扩频技术在CDMA中的应用研究
摘要：本文对CDMA扩频技术原理和扩频方法以及对CDMA通信技术的发展作了简单介绍，然后结合ＣＤＭＡ通信的技术特点对ＣＤＭＡ的基础技术即扩频技术做了具体的比较介绍和说明，并对其中的直接序列扩频技术进行了分析。
关键词：码分多址(ＣＤＭＡ) 扩频技术直接扩频伪随机序列
The Application Of Spread Spectrum Technique In CDMA
Liu Dandan
(Dept. of Computer and Information Science, Southwest Forestry
College, Kunming, Y unnan, 650224, China)
Abstract: Briefly introduces the principle of CDMA spetrum spread technique and different types of spectrum spread, and current developing situation of CDMA Communication. Then it introduces and discusses the spread spectrum technique, the basic technology in the CDMA, and finally, it analyses the direct sequence frequency-extending technology.
Keywords：CDMA, Spread Spectrum, Direct Sequence Frequency-extending, Pseudo Random Sequence
目录
1 引言 (1)
2. CDMA简介 (1)
2.1CDMA的概念 (1)
2.2产生及发展 (2)
3. 扩频技术 (2)
3.1 CDMA扩频技术概念 (2)
3.2 CDMA中的扩频通信技术分析 (4)
3.3 扩频通信的系统模型 (6)
3.4 数字信号的调制 (6)
3.5 数字信号的扩频方法 (7)
4CDMA的优势 (11)
4.1低噪音 (11)
4.2低发射功率 (12)
4.3低掉话率 (12)
4.4全球定位信息 (12)
4.5保密性 (13)
4.6容量大 (13)
4.7覆盖广 (13)
4.8未来多媒体技术 (13)
5 结束语 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
附表 (17)
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1 引言
目前的数字移动通信网的主要多址方式是TDMA、TDMA系统(GSM，DAMPS)在频谱效率上约是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上13kbit/s编码也很难达到有线电话水平；TDMA系统的业务综合能力较高，能进行数据和话音的综合，但终端接入速率有限(最高9.6kbit/s)；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量；TDMA系统的国际漫游协议还有待进一步的完善和开发。因而TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接人，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等。
2. CDMA简介
2.1 CDMA的概念
CDMA（Code Division Multiple Access），直译为码分多址，被称为第2.5代移动通信技术，是基于直接序列扩频技术发展起来的一种数字通信技术。CDMA是一种宽带、扩频技术。一个唯一的码序列被分配到所有语音比特（谈话）上，所有打电话的信号被扩展在一个宽阔的频率谱上，即称“扩谱”。分散的信号将作为背景噪声出现，只有知道通话的编码序列又能进行译码的接收机才能将其从中提取出来。这种技术允许数部电话的通话同时在一个无线频率上传输。这里有一个经常被用来解释CDMA工作方式的比喻。假设你在联合国参加一个招待会，有四个人围着你，每个人都讲不同的母语：西班牙语、朝语、汉语和英语，你的母语是英语，你只能听懂讲英语的人说的话，不听讲西班牙、朝语、汉语的人讲的话，你听到的只是你懂、又能识别的内容。CDMA技术正是如此。多个用户同时使用一个频带，而用户只能听到他自己的谈话。
CDMA多址技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。
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2.2 产生及发展
CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，80年代Qualcomm公司把DS-CDMA技术用于蜂房系统，成为今天的窄带CDMA IS-95标准。90年代宽带CDMA技术被用于第三代移动通信中。1980年开始第一代的模拟移动通信，它是用模拟信号传送语声服务。先后有AMPS、TACS和NMT等系统付诸应用。80年代又引入了数字传输的第二代数字移动通信系统。它比第一代系统有更高的频谱利用率，更好的服务和更先进的漫游功能。这些系统可传送话音和低速数据。现有GSM（全球移动通信系统）、PDC（个人数字蜂房）、IS-136（D-AMPS）以及IS-95（美国CDMA系统）等在运营的系统。第二代系统演进到能传输100～200kbps的数据率，采用电路交换或信包交换，称为2.5代系统。第三代系统则是能传更高的数据率和更灵活，同时向一个用户提供多种服务，具有不同的服务质量。
1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到今年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第28届奥运会中，CDMＡ技术更是发挥了重要作用。
3. 扩频技术
自从移动通信发展以来，移动技术已经历了模拟（TACS、E-TACS、AMPS）和时分多址（GSM、TDMA）的过渡阶段。随着移动用户的不断增加、频率资源及其容量问题就显得极为突出。如何解决这些问题是一个难题，而应用CDMA技术则是解决上述问题的答案。这是由于CDMA技术具有能够在有限的频率资源上提供更多的用户的能力。
3.1 CDMA扩频技术概念
CDMA是一种无线扩频技术，其通信的原理是指用来传输住处的信号带宽，远远
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大于信息本身所需要的最小带宽的一种通信方式。它具有以下特点：
系统占有的频带宽度，远远大于所需传输的原始信号带宽（或信息比特速率），并且系统占有的带宽与原始信号的带宽（或比特速率）无关。
频带的窄宽是通过编码及调制的方法来实现的，与其所传送的数据信息无关。 解调的过程，则是由所接收的信号和一个与发端扩频码同步的信号，进行相关解调来解扩及恢复所传原始信号信息。
正是因为具备上述特点，所以传输的信息即使被淹没在噪声之内，仍然能够保持可靠地通信。
CDMA 这种无线扩频技术，顾名思义，就是将被传输的信息带宽，经过扩展变化以后的传输技术。例如，一个数据流的速率为64kb/s ，其基带宽度只有32kHz ，但若是用扩频技术传输时，其带宽可以被扩展到5MHz 、10MHz 甚至150MHz 或更宽。
Walsh 编码、先进的的功率控制和扩展频谱是CDMA 技术的核心概念。
Walsh 码是一种非正弦的完备正交函数系。由于它只有0和1 两个取值，故适合处理数字信号。码可用哈达玛矩阵表示，利用递推公式可推出。
0 0 H2 H2 H1 =1 ， H2 = H4=H2×2= =
0 0 H2 H2 从而可以得到64×64阶的Walsh 函数（见附表）。
CDMA 反向业务信道的调制为64阶正交调制。将6位码符号作为一个调制符号，用Walsh 码进行调制。调制符号索引为：
i=C0+2C1+4C2+8C3+16C+32C5
计算出i 的值就可以在Walsh 码表中找到对应的序列（见附表）。
功率控制一般被认为是决定容量的制约因素，各个用户都在相同的频域和时段传送各自的信号。被分配的资源是功率。为了使系统容量最大，每一用户发送的功率必须调整得使基站上所有收到的信号处于相同功率电平。系统在分配功率上越精确，系统容量就越大。
CDMA 通信系统的各个用户同时工作于同一载波，占用相同的频域，这样各用户之间必然相互干扰。为了把干扰降低到最低限度，码分多址必须与扩频技术结合起来
0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0
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使用。在民用移动通信中，码分多址主要与直接序列扩频技术结合，构成码分多址直接序列扩频通信系统。
在基站发射机，给多个数据信号分配独特的Walsh码，并把它们组合起来，这种看起来噪声的信号经带通滤波器后，从天线发射出去。接收天线除接收发来的信号外，还收到背景噪声、外部干扰、来自其他小区的干扰和来自同一小区其他用户的干扰，经带通滤波器后，信号被送到一相关器。在相关器中信号被解扩，由数字滤波器提取分配的Walsh码。
来自其他用户的干扰和随机干扰在解扩中被视为噪声。实际上一个系统会有多个相关器，以便能对多径信号解码并能同时与多个基站通信。扩频信号抗干扰能力强，因为在接收时要用同样序列的本地扩频码进行相关接收。本地扩频码同步后与扩频信号相乘，相关检测后得1，由此恢复了原数据信号。布其它干扰信号，在解扩过程中，实际上是被本地扩频码相乘、扩频使它们的功率分散到很宽的频谱中去。这时接收机用窄带滤波器滤出自己的数据（基带信号），而干扰的绝大部分功率被排除在外，只有落在带内的那的那极小部分的功率已不再能对信号起干扰作用了，所以，扩频增益越大，护干扰能力越强。
如果扩频信号是另一种不同的码序列，即使码序列的长度相同，只要码序列不同，且相关系数为0，或相关系数极小，也不能接收，其相关后输出为零或极小。只有本地码序列完全一致的扩频信号才能被解扩（相关）接收，这就是码分多址的原理。3.2 CDMA中的扩频通信技术分析
由于频率资源紧张，人们总是想方设法使信号所占频谱尽量的窄，以充分提高频率资源利用率。扩频通信所以能得到迅速发展，除了具有抗干扰能力强、抗多径干扰外，其另一个主要特点就是可以进行选址通信。
扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用宽频带的代价。如果让许多用户共用这一频带，则可以大大提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户不同码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取有用信号。这样，在同一宽频带上许多对用户可以同时通话。它不是利用频带分割或时间分割的方法实现多址通信，而是利用不同的码型进行分割，所以称为扩频CDMA。这种扩频CDMA方式，虽然要占用较宽的频带，但按平均到
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每个用户占用的频带来计算，其频率利用率仍然是很高的。
3.2.1 香农公式
香农(Shannon)在其信息论中得出带宽与信噪比互换式，即香农公式：
Ｃ=Ｂlog2(1+Ｓ/Ｎ)
式中Ｃ为信道容量，单位为ｂ/ｓ；Ｂ为信号频带宽度，单位为Ｈｚ；Ｓ为信号平均功率，单位为Ｗ；Ｎ为噪声平均功率，单位为Ｗ。
香农公式原意为：在给定的信号功率和白噪声功率Ｎ的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于Ｃ的传输速率来传送信息。同时，这个公式还暗示了在保持信息传输速率Ｃ不变的条件下，可以用不同频带宽度Ｂ和信噪功率比(简称信噪比)来传输信息，也即频带Ｂ和信噪比是可以互换的。也就是说，如果增加信号频带宽度，就可以在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息。甚至在信号被噪声促役的情况下，即Ｓ/Ｎ<1，只要相应增加信号的带宽，也能进行可靠的通信。
采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。所以，用带宽扩展100倍、甚至1000倍以上的带宽信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信，这即是扩频通信的基本思想和理论依据。
3.2.2 扩频系统处理增益及抗干扰容限
在扩频通信系统中，由于在发端扩展了信号频谱，在收端经解扩后使得接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的抗干扰能力。因此，可用系统输出信噪比与输入信噪比二者之比来表征扩频系统的抗干扰能力。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰能力大体上都与扩频信号的带宽Ｂ与信息带宽Ｂｍ之比成正比。即：
Ｇｐ=10lgＢ/Ｂｍ，
式中Ｇｐ称作扩频系统的处理增益，它表示了扩频系统信噪比改善的程度，是扩频系统的一个重要性能指标。
为了充分说明系统在干扰环境下的工作性能，引入了抗干扰容限Ｍｊ，其定义为：Ｍｊ=Ｇｐ-[(Ｓ/Ｎ)Ｏ+Ｌｓ]，式中(Ｓ/Ｎ)Ｏ为输出端的解调所需信噪比；Ｌｓ为系统损耗。
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例如，一扩频系统的Ｇｐ为40ｄＢ，(Ｓ/Ｎ)ｏ为20ｄＢ，Ｌｓ为2ｄＢ，则Ｍｊ为18ｄＢ。这表明当干扰功率超过信号功率18ｄＢ时，系统就不能正常的工作，而当二者之差不大于18ｄＢ时，系统仍能正常工作，也即是信号在一定的噪声(或干扰)湮没下仍能正常的通信。
3.3 扩频通信的系统模型
扩频通信的系统模型(如图1)在发送端，信息数据经过扩频、调制后送入信道；在收端通过解调、解扩后恢复出数据信息。所以，在这一过程中，数字信号的调制和扩频是必须经历的过程。下面分别对数字信号的调制和扩频作概括性的描述。
3.4 数字信号的调制
为了能在高频信道中传输基带数字信号，必须对其进行调制。基带数字信号有3中基本的调制方式：振幅键控(ＡＳＫ)，移频键控(ＦＳＫ)和移相键控(ＰＳＫ)。另外，ＰＳＫ的改型有差分移相(ＤＰＳＫ)、正交移相(ＱＰＳＫ)和偏移交叉正交移相(ＯＱＰＳＫ)。在ＣＤＭＡ蜂窝移动通信系统中，主要使用ＱＰＳＫ和ＯＱＰＳＫ调制方式。
直扩系统的电路形式随采用的数字调制方式的不同是多种多样的。比如在ＣＤＭＡ中应用较多的ＱＰＳＫ正交移相调制方式的电路框图如图3所示。
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图3中由于是用两个伪随机码和两个正交载波形成的四相相移键控调制信号，其中，ｍ1(ｔ)和ｍ2(ｔ)是对输入信息经串/并变换后得到的两个数字序列，而ｐ1(ｔ)、ｐ2(ｔ)是两个速率相同的伪随机码，它们可以是由同一个伪码产生器产生提供。ｍ1(ｔ)与ｐ1(ｔ)、ｍ2(ｔ)与ｐ2(ｔ)先分别进行模二加乘法运算，再分别进行载波调制，最后发送端输出的扩频信号为：
ｓ(ｔ)=ｍ1(ｔ)ｐ1(ｔ)cos(ω0ｔ+Φ)+ｍ2(ｔ)ｐ2(ｔ)sin(ω0ｔ+Φ)
在接收端，通过宽带滤波器滤掉传送过程中外来信号的噪声和干扰，用本地产生的与发端相同的两个伪随机码序列^ｐ1(ｔ)、^ｐ2(ｔ)分别对两个支路的输入信号进行解扩，而后进行相干解调，接着对两个支路输出的信息比特进行交替取样，以恢复出源端传送出的信息。随着软件无线电技术的发展，可用无线电技术来实现扩频系统，如采用ＤＳＰ和可编程器件，这样，不仅可增加系统的灵活性和通用性，且可使硬件电路更加简捷。
3.5 数字信号的扩频方法
扩展数字信号的频谱，可采用窄的脉冲序列来调制某一信息脉冲序列。采用的调制脉冲宽度越窄，扩展的频谱就越宽。扩频通信原理方框图如下图。
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由图可见，一般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。与一般的通信系统比较，扩频通信就多了扩频调制和解扩部分。按照扩展频谱的方式不同，扩频技术的基本类型包括以下几种：
3.5.1 直接序列(ＤＳ)扩频
3.5.1.1 直接序列扩频的概念
这种扩频方法(ＤＳ：Direct Squency)是直接用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。在收端则采用相同的扩频码序列进行解扩，从而把展宽的扩频信号还原成原始信号。把实际传送的数据加上一个事先定义的伪随机码中发送，发送的信号扩展在很宽的频带上。方法是对一直接序列扩频代码进行相干或差分相干二进制相移健控（BPSK）调制。在直序扩频中，比数据频带宽很多的扩展码与数据混合，然后在扩展码的频带上扩展数据。下图所示的就是一种简单的BPSK扩展码。
用伪随机序列+1和-1来扩展窄带信号，使BPSK能有效地调制数据。解扩时，其程序正好相反。如下图示：
当序列+1和-1的值与收到的信号的序列值匹配，就可解扩，还原成窄带信号。
3.5.1.2 伪随机序列（PN）的选取
（1）伪随机序列的概念
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伪随机序列或称伪随机码，它是模拟随机序列的随机特性而产生的一种码字，也称伪噪声序列或伪噪声码，它的特性对于整个系统的性能有重要的影响。不仅频谱的展宽是由伪随机码调制产生，其它一些性能，如抗干扰、低截获概
率、抗多径衰落、码分多址、定时测距等都和它有非常密切的关系。因此，对于伪随机码的产生、结构、周期、性能等都是大家关心的问题。
（2）对伪随机码的一般要求：
①具有良好的伪随机性，即伪随机序列是按照预先确定的规律形成的，使通信对方能按此预定的规律把信号检测出来，但具有和随机序列类似的随机性，但不知此预定规律的无关接收者难以把信息检测出来。
②具有良好的自相关性、互相性和部分相关特性，即自相关峰值尖锐，互相关和部分相关值接近于零，便于接收端准确地把所需信号检测出来，并减小检测误差，也避免了多址干扰。
③随机序列的数目足够多，保证在码分多址（CDMA）通信系统中应用时，有足够的地址分配给不同的用户。
④易于实现，设备简单，成本低。
必须使用正确的码才能解扩信号。通过向每一个用户分配一个不同的码，就可让所有的用户使用同一频段，这就是码分多址（CDMA）技术。所采用的序列必须具有较好的互相关特性，这样能使用户之间的码不会相互干扰，也就是说干扰码经过解扩时，不产生一个窄带信号，Gold码就是这种序列。Gold码所提供的码组有优良的互相关特性。
现在应用较为广泛的几种伪随机序列有：最大长度线性反馈移位寄存器序列（m 序列）；戈尔德（GOLD）序列；最大长度非线性移位寄存器序列（M序列）；R—S序列。其中最常用的前两种码。
当然，扩频通信的应用还受到其它技术上的限制，比如DS扩频的限制在于用很高的伪随机码率进行扩频调制。但目前采用CMOS使最大的时片率可达70Mchips/s。而采用砷化镓FET器件，则可高达2Gchips/s/。对于FH的限制在于频率合成器高速的转换而又无杂波产生。现在数字控制振荡器可产生这样的信号，在20MHz带宽内跳频速率高达1M跳/秒。
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3.5.1.3 直扩系统的主要性能及技术分析
在以上几种扩频技术中，ＩＳ95系统采用直接序列扩频系统(ＤＳ)，简称直扩系统。这是由直扩系统的以下主要性能所决定的：
(1) 抗干扰性由于具有此特点，直扩系统最早作为军事通信中的通信手段，对窄带干扰、宽带干扰等都具有抗干扰能力，其扩频处理增益越大，抗干扰能力就越强。ＣＤＭＡ通信网中，对于某用户而言，其他用户的信号即为一种宽带干扰。在相关处理前，信号频谱是很宽，经相关处理后，有用信息被解扩，其功率谱集中于信息带宽内，而宽带干扰通过相关器，其功率谱密度基本不变，由于解扩后通过连接的窄带滤波器，在保证信号能顺利通过的同时，对信号频带外的各种干扰起到了很大的抑制作用，从而提高了输出的信噪比。
(2) 抗截获性理论分析表明，信号的检测概率与信号能量、噪声功率密度之比成正比，与信号的频带宽度成反比。直扩信号正好具有这两方面的优势，直扩信号的功率谱密度很低，即单位时间内的功率很小，同时它的频带很宽，因此，它具有很强的抗截获性，一般的接收机发现不了直扩信号的存在，亦即可进行隐蔽通信。且由于功率谱密度很低，对其它通信系统的干扰也不大。
(3) 易实现保密通信通信中，通常采用在收、发端加密锁的方式来对信息加以保密。由于扩频系统是采用数字化通信方式，这样无需复杂的设备，只需采用简单的数字逻辑电路，即可有效的保密。ＣＤＭＡ移动通信中即采用了类似的方法。
(4) 可实现码分多址(ＣＤＭＡ)通信将直扩系统伪码序列采用相互正交的码序列，给每个用户分配一个码序列作为地址码，利用码序列之间正交性可区分用户，从而实现多址通信。
(5) 具有潜在抗多径干扰能力直扩系统中，把对多个路径来的同一码序的波形相加进行适当合并，从而可有效地克服多径效应。
(6) 可用于测距定时系统电磁波在空间以光速传输，若测定了电波传播的时间，即可测定其距离。利用直扩信号来测距和定时有其独特的优点。当采用一个较长周期的ＰＮ码(本地扩频码)序列作为发射信号，用它与目的地反射回来的ＰＮ码序列的相位进行比较，即可得出其时间差，再乘上光波的速度，就可计算出距离。由于基本的分辨率为一个码片，所以如果ＰＮ码速率很高，码片宽度很窄，就可精确测距和定时。有了精确的测距和定时，就可进行精确定位。全球定位系统(ＧＰＳ)就采用了直扩技
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术。
总之，直扩系统的应用已从军用走向民用，在通信领域中也越来越得到重用，目前不仅已用于了ＣＤＭＡ蜂窝移动通信系统，在局域网、卫星通信等领域已得到广泛的应用。
3.5.2 跳频(ＦＨ)
此种方式(ＦＳ：Frequency Hopping)是用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，因此称为调频。跳频可以用任一窄带信号来实现，其载频根据扩频码跳频序列随时间跳变。跳频系统完全不同于直接序列扩频系统，每一个跳频的瞬间用户所占用的信道带宽是窄频谱，只是由于跳频的速度快，实现了在宏观上的频谱扩展。
3.5.3 跳时(ＴＨ)
跳时(ＴＨ：Time Hopping)是用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用窄得多的时间片去发送信号，因此，相对来说，信号的频谱也就得以展宽。这样，只需收发两端在时间上严格同步，就能正确恢复出原始数据。
3.5.4 线性调频(Chirp)
若发射的射频脉冲信号在频率变化周期内，其载频的频率作线性变化，此称
为线性调频。
3.5.5 各种混合方式
上述几种基本的扩频方式可根据具体需要加以组合，构成混合方式。如：ＦＨ/ＤＳ、ＤＳ/ＴＨ、ＤＳ/ＦＨ/ＴＨ等等。虽然混合方式在技术上较复杂，实现起来较困难些，但可以得到采用一种方式得不到的优点。比如ＤＳ/ＦＨ系统，是一种中心频率在某一频带内跳变的直接序列扩频系统。在这种组合方式中，一个ＤＳ扩频信号可在一个更宽的频带范围内进行跳变，且ＤＳ/ＦＨ54系统的处理增益为ＤＳ、ＦＨ处理增益之和。因此，采用ＤＳ/ＦＨ比单独采用ＤＳ或ＦＨ
可获得更宽的频谱扩展和更大的处理增益。
4 CDMA的优势
4.1 低噪音
CDMA采用了先进的扩频技术和数字话音编码技术，使通话噪音大大降低。其系
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统的声码器可以动态调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪音的改变而变，这样即使在背景噪音较大的情况下，也可以得到较好的通话质量，打电话时几乎没有杂音。特别是在嘈杂的背景中，对方能清晰听到您的声音。
4.2 低发射功率
普通的手机（GSM和模拟手机）功率一般能控制在600毫瓦以下，而CDMA手机的问世，给人们带来了"绿色"手机的曙光，因为与GSM手机相比，CDMA手机的发射功率尚不足其一个小小的零头。CDMA系统发射功率最高只有200毫瓦，普通通话功率可控制在零点几毫瓦，其辐射作用可以忽略不计，对健康没有不良影响。基站和手机发射功率的降低，将大大延长手机的通话时间，意味着电池、话机的寿命长了，对环境起到了保护作用，故称为"绿色手机"。
4.3 低掉话率
基站是手机通话的保障，当用户移动到基站覆盖范围的边缘时，基站就应该自动"切换"来保障你，否则就会掉话。CDMA系统切换时的基站覆盖是"单独覆盖－双覆盖－单独覆盖"，而且是自动切换到相邻较为空闲的基站上，也就是说，在确认手机已移动到另一基站单独覆盖地区时，才与原先的基站断开，这样就保障了手机不会掉话。
4.4 全球定位信息
CDMA采用全球同步技术，通过接收全球定位信息，即可确保系统正常工作。此外，CDMA还可为用户自动提供准确的时钟，勿需用户自行调整，当地准确的时间信息一目了然，为频繁进行跨时区差旅的商务人提供了方便.原理是
因为CDMA选用了精确的全球卫星定位系统（GPS），目前，全球卫星定位系统（GPS）是这种时钟参考的最佳选择。GPS是一个由24颗绕地球运转的卫星组成的天线导航系统，它的优势在于全球覆盖，系统时钟精度高，不易受电磁暴、低频干扰源的影响。作为备份，远距离导航（LORAN-C）系统也是一个很好的选择，该系统采用地波传播技术，同样具有时钟精确、不受电离层变化影响、衰减小、相位及幅度稳定等特点，从而保证了时钟准确的可能性。
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4.5 保密性
客户在使用移动电话时，往往担心自己的移动电话被别人监听或盗打，但是要窃听通话，必须要找到码址。CDMA手机的用户每次通话时，系统都将在2的42次方个码中随机分配任意一个码给该手机用户，共有4.4万亿种可能的排列，要想破解密码或窃听简直不可想象。而且CDMA采用的扩频通信技术使通信具有天然的保密性，其消息在空中信道上被截获的概率几乎为零。另外，CDMA系统的鉴权、数字格式、扩频处理等通话保护措施，可提供最佳的保密特性，防止通信过程中的盗听和手机密码的盗用。
4.6 容量大
接通率高。上网的人都有经验，找人少的时候上网，这样网塞少，就容易接通。打手机也是同样道理。CDMA源于军用抗干扰系统，其中"处理增益"的参数远远高于其他系统；再加上CDMA的信号占用整个频段，几乎是普通窄带调制效率的7倍，因此综合来看，对于相同的带宽，CDMA系统是GSM系统容量的4～5倍，网塞大大下降，接通率自然就高了。
4.7 覆盖广
联通CDMA网络的一期工程开通后，总容量将达到1515多万门。网络将覆盖全国31个省(市)、自治区的300多个地市。另外，中国联通目前是世界上少数同时运营CDMA和GSM两大制式网络的公司之一，可以提供GSM网络无法实现漫游的韩国、日本、墨西哥等采用CDMA制式的国家和地区的国际漫游服务。GSM／CDMA双模手机将会很快推出，届时，同时拥有两个网络的中国联通，将会更加显示出可以全球漫游的特色和优势。
4.8 未来多媒体技术
CDMA2000 1X与同属于2.5代的GPRS相比，在新业务承载方面更为先进成熟。基于这一技术的移动多媒体通信功能，使用户可以随时随地、自由自在地接收发送包括语音、数据及动态图象在内的丰富多彩的多媒体信息。
因为，未来CDMA技术在宽广的无线频谱上支持多路同步通话或数据传输。对每路话音、传真、数据或视像传输都分配一个网络的发送端和接收端都能识别一特定代码，以便传输的信息可在接收端重新组合。其宽广频谱使它对于市区环境中干扰和
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多径传播环境具有更高的抗干扰能力，使之成为多址接入系统的理想选择。
5 结束语
本论文通过对CDMA系统中扩频技术的分析研究认为：
通信发展的最终趋势是个人通信，而面对有限的频率资源，共享频谱是唯一有生命力的选择，对这样的环境，扩频是一种理想的技术。扩频技术具有以下特点：抗干扰能力强、抗多径干扰
隐蔽性好、抗衰落
通过上述分析可以看出采用TDMA的GSM系统是目前数字移动通信系统中仍然广泛采用的方法。但随着移动通信技术的发展，扩频通信技术将以全新的，独特的优越性而越来越引起人们的关注。
本论文大量的数据本该到联通公司进行收集，但由于客观原因而未能实现。数据资料由指导老师提供及网上收集，由于资料有限，本论文的研究还存在不足之处。
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参考文献
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[7] 刘元安. 未来移动通信系统概述. 北京：北京邮电大学出版社，1999
[8] 赵志法. 移动数据通信. 北京：人民邮电出版社，1996
[9] 李宏乔. 宽带网络技术原理. 北京：机械工业出版社，2002
[10] 宋文涛. 移动通信. 上海：上海交通大学出版社，1996
[11] Asha Meherotra. Cellular Radio Performance Engineering. U.S.A：Artech Hous e
[12] Jakes，W.C.. Microwave Mobile Communications. New York：John Wiley&Sons，1974
[13] Hess，G.C.. Land-Mobile Radio System Engineering，Norwood. MA：Artech House
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西南林学院2003届毕业生论文
致谢
在本文的选题、写作以及论文结构的设计，内容的安排，参考文献的提供和总体篇章的写作都得到了指导老师吕丹桔(助教)的真诚指导和关注。现在，我的论文《扩频技术在CDMA中的应用》终于完成了。在本文的构思和相关资料的收集同时得到了不少同学的帮助，在此一并表示感谢。特别感谢指导老师吕丹桔，她以热心和耐心成全了我的毕业论文，再次向她表示衷心的感谢！
最后，希望各位老师和同学阅读后提出宝贵的意见和建议。
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扩频技术在CMDA 中的应用
17 附表
Walsh 函数表
石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基于Simulink直接序列扩频通信系统 设计 Direct Sequence Spread Spectrum Communication Systems Design Based on Simulink
摘要 直接序列扩频通信系统(DSSS)因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址(CDMA)、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，而被广泛应用于许多领域中。 本文设计了一种基于Simulink的直接序列扩频通信系统。首先对直接序列扩频通信系统从应用背景、特点、意义和发展几个方面进行了研究，然后从直接序列扩频通信系统的基本理论、基本原理、性能和扩频通信系统的同步原理等方面阐述了直接序列扩频通信系统，并对直接扩频通信系统进行了仿真研究和理论分析，达到了预期的效果。本文从理论上分析了直接序列扩频通信系统的抗干扰性能。 本系统包括信号生成部分、发送部分、接收部分、调制和解调、加扩与解扩五个部分。并以BPSK系统为例，给出了误码率理论分析结果，达到了预期的效果。本文研究的直接序列扩频通信系统，为以后的频谱通信系统打下了基础。 关键词：直接序列扩频通信系统MATLAB仿真Simulink模块仿真
Abstract Direct sequence spread spectrum communication system (DSSS) because of its strong anti-interference, easy to conceal and easy to realize code division multiple access (CDMA), fight multipath interference, straight expansion communication rate higher numerous advantages, is widely used in many fields. This paper introduces a design of Simulink based on the direct sequence spread spectrum communication system. First to direct sequence spread spectrum communication system from application background, features, significance and the development of a research, and then from the direct sequence spread spectrum communication system, the basic theory of basic principle, performance and spread spectrum communication system of synchronous principle, this paper describes direct sequence spread spectrum communication system, and the directly spread spectrum communication system simulation and theory analysis, achieve the expected effect. The paper theoretically analyzes the direct sequence spread spectrum communication system of anti-jamming performance. This system includes signal generation part, sending part, receiving part, modulation and demodulation, add expansion and solution expansion of five parts. And with BPSK system as an example, the theoretical analysis results are ber, achieve the expected effect. This paper studies the direct sequence spread spectrum communication system, for the following spectrum communication system laid a foundation. Keywords: Direct sequence spread spectrum communication system Simulink MATLAB Simulation
目录 一．扩频通信系统工作原理 (1) 二．扩频通信的分类及优缺点 (3) 1、直扩系统（DS） (3) 2、跳频系统 (6) 3、跳时系统 (9) 三．扩频通信在移动通信中的应用 (10) 四．扩频系统在其他领域中的应用 (11) 五．参考文献 (13)
一．扩频通信系统工作原理 长期以来，人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢？简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。 扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小（有效）带宽（DF），其比值称为处理增益Gp: Gp = W/DF (1) 众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7 --- 3.1kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道（同轴电缆、微波和光纤等），和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，Gp值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值，高达数百、上千，称为“宽带通信”。 扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的仙农（Shannon）公式为： C ＝WLog2（1十P/N） (2) 式中： C --- 信道容量（用传输速率度量） W --- 信号频带宽度 P --- 信号功率
N --- 白噪声功率 式（2）说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比P／N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比P／N（S／N）情况下，传输信息。 扩展频谱换取信噪比要求的降低，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。 扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式： Powj = f（E/N。） (3) 式中： Powj --- 差错概率 E --- 信号能量 N。--- 噪声功率谱密度 因为， 信号功率P＝E／T （T为信息持续时间） 噪声功率N＝WN。（W为信号频带宽度） 信息带宽 D F＝l／T 则式（3）可化为： Powj ? f（TW.P/N）= f（P/N.W/D F ） (4) 式（4）说明，对于一定带宽DF的信息而言，用Gp值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠。亦即式（4）与式（2）一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。 总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。扩频通信，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。除此以外，扩频通信还具有如下特征： 是一种数字传输方式； 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数（扩频函数）对被传信息进行调制实现的；在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）开题报告 题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现 系（部）应用电子与通信技术 专业通信工程 学生薛光宇 学号24 班号0992222 指导教师周凯 开题报告日期2012.10,22 哈工大华德学院
说明 一、开题报告应包括下列主要内容： 1．通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2．进度计划是否切实可行； 3．是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4．预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5．主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。指导教师评语： 指导教师签字：检查日期：
一、课题题目和课题研究现状 课题题目：直接序列扩频通信系统的设计与仿真实现。 研究现状：目前扩频技术中研究最多的对象是CDMA技术，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了目前扩频技术研究的现状。 1．码捕获 同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。目前的研究主要集中在码捕获过程。 2, 多用户检测 CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制，多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能，因此是一种提高系统容量的有效方法。传统的CDMA 接收机是由一系列单用户检测器组成，每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器，它并没有考虑多址干扰的结构，而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声，因此当用户数量增加时，其性能急剧下降。通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机，其复杂度随用户数量成指数增长，因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点 二、目的及意义 通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。 三、课题的基本内容 所谓直接序列扩频（DS），就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。
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(-∞，+∞)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。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。 由此可见，扩频通信系统有以下两个特点： (1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽； (2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。
?２００３天津ｒｒ、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议 无线扩频通信技术基本原理及应用 晏小乔 （天津港通信导航公司３００４５６２５７０２９６５） 摘要本文重点介绍了扩频通信技术的基本原理和应用，并阐述了扩频通信技术为现代信息技术的发展提供了优 质的无线传输手段，解决了抗干扰性，保密性，可靠性，频率占用、传输带宽等多方面的问题。 关键词 长期以来，扩频通信主要用于军事保密通信和电子对抗系统，随着世界范围政治格局的变化和冷战的结束，该项技术才逐步转向”商业化”。我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽。随着无线通信的广泛应用，无线频道变得非常拥挤，频道资源非常紧张，干扰多且很严重。扩频通信技术有很多优点可以克服这些问题，并且可以提供更高的保密技术，下面我们先来了解一下该技术的基本原理。 扩频通信技术基本原理 扩频通信的理论基础是仙农定理：Ｃ＝ｗ【ｏｇ２（１＋Ｓ／Ｎ） 式中：Ｃ一一一信道容量，ｗ一一一传输带宽，ｓ／Ｎ一一一信号功率／噪声功率 由上式可以看出： 为了提高信息的传输速率Ｃ，可以从两种途径实现，既加大带宽ｗ或提高信噪比Ｓ／Ｎ。换句话说，当信号的传输速率Ｃ一定时，信号带宽ｗ和信噪比Ｓ／Ｎ是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。 目前常用的扩频通信实现方法主要有：直接序列扩频、跳频、跳时、宽带线性调频等方式。其中最常用的是直接序列扩频和跳频。 １直接序列扩频技术 所谓直接序列扩频（ｏｓ—ＤｉｒｅｃｔＳｃｑｕｅｎｃｙ），就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的信息。 其原理框图如下： 直序扩频使用伪随机码（ＰＮｃｏａｅ）对信息比特进行模２加得到扩频序列。然后扩频序列去调制载波发射，由于ＰＮ码往往比较长，因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱，即宽带低信噪比传输。ＰＮ码的长度决定了扩频系统的扩频增益，而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。 直序扩频系统的解扩采用相关解扩，这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端，接收信号经过放大混频后，经过与发射端相同且同步的ＰＮ码进行相关解扩，把扩频信号恢复出窄带信号，再对窄带信号进行相关解调解出原始信息序列。用１１位码长的扩频码来说，直接序列扩频与解扩的过程简单说就是，如果采用的信源发出…１’，则扩频调制为一个序列单元，如“１１１０００１００１０”；信源发出…０’，则扩频调制为一个反相的序列单元，如与上面对应的反相序列“０００１１１０１１０１”。在接收端，收到序列“１１１０００１００１０”则恢复为…１，收到序列“０００１１１０１１０１”则恢复为…０’。 直序扩频技术的优点在于： １．１抗干扰能力强 扩频解调器实际上是一个相关器，扩频信号通过相关器后能有效的恢复，干扰信号（包括瞄准性干扰和】０ｌ 本页已使用福昕阅读器进行编辑。福昕软件（Ｃ）２００５－２００９，版权所有，仅供试用。
扩 频 通 信 及Matlab 仿 真 江西师范大学 物理与通信电子学院2009级通信工程（2）班姓名xxx 学号xxxxxxxx
目录 一、摘要 (3) 二、数字通信原理 (4) 三、衰落信道与抗衰落技术 (5) 四、多址通行 (6) 五、扩频通信原理 (6) 六、直接序列扩频通信 (8) 七、基于matlab的直接序列扩频仿真 (10) 八、结束语 (13) 九、参考书目 (14) 十、致谢 (15)
摘要 扩频通信即扩展频谱通信，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。扩频通信技术自50年代中期美国军方开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。本文根据扩频通信的原理，利用MATALB对扩频通信中最常用的直扩通信系统进行了仿真。
数字通信原理： 1）所谓数字通信就是利用数字传输技术来进行的通信。它包括对模拟信号的编码和调制，传输媒介以及对数字信号的解调和解码。 2）典型的数字通信系统模型如图1-1： 图1-1 信源：信息的来源一般是模拟信号。 信源编码：模拟信号转变为数字信号； 信号压缩处理；信号的高效率编码。 信道编码：检错、纠错编码，提高信号抗干扰能力；
信息加密，防止信息被窃取。 调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的 道中传输。 传输媒介：有线、无线信道，网络交互设备。 解调、信道译码、信源译码：对信号作上述处理相反对变换。 信宿：信息的最终传输目的地 衰落信道与抗衰落技术： 1）衰落信道的产生：无线通信是基于电磁波在空间中的传播来实现信息的传递的。无线信道的电波传播特性与电波传播的环境密切相关。电波环境主要包括：地形地貌、各种建筑物、气候气象、电磁干扰、移动体的运动速度和工作频段等。因此在实际应用中不可避免的产生衰落信道。 2）衰落信道主要包括：阴影衰落和多径衰落。 3）抗衰落技术主要包括：①空间分集技术 ②Rake接收方式 ③信道交织技术 ④多载波传输技术 ⑤信道均衡技术 ⑥扩频通信技术等等
扩频信号处理仿真技术 摘要 本文阐述了扩展信号处理过程的基本原理、主要性能指标及其工作特点，然后根据香农定理，利用MATLAB提供的可视化工具Simulink，建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各个模块的设计，并指出了仿真建模过程中所需注意的问题。通过建模深入理解MATLAB/Simulink基本建模仿真方法的实质性，掌握通信系统仿真的思维方法，增强系统建模和设计的自主能力和创造力。并根据给定的参数设置，仿真出结果，证明了所建仿真模型的正确性
Simulation Technology of spread-spectrum signal processing Abstract This article elaborated the spread spectrum communication technology's basic principle, the main performance index and the operating feature, then act according to the Shannon theorem, provides visualization tool Simulink using MATLAB, has established the wide frequency communications system simulation model, narrated in detail each module's design, and had pointed out in the simulation model must pay attention question. Through the modeling further understanding the substantive of this simulation based on MATLAB, master the methods of communication system simulation. Enhance the independent ability and creativity of system modeling and design, and according to a given set of parameters, and the simulation the results. Had proven constructs the simulation model the accuracy. 目录 1 绪论 (1) 1.1选题的背景 (1) 1.2选题的主要任务 (2) 2 扩频通信系统 (3) 2.1扩频通信的基本原理 (3) 2.2扩频通信的特点 (3) 2.2.1抗干扰性强 (3) 2.2.2 抗干扰性强 (4) 2.2.3 抗多径干扰 (4) 2.2.4 保密性好 (4) 3 线性调频扩频系统 (5)
扩频通信的特点和优势 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
扩频通信的特点和优势 扩频通信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，具有较强的抗干扰能力和较好的保密性能，20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了很大的发展，近年来随着移动通信技术发展，扩频通信已经成为第三代移动的核心技术之一。 扩频通信具有以下几个特点 ? 1、抗干扰能力强 扩频信号的不可预测性，使扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍然能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。此外，对于单频及多载波信号的干扰，其他伪随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说，若将频带展宽 10 倍，在总功率不变的情况下，其干扰强度只是原来的 1/10。而一般频谱带宽至少是信 息带宽的几十倍甚至更高。另外，由于接受端采用了伪随机序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的伪随机序列，干扰也起不了太大作用。 抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。 2、隐蔽性好、低截获性 由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上，单位带宽的功率也随之降低，信号功率密度很低，信号被淹没在噪声中、难以被发现，因而不易被敌方截获；加之扩频编码，就更难获取有用信号，而且扩频信号的功率密度极低，对周围的电信设备产生干扰的可能性极小。 3、保密性好 在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度很低，有用信号被淹没在噪声下，而且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列，只有接受方知道扩频序列的具体内容，其他不知道地接受方几乎不可能破译，因此扩频技术能很好的保证通信的可靠性。 4、抗多路径干扰性能好 多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体（如电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的这些反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，从多径信号中分离出最强的有用信号，或者将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/562471157.html, 浅谈扩频通信技术的特点及其应用 作者：赵莉 来源：《硅谷》2009年第05期 [摘要]扩展频谱通信是一种将信息的带宽扩展很多倍进行通信的技术，近年来在现代科技的许多领域中，得到了非常广泛的应用，着重叙述扩频技术的特点及其应用。 [关键词]扩频通信技术特点应用 中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310022－01 扩展频谱通信（SpreadSpectrum Communications）简称“扩频通信”，是一种信息传输方式，它是将信息的带宽扩展很多倍（通常为100～1000倍）进行通信的技术。传输的信号带宽远大于信息信号本身的带宽。频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关的解调来解扩及恢复所传信息数据。 一、扩频通信的理论基础及实现方法 （一）扩频通信的理论基础 信息论的创始人美国科学家仙农（Shannon）在其信息论专著中有信道容量的公式： Ｃ＝Wlog2（１＋Ｐ／Ｎ） 式中，C为信道容量，W为频带宽度，P为信号功率，N为白噪声功率。在保持信息容量C不变的条件下，可以用不同频带宽度W和信噪功率比P／N来传输信息。如果增加频带宽度，就可以在较低的信噪比的情况下用相同的信息率保持可靠地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。这一公式指明了采用扩展频谱信号进行通信的优越性，即提高了通信的抗干扰能力，在强干扰条件下保证可靠安全地通信。 （二）扩频通信的实现方法 扩频通信与一般的通信系统相比有很大差别，图1为扩频通信的一般原理框图。由方框图可以看出，一般的扩频通信系统都要进行信息调制、扩频调制、射频调制，以及相应的信息解调、扩频解调和射频解调，构成上更加复杂，技术上也更为先进。特别是采用了扩频码序列的
重庆邮电大学 毕业设计（论文）开题报告题目：基于MATLAB的扩频通信系统仿真研究 学院通信与信息工程学院 专业电子信息工程 学生高洪涛 学号2009210314 班号0120901 指导教师曹建玲 开题报告日期2013.3.7 重庆邮电大学通信与信息工程学院一、选题依据
1.论文(设计)题目 基于Matlab的扩频通信系统的仿真研究。 2.研究领域 扩频通信系统简介：扩展频谱通信具有很强的抗干扰性能，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，被广泛地应用于军事通信和民用通信中。扩频通信系统利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应增加了相关器输出端的信号/干扰比，对大多数人为干扰而言，扩频通信系统都具有很强的对抗能力。本文利用MATLAB对扩频系统中的m序列的产生、频谱、相关函数，以及整个扩频系统工作原理进行了仿真，为今后扩频通信系统在各个领域的应用和研究提供了依据。 3.论文(设计)工作的理论意义和应用价值 （1）理论意义：扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善，从而提高了系统的抗干扰能力。扩频技术还具有保密性好、易于实现多址通信等优点，因此该技术越来越受到人们的重视。 近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一。因此研究扩频通信具有很深远的意义。 （2）实践意义：通过对该课题的研究，了解科研学术论文的撰写流程，并且将自己所学的理论知识运用到论文中，全面多角度的分析该领域的发展现状，同时提高自己的思维能力，对搜集的数据进行恰当处理和准确分析，对大学本科四年学习成果进行有效的检验，并且进一步提高自学能力和自主进行科学研究的水平。
跳频通信技术及其应用与发展 跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当70 年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代, 跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段，称其为无线电通信的“杀手锏”。跳频通信是如此的神奇，以致于自其问世至今的短短30 年间，倍受世界各国，特别是几大军事强国的青睐。 2跳频通信的基本概念 2.1定义 我们在用收音机收听某电台，当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时，有这样的体会：若中波波段信号不好，则随即换到短波波段收听；当短波波段信号不好，则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法，就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生，而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设，当广播电台发送的频段也能“紧跟”收音机用户更换的话，那么，这种通信方式就是跳频通信。因此，跳频通信可这样描述：通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。
2.2同步条件（通信条件） 与定频通信相比，跳频通信的载波频率一直在跳变。工作中，发方以相当快的速率（跳速）改变频率，收方必须与发方同步地改变频率，双方才能保持通信。也就是说，跳频通信时，收发双方必须采用同一种跳频图案。跳频电台之间要成功地进行跳频通信，收发双方必须同时满足三个条件：跳频频率相同；跳频序列相同；跳频的时钟相同（允许存在一定的误差）。三个条件缺一不可，否则无法实现跳频通信。 3跳频通信的主要特点 3.1抗干扰性强 跳频通信抗干扰的机理是“打一枪换一个地方”的游击策略，敌方搞不清跳频规律，因而具有较强的抗干扰能力。一方面，我方的跳频指令是个伪随机码，其周期可长达十年甚至更长的时间。另一方面，跳变的频率可以达到成千上万个。因此，敌方若在某一频率上或某几个频率上施放长时间的干扰也无济于事。 另外，跳频频率受伪随机码控制而不断跳变，在每一个频率 的驻留时间内，所占信道的带宽是很窄的。由于频率跳变的速率非常快，因而从宏观上看，跳频系统又是个宽带系统，即扩展了频谱。事实上，跳频的带宽就是频率的数目与每个频率所占信道带宽的乘积。由扩频通信理论可知，扩展频谱的好处可以换取更好的信噪比。也就是说，如果扩展了频带，
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(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。 这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的： 一是信息的频谱扩展后形成宽带传输； 二是相关处理后恢复成窄带信息数据。 正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点： 抗干扰 抗噪音 抗多径衰落 具有保密性 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率 可多址复用和任意选址 高精度测量等 正是由于扩频通信技术具有上述优点，自50年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 2.1 扩展频谱通信的定义 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，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： 一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。 例如人类的语音的信息带宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都属于窄带通信。 一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 --- 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗? 二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。 如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，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。 三、在接收端用相关解调来解扩 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所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。
1.扩频技术的发展 在各种通信技术中，扩频通信比常规通信具有更强的抗干扰、抗截获能力，因此得到了越来越广泛的应用。目前，采用扩频技术的CDMA蜂窝通信系统、CDMA无限用户环等都已 经进入了实用化阶段。直接序列扩频（Direct SequenceSpreadSpectrum，即DSSS）[1-4]通信是扩频通信的一种主要方式。直接序列扩频通信功率谱低，频带宽，伪噪声编码保密能力强，信号的相关处理性能好，因此具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可以同频工作及便于实现多址通信等一系列的优点，在军事通信中应用广泛。但是这些特点也给扩频通信的检测和识别带来新的挑战。因此对直接扩频信号的存在性进行判定、检测，对直接扩频信号进行参数估计，成为当前通信对抗领域的一个重大课题。扩频技术到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术。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。而直扩系统在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。码捕获同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现：首先是捕获阶段，实现对接收信号中伪码的粗跟踪；然后是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。 2 扩频通信的理论基础[1] 扩展频谱通信(Spread SpectrumCommuncation,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Shan-non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。 3 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。 3.1直接序列扩频 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是以直接扩频方式构成的扩频通信系统，通常简称为（DS）系统，是最典型的扩频通信系统。直接扩频系统的发射机结构和接收机结构分别如下图所示
探析扩频通信技术的应用及其系统的工作原理 发表时间：2016-08-01T15:16:36.387Z 来源：《基层建设》2016年9期作者：招锐光 [导读] 扩频通信技术近年来飞速发展，并广泛应用于生活中，如；无线网、蓝牙、无绳电话、微波通信等。 广东省电信规划设计院有限公司 528000 摘要：扩频通信技术近年来飞速发展，并广泛应用于生活中，如；无线网、蓝牙、无绳电话、微波通信等。扩频通信技术在定位、通信、测距方面有着诸多的优点，扩频通信技术不断地完善发展形成了扩频通信系统，扩频通信系统产生无疑的通信技术领域飞速发展的成果。本文将分析扩频通信技术的优缺点，探析扩频通信技术系统的工作原理。 关键词：扩频通信技术；应用；工作原理 一、扩频通信技术及系统的介绍 （一）扩频通信技术的介绍 扩频通信技术简称扩频谱通信，它是一种传输信息的射频信号，带宽强度大于信息本身带宽的通信方式。它有一个显著的特征，就是利用伪随机码发送信息数据，其速率高并扩展载有信息数据基带的信号。间接的形成一种低功率的带宽频谱密度信号来发射，信号容易被嘈杂的环境被淹没，即使被信号被淹没，但只要增加带宽信号，就可以使信号恢复正常，保持正常通信，使用扩频的方法让宽带传输信更加强烈，以获取在通信上的优势。 （二）扩频通信系统 扩频通信系统是属于一种信息处理传输系统，扩频通信系统（sPREAD SPEcTRuM c0MMuNlCA，110NsYsTEM）简称sscs。在特殊的通讯环境中，扩频函数对待传输信号频谱进行相关处理，然后扩展成宽频带信号。信号在信道中传输时，会对信号进行压制收缩，信号最终流入通讯系统的信息接收端。在扩频通信系统中，扩频系统的函数决定了传输信号时调整信号的带宽，并不是由发送时的信息来决定。 扩频通信系统中信号的传输需要扩展频谱，使信号在被传输的过程中，必须超过承载信息的最小带宽。系统中的接收机接受达发射码的副本时，就会对信号进行相关处理，然后由接收机恢复原来的信息。直接序列码在扩频通信系统中有广泛的应用，它的基本应用原理是：利用高数率运作的正交假地址码，通过适当的调解，制作出基带信息。按照不同的操作方式，一般扩频通行可以分为四种，直接序列扩频工作方式、跳变频率工作方式、跳变时间工作方式、宽带线性调频工作方式。其序列数m，序列相关峰值n，与序列峰值之间的关系，详见表一。 2.跳变频率法 跳变频率法是把序列码在过个频率进行移动，适时的对序列码进行调整，促使频率不断的发生变化，如图二。
沈阳理工大学 毕业设计（论文）成绩评定 学生姓名：专业：通信工程学号： 题目：直接序列扩频通信仿真实现 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）评语： 答辩评分：答辩委员会主任（组长）（签字）：年月日 毕业设计（论文）成绩 毕业设计（论文）总评成绩（等级）： 答辩委员会主任（签字）： 年月日
毕业设计（论文）评语
毕业设计（论文）任务书
学生毕业设计档案 *注：阶段成绩分A、B、C三级：A为全面完成任务、B为完成任务、C为完成
摘要 直接序列扩频通信系统因其抗干扰性强、隐蔽性好、易于实现码分多址（CDMA）、抗多径干扰、直扩通信速率高等众多优点，在个人通信网、无线局域网、第三代移动通信、卫星通信以及军事战术通信等领域得到广泛应用。 本文以扩频通信理论为基础，用MATLAB工具箱中的Simulink通信仿真模块和MATLAB函数对直接序列扩频通信系统进行了仿真分析，在给定条件下运行了仿真程序，得到了预期的结果。本文具体介绍了扩频通信的国内外发展背景和发展趋势，阐明了扩频通信在当今社会的重要性，扩频通信是70年代中期迅速发展起来的一种新型的通信系统，它抗干扰能力、抗衰落能力、抗多径的能力是上述其它通信系统无与伦比的。根据扩频通信的特点和原理，对扩频通信进行具体分析如扩频同步，扩频码序列，扩频增益和抗干扰容限等相关问题进行了具体研究，同时介绍了扩频通信在各个领域的应用，说明了其重要性所在。 关键词：扩频通信；同步；调制；Simulink仿真；解调
Abstract The direct sequence spread spectrum communication system is widely used in various areas, such as personal communication, networks, wireless local area network, the third generation mobile communications, satellite communications and military tactical communications, because of its many advantages: strong anti-interference, good for hiding, easy to implement code division multiple access (CDMA), anti-multipath interference, and higher DSSS communication rate. Based on spread spectrum communication theory, By using Simulink, and MATLAB function,the direct sequence spread frequency communication was simulated, and under the given conditions, the simulation program running the expected results. The article specifically on the spread-spectrum communications background and the development of domestic and international development trends, clarify the spread spectrum communication in today's society of the importance of spread spectrum communication is the mid-1970s up to the rapid development of a new type of communications system, and its anti-interference capability, Anti-Fading capacity, multi-path resistance is the ability of these other communication systems incomparable. According to spread-spectrum communications features and principles of spread spectrum communications for a specific analysis such as spread spectrum synchronization, the spreading code sequences, Spreading Gain and interference tolerance, and other issues related to the specific research, Meanwhile on the spread spectrum communication in various fields of application, shows its importance lies. Finally, based on the simulation software MATLAB Simulink tools for dynamic simulation, come out with a complete simulation results, using Simulink summed up the basic methods and steps. Keywords: Spread spectrum communication; Synchronization; Modulation; Simulink; Demodulation