扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)

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直接扩频通信理论基础

直接扩频通信理论基础

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智能工业:通过直接扩频通信技术 实现工业设备的远程监控和维护, 提高工业生产效率和设备可靠性。
军事通信:抗干扰能力强,适用于 复杂环境
物联网:适用于低功耗、低速率的 通信场景,如智能家居、智能农业 等
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卫星通信:扩频码可实现码分多址, 提高频谱利用率
智能交通:用于车辆识别、交通信 号控制等,提高交通效率与安全性
保密性好:扩频通信可以将信号隐藏在噪声中,使得信号不易被窃取。
抗截获能力强:由于扩频通信的信号是随机变化的,因此很难被截获。
PART TWO
扩频通信是一种利用信息扩展频带传输的通信方式 理论依据:香农定理,即信息传输速率等于频带宽度与信噪比的比值
扩频通信通过扩展信号的频带宽度,降低信号功率谱密度,提高抗干扰能力和信噪比
物联网:物联网设备数量众多,扩频通信具有低功耗、低成本和抗干扰能力强等特点,适用于物联网领域。
扩频通信技术可以提高卫星通信的抗干扰能力和保密性 扩频通信技术可以扩展卫星通信的频带,提高通信容量和传输速率 扩频通信技术可以降低卫星通信的发射功率,减小干扰和噪声的影响 扩频通信技术可以应用于卫星导航、定位和遥感等领域的信号传输和处理
特点:具有较强 的抗干扰能力和 较高的保密性, 广泛应用于军事、 卫星通信等领域。
优势:扩频通信 具有抗干扰能力 强、抗多径干扰 能力强、抗截获 能力强等优点。
原理概述:直接序列扩频通信利用高速伪随机序列将信息扩展频谱,实现抗干扰和保 密通信。 信号特点:信号具有低功率谱密度和抗干扰能力强,能够实现远距离传输和隐蔽通信。
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精编扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)资料

精编扩频通信的基本原理(直接序列扩频、跳频等)资料

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。

无线扩频通信技术

无线扩频通信技术

扰信号来说基本上不可能捕捉到传输信号,对于固定频率干扰也可以跳变一个频点避开。 当本方截获到地方的跳频序列后,迅速以同样的跳频序列施放干扰,由于跳频序列相同,预先设定的跳频序列就无法实现正常通信,这时只有通 过转换跳频序列才能恢复通信,但是又会被从新跟踪并干扰。 由于跳频通信本身也是属于宽带传输,按照仙农定理,它也可以实现低信噪比传输,即信号可以淹没在噪声里传输。 目前,跳频系统的同步时间基本在几百毫秒的水平,今后也必将越来越短。 现代通信的新领域,数字蜂窝移动通信,专用网络通信,室内无线通信,CDMA移动通信,无线局域网,无线广域网,“蓝牙”(短距离高速、 互通式信息传输)传输技术都是基于扩频通信体制的通信方式。 由于技术原因限制,还不能实现真正的话音点对多点业务,基本上都是依赖系统的叠加来实现。 其中无线调制解调器能够提供透明的数据通道,根据需要配置终端设备,可以支持多种数据业务,如,话音、数据、网络、图象等。 由于扩频通信技术有很多优点可以克服这些问题,并且可以提供更高的保密技术,因此,从80年代末, 联邦通信委员会(FCC)规划了ISM波段 并批准扩频通信使用该频段来,扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。 系统兼容性
兼容性是指,跳频通信系统可以与一个不跳频的定频再带通信系统在莫个固定频点上进行通信。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾,互相制约又互相促进发展。 因此,现代的网络技术为话音、数据、图象的综合业务提供了良好的平台。 它们都提供了高速的无线网络连接,可以广泛的应用于点对点或点对多点无线局域网、无线广域网连接或宽带无线接入。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾,互相制约又互相促进发展。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾,互相制约又互相促进发展。 跳频扩频通信技术-优点 由于无线扩频通信技术具有十分显著的优越性,极大的推动了该技术及其产品在军用、民用领域的发展和应用。 IP图象传输系统也由于传输效果比较好,设备简单,使用方便,已经得到了广泛的应用。 目前,应用了扩频通信技术的通用产品主要有两类,一是专门数据传输的扩频无线调制解调器,二是专门提供无线网络连接的无线网桥、无线网 卡、无线路由器。 由于技术原因限制,还不能实现真正的话音点对多点业务,基本上都是依赖系统的叠加来实现。 在此基础上,借助无线网络技术构建移动网络平台,便可以实现一种新的移动话音、数据、图象传输系统。 抗干扰能力强

直扩与跳频比较

直扩与跳频比较

1.问题提出:直接序列扩频与跳频特性比较2.相关资料查询:直接序列扩频系统:直接序列扩频系统(DS)又称为伪噪声系统(PN),是将要发送的信息用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去,在接收端,用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理,恢复出原来的信号。

图2 -1 直接序列扩频原理图跳频:跳频系统(FH)的载频受一伪随机码的控制,不断地、随机地跳变,可看成载频按照一定规律变化的多频频移键控。

图2-2 跳频原理图3.特性比较:扩频方式优点缺点DS 1.通信隐蔽性好2.信号易产生,易实现数字加密3.抗多径干扰1.同步要求严格2.“远-近”特性不好FH 1.频谱利用率高2.有良好的“远-近”特性3.快跳可避免瞄准干扰1.信号隐蔽性差2.快跳频率合成器难做4.详细分析:直接序列扩频与跳频是通信中用得最多的扩频方式,由于这两种系统抗干扰机理不同,它们有各自不同的长处与不足,现就两种系统进行详细的分析:直接序列扩频的优点:1.通信隐蔽性好:由于信号经过扩频调制后频谱被大大扩展,使信号的功率谱密度大大降低,接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低,即信号完全淹没在噪声中,这样对其他同频段电台的接收不会形成干扰,信号也就不容易被发现,进一步检测出信号就更难,所以有非常高的隐蔽性。

2.信号易产生,易实现数字加密:直接序列扩频是对PN码的处理,PN码是一种周期码,可以预先确定并可重复地产生和复制,具有类似白噪声随机特性的二进制码序列,PN码序列中0,1出现的概率各为1\2,且在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环,具有一定的规律性,所以实现起来比较容易。

3.抗多径干扰:直接序列扩频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,甚至还可以用这些多径能量来提高系统性能。

直接序列扩频的缺点:1.同步要求严格:由于直接扩频的伪随机码速率比跳频伪随机码速率要高很多,而且码也长得多,因此,直扩对同步精度要求高。

跳频扩频原理

跳频扩频原理

跳频扩频原理跳频扩频技术(FHSS/DS)是一种广泛应用于近几十年来的人工无线通信中的数字信号传输技术。

它通过将信号转化为更宽带的带宽,并采用无线电频率跳跃技术来分散信号,从而达到抵御干扰和窃听攻击的目的。

跳频扩频技术被广泛应用于军事、民用、移动通信、工业自动化等领域,成为许多数字通信系统中最常见的技术之一。

跳频扩频技术有两种基本形式:扩频和跳频,其中扩频是将数据信息转换成一个更宽的频带,通过码序列进行编码分配的方式进行传输,达到了抗干扰和保密的目的。

而跳频技术则是将数据信息按照规定的频率顺序按照一定的规律进行跳变传输,从而使得频率难以被干扰和窃听攻击所感知。

由此可见,跳频扩频技术不仅具有高质量的信号传输能力,而且还具有防干扰和保密性的重要特点。

跳频扩频技术在数字通信系统中的原理,并不复杂,实现起来也相对简单。

跳频扩频技术的基本原理是,通过将数据信号在较短的时间内传输到较大的频带上,将其扩展成一个更宽的频带,在信号发送过程中将其随机和跳跃的变化频率进行传输,以达到正常通信数据传输的目的。

跳频扩频技术的系统中,数据经过多级编码和解码,最终被解码为原始数据信息。

在随机跳频频段的过程中,信号的转换和跳跃也对抗了干扰和窃听攻击。

1.在发送端,数据信号按照一定的规律通过加扰和功率控制经过扩频同步器,将原来窄带的信号转化为宽带信号。

2.在跳频序列生成器中,随机生成一个跳频序列,然后将其与数据信号进行按位异或运算,得到加密的数据信号。

3.通过根据规律时钟定时跳频,将加密后的信号发送出去。

4.当接收方收到加密的信号时,通过解密器进行解密,将加密的数据信号转化为原始数据信号。

跳频扩频技术是一种数字通信系统中重要的信号传输技术,具有高质量、高速率、防干扰和保密性等特点。

通过随机跳跃频率和扩频码的组合,可以实现防窃听、反干扰和无线电频率资源共享的目的。

在军用、民用和通信领域中,跳频扩频技术已成为基本的数字信号传输技术,发挥着越来越重要的作用,将随着科技的发展和技术的进步不断完善和逐步广泛应用。

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

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。

扩频通信原理

扩频通信原理

扩频通信原理扩频通信是一种利用扩频技术进行通信的方式,它通过将信号在较大的频带上进行传输,从而提高了通信系统的容量和抗干扰能力。

在扩频通信中,信号被调制成具有较大带宽的信号,然后再通过扩频码进行调制,最终在信道上传输。

扩频通信技术在军事通信、卫星通信、移动通信等领域有着广泛的应用。

扩频通信的原理主要包括信号调制、扩频码调制、信道传输和解调等几个方面。

首先,信号调制是将要传输的信息信号调制成具有较大带宽的信号,一般采用正交频分复用(OFDM)技术或者直接序列扩频(DSSS)技术。

接着,扩频码调制是将调制后的信号再通过扩频码进行调制,这个扩频码是一种伪随机序列,可以将信号的频谱扩展到较大的频带上。

然后,调制后的信号通过信道进行传输,这个信道可能会受到多径效应、多普勒频移等影响,因此需要采用合适的信道编解码技术来提高通信质量。

最后,接收端需要对传输过来的信号进行解调和解扩频,最终还原出原始的信息信号。

扩频通信的优点在于它具有较强的抗干扰能力和隐蔽性,因为扩频信号在频域上具有较大的带宽,使得它对窄带干扰信号具有很好的抑制作用。

此外,扩频码是一种伪随机序列,使得只有知道正确的扩频码才能够解扩频,因此具有较强的隐蔽性。

另外,扩频通信还可以实现多用户的同时通信,因为不同用户可以使用不同的扩频码来进行通信,从而提高了通信系统的容量。

然而,扩频通信也存在一些缺点,首先是它需要较大的带宽资源,这在一些频谱资源紧张的情况下会显得不太合适。

其次,扩频通信的系统复杂度较高,需要采用较复杂的调制解调器和编解码器,从而增加了系统的成本。

此外,由于扩频信号的带宽较大,使得其在功率和能耗上也会有所增加。

总的来说,扩频通信作为一种重要的通信技术,在现代通信系统中有着广泛的应用。

它通过利用扩频技术,提高了通信系统的容量和抗干扰能力,具有很好的隐蔽性和多用户接入能力。

随着通信技术的不断发展,相信扩频通信在未来会有更广阔的应用前景。

扩频通信的基本原理

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。

扩频通信的原理_工作方式_特点和应用

扩频通信的原理_工作方式_特点和应用

扩频通信的原理、工作方式、特点和应用白 木,周 洁(中国人民解放军76140部队,广西桂林541001)摘要:阐述了扩频通信的工作原理、特点和主要工作方式,包括直接序列扩频系统(DS 2SS )、跳频扩频系统(FH 2SS )、跳时扩频系统(TH 2SS )、脉冲线性扩频系统(Chirp 2SS )等,并对直扩与跳频两种通用工作方式作了比较。

最后介绍了扩频技术的广泛应用。

关键词:扩频通信;原理;特点;工作方式;应用中图分类号:TN914142 文献标识码:A 文章编号:1005-7641(2002)04-0036-04收稿日期:2002-01-22作者简介:白木(1968-),男,湖南长沙人,高级工程师,从事军事通信研究工作; 周洁(1971-),女,四川成都人,高级程序员,在通信部门工作。

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。

扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication )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。

1 扩频通信的工作原理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。

可见,一般的扩频通信系统都要进行3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,多了扩频调制和解扩部分。

扩频通信应具备如下特征:(1)数字传输方式;(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽;(3)带宽的展宽,是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的;(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩),求解出被传信息的数据。

扩频通信技术原理及其应用

扩频通信技术原理及其应用

2 频 扩 频 和 跳 时 扩 频 。 J 1 直 接 序 列扩 频 ( S S c S q e c S a ) D S .Di t e u n e pe d r e r
率 ,~ 个 是 控 制 时 间 ,即 跳 时 扩 频 是 用 扩 频 码 片 启 闭键
扩 频 通 信 技 术 是 上 世 纪 4 年 代 发 展 起 来 的 一 种 通 信 率 甚 至 淹 没 在 噪 声 之 下 也 是 可 能 的 。扩 频 通 信 就 是 用 宽 O 技 术 .起 初 主 要 是 用 来 为 战争 环 境 下 的 军 队提 供 安 全 可 带 传 输 技 术 换 取 信 噪 比 降 低 来 实 现 可 靠 性 传 输 的 ,这 就 靠 的 通信 服 务 其 独 特 的信 号 传 输 原 理 从 根 本 上 克 服 了 是 扩 频 通 信 的基 本 思 想 。 可 以采 用 频 谱 宽 度 与 功 率 谱 密 所 传统 通信体制易受干扰 的致 命缺陷 所 以一直 以来都是 度 的 关 系示 意 图来 理 解 扩频 通 信 ,如 图1 示 。


可 以从 两 种 途 径 实现 . 即加 大信 道带 宽 w或 提 高 信 哚
捌牢| ’ 频率r f1 传 输 过 程 中 ,受 到 c狂 ()解 例 后 ,噪 声 的 功 率 谶 密 度 d 噤 声 于扰 的情 况 降 , 信 息 的 功 率 辩 密 度 kY’ t, 原 嫣 信 息被 恢 复
地 位 .就 更 加 值 得 我 们 去 深 入 研 究 和 探 讨 , 以便 在 原 有 基础 上 寻 求 更 大 的突 破 。
f) 始 信 息 a原
频率f 颧 带f ()调 制 后 ,频 率 扩 媵 , b
信 息的功率 游密度 降 r

无线扩频通信技术

无线扩频通信技术

的是直 接序 列扩 频和跳 频 。
信 系统 采 用 CDMA方式 ,理 论 上可 以使 通信 容 量 比
3.1 直接序 列扩 频技 术
目前 的蜂 窝式通 信 容量提 高 2O倍 。
直 接 序列扩 频 ,就是 用 高码 率 的扩 频码 序列 在 发 3.2 跳 频扩 频通 信技 术
端直 接去 扩展 信号 的频 谱 ,在 收端 直接使 用 相 同 的扩
直序 扩频 系统 的解 扩 采用 相关 解 扩 ,这是 它 与常 率 跳 变 的序列 就是 PN码 。在 PN码 的控 制下 ,收 发双
规 无线通 信解 调方 式 的根 本 不 同。在 接 收端 ,接 收信 方按 照设 定 的序列 在不 同 的频点 上进 行通 信 。由于 系
号 经过 放大 混频 后 ,经过 与 发射 端相 同且 同步 的 PN 统 的工 作 频率 在不 停 地跳 变 ,在每 个频 率 点上 停 留 的
通信技术与应用
维普资讯
有 线 电视技 术
i - 娥 颇 信 。 _ 。
孟 宪艳 天津市电子仪表实验所
摘 要 :本 文 主 要 介 绍 扩频 通 信 的基 本 原 理 、特 点 、分 类 及 应 用 。 关键 词 :直接 序 列 扩频 跳 频 跳 时 宽 带 线 性调 频
(扩 频 序 列 :Spread Sequence)调 制 ,实 现 频 谱 扩 展 后 这 就是 扩频 通信 的基 本思 想 和理论依 据 。
再 传输 ;接 收端则 采 用相 同 的编码 进行 解 调及 相关 处
扩 频通 信 与一 般 的无线 电通信 系统 相 比,主要 是
理 ,恢复 原始 信息 数据 。
在发射 端增 加 了扩 频 调制 ,而 在接 收端 增加 了扩 频 解

直接序列扩频通信(DSSS)

直接序列扩频通信(DSSS)

直接序列扩频通信(DSSS)⼀、接序列扩频通信原理直接序列扩频通信开始出现于第⼆次世界⼤战,是美军重要的⽆线保密通信技术。

现在直扩技术被⼴泛应⽤于包括计算机⽆线⽹等许多领域。

直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)系统是将要发送的信息⽤伪随机码(PN码)扩展到⼀个很宽的频带上去,在接收端,⽤与发端扩展⽤的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进⾏相关处理,恢复出发送的信息。

它直接利⽤具有⾼码率的扩频码系列采⽤各种调制⽅式在发端扩展信号的频谱,⽤相同的扩频码序在收端去进⾏解码,把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。

它是⼀种数字调制⽅法,具体说,就是将信源与⼀定的PN码(伪噪声码)进⾏摸⼆加。

例如说在发射端将"1"⽤11000100110,⽽将"0"⽤00110010110去代替,这个过程就实现了扩频,⽽在接收机处只要把收到的序列是11000100110就恢复成"1"是00110010110就恢复成"0",这就是解扩。

这样信源速率就被提⾼了11倍,同时也使处理增益达到10dB以上,从⽽有效地提⾼了整机倍噪⽐。

直扩系统射频带宽很宽。

⼩部分频谱衰落不会使信号频谱严重衰落。

多径⼲扰是由于电波传播过程中遇到各种反射体(⾼⼭,建筑物)引起,使接受端接受信号产⽣失真,导致码间串扰,引起噪⾳增加。

⽽直扩系统可以利⽤这些⼲扰能量提⾼系统的性能。

直扩系统除了⼀般通信系统所要求的同步以外,还必须完成伪随机码的同步,以便接受机⽤此同步后的伪随机码去对接受信号进⾏相关解扩。

直扩系统随着伪随机码字的加长,要求的同步精度也就⾼,因⽽同步时间就长。

直扩和跳频系统都有很强的保密性能。

对于直扩系统⽽⾔,射频带宽很宽,谱密度很低,甚⾄淹没在噪⾳中,就很难检查到信号的存在。

由于直扩信号的频谱密度很低,直扩系统对其它系统的影响就很⼩。

扩频通信原理

扩频通信原理

例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB.要求误码率小于l0-5的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out <10 dB,系统损耗Ls=3dB,则干扰容限Mj =35 - (10 +3) = 22dB
这说明,该系统能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,也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于-22dB的环境下正常工作。
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
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。
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。
如上述例子(第二讲),
当Gp = 35dB时,抗干扰容限Mj = 22dB,即在负信噪声比(-22dB)条件下,可以将信号从噪声的湮灭中提取出来。

扩频技术与应用

扩频技术与应用

扩频技术与应用随着现代科技的不断发展,人们对于通讯技术的需求越来越高。

扩频技术因其高速率、强鲁棒性、低发射功率以及密度伪随机序列等优点,被广泛应用于数据传输、卫星通讯、无线通讯等领域。

本文将系统地介绍扩频技术的定义、分类、原理和应用等相关知识。

一、扩频技术的定义扩频技术是指在传递数据时,将低频率信号(称为基带信号)通过编码技术扩大频带宽度,从而提高传输速率和降低误码率的一种通信技术。

扩频技术有两种形式,分别是直接序列扩频和频率跳变扩频。

二、扩频技术的分类1.直接序列扩频:直接序列扩频是指在低速码上乘以高速大码,从而扩宽带宽的一种技术。

在发送端,将需要传输的数字信号进行调制并转换为基带信号,再通过伪随机序列生成器产生伪随机码,并将基带信号和伪随机码进行加权叠加,形成扩频信号,最后通过扩频发射机进行调制后发射。

2.频率跳变扩频:频率跳变扩频是指将数字信号转化成一个频带宽度为β 的频率脉冲序列,经过改变脉冲的频率进行扩频通信的一种技术。

其发送端中,以信息信号为变量,计算出跳频序列,然后将信息信号与跳频序列乘积后,将得到的频率跳变信号送入接收端。

三、扩频技术的原理扩频技术的原理可概括为在一定的频带宽度中传输信号,通过增加“无效信息”即扰码,从而减轻外界干扰,提高了信号的抗干扰能力。

直接序列扩频和频率跳变扩频的原理是不同的。

在直接序列扩频中,原始数据通过伪随机序列编码,将码元传送到接收端。

接收端通过同样的伪随机序列将码元进行解码恢复原始数据。

在频率跳变扩频中,原始数据按照一定的顺序进行跳频,接收端同样按照该顺序进行跳频对应解码。

四、扩频技术的应用1.军事领域:扩频技术被广泛应用于军事通信领域。

因为其强大的抗干扰能力以及低发射功率,可以保障信息传递的机密性和安全性。

2.民用领域:扩频技术在民用领域中也有着广泛的应用。

例如GPS就是一种典型的扩频技术,通过多颗卫星向地球接收站发射扩频GPS信号,实现全球精确定位。

(完整版)扩频通信的基本原理

(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。

扩频通信技术简介

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

直接扩频通信理论基础

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。

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NS B C 44.1= (1-4) 或SN C 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)(0N f S = -∞< f <∞ (1-6) 对应的自相关函数为 ⎰∞∞-==)(2d )()(0π2τδN f e f S τR f τj (1-7) 其中:τ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 N τR N i 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 和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。

)(t s )(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 =,而几乎和数字信号)(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。

在接收端用一个和发射端同步的参考伪噪声码)ˆ(d r T t c -所调制的本地参考振荡信号]ˆ)ˆ(π2cos[2IF 0ϕ+++t ff f d (IF f 为中频频率),和接收到的)(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)(t绝大部分的干扰信号和噪声的能量(功率)被中频滤波器滤除,这样就大大地改善了系统的输出信噪比,如图1-3(c)所示。

关于这一特性,将在扩频通信系统的性能分析一章中作进一步分析。

为了对扩频通信系统的这一特性有一初步了解,我们以解扩前后信号功率谱密度示意图来说明这一问题。

(b) (a) (a) d (t ) +1-1 (d) s (t )(b) c (t ) +1-1 (c) d (t )c (t ) -1 A -A (a) (b) (c)假设有用信号的功率为01P P =,码分多址干扰信号的功率02P P =,多径干扰信号的功率03P P =,其他进入接收机的干扰和噪声信号功率0P N =。

再假设所有信号的功率谱是均匀分布在c R B 2RF =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0P 。

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b b R B 2=)。

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。

我们可以定性的看出,解扩前后的信噪比发生了显著的改变。

图1-4 解扩前后信号功率谱密度示意图(a) 解扩前;(b) 解扩后1.2扩频通信系统的分类 扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号,在收信机部分如何解调扩频信号。

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