第三章 扩频通信系统的解调和解扩

扩频通信系统概述第一讲扩频通信系统概述扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。

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。

第二讲扩展频谱通信的基本概念 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。

玉溪师范学院信息技术工程学院通信系统应用设计报告题目：扩频与解扩系统姓名：王XX学号：2009XXXXX专业：通信工程班级：09级通信XX指导教师:XXXX时间: 2012年12月17日－2012年12月 25日目录一、课题内容 (3)二、设计目的 (3)三、设计要求 (3)四、实验条件 (3)五、系统设计 (3)六、详细设计与编码 (4)1. 设计方案 (4)2. 编程工具的选择 (6)3. 设计步骤 (6)4. 运行结果及分析 (7)七、设计心得 (8)八、参考文献 (9)九、附件 (10)一、课题内容扩频与解扩系统二进制随机信号+PN码扩频+加性高斯白噪声信道+解扩+误码率测试+信宿二、设计目的1.综合应用《Matlab编程与系统仿真》、《信号与系统》、《现代通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；2.培养学生系统设计与系统开发的思想；3.培养学生利用软件进行通信仿真的能力；4.培养学生独立动手完成课题设计项目的能力；5.培养学生查找相关资料的能力。

三、设计要求1.个人独立完成该课题；2.对通信系统有整体的较深入的理解，深入理解自己仿真部分的原理的基础，画出对应的通信子系统的原理框图；3.提出仿真方案；4.完成仿真软件的编制；5.仿真软件的演示；6.认真完成并提交详细的设计报告。

四、实验条件计算机、Matlab7.0版软件、相关资料、网络五、系统设计1、扩频（1）概念：利用与信息无关的PN伪随机码，以调制方法将已调制信号的频谱宽度扩展得比原调制信号的带宽宽很多的过程。

例如：跳频、混合扩频、直接序列扩频，英文表示为frequency spread。

（2）扩频原理：2、解扩（1）概念：采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。

在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。

解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。

扩频通信技术长期以来，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"。

数年前扩频通信在我国通信领域仍鲜为人知，有关资料介绍也比较少，一九九三年开始, 吉隆公司即致力于向我国引进扩频产品, 已经在电力、金融、公安、交通等行业收到了明显的社会、经济效益，引起国内通信界人士的广泛注意。

第一章扩展频谱通信简介第二章扩频通信的定义第三章扩频通信的理论基础第四章扩频增益和抗干扰容限第五章频谱的扩展的实现和直接序列扩频第六章扩频通信的主要特点我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。

例如语音信息的带宽大约为20Hz~20000Hz、普通电视图像信息带宽大约为6MHz。

为了充分利用频率资源，通常都是尽量压缩传输带宽。

如电话是基带传输，人们通常把带宽限制在3400Hz左右。

如使用调幅信号传输，因为调制过程中将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信息带宽的两倍，而在实际传输中，人们采用压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大约为2×4500Hz=9KHz左右；采用边带压缩技术，把普通电视信号包括语音信号一起限制在1.2×6.5MHz=8MHz左右。

即使在普通的调频通信上，人们最大也只把信号带宽放宽到信息带宽的十几倍左右，这些都是采用了窄带通信技术。

扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。

有人要问为什么要这么做？这样是不是太浪费频率资源了？这些问题可以用信息论和抗干扰理论来解释。

扩频通信，即扩展频谱通信技术（Spread Spectrum Communication），它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:2.1 是一种数字传输方式；2.2 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； 2.3 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。

扩频通信的工作原理扩频通信是一种用于提高通信系统抗干扰能力和增加数据传输速率的调制技术。

其工作原理主要包括信号的扩频和解扩、信道编码和解码以及干扰抑制等几个关键步骤。

首先是信号的扩频和解扩。

扩频技术通过将待传输的信息信号用高速的伪随机码（也称为扩频码）进行调制，使得信号占用更宽的频带，从而降低信号在窄带干扰信号中的干扰程度。

在发送端，待传输的数字信号经过与扩频码的点乘运算，将信号的频率扩宽；在接收端，通过与接收端的扩频码进行点乘运算，将信号恢复到原本的频带宽度。

扩频码的选择是一项重要的决策，通常采用与信号的传输特性和通信系统要求相匹配的伪随机码。

扩频技术能够提高通信系统的抗干扰性能，并增加了通信系统的信息容量。

其次是信道编码和解码。

在扩频通信系统中，为了提高误码率性能，通常采用一种称为纠错编码的技术。

通过在发送端对待传输的数字信号进行编码，并在接收端对接收到的信号进行解码和纠错，可以有效提高通信系统的抗噪声和抗干扰能力。

常用的纠错编码方式包括卷积码和RS（Reed-Solomon）码等。

编码和解码过程中需要使用滑窗加法运算、矩阵运算等算法，将原始数据转换为差错控制码，并在接收端通过对差错控制码进行处理来检测和纠正传输过程中产生的错误。

最后是干扰抑制。

扩频通信技术可以利用其频带扩展的特点来对抗窄带干扰，尤其对于具有较宽频带的调制方式（如正交频分复用OFDM），能够更好地处理多径干扰。

此外，扩频通信系统还可以通过采用不同的扩频码和分集技术，实现信号的分集接收和增强系统的抗多址干扰能力。

分集技术包括时间分集、频率分集和空间分集等。

通过这些干扰抑制技术，扩频通信系统能够提高信号的传输质量和系统的数据传输速率。

总结起来，扩频通信的工作原理主要涉及信号的扩频和解扩、信道编码和解码以及干扰抑制等步骤。

通过扩频技术将信号的频带宽度扩大，通过信道编码和解码实现信号的纠错和解码，以及使用干扰抑制技术提升系统的抗噪声和干扰能力，这些步骤将共同为通信系统提供更可靠、高效的数据传输。

扩频通信是一种通过将信号的带宽扩大，从而提高通信系统性能的技术。

它的工作原理可以简述如下：
1. 码片生成：发送端和接收端事先约定一种称为扩频码（或称为码片）的序列，该序列是一个低速码，通常比原始数据速率要低得多。

发送端根据待发送的数据，将其进行扩频码的生成，生成的扩频码与数据进行逐bit 或逐symbol 的异或运算。

2. 扩频：在发送端，将扩频码和原始数据进行逐位或逐符号的异或运算，将原始数据进行扩频。

这将导致信号的高频分量得到增强，并且信号的频谱扩展到更宽的带宽。

3. 发送：发送扩频后的信号，它的带宽比原始数据的带宽要宽得多。

这样做的好处是可以提高抗干扰性能和抗多径效应的能力。

4. 接收与解扩：接收端根据事先约定好的扩频码，对接收到的信号进行匹配滤波，以提取出原始数据。

匹配滤波是通过将接收到的信号与扩频码进行相关运算，得到相关输出。

由于扩频码的唯一性，只有正确匹配的扩频码才会得到最大的输出。

5. 解调和恢复：接收端对解扩后的信号进行解调，恢复出原始的数据信号。

解调的方法可以采用相干解调或非相干解调，根据具体的调
制方式选择不同的解调方法。

通过扩展带宽，扩频技术可以提高通信系统的抗干扰性能、抗多径效应、安全性和隐秘性。

同时，它也为多用户接入提供了更好的支持。

这使得扩频技术在无线通信领域广泛应用，如CDMA、GPS等。

无线通信系统中的调制解调基础（三）：扩频和OFDM作者：Ian PooleAdrio Communications Ltd第三部分讨论扩频通信技术，包括被广泛应用的直接序列扩频通信（DSSS），和正交频分复用（OFDM）第二部分解析了频移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）。

扩频通信技术在许多场合中需要使无线信号的频带尽量的窄来满足节省带宽的需求，然而，在一些场合中更需要采用所谓的扩频通信方式，这时传输频谱被扩的很宽。

有几种方式可以实现扩频通信：一是采用跳频扩频(FHSS)，该方式以背景噪声的形式占用了比较广的频带。

另两种实现的方法也被广泛应用，就是DSSS和OFDM。

跳频在一些场合，特别是军事应用方面，需要阻止有人监听和干扰信号。

跳频可以有效的减少干扰，虽然干扰信号会影响一个频道，但跳频信号只会在那个频道停留短暂的时间，所以影响不大。

跳频已经制定了很好的规范，在该系统中，信号在一秒内通过多次改变的伪随机序列跳到指定的频段上。

不同应用要求的跳动的快慢不同，一般的应用一秒钟都会有数百次跳动，尽管在HF频段可能少一些。

接收机一样会在一个给定的频率上停留一段时间，从一个频率跳到另一个频率过程中会有一个死区，在该时段内发射机输出被禁止。

这样可以执行频率合成，且阻止信号频道间干扰的产生。

要接收并解调信号，接收器必须与发射机的跳频序列同步，要达到这个要求，发射机和接收器必须获得相同的跳频序列，并且时域上必须同步。

跳频发射机通常采用数字发射机，传送语音信号时，必须先进行模数转换，而空中传输的数据量必须比输出要大的多，才能满足跳频时预留死区时间的需求。

直接序列扩频直接序列扩频（DSSS）是另一种扩频调制方式，在一些系统上已经得到了广泛的应用，尽管在发射机和接收机方面会带来更多的成本上升。

DSSS在军方的应用较多，因为安全性比较高，在一些新的无线通信领域也有采用，因为可以提供更高的容量。

采用DSSS 的应用包括码分多址CDMA，CDMA有多个不同的用户通过不同的“码”接入，而另一些老的系统采用频分多址（FDMA），或时分多址（TDMA）。

扩频通信的工作原理扩频通信是一种广泛应用于无线通信系统中的调制技术，用于增加数据传输的可靠性和抗干扰性。

它通过将原始信号分散到一个较宽的带宽上，在接收端通过相同的扩频技术将信号提取出来。

扩频通信的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 编码：在发送端，扩频通信使用一个扩频码对原始数据进行编码。

扩频码由一系列具有较长码长的独立序列组成，这些序列被称为码片。

每个码片对应一个比特数据（或多个比特），扩频码可以有不同的编码方式，常见的编码方式有直接序列扩频（DSSS）和正交分频多路复用（OFDM）。

2. 扩频：在发送端，使用扩频码对原始数据进行扩频。

扩频是通过将每个比特数据与一个码片进行逻辑运算（通常为异或操作）来实现的。

这个操作将原始数据的每个比特，即0或1，扩展为一个码片序列，这样数据的带宽就被扩展了，实现了数据的扩频传输。

3. 调制：在发送端，通过对扩频信号进行调制，将其映射到一个载波上，从而形成调制信号。

调制方式可以有多种，常见的包括二进制相移键控（BPSK），四进制相移键控（QPSK）等。

4. 信道传输：经过调制的信号被发送到信道中进行传输。

由于扩频信号的带宽较宽，扩频通信在信道传输过程中可以提供更好的抗干扰能力和信号完整性。

这是因为扩频信号的能量被分散到带宽较宽的范围内，降低了窄带干扰对信号的影响。

5. 接收端处理：在接收端，通过与发送端使用相同的扩频码进行解码，将扩频信号中的原始数据恢复出来。

解码过程是编码过程的逆过程，通过将扩频信号与扩频码进行逻辑运算，得到原始数据序列。

6. 解调：在接收端，对解码的信号进行解调，将其转化为数字信号，并提取原始数据。

解调方式与调制方式相对应，常见的解调方式包括相干解调等。

通过以上的步骤，扩频通信实现了信号的传输和恢复。

扩频通信具有较好的抗干扰能力，可以在噪声和多径传播等复杂信道条件下工作。

它广泛应用于无线通信系统中，包括蓝牙、WLAN（无线局域网）、CDMA（码分多址）等。