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通信系统的核心技术之一。
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。
5、易于实现码分多址
由于扩频通信要用伪随机序列进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的伪随机序列做相关的解扩才能恢复出信号，这就给频分复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的伪随机序列之间的自相关特性和互相关特性，分配给不同用户不同的伪随机序列，就可以区别不同用户的信号，众多用户，只要配随使用自己的伪随机序列，就可以互不干扰的同时
使用同一频率通信，从而实现了频分复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的伪随机序列，分别向不同的接收者发送数据。同样，接收者用不同的伪随机序列，就可以接收到不同发送方送来的数据，实现了多址通信。
6、能精确的定时和测距
我们知道电磁波在空间传播速度是固定不变的。人们自然会想到如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间，也就等于测量两个物体之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的伪随机序列速率很高，每个码片所占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来，在接受端接跳出伪随机序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出两者之间的距离。测量精度取决于码片的宽度，码片越窄，精度越高。
扩频通信的优势
（1）扩频通信具有消息隐蔽性、低截获概率和抗干扰等能，对军事通信有很大应用潜力。国外军事通信已经装备使用HF、VHF和UHF频段的跳频电台，直接序列扩频电台也开始进入实用阶段。
（2）利用不同的预定扩频码（地址码）序列，可以在相同频段实现码分多址（CDMA）和选址通信，在卫星通信和室内有线、无线通信中得到使用。
（3）直接序列扩频信号具有同距离无关的高分辨率测距能力，在全球定位系统（GPS）和深空探测中得到应用
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（Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems，DS-SS），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 Shift Keying，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。 (a) 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（Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems，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。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20 2个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。
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。
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。
思考题1答案 1.1简述移动通信的特点。 答：移动通信的主要特点如下： （1）移动通信利用无线电波进行信息传输。移动通信中基站至用户之间必须靠无线电波来传送消息。然而无线传播环境十分复杂，导致无线电波传播特性一般很差，另外，移动台的运动还会带来多普勒效应，使接收点的信号场强振幅、相位随时间地点而不断地变化，严重影响了通信的质量。这就要求在设计移动通信系统时，必须采取抗衰落措施，保证通信质量； （2）移动通信在强干扰环境下工作，主要干扰包括互调干扰，邻道干扰和同频干扰等； （3）通信容量有限。频率作为一种资源必须合理安排和分配，为满足用户需求量的增加，只能在有限的已有频段中采取有效利用频率措施，如窄带化、频道重复利用、缩小频带间隔等方法来解决； （4）通信系统复杂。由于移动台在通信区域内随时运动，需要随机选用无线信道，进行频率和功率控制、地址登记、越区切换及漫游存取等跟踪技术。这就使其信令种类比固定网要复杂的多。在入网和计费方式上也有特殊的要求，所以移动通信系统是比较复杂的； （5）对移动台的要求高。移动台长期处于不固定位置，外界的影响很难预料，这要求移动台具有很强的适应能力。此外，还要求性能稳定可靠、携带方便、小型、低功耗及能耐高、低温等。同时，要尽量使用户操作方便，适应新业务、新技术的发展，以满足不同人群的使用。这给移动台的设计和制造带来很大的困难。 1.3 简述蜂窝式移动通信的发展历史，说明各代移动通信系统的特点。 答：第一代（1G）以模拟式蜂窝网为主要特征，是20世纪70年代末80年代初就开始商用化的。其中最有代表性的是北美的AMPS（Advanced Mobile Phone System）、欧洲的TACS （Total Access Communication System）两大系统，另外还有北欧的NMT及日本的HCMTS 系统等。 从技术特色上看，1G以解决两个动态性中最基本的用户这一重动态性为核心并适当考虑到第二重信道动态性。主要是措施是采用频分多址FDMA方式实现对用户的动态寻址功能，并以蜂窝式网络结构和频率规划实现载频再用方式，达到扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在信道动态特性匹配上，适当采用了性能优良的模拟调频方式，并利用基站二重空间分集方式抵抗空间选择性衰落。 第二代（2G）以数字化为主要特征，构成数字式蜂窝移动通信系统，，它于20世纪90年代初正式走向商用。其中最具有代表性的有欧洲的时分多址（TDMA）GSM（GSM原意为Group Special Mobile，1989年以后改为Global System for Mobile Communication）、北美的码分多址（CDMA）的IS-95两大系统，另外还有日本的PDC系统等。 从技术特色上看，它是以数字化为基础，较全面地考虑了信道与用户的二重动态特性及相应的匹配措施。主要的实现措施有：采用TDMA（GSM）、CDMA（IS-95）方式实现对用户的动态寻址功能，并以数字式蜂窝网络结构和频率（相位）规划实现载频（相位）再用方式，从而扩大覆盖服务范围和满足用户数量增长的需求。在对信道动态特性的匹配上采取了下面一系列措施： （1）采用抗干扰性能优良的数字式调制：GMSK（GSM）、QPSK（IS-95），性能优良的抗干扰纠错编码：卷积码（GSM、IS-95）、级联码（GSM）； （2）采用功率控制技术抵抗慢衰落和远近效应，这对于CDMA方式的IS-95尤为重要；
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。
扩频通信基础知识 技术背景： 传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（A SK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、I S-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。 扩频通信的基本原理和优势： 扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK 以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是，由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障碍，因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见，扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面，大大优于常规数字通信。同时，由于所有用户可以共用同一频带，大大简
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，
课后习题参考答案 第一章 1-1、在高斯白噪声干扰的信道中，信号传输带宽为16KHz ，信噪比为4，求信道的容量C 。在此信道容量不变的条件下，分别将信号带宽增加1倍和减小一半，分别求此两种情况系统的信噪比和信号功率的变化值。解：22log (1)16000log (14)37.156/S C B bit s N =+ =+=（1）信道容量不变，带宽增加1倍信噪比： /221 1.23C B S N =?=信号功率：/2002(21)39.36C B S BN N kw =?=（2）信道容量不变，带宽减小一半 信噪比： 2/2124.01C B S N =?=信号功率：2/00(21)192.0892 C B B S N N kw =?=1-4、某一高斯白色噪声干扰信道，信道带宽为8kHz ，试求在系统信噪比为25dB 条件下允许的最大信息传输速率。解：s kbit N S B C /475.66)101(log 8000)1(log 5.222=+=+ =1-5、某系统的扩频处理增益p G 为40dB ，系统内部损耗S L =2dB ，为保证系统正常工作，相关解码器的输出信噪比dB N S out 10)/(≥，则系统的干扰容限为多少？解：dB N S L G M out S p j 28]102[40])/([=+?=+?=1-6、某系统在干扰信号的有用信号功率250倍的环境下工作，解码器信号输出信噪比为12dB ，系统内部损耗为3dB ，则系统的扩频处理增益至少应为多少？解：()10lg 25031238.98j s S G M L dB N =++ =++=1-8、某直接序列扩频系统的伪随机码速率为5Mbit/s ，信号速率为8kbit/s ，信号的扩频带宽和处理增益各为多少？ 解：扩频带宽：22*510c B R MHz ===处理增益：6 3 10*1010lg 10lg 30.978*10i B G dB R ===1-9、试说明扩频通信系统与传统调制方式通信系统的主要差别。
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 – 1/2 *(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1（S/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。
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
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d316416378.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
扩频题 1.wimax的什么的缩写？用的是哪个协议？ 答：全球微波接入互操作，802.16 2. 简述wimax支持的天线技术？ 答：802.16标准支持的多天线技术包括多输入多输出(MIMO)和自适应天线系统两大类，MIMO通过在基站和终端分别使用多根天线进行发送和接收,来抑制信道衰落和改善系统性能。自适应天线系统采用空分多址技术,通过数字信号处理产生空间定向波束 3.简述第三代移动通信系统的优势 答：3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的主要特点。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。 4.谈谈你所了解的4G网络系统的关键技术 答：1、OFDMA是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，其主要思想就是在频域内将给定通道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输， OFDMA技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落和窄带干扰，从而减小各子载波间的相互干扰，提高频谱利用率。 2、软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台，利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，尽可能多地用软件来定义无线功能。 3、智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪及数字波束调节等功能，智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的收发，同时，通过基带数字信号处理器，对各天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。 4、MIMO是指在基站和移动终端都有多个天线。MIMO技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益。空间复用是在接收端和发射端使用多副天线，充分利用空间传播中的多径分量，在同一频带上使用多个子信道发射信号，使容量随天线数量的增加而线性增加。MIM0技术可提供很高的频谱利用率，且其空间分集可显著改善无线信道的性能，提高无线系统的容量及覆盖范围。 5.分层空时码（BLAST）是贝尔实验室提出的一种基于多入多出（MIMO）传输方式的空时码系统，主要基于空分复用思想,它的主要目的是提高系统频谱效率，请画出V-BLAST的系统结构。如果信道编码器输出为
知识点扩频通信技术的特点 一、教学目标： 了解扩频通信技术的基本概念。 掌握扩频通信的种类及特点。 二、教学重点、难点： 重点掌握扩频通信技术的种类和特点。 三、教学过程设计： 1.知识点说明 扩频通信的种类可以分为直接序列系统和跳频系统。 特点：功率谱密度低，抗侦察，抗截获，具有较好的保密性。 2.知识点内容 扩频通信的基本概念：所谓扩频通信，即扩展频谱通信，是一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。 种类：直接序列系统和跳频系统。 直接序列系统：是指用一高速伪随机序列与信息数据相乘，由于伪随机序列的带宽远远大于数据信息的带宽，从而扩展了发射信息的频谱。 跳频系统：是指在一伪随机序列的控制下，发射频率在一组预先制定的频率上按照规定的顺序离散的跳变，扩展了发射信号的频谱。 特点：功率谱密度低，抗侦察，抗截获，具有较好的保密性。 3.知识点讲解 1）从最基本的概念讲起，先文字叙述让学生大致了解一下学习的内容。 2）插入图片，通过图片加深印象，了解扩频通信系统的基本概念。 3）通过视频与图片的交替放映，让学生了解并掌握扩频通信的种类及特点。 四、课后作业或思考题： 1、CDMA扩频通信系统可以分为（）和（）两种 答案：基本CDMA 、复合CDMA 2、基本CDMA包括（）、（）、（）、（）等几种方法的组合。 答案：直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、线性跳频
3、扩频通信技术的分为哪几类？ 答案：分为3类：直接扩频、频率跳变技术和各自混合方式。 4、写出直接扩频的原理。 答案：在发送端输入的信息先经过信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽的信号再经过射频调制，调制到较高频率上再发送出去。在接收端收到的宽带射频信号经过射频调制，恢复到中频，然后由本地产生的与发送端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息调制，即恢复出原始信息。 五、本节小结： 直接扩频方式优点：直扩信号的功率谱密度低，保密性强，容易识别，具有抗宽带干扰。抗多频干扰及单频干扰能力。 直接扩频方式缺点：虽然能与窄带系统电磁兼容，但不能与其建立通信。 直接扩展频谱系统的接收机存在明显远近效应。 受限于码片速率和信源的比特率，即码片速率的提高和信源比特率的下降存在困难。
第一章 名词解释 1、无线体域网：无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。 2、无线穿戴网：是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。 3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。 第一章简答 1、简述计算机网络发展的过程。 答：计算机网络发展过程可分为四个阶段。 第一阶段：诞生阶段；第二阶段：形成阶段；第三阶段：互联互通阶段；第四阶段：高速网络技术阶段。（如果想加具体事例查p1-2） 2、无线网络从覆盖范围可以分成哪些类？请适当举例说明。 答：无线网络从覆盖范围可分为如下三类。第一类：系统内部互连/无线个域网，比如： 蓝牙技术，红外无线传输技术；第二类：无线局域网，比如：基本服务区BSA，移动Ad Hoc 网络；第三类：无线城域网/广域网，比如：蜂窝系统等。 3、从应用的角度看，无线网络有哪些？要求举例说明。 答：从无线网络的应用角度看，可以划分出： ①无线传感器网络，例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端； ②无线Mesh网络，例如Internet中发送E-mail； ③无线穿戴网络，例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息； ④无线体域网，例如远程健康监护中有效地收集信息。 4、现在主流的无线网络种类有哪些？ 答：P5（不确定）WLAN,GPRS,CDMA ，wifi 5、什么是协议？请举例说明。 答：P9第一段第三句；协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。举例：准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。 6、与网络相关的标准化有哪些？ 答：主要有：国际电信标准，国际ISO标准，Internet标准 1.美国国际标准化协会（ANSI） 2.电气电子工程师协会(IEEE) 3.国际通信联盟（ITU） 4.国际标准化组织（ISO）协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组（IETF） 6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会（TIA） 7、无线网络的协议模型有哪些特点？ 答：（p13）无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的，但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。
扩频通信原理研究论文 论文关键词：扩频通信原理特点发展应用 论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。 一、扩频通信的工作原理 在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。 二、扩频通信技术的特点 扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。 1．抗干扰性强 扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。 2.低截获性 扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察
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。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。 扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力。这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依
中南大学考试试卷（时间100分钟） 扩频通信 课程 48 学时 3 学分 考试形式：半开卷 专业：通信工程 总分100分，占总评成绩 70 % 班级： 姓名： 总分： 一、填空题（本题14分，前二题每空1分，后二题每空2分）——本大题得分： 1. 3G 移动通信的核心应用包含（ ）、（ ）、 （ ）、（ ）、（ ）。 2. 锁相环具有（ ）、（ ） 和（ ）三大 特性。 3. 一通信系统需要10000个用户地址，如果采用码分多址体制，至少需要（ ） 级的M 序列发生器就能满足要求。 4. 如果两个基本移位寄存器是11级，则对应的Gold 码序列发生器能产生（ ） 条Gold 码，其中平衡Gold 码有（ ）条。 二、简答题：（本题共34分）——本大题得分： 5. （8分）试分析图示频率合成器的工作原理。 6. （5分）什么是多径干扰？ 10
7.（5分）简述DS系统的抗干扰原理。 8.（5分）什么是扰乱器的临界状态？ 9.（5分）什么是远近效应？ 10.（6分）设用户1的频率跳变为 f1→f5→f2→f3→f4；用户2的频率 跳变为f3→f1→f4→f5→f2；用户3 的频率跳变为f4→f3→f1→f2→f5， 试画出对应的跳频图案。 三、计算题（本题共52分）——本大题得分： 11.已知m序列的反馈系数为75时，试求其特征多项式及其自相关函数。（9分） 12.计算在n = 13时的m序列中，三个连“1”的游程数，五个连“0”的游程数。 （8分）
13. 当B 由4kHz 变到3kHz （N 随带宽变化）时，如要保持C =1.2G b/s 的数值， 则信号功率S 需增加多少倍？（9分） 14. 试求证由()134+++=x x x x f 构成的移位寄存器能否生成m 序列？（8分） 15. 如果一个n = 11级的M 序列去控制频率合成器去产生跳频信号，则跳频系统 处理增益大约为多少分贝？（4分） 16. 已知级数n = 7的m 序列优选对的反馈系数为211和277（求特征多项式时， 以对应二进制数的最左边的1为对应特征多项式的最高阶），以211对应的序列为参考序列，以277对应的序列的位移序列，试画出产生平衡码的结构图（写出相应的特征相位和第一个相对相位）。（14分）