扩频通信概述

一、处理增益
对扩频通信的处理增益的两种主要定义
信噪比增益定义
G S/No
p S/ Ni
伪随机码与信息速率比定义
二、干扰容限
Gp
Rc Rb
M j N S im n G a p L x s y N S o s m u ( d i t) nB
三、门限效应
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t 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
f
f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
0T
t 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
跳频信号 干扰信号 跳频信号被压制
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四、扩展频谱通信系统的特点
与传统窄带通信相比
优点
好的抗干扰能力（AJ）
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二、扩频通信的概念
扩频通信的两个准则
射频带宽远大于信息带宽 必须用特殊的信号（通常是具有伪随特性
的编码信号），来扩展发送信号的频谱。
扩频信号的特点
宽带 伪随机 相关接收
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二、扩频通信的概念
扩频通信应用的三个主要目的
AJ（军事通信） LPI、LPE（军事通信） CDMA（军事、民用通信）
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
一、扩频通信的处理增益
该定义的处理增益表示经过解扩器后，信号信 噪比的改善。扩频系统的处理增益主要来自接 收机的解扩器。
例：某扩频系统Gp=70dB，若要求 (S/N)o=10dB，则允许(S/N)i =-60dB，即信号功 率可以在低于干扰功率60dB的恶劣条件下工作。
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
二、扩频通信的概念
三、扩频通信的分类
四、扩频通信系统的特点
五、扩频通信的发展简史
六、扩频通信系统的主要技术指标
七、扩频通信的应用
八、扩频通信技术的发展趋势
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一、扩频通信的理论基础
1948年，香农提出了著名的香农公式。 C=B·log2(1+S/N) 比特/秒
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五、扩频通信的发展简史
跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期
1942年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家George Antheil发明。
直接序列的概念晚几年出现
相关检测出现在1940年代后期 瑞克接收机出现在1952年
早期绝大多数应用于军事和情报目的
六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
二、扩频通信的干扰容限
例：一个系统的处理增益Gp=30dB， 系统 的执行损耗Lsys =2dB： 若系统要求的最小输出信噪比为9dB， 则： Mj=30-(9+2)=19dB, 即输入的干扰功率最多只能比信号功率高 19dB的条件下系统才能正常工作。
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三、扩频通信的分类
存在不同的扩展信号的技术： 直接序列扩频（DS，Direct Sequence） 跳频（FH, Frequency Hopping ）
跳时（TH：Time Hopping ） 线性调频(chirp)
Multi-Carrier CDMA (MC-CDMA). 混合扩频
抗多径干扰能力强 ，应用扩频意味着多径效果的减小 能够实现精确的定时和高分辨率的测距和测速
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四、扩展频谱通信系统的特点
缺点
复杂、成本高 对宽带干扰没有抵抗能力 对信道要求高，带宽效率低（某些场合）
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
一、扩频通信的处理增益
定义2：伪随机码与信息速率比定义
Gp
Rc Rb
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
二、扩频通信的干扰容限
干扰容限Mj是考虑了系统损耗后，系统尚 能工作时，信道可允许的最大噪信比。
第二次世界大战中被尝试和应用于抗干扰和导航 扩频通信系统的开发始于约20世纪50年代中期 ，在1960年代早期被
军方开发作一种对有意干扰较少敏感的通信方法。
扩频在1980年代被首次用于商业目的
在1985年为无需执照商业业务开放了三个频段 今天，大多数无线数据系统采用扩频调制，运行在900MHz、
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
一、扩频通信的处理增益
对扩频通信的处理增益的两种主要定义
定义1：解扩器输出端与输入端的信噪比的比
值：
G S/No
p S/Ni
(S/N)i和(S/N)o分别为扩频处理器的输入和输出 信噪比。
通常用分贝（dB）表示
G p d B ( S /N ) o ( d ) B ( S /N ) i( d )B
二、扩频通信的干扰容限
例：一个系统的处理增益Gp=30dB， 系统 的执行损耗Lsys =2dB： 若系统要求的最小输出信噪比为8dB， 则：Mj=30-(8+2)=20dB， 即输入的干扰功率最多只能比信号功率高 20dB时，该系统才能正常工作。
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扩频技术使用比最小需要带宽大成百上千倍的带 宽
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二、扩频通信的概念
信息 信息 调制
扩频 调制
射频 输出
信道
射频 接收
扩频 解调
信息 信息 解调
伪随机 码序列
伪随机 码序列
图1.1 扩频通信原理框图
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二、扩频通信的概念
扩频技术是使用一个比理论所需要大的带宽 来传输并使用一个独立的扩频码来控制带宽 扩展的技术。
传统通信技术致力于节省带宽
在传统调制方法中，调制信号的总体带宽被最小 化，使更多的信道能同时传输。
而扩展频谱将已调制的信号扩展成宽带信号
FH/DS、DS/TH、 FH/TH、TH/FH、 DS/FH/TH
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三、扩频通信的分类
f
f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
0T f
f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1
0T
t 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T
M j N S im n G a p L x s y N S o s m u ( d i t) n
Mj考虑了实用系统的输出信噪比要求以及 系统的内部损耗，因而可以反映系统在干 扰环境中的工作能力。
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标
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四、扩展频谱通信系统的特点
与传统窄带通信相比
优点
低的功率谱密度，由于不知伪随机码而实现保密，信 号具有隐蔽性、保密性，安全可靠（LPI）
具有选址能力，可实现码分多址通信（CDMA），能 与其它用户共享同一频带（频谱重叠覆盖），频谱利 用率高
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一、扩频通信的理论基础
3、当B增加到一定程度后，信道容量C将 增加缓慢，并趋于有限值。
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一、扩频通信的理论基础
信号带宽与信噪比的互换关系
例：某系统信号带宽为8kHz，信噪比为 7，求信道容量C。在C不变的情况下， 信号带宽分别增加一倍和减小一半，求 此时信号功率的相对变化为多少？
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一、扩频通信的理论基础
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二、扩频通信的概念
定义：
扩频通信：全称为扩展频谱通信，一类信 息传输方式，在发端利用特定的伪随机编 码序列(也称伪噪声编码序列)将待传信息信 号的频谱展宽，使传输信号的带宽远大于 信息信号本身的带宽，送入信道中传输， 在接收端用相同的扩频编码序列对接收信 号进行相关解扩处理，使有用信号的频谱 压缩，从而获取传输信息。
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七、扩展频谱通信应用
在军事通信中的应用
作为一种重要的抗干扰技术在军事通信中 的应用越来越重要
在民事通信中的应用
扩频技术已成无绳电话、蜂窝、无线局域 网系统的关键构建模块。
扩频技术已发展成目前或下一代无线系统 的基本构建模块之一，从蜂窝到无绳到无
线局域网，扩频是系统设计过程中的一个 关键部分。
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八、扩频通信技术的发展趋势
扩频带宽和处理增益进一步提高； 跳频和跳时的跳速向更高的方向发展； 扩频码的复杂性进一步提高； 采用混合扩频技术； 采用多进制扩频技术； 采用多载波扩频技术； 扩频通信技术实现的数字化、 软件化；
扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、 自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合 使用。
其中 C－－信道容量（比特/秒） B－－信道带宽（Hz） S－－信号平均功率（W） N－－噪声功率（W）
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一、扩频通信的理论基础
由香农公式可以看出：
1、增加信道容量的方法有两种，增加传输 信号带宽B或增加信噪比S/N。
2、信道容量C一定时，带宽B与信噪比S/N 可以互换。
2.4GHz or 5.8GHz 的ISM (Industrial, Scientific and Medical) 频带。 今天我们有 IS-95、WCDMA (3G)、Wireless LAN、…
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六、扩展频谱通信系统的主要技术指标