扩频通信(1)

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 单位面积天线，在单位带宽 三个层次的条件，即： 中所能截获的信号功率 a、设备性能。如：比特差错率、语 信号方式的隐蔽性 音质量、同步及信令性能、网络性能 等，可以定一个门限，在此门限以下 双工方式、调制方式、多路 用户不能接受。 方式、编码方式、同步方式 b、工作环境。如：单台设备还是多 信号参数的隐蔽性 台设备、有无天线抗干扰措施、干扰 特别是与抗干扰有关的参数， 源是否升空等。 如：扩频序列、跳频序列、 c、干扰性质。如：干扰性质、干扰 同步参数、信令参数等。 强度、干扰时间等。
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– no dynamic coordination needed – works also for analog signals
c
f
• Disadvantages:
– waste of bandwidth if traffic distributed unevenly – inflexible – guard spaces t
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
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
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
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
信息战的内容及特点
信息战的内容 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。
t
• Implemented using spread spectrum technology
基本概念（扩频、扩谱、展频、展谱）
扩展频谱技术是用比信号带宽宽得多的频带宽度来传 输信息的技术。扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机 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。是一种宽带的编码传输系统。 扩频通信方式与常规的窄带通信方式的区别： （1）信息的频谱扩展后形成宽带传输； （2）用扩频码序列来展宽信号频谱； （3）相关处理后恢复成窄带信息数据。
– bandwidth efficient – no coordination and synchronization – good protection against interference
f
• Disadvantages:
– lower user data rates – more complex signal regeneration
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（30-80Mhz）。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。 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。
无线频谱
提高无线电频谱资源的利用率 有线资源的带宽是无限的 无线资源的带宽是有限的
窄带系统 （1）拓展高频段 （2）压缩信息带宽 （3）高性能的编码与调制技术 宽带系统 扩频技术或CDMA技术 复用与多址 单载波与多载波 单天线与多天线
Multiplexing
• Multiplexing in 4 dimensions – space (si) – time (t) – frequency (f) – code (c) • Goal: multiple use of a shared medium • Important: guard spaces needed!
特点
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
通信对抗的分类
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。 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。
第wk.baidu.com 章
扩频技术概述
1913.11.9—2000.1.19 德国人 跳频 钢琴作曲家
第1 章
历史
扩频技术概述
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。 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。
• Precise coordination required
t
Code multiplex
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• Each channel has unique code c • All channels use same spectrum at same time • Advantages:
– better protection against tapping – protection against frequency selective interference c – higher data rates compared to code multiplex
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基本过程
主要特点
1、抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力强。宽带干扰可为阻塞干扰。
干 扰 由 于 不 知 道 扩 频 伪 随 机 码
主要特点
2、可检性低(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破，对 各种窄带通信系统的干扰很小 。
3、抗多径衰落
多 径 分 离 与 接 收
通信中的抗干扰技术
1．扩展频谱技术（DS、FH） 2．开发强方向性的毫米波频段 3．加密技术 4．猝发通信技术 如流星余迹通信 5．天线零相技术 6．分集技术
通信中的抗干扰技术（另一种分类法）
（1）频率域
采用频率域处理，如：直扩、跳频、跳扩。 （2）时间域 采用时间域处理，如：瞬时、跳时等。 （3）空间域 采用空间域处理，如：自适应天线等。 （4）其它数字处理 如：干扰抵销、纠错编码等
本课程主要内容 1、扩频技术概述 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
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
第1 章
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，其后各公司逐步生产商业产品。
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c
• Disadvantages:
– precise synchronization necessary t
Time and frequency multiplex
• A channel gets a certain frequency band for a certain amount of time (e.g. GSM) • Advantages:
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 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
历史
扩频技术概述
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-LAN公司。
Time multiplex
• Channel gets the whole spectrum for a certain amount of time
• Advantages:
– only one carrier in the medium at any time – throughput high even for many users
RAKE
主要特点
4、具有多址（SSMA）能力，易于实现码分多址（CDMA） 技术
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、能精确地定时、测距与定位。 8、数模兼容，可开展多种通信业务 。
主要应用
1、军事通信（DS 电台,FH电台， JTIDS ），现在 也开始民用和商用。 2 、卫星通信（多址，抗干扰，便于保密，降低 平均功率谱密度） 3 、移动通信（多址，抗干扰，便于保密，抗多 径，提高频谱利用率） 4、雷达、导航 5、无线本地环路，WLAN 6、GPS（选址，抗干扰，保密，测距） 7、测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪 8、其他
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channels ki
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Frequency multiplex
• Separation of spectrum into smaller frequency bands • Channel gets band of the spectrum for the whole time • Advantages: k k k k