随机序列 c t 的模二加或相乘的过 程，伪随机码速率 Rc 比信息速率 Rd 大的多，一般 Rc / Rd 的比值为整数且 远大于 1 ，所以 扩展后 的序列 的速率 仍为伪 随机码 速率 Rc ，扩展的 序列
(10-8)
14
式中信号为 s (t ) ，信道噪声为 n(t ) ，干扰信号为 J (t ) ，其它网的扩频信 o 号为 s (t ) 。 J 对于信号分量为 s (t ) o
s ( t ) a ( t ) c( t ) c( t ) cos I t o
(10-9)
其中 I 为中频频率，若 本地产生的伪 随机序列 c(t ) 与发端产生的伪随机 序列 c (t ) 同步，有 c (t ) c(t ) ，则 c (t ) c(t ) 1 ，这样信号分量 s (t ) 为 o
通信系统学习-扩频的基本原理和扩频方式
第1章 扩频通信技术原理
一个DS扩频信号在一个更宽的频带范围内进行跳变。 DS/FH系统的处理增益为DS和FH处理增益之和。 因此， 有 时采用DS/FH反而比单独采用DS或FH可获得更宽的频谱扩 展和更大的处理增益。
第1章 扩频通信技术原理
对于DS/TH方式， 相当于在DS扩频方式中加上时间复 用。 采用这种方式可以容纳更多的用户。 在实现上， DS 本身已有严格的收发两端扩频码的同步， 加上跳时， 只不 过增加了一个通—断开关， 并不增加太多技术上的复杂度。
直接序列(DS， Direct Sequence)扩频就是直接用具有高 码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。 而在收端， 用 相成原 始的信息。
第1章 扩频通信技术原理 例如，我们用窄脉冲序列对某一载波进行二进制相移键 控调制
图1-3 直接序列扩展频谱原理图
第1章 扩频通信技术原理
图1-4 跳频(FS)系统
跳频系统也占用了比信息
(a) 原理方框图； (b) 频率跳变图例 带宽要宽得多的频带。
第1章 扩频通信技术原理 3. 跳时(TH) 跳时：使发射信号在时间轴上跳变。用码序列进行选择的多 时片的时移键控。
图1-5 跳时系统 (a) 原理方框图； (b) 跳时图例
第1章 扩频通信技术原理 (2) 如果信号的总能量不变， 则频谱的展宽势必使各 频谱成分的幅度下降， 换句话说， 使信号的功率谱密度降 低。 这就是为什么可以用扩频信号进行隐蔽通信， 及扩频 信号具有低的被截获概率的原因。 (3) 在较宽的信息周期内， 如果载送信息的符号波形 是一个窄脉冲， 那么其信号的频谱要比所传信息的带宽要 宽， 跳时系统利用的正是这个原理。
由图1-1(b)可知， 脉冲重复周期增加一倍， 基频降低 一半， 谱线间隔也减小一半， 谱线密度增加一倍。
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202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。
(完整版)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。
扩频通信的基本原理
扩频通信的基本原理扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而使信号在传输过程中具有更高的抗干扰能力和更好的保密性的通信技术。
它在无线通信领域中得到广泛应用，特殊是在军事通信、卫星通信和挪移通信等领域。
扩频通信的基本原理是通过将原始信号与一个称为扩频码的序列进行数学运算，从而将信号的频谱展宽。
这个扩频码可以是伪随机码，也可以是正交码。
伪随机码是一种看似随机的序列，但实际上具有一定的规律性。
正交码则是一组相互正交的序列。
在扩频通信中，发送端将原始信号与扩频码进行乘法运算，得到扩频信号。
扩频信号的频谱展宽后，可以在更宽的带宽范围内传输，从而提高了信号的抗干扰能力。
同时，由于扩频码的存在，惟独接收端知道正确的扩频码，才干正确地解码出原始信号，从而实现了一定程度的保密性。
在接收端，通过将接收到的扩频信号与相同的扩频码进行乘法运算，可以将信号的频谱压缩回原始带宽范围内。
然后，通过滤波器等处理，可以将原始信号从扩频信号中提取出来。
扩频通信的优点是具有较好的抗干扰性能和保密性能。
由于信号的频谱展宽，使得信号在传输过程中更难受到窄带干扰的影响。
同时，由于扩频码的存在，使得惟独知道正确扩频码的接收端才干正确解码，提高了通信的保密性。
扩频通信的应用非常广泛。
在军事通信中，扩频通信可以提高通信系统的抗干扰能力，保证通信的可靠性。
在卫星通信中，扩频通信可以提高信号的传输效率和抗干扰能力。
在挪移通信中，扩频通信可以提高系统的容量和覆盖范围。
总结起来，扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而提高抗干扰能力和保密性的通信技术。
它的基本原理是通过将原始信号与扩频码进行数学运算，将信号的频谱展宽，然后在接收端通过与相同的扩频码进行运算，将信号从扩频信号中提取出来。
扩频通信具有较好的抗干扰性能和保密性能，广泛应用于军事通信、卫星通信和挪移通信等领域。
扩频通信技术简介
卫星通信系统对通信的可靠性要求较高，扩频通信技术可 以通过提高信号的抗干扰能力和抗多径效应能力，保证通 信的可靠性。
大容量传输
卫星通信系统需要实现大容量的数据传输，扩频通信技术 可以通过采用高效的调制方式和多址接入技术，提高系统 的传输容量。
无线局域网（WLAN）中的应用
01
高数据传输速率
扩频通信基本原理
在发送端，扩频通信使用特定的扩频码对原始信号进行调制，将其频谱扩展至 更宽的频带范围内。在接收端，通过相同的扩频码对接收信号进行解扩，恢复 出原始信号。
发展历程及现状
发展历程
扩频通信技术经历了从直接序列扩频、跳频扩频到混合扩频 等多个发展阶段。随着无线通信技术的不断进步，扩频通信 技术也在不断发展和完善。
现状
目前，扩频通信技术已广泛应用于军事、民用等各个领域。 在军事领域，扩频通信技术主要用于提高抗干扰能力和保密 性；在民用领域，扩频通信技术则主要用于提高无线通信的 可靠性和数据术可应用于无线通信、卫星通信、移动通信、物联网等领域。其中， 在无线通信领域，扩频通信技术可用于提高抗干扰能力和数据传输速率；在卫星 通信领域，则可提高信号传输的抗干扰性和保密性。
高速移动环境下的性能问题
在高速移动环境下，由于多普勒效应等因素的影 响，扩频通信系统的性能会受到一定影响。解决 方法包括采用抗多普勒效应的技术、设计适用于 高速移动环境的扩频通信系统等。
05
扩频通信技术在现代通信系 统中的应用
移动通信系统中的应用
抗干扰能力强
扩频通信技术通过扩展信号的频谱，使得信号在传输过程中具有较 强的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中保证通信质量。
混合扩频技术
原理
混合扩频技术是将直接序列扩频、跳频扩频和跳时扩频等多种扩频方式相结合，形成一 种综合的扩频通信技术。通过混合使用不同的扩频方式，可以进一步提高通信系统的抗
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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第四章 扩频通信系统 抗干扰容限是指扩频通信系统能在多大干扰环境 下正常工作的能力, 定义为Mj=G-［(S/N) out+Ls］, 其中,
Mj为抗干扰容限, G为处理增益, (S/N)
作损耗。
out为信息数据被
式(4-3)可化为
Powj
P P fW f (TfW ) f ( ) N N fB
(4-4)
第四章 扩频通信系统 4.1.3 扩频通信的主要性能指标 处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重
要 性 能 指 标 。 处 理 增 益 G 也 称 扩 频 增 益 (Spreading
第四章 扩频通信系统 4.1.2 扩频通信的理论基础 扩频通信的基本特点是传输信号所占用的频带宽
度(fW)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽
(fB), 其比值称为处理增益GP: fW (4-1) Gp fB 扩频通信的可行性是从信息论和抗干扰理论的基 本公式中引申而来的。 信息论中关于信息容量的仙农 (Shannon)公式为
展宽的扩频信号还原成原始的信息。 图4-8为直扩系统
第四章 扩频通信系统
压控 振荡 器 锯齿 波 线性 调频脉 冲
压控 振荡 器
பைடு நூலகம்
压缩 后输出 脉冲
图4-6 线性调频示意图
第四章 扩频通信系统 5. 各种混合方式 但是 , 不同方式结合起来的优点有时能得到很好
的效果， 例如 DS/FH 系统 , 就是一种中心频率在某一
频带内跳变的直接序列扩频系统， 其信号的频谱如图 4-7所示。
另 外 一 种 扩 展 信 号 频 谱 的 方 式 称 为 跳 频 (FH, Frequency Hopping)。 所谓跳频, 比较确切的意思是: 用 一定码序列进行选择的多频率频移键控。 图4-4(a)为跳频的原理示意图。 发端信息码序列与扩 频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。 从 图4-4(b)中可以看出频域上的输出频谱在一宽频带内所选 择的某些频率随机地跳变。
第四章 扩频通信系统
图 4-2 扩频系统抗脉冲干扰能力示意图 (a) 接收输入端; (b) 解扩后
第四章 扩频通信系统 4. 可以实现码分多址 5. 抗多径干扰
6. 能精确地定时和测距
7. 适合数字话音和数据传输, 以及开展多种通信 业务 8. 安装简便, 易于维护 4.1.4 扩频通信的工作原理
第四章 扩频通信系统
FH
DS
f
图4-7 DS/FH系统频谱图
第四章 扩频通信系统
4.2 直接序列扩频系统
4.2.1 直扩系统的组成与原理 1. 组成与原理 前面已经说过 , 所谓直接序列 (DS) 扩频 , 就是直 接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频 谱。 而在收端, 用相同的扩频码序列去进行解扩, 把
正确解调而要求的最小输出信噪比, Ls为接收系统的工
扩频通信主要有以下几项特点:
1.易于重复使用频率, 提高了无线频谱利用率 2.抗干扰性强, 误码率低 3. 隐蔽性好, 对各种窄带通信系统的干扰很小
第四章 扩频通信系统 对于宽带干扰和脉冲干扰在扩频设备中如何被抑 制的物理过程, 可以用图4-1和图4-2加以说明。 对于
P C f Wlb(1 ) N
(4-2)
第四章 扩频通信系统 扩频通信可行性的另一理论基础是柯捷尔尼可夫 关于信息传输差错概率的公式:
Powj
E f ( ) N0
(4-3)
式中, Powj为差错概率; E为信号能量; N0为噪声功率
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＝fWN(fW为信号频带宽度), 信息带宽F＝1/T, 则
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念
4.1.1 扩频通信的定义 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, 并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。 1. 信号的频谱被展宽 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
第四章 扩频通信系统
信息
存储器
通 —断 开关
二相或 四相调制
通 —断 开关
二相或 四相解调
存储器 再定时
信息
扩频码发生 器 (a)
扩频码发生 器
2 第一帧
4 第二帧 (b)
7 第三帧
4 第四帧
5
图4-5 跳时系统示意图
第四章 扩频通信系统 4. 宽带线性调频工作方式 图4-6是线性调频的示意图。
各种形式人为的 ( 如电子对抗中 ) 干扰或其他窄带或宽
带(扩频)系统的干扰, 只要波形、时间和码元稍有差 异, 解扩后仍然保持其宽带性, 而有用信号将被压缩,
如图4-1所示。
第四章 扩频通信系统
图 4-1 扩频系统抗宽带干扰能力示意图 (a) 接收输入端; (b) 解扩后
第四章 扩频通信系统 对于脉冲干扰, 带宽将被展宽到fB, 而有用信号恢 复(压缩)后, 保证高于干扰, 如图4-2所示。
扩频通信的一般工作原理如图4-3所示。
第四章 扩频通信系统
信息
信息 调制
扩频 调制
射频 调制
变频
扩频 解调
信息 解调
信息
扩频 码发 生器
射频 发生 器
本地 射频 发生 器
本地 扩频 码发 生器
图4-3 扩频通信的工作原理
第四章 扩频通信系统 4.1.5 扩频通信的工作方式 1. 直接序列扩频工作方式 所谓直接序列(DS, Direct Sequence)扩频, 就是直接 用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。 2. 跳变频率工作方式
第四章 扩频通信系统
信息
信息 调制
频率 合成器
射频 调制
变频
中频 带通
信息 信息 解调器
扩频 码发 生器
射频 发生器 (a)
频率 合成器
扩频 码发 生器
f1
f2
f3
… (b)
fn－ 1
fn
图4-4 跳频系统示意图
第四章 扩频通信系统 3. 跳变时间工作方式 图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。