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（）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。
扩频通信基础
跳频图案
图1所示为一快跳频图案, 它是在一个时间段内传送 一个码位(比特)的信息. 通常称此时间段为跳频的 驻留时间,称频率段为信 道带宽. 图2所示为一慢跳频图案, 它是在一个跳频驻留时间 内传送多个(此处3个) 码位(比特)的信息.
跳频系统性能指标
跳频带宽 跳频频率的数目 跳频的速率 跳频码的长度(周期) 跳频系统的同步时间
扩频通信定义
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须的最小带宽;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 信号的频谱被展宽了 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 在接收端用相关解调来解扩
1110010 1110010 1110010 1110010 1110010 1110010
0001101 1110010 0001101 0001101 0001101 1110010 000ππ0π πππ00π0 000ππ0π 000ππ0π 000ππ0π πππ00π0
发送码 发端已调信号
扩频通信的基本原理
扩频通信的分类
◆直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum) ◆跳变频率(Frequency Hopping) ◆跳变时间(Time hopping) ◆各种混合方式
直接序列扩频CDMA系统
所谓直接序列 (DS-Direct-Scquency)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,把展宽的扩频信号还原成 原始的信息.
m序列的性质
m序列的自相关函数由下式计算(p=2n-1):
第1章_扩频通信概述解析
一、扩频通信的基本概念
传输带宽至少是信息带宽的百倍以上； 传输带宽主要由扩展函数（扩展码）决定；
二、扩频通信的主要特点
信息隐蔽性好； 抗高斯噪声干扰能力强； 抗多径干扰能力强；
三、扩频通信的理论依据
C.E.Shannon信道容量公式
S C B log2 1 , bps N
C.E.Shannon指出：在高斯噪声的干扰下，在限平 均功率的信道上，实现有效和可靠通信的最佳信号是 具有白高斯噪声统计特性的信号； 哈尔凯维奇从理论上证明：要克服多径衰落干扰的影 响，信道中传输的最佳信号形式是具有白高斯噪声统 计特性的信号；
四、扩Байду номын сангаас码的确定
具有白高斯噪声统计特性； 易于产生、加工和复制；
处理增益：
Gp
S / N out S / N in
Bss Rc Tb Bb Rb Tc
干扰容限：
S M j G p Lsys N out
dB
干扰门限（实际）： M J M j 1 dB
六、扩频通信系统性能指标
测距 军用扩频系统组网 快速跳频电台 精确制导 移动通信 电子对抗中的扩频技术 超声多普勒血流成像 CDMA扩频通信 无线局域网 蓝牙(BlueTooth)技术
思考题
1、一个DS-SS系统在干扰是信号的250倍条件下工作，若基带滤 波器输出的信噪功率比为10dB，系统内部信噪比损失为 3.5dB， 求系统的处理增益最少应为多少？干扰容限是多少？ 2、一个伪码速率为 1Mbps而信息速率为100kbps的DS-SS系统， 试评述其有无使用价值？一般伪码速率至少为多少系统才能 有实用价值？
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（A SK）、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、I S-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。
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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
扩频通信的理论基础
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1.2.1 直接序列系统
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1.2.1 直接序列系统
调制方式的选取 在直接序列系统中，通常进行相移键控（PSK）调制。由于 PSK信号可以等效为抑制载波的双边带调幅波，因此直接序列 系统常采用平衡调制方式。抑制载波的平衡调制不仅节约了发 射功率与提高了发射机的工作效率，而且对提高扩频信号的抗 侦破能力也有利。
噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。
令C是希望具有的信道容量，即信息速率，有
C 1.44 ln1 S
B
N
对于典型干扰环境，有 S / N ，1幂级数展开得
4
1.1 扩频通信的基本概念
扩频系统具有抗干扰能力的理论基础
C 1.44 S
B
N
或
B 0.7C N S
说明
➢对于任意给定的噪声信号功率比 ，只要增加用于传输信息 的带宽B，就可以增加在信道中无差错地传输信息的速率C。
射频信号s(t)的带宽取决于伪噪声码c(t)的码速率Rc。在PSK 调制的情况下，s(t)的带宽等于伪噪声码速率的2倍，即 BRF=2Rc，而几乎与数字信号d(t)的速率无关。
2021年1月12日
哈尔滨工业大学通信技术研究所
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1.1 扩频通信的基本概念
假设有用信号的功率为P1＝P0，码分多址干扰信号的功率P2 ＝P0，多径干扰信号的功率P3=P0，其他进入接收机的干扰 和噪声信号功率N=P0。再假设所有信号的功率谱是均匀分 布在BRF=2Rc带宽之内。
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1.2.2 频率跳变系统
直接扩频通信理论基础
直接扩频通信理论基础
汇报人：XLeabharlann X目录01 02 03 04 05 06
直接扩频通信基本原理 扩频序列
扩频调制与解调 抗干扰性能分析
多径干扰抑制 直接扩频通信的应用与发展
01
直接扩频通信基本原理
扩频通信的基本概念
扩频通信：一种通信技术，通过将信号的带宽扩展到比原始信号带宽更宽的频带中，以 提高通信的可靠性和安全性。
市场竞争：各大厂商纷纷推出 自己的直接扩频通信产品
直接扩频通信的未来展望
技术发展趋势：更高速率、更大容量、更低功耗 应用领域拓展：物联网、车联网、智慧城市等 标准制定：推动相关标准的制定和完善 产业合作：加强产业链上下游的合作，推动产业发展
感谢观看
汇报人：XXX
02
扩频序列
伪随机序列的生成原理
伪随机序列的定义： 具有某种随机性的 序列，但实际上是 按照一定规则生成 的
生成方法：常用的 有m序列、Gold 序列、WalshHadamard序列等
应用：在直接扩频 通信中，伪随机序 列用于扩频和解扩 ，以提高系统的抗 干扰能力和安全性
特点：具有良好的 自相关性和互相关 性，可以降低误码 率，提高通信质量
解调性能： 解调性能受 到多种因素 的影响，如 扩频码的设 计、信道条 件等。
04
抗干扰性能分析
抗干扰原理
直接扩频通信的基本原理
扩频通信的抗干扰性能分 析
扩频通信中干扰的来源和 类型
扩频通信中抗干扰技术的 应用和实现
抗干扰性能分析
直接扩频通信系统的抗干扰性能 扩频通信系统的抗干扰原理 扩频通信系统的抗干扰技术 扩频通信系统的抗干扰性能测试方法
抗干扰性能比较
什么是扩频通信资料
的传输带宽比实际信息带宽越宽，信息传输差错概率就越低。
含义3：在接收端用C相D关M解调A来如解扩何利用扩频通信来实现码分多址技术的。
重点：理解扩频通信的基本原理；
难点：信息容量的香农公式所揭示的本质内容。
信号在接收端解扩前后信噪比情况
S为信号平均功率，N为噪声功率（w）。
含义1：信号频谱被展宽
内容2：扩频通信的理论基础
内容3：扩频通信的特点
学习目标
扩频通信发送功率极低（1—650mW），又采用了相关接收
-1+1-1-1+1-1
信号的带宽须远大于原有信息的最小带宽；
功率很小，信号被淹没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一
码可分以多 通址过技对术信（息传C掌D输M带A握）宽—的扩—扩频基展本来通原提理高信通工信的作抗干原扰理能力及，保特证点强干；
扩频通信的三层含义
1) 信号的频谱被展宽； 2) 采用扩频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。
含义1：信号频谱被展宽
➢ 传输任何信息都需要一定的频带,称为信息带宽或基带信号频带 宽度。例如,人类语音的信息带宽为300～3400Hz,电视图像信 息带宽为6.5MHz。
设W代表系统占用带宽或信号带宽,B代表信息带宽,则一般认为: W/B=1～2 窄带通信 W/B≥50 宽带通信 W/B≥100 扩频通信 扩频通信系统用100倍以上的信号带宽来传输信息,最主要的目 的是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证安全可 靠地通信。
扩频通信的特点
3) 抗干扰性强，误码率低 其抗干扰能力与其频带扩展的倍数成正比，频谱扩展的越
宽，抗干扰能力就越强。
信号
干扰
信号
解扩后
扩频通信的基本基本知识
所有信号的功率谱是均匀分布在Brf2Rc的带宽之内。解扩前的信号功率谱见 图1-4中的(a)，图中各部分的面积均为Po。解扩后的信号功率谱见图1-4中的(b)，各部分的面积保持不变。通过相关解扩后，有用信号的频带被压缩在 很窄的带宽内，能无失真的通过中频滤波器(滤波器的带宽为Bb2Rb)。其他
信号和本地参考扩频码无关，频带没有被压缩反而被展宽了，进入中频滤波器的 能量很少，大部分能量落在中频滤波器的通频带之外，被中频滤波器滤除了。我
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：
an经编码器编码后的二进制数字信号的码速率Rb1/Tb较低，如数字话音信号
」般为16kb/s ~32kb/s，这就扩展了传输信号的带宽。
图1-1扩展频谱通信系统的复合信号d(t)c(t)对载波cos(2n°t)(fo为载波频率)进行调制
(直接序列扩频一般采用PSK调制)，然后通过发射机和天线送入信道中传输。 发射机输出的扩频信号用s(t)表示，其示意图如图1-2(d)所示。扩频信号s(t)的 带宽取决于伪噪声码c(t)的码速率Rc。在PSK调制的情况下，射频信号的带宽 等于伪噪声码速率的2倍，即Rrf2Rc，而几乎与数字信号d(t)的码速率无关。 以上对待传输信号d(t)的处理过程就是对信号d(t)的频谱进行扩展的过程。经过 上述过程的处理，达到了对d(t)扩展频谱的目的。
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。
3.3扩频通信
• 扩频通信的理论基础 • 扩频通信的基本原理
扩展频谱通信简称“扩频通信”，最 早出现在第二次世界大战，作为美军使用 的无线保密通信技术。扩频通信的基本特 点是传输信息所用信号的带宽远远大于信 息本身的带宽。因为扩展了信号频谱，使 扩频通信具有一系列独特的优点。
3.3.1 扩频通信的理论基础
图3-25 跳频信号的时一域矩阵图
跳频分慢跳频和快跳频。 慢跳频:跳频速率低于信息比特速率，即连续 几个信息比特跳频一次； 快跳频:跳频速率高于信息比特速率，即每个 信息比特跳频一次以上。
跳频速率应根据使用要求来决定。一般 来说，跳频速率越高，跳频系统的抗干扰 性能就越好，但相应的设备复杂性与成本 也越高。跳频的频率间隔应选择1／Tc(Tc为 频率停留时间，即跳频时间间隔)，使一载 波频率的峰值处于其他频率的零点，这就 构成了频率正交关系，避免了相互干扰， 便于信号分离。若取频率数K，则占用总的 频率带宽为W=K/Tc。
最简单的频移键控只有两个频率f1和f2，分别 代表空号和传号，称之为二元频移键控 （2FSK），其波形如图3-23所示。而在跳频 扩频通信系统中，载波频率有几个、几十个、 甚至上千万个，必须用复杂的伪随机码来控 制频率的变化。这是跳频系统与频移键控的 不同之处。 跳频系统的组成方框图如图3-24所示。
换句话说，若减少带宽，则必须发送 较大的信号功率（较大的信噪比来传送）； 反过来，若有较大的传输带宽，则同样的 信道容量能够由较小的信号功率（较小的 信噪比来传送）。甚至在信号被噪声湮没 的情况下，即S/N<1，或10log2 （S/N） <0dB，只要相应地增加信号带宽，也能进 行可靠的通信。
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：
扩频通信基础(打孔)
扩频通信基础1.符号速率符号速率*扩频因子=码片速率,符号速率=码片速率/扩频因子如: WCDMA, 码片速率= 3.84 MHz ,扩频因子=4 ,则符号速率=960kbps.CDMA 1X, 码片速率=1.2288MHz,扩频因子=64,则符号速率=19.2kbps.符号速率=(业务速率+校验码)*信道编码*打孔率如: WCDMA ,业务速率=384kbps,信道编码=1/3Turbo码,符号速率=960kbpsCDMA 1X ,业务速率=9.6kbps,信道编码=1/3卷积码,符号速率=19.2kbps2.码片(码元),码片速率,处理增益1.系统通过扩频把比特转换成码片。
2.一个数据信号（如逻辑1或0）通常要用多个编码信号来进行编码，那么其中的一个编码信号就称为一个码片。
如果每个数据信号用10个码片传输，则码片速率是数据速率的10倍，处理增益等于10。
3.码片相当于模拟调制中的载波作用，是数字信号的载体。
4.常用的扩普形势是用一个伪随机噪声序列（PN序列）与窄带PSK信号相乘。
PN序列通常用符号C来表示，一个PN序列是一个有序的由1和0构成的二元码流，其中的1和0由于不承载信息，因此不称为bit而称为chip（码片）。
5.要理解“码片”一词，先需要对扩频通信有所了解，我们的信息码，每一个数字都是携带了信息的，具有一定带宽。
扩频通信就是用一串有规则的比信息码流频率高很多的码流来调制信息码，也就是说原来的“1”或“0”被一串码所代替。
6.由于这一串码才能表示一位信息，因此不能说成bit（bit是信息基本单位），所以找了个名词叫chip，这一串码的每一位码字就是一个chip，比如cdma的码片速率就是1.2288Mchip/s。
(这个解释最易懂)7.码片数率是指扩频调制之后的数据数率,用cps表示（chip per-second)8.数据*信道码=chip,chip是最终在空口的物理信道上发送的数据速率单位9.WCDMA的码片速率是3.84Mcps,10.c:chip,即码元。
第01讲-扩频通信原理
扩频系统的基石
C.E.Shannon的信道公式确定了任意通信信道的理 论容量，如下式： C=BwLog2[1+S/N]
由上式可以看出， 在给定SNR和没有误码的情况
下，一个发送信息的信道的理论容量与该信道的带宽 是成正比的，信道容量随着信道带宽的增加而增加， 只要Bw足够宽，尽管SNR非常低,容量也可以非常大。
CDMA扩频工作原理(一)
CDMA扩频工作原理(二)
扩频通信系统的特点
扩频通信系统利用扩频和解扩，使其有如下特点：
具有抗干扰和抗多径衰落能力。
解扩处理把有用信号频谱恢复为窄带谱，而干扰信号频谱 不能被解扩，呈无用宽带谱，借助滤波器就可以去除带外 的无抑制多径时延的干扰。
扩频的实现方法
实现扩频系统一般有三种方法： 1、直接序列扩频(DSSS),也叫伪噪声(PN)系统。 2、跳频扩频(FHSS)。 3、跳时(FH)系统。 DSSS实现了时间和频率分集，减少了衰落和干 扰的影响， CDMA就是采用了这种方法。
DSSS简要介绍
直接序列扩频是将一个窄带的原始信号与一个宽带扩 频码相乘，使其能量在很宽频带内扩展，然后进行传 输。 扩频和解扩运算并不影响信号，也不影响噪声的频谱 和概率密度性能。
扩频通信系统的特点（续）
系统容量大。系统容量取决于干扰大小，而扩频的实现大 大提高了信噪比，所以容量得以提高。 不需要复杂的频率分配和管理。 保密性好。 存在多址干扰和远近效应。信道地址码的互相关特性导致 了多址干扰，而地址的正交性导致了远近效应。
第一章 扩频通信基础
(3)抗多径。由于直扩系统要用伪随机码 的相关接收，只要多径时延大于一个伪 随机码的切普宽度，这种多径不会对直 扩系统形成干扰；而跳频系统由于没有 像直扩系统那样的保护措施，因而对多 径无能为力。
(4)“远—近”效应。“远—近”效应对直扩系 统影响很大，而对跳频系统的影响就小得多。 (5)同步。由于直扩系统的伪随机码速率比 跳频的伪随机码速率要高得多，因此直扩系 统的同步精度要求高，因而同步时间也长， 入网慢。直扩同步时间一般在秒级，而跳频 可以在毫秒级完成，因此在同步方面，跳频 优于直扩。
人为干扰主要有: 单频干扰, 或称为固频干扰。 这种干扰的干 扰 频 率 fJ 正 好 对 准 对 方 的 通 信 频 率 fs, 即 fJ=fs, 形成同频干扰。 窄带干扰。 这种干扰的干扰频率fJ对准对方 的通信频率 fs, 干扰信号的频带很窄, 可以 与有用信号频带相比拟。
(3) 正弦脉冲干扰。 这种干扰类似于单 频干扰, 不同点在于其发送是以脉冲形 式发送的, 其峰值功率较强。 (4) 跟踪式干扰。 由一个频率跟踪系统 和干扰机组成, 先测定通信频率, 然后 将干扰机干扰信号频率对准通信频率进 行干扰。
慢跳频系统跳频图案
快跳频系统跳频图案
跳频系统以躲避干扰的方式抗干扰，可 以认为是一种主动式抗干扰方式。而直 扩系统用把干扰功率分散的方法来降低 干扰功率，提高解调器的输入信干比， 以此来达到抗干扰的目的，故可以认为 是一种被动式的抗干扰方式。
跳频系统的主要特点
(1)具有较强的抗干扰能力。跳频系统采用躲 避干扰的方法来抗干扰，只有当干扰信号频率 与跳频信号频率相同时，才能形成干扰，因而 抗干扰能力较强。跳频频率数N越大，跳频速 率越高，抗干扰性能越强。 (2)易于组网，实现码分多址，频谱利用率高。 不同的码，可以得到不同的跳频图案，从而组 成不同的网，频谱利用率比直扩系统略高。
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。
直接扩频通信理论基础
直接扩频通信技术发展趋势
高速跳频扩频
高速跳频扩频技术能够使系统更 好地抵抗跟踪干扰和多径干扰， 未来将在更多系统中得到应用。
多载波调制技术
多载波调制技术能够更好地满足 高速数据传输的需求，将逐渐成 为未来研究的热点。
自适应扩频技术
自适应扩频技术可以根据信道状 况动态调整扩频参数，提高系统 性能和抗干扰能力。
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抗多径能力强
由于扩频信号的带宽较大，可以有效地对抗多径 干扰。
直接扩频通信系统组成
发射机
将信息编码为低速率 的基带信号，并使用 高速率的扩频序列将 基带信号扩展到射频 频段。
接收机
对接收到的扩频信号 进行解扩和解调，恢 复出原始的信息。
扩频序列发生器
产生高速率的扩频序 列，用于将基带信பைடு நூலகம் 扩展到射频频段。
直接扩频通信技术挑战与机遇
面临的挑战
随着通信技术的发展，直接扩频通信技术面临着诸多挑战，如如何提高系统容量、如何降低干扰等问 题。
发展机遇
随着物联网、智能家居等新兴领域的发展，直接扩频通信技术将迎来更多的应用场景和发展机遇。同 时，随着5G等新一代通信技术的推广和应用，直接扩频通信技术将在更多领域发挥重要作用。
扩频序列产生技术
伪随机噪声(PN)码产生技术
利用线性反馈移位寄存器(LFSR)产生伪随机的二进制码序列，作为扩频序列。
混沌扩频序列产生技术
利用混沌映射产生扩频序列，具有较好的随机性和自相关性。
扩频序列同步技术
捕获阶段
通过搜索和跟踪过程，确定接收信号 中扩频序列的位置和相位。
跟踪阶段
在捕获阶段后，通过调整本地扩频序 列的相位和频率，保持与接收信号中 扩频序列的同步。
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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
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。
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
高精度测量等
可多址复用和任意选址
一、信号的频谱被展宽了。
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 --- 3400H z，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 --- 100 0，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。
在2001年的某个冬日,侯山窝煤院的某个教室里,正在进行着该校信电学院的<通信原理>理论课考试,第一道题目就是:浅谈香农公式在数据传输中的指导意义.俺(javie)知道这是老师送分的题目,因为只要把课本上香农公式那一节的第一段
抄上,就肯定是满分了(俺带了小抄),但是俺想写点自己的东西.所以,那个时候俺就想到了扩频通信,顺便多吹了点,于是,本次理论课考试javie得了99分,哈哈~~
好,我们开始讲述扩频通信的理论基础.
主要是基于两个公式.
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G p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。