扩频通信(1)PPT课件
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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。
《数字通信原理》第10章 扩频通信
系数c2为0，表明其对应的寄存器与相加器无连接关系，则编码 器所对应的特征多项式为：
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
《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
扩频通信
对于单频或多频载波信号的干扰、其他伪随 机调制信号的干扰以及脉冲正弦信号的干扰 等，扩频系统都有抑制干扰、提高输出信噪 比的作用。 扩频通信系统抗干扰能力强是扩频通信系统 最突出的优点。
（2）保密性好
由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频 带内的功率就很小，即信号的功率谱密度很低。 所以，应用扩频码序列扩展频谱的直接序列扩频 系统，可在信道噪声和热噪声的背景下，在很低 的信号功率谱密度上进行通信。信号既然被淹没 在噪声里，敌方就很不容易发现有信号存在，而 想进一步检测出信号的参数就更加困难了。这在 军事通信上是十分有用的，即可进行隐蔽通信。
扩频通信系统与普通的数字通信系统相较， 就是多了扩频调制和解扩部分。 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发送端所传的信息。 在扩频通信中，接收端则要用与发送端完全 相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相 关解扩，以恢复所传输的原始信号。
扩频通信系统原理图
扩频通信的基本特征就是扩展频谱，具体做法 是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随 机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩 展，形成宽带的低功率谱密度的信号来通信。 发射端，在天线之前某处链路注入扩频码，这 个过程称为扩频处理，经扩频处理后原数据信 息能量被扩散到一个很宽的频带内； 接收端，相应链路中移去扩频码，恢复数据， 此过程称为解扩。显然，收发两端需要预先知 道扩频码。
扩频通信，是扩展频谱通信的简称。
扩频通信的定义简述为: 扩频通信技术是一种信息传输方式，在 发送端采用扩频码调制，使信号所占的频带 宽度大于所传信息必需的带宽，在接收端采 用同样的扩频码进行解扩以恢复所传原始信 息数据。
扩频码序列：指的是很窄的脉冲码序列
需要说明的是：扩频技术所采用的扩频码序 列与所传信息数据时无关的，也就是说它与 一般的正弦载波信号是类似的，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。
10(1)扩频通信
扩频系统的工作方式
扩频通信系统包括以下几种工作方式：直接序列扩展
频谱（简称直扩DS）、跳变频率扩频（FH）、跳变 时间扩频（TH）、宽带线性调频（Chirp ）。在这4 种工作方式中，最常用的是直扩方式和跳频方式。在 实际应用上，经常把上述扩频方式进行简单的组合， 形成混合式扩频的工作方式，如FH/DS、TH/DS、 FH/TH等，在通信中应用较多的主要是DS、FH和 FH/DS。
通常，通信系统带宽W与基带信号带宽B的比值W/B为1~2
时，称为窄带通信系统；W/B为50以上时，称为宽带通信 系统；而W/B为100以上时，称为扩频通信系统。 扩展频谱技术是一种宽带通信系统，其理论基础是香农信 道容量公式。对于加性白高斯噪声的连续信道，其信道容 量C与信道传输带宽W及信噪比S/N之间的关系可以用以下 方式表示 （10-1-1） 式中，C为信道容量； W为信道宽度； S/N为信噪比。
扩频系统主要特点
扩展信号的频谱，发送端用扩频码序列进行扩频调制，以
及在接收端用相关解调技术，使其具有许多窄带通信难以 替代的优良性能，能在民用后，迅速推广到各种公用和专 用通信网络之中，主要有以下几项特点： （1）易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率 （2）抗干扰Байду номын сангаас强，误码率低 （3）安全保密，干扰性小 （4）易于实现多址通信 （5）适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务 （6）安装简便，易于维护
扩频系统的主要性能指标
2．干扰容限 干扰容限是指在保证扩频通信系统正常工作（保证输出信噪比 不低于某一给定值）的条件下，接收 机输入端能够允许的干扰信号功率高于有用信号功率的分贝数，即为 （10-1-5） 式中， 表示干扰容限； 表示处理增益； 表示系统损耗； 表示接收机输出信噪比。 干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机所能承受的极限干扰强度，它准确地表征了系统的抗干扰 能力，反映了扩频通信系统在干扰环境中正常工作的极限能力。例如，若假定某扩频通信系统的处 理增益为 =33dB，系统损耗为 =3 dB，为确保系统误码率小于所给定的要求值时，接收机输出信噪比 必须保证 ，则该系统的干扰容限 （100倍），即只要加到接收机输入端的干扰信号功率不超过有用 信号功率20dB，该系统就能正常工作了。 2．干扰容限 干扰容限是指在保证扩频通信系统正常工作（保证输出信噪比 不低于某一给定值）的条件下，接收 机输入端能够允许的干扰信号功率高于有用信号功率的分贝数，即为 （10-1-5） 式中， 表示干扰容限； 表示处理增益； 表示系统损耗； 表示接收机输出信噪比。 干扰容限直接反映了扩频通信系统接收机所能承受的极限干扰强度，它准确地表征了系统的抗干扰 能力，反映了扩频通信系统在干扰环境中正常工作的极限能力。例如，若假定某扩频通信系统的处 理增益为 =33dB，系统损耗为 =3 dB，为确保系统误码率小于所给定的要求值时，接收机输出信噪比 必须保证 ，则该系统的干扰容限 （100倍），即只要加到接收机输入端的干扰信号功率不超过有用 信号功率20dB，该系统就能正常工作了。
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
1
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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
2
f
(b )
f (t) E
A ( f0) 2E 5
01
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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
扩频通信
QPSK(正交相移键控)及MSK(最小频移键控) , 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
1.3.4 多址接入
扩频可用于多址接入以实现多用户共享通信 资源的目的。例如码分多址接入(CDMA)技 术，同一时间上的每个用户使用各自唯一的 扩频序列进行通信。此类多址接入技术的另 一个优点是可以采用不同扩频信号的用户提 供通信保密，由于所有扩频序列的不同，未 经授权的用户难以检测到他人通信的内容。
1.5 直接序列扩频抗干扰模型
数 据 信 号 x(t) 数据速率R
扩频信号带宽
Wss Rch
扩频编码
信 号 g(t) 码 片 速 率 Rch
滤波器
(带 宽 R)
扩频编码 信 号 g(t) 码 片 速 率 Rch
图6直接序列扩频系统
发射时信号能量几乎均匀分布在很宽的频带内；
接收端进行相关处理，当两个信号完全相同时（相关 性很好）得到最大的相关峰值；
1
Δt＝ W
脉冲信号
t
不 确 定 度 t
t 脉冲上升时间 1 W
图5时延测量
结论：带宽越大，测距的精度就越高。 在高斯信道中，对单个脉冲的一次性测 量是不可靠的，扩频技术中采用极性不 断变化的长序列编码信号（如2BPSK调 制信号）代替单个脉冲。接收端对接收 序列与本地移位序列进行相关检测，即 可精确测定时延和距离。
1.4 扩频技术的种类
直接序列（DS）系统：用一高速数字编码序 列直接调制发射机载波，由于编码序列的带宽 应远大于原始信号带宽，从而扩展了信号频谱；
第3章IS95CDMA(1)PPT课件
28
➢干扰容限
✓干扰容限Mj=Gp-(Ls+(S/N)0) ✓在保证系统正常工作的条件下（即保证输出端有
一定的信噪比），接收机输入端能承受的干扰信 号比有用信号高出的分贝数 ✓反映了扩频系统接收机允许的极限干扰强度
29
扩频通信系统的特点
– 抗干扰能力强
语音质量。
15
思考： CDMA具有软容量，是不是说容量可以无限 增加？
16
17
CDMA的显著特点
自干扰！！ 用户越多，产生的背 景干扰越大。
18如同广场聚会19来自3.1码分多址技术基本原理
码分多址技术基本原理
– 发端：利用自相关性很强而互相关值为0或很小的周期性码序列
作为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加）进行地址调制后输 出
– 收端：以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对收
到的信号进行相关检测，提取与本地地址码一致的信号
20
CDMA、FDMA、TDMA
概念相类似。 区别：占用了较宽的频带。但是平均到每 个用户，利用率最高！
21
3.1码分多址技术基本原理
例子：设系统有4个用户（即n=4），各用户的地址码分
别为W1={1，1，1，1}、W2={1，-1，1，-1}、W3={1， 1，-1，-1}、W4={1，-1，-1，1}；在某一时刻用户信 息数据分别为d1={1}、d2={-1}、d3={1}、d4={-1}。经过 地址调制后输出信号为S1～S4；接收端用户2解调信号 为J1～J4
✓ 不匹配的输入信号被扩展到本地码的带宽或更宽频带
25
扩频通信技术基本原理
– 扩频通信 原理框图
26
3.1码分多址技术基本原理
– 扩频通信 频谱变换
➢干扰容限
✓干扰容限Mj=Gp-(Ls+(S/N)0) ✓在保证系统正常工作的条件下（即保证输出端有
一定的信噪比），接收机输入端能承受的干扰信 号比有用信号高出的分贝数 ✓反映了扩频系统接收机允许的极限干扰强度
29
扩频通信系统的特点
– 抗干扰能力强
语音质量。
15
思考： CDMA具有软容量，是不是说容量可以无限 增加？
16
17
CDMA的显著特点
自干扰！！ 用户越多，产生的背 景干扰越大。
18如同广场聚会19来自3.1码分多址技术基本原理
码分多址技术基本原理
– 发端：利用自相关性很强而互相关值为0或很小的周期性码序列
作为地址码，与用户信息数据相乘（或模2加）进行地址调制后输 出
– 收端：以本地产生的已知地址码为参考，根据相关性的差异对收
到的信号进行相关检测，提取与本地地址码一致的信号
20
CDMA、FDMA、TDMA
概念相类似。 区别：占用了较宽的频带。但是平均到每 个用户，利用率最高！
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3.1码分多址技术基本原理
例子：设系统有4个用户（即n=4），各用户的地址码分
别为W1={1，1，1，1}、W2={1，-1，1，-1}、W3={1， 1，-1，-1}、W4={1，-1，-1，1}；在某一时刻用户信 息数据分别为d1={1}、d2={-1}、d3={1}、d4={-1}。经过 地址调制后输出信号为S1～S4；接收端用户2解调信号 为J1～J4
✓ 不匹配的输入信号被扩展到本地码的带宽或更宽频带
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扩频通信技术基本原理
– 扩频通信 原理框图
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3.1码分多址技术基本原理
– 扩频通信 频谱变换
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PN码》课件
PN码的随机性和扩频处理能够有效地对抗 宽带噪声的干扰，提高通信系统的抗干扰 能力。
PN码的保密性能
保密性能
PN码具有良好的保密性能，能够有效地保护通信内容不被窃取或被 破译。
加密算法
PN码可以结合加密算法使用，进一步提高通信系统的保密性能。
密钥管理
PN码的密钥管理也是保密性能的重要环节，需要采取有效的密钥管 理措施，确保密钥的安全性和可靠性。
信噪比 PN码的误码性能与信噪比有关， 信噪比越高，误码率越低。因此 ，提高信噪比是提高PN码误码性 能的重要措施。
05
CATALOGUE
PN码的发展趋势和展望
PN码的优化方向
优化PN码的生成算法
为了提高PN码的随机性和保密性，需要不 断优化PN码的生成算法，以提高其抗干扰 和抗截获能力。
改进PN码的调制方式
PN码与认知无线电技术的结合
将PN码应用于认知无线电技术中，可以实现动态频谱分配和频谱 感知，提高频谱利用率和通信可靠性。
PN码与协同通信技术的结合
通过将PN码与协同通信技术相结合，可以实现多节点协同传输和 分布式信号处理，提高通信系统的性能和鲁棒性。
PN码的发展前景
5G通信中的应用
随着5G通信技术的发展，PN码将在其中发挥重要作用， 提高5G通信系统的抗干扰能力、频谱利用率和传输速率。
抗干扰能力。
03
随机性和周期性
虽然PN码是伪随机码，但其具有高度的随机性和周期性。随机性使得
PN码具有良好的抗干扰性能，而周期性则使得PN码可以重复生成，方
便在实际通信中重复使用。
PN码的生成方式
线性反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器是最常用的PN码生成器。通过选择合适的反馈逻辑网络，可以生 成具有不同特性的PN码。线性反馈移位寄存器结构简单、易于实现，且生成的PN码具
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
扩频通信1章
令x = S/(N0B)，代入公式(1-5)式得
N0 B S S S S lim C lim log 2 (1 ) log 2 e 1.44 B B S N0 N0 B N0 N0
（1-7）
公式（1-7）表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B， 信道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B时，噪声功率N 也趋于无穷大。 5
2)
1.3 扩展频谱通信的基本性能参数
1. 扩频处理增益
在一个信息处理系统中，系统的输入信噪比、输出信噪比分别为 (S／N)in，和(S／N)out，由系统的扩频处理增益Gp表示了信噪比 的改善程度，即
GP ( S / N ) out S S 或GP (dB) 10 lg( ) out 10 lg( ) in (dB) ( S / N ) in N N
香农定理给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率， 达到极限速率的通信系统称为理想通信系统。在一定的信道容 量条件下，信号带宽B、信号噪声功率比S／N是可以互换的， 即可通过增加信号带宽B来减小发送信号功率，也可以通过增 加发送功率来减小信号的带宽。那么，信号功率与信号带宽相 对变化的速率如何呢？
（1-9）
由于高斯白噪声的功率谱近似均匀分布，因此也常用扩频前后 带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
B GP F
（1-10）
9
例1-2 一个扩频系统的处理增益为35dB，要求进入基
带解调器的最小输出信噪比 (S／N)out =18dB，则系 统的输入信噪比(S／N)in＝(S／N)out -Gp＝-17 (dB)。
8
S/N (dB)
6
4
2
0
-2 0 4 8 12 16 20 24 28 32
N0 B S S S S lim C lim log 2 (1 ) log 2 e 1.44 B B S N0 N0 B N0 N0
（1-7）
公式（1-7）表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B， 信道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B时，噪声功率N 也趋于无穷大。 5
2)
1.3 扩展频谱通信的基本性能参数
1. 扩频处理增益
在一个信息处理系统中，系统的输入信噪比、输出信噪比分别为 (S／N)in，和(S／N)out，由系统的扩频处理增益Gp表示了信噪比 的改善程度，即
GP ( S / N ) out S S 或GP (dB) 10 lg( ) out 10 lg( ) in (dB) ( S / N ) in N N
香农定理给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率， 达到极限速率的通信系统称为理想通信系统。在一定的信道容 量条件下，信号带宽B、信号噪声功率比S／N是可以互换的， 即可通过增加信号带宽B来减小发送信号功率，也可以通过增 加发送功率来减小信号的带宽。那么，信号功率与信号带宽相 对变化的速率如何呢？
（1-9）
由于高斯白噪声的功率谱近似均匀分布，因此也常用扩频前后 带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
B GP F
（1-10）
9
例1-2 一个扩频系统的处理增益为35dB，要求进入基
带解调器的最小输出信噪比 (S／N)out =18dB，则系 统的输入信噪比(S／N)in＝(S／N)out -Gp＝-17 (dB)。
8
S/N (dB)
6
4
2
0
-2 0 4 8 12 16 20 24 28 32
扩频通信
例：N/S=100(20dB) C=3kb/S 那么 B=0.7*C*（N/S） =0.7*3*100=210KHz
这就说明在噪声比信号功率大100倍的情 况下信息速率=3kb/s的信号在210KHz的信道 上仍然可以保证可靠通信。 扩频通信正好是利用这一原理。用高速 的扩频码来扩展待传输信号带宽的手段，达 到系统抗干扰能力的目的。
输出信号噪声功率比 （S / N） out Gp 输入信号噪声功率比 ( S / N )in
输出信噪比=相关器的输出信噪比 输入信噪比=接收机的输入信噪比
Rc Gp 直接扩频的处理增益： Rb
调频系统的处理增益： 跳时系统的处理增益：
Bss Gp Bb
混合系统的处理增益： Gp=Gp1*Gp2*Gp3
内蒙古大学信息工程学院电子工程系
扩 频 通 信
田日才 编著 清华大学出版社
主讲:范道尔吉
第一章：扩频通信的理论基础
1.1 扩频通信基本概念 1.2 扩频通信系统的分类 1.3 扩频通信系统的模型 1.4 扩频通信系统的处理增益与主要特 点
1.1基本概念
S C B log 2 (1 ) 香农公式 N C------信道容量（比特/秒）
扩频码是什么呢？
扩频码就是伪噪声序列。比如m序列。
香浓指出：在高斯白噪声干扰下，在平均功率 受限的信道上，实现有效和可靠传输的最佳信 号形式是具有白噪声统计特性的信号。因为白 噪声具有理想的自相关特性。
N0 S( f ) 2
f
j 2f
R( ) S ( f )e
s(t ) Ad (t )c(t ) cos( 2f 0t )
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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历史
7、最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的使用。比 如美国的全球定位系统(GPS)设备简单，定位精度高，全 球使用。通信数据转发卫星系统(TDESS),码分多址 (CDMA)卫星通信系统，特别是NASA和军用卫星通信系 统几乎都使用扩频技术，码分多址移动通信系统，这些都 是DS系统。FH系统如多种跳频电台，如SINCGARS（3080Mhz）。跳时-跳频混合型如JTIDS系统（Joint Tactical Information Distribution System)。我国正式 把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在70年代。
2021
第1章 扩频技术概述
历史
1、开始于19世纪20年代雷达的发明，为了提高分辨率， 注重扩频思想。二次世界大战（WWII）中，军队对抗干 扰也有此思想。
真正有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女 演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。 基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国 专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美 国军方的重视。1962年古巴导弹危机时到期。1998年6 月, 她将此专利卖给Wi-频技术概述 2、扩频通信系统 3、扩频系统的伪随机码 4、扩频系统的相关接收 5、扩频系统的同步 6、扩频系统的应用
2021
第1章 扩频技术概述
信息时代的三大高技术通信传输方式：
扩（展）频（谱）通信(Spread Spectrum Communication)
光纤通信 卫星通信
❖ 通信侦察：使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方 的无线通信信号，对信号进行测量、分析、识别、监视 以及测向和定位，以获取信号频率、电平、调制方式等 技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结 构和属性等情报。
❖ 通信干扰：使用通信干扰设备发射专门的干扰信号，破 坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。
2．脉冲干扰、梳状干扰 3．跟踪式干扰、瞄准式干扰 4．转发式干扰 5．宽带阻塞式干扰、压制干扰 6．升空干扰、智能化干扰
2021
通信抗干扰性能
信号隐蔽性
信号鲁棒性
➢ 无线信号的隐蔽性
➢ 用干扰容限
历史
5、很快，美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系 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）。那时设备庞大，是用电子管装的，设备要装几间屋 子，使应用受到限制。在晶体管出现后，特别是集成电路 出现后，才使扩频系统得到广泛使用。
6、第一本有关扩频系统的专著是R.C.Dixon于1976年出 版，是一本IEEE专利，1977年出版。1978年在日本京都 召开国际无线通信咨询委员会公布研究成果。1982年在美 国召开第一次军事通信会议，两次报告在军事中的应用。 1985年美国提出CDMA(码分多址)的概念同年美国联邦通 信委员会(FCC)制定扩频通信的标准和规范，逐步转入民用 的商业化研究。20世纪90年代，美国国家航空和航天管理 局提出CDMA方式的频谱利用率高于FDMA方式，对扩频 通信的研究产生深远影响，其202后1 各公司逐步生产商业产品。
信息战的内容
特点
电子对抗。如：电磁波 的侦测与隐蔽、通信干 扰与抗干扰、雷达干扰 与抗干扰等。
网络对抗。如：计算机 病毒、软件攻击等。
消息对抗。如：加密与 解密、消息的收集与欺 骗等。
▪ 高度的对抗性 ▪ 极端的机密性 ▪ 应用的综合性 ▪ 对实战环境的依赖性 ▪ 采用新技术的超前性
2021
通信对抗的分类
3、理论研究紧跟其上，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。
4、1951年后，美国的ASC(Army Signal Corps---陆 军通信兵)要求进一步研究NOMACS，想把它应用于高频 无线电传通信线路，以对抗敌人的干扰。1952年由 Lincoln Laboratory研制出P9D型NOMACS 系统，并 进行了试验。以后在1953-1955年Lincoln Lab研制出了 F9C型无线电传机系统。 2021
❖ 通信抗干扰：在军事通信设备及系统中采用的通信反侦 察、反干扰措施，是通信对抗的防御手段。本次讲座重 点讨论有关通信抗干扰问题。
2021
通信中遇到的干扰 人为干扰和非人为干扰 军事通信中非敌意的人为干扰:
多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰
等。
军事通信中敌意的人为干扰: 1．单频干扰(固频干扰)、窄带干扰
2021
第1章 扩频技术概述
1913.11.9—2000.1.19 德国人 跳频 钢琴作曲家
2021
第1章 扩频技术概述
历史
2、世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通 信实验室(FTL)于1949年由Derosa和Rogoff完成的，成 功的工作在New Jersey和California之间的通信线路上。
西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室
扩展频谱技术（1）
刘乃安
2021
教材与参考书
教材： 扩展频谱通信及其多址技术 西电 参考书： 扩谱技术 沈允春 国防 扩频通信手册（英文） 人邮 课件网址： http://202.117.112.49/ss
2021
考核方式
研究报告（论文）： 参考题目见课件，也可自拟 要求： 与扩频技术有关 不少于１万字，要能体现自己的工作 论文或研究报告格式（占分数） 不能是学习心得或读书笔记 不能是抄袭或网上下载
8、以后在卫星通信，数据传输，定位，授时系统中都有 使用。今后，在卫星通信，移动通信系统，定位系统等领 域将会得到进一步广泛使用。
SC-CDMA、MC-CDMA，单天线系统，多天线系统。
2021
历史总结
产生与发展基于两方面： •信息战－信息对抗－电子对抗－通信对抗 •提高频带利用率
2021
信息战的内容及特点