扩频通信技术简介.pptx
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移动通信基础课件-第4章 扩频通信技术
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图4-5 15位码序列T = 4Tc时的自相关系数
图4-6 15位码序列T = 0时的自相关系数
图4-7 n=4, P=15 m序列的自相关系数曲线
扩频通信系统有以下两个特点。
（1）传输信号的带宽远大于被传输的原始信 号的带宽。
（2）传输信号的带宽主要由扩频函数决定， 此扩频函数通常为伪随机编码信号。
2．扩频通信技术的发展简史
3．典型扩频通信系统框图
图4-1是一个典型的扩频通信系统框 图。
由发送端、接收端和无线信道3部分 组成。
图4-1 典型的扩频通信系统框图
（2）不同代的但没有直系关系的OVSF码也 相互正交，如C2,0和C4,2。
（3）不同代而有直系关系的OVSF码不互相 正交，如C2,1和C4,2。
（4）OVSF码的正交特性（同长度的OVSF 码序列）。
① OVSF码的自相关特性：自相关系数 为1。
② OVSF码的互相关特性：正交的。
无线扩频通信技术
北外英语本科专业北外英语本科专业是一个备受推崇的选择，它致力于培养具有深厚英语语言功底、广泛文化知识、扎实专业技能和优秀思维能力的人才。
本专业强调英语语言和文学的结合，同时注重培养学生的跨文化交际能力和国际视野。
专业课程是英语本科专业学生的核心部分，包括语言技能、语言理论、文学导论、文化交流和翻译理论与实践等。
学生将通过广泛而深入的课程学习，全面掌握英语语言和文学知识，同时培养批判性思维和独立思考的能力。
此外，学生还将参加各种实践活动，如课堂讨论、项目合作和模拟考试等，以增强其实践能力和团队合作能力。
此外，英语专业的学生也有机会参与各种文化活动和社团，如英语演讲俱乐部、戏剧社和国际文化交流协会等。
这些社团和活动为学生提供了跨文化交流和国际视野的机会，有助于培养学生的国际视野和跨文化交际能力。
在就业方面，英语专业的学生具有广泛的就业前景。
他们可以在教育、翻译、出版、外企和政府机构等领域找到工作。
许多学生选择从事英语教学工作，他们可以到国际学校或培训机构担任英语教师，或者自己开设辅导班。
此外，翻译工作也是一个热门的选择，学生可以从事商务谈判、合同签订和文件校对等工作。
出版行业也是英语专业学生就业的重要领域，他们可以在出版社或杂志社担任编辑或助理编辑。
对于想要报考该专业的学生，我们建议他们做好充分的准备，包括努力学习专业知识、积极参加课外活动、培养良好的人际交往能力等。
此外，学生还应该注重发展自己的兴趣爱好，如写作、演讲和团队合作等，这些能力将在未来的学习和工作中发挥重要作用。
总的来说，北外英语本科专业是一个高质量的教育选择，它注重培养学生的英语语言和文学知识，同时注重培养学生的跨文化交际能力和国际视野。
通过系统的课程学习和丰富的实践活动，学生将获得全面的发展，为未来的学习和职业生涯做好准备。
《扩频通信技术及应用》课件第4章
S1={6， 6， 7， 6， 5， 6， 1， 6， 0， 7， 3， 4， 4， 3， 2， 4， 6， 3， 6， 4， 7， 2， 5， 7， 0， 5， 3， 0， 4， 2， 3， 7， 5， 4， 1， 2， 0， 6， 2， 7， 7， 4， 5， 2， 1， 7， 1， 4， 0， 3， 3， 5， 5， 0， 1， 3， 1， 5， 1， 0， 0， 2， 2}
实际上依据m序列的特性， 序列中会出现连续n位相同 的码元x， 这样输入到频率合成器的是连续n－r+1次跳变的 相同的r位x， 所以跳频信号会在某个频率上滞留相当长的 时间。 针对这个问题， 人们又提出非连续抽头模型， 可以 部分解决频率滞留问题。
图4-4给出了非连续抽头模型。
图4-4 非连续抽头模型
(4-7)
下面分别讨论式(4-7)中的四个分量。 首先看信号分量
s′(t)， 即
s(t) s(t)cosjt a(t)cosit cosjt (4-８)
现已知收发两端的频率合成器产生的频率是一一对应的， 且受相同的伪随机码的控制， 控制方式是相同的，只是两 个伪随机码的初始相位可能不同。 若使两伪随机码的初始 相位相同， 即同步， 就可使收发双方的频率合成器产生的 频率同步， 即有i=j。 这样， 收端频率合成器产生的频率正 好比发端的频率高出一个中频fI (也可低一个中频)， 经混频， 取下边带， 可得信号分量为
s(t) a(t) cosit • cosjt
1 2
a(t)[cos(j
i
)t
cos(j
i
)t]
(4-9)
经滤波后为
s(t)
1 2
a(t)
cos(j
i
)t
扩频通信概述ppt课件
抗多径干扰能力强 ，应用扩频意味着多径效果的减小 能够实现精确的定时和高分辨率的测距和测速
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
1515
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
2525
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
解放军理工大学通信工程学院
2024/3/10
1515
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
2525
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
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2024/3/10
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
《无线扩频通信技术》课件
扩频信号具有宽带特性， 能够传输更多的信息，功 率谱密度分布更均匀。
2 抗多径干扰和抗窄带 3 延时扩散和频率选择
干扰能力
性衰落
扩频信号具有良好的抗多 径干扰和抗窄带干扰能力， 保证了通信质量的稳定性。
扩频信号的延时扩散和频 率选择性衰落特性有助于 提高系统的抗干扰性能。
扩频调制和解调
扩频通信中常用的调制技术有BPSK、QPSK、DPSK等，解调技术包括非相干 解扩和协作解扩等方法，用于提高通信的可靠性。
Wi-Fi
在无线局域网中广泛使用的扩 频技术，为多用户提供高速宽 带接入。
Bluetooth
短距离无线通信技术，使用扩 频方式进行通信，用于连接手 机、耳机及其他设备。
扩频原理
扩频通信通过频率扩展和编码扩展实现信号的扩展。扩频码的生成和解扩过 程对于保证通信质量至关重要。
扩频信号特性
1 带宽和功率谱密度
《无线扩频通信技术》 PPT课件
无线扩频通信技术是一种在无线网络中广泛应用的通信技术。本课件介绍了 无线扩频通信技术的原理、特性、调制解调方法、网络架构以及当前和未来 的发展趋势。
什么是无线扩频通信技术
无线扩频通信技术是一种通过在通信中引入噪声，从而将信号扩展到更宽的频带上的技术。它具有抗干扰性强 和安全性高的优点，广泛应用于无线通信领域。
扩频网络
1
基站和终端设备
扩频网络由基站和终端设备组成，基站负责调度资源，终端设备进行通信。
2
网络结构和拓扑
扩频网络可以采用星型、网状等多种拓扑结构，根据应用需求进行配置。
3
资源分配和接入控制
扩频网络通过资源分配和接入控制，实现对通信资源的优化分配和管理。
扩频现状和趋势
2 抗多径干扰和抗窄带 3 延时扩散和频率选择
干扰能力
性衰落
扩频信号具有良好的抗多 径干扰和抗窄带干扰能力， 保证了通信质量的稳定性。
扩频信号的延时扩散和频 率选择性衰落特性有助于 提高系统的抗干扰性能。
扩频调制和解调
扩频通信中常用的调制技术有BPSK、QPSK、DPSK等，解调技术包括非相干 解扩和协作解扩等方法，用于提高通信的可靠性。
Wi-Fi
在无线局域网中广泛使用的扩 频技术，为多用户提供高速宽 带接入。
Bluetooth
短距离无线通信技术，使用扩 频方式进行通信，用于连接手 机、耳机及其他设备。
扩频原理
扩频通信通过频率扩展和编码扩展实现信号的扩展。扩频码的生成和解扩过 程对于保证通信质量至关重要。
扩频信号特性
1 带宽和功率谱密度
《无线扩频通信技术》 PPT课件
无线扩频通信技术是一种在无线网络中广泛应用的通信技术。本课件介绍了 无线扩频通信技术的原理、特性、调制解调方法、网络架构以及当前和未来 的发展趋势。
什么是无线扩频通信技术
无线扩频通信技术是一种通过在通信中引入噪声，从而将信号扩展到更宽的频带上的技术。它具有抗干扰性强 和安全性高的优点，广泛应用于无线通信领域。
扩频网络
1
基站和终端设备
扩频网络由基站和终端设备组成，基站负责调度资源，终端设备进行通信。
2
网络结构和拓扑
扩频网络可以采用星型、网状等多种拓扑结构，根据应用需求进行配置。
3
资源分配和接入控制
扩频网络通过资源分配和接入控制，实现对通信资源的优化分配和管理。
扩频现状和趋势
扩频系统ppt课件
扩频系统的实际应用案例
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。
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
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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。
第四章 扩频通信系统ppt课件
第四章 扩频通信系统
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
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
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f
(b )
f (t) E
A ( f0) 2E 5
01
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T0
t
0 f1
(c )
fB
1
f
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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
扩频通信技术概述
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扩频通信技术概述
直接序列扩频
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直扩系统组成框图(a) 发射 (b) 接收
扩频通信技术概述
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•直扩系统各点的波 形
扩频通信技术概述
直扩系统的特点和用途
n (1) 具有较强的抗干扰能力。 n (2) 具有很强的隐蔽性和抗侦察、抗窃听、抗测向
的能力。 n (3)具有选址能力，可实现码分多址。 n (4) 抗衰落，特别是抗频率选择性能好。 n (5).抗多径干扰。 n (6).可进行高分辨率的测向、定位。 n 直扩技术主要用于通信抗干扰、卫星通信、导航、
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扩频通信技术概述
n 1952年由林肯实验室研制出P9D型NOMACS 系 统，并进行了试验。
n 1955年生产成功并通过了测试。之后，美国 海军和空军开始验证各自的扩频系统，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），美国海军采用跳频扩 频方案。
n 香农（Shannon）公式
n 信道容量是信道在无差错传输下所能达到的最大传 输速率。
n 信道容量具有如下的意义：
n 当传输速率不大于信道容量时，总可以找到一种方 法，实现无差错的传输。
n 但如果想要达到的传输速率大于信道容量，则无论 用什么方法，都不可能实现无差错传输。
n Shannon公式给出了信道容量与带宽和信噪比之间的 关系。
扩频通信技术概述
n 干扰与抗干扰技术的发展
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扩频通信技术概述
通信抗干扰技术
n 当前采用的抗干扰技术主要有以下几种。 n 1) 扩展频谱技术
扩频通信技术课件
1）仅有虚警情况
虚警惩罚时间
假如某次积分处理出现虚警，则相位搜索控制电路不改变 本地码相位，再作一次积分处理来证实是否发生虚警。若此次 积分处理不发生虚警，即证实了前次积分处理是一次虚警，则
下次的积分处理将使相位改变Tc/2 ，接着重新开始搜索。两 次积分处理，本地参考扩频码的相位仅改变了Tc/2 ，出现虚
13
若已知扩频码相位所在位置的先验概率P(k) ，首先应当
搜索那些最可能的扩频码相
位单元，而后搜索次可能的
相位单元。
No
例如：假设扩频码相位服从
高斯分布，较合理的搜索方 法是先搜索以最可能的相位 位置为中心的一个标准偏差
Image
范围内的单元。如没有搜到，
扩大到两个标准偏差范围，
依此类推。
图6-4 高斯分布时搜索区域的确定示意图
(6-3)
分析
➢ 扩频码序列相位搜索捕获法的平均同步捕获时间至少是相
关积分时间TD的N倍。
➢ 当扩频码周期N较小时，虚警对平均捕获时间的影响比较 显著；
➢当N较大时，比如N >100 ，只有在Pfa>0.8 时，虚警对平
均捕获时间的影响才显著地表现出来。通常N的取值都比 较大，而虚警概率也不可能接近1，所以工程估算时，可 认为虚警概率为零，则有
（2）同步跟踪(Tracking，精同步)：扩频接收机实现扩频
码同步捕获后，本地参考扩频码必须尽可能精确地跟踪接收
信号的变化，使本地参考扩频码相位与接收扩频码相位的差
别尽可能的小，以期在相关器获得最大相关输出。
1
6.1 扩频码的同步
图6-1 扩频通信系统原理框图
扩频通信技术
2
6.1.1 发射参考信号法
虚警惩罚时间
假如某次积分处理出现虚警，则相位搜索控制电路不改变 本地码相位，再作一次积分处理来证实是否发生虚警。若此次 积分处理不发生虚警，即证实了前次积分处理是一次虚警，则
下次的积分处理将使相位改变Tc/2 ，接着重新开始搜索。两 次积分处理，本地参考扩频码的相位仅改变了Tc/2 ，出现虚
13
若已知扩频码相位所在位置的先验概率P(k) ，首先应当
搜索那些最可能的扩频码相
位单元，而后搜索次可能的
相位单元。
No
例如：假设扩频码相位服从
高斯分布，较合理的搜索方 法是先搜索以最可能的相位 位置为中心的一个标准偏差
Image
范围内的单元。如没有搜到，
扩大到两个标准偏差范围，
依此类推。
图6-4 高斯分布时搜索区域的确定示意图
(6-3)
分析
➢ 扩频码序列相位搜索捕获法的平均同步捕获时间至少是相
关积分时间TD的N倍。
➢ 当扩频码周期N较小时，虚警对平均捕获时间的影响比较 显著；
➢当N较大时，比如N >100 ，只有在Pfa>0.8 时，虚警对平
均捕获时间的影响才显著地表现出来。通常N的取值都比 较大，而虚警概率也不可能接近1，所以工程估算时，可 认为虚警概率为零，则有
（2）同步跟踪(Tracking，精同步)：扩频接收机实现扩频
码同步捕获后，本地参考扩频码必须尽可能精确地跟踪接收
信号的变化，使本地参考扩频码相位与接收扩频码相位的差
别尽可能的小，以期在相关器获得最大相关输出。
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6.1 扩频码的同步
图6-1 扩频通信系统原理框图
扩频通信技术
2
6.1.1 发射参考信号法
扩频通信技术概述课件
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•Hedy Lamarr 扩频通信技术概述
n 1949年美国的国家电话电报公司的子公司的联 邦电信实验室，Derosa和Rogoff提出设想并生 成出伪噪声信号和相干检测的通信系统，成功 地工作在 New Jersey 和 California 之间的 线路上。
n 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。
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扩频通信技术概述
n 1952 年由林肯实验室研制出 P9D 型 NOMACS 系 统，并进行了试验。
n 1955年生产成功并通过了测试。之后，美国 海军和空军开始验证各自的扩频系统，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），美国海军采用跳频扩 频方案。
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扩频通信技术概述
n 1948年6月到10月，香农在《贝尔 系统技术杂志》上连载发表了《通 讯的数学原理》。1949年，香农又 在该杂志上发表了《噪声下的通信 》。这两篇论文为信息论奠定了基 础。
n 人们通常将香农于1948年10月发表 的论文《通信的数学原理》作为现 代信息论研究的开端。
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扩频通信技术概述
n (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。
n (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。
《扩频通信技术及应用》课件第1章
可得
S
lim C
B
Rmax
1.44
n0
Eb S 1 n0 n0Rmax 1.44
(1-5)
由此可得信道要求的最小信噪比为
Eb n0
min
1 1.44
0.694
1.6dB
用扩展频谱的方法换取通信系统接收机输入端对C/N (载噪比)或S/N(信噪比)的要求， 这对通信设备小型化、 低功率化、 减少通信环境电磁干扰来说是十分重要的。
图1-3 直接序列扩展频谱原理图
图1-3中输入载波信号的频率为fc， 窄脉冲序列的频谱 函数为G(f)， 它具有很宽的频带， 平衡调制器的输出则为 两倍脉冲频谱宽度， 而fc被抑制的双边带展宽了扩频信号， 其频谱函数为fc+G(f)。
1985年5月美国联邦通信委员会（FCC）制定了民用公 共安全、 工业、 科学与医疗和业余无线电采用扩频通信的 标准和规范， 从此扩频技术获得了更加广泛的应用。 1995 年美国Qualcomm公司推出了IS 95 CDMA系统， 首次将直 扩技术用于民用的蜂窝移动通信中， 获得了巨大的成功。
2000年， 国际电信联盟（ITU）接纳扩频技术的CDMA 为第三代移动通信的三大主流标准的核心技术， 表明扩频 技术已经处于其发展的鼎盛时期。 目前除了应用于军事安 全保密通信外， 扩频技术正广泛应用于卫星通信、 第三代 和未来的第四代移动通信、 定位、 无线局域网、 蓝牙及最 新的超宽带（UWB）系统中， 显示出其强大的生命力。
由图1-1(c)可见， 频谱线间隔不变， 但信号的频带宽度 增加一倍。 此外， 由图1-1还可以看出， 无论是脉冲重复 周期的增大还是脉冲宽度的减小， 都使频谱函数的幅度降 低了。
图1-1 (a) 脉冲宽度τ0， 脉冲周期T0=5τ0; (b) 脉冲宽度τ0， 脉冲周期为2T0
扩频通信技术简介
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扩频通信技术简介
扩频通信的理论基础
扩频通信就是用宽带传输技术来换取信 噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想 和理论依据。
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扩频通信技术简介
扩频增益和抗干扰容限
扩频通信系统由于在发送端扩展了信号 频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系 统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理 论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与 信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。
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扩频通信技术简介
抗多径干扰
在无线通信中，抗多径干扰问题一直是 难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关 特性；在接收端可以用相关技术从多径信号 中提取分离出最强的有用信号，也可把多个 路径来的同一码序列的波形相加使之得到加 强，从而达到有效的抗多径干扰。
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扩频通信技术简介
用扩频系统PN码码长应不低于12位，一般取
32位，军用系统可达千位。
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扩频通信技术简介
频谱的扩展的实现和直接序列扩频
目前常见的码型有以下三种： （1）M序列，即最长线性伪随机系列； （2）GOLD序列； （3） WALSH函数正交码。
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扩频通信技术简介
频谱的扩展的实现和直接序列扩频
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扩频通信技术简介
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无线扩频通信原理图
扩频通信技术简介
由图可见，一般的无线扩频通信系统都 要进行三次调制。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。 接收端有相应的射频解调，扩频解调和信息 解调。
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扩频通信技术简介
根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系 统可分为：直接序列扩频方式(DS)、跳变频率 方式(FH)、跳变时间方式（TH）、宽带线性 调频方式以及以上几种方式的组合。
扩频通信章分解课件
与分析等过程。
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
《扩频通信技术及应用》课件第6章
由于复扰码的随机性， 采用传统的QPSK调制时， 复 扩频调制输出的相邻的复码片符号可能在两个任意的星座点 之间跳变， 从而导致传输信号峰均比的恶化。 CDMA 2000 系统为避免上述问题，采用混合相移键控调制， 亦称为正 交复四相相移键控(OCQPSK)， 以减少相邻复码片符号的星 座点之间转换时出现的过零现象， 同时消除星座点之间的 零相位转换， 进而改善传输信号峰均比性能。
2. Walsh码 表6-3列出了前向和反向CDMA信道采用的Walsh函数。 其中， WnN代表一个长度为N的Walsh函数， 并且该函数由 N×N的哈达玛矩阵的第n行级联构成， 即哈达玛矩阵的第0 行为Walsh函数0， 哈达玛矩阵的第1行为Walsh函数1， 以此 类推。 Walsh码片传输时按从左到右的顺序输出。
支持灵活的信道配置， 支持多种数据速率， 便于移动
降低终端功耗， 采用P－QPCH唤醒空闲状态的终端 在指定的F-CCCH或F-PCH时隙上接收F-CCCH或F-PCH， F-BCH允许终端迅速获得开销消息， F-CCCH允许终端迅速 进入待机状态。
前向链路专用信道具有以下特点： 数据采用正交相移键控（QPSK， Quadrature Phase Shift Keying）调制， 对于语音和低速数据业务采用卷积码 (K=9)， 对于补充信道的高速数据业务采用Turbo码； 信道通过Walsh函数正交化， 当正交码空间受限时允许 应用准正交函数；
图6-4 R FCH和R SCCH扩频调制(RC为1和2)
2) 基于HPSK 图6-5给出了RC为3和4时， R-PICH、 R-EACH、 R-CCCH和反向业务信道采用的编码调制方法及复扩 频调制原理。 对于复扩频调制， 输入的复数数据信号和复 扰码相乘后， 生成复码片符号， 再经过基带滤波和射频调 制后发送。
扩频通信技术简介
高可靠性
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
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
2，干扰门限 实际设计时往往比干扰容限要再严格一
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
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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扩频增益和抗干扰容限
由此可见，抗干扰容限MJ与扩频处理增 益GP成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰 容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没 下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用 户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上 百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。
频谱的扩展的实现和直接序列扩频
频谱的扩展是用数字化方式实现的。在 一个二进制码位的时段内用一组新的多位长 的码型予以置换，新码型的码速率远远高出 原码的码速率，由傅立叶分析可知新码型的 带宽远远高出原码的带宽，从而将信号的带 宽进行了扩展。这些新的码型也叫伪随机（ PN）码，码位越长系统性能越高。通常，商 用扩频系统PN码码长应不低于12位，一般取 32位，军用系统可达千位。
扩频通信的理论基础
扩频通信就是用宽带传输技术来换取信 噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想 和理论依据。
扩频增益和抗干扰容限
扩频通信系统由于在发送端扩展了信号 频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系 统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理 论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与 信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。
扩频通信的理论基础
根据仙农(C.E.Shannon)在信息论研究中 总结出的信道容量公式，即仙农公式：
C = W×Log2(1+S/N) 式中：C--信息的传输速率、 S--有用信 号、功率 W--频带宽度、 N--噪声功率
扩频通信的理论基础
由式中可以看出：为了提高信息的传输 速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽W 或提高信噪比S/N。换句话说，当信号的传输 速率C一定时，信号带宽W和信噪比S/N是可 以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪 比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信 噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功 率甚至淹没在噪声之下也是可能的。
扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩 频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至 几千倍。有人要问为什么要这么做？这样是 不是太浪费频率资源了？这些问题可以用信 息论和抗干扰理论来解释。
扩展频谱通信的定义
所谓扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），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”。
无线扩频通信原理图
由图可见，一般的无线扩频通信系统都 要进行三次调制。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。 接收端有相应的射频解调，扩频解调和信息 解调。
根据扩展频谱的方式不同，扩频通信系 统可分为：直接序列扩频方式(DS)、跳变频率 方式(FH)、跳变时间方式（TH）、宽带线性 调频方式以及以上几种方式的组合。
扩频增益和抗干扰容限
一般把扩频信号带宽W与信息带宽△F 之比称为处理增益GP，即：
它表明了扩频系统信噪比改善的程度。 除此之外，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。
N）= 输出端的信噪比， LS = 系统损耗
频谱的扩展的实现和直接序列扩频
目前常见的码型有以下三种： （1）M序列，即最长线性伪随机系列； （2）GOLD序列； （3） WALSH函数正交码。
频谱的扩展的实现和直接序列扩频
当选取上述任意一个序列后，如M序列， 将其中可用的编码，即正交码，两两组合，并 划分为若干组，各组分别代表不同用户，组内 两个码型分别表示原始信息"1"和"0"。系统 对原始信息进行编码、传送，接收端利用相关 处理器对接收信号与本地码型相关进行相关运 算，解出基带信号( 即原始信息)实现解扩，从 而区分出不同用户的不同信息。
扩展频谱通信简介
2010 年 5月
我们知道，传输任何信息都需要一定的 带宽，称为信息带宽。例如语音信息的带宽 大约为20Hz～20000Hz、普通电视图像信息 带宽大约为6MHz。为了充分利用频率资源， 通常都是尽量压缩传输带宽。如电话是基带 传输，人们通常把带宽限制在3400Hz左右。
如使用调幅信号传输，因为调制过程中 将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信 息带宽的两倍，而在实际传输中，人们采用 压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大 约为2×4500Hz=9KHz左右；采用边带压缩 技术，把普通电视信号包括语音信号一起限 制在1.2×6.5MHz=8MHz左右。即使在普通 的调频通信上，人们最大也只把信号带宽放 宽到信息带宽的十几倍左右，这些都是采用 了窄带通信技术。
扩频通信的基本特点
扩频通信，即扩展频谱通信技术 （Spread Spectrum Communication），它的 基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大 于信息本身的带宽。
扩频通信的特征
扩频通信具有如下特征: 1. 它是一种数字传输方式； 2. 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数 (扩频函数)对被传信息进行调制实现的； 2.在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号 进行相关解调，还原出被传信息。
所谓直接序列扩频(DS-Direct Scquency), 就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩 展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频 码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出 原始的信息。
图2：信息的频谱扩展过程
图3：扩频信号的解扩过程
在图上我们可以看出：在发端，信息码 经码率较高的 PN 码调制以后，频谱被扩展 了。在收端，扩频信号经同样的PN码解调以 后，信息码被恢复；信息码经调制、扩频传 输、解调然后恢复的过程，类似与PN码进行 了二次"模二相加"的过程。
扩频通信的主要特点
图4：扩频通信中，频谱宽度与功率谱密度示意
从图4中我们还可以用能量面积图示概 念看出：
待传信息的频谱被扩展了以后，能量被 均匀地分布在较宽的频带上，功率谱密度下 降；