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扩频技术原理扩频技术是一种在无线通信中广泛应用的调制技术，其原理是利用扩频序列将信号进行扩展，从而提高系统的抗干扰能力和安全性。
本文将从扩频技术的基本原理、应用领域和优势等方面进行阐述。
一、基本原理扩频技术的基本原理是利用宽带扩频信号来传输窄带信息信号。
在传输过程中，通过将窄带信号与扩频序列进行数学运算，使得信号的频谱得到扩展。
这样，原本窄带的信号就变得宽带化，从而提高了信号的抗干扰能力和安全性。
扩频序列是扩频技术的核心之一，它是一种特殊的数字序列，可以看作是一串由0和1组成的比特流。
扩频序列与原始信号进行逐比特运算，将原始信号扩展到更宽的频带上。
常见的扩频序列有伪随机码（PN码）和正交码等。
二、应用领域扩频技术广泛应用于无线通信领域，包括无线局域网（WLAN）、蓝牙、卫星通信、移动通信等。
在这些应用中，扩频技术能够有效提高通信系统的抗干扰能力，提高通信质量和可靠性。
在无线局域网中，扩频技术可以增加多用户同时接入网络的能力，提高网络的吞吐量和稳定性。
蓝牙技术中的扩频技术能够减小信号的功率，降低通信设备的功耗，延长电池寿命。
在卫星通信中，扩频技术可以提高信号的传输距离，扩大通信覆盖范围。
三、优势扩频技术相比于传统的窄带通信技术具有以下优势：1. 抗干扰能力强：扩频技术通过将信号扩展到更宽的频带上，使得信号在传输过程中更加稳定，能够有效抵抗多径干扰、频率选择性衰落等干扰现象。
2. 安全性高：扩频技术利用特殊的扩频序列对信号进行加密，使得信号在传输过程中难以被窃听和破解，提高了通信的安全性。
3. 多用户接入能力强：扩频技术能够在相同的频谱资源下支持多用户接入，提高了系统的容量和资源利用率。
4. 抗多径效应好：扩频技术通过信号的频带扩展，使得信号在多径传播环境中更加稳定，减小了多径效应对信号的影响。
四、发展趋势随着无线通信技术的不断发展，扩频技术也在不断演进和创新。
目前，扩频技术已经被广泛应用于5G通信、物联网、车联网等领域。
第1篇一、实验目的1. 理解移动通信扩频技术的原理和基本概念。
2. 掌握扩频通信系统的组成和信号处理过程。
3. 通过实验验证扩频通信的抗干扰性能和频谱利用率。
4. 分析扩频通信在移动通信中的应用优势。
二、实验原理扩频通信是一种通过将信号扩展到较宽的频带上的通信技术，其基本原理是将信息数据通过一个与数据无关的扩频码进行调制，使得原始信号在频谱上扩展，从而提高信号的隐蔽性和抗干扰能力。
扩频通信的主要特点如下：1. 扩频：通过扩频码将信号扩展到较宽的频带上，提高信号的隐蔽性。
2. 抗干扰：由于信号频谱较宽，抗干扰能力强，可抵抗多径干扰、噪声等影响。
3. 频谱利用率：扩频通信采用码分复用（CDMA）技术，可充分利用频谱资源。
4. 分集：通过扩频码的不同，可实现信号的分集接收，提高通信质量。
三、实验设备1. 移动通信实验平台2. 信号发生器3. 信号分析仪4. 通信控制器5. 通信终端四、实验内容1. 扩频信号的产生（1）设置信号发生器，产生原始信号。
（2）选择合适的扩频码，进行扩频调制。
（3）观察扩频后的信号频谱，验证扩频效果。
2. 扩频信号的接收（1）设置通信控制器，模拟移动通信环境。
（2）将扩频信号发送到接收端。
（3）接收端对接收到的信号进行解扩频，恢复原始信号。
（4）观察解扩频后的信号，验证解扩频效果。
3. 抗干扰性能测试（1）在接收端加入噪声，观察信号变化。
（2）调整噪声强度，测试扩频信号的抗干扰性能。
4. 频谱利用率测试（1）设置多个扩频信号，进行码分复用。
（2）观察频谱，验证频谱利用率。
五、实验结果与分析1. 扩频信号的产生实验结果表明，通过扩频码调制，原始信号在频谱上得到了有效扩展，验证了扩频通信的基本原理。
2. 扩频信号的接收实验结果表明，接收端能够成功解扩频，恢复原始信号，验证了扩频通信的解扩频效果。
3. 抗干扰性能测试实验结果表明，扩频信号在加入噪声后，信号质量仍然较好，证明了扩频通信的抗干扰性能。
跳频扩频的原理和应用1. 跳频扩频的原理跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）是一种通过在通信中不断改变载波频率来实现抗干扰和安全性的技术。
它主要通过以下原理来实现：1.频率跳变：跳频扩频系统在通信过程中会周期性地改变使用的载波频率。
频率跳变可以将信号在不同频率上进行传输，以减少信号在特定频率上的干扰。
2.扩频技术：跳频扩频系统还会使用扩频技术，将原始信号进行扩频。
扩频技术会在发送端对原始信号进行调制，将其扩展到较宽的频带上。
接收端会利用和发送端相同的扩频码对信号进行解码，还原出原始信号。
3.码片序列：扩频技术中使用的扩频码片序列是跳频扩频系统中的核心要素。
这些码片序列在发送端与接收端之间必须保持同步。
扩频码片序列的特点是具有良好的相关性，使得接收端可以通过将收到的信号与预期的码片序列进行比较，从而检测出有效的信号。
跳频扩频技术的原理在一定程度上提高了系统的抗干扰能力和安全性，常用于无线通信、军事通信、无线局域网等领域。
2. 跳频扩频的应用跳频扩频技术在现代通信领域得到广泛应用，以下是几个常见的应用场景：2.1 无线局域网（WLAN）跳频扩频技术在无线局域网中使用，可以提供更可靠、稳定的数据传输。
由于跳频扩频技术能够在不同的频率上进行传输，可以避免单一频率上的干扰，从而提高无线网络的抗干扰能力和传输质量。
2.2 蓝牙技术蓝牙技术中的传输方式就是基于跳频扩频技术的。
蓝牙设备会在跳频序列中选择一段频率范围，然后进行频率跳变进行数据传输。
这种方式不仅提高了蓝牙设备之间的通信质量，也增强了蓝牙设备的抗干扰能力。
2.3 军事通信由于跳频扩频技术能够有效抵御敌人的频率干扰和窃听，因此在军事通信中得到广泛应用。
军方可以利用跳频扩频技术提供安全可靠的通信，保障敏感信息的传输。
2.4 移动通信跳频扩频技术在移动通信中也有广泛的应用，尤其是在CDMA（Code Division Multiple Access）系统中。
扩频通信技术最初是在军事抗干扰通信中发展起来的［3］，后来又在移动通信中得到广泛的应用［4］，因此扩频技术的历史经历了两个发展阶段，而目前它在这两个领域仍占据重要的地位。
1. 在军事通信中的应用扩频通信系统是在50年代中期产生的，其最初的应用包括军事抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统以及其它方面［5］。
扩频技术的最初构想是在第二次世界大战期间形成的。
在战争后期，干扰和抗干扰技术成为决定胜负的重要因素。
战后得出了“最好的抗干扰措施就是好的工程设计和扩展工作频率”的结论。
跳频通信的思路就是在这段时期出现的：如果对窄带信号使用编码的频率控制，则可以使其在任何时间占据宽频段中的任何一部分，这样敌人要进行干扰就必须维持很宽的频段。
另一方面，直序扩频则起源于导航系统中高精度测距。
真正实用的扩频通信系统是在50年代中期发展起来的。
麻省理工学院林肯实验室开发的扩频通信系统F9C-A/Rake系统被公认为第一个成功的扩频通信系统，在该系统的研制过程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功应用，该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。
第一个跳频扩频通信系统BLADES也在这段时期研制成功，在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码。
在此期间，喷气实验室（JPL）在其空间任务中完成了伪码产生器的设计以及跟踪环路的设计。
自从扩频通信的概念在50年代开始成熟以后，此后的二十多年扩频通信技术仍得到很大的发展，但都只是局部的发展，如硬件的改进和应用领域的拓展。
而个人通信业务（PCS）的发展终于使扩频技术迎来了另一次大发展的机遇。
2. 在民用通信中的应用一直到80年代初期，扩频通信的概念都只是在军事通信系统中得到应用，这种状况到了80年代中期才得到改变。
美国联邦通信委员会（FCC）于1985年5月发布了一份关于将扩频技术应用到民用通信的报告［6］。
从此，扩频通信技术获得了更加广阔的应用空间。
扩频技术最初在无绳电话中获得成功应用，因为当时已经没有可用的频段供无绳电话使用，而扩频通信技术允许与其它通信系统共用频段，所以扩频技术在无绳电话的通信系统中获得了其在民用通信系统中应用的第一次成功经历。
扩频通信技术在实际中的应用摘要：通过介绍扩频通信技术的概念及原理来研究它是如何在实际中应用的。
关键词: 扩频分类应用正文：一、扩频技术是近年发展非常迅速的一种技术，它不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等。
扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)川简称“扩频通信”。
是将发送的信息展宽到一个很宽的频带上，这一频带比要发送的信息带宽宽的多，在接收端通过相关接收，从而将信号恢复到信息带宽。
扩频通信按其工作方式的不同，可分为直接序列扩频(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)，以及它们的组合方式，如：FH／DS，TH／DS，FH／TH等。
不同的扩频技术，其抗干扰机理和对不同扰的抵抗能力是不同的。
直接序列扩频技术通过相关处理，降低进入解调器的信号功率来达到抗干扰目的；跳频系统依靠载频的随机跳变，以躲避方式对抗通信中的干扰。
直接序列扩频技术是目前应用较为广泛。
三、低轨卫星通信信道模型低轨口星通信信道是一种无线衰落时变信道。
其中，径衰落、阴影衰落及多普勒频移是影响低轨卫星信道的主要因素。
将低轨卫星通信的传播环境分为城市环境、开阔地带环境、农村及郊区环境三种，分别用瑞利信道、莱斯信道和C．I舶信道模璎来近似n-lo]。
2．1城市环境在此情况下，视线分冒可以认为是完全被建筑物阻挡吸收，直射分量：(f)为零，接收的信号为各条路径的散射分量之和，此时只存在多径衰落。
各途径传播的散射信号相互独立，而且散射信号的振幅之和是恒定的，合成信号的包络服从瑞利(Rayleigh)分布，其概率密度函数为，式中，r为接收信号的包络，，为平均多径功率，合成信号的相位服从[0，27r)的均匀分布，此时的信道属于瑞利信道。
当采用SystemVue软件建立其仿真模型时，可由JK信道子系统构成，设其多径数目为5，最大多普勒频移为20kHz。
2．2开阔地带环境在此情况下，直射波完全不受阻挡，接收信号是恒定的视线分量与多径散射分昔之和。
此时信号包络服从莱斯(Rician)分布，信道表现形式是莱斯信道。
其包络的概率密度函数为式中，A。
为稳定的视线分量的幅度，厶为零阶第一类贝塞尔修正函数。
相位的概率密度为式中，为西(菇)标准正态分布的概率积分，A2／2为直射分量功率，％2为散射分量功率。
可以用莱斯因子K为定义直射分量与散射分量之间的功率之比，即表征了多径散射对信号分布的影响。
K=2箜o．2 (4)将式(4)代入式(3)得：脚，=菇+警[2一erfc(“08西·K)](一7r<西<仃) (5)式中，e毋(算)表示误差函数。
将式(4)代入式(2)可得其包络的概率密度函数为P(r)=2r“可；xp[一K一(1+K)r2]．，0(2r／K(K+1))(r≥O) (6)莱斯因子K与卫星仰角有密切的关系，文献[10]给出了其计算的经验公式及参数值，当仰角为30度时，K=1i。
当采用SystemVue软件建立其仿真模型时，可由Rician信道子系统构成，并设其相关时间为50微秒，莱斯因子为1ldB。
2．3农村及郊区环境在这种情况下，接收到的信号是由受到阴影作用的直射信号分量和不受阴影作用的纯多径信号分量组成的，这种信道模型又称为C．Loo模型。
接收到的信号可表示为：r(t)=z(t)-s(t)+d(￡) (7)式中，r(t)为接收到的信号；；(t)为直射波信号；s(t)表示阴影衰落；d(t)为纯多径信号。
由于多径信号服从瑞利分布，阴影衰落服从对数正态分布，联合瑞利分布函数和对数正态分布函数，可以得到接收信号包络的概率密度函数为：⋯ r r 1^¨卜丁历烈i麟p [一掣一％导]．，o(嚣b)出(8) 。
2do 260 。
”、o⋯“⋯7式中，，o(·)为零阶贝塞尔函数，60表示平均多径功率，p表差。
文献[1 1]给出了计算b。
4t、do的公式及经验值，当仰角为30度时，弘为一5．045、do为2．7。
当采用SystemVue软件建立其仿真模型时，可由JK信道子系统、正态分布函数及指数函数子系统构成，设多径数目为5，最大多普勒频移为20kHz，正态分布的均值为一5．045、方差为2．7。
3 混合DS／FH扩谱方案混合DS／FH扩谱方案是将直接序列扩谱与跳频扩谱有机结合起来，虽然在设计和研制上比单独的蓖接序列扩谱和跳频扩谱系统复杂得多，但在这种结合中直接序列扩谱的低检测概率特性和跳频扩谱的频率分集特性都能够被利用，有利于将信号隐藏起来，同时电子干扰系统很难将信号的一次跳频与下一次跳频联系在一起，从而使跳频驻留关联非常因难，可用于降低频率选择性衰落的影响¨“。
混合DS／FH扩谱方案的原理框图如图1所示。
图1 混合DS／FH扩谱方案的原理框图工作原理如下：第k用户的数据信号B。
(￡)在基带单元内完成信源编码、交织、MFSK数据调制后变为b。
(t)，然后在中频f上完成扩频调制，再与由PN码控制的频率合成器输出的跳变信号完成跳频调制，输出宽带跳变信号s。
(t)，可由式(9)表示¨⋯，式中，P为第k用户信号的功率，驴(t)为直扩码的码片波形，a。
(t)为第k用户的直扩码Z为直扩中心频率Z(z)，0(t)为第k用户扩频调制信号的相位，Ot。
(t)为由第k用户跳频图案决定的相位波形。
接收机接收经低轨卫星一151—万方数据信道衰落以及受干扰信号干扰的扩跳信号变为，(t)，先经带通滤波、放大后与本地频率合成器输出的正交及同相信号进行混频、滤波，完成正交解跳，输出中频直扩信号rdl(t)及，扣(t)，同时经数字匹配滤波、视频积累提取同步信号，控制本地频率合成器及本地PN码产生器，然后对匹配滤波值进行处理，完成数据解扩，经判决后恢复出原始信息d。
(t)。
Sk(f)=以Pk(f)妒(t)吼(f)·CO${2w[‘C+五(t)]t+0‘+a^(t)} (9)假设h(I)为低轨卫星信道的冲激响应，则接收信号r(t)可由式(10)表示，式中，J(t)为干扰信号，n(f)为均值为0，方差为％／2的背景噪声，o表示卷积运算。
置r(t)=Σs^(t)@h(t)+．，(￡)+，l(f)__二、扩频增益和抗干扰容限扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。
理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。
～般把扩频信号带宽w 与信息带宽AF之比称为处理增益GP，即：它表明了扩频系统信噪比改善的程度，除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与GP有关。
因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。
系统的抗干扰容限MJ定义如下：式中： (S／N)。
=输出端的信噪比，式中工。
为系统内部损耗，包括射频、解扩及放大电路引起的信噪比损失，一般应小于2～3dB：(S／N)。
是系统正常工作时要求的最小输出信噪比，由信息恢复所允许的误码率等因素决定。
干扰容限直接反映了扩频系统接收机可能抗的极限干扰强度。
只有当系统输入端的干扰功率低于干扰容限时，系统才能正常工作。
因此，干扰容限往往比处理增益更能确切反映系统的抗干扰能力。
三、扩频的应用DS- QPSK短波猝发扩频通信系统DS-QPSK系统原理框图扩频，即扩展频谱(ss)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的3大高技术通信传输方式。
扩频技术是将待传送的信息数据被伪随机编码调制，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。
扩频通信有抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、隐蔽性高、截获概率低、可多址复用和任意选址等优点。
1常见扩频抗干扰技术概述1．1直接序列扩频系统直接序列扩频(DSSS)，简称直扩，就是将要传输的信息经过伪噪声(PN)序列编码后对载波进行调制。
因为PN序列的速率远大于要传输信息的速率，所以已调信号的频谱宽度将远大于要传送信息的频谱宽度，达到扩频的效果。
直接序列扩频自身具有抗干扰的能力．各种干扰和有用信号同时进人接收机，有用信号频谱被恢复为窄带谱；由于干扰与本地扩频信号不相关，故在解扩过程中被削弱。
这样有用信号为窄带谱，干扰信号为宽带谱，可以借助于解调后的基带滤波器去除带外的干扰信号。
带内的信噪比就可以大大提高，起到抑制干扰的目的。
1．2跳频通信系统跳频通信(FHSS)也是扩频通信中的一种重要方式，它是一种“躲避”式抗干扰通信系统，其载波频率在PN码的控制下跳变，所以称为跳频通信。
跳频通信系统的工作原理是：在发射端．先对输入的信码进行基带调制，然后再与PN序列控制下的频率合成器产生的本振信号(射频载波)进行混频，得到伪随机眺变的射频信号。
在接收端，用与发端相同的PN序列控制本地频率合成器，将接收的信号与本地频率合成器的信号混频，得到基带调制信号，然后再进行基带解调，恢复出信码。
1．3二维扩频系统二维扩频通信是近几年提出的一种新的扩频通信方式，二维扩频系统分别在时域、频域上对数据信号进行频谱扩展，是传统的时域扩频、频域扩频的推广。
由于二维扩频系统采用了两组扩频码．充分利用了两种一维扩频的特性，能使系统有更大的处理增益、更强的多址能力和较好的抗衰落性能。
针对传统的二维扩频技术，文献[2]提出了一种广义的二维扩频系统模型，通过分析，给出二维扩频系统在存在加性噪声情况下进行理论分析的一般方法，对二维扩频系统的性能分析有一定的指导意义。
1．4自编码扩频系统数字通信中传输的数字信息往往先经过扰码后再调制载波。
其目的是为了便于收端的同步。
因此。
信道上传输的数字信息呈现某种随机性。
如设法增强数字信息的随机变化特性。
并从不断变化的随机数据流中获得扩频序列，就可以避免完全依赖PIN序列、混沌序列进行频谱扩展的情况。
较好地保证扩频序列的随机性、动态变化性和信号的低截获率．这种扩展频谱的通信方式称为自编码扩频(SESS)，是一种抗干扰能力更好的安全通信方式。
2经典扩频系统的改进措施2．1直扩系统的改进措施2．1．1采用多电平直扩技术多电平直扩的基本原理就是以比需要高得多的速率产生原始的二元扩展码。
以便获得一定的处理增益，然后通过一个低截获频率的低通滤波器输出，产生一种多电平幅值的扩频码。
分析表明：所提出的扩频码。
能消除易使常规DS／BPSK信号泄漏的有害谱线，同时它也易于产生码周期很长，并且有良好自相关和互相关特性的多种不同的码序列。
2．1．2采用混沌序列作为扩频序列混沌序列作为直扩系统中的扩频序列有许多重要的优点：混沌序列不是二进制。
但其相关特性非常类似于随机二进制的相关特性；与m序列和Gold码序列相比。
