第3章2 扩频通信系统
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。
第三章 扩频通信系统的解调和解扩 (2)
跳频器的主要参数 (1)频率范围：指频率合成器输出信号的频率范 围。越宽越好。 (2)频率间隔：频率合成器输出的两个相邻频率 之间的最小间隔。为避免相邻频带相互干扰， 频率间隔应不小于基带信号带宽的2倍。 (3)频率转换时间：频率合成器输出信号的频率 改变后，达到稳定状态所需要的时间，记为Tt。 频率转换时间越短，可达到的调频速度就越高， 并且越有利于抑制干扰。通常要求Tt远小于驻 留时间Ts。
每增加一级混频分频基本单元输出信号的频率间隔就减少为前一级频率间隔的1n0一种实现混频分频基本单元的门电路和频分频式频率合成器能够提供的频率总数与参考频率的数目及混频次数有关如果有m个混频分频基本单元级联参考信号的频率数为k则最后输出的频率总最小输出频率间隔
第三章 扩频通信系统的解调和解扩
3.1直接序列扩频系统的解调和解扩
3.2 跳频扩频系统
3.2.1简单回顾
跳频系统各点信号波形示意图(未考虑信息信号)
3.2.2 跳频系统的频谱
信道间隔△f≥2B
△f<2B
例3.2-1若允许射频带宽BRF＝10MHz，信 源的数据速率是1kb/s，为确保邻近频道 不发生串扰，求跳频频道数。
3.2.3 跳频信号的产生
3.1.4直扩信号的频谱特性
直扩信号频谱特性的推导
3.1.5 载波同步
由于相干解调是高斯白噪声环境的最佳解调 器，所以通常都是采用相干解调的方法。这 就需要在接收端产生与发送端载波同频同相 的载波信号。 在接收端产生本地载波通常都采用锁相环 (Phase Lock Loop, PLL)。
缺点： 存在转换时间与频率分辨率之间的矛盾。锁相 环中环路滤波器的带宽越窄，输出信号的频谱 越纯，相位噪声越小，但频率捕获的时间就越 长，从而增加频率转换时间。 因此一般的锁相频率合成器难以同时满足频率 合成器在频带带宽、频率分辨率和频率转换时 间等多方面的性能要求。
第3章第4讲 扩频通信、抗衰落技术
——空间分集的两种变化形式：极化分集和角度分集
59
频率分集(Frequency Diversity)
频率分集是将待发送的信息分别调制到频率不相关的载 波上发送，只要载频间隔大于相干带宽，则接收端所接 收到信号的衰落是相互独立的。 在移动通信系统中，可采用信号载波频率跳变扩展频 谱技术来达到频率分集的目的。和空间分集相比，频 率分集的优点是减少了天线数目，缺点是要占用更多 的频谱资源，在发端需要多部发射机。
CDMA网络与GSM网络完全不同，由于不再把信道和用户分开考 虑，也就没有了传统的覆盖和容量之间的区别。一个小区的业务 量越大，小区面积就越小。因为在CDMA 网络中业务量增多就意 味着干扰的增大。这种小区面积动态变化的效应称为小区呼吸。 “小区呼吸”动态分配小区负荷，改善网络覆盖，增加系统容量
5．空分多址
2．CDMA系统地址码和扩频码的应用
主要可以分为3类: （1）用户地址码。 （2）信道地址码。 （3）小区地址码。
3 扩频通信的主要性能指标
(1)．扩频处理增益
处理增益G定义为频谱扩展后的信号带 宽B2与频谱扩展前的信号带宽B1之比，即
B2 R2 T1 G B1 R1 T2
（4-23）
（3）．频带利用率
频带利用率就是传输的数据率（bit/s） 与数字信号所占的频带（Hz）之比单位为 bit/s/Hz。
3.2.4 多址接入技术
1．多址接入技术简介
多址技术主要是解决如何使多用户共享系统无线资源的问题。 必须对不同移动台和基站发出的信号赋予不同的特征，使基 站能从众多移动台的信号中区分出哪一个移动台发出来的信 号，而各移动台又能识别出基站发出的信号中哪个是发给自 己的信号。
显分集
微分集
第三章 扩频通信系统的解调和解扩
通常取功率谱主瓣的宽度为直扩系统的 射频带宽。 直扩系统的射频带宽的大小。
二.直扩系统的处理增益 处理增益表明了系统抗干扰能力的大小。 直扩系统的处理增益的计算
Rc Gp Rb
直扩系统的处理增益不可能无限制地增加，原 因 (1)射频带宽不能太高，因为伪码时钟速率越高， 对于伪码发生器电路的要求就越高。 (2)当伪码速率增大到一定程度以后，干扰电平 减小到与接收机热噪声电平相当，这时若再继 续增大伪码速率，对接收机输出信噪比改善并 不明显。 例3.1-1见教材P51
四.码定时偏移对相关器输出的影响 直扩系统接收端的相关解扩器只有在本 地参考序列与输入信号序列之间严格同 步时才能达到最大输出。 在实际的系统中要实现严格的同步是很 困难的。
产生码定时偏移的原因 (1)收发两方振荡器的振荡频率和初始相 位的差别。 (2)传输延迟。 (3)传输过程中信道衰落和干扰信号的影 响。 码定时偏移的影响：产生输出信噪比的 损失。
三. OQPSK( Offset QPSK，偏移四相相移 键控 )调制
d 2 (t )c2 (t ) 支路相对于 d1 (t )c1 (t )支路延迟半个码元宽度， d 这样当 d1 (t )c1 (t )符号发生变化时， 2 (t )c2 (t )符号不变。因此，
OQPSK调制信号的相位改变只能是0o、±90o，没有 180o。 OQPSK调制信号具有比QPSK信号更好的频谱特性。
二. QPSK调制 QPSK的优点 在相同信息速率下，码元速率是BPSK的 一半，因此所需带宽也是BPSK的一半； 在相同码元速率下，信息速率是BPSK的 2倍。
扩频通信系统的基本原理
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(-∞，+∞)内绝对可积，即tt 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。
任务2 扩频通信的特点和主要技术指标
1、 扩频通信的主要特点 2、扩频通信的主要技术指标
4
1 扩频通信的主要特点
扩频通信在发送端以扩频编码进行扩频调制，在接收端以扩频 码序列进行扩频解调，这一过程使其具有诸多优良特性。
1 扩频通信的主要特点
1）抗干扰能力强 扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，在接收端采用 相关检测的方法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信息信 号。而对于各种形式的干扰，只要波形、时间和码元稍有差异， 解扩后仍然保持其宽带性。然后通过窄带滤波技术提取出有用的 信息信号。这样对于各种干扰信号，因其在接收端的非相关性， 解扩后在窄带中只有很微弱的成分。因此信噪比高，抗干扰能力 强。
1 扩频通信的主要特点
5）抗衰落、抗多径干扰 扩频信号的频带扩展，信号分布在很宽的频带内，信号的功率 谱密度降低，而多径效应产生的频率选择性衰落只会造成传输的 小部分频谱衰落，不会造成信号严重变形，扩频系统具有抗频率 选择性衰落的能力。
1 扩频通信的主要特点
在抗多径干扰方面，扩频通信系统也非常易于实现。在移动通 信中，多径干扰是一个是很严重的、非解决不可的问题。系统常 采用以下两种方法来提高抗多径干扰的能力：
2）抗干扰容限
(S/N)out——接收机的输出信噪比，单位为dB； Ls——系统的损耗，单位为dB。 （2）抗干扰容限的实际意义 抗干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强 度，它往往能比处理增益更确切地表征系统的抗干扰能力。
2）抗干扰容限
(S/N)out——接收机的输出信噪比，单位为dB； Ls——系统的损耗，单位为dB。 （2）抗干扰容限的实际意义 抗干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机允许的极限干扰强 度，它往往能比处理增益更确切地表征系统的抗干扰能力。
扩频通信的工作方式及其特点
扩频通信的工作方式及其特点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。
扩频通信工作方式1.直接序列扩频轻易序列QPSK(ds-ss)就是轻易利用具备低码率的QPSK码序列使用各种调制方式在发端拓展信号的频谱，而在收端用相同的QPSK码序列回去展开解码，把拓展阔的QPSK信号转换成完整的信息。
2.跳频扩频冲频QPSK技术就是通过伪随机码的调制，并使载波工作的中心频率不断弹跳发生改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不能发生改变。
这样，只要交、发信机之间按照紧固的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达至同步，确定噪音和其他干扰信号。
3.跳时扩频冲时就是并使升空信号在时间轴上LBP。
先把时间轴分为许多时片。
在一帧内哪个时片升空信号由QPSK码序列展开掌控。
可以把冲时认知为：用一定码序列展开挑选的多时片的时移键控。
由于使用窄得很多的时片回去传送信号，相对说来，信号的频谱也就沉降了。
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。
冲时也可以看作就是一种时分系统，所相同的地方是它不是在一帧中紧固分配一定边线的时片，而是由QPSK码序列掌控的按一定规律LBP边线的时片。
冲时系统的处置增益等同于一帧中所分的时片数。
由于直观的冲时抗干扰性不弱，很少单独采用。
4.脉冲线性扩频升空的射频脉冲信号，在一个周期内，其载频的频率并作线性变化。
因其频率在较宽的频带内变化，信号的频宽也被沉降了。
扩频系统ppt课件
PART
05
总结词
军事通信中，扩频系统因其抗干扰能力强、保密性好等特点被广泛应用。
详细描述
在军事通信领域，扩频系统通过将信息扩展到更宽的频带中进行传输，能够有效地抵抗敌方干扰和窃听，保证通信的可靠性和安全性。
无线局域网中，扩频系统提供了高速、稳定的无线传输，提高了网络性能。
扩频系统的实现需要高速的信号处理技术和复杂的编码算法，增加了系统的复杂性和成本。
实现复杂度较高
扩频系统需要精确的同步才能正常工作，对时钟和频率的稳定性要求较高。
对同步要求高
相对于常规通信系统，扩频系统的带宽效率较低，需要更多的带宽资源。
带宽效率较低
1
2
3
未来将进一步研究高性能的扩频芯片和信号处理算法，以提高系统的性能和降低成本。
扩频码的选择
信道编码技术
多用户接入技术
抗干扰能力定义：扩频系统的抗干扰能力是指系统在存在干扰的情况下仍能保持正常通信的能力。它是衡量扩频系统性能的重要指标之一。
信号处理算法
信号处理算法可以提高系统的抗噪声性能，从而降低误码率。常用的信号处理算法包括匹配滤波器和最大似然估计等。
误码率定义
误码率是指系统在传输性能的重要指标之一。
扩频系统具有抗干扰能力强、保密性好、抗多径干扰能力强、抗衰落性好等优点，因此在军事通信、卫星通信、无线通信等领域得到广泛应用。
特点
定义
卫星通信
卫星通信由于受到大气层和太空环境的干扰，信号传输容易受到干扰和衰落，而扩频技术可以有效提高卫星通信的可靠性和稳定性。
军事通信
扩频技术广泛应用于军事通信领域，可以提高通信的保密性和抗干扰能力，确保军事信息的传输安全。
第三章 扩频通信系统的解调和解扩 (2)
每增加一级混频-分频基本单元，输出信号的频率间隔就减 少为前一级频率间隔的1/N0
一种实现混频-分频基本单元的门电路
“和频”－“分频”式频率合成器能够提供的频率总数 与参考频率的数目及混频次数有关，如果有M个混频-分频基 本单元级联，参考信号的频率数为k，则最后输出的频率总 数为kM。 最小输出频率间隔： F f M 1 K
三. OQPSK( Offset QPSK，偏移四相相移 键控 )调制
d 2 (t )c2 (t ) 支路相对于 d1 (t )c1 (t )支路延迟半个码元宽度， d 这样当 d1 (t )c1 (t )符号发生变化时， 2 (t )c2 (t )符号不变。因此，
OQPSK调制信号的相位改变只能是0o、±90o，没有 180o。 OQPSK调制信号具有比QPSK信号更好的频谱特性。
应用场合： 频率转换时间在毫秒量级，适合于中、 慢速跳频。
3.直接数字频率合成
直接数字合成(Direct Digital Synthesizer，DDS)
发明人及时间：美国学者J.Tierney等人， 1971年。 特点：频率转换速率快、频率分辨率高、 相位噪声低、输出相位连续、可产生宽 带正交信号、可编程及全数字化等，是 传统频率合成技术难以获得的。
平方环的原理
平方环的缺点在于，环路工作在载波的 二倍频上，工作频率更高，环路的设计 制造难度大，稳定性差。
三. Costas环解调器 Costas环解调器也是用来解调抑制载波信号的。
Costas环的优缺点
Costas环在噪声性能上与平方环完全等效。 Costas环与平方环一样可以解调抑制载波的信 号，而且环路的工作频率与载波频率完全相同， 这一点优于平方环。 在Costas环中，I支路和Q支路的不对称会引起 第三个相乘器输出产生偏移，可能对载波的跟 踪产生不良影响。因此要求两路的对称性要好。
扩频通信系统抗干扰分析
扩频通信系统抗干扰分析前言随着社会的不断进步和发展，21世纪已经成为了一个信息技术和生物技术蓬勃发展的世纪。
在如今这个科技含量高的信息时代，通信是必不可少，人类的历史和发展都离不开通信，对于以前来说传递消息可能不是很方便，但是随着电子产品和网络的出现，似乎不存在通信难的问题，当然在通信这一行业或者说这一技术领域所蕴含的知识和技术更是广泛。
为了保证通信的质量和信息传送安全，通信中的抗干扰能力尤为重要，良好的通信系统一定具有很好的抗干扰能力。
干扰和抗干扰一直存在着竞争，他们之间是不可调和的，一个系统的优劣只有通过无数次的调试才能得出结论。
直序扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）是目前使用最广泛、最典型的了两种扩频工作方式。
扩频抗干扰通信作为信息时代三大高技术通信传输方式的一种，它是一种信息传输方式，在信号传输的过程中其信号占有的频带宽度远远大于所传信息所必需的最小带宽，频带的发送展宽是通过编码和调制的方法来实现的，频带的宽度与所传的信息数据无关，在接受数据的接收端则通过采用与发送端相同的方式进行相关解调技术，并恢复出所传送的信息数据，因而提高了系统的抗干扰能力。
随着超大规模集成电路技术和微电子技术等新型高科技技术的进一步发展，扩频技术在军事通信和名用通信中都得到了日益广泛的应用，主要是因为扩频抗干扰通信技术具有抗干扰能力强、隐蔽性好、多址能力强、误码率低、易于实现保密通信以及可以随机接入、任意选址的优点。
1 扩频通信系统的理论基础1.1 扩频通信技术的基本概念通信理论和通信技术主要是围绕着通信系统的有效性和可靠性进行研究，通信系统的有效性和可靠性是评价和衡量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的效率的高低。
因此为了提高系统的有效性我们必须采用最合理、最经济、最简单的方式传输尽可能多的数据和信息。
对于模拟通信系统，是通过多路复用技术来提高系统的有效性，因此，当信道复用的程度越高时系统传输信息的有效性也就越好。
扩频通信知识点总结
扩频通信知识点总结一、扩频通信概述扩频通信是一种通过在信号中加入噪声或码元序列，使得信号带宽大于信息带宽的通信方式。
与窄带通信相比，扩频通信在抗干扰、抗截获、抗多径等方面具有很大的优势。
扩频通信主要应用于军事通信、卫星通信、无线宽带接入等领域。
二、扩频通信的原理1. 扩频技术扩频技术通过在传输信号中引入宽带扩频信号，使得信号的带宽远大于原始信号带宽。
扩频技术的好处是可以增强信号的抗干扰性能。
常见的扩频技术包括直接序列扩频、频率跳变扩频和混合扩频等。
2. 扩频信号的产生扩频信号的产生可以采用伪随机序列（PN序列）或正交码。
PN序列是一种特殊的二进制序列，具有良好的自相关性和互相关性，可以用来实现扩频。
正交码是一组互相正交的码元序列，也可以用来实现扩频。
3. 扩频信号的调制扩频信号的调制方式有较多种，常见的有BPSK、QPSK、DSSS、FHSS等。
其中，直接序列扩频（DSSS）和频率跳变扩频（FHSS）是应用最广泛的两种方式。
三、扩频通信的技术特点1. 高抗干扰性能扩频通信能够对抗窄带干扰、宽带干扰等多种干扰形式，具有很高的抗干扰性能。
2. 低信噪比下的通信扩频通信允许在低信噪比环境下进行通信，这对于一些特殊环境下的通信，比如地下、水下通信具有重要意义。
3. 码分多址扩频通信可以实现码分多址通信，多个用户可以共享同一频段进行通信，提高信道的利用率。
4. 低发射功率扩频通信可以通过改变扩频系数的大小来控制发射功率，实现低发射功率通信。
5. 导频和载波同步扩频通信需要高精度的导频和载波同步技术，这是扩频通信技术的难点之一。
四、扩频通信的应用1. 军事通信扩频通信在军事通信领域得到了广泛的应用，其抗干扰、抗截获等优势使得其成为军事通信的主流技术。
2. 卫星通信卫星通信需要具有很强的抗多径干扰能力，扩频通信正好满足了这一需求，因此在卫星通信中也得到了广泛的应用。
3. 无线宽带接入无线宽带接入需要具有较高的抗干扰、抗多径等能力，扩频通信可以满足这一需求，因此在无线宽带接入中得到了广泛的应用。
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。
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
【精选】第三章理想通信系统2_信噪比带宽和时间的互换
log
1
P N
i
计算接收机输出端信息速率：
பைடு நூலகம்Co
Ws
log 1
P N
o
若信号传递过程中不丢失任何信息，则Ci = Co
Wc
log
1
P N
i
Ws
log
1
P N
o
1.4427
C/W0
1.4427 1
1.17 1.25
0
W0
2W0
3W0
W
1 1.25
改善有限，可见采用扩频技术要求原信噪比不能太差
三、信道临界带宽
临界带宽W0： 噪声功率N和信号功率P相等时的带宽
在高斯白噪声信道条件下，信道噪声功率N是信道 带宽W的函数：
N N0W N0--单边功率谱密度
当N P时，W W0
则N
P
N 0W0，即W0
P N0
信道容量C与临界带宽W0之比：
3.2 理想通信系统的信噪比、 带宽和时间的互换
一、互换关系讨论
理想通信系统的传信率：
C
W
log
1
P N
在时间T内传递的信息量：
I
CT
TW
log 1
P N
1、P/N固定
I
CT
TW
log 1
P N
W ，则T ，扩展信道带宽，可以节省传输时间
C W0
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(dB)
• 一、扩频通信的处理增益
– 对扩频通信的处理增益的两种主要定义
• 定义1：解扩器输出端与输入端的信噪比的比值：
Gp
S / N o S / N i
• (S/N)i和(S/N)o分别为扩频处理器的输入和输出信噪比。 • 通常用分贝（dB）表示
G p dB (S / N ) o (dB) (S / N ) i (dB)
Rc Gp Rb
2016/6/13
5. 扩频通信—扩频方式：
直接序列扩频（direct sequence spread spectrum, DSSS） 跳频扩频（frequency hopping spread spectrum, FHSS） 跳时扩频（time hopping spread spectrum, THSS ） 混合扩频（hybrid spread spectrum, HSS）
直接序列扩频
• 直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机噪 声码（PN）与信号相乘来达到扩展信号的带宽。
直扩系统方框图
注意： 第（5）行应该和第（4）行相同。 和第二行，伪码做异或操作得到第六行。
• 直接序列扩频 通信系统DSSS
4. 扩频通信—主要特点：
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，
抗干扰性能越强。
2. 隐蔽性好
由于扩频信号单位频带内功率谱密度很低,可在
信道噪声和热噪声的背景下实现通信。
3. 可实现码分多址
利用扩频通信可以实现码分多址。 4. 抗多径干扰
扩频通信容易利用分集技术对抗多径干扰。
• 该定义的处理增益表示经过解扩器后，信号信噪 比的改善。扩频系统的处理增益主要来自接收机 的解扩器。
• 例：某扩频系统Gp=70dB，若要求(S/N)o=10dB， 则允许(S/N)i =-60dB，即信号功率可以在低于干扰 功率60dB的恶劣条件下工作。
• 一、扩频通信的处理增益
– 定义2：伪随机码与信息速率比定义
香农公式的物理意义：
P C W log 2 (1 ) N
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，为扩频通信的理论基础。
一个例子： 扩频通信的理论基础
• 信号带宽与信噪比的互换关系
• 例：某系统信号带宽为8kHz，信噪比为7 dB， 求信道容量C。在C不变的情况下，信号带 宽分别增加一倍和减小一半，求此时信号 功率的相对变化为多少？
扩频通信的概念
信息
信息 调制
扩频 调制 伪随机 码序列
射频 输出
信道
射频 接收
扩频 解调 伪随机 码序列
信息 信息 解调
主要特征： 信号所占有的频带宽度远大于所传信 息必需的最小带宽 实现机理：频带的扩展是通过编码和调制来完成 目的： 抗干扰通信
2. 扩频通信—理论基础：
香农(Shannon)公式 ：
P C W log 2 1 N
C ——信道容量(用传输速率度量) ，bit/s； W——信号频带宽度，Hz； P——信号平均功率，W；框图
扩频通信的基本原理
扩展频谱通信系统的主要技术指标
• 一、 处理增益
– 对扩频通信的处理增益的两种主要定义 S / N • 信噪比增益定义 G p S / N o i
• 伪随机码与信息速率比定义
Gp
Rc Rb
• 二、干扰容限
S M j N G L p sys S in max N out min
通信系统概论
第 3章 2
扩频通信系统
Spread spectrum communications
张 文胜
School of Information Science and Engineering
Shandong University Shandong, China
1. 扩频通信 — 定义：
全称：扩展频谱通信
图1.1 扩频通信原理框图
扩频通信的基本原理
扩频：用一个带宽比信息带宽宽得多的伪随机 码（PN码）对信息数据进行调制。 解扩：将接收到的扩展频谱信号与一个和发端 PN完全相同的本地码相关检测。 收到的信号与本地PN相匹配时，信号恢复到 其扩展前的原始带宽 不匹配的输入信号被扩展到本地码的带宽或 更宽频带