扩频通信第二章
绪论 扩频通信
1.1 移动通信发展概述
# 11
第四阶段是从20世纪70年代中期至80年代初期。在此期间, 由于微电子技术及计算机技术的长足发展和移动用户数量的 急剧增加, 促使移动通信得到了蓬勃发展。
移动通信大发展的原因 1、微电子技术
2、移动通信新体制 3、微处理器、计算机技术
1.1 移动通信发展概述
# 12
1.1 移动通信发展概述—3G
# 23
2G和3G的区别 业务：从以话音为主发展到以数据为主。 容量：在同等用户数量下3G系统容量要比2G系统高5倍以上。 数据速率：从2.5 G的大约100kbps逐渐增加，从384kbps》》2Mbps》》 10Mbps》》100Mbps。 复杂度：3G数字信号处理比2G（GSM）复杂10倍以上，导致芯片复杂。
1.1 移动通信发展概述—3G 标准的发展趋势
# 20
PDC
US-TDMA
GPRS GSM EDGE
WCDMA/ TD-SCDMA
HSPDA
IS-95A CDMA
Cdma2000 1X
cdma2000 3X
IS-95B CDMA Data Only 1XEV-DO
Data & Voice 1XEV-DV
1.1 移动通信发展概述
#9
第二阶段是从20世纪40年代中期至60年代初期。在此期间, 各种公用移动通信系统相继建立。 首先是1946年, 美国贝尔系统在圣路易斯城建立的称为“城 市系统”的公用汽车电话网, 这是世界上第一个公用移动通 信系统。 继而, 西德、法国、英国等国也陆续研制出了公用移动电话 系统。 这一阶段的特点是开始从专用移动网向公用移动网过渡, 自 动化程度有所提高。 特点：大区制；人工方式进行电话连接；用户少，系统容量 小，频谱利用率低；设备中采用的是电子管。
第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术
IFFT
IFFT输 出
IFFT
时间 Tg Ts 符 号N－ 1 符 号N 符 号N＋ 1 TFFT
图2-71 保护间隔的插入过程
保护间隔与循环前缀——加循环前缀
FFT积分区间
第三节、 OFDM多载波调制技术
三. OFDM系统性能
1. 抗脉冲干扰
OFDM系统抗脉冲干扰的能力比单载波系统强很多。
第三节、 OFDM多载波调制技术
一. OFDM基本原理
二. OFDM信号调制与解调
三. OFDM系统性能
一.OFDM基本原理
数字调制解调方式可采用并行体制。
多载波传输系统是指将高速率的信息数据流经串/并变换
分割为若干路低速率并行子数据流，然后每路低速率数据采 用一个独立的载波进行调制,最后叠加在一起构成发送信号。
Rb BOFDM N N 1 bit / s / Hz
• OFDM系统的频谱利用率比串行系统提高近一倍。
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
二.扩频码介绍
三.扩频调制性能
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
• 扩频(spread spectrum)通信是指用来传输信息的信号带宽远远 大于信息本身带宽的一种传输方式。 • 在通信的一些应用中，我们要考虑通信系统的多址能力，抗干 扰、抗阻塞能力以及隐蔽能力等。 • 扩频技术是解决以上问题的有效措施。 扩频通信理论基础来源于信息论中的香农公式：
0
m
(t ) cos mtdn (t ) cos ntdt 0
原信号的码宽为T，速率为1/T， OFDM信号的符号长度为Ts， Ts=MT。每个子载波速率为1/MT。 得每路子信号的带宽为△f=1/Ts
(完整word版)扩频通信
扩频通信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。
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。
扩频通信2
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：⎰∞∞--=dt e t f f F ft j π2)()(⎰∞∞-=df e f F t f ft j 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dt t 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》7-8讲(2.1.4-2.1.5)
另一种实用的直接序列扩频调制方案是最小移频键控(MSK)。 左下图所示为一般并行MSK直接序列扩频系统发送端框图。 其发射 机输出信号为
s(t ) 2S d (t )[c1 (t ) cos( π π t ) cos 0t c2 (t )sin( t )sin 0t ] Tc Tc
S S d (t )c (t )c (t ˆ ) cos t S d (t )c (t )c (t ˆ ) sin t y (t ) dc ( 2 d 2 IF d 1 d 2 d IF ˆ d 2 d (t d ) 2 t d )c1 (t d ) sin IFt 2 2
对左框图所示的接收机，当接收机解扩码相位正确时， 带通滤 波器输出为
x(t ) 2S d (t IF ) cos t z cos[ d (t )] dt IF
这个信号恰好是数据调制已调中频信号， 经BPSK数据解调以后
即可恢复原始数据d(t)。
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2.1 直接序列扩频系统
x(t )
SS S ˆ t ( c) (t )c t2 )ˆsin IFt yIF (t ) d ( d t d)d t )( c (t IFt d (t d )c1 (t d )c1 (t ˆd ) cos 2c d d 2( d1 d ) cos 2 2 2
(3-28)
当载波跟踪环和码跟踪环工作正常时， MSK调制可由右下图所 示接收机解调， 从而恢复原始数据。
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2.1 直接序列扩频系统
2.1.4 常用直扩调制方式 2、 MSK直接序列扩频系统
并行MSK扩频系统方案的缺点是其硬件设备相当复杂, 而串行 MSK硬件设备要简单得多，因此在MSK扩频系统中串行MSK直接序 列扩频技术比较适用。 下图为串行MSK(即SMSK)扩频调制系统发送端框图。 两种发射 机方案的区别只是数据调制的位置不同， 原理是一样的； 它们都是 在二相移相键控的基础上， 用变换滤波器来形成MSK信号的。
扩频通信系统中chirp干扰的识别与抑制研究(1)
扩频通信系统中chirp干扰的识别与抑制研究摘要：扩频通信作为目前正在不断发展的先进通信技术，它的最大特点就是传输带宽比传统的通信方式要大几百倍以上。
由此具有抗干扰能力强，频谱功率低，保密性好，易实现码分多址等优点。
特别是其中的直接序列扩频通信方式，发展的最为成熟，应用最为广泛。
扩频通信系统对于平稳噪声有很好的抵抗力，但是对于非平稳的chirp噪声的干扰表现却不佳，而现在国内外也正在研究这方面的课题。
论文实现了一种基于在chirp基上展开的分数阶傅立叶变换来处理扩频通信系统中遇到的chirp干扰问题，利用分数阶傅立叶变换对于chirp信号良好的聚焦性，当chirp 干扰噪声的旋转角度在与其调频斜率一致时，分数阶傅立叶变换域便会呈现冲激，在适当的阈值下搜索并去除冲激后再进行反变换，从而来去除chirp干扰，并在此基础上做了计算机仿真实验。
仿真实验结果表明，该算法是有效可行的。
关键词：扩频通信；分数阶傅立叶变换；chirp信号；干扰识别；干扰抑制Research on the identification and suppression of chirp interference in spread spectrumcommunication systemsAbstract：Spread Spectrum communication is a continuous developing advanced communication technology, whose biggest character is that its transmission bandwidth is wider over hundreds times than the traditional means of communication. Spread Spectrum communication has many advantages such as good anti-interference, low spectrum power, good confidentiality, and easy to realize the CDMA. In particular, the direct sequence spread spectrum communication, is the most mature and the most widely used communication ways. The spread spectrum communication system has good resistance performance for the stationary noise, but for the non-stationary chirp noise, the performance is poor. Now the domestic and abroad are also looking into the issue. In this paper, the solution which is based on the chirp-launched on fractional Fourier transform to deal with the spread spectrum communication system encountered the chirp interference, using the good focus of the chirp signal in fractional Fourier transform, when rotate the chirp noise a appropriate angle corresponding with the chirp rate, fractional Fourier Transform representation will show a strong pulse .than search the pulse in the appropriate threshold and after the removal of the noise, transform the signal back. And all of those had been done in theform of computer simulation. The simulation results show that the method is feasible and effective.Keywords: Spread Spectrum communication; fractional Fourier transform; chirp signal; Interference identification; Interference suppression目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 本课题目前的研究现状和研究意义 (1)1.3 论文研究的主要内容和组织结构 (2)第二章扩频通信 (4)2.1 扩频通信概述 (4)2.1.1 扩频通信的定义 (5)2.1.2 扩频通信的理论基础 (6)2.2 直接序列扩频工作方式 (8)2.3 其他工作方式 (15)第三章分数阶傅里叶变换 (18)3.1 分数阶傅里叶变换的研究与发展 (18)3.2 分数阶傅里叶变换定义及其性质 (19)3.2.1 分数阶傅里叶变换的定义 (20)3.2.2 分数阶傅里叶变换的性质 (22)第四章扩频通信系统中chirp干扰的识别与抑制的实现 (24)4.1 扩频通信中调制信号的仿真 (24)4.2 chirp干扰噪声的仿真 (26)4.3 分数阶傅里叶变换处理chirp噪声的基本原理 (27)4.3.1 chirp噪声的聚集性在分数阶傅里叶域的解释 (28)4.3.2 chirp噪声分数阶傅里叶域滤波的基本原理 (29)4.3.3 chirp噪声分数阶傅里叶域滤波模型 (30)4.4 chirp干扰识别与抑制的实验 (31)4.4.1 chirp干扰识别与抑制算法 (31)4.4.2 三种调制方式的chirp识别与抑制实验 (36)第五章总结 (45)致谢 (47)参考文献 (48)附录 (49)第一章绪论1.1 引言扩展频谱通信系统是在一个很宽的频带上，用于扩展基带信号(即信息)的频谱，然后再进行传输的一种系统。
扩频通信2章
（2-3）
ˆ 式(2-3)中， C = 2fc是射频载波中心角频率， ˆ d ( X ) 2 f d ( X )
表示多普勒角频率， ˆ ( X ) 表示初相角，这个干扰信号通过射频 接收器滤波处理后并取其实部分析，即噪声信号为
ˆ ˆ N (n, t ) n( X , t ) cos[Ct d ( X )t ( X )]
2
（2-6）
扩展频谱通信系统模型
射频 滤波器 射频 解调 扩频 KN(X, t) 基带 N(X, t) 信息 解调 滤波器 解调 C*[X, t(X)] 信息 输出
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。
9
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
(完整word版)直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析
直接序列扩频通信系统抗干扰性能分析在现代战争中，通信对抗扮演着越来越重要的角色。
随着计算机技术、微电子技术等大量高新技术的应用，军事通信获得了长足的发展，尤其是跳频、扩频等一些新的通信手段应用之后,使得通信频谱越来越宽，通信的反侦察、抗干扰能力越来越强，迫使各国加紧对通信对抗技术以及装备的研制。
直接序列扩频通信由于其优良的多址接入、低截获概率、抗干扰和强保密等特性，使得它在军事通信、卫星通信和民用领域得到了广泛应用.在电子对抗中，对扩频通信的有效干扰成为制胜关键。
第一章研究背景介绍1。
1直扩通信研究背景现代战争首先是电子战，在电子战中失去优势的一方,将导致通信中断，指挥失灵等，从而丧失战争主导权。
两次海湾战争，前南斯拉夫战争以及阿富汗战争都是很好的佐证。
因此,通信对抗作为C4ISR系统的核心,越来越受到各国的重视。
通信对抗属于电子对抗，它包括通信侦察、通信干扰等主要对抗措施.通信对抗的目的在于：侦收和截获敌方信息，测量有关技战术参数；采用各种干扰方式阻止敌方正常通信并抑制敌方对我方的干扰，保证我方通信系统有效工作.扩频通信作为新型的通信方式,具有优良的抗干扰、抗衰落和抗多径性能及频谱利用率高、多址通信等诸多优点，并被广泛地应用于军事通信领域，极大地提高了通信系统的抗截获和抗干扰能力。
因此，扩频通信系统成为干扰方的首要作战目标，同时,扩频通信的抗干扰、抗截获、抗侦破特性给干扰方带来了巨大的困难.为取得现代电子战的胜利，针对扩频通信系统研究高效的干扰方式,如何有效的干扰成为取得现代电子战胜利的重要一环，对战时通信对抗具有重要意义。
1。
2直扩通信的军事应用情况1）直扩通信技术在舰艇卫星通信系统上应用广泛.国外舰艇卫星通信系统和国内舰艇卫星通信系统均采用码分多址通信方式,使用C波段。
这样网络组织与撤收灵活，通信质量高，频道使用少。
从目前使用看，这种方式充分发挥了直接序列扩频通信的特点，是扩频通信应用成功的范例。
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
(通信企业管理)cdma扩频通信
（通信企业管理）cdma扩频通信绪论1.1C DMA系统的发展历程自从20世纪70年代末出现蜂窝通信以来，世界各地的移动通信业得到了迅猛发展，蜂窝通信的技术本身也有了长足的进步，移动通信网络已经从模拟蜂窝网发展到了数字蜂窝网。
D.H.Ring在1947年提出蜂窝概念，在20世纪60年代对此进行了系统的实验，60年代末，70年代初开始出现了第一个蜂窝电话系统。
蜂窝的意思是将一个大区域划分为几个小区，相邻的小区使用不同的频率进行传输，以避免互相干扰。
在70年代末，半导体技术的发展和微处理器的出现，解决了困扰移动通信的终端小型化和系统设计等关键问题，进一步推动了蜂窝移动通信系统的发展。
但是随着用户数量的急剧增加，传统的大区制移动通信系统很快就达到饱和状态，无法满足服务要求。
针对这种情况，贝尔实验室提出了小区制的蜂窝式移动通信系统的解决方案，1978年开发了先进移动电话系统AMPS(AdvanceMobilePhoneService)，欧洲推出了全地址通信系统TACS(TotalAccessCommunicationSystem)，日本的电报和电话系统（NAMTS）,北欧移动电话系统（NMTS）和原联邦德国的（NETZ-C），然而以AMPS,TACS 为代表的蜂窝式模拟移动通信系统，称为第一代移动通信系统，第一代模拟蜂窝网采用频分多址（FDMA）方式。
自从1981年第一代的以FDMA技术为基础的模拟移动通信系统建立和使用以来，蜂窝移动通信市场的发展和需求大大超过了乐观人士的原有预测。
在短短几年里，模拟蜂窝系统就面临着阻塞概率高，呼叫中断率增高，蜂窝系统的干扰增大，蜂窝系统迫切需要增容的压力。
并且由于模拟蜂窝系统本身的缺陷（频谱效率低，保密性差等），系统的设计容量远远不能满足需求。
因此20世纪80年代中期，不少国家都在探索蜂窝网通信系统如何从模拟向数字方向转变的方法。
1988年9月，美国蜂窝通信工业协会（CTIA）发布了一个称为《用户的性能要求（UPR）》的文件，提出了对下一代蜂窝网的技术要求。
《扩频通信》1-2讲(1.1)
）系统中， 显示出其强大的生命力。
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第1 章
1.1
扩频通信技术原理
扩频通信的基本概念
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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
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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
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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。
扩频通信技术
起来不自然，设备较贵，适合军用。 在图象编码方面，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的发展，数字图象通信正在走向实用。 比如，静态图象通信早已应用于可视电话会议（电视会议） ，原端场景监视和医疗监控等方面。用普通 电话线路传一幅图象要十几秒---几十秒。使用的编码技术为高级差值脉冲编码调制(HO—DPCM)，对于 彩色动态图象的压缩编码是一个非常热门的课题。 对于图象质量要求不高的情况， 主要编码方式有帧间 编码技术（IFC） ，它是清除帧间大量相关的多余信息使比特率得到压缩。这种编码方式适用于会议电话 （动作慢，背景静止） 。还有一种是动补偿帧见编码技术（MCIFC）,它可以对物体的可动部分进行位移 量的预测， 因而可用来传输运动较快的画面。 采用这种技术可把会议电话图象 的编码压缩到 2.048Mb/s。 对于高质量的广播电视图象，在帧见，帧内采用自适应预测编码技术，把编码速率压到 32Mb/s，图象 这里优于一般的调频传输质量。最近传说，一个人把图象数据率压到 2.4Kb/s。令人难以相信。信源压 缩编码技术，不管在国内还是在国外，都非常受重视，而且不断出现新的令人振奋的成果，并迅速有商 用 VLSI 片投放市场。其原因是在等通信中最重要的资源一是功率，二是频带宽度。增加有用信号功率 可提高信噪比，即提高通信质量。在功率相同的情况下，通信容量只取决于可供使用的频带宽度。如果 信源编码很有效， 即编码后的数据很低， 则传输该信源的信息所占用的带宽就窄， 因而使通信变得经济， 更加实用。特别是在通信产业非常发达的国家和地区，在有限的频带资源下要想进一步扩大通信容量， 一是研究开发新频段，另外就是进行信息的压缩编码研究。
在这些年发展非常迅速，由军用到民用，商用，范围很广。 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]
扩频通信第二章
这一定义包含了以下三方面的含义: 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。
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扩频通信的理论基础
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图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。
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(3) 利用直扩伪随机序列码型的正交性, 可构成直接序列扩 展频谱码分多址系统。在这样的码分多址系统中, 每个通信站 址分配一个地址码(一种伪随机序列), 利用地址码的正交性通过 相关接收来识别出来自不同站址的信息。码分多址系统中的用 户是共享频谱资源的。
(4) 直接扩展频谱系统具有抗宽带干扰、抗多频干扰及单 频干扰的能力, 这是因为直接扩展频谱系统具有很高的处理增 益, 对有用信号进行相关接收, 对干扰信号进行频谱扩展, 使其 大部分的干扰功率被接收机中频带通滤波器所滤除。
除了干扰信号, 得到信号y(t), y(t)再与载波cosω0t相乘实现解 调, 最终恢复出原始信号m(t)。
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直扩及解扩的方法可以采用BPSK、QPSK及MSK, 现 在的无线网络大都采用的是数字方式QPSK调制方式。
如上所述, 直扩系统的接收除了前端的放大变频之外, 还要进行解扩和解调。 最好是先解扩再解调, 因为无线信 号在空间传播会有很大的信号衰减。 未解扩前的信噪比很 低, 甚至信号被淹没在噪音中。一般解调器难于在很低的 信噪比条件下正常解调, 会导致高误码率。 换句话说, 先解 扩, 可以通过解扩过程获得扩频增益, 提高接收信号信噪比。 然后再进行解调, 就能保证通信的质量和可靠性了。
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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。
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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,
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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。
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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。
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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)
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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。
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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。
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扩频通信的性能指标
处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重 要的性能指标。
1. 处理增益
处理增益Gp, 也称扩频增益(Spreading Gain),
指的是频带扩展后的信号带宽W与频谱扩展前的信息带宽
Mj＝35-(10+3)＝22dB
这说明, 该系统能够在干扰输入功率电平比扩频信号功率 电平高22dB的范围内正常工作, 也就是说, 该系统能够在负信噪 声比(-22dB)的条件下, 把信号从噪声的淹没中提取出来。由此 可见, 扩频通信系统的抗干扰能力有多强。
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2.2 扩频通信系统
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扩频通信工作原理
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扩频通信的工作原理
扩频通信的一般工作原理如图所示。图中, 在发送端输入 的信息先经过信息调制形成数字信号, 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。展宽后的信号再经 过射频调制, 调制到较高频率上再发送出去。
在接收端收到的宽带射频信号经过射频解调, 恢复到中频, 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, 即恢复出原始信息。
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，
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扩频通信概述
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扩频通信的定义
所谓扩频通信, 即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication), 是一种把信息的频谱展宽之后再进 行传输的技术。频谱的展宽是通过使待传送的信息数 据被数据传输速率高许多倍的伪随机码序列(也称扩 频序列)的调制来实现的, 与所传信息数据无关。 在接 收端则采用相同的扩频码进行相关同步接收、 解扩, 将宽带信号恢复成原来的窄带信号, 从而获得原有数 据信息。 扩频通信与CDMA的关系是: CDMA只能由 扩频技术来实现, 而扩频通信并不意味着CDMA。
由此可见, —般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的 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, 扩频通信多了扩频调制和解扩两个部分。
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信号在接收端解扩前后信噪比情况
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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
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由以上分析可知, 在接收端的解扩过程中, 由于有用信号 与扩频序列码的相关性, 从而使其由宽带解扩为窄带信号, 而由于干扰信号与扩频序列码的非相关性, 使其由窄带信号 扩展成了宽带信号, 从而使信噪比大大提高, 获得了扩频增 益。
扩频系统中的多址问题的解决也是基于此道理。 由于 每个用户都有惟一的一个码序列, 只有当接收到的信号所包 含的码序列与自身的相同时, 经过解扩才可能出现峰值, 从 而恢复出原始信号。相反地, 如果接收到信号的码序列与自 身的不相同, 经过解扩之后其频谱会变得更宽, 就会把该信 号作为干扰信号来对待, 更不会恢复出其原始信号形式。
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(7) 直接扩展频谱系统适用于数字话音和数据信息的传 输。 这是由于扩频系统本身是数字系统所决定的。
其缺陷在于: (8) 直接序列扩展频谱系统是两个宽带系统, 虽然可与 窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。另外, 对模拟信 源(如话音)需作预先处理(如语音编码)后, 才可接入直扩系 统。
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(5) 直接扩展频谱信号的相关接收具有抗多径效应的 能力。 当直扩伪随机序列的码片宽度(持续时间)小于多径 时延时, 利用相关接收可以消除多径时延的影响, 因而直接 扩展频谱系统具有抗多径干扰的能力。
(6) 利用直接扩展频谱信号可实现精确的测距定位。直 接扩展频谱系统除可进行通信外, 还可利用直接扩展频谱 信号的发送时刻与返回时刻的时间差, 测出目标物的距离。 因此, 在同时具有通信和导航能力的综合信息系统中显示 了直接扩展频谱系统的优势。
信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为
C = WLog2(1+P/N)
其中, C为信道容量(bit/s), W为信道带宽(Hz), P为信号平均功率 (W), N为白噪声平均功率(W)。
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这个公式说明，在给定的信道容量C不变的条件下, 频 带宽度W和信噪比P/N是可以互换的。也就是说可通过增加 频带宽度的方法, 在较低的信噪比(P/N)情况下以相同的信 息率来可靠地传输信息, 甚至是在信号被噪声淹没的情况下, 只要相应的增加信号带宽, 仍然能够保证可靠地通信。
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图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。
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(3) 利用直扩伪随机序列码型的正交性, 可构成直接序列扩 展频谱码分多址系统。在这样的码分多址系统中, 每个通信站 址分配一个地址码(一种伪随机序列), 利用地址码的正交性通过 相关接收来识别出来自不同站址的信息。码分多址系统中的用 户是共享频谱资源的。
(4) 直接扩展频谱系统具有抗宽带干扰、抗多频干扰及单 频干扰的能力, 这是因为直接扩展频谱系统具有很高的处理增 益, 对有用信号进行相关接收, 对干扰信号进行频谱扩展, 使其 大部分的干扰功率被接收机中频带通滤波器所滤除。
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直扩系统传输信号频谱变化图
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如图所示, 设原始信号m(t)为图(a)所示的低通信号, 经 过载波调制后, 中心频率变为f0且带宽加倍(如图(b)所示), 再 经过扩频后产生宽带信号s(t)(如图(c)所示), s(t)的带宽取决 于扩频序列信号的带宽, 最后经射频调制, 中心频率被搬移 到fr(如图(d)所示)后发送出去。经信道叠加一个干扰信号, 在接收端获得信号r(t)(如图(e)所示), r(t)经过变频放大, 中心 频率恢复到f0, 再经过解扩后, 有用信号变为窄带信号的同时 干扰信号变成宽带信号(如图(f)所示), 再通过中频滤波器滤 除掉多余的干扰信号, 得到信号y(t), y(t)中的信噪比已经大大 提高(如图(g)所示), 最后经过解调, 还原出原始信号m(t)。
第二章 扩频通信系统
昆明理工大学 彭艺
主要内容
◆ 概述 ◆ 扩频通信系统 ◆ 扩频通信系统的分类 ◆ 直接序列扩频通信系统 ◆ 跳频系统
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2.1 扩频通信概述
扩展频谱的通信（Spread Spectrum communication)
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。
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3) (1) 直扩信号的功率谱密度低, 具有隐蔽性和低的截获概率, 因此抗侦察、抗截获的能力强; 另外, 功率污染小, 即对其他系 统引起的电磁环境污染小, 有利于多种系统共存。 (2) 直扩伪随机序列的伪随机性和密钥量使信息具有保密 性, 即系统本身具有加密的能力。因为用伪随机序列对信息比 特流进行扩展频谱, 就相当于对信息的加密; 而所拥有的码型不 同的伪随机序列的数目, 就相当于密钥量。当不知道直扩系统 所采用的码型时, 就无法破译。
Mj=Gp-［(S/N)out+Ls］
其中, Mj为抗干扰容限; Gp为处理增益；(S/N)out为信息数 据被正确解调而要求的最小输出信噪比；Ls为接收系统 的工作损耗。
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扩频通信的性能指标
例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB。要求误码率小于 10-5的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out＜10dB, 系统 工作损耗Ls为3dB,
u(t)进行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