扩频通信技术

移动通信技术及其应用课程设计

题目扩频通信技术

指导教师李秋菊

学生姓名张新星

学号200900802005

专业09电子信息工程

教学单位物理系

二O一二年七月一日

引言 (2)

1.摘要 (2)

2.扩频通信系统基本概念 (2)

3.扩频通信系统可行性理论基础 (2)

3.1香农公式 (2)

3.2柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式 (3)

4.扩频通信典型的集中工作方式 (3)

4.1直接序列扩频 (3)

4.2跳频扩频 (4)

4.3跳时扩频 (5)

4.4混合扩频 (6)

5.扩频通信的优缺点 (7)

6.扩频通信系统的国内外研究现状及其发展方向 (8)

参考文献 (9)

扩频技术(Spread Spectrum, SS)的历史可以追溯到20世纪50年代中期，但是直到80年代初，扩频技术仍然主要应用在军事通信和保密通信中。随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用，到现在为止，使用扩频技术的用户已经超过一亿。使用扩频技术能够实现码分多址，为共享频谱提供了可能，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。利用扩频码的自相关特性能够实现对给定用户信号的正确接收，将其他用户的信号看作干扰，利用扩频码的互相关特性，能够有效抑制用户之间的干扰。此外由于扩频用户具有类似白噪声的宽带特性，它对其它共享频段的传统用户的干扰也达到最小。另外，扩频通信技术在保密性能和抗干扰等方面优势巨大，逐渐成为目前军事通信系统中抗干扰的重要技术之一。

1.摘要

介绍了扩频通信技术的工作原理、组成及特点，分析了扩频通信可行性的理论基础，即信息论中关于信息容量的香农公式和柯捷尔尼可夫关于信息错概率公式，指出了扩频通信的主要性能指标，给出了扩频通信的数学模型和物理模型，最后分析了几种典型的扩频方式（包括直接序列扩频、调频扩频、跳时扩频和直扩/跳频混合扩频）及其应用领域，并阐述了扩频通信技术的研究现状，展望了其发展方向。

关键词直接序列扩频调频扩频跳时扩频直扩/跳频混合扩频

2. 扩频通信系统基本概念

扩频通信系统（SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM，SSCS）是指用特定的扩频函数对待传输信号频谱扩展后变为为宽频带信号，然后在信道中传输，同时对传输信号进行压缩，进而在接收端得到传输信息的通信系统。在SSCS 中，扩频函数决定了调制信号的带宽，而不再由信息来决定。按照系统的工作方式不同，SSCS 可以分为以下4 种，直接序列扩频（DS－SS）、跳时扩频（TH－SS）、跳频扩频（FH－SS）和线性调频（Chirp Modulation）。各类 SSCS 都有自己的优缺点，为了析取各类系统的优点，出现了多种扩频方式的组合，如，FH/DS、FH/TH 和 TH/DS 等。下面主要对直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和

混合扩频 FH/DS 进行介绍。

3.扩频通信可行性的理论基础

3.1香农公式

信息论中关于信息容量的香农公式为：

C=Wlog （1+S/N ）

式中：C 为信道容量（用传输速率度量），W 为信号频带宽度，S 为信号功率，N 为白噪声功率。在给定C 的 情况下，W 与信噪比（S/N ）可以互换，即可通过扩展频谱降低对S/N 的要求。

3.2 柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式

柯捷尔尼可夫关于信息差错传输速率的公式为：

Pow j ≈f(S/N o )

式中：Pow j 为差错概率，E 为信号能量，N o 为噪声功率谱密度。S=E/T=E ×△F,N=W

N o((T 为信息持续时间，为信息带宽)，Pow j ≈f(E/N o )=f(STW/N)=f(S/N ×W/△

F)=f(S/N ×Gp)。因此，可通过提高处理增益（Gp ）降低对S/N 的要求，在强干扰条件下保证可安全的。

4.扩频通信典型的几种工作方式

4.1 直接序列扩频

目前，直接序列扩频系统（DS －SS ）是应用最为广泛的一种扩频系统。其实现方法是将要发送的信息用伪随机（PN ）序列扩展到很宽的频带上，得到经过扩频序列调制的射频信号 。在接收端，利用与发射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 ，从而去除伪随机性，恢复所传输的信元。由 于干扰信号与伪随机序列不相关，在接收端被扩频，使得落入信号频带内的干扰和噪声的频谱被扩展，大大降低了其功率谱密度，从而提高了系统的输出信噪比 ，加强了扩频系统的抗干扰性能，较好地完成了抗干扰的目的。其发射和接收部分的组成框图见图 1。

DS －SS 系统可以在背景噪声很强的环境下传输，因此具有许多优点：一是隐蔽性强 ；二是抗干扰能力强；三是抗窃听、抗侦察、抗测向能力强 ；四是能抗多径干扰。正是由于这些特点，使得DS －SS 广泛用于卫星通信系统、通信抗干扰系统 、导航以及保密通信系统等方面。

图1 直接序列扩频通信系统组成的框图

尽管 DS －SS 系统的应用非常广泛，目前仍存在以下缺陷：一是捕获时间较长；二是远近效应的影响比较严重（所谓远近效应是指在多址系统中，当其他一些用户的功率比较大时将淹没率较小的有用信号）；三是要求信道在宽带内相频失真小 ；四是抗窄带瞄准干扰能力有限 。这些缺点极大地影响了 DS －SS 的通信的质量。

4.2 跳频扩频

跳频技术通过发射载波频率随机跳变来主动避开干扰 ，从而增加了系统抗干扰能力 。 目前战术通信中跳频通信技术已成为抗干扰的主要手段。它用伪随机序列构成跳频指令控制频率合成器，在多个备选频率中进行选择的频移键控，载波频率由伪随机序列控制而实现随机跳变。相比于直接序列扩频，跳频系统并不是直接传输伪随机序列，而是用其来选择信道。跳频系统的发射和接收部分组成见图 2。显然，DS －SS 和跳频系统抗干扰机理是不同的，这是因为 DS －SS 通过干扰功率分散方法来减小干扰功率，增大解调器输入信噪比 ，从而达到抗干扰目的，因而是一种被动式的抗干扰方式。相反，跳频系统用躲避干扰的方式抗