扩频分类

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扩频通信系统的分类

扩频通信系统的分类————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ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。

根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。

1 直接序列扩展频谱系统直接序列扩展频谱系统(Ｄｉrec ｔＳｅqu ｅｃe S ｐｒead Ｓｐec ｔｒu ｍ Communica ｔion S ｙｓtem ｓ,D Ｓ－S Ｓ），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。

用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。

直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图１-５。

在直接序列扩频通信系统中,通常对载波进行相移键控（Phase S ｈif ｔＫey ｉng ，PSK ）调制。

为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。

抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。

在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘（或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制,然后由天线发射出去。

在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。

解扩后的信号送到解调器解调,恢复出传送的信息。

图1-5 直接序列扩频通信系统简化图(a ）发射系统；（b) 接收系统2 跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Freque ｃy Ｈｏｐｐing S ｐread Ｓpectru ｍ Com ｍｕni ｃation System ｓ,FH-SS ）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。

它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率,使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。

扩频技术简介

= 系统损耗
� 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”。 � 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。
跳频扩频基本方法
� 使用FHSS要给调频信号分配多个信道,由2k个载波频率形成2k个信道。载频间距对应于输入信号的带宽 � 发送器每次在一个信道上操作，间隔长度固定。IEEE 802.11标准使用的是300ms间隔。 � 在间隔内，系统通过某种编码机制传输几个bit.使用哪些信道由扩频码指定。 � 发送器和接收器使用相同的扩频码即可同步地选用信道。
Example Slow and Fast FHSS
p (t ) = 0.25 A[cos(2π ( f 0 + 0.5(bi + 1)∆f + 2 f i )t )
+ cos( 2π ( f 0 + 0.5(bi + 1)∆f i )t )]
� 用带通滤波器滤除和频，保留差频，得到 sd(t)信号： � commonly use multiple FSK (MFSK) 与MFSK技术一起使用 � have frequency shifted every Tc seconds 每隔TC秒换到一个新的频率上 � duration of signal element is T s seconds 信号元素的持续时间为TS � 慢速调频扩频 Slow FHSS has T c ≥ Ts � 快速调频扩频 Fast FHSS has T c < Ts � FHSS quite resistant to noise or jamming

扩频通信第二章

Δ F之比, 即
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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)
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
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。

扩频通信技术在实际中的应用

扩频通信技术在实际中的应用摘要：通过介绍扩频通信技术的概念及原理来研究它是如何在实际中应用的。

关键词: 扩频分类应用正文：一、扩频技术是近年发展非常迅速的一种技术，它不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等。

扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)川简称“扩频通信”。

是将发送的信息展宽到一个很宽的频带上，这一频带比要发送的信息带宽宽的多，在接收端通过相关接收，从而将信号恢复到信息带宽。

扩频通信按其工作方式的不同，可分为直接序列扩频(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)，以及它们的组合方式，如：FH／DS，TH／DS，FH／TH等。

不同的扩频技术，其抗干扰机理和对不同扰的抵抗能力是不同的。

直接序列扩频技术通过相关处理，降低进入解调器的信号功率来达到抗干扰目的；跳频系统依靠载频的随机跳变，以躲避方式对抗通信中的干扰。

直接序列扩频技术是目前应用较为广泛。

三、低轨卫星通信信道模型低轨口星通信信道是一种无线衰落时变信道。

其中，径衰落、阴影衰落及多普勒频移是影响低轨卫星信道的主要因素。

将低轨卫星通信的传播环境分为城市环境、开阔地带环境、农村及郊区环境三种，分别用瑞利信道、莱斯信道和C．I舶信道模璎来近似n-lo]。

2．1城市环境在此情况下，视线分冒可以认为是完全被建筑物阻挡吸收，直射分量：(f)为零，接收的信号为各条路径的散射分量之和，此时只存在多径衰落。

各途径传播的散射信号相互独立，而且散射信号的振幅之和是恒定的，合成信号的包络服从瑞利(Rayleigh)分布，其概率密度函数为，式中，r为接收信号的包络，，为平均多径功率，合成信号的相位服从[0，27r)的均匀分布，此时的信道属于瑞利信道。

当采用SystemVue软件建立其仿真模型时，可由JK信道子系统构成，设其多径数目为5，最大多普勒频移为20kHz。

无线网络的扩频技术

扩频技术的优点和分类？
扩频技术是一种重要的通信技术，扩频技术的优点：
（1）对各类噪声如多径失真具有免疫力。

（2）对信号进行加密。

（3）多个用户可以使用同一较高带宽，而不受干扰。

（4）主要分为直接序列扩频和跳频扩频。

智能天线技术：
传统的红外线对环境造成的辐射很大，使用智能天线技术可以有效抑制辐射。

天线分集技术：能够有效抑制多径衰落。

认知无线电（CR）：
关键技术：频谱检测，干扰温度检测，能量检测，频谱管理，功率控制。

微波红外线WMN（无线网状网）Ad Hoc(无线自组织网络)
网络仿真技术
通过数学计算，统计分析的方法，运用计算机软件模拟
OPNET :面向专业研发人员
NS2：面向多种网络
MATLAB：面向数值计算和图形处理的软件
卫星网络的关键技术：星座设计星际链路星上处理切换条件卫星TCP/IP
形状和高度
信道估计：采用空时编码时，接收方需要准确知道信道特性才能有效解码，因此信道估计尤为重要，目前信道估计有两类：一类是训练序列或者导频需要周期性的发送训练序列，另一类是盲方法辨别，分为全盲和半盲。

空时信号处理：从时间和空间上处理信号，主要是空时编码和空间复用。

同步：载波同步符号同步帧同步
分集：采用天线分集技术能够有效抑制多径衰落，MIMO利用空间时间和频率三种分集技术能够有效增减对多径，噪声的容忍。

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。

无线局域网的扩频技术

无线局域网的扩频技术(Spread Spectrum)目前设计无线局域网络时，有多种方式，大致可分为三大类：窄带微波(Narrowband Microwave)、扩频(Spread Spectrum)、及红外线(Infrared)技术，每种技术皆有其优缺点。

这里主要分析扩频技术。

扩频技术扩频技术的无线局域网络产品是依据FCC(Federal Communications Committee；美国联邦通讯委员会)规定的ISM(Industrial Scientific, and Medical)频率范围在902M~928MHz及2.4G~2.484GHz 两个频段，并没有授权的限制。

扩频技术主要又分为「跳频」及「直接序列」两种方式。

而此两种技术是军队所使用的技术，其目的是在恶劣的战争环境中，依然能保持通信信号的稳定性及保密性。

一、跳频技术(FHSS)跳频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum；FHSS)在同步、同时的情况下，接受两端以特定型式的窄带载波来传送讯号，对于一个非特定的接收机，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，也只算是脉冲噪声。

这些讯号必须遵守FCC的要求，使用75个以上的跳频点、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为400ms。

二、直接序列扩频技术(DSSS)直接序列扩频技术(Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS)是将原来的讯号「1」或「0」，利用10个以上的码片来代表「1」或「0」位，使得原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率。

基本上，在DSSS的扩频码率是相当少的，例如在几乎所有2.4GHz的无线局域网络产品所使用的扩频码率皆少于20。

而在IEEE802.11的标准内，其扩频码率大约在100左右。

三、FHSS 与DSSS调制差异无线局域网络在性能和能力上的差异，主要是取决于所采用的是FHSS还是DSSS来实现、以及所采用的调制方式。

扩频技术

3. 跳时 (Time Hopping Spread Spectrum) ，简称跳时(TH-SS)。
跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了很窄的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。简单的跳时抗干扰性不强，很少单独使用。跳时通常都与其他方式结合使用，组成各种混合方式。
扩频通信的主要性能指标
1. 处理增益：各种扩频系统的抗干扰能力大体上
都与扩频系统的处理增益Gp成正比，Gp表示了扩
频系统信噪比改善的程度。即有
B W G p 10 log 10 log Bm Rb
（3）
式中， B为扩频信号带宽， Bm为信息带宽；W 为伪随机码的信息速率，Rb为基带信号的信息速率。
直接序列扩频通信的优点
抗干扰
用伪随机码扩频以后的信号之间的差异
很大，这样任意两个信号不容易混淆，也就
是说相互之间不易发生干扰，不会发生误判。
隐蔽性好，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，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。
基本概念
•
•
确定序列：可以预先确定且能重复实现的序列。
随机序列：既不能预先确定也不能重复实现的序列，性能与噪声性能类似（噪声序列）。伪随机序列：貌似随机序列的确定序列（伪随机码、伪噪声序列、ＰＮ码）伪随机序列作用：误码率的测量、通信加密、数据序列的扰码和解码、扩频通信等。

浅谈扩频通信方式的分类及其优缺点比较

浅谈扩频通信方式的分类及其优缺点比较摘要:本文阐述了扩频通信的基本原理并介绍了扩频通信的几种常用的工作方式,最后对几种扩频方式的优缺点进行了比较。

关键词:扩频通信工作方式比较扩展频谱通信简称“扩频通信”,最早出现在第二次世界大战期间,作为美军使用的无线保密通信技术。

扩频通信技术是一种信息传输方式,采用该方式,传输通信信号所需频带与传输其中的有用信息占用频带相比要宽得多,它具有抗干扰性强、抗多径衰落性好等一系列优点。

1 扩频通信的理论基础[1]扩展频谱通信(Spread Spectrum Communcation,简称扩频通信),是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式,它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。

扩频通信的可行性,可由信息论中的相关公式中引申而来的。

信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为:式中,C为信道容量;B为信号频带宽度;S为信号功率;N为白噪声功率。

由Shannon公式可以看出: 要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。

信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S／N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S／N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。

当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。

2 扩频技术的几种基本工作方式随着通信技术的发展,扩频通信的方式也在不断更新,按照扩展频谱的方式不同,可以将其归结为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、脉冲调频(chirp调制)及混合扩频等。

2.1 直接序列扩频该系统中所用的编码序列通常是伪随机序列或叫伪噪声(PN)码。

要传送的信息经数字化后变成二元数字序列,它和伪随机序列模2相加后成复合码去调制载波。

在直接序列系统中通常对载波进行相移键控调制。

为了节省发射功率和提高发射机工作效率,扩频系统中采用平衡调制器,抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。

扩频技术

对跳频系统的分析，现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。而直扩系统，即DS-CDMA系统，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的成功。而在所有建议的第三代移动通信系统（3G）标准中（除了EDGE）都采用了某种形式的CDMA。因此CDMA技术成为扩频技术中研究最多的对象，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了扩频技术研究的现状。
FH-SS可分为快跳频和慢跳频系统。所谓快跳频是指跳频发生的速率比消息比特率高的跳频系统。
跳时扩频
跳时扩频系统(Time Hopping，简称TH-SS)。跳时是用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间，发射信号的“有”、“无”同伪码序列一样是伪随机的。在这种方式中，将传输时间划分成称为帧的时间段，每个帧的时间段再划分成时隙，如图7所示。在每帧内，一个时隙调制一个信息。帧的所有信息比特累积发送。
研究的次最优多用户检测器主要可分为两大类：线性检测器和反馈检测器。前者包括解相关检测器、最小均方误差序列检测器等；后者则包括多级检测器、判决反馈检测器、顺序干扰撤销和并行干扰撤销检测器等。考虑信道编码的多用户接收机又可以分为非迭代接收机和迭代接收机。这些检测器的实现都需要知道预期用户的扩频码、定时信息以及信道冲击响应，有时还需要知道多用户干扰。这些信息可以通过发送导频序列获得，但使用导频序列就降低了系统的频谱利用效率，因此不使用导频序列的多用户检测方法，又称为盲多用户检测器，也正在得到深入的研究。
跳时扩频技术一般与跳频结合起来使用，可以一起构成一种称为“时频跳变”的系统。
线性调频
在线性调频中，射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化。

扩频通信系统抗干扰分析

扩频通信系统抗干扰分析前言随着社会的不断进步和发展，21世纪已经成为了一个信息技术和生物技术蓬勃发展的世纪。

在如今这个科技含量高的信息时代，通信是必不可少，人类的历史和发展都离不开通信，对于以前来说传递消息可能不是很方便，但是随着电子产品和网络的出现，似乎不存在通信难的问题，当然在通信这一行业或者说这一技术领域所蕴含的知识和技术更是广泛。

为了保证通信的质量和信息传送安全，通信中的抗干扰能力尤为重要，良好的通信系统一定具有很好的抗干扰能力。

干扰和抗干扰一直存在着竞争，他们之间是不可调和的，一个系统的优劣只有通过无数次的调试才能得出结论。

直序扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）是目前使用最广泛、最典型的了两种扩频工作方式。

扩频抗干扰通信作为信息时代三大高技术通信传输方式的一种，它是一种信息传输方式，在信号传输的过程中其信号占有的频带宽度远远大于所传信息所必需的最小带宽，频带的发送展宽是通过编码和调制的方法来实现的，频带的宽度与所传的信息数据无关，在接受数据的接收端则通过采用与发送端相同的方式进行相关解调技术，并恢复出所传送的信息数据，因而提高了系统的抗干扰能力。

随着超大规模集成电路技术和微电子技术等新型高科技技术的进一步发展，扩频技术在军事通信和名用通信中都得到了日益广泛的应用，主要是因为扩频抗干扰通信技术具有抗干扰能力强、隐蔽性好、多址能力强、误码率低、易于实现保密通信以及可以随机接入、任意选址的优点。

1 扩频通信系统的理论基础1.1 扩频通信技术的基本概念通信理论和通信技术主要是围绕着通信系统的有效性和可靠性进行研究，通信系统的有效性和可靠性是评价和衡量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的效率的高低。

因此为了提高系统的有效性我们必须采用最合理、最经济、最简单的方式传输尽可能多的数据和信息。

对于模拟通信系统，是通过多路复用技术来提高系统的有效性，因此，当信道复用的程度越高时系统传输信息的有效性也就越好。

扩频技术概述

由原理框图可以看出，由信源输出的信号是码元持续时间为Ｔ的信息流，伪随机码产生器产生的伪随机码，与信源进行摸２加，产生一速率与伪随机序列速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列调制载波，就得到了扩频调制的射频信号。
在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频后，用与发端同步的伪随机序列对中频的扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息序列的频带，然后再进行借条，恢复出所传输的信息，从而完成信息的传输。
仿真结果使用了一个电荷泵ＰＬＬ模型，和预期结果相比显示了很好的一致性。
参考文献：
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ＸｕｅＴｏｎｇｌｉａｎ
（ＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ２２６０１９，Ｊｉａｎｇｓｕ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓａｌｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｆｉｎｄａｎｏｐｔｉｍａｌｂａｎｄｗｉｄｔｈｆｏｒｌｏｗｎｏｉｓｅｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ（ＰＬＬ）ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｄｉｓｃｒｅｔｅ－ｔｉｍｅｍｏｄｅｌｏｆｃｈａｒｇｅ－ｐｕｍｐＰＬＬｓｂａｓｅｄｏｎｒｉｎｇｏｓｃｉｌｌａｔｏｒＶＣＯｓ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｓｉｎｇａＶｅｒｉｌｏｇＡ－ｌａｎｇｕａｇｅＰＬＬｍｏｄｅｌａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓａｎｄｓｈｏｗｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ．

扩频通信技术概述

直接序列-跳频混合扩频（DS/FH）系统直接序列-跳时混合扩频（DS/TH）系统跳频-跳时混合扩频（FH/TH）系统等
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直接序列-跳频混合扩频（DS/FH）
直接序列-跳频混合扩频系统可以看成是一个载波频率作随机跳变的直接序列扩频系统，通信隐蔽性更好。
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(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。
(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。
保密通信、测距和定位等方面。
30
跳频扩频（frequency hopping spread spectrum, FHSS）
跳频扩频系统方框图
31
跳频扩频示意图
32
慢跳频系统跳频图案
33
快跳频系统跳频图案 34
跳频系统可根据跳频速率分为快速跳频 (FFH)、中速频跳(MFH)和慢速跳频 (SFH)。
14
1976年第一部扩频通信的概述性专著： Spread Spectrum Systems发表。
1978年在日本举行的国际无线通信咨询委员会(CCIR)全会对扩频通信进行专门研究。
15
1982年美国第一次军事通信会议展示了扩频通信在军事通信中的主导作用，报告了扩频通信在军事通信各领域的应用，并开始民用扩频通信的调查。
8
5) 天线零相技术这种技术是将天线方向图的零点对准干扰机, 而将
主瓣对准发信机, 这样, 对接收机而言, 既能接收到有用信号, 又可将干扰信号大大地衰减, 从而达到抗干扰的目的。 6) 分集技术分集技术包括空间分集、频率分集、角度分集、极化分集等。其中扩频通信是其中发展较快应用广泛的一种技术。

扩频技术的特点及其发展趋势

中国无线电管理2000年4月2期扩频技术的特点及其发展趋势郭俊善一、扩频技术的种类和特点简单地说扩频是指传送信息的信号带宽在一定范围内加以扩展,用带宽来换取信噪比的改善,所带来的好处用处理增益来表示,它是指射频带宽和信息速率之比,其公式是:G p=10l g B/R b,扩频性能的好坏主要取决于相关解扩器信噪比的改善程度,处理增盖的高低决定系统的抗干扰能力和通信系统的容量,抗干扰能力的强弱用干扰容限来表示:M j=G p-(S/N)dB-L p(S/N)dB是指解调器末端的最小信噪比,L p 是系统的损耗,Gp是扩频的处理增益。

而衡量扩频设备性能好坏的技术指标是归一化信噪比,其公式为:(E b/N o)dB=G p-(P N/P S)dB(P N/P S)dB越小,其通信设备的技术水平就越高,抗干扰能力就越强。

扩频的种类有:11DS方式(直接序列扩频)比较成熟且应用最广,对于扩频码的选择有m序列、G old码序列、混纯序列等。

21FH方式(跳频扩频方式)它是指发射信号的瞬时,带宽不变,但发射的载波频率受伪随机序列控制,在带宽较信号带宽宽得多的频带内,按一定规律随机跳变。

31跳时方式,它是用跳时码序列来启闭发射机用来减小时分复用(TDM)方式之间的干扰,这种方式需要严格而准确的全网同步,并且获得处理增益较低,一般不用。

41脉冲调频方式(主要用于雷达系统)51各种混合方式(1)DS/FH方式,综合抗干扰能力较强,不易破译,保密性能强,是一种很好的抗干扰技术。

(2)时———频跳变,主要用于选址媒介,而不是专用扩频,一般不用。

(3)跳时———直接序列扩频它是一种TDM加大容量的控制方式。

二、扩频抗干扰技术的特点扩频技术之所以日益兴起,并且发展很快的根本原因是由于它们有以下几个方面的特点。

11由于扩频信号降低了信号的功率谱密度,使信号完全隐蔽在噪声和干扰之中,因而有很强的抗干扰能力。

21在扩频通信中,利用扩频码的多样性复杂性,来提高设备的抗破译,抗截获能力,从而提高系统的保密性。

直接序列扩频

扩展频谱（Spread Spectrum，SS）技术最初是为军用目的而开发出来的，应用于军事导航和通信系统中。

出于提高通信系统抗干扰性能的需要，扩频技术的研究得以广泛开展，使得一些民用领域也从扩频技术的独特性质中受益。

本章将概括性地描述扩频技术的基本概念、理论基础、系统组成及性能；介绍扩频系统的优点与应用。

以此阐明直接序列扩频系统（DS—SS）发射机的设计与实现的重要意义。

1.1 扩频的概念扩展频谱通信系统（Spread Spectrum Communication System）是指待传输信息的频谱用某个特定的扩频函数（Spreading Function）扩展后成为宽频带信号，送入信道中传输，接收端再利用相应手段将其解扩，从而获取传输信息的通信系统。

为此，扩频函数（信号）必须满足以下的特性：扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号；它的带宽远大于欲传输信息（数据）带宽；具有类似于噪声的随机特性等。

由于扩频信号的上述特性，扩频系统具有许多的优点：（1）扩频信号的不可预测性，使得扩频系统具有很高的抗干扰（anti-jam，AJ）能力。

因为干扰者难以通过观测实施干扰，而只能采用发射大功率宽带的干扰信号进行干扰。

（2）扩频信号的功率相当均匀地被分布在很宽的频率范围，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。

因此，扩频系统具有低截获概率性（Low Probability of Intercept，LPI），即信号有很好的隐蔽性。

（3）通过对宽带扩频信号的相关检测，可以使扩频系统具有很高的距离鉴别力，可用于测距。

（4）扩频通信系统具有良好的码分多址（CDMA）能力，对不同的用户使用不同的码，使得旁人无法窃听，因而具有高的保密性，可用于多址通信中。

1.2 扩频技术的应用与分类正因为这种种优点，扩频技术得到了迅速的发展，扩频系统也得到了越来越广泛的应用。

在通信、数据传输、信息保密、定位、测距和多址技术等方面，显示了它极强的生命力。

扩频技术概述

扩频技术概述许多文献和书籍已对扩频通信这一专题进行了论述但是仍有许多工程师仍然对它存在一些疑问实际上如果不通过公式推导一些复杂的概念只是用简单的解释很难被人们接受本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面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直到十九世纪八十年代才引起关注将它用于敌对环境中的无线通信系统解决了短距离数据收发信机如卫星定位系统移动通信系统WLAN 和蓝牙技术等应用的关键问题扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助扩频理论的基础在Shannon 和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用式中C 是信道容量单位为比特每秒bps 它是在理论上可接受的误码率BER 下所允许的最大数据速率B 是要求的信道带宽单位是Hz S/N 是信噪比C 表示通信信道所允许的信息量也表示了所希望得到的性能带宽B 则是付出的代价因为频率是一种有限的资源S/N 表示周围的环境或者物理的特性用于恶劣环境噪声和干扰导致极低的信噪比时从上式可以看出需要提高信号带宽B 来维持或提高通信的性能修改上面的公式得C/B = (1/Ln2)*Ln(1+S/N) = 1.443*Ln(1+S/N)由MacLaurin 级数Ln(1+x) = x – x2/2 + x3/3 – x4/4 + … + (-1)k+1xk/k + …:得C/B = 1.443[S/N – ½ *(S/N)2 + 1/3 *(S/N)3 - …] 在扩频技术应用中信噪比较低假定较大的噪声使信噪比远远小于1S/N<<1则Shannon 表示式近似为C/B ≈ 1.433 * S/N可进一步简化为 C/B ≈ S/N 或 N/S≈ B/C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息我们仅仅需要提高发射的带宽这个原理似乎简单明了但是具体实施非常复杂定义扩频技术在具体实施时由多种方案但思路相同把索引也称为码或序列加入到通信信道插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术术语扩频指将信号带宽扩展几个数量级在信道中加入索引即可实现扩频扩频技术更加精确的定义是扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样扩展带宽与初始信号之比称为处理增益dB典型的扩频处理增益可以从20dB 到60dB 采用扩频技术在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码这个过程称为扩频处理结果将信息扩散到一个更宽的频带内在接收链路中数据恢复之前移去扩频码称为解扩解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息显然在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码C = B . Log 2 (1+S/N)扩频与解扩处理下图对通信链路中信号带宽进行了评估扩频调制作用于通用调制器如BPSK 的前端或直接转换没有接受扩频的代码保持不变没有扩频解扩过程如下图所示解扩通常在解调之前进行在传输过程中加入的信号例如干扰或阻塞将在解扩处理中被扩频与规则的窄带技术相比扩频过程是一种宽带技术例如W-CDMA 和UMTS 属于需要更宽频带相对于这窄带无线电设备的宽带技术由于扩频占用更宽的频带浪费了有限的频率资源然而所占用的频带可以通过多用户共享同一扩大了的频带得到补偿扩频对系统性能的改善抗干扰和抗阻塞性能通过扩频可以获得较高的抗干扰和抗阻塞特性这也正是扩频的优势因为干扰和阻塞信号不带有扩频因子所以被抑制掉解扩处理后只有包含括频因子的所希望的信号出现在接收器内干扰信号可能是窄带的也可能是宽带的如果干扰信号不包括扩频因子解扩后可忽略其影响这种抑制能力同样也作用于其它不具有正确扩频因子的扩频信号正是由于这一点扩频通信允许不同用户共享同一频带比如CDMAData-in BB 处理增益处理增益Data-in BB交叉抑制交叉抑制是通过扩频获得的第二个优势因为没有授权的用户不知道扩展原始信号的扩频因子所以他们无法解码当然如果扩频因子很短则可利用扫描方法破解更加可喜的是扩频通信允许信号低于噪声基底因为扩频处理降低了频谱密度总能量相同但被展宽到整个频域内这样可以将信息隐藏起来这一效果是直序扩频的显著特点衰落多径影响抑制无线信道通常具有多径传播效应从发射端到接收端存在不止一条路径这些路径是由于空气的反射或折射以及从地面或物体如建筑物等的反射产生的反射路径R 对直接路径D 产生干扰被称为衰落现象因为解扩过程与信号D 同步所以即使信号R 包含有相同的扩频因子也同样会被抑制掉可以对反射路径的信号进行解扩并将其均方根值叠加到主信号上扩频技术在CDMA 中的应用值得注意的是扩频不是一种调制方式不应该同其他类型的调制相混淆例如我们能够利用扩频技术发射一个经过FSK 或BPSK 调制的信号从编码基本理论来看扩频也能作为实现多址通信的一种方法至今为止主要有三种方式 FDMA: 频分多址频分多址FDMA 给每个通信信道分配一个特定的载波频率用户数受频谱的频段数限制FDMA 的频带利用率最低典型应用包括无线广播TV AMPS 和TETRAPLOE.扩频数据和干扰数据解扩/干扰扩频噪声基低 User21 User3 UserNTDMA: 时分多址TDMA 中不同用户之间的通信基于被分配的时隙这样在一个载波频率上可以建立不同的通信信道TDMA被应用于GSM DECT TETRA和IS-136CDMA: 码分多址CDMA的空间接入取决于扩频因子或码从某种角度上讲扩频是CDMA的一种方式典型应用包括IS-95DS IS-98蓝牙技术和WLAN实际应用中可以综合利用上述多址方式例如GSM组合了TDMA和FDMA利用不同的载波频率定义了拓扑区域蜂窝cells并在每一个蜂窝内设置时隙扩频和编解码因子扩频的主要特点就是发射机和接收机必须预先知道一个预置的扩频码或因子扩频码必须足够长尽量接近类似于噪声的随机数字序列但是在任何情况下他们必须保持可恢复性否则接收机将不能提取发射信息因此这序列是近似随机的扩频码通常称为伪随机码PRN或伪随机序列通常采用反馈型移位寄存器产生伪随机序列µs) User1 User2User3UserN User1User2User3UserN时隙序列长度扩频技术的不同调制方式根据伪随机码插入通信信道的位置不同可以得到以下几种扩频调制方式如果在数据上直接加入伪随机序列码则可得到直序扩频DSSS 在实际应用中伪随机序列与通信信号相乘产生完全被伪随机码打乱了的数据如果伪随机码作用在载波频率上我们得到跳频扩频FHSS 如果伪随机码作用于本振端FHSS 伪随机码迫使载波按照伪随机序列改变或跳变如果用伪随机序列控制发射信号的开或关则可得到时间跳变的扩频技术THSS 也可以综合上述技术形成混合扩频技术比如象DSSS+FHSS DSSS 和FHSS 是现在最常用的两种技术直序扩频DSSS在这种技术中伪随机码直接加入载波调制器的数据上调制器似乎具有更大的比特率由伪随机序列的码片速率有关用这样一个码序列调制射频载波的结果是产生一个中心在载波频率频谱为((sin x)/x)2的直序调制扩展频谱频谱主瓣零点至零点的带宽是调制码时钟速率的两倍旁瓣带宽等于调制码时钟速率下图是直序扩频信号的典型范例直序扩频频谱形状上发生一些改变与实际采用的载波和数字调制方法有关下面是一个二相移键控信号是直序扩频系统中常用的调制类型FHSS下图是直序扩频信号的频谱分析图注意原始信号未扩频仅占中心主瓣的一半跳频扩频技术FHSS顾名思义FHSS 中载波在一个很宽的频带上按照伪随机码的定义从一个频率跳变到另一个频率跳变速率由原始信息的数据速率决定我们能够识别出快速跳频FFHSS 和慢速跳频LFHSS 后者最通用允许几个连续的数据位调制同一频率另一方面FFHSS 是在每个数字位内多次跳频跳频信号的发射频谱同直序扩频有很大差别跳频输出在整个频带上是平坦的如下图跳频信号的带宽是频率间隙的N 倍N 是每个跳变信道的带宽PRN时跳变扩频技术THSS时跳变扩频技术利用伪随机序列控制PA 的通/断该项技术到目前为止没有大的突破结论构成一个完整的扩频通信链路需要运用各种先进的技术和工艺射频天线大功率高效率的功放低噪声高线性的LNA 高集成度收发信机高分辨率的ADC 和DAC高速低功耗数字信号处理器(DSP)等设计者和制造商之间即相互竞争又精诚合作最终使扩频系统得以实现最难以实现的电路是接收通道特别是对DSSS 的解扩因为接收端必须能够重新恢复原始信息并且做到实时同步码的识别也称为相关运算它是以数字域实现的需要进行快速的大量的二进制加法和乘法运算到目前为止接收机设计中最复杂的问题是同步问题与扩频通信的其它技术相比发展同步技术花费了更多的时间金钱也消耗了更多的人力物力目前能够解决同步问题的方法有许多种大多数方案需要大量的分立元件DSP 与ASIC 的出现为其带来了重大突破DSP 提供高速的数学运算能力在对扩频信号划分后进行分析同步和去相关运算借助于超大规模集成电路技术ASIC 降低了系统成本并通过创建基本模块架构使其适合于多种应用。

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

DSSS(直序扩频)

什么是IEEE802.11:802.11为IEEE（美国电气和电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无线区域网路标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。

802.11的规格说明：A)802.11B)802.11aC)802.11bD)802.11gE)802.11n实现无线局域网的三种关键技术:红外线跳频扩频（FHSS）直接序列扩频（DSSS）扩展频谱技术:什么是扩展频谱技术？所谓的扩展频谱技术是指发送的信息带宽的一种技术。

是指发送的信息被展宽到一个比信息带宽宽得多的频带上去，接收端通过相关接收将其恢复到原信息带宽的一种通信手段。

扩展频谱技术的分类：DSSS（直序扩频）FHSS（跳频扩频）扩展频谱技术特点：很强的抗干扰能力可进行多址通信安全保密抗多径干扰IEEE802.11支持DSSS、FHSS两种扩频方式，规定其工作频段为2.4GHz ISM频段跳频扩频（FHSS）:跳频扩频（FHSS）技术是通过“伪随机码”的调制，信息的载波受一伪随机序列的控制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变，这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的“伪随机码”，就可以达到同步，排除了噪音和其它干扰信号。

虽然在某一时刻频谱是窄带的，但在整个时间内，跳频系统在整个频带内跳变是宽带的，从而达到了扩频的目的。

FHSS局域网支持1Mb/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经调解后，可获得发送端送来的信息。

直接序列扩频（DSSS）:直序扩展频谱技术（DSSS）是目前应用较广的一种扩频方式。

直接序列扩频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。