扩频通信的基本基本知识
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。
《扩频通信》教材
序言一．扩展频谱技术概述概念：所谓扩展频谱技术一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。
一种典型的扩展频谱系统如图0-1所示：图0-1 典型扩展频谱系统框图它主要由原始信息，信源编译码，信道编译码（差错控制），载波调制与解调，扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。
信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。
差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。
调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。
扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。
框图中各点信号的时域和频域特性如图0-2所示。
与传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。
为什麽要进行扩频？这是因为它具有一些独特的优点。
特点：1)抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。
2)可检性抵，(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破。
3)具有多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术。
4)可抗多径干扰。
5)可抗频率选择性衰落。
6)频谱利用率高，容量大（可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等）。
7)具有测距能力。
8)技术复杂。
应用：基于以上这些特点，扩频技术首先应用于军事通信，现在也开始民用和商用。
1)卫星通信（多址，抗干扰，便于保密，降低平均功率谱密度）2)移动通信（多址，抗干扰，便于保密，抗多径，提高频谱利用率）3)无线本地环路4)GPS（选址，抗干扰，保密，测距）5)测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪`````主要缺点：技术复杂，但是随着数字处理技术的发展，集成工艺进步，使扩频系统的实现变的简单，只需对扩展技术有一般的了解就可以从事扩频系统的设计工作。
因此，扩频技术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]其中C------信道容量（比特/秒） N-----噪声功率 W----带宽（赫兹） S ---------信号功率当S/N 很小时（≤0.1）得到：在无差错传输的信息速率C 不变时，如N/S 很大，则必须使用足够大的带宽W 来传输信号。
「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在发送和接收信号中引入特定的扩频码来增加信号的带宽的通信方式。
它具有很高的抗干扰能力和隐蔽性，已广泛应用在无线通信领域，如蓝牙、Wi-Fi和CDMA等。
扩频通信的基本原理是利用一种称为扩频码的特定序列来扩展信号。
扩频码是一种伪随机序列，具有良好的自相关和互相关特性，能够在频域上将信号的能量分散到一个宽带范围内。
通过将扩频码与要发送的原始信号进行点乘运算，可以将信号的频率带宽扩充为扩频信号。
在发送端，原始信号经过调制后与扩频码进行点乘运算，得到扩频信号。
扩频码的周期通常远远大于原始信号的周期，因此扩频信号的频率带宽也远远大于原始信号的频率带宽。
这种频率带宽扩展会导致扩频信号的能量变得很弱，但由于扩频码具有良好的互相关特性，接收端可以通过与相同扩频码进行点乘运算来恢复出原始信号。
在接收端，接收到的扩频信号经过与相同扩频码的点乘运算后，可以得到一个扩宽了的信号频谱。
通过对这个频谱进行窄带滤波，可以去除其他频率的干扰信号，最后得到原始信号。
扩频通信的优点之一是抗干扰能力强。
由于扩频信号的能量被分散到宽带范围内，单个频率干扰对整个信号的影响较小，因此扩频信号在传输过程中对于短时干扰和窄带干扰具有较强的抵抗能力。
另一个优点是隐蔽性高。
扩频通信中使用的扩频码具有伪随机的特性，对于未经授权的接收方来说，扩频码看起来像是随机噪声，难以识别和解码原始信号。
然而，扩频通信也有一些限制和挑战。
由于扩频信号的频率带宽较宽，相比于窄频信号，扩频通信需要更大的带宽。
此外，扩频通信在传输过程中需要保持发送和接收端的扩频码同步，否则会导致解码失败。
总之，扩频通信通过引入扩频码来增加信号的带宽，具有高抗干扰性和隐蔽性的特点。
它在无线通信领域得到广泛应用，并且是现代无线通信技术的重要组成部分。
扩频的基本原理及应用
扩频的基本原理及应用1. 扩频技术概述•扩频技术是一种利用较宽带传送较窄带信号的技术。
•扩频技术在通信领域有广泛的应用，包括无线局域网、蓝牙、GPS等。
•扩频技术能够提高通信系统的抗干扰性能和安全性。
2. 扩频的基本原理•扩频技术通过在传输过程中对原始数据进行一系列处理，使数据覆盖更宽的频带。
•扩频的基本原理包括扩频码序列的生成和信号的调制解调过程。
•扩频码是一种特殊的序列，通过将原始数据与扩频码进行异或运算，实现信号的扩频。
3. 扩频码序列的生成•扩频码序列是扩频技术的核心部分，用于将原始信号进行扩频。
•常见的扩频码序列有伪随机码、高斯码、码片序列等。
•扩频码序列的生成方法包括线性反馈移位寄存器、迭代求解法等。
4. 扩频信号的调制解调过程•扩频信号的调制过程将原始信号与扩频码进行乘积运算，实现信号的扩频。
•扩频信号的解调过程通过将接收到的信号与扩频码进行相关运算，恢复原始信号。
•扩频信号的调制解调过程中需要注意信号与噪声的抵消和相位同步等问题。
5. 扩频技术的应用•扩频技术在无线局域网中可以提高网络的传输速率和安全性。
•扩频技术在蓝牙通信中有广泛的应用，可以实现低功耗、短距离的无线通信。
•扩频技术在GPS定位系统中可以提高定位的准确性和抗干扰能力。
6. 扩频技术的优缺点•扩频技术的优点包括抗干扰能力强、安全性高、带宽利用率高等。
•扩频技术的缺点包括对系统要求高、复杂度较高、功耗较大等。
7. 扩频技术的发展趋势•随着无线通信技术的发展，扩频技术将进一步应用于更多的领域。
•扩频技术在物联网、5G等领域具有广阔的应用前景。
•扩频技术的发展将推动通信系统的进一步发展和创新。
以上是对扩频的基本原理及应用的介绍，扩频技术作为一种重要的通信技术，在现代通信系统中发挥着重要的作用。
希望通过本文的介绍，读者能够更好地了解扩频技术的基本原理和应用场景。
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
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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
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(chǔlǐ)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。
扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)
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，收到的信息和发出的信息并不完全相同。
可靠性就是用来衡量收到信息和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使用。
近年来，扩展频谱通信技术的理论和使用发展非常迅速，在民用通信系统中也得到了广泛的使用。
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t t 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（和待传输的信息信号)(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。
简述扩频通信的原理和应用
简述扩频通信的原理和应用扩频通信的原理扩频通信是一种数字通信技术，它是在发送端使用伪随机码将原始信号进行扩展，使得信号的带宽大大增加，然后在接收端使用相同的伪随机码进行解扩，恢复原始信号。
扩频通信的原理主要包括以下几个关键步骤：1.信号扩展：发送端通过将原始信号与伪随机码进行乘积运算，将信号的频谱展宽。
这个过程相当于给原始信号添加了噪声，使得信号能够均匀分布在更宽的频带内。
2.信号传输：扩展后的信号通过信道进行传输。
由于信号带宽增加，扩频通信具有较好的抗干扰能力，可以有效地对抗窄带信号干扰和多径传播引起的码间干扰。
3.信号解扩：接收端利用与发送端相同的伪随机码进行乘积运算，还原出原始信号。
解扩过程相当于从扩展的信号中提取出原始信号。
4.信号恢复：通过进一步的滤波和调整，将解扩后的信号恢复到原始信号的形式，以便进行后续的数据处理和应用。
扩频通信的应用扩频通信具有许多独特的特点和优势，因此在多个领域得到了广泛的应用。
1.军事通信：扩频通信技术在军事领域得到广泛应用，其抗干扰能力强，能够有效地抵抗敌方的干扰和窃听。
此外，扩频通信还能够实现分布式通信和频率资源共享，提高通信系统的灵活性和鲁棒性。
2.移动通信：扩频通信技术在移动通信领域普遍采用。
例如，在CDMA（Code Division Multiple Access）系统中，采用扩频技术可以实现多用户同时通信，提高频谱利用率。
此外，扩频通信还能够减轻多径信号引起的干扰和抑制窄带干扰信号，提高通信质量。
3.无线传感网络：扩频通信技术在无线传感网络中也有重要的应用。
无线传感网络中的节点通常分布广泛，节点之间的通信需要具有一定的抗干扰能力。
扩频通信不仅可以提高网络的抗干扰性能，还可以降低节点之间的干扰，提高网络的可靠性和覆盖范围。
4.定位和导航：扩频通信技术在定位和导航系统中也得到广泛应用。
例如，GPS（Global Positioning System）就采用了扩频技术，通过将导航信号进行扩频，可以减小窄带干扰的影响，提高定位的准确性和稳定性。
扩频通信的基本原理
扩频通信的理论基础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t t 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。
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。
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。
通信系统学习-扩频通信的基本概念和理论基础
作为工程估算， 信号的频带宽度与其脉冲宽度近似成 反比。 例如， 1 μs脉冲的带宽约为1 MHz。
第1章 扩频通信技术原理 扩频码序列：如果很窄的脉冲码序列被所传信息调制， 则可产生很宽频带的信号， 这种很窄的脉冲码序列(其码速 率是很高的)即可作为扩频码序列。 需要说明：所采用的扩频码序列与所传的信息数据是 无关的， 也就是说， 它与一般的正弦载波信号是相类似的， 丝毫不影响信息传输的透明性， 仅仅通信技术原理
扩展频谱：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。
扩展频谱：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。
第1章 扩频通信技术原理
以移动通信系统为例： 1）第一代蜂窝移动通信系统采用话音调频(FM)； 接收机输 入端要求(C/N)≥18 dB； 2）第二代数字蜂窝移动通信系统的GSM系统采用TDMA、 GMSK数字话音调制， 接收机输入端信干比要求(S/I)≥9 dB 3）采用扩频技术的CDMA系统接收机输入端在Eb/n0取4.5 dB时， 相当于载干比(C/I)=－15 dB。
众所周知， 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。
在常规通信系统中， 为了提高频率利用率。但扩频通 信的信号带宽与信息带宽之比则高达100～1000， 属于宽带 通信， 为什么要用频带这么宽的信号来传输信息呢？ 这样 岂不是太浪费宝贵的频率资源吗？
第1章 扩频通信技术原理 （2） 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
第1章 扩频通信技术原理
1.2 扩频通信的基本概念和理论基础
1.2.1 扩频通信的含义
扩频通信第二版答案暴宇
扩频通信第二版答案暴宇今天的答案是暴宇，来了解一下扩频通信的基础知识，在扩频通信中，对于系统而言，什么才是真正的网络拓扑？下面是答案解析：对于扩频通信来说，数据传输速度最重要的参数就是速率。
速率越高数据传输速度越快。
首先我们来了解一下数据传输速度中最重要的四个参数:1.速率与接口类型;2.接口类型与用户端配置;3.连接设备类型和数量;4.传输链路的性能特性。
一般情况下，这些参数会对整个系统有着直接影响。
一般来说，带宽越大速度也就越快。
所以在扩频通信中采用何种类型的数据传输技术可以更好地发挥扩频通信的作用呢？下面就让我们来了解一下吧！1、扩频数据最简单的数据传输方式是在发送端和接收端同时传输一定数量的数据，并可以多次发送。
比如，将两个 A和 B分别发送给 A和 B,可以得到一个 C值，就称为扩频数据。
在无线通信技术中，一个 A的值代表一个接收端。
所以 B的值就是 A发送数据的有效值，也就是我们常说的速率值。
在无线通信中常用的扩频数据为：中继扩频数据(CW)、数据包扩频数据(BW)、数据(BFW)。
因为中继之间传输过来的数据并不是一定要在一定范围内发送方会接收到的数据，因此只要满足接收到数据后需要发送到扩频接收机中传输的需求就可以了。
这里所谓的中继是指与发送方（用户）发生一定关系之后才与接收机（客户端）建立起联系的中继类型的称为“中继器”（中继器）而不是中继器外网中被称为“外网”的。
“外网”即终端（中继设备）能够对终端（包括接收机）发送信息并通过中继器接收信息并能够被接收的无线接入网络。
中继器就是将这种电信号传送给终端（外网）并通过中继器向主机发送相关短信信息（如短信收发地址）的通信终端。
在无线通信中采用多中继器形式主要是由于中继器中有多个信号转换器（每个中继器对信号进行处理后再传送给下一个接收方）同时也是扩频通信信号传输的一种主要形式。
2、网络拓扑结构特点与应用扩频通信系统由链路、交换机、终端设备三部分组成。
(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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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t t 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。
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：(1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；(2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。
以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。
扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。
这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依据。
扩频通信的基本理论根据是信息理论中香农(C ·E ·Shannon)的信道容量公式⎪⎭⎫ ⎝⎛+=N S B C 1log 2 (1-2)式中： C ——信道容量，b/s ；B ——信道带宽，Hz ； S ——信号功率，W ； N ——噪声功率，W 。
香农公式表明了一个信道无差错地传输信息的能力同存在于信道中的信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，即要求的信息速率，对(1-2)式进行变换⎪⎭⎫ ⎝⎛+=N S B C 1ln 44.1 (1-3) 对于干扰环境中的典型情况，当1<<NS时，用幂级数展开(1-3)式，并略去高次项得NSB C 44.1= (1-4) 或SNC B 7.0= (1-5)由式(1-4)和(1-5)可看出，对于任意给定的噪声信号功率比S N /，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 。
或者说在信道中当传输系统的信号噪声功率比N S /下降时，可以用增加系统传输带宽B 的办法来保持信道容量C 不变。
或者说对于任意给定的信号噪声功率比N S /，可以用增大系统的传输带宽来获得较低的信息差错率。
若100/=S N (20dB)，kb/s 3=C ，则当kHz 21031007.0=⨯⨯=B 时，就可以正常的传送信息，进行可靠的通信了。
这就说明了增加信道带宽B ，可以在低的信噪比的情况下，信道仍可在相同的容量下传送信息。
甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽也能保持可靠的通信。
如系统工作在干扰噪声比信号大100倍的信道上，信息速率R ＝C ＝3kb/s ，则信息必须在kHz 210=B 带宽下传输，才能保证可靠的通信。
扩频通信系统正是利用这一原理，用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号带宽的手段，来达到提高系统抗干扰能力的目的。
扩频通信系统的带宽比常规通信系统的带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相同信息传输速率和相同信号功率的条件下，具有较强的抗干扰的能力。
香农在其文章中指出，在高斯噪声的干扰情况下，在受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噪声统计特性的信号。
这是因为高斯白噪声信号具有理想的自相关特性，其功率谱密度函数为2)(0Nf S = -∞< f <∞ (1-6)对应的自相关函数为⎰∞∞-==)(2d )()(0π2τδNf e f S τR f τj (1-7)其中：为时延，)(τδ定义为⎩⎨⎧≠=∞=000)(τττδ (1-8) 白噪声的自相关函数具有)(τδ函数的特点，说明它具有尖锐的自相关特性。
但是对于白噪声信号的产生、加工和复制，迄今为止仍存在着许多技术问题和困难。
然而人们已经找到了一些易于产生又便于加工和控制的伪噪声码序列，它们的统计特性近似于或逼近于高斯白噪声的统计特性。
伪噪声序列的理论在本书以后的章节中要专门讲述，这里仅简略引用其统计特性，借以说明扩频通信系统的实质。
通常伪噪声序列是一周期序列。
假设某种伪噪声序列的周期(长度)为N ，且码元i c 都是二元域{}1,1-上的元素。
一个周期（或称长度）为N ，码元为i c 的伪噪声二元序列{}i c 的归一化自相关函是一周期为N 的周期函数，可以表示为∑∞-∞=-*=k c kN R R )()()(τδττ (1-9)其中)(τc R 为伪噪声二元序列{}i c 一个周期内的表示式⎪⎩⎪⎨⎧≠-===∑=+01011)(1τNτcc NτR Ni i i c τ(1-10)式中0=τ，1，2，3，…N 。
当伪噪声序列周期(长度)N 取足够长或N →∞时，式(1-10)可简化为⎪⎩⎪⎨⎧≠≈-==00101)(τNττR c (1-11)比较式(1-7)和式(1-11)，看出它们比较接近，当序列周期(长度)足够长时，式(1-11)就逼近式(1-7)。
（式(1-10)是自相关函数归一化的形式，乘周期N 后就是一般表达式，在一般表达式中N R =)0(）。
所以伪噪声序列具有和白噪声相类似的统计特性，也就是说它很接近于高斯信道要求的最佳信号形式。
因此用伪噪声码扩展待传输信息信号频谱的扩频通信系统，优于常规通信系统。
哈尔凯维奇(А·А·Харкевич)早在上世纪50年代，就已从理论上证明：要克服多径衰落干扰的影响，信道中传输的最佳信号形式应该是具有白噪声统计特性的信号形式。
采用伪噪声码的扩频函数很接近白噪声的统计特性，因而扩频通信系统又具有抗多径干扰的能力。
下面我们以直接序列扩频通信系统为例，来研究扩频通信系统的基本原理。
图1-1给出了直接序列扩频通信系统的简化原理方框图。
由信源产生的信息流{}n a 通过编码器变换为二进制数字信号)(t d 。
二进制数字信号中所包含的两个符号的先验概率相同，均为2/1，且两个符号相互独立，其波形图如图1-2(a)所示，二进制数字信号)(t d 与一个高速率的二进制伪噪声码)(t c 的波形（如图1-2(b)所示，伪噪声码作为系统的扩频码序列）相乘，得到如图1-2(c)所示的复合信号)()(t c t d ，这就扩展了传输信号的带宽。
一般伪噪声码的速率c c T R /1=是Mb/s 的量级，有的甚至达到几百Mb/s 。
而待传输的信息流{}n a 经编码器编码后的二进制数字信号的码速率b b T R /1=较低，如数字话音信号一般为16 kb/s ~32kb/s ，这就扩展了传输信号的带宽。
(b)(a)图1-1 扩展频谱通信系统模型(a) 发射系统；(b) 接收系统频谱扩展后的复合信号)()(t c t d 对载波)π2cos(0t f （0f 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)(t s 表示，其示意图如图1-2(d)所示。
扩频信号)(t s 的带宽取决于伪噪声码)(t c 的码速率c R 。
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c R R 2RF =，而几乎与数字信号)(t d 的码速率无关。
以上对待传输信号)(t d 的处理过程就是对信号)(t d 的频谱进行扩展的过程。
经过上述过程的处理，达到了对)(t d 扩展频谱的目的。
图1-2 理想扩展频谱系统波形示意图(a) d (t )+1-1(e) d’(t )+1-1(d) s (t )(b) c (t )+1-1(c) d (t )c (t )-1A -A在接收端用一个和发射端同步的参考伪噪声码)ˆ(dr T t c -*所调制的本地参考振荡信号]ˆ)ˆ(π2cos[2IFϕ+++t ff f d（IFf 为中频频率），与接收到的)(t s 进行相关处理。
相关处理是将两个信号相乘，然后求其数学期望（均值），或求两个信号瞬时值相乘的积分。
当两个信号完全相同时（或相关性很好），得到最大的相关峰值，经数据检测器恢复出发射端的信号)(t d '。
若信道中存在着干扰，这些干扰包括窄带干扰、人为瞄准式干扰、单频干扰、多径干扰和码分多址干扰等等，它们和有用信号)(1t s 同时进入接收机，如图1-3(a)所示。
图1-3中，c R 为伪噪声码速率，0f 为载波频率，IF f 为中频频率。
图1-3 扩频接收机中各点信号的频谱示意图(a) 接收机输入；(b) 混频器输出；(c) 中频滤波器输出由于窄带噪声和多径干扰与本地参考扩频信号不相关，所以在进行相关处理时被削弱，实际上干扰信号和本地参考扩频信号相关处理后，其频带被扩展，也就是干扰信号的能量被扩展到整个传输频带之内，降低了干扰信号的电平(单位频率内的能量或功率)，如图1-3(b)所示。