扩频通信资料

1 序 言

一．扩展频谱技术概述

概念：所谓扩展频谱技术一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。一种典型的扩展

频谱系统如图0-1所示：

图0-1 典型扩展频谱系统框图

它主要由原始信息，信源编译码，信道编译码（差错控制），载波调制与解调，扩频调制与解扩频

和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度，压缩信源的数码率，提高信道的传输效率。

差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。调

制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输，如微波频段，短波频段等。扩频调制和解扩是

为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。框图中各点信号的时域和频域特性如图0-2所示。与

传统通信系统不同的是，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。为什麽要进行扩频？这是因为

它具有一些独特的优点。

特点：

1) 抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力。

2) 可检性抵，(LPI---Low Probability of Intercept)，不容易被侦破。

3) 具有多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术。

4) 可抗多径干扰。

5) 可抗频率选择性衰落。

6) 频谱利用率高，容量大（可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等）。

7) 具有测距能力。

8) 技术复杂。

应用：基于以上这些特点，扩频技术首先应用于军事通信，现在也开始民用和商用。

1)卫星通信（多址，抗干扰，便于保密，降低平均功率谱密度）

2)移动通信（多址，抗干扰，便于保密，抗多径，提高频谱利用率）

3)无线本地环路

4)GPS（选址，抗干扰，保密，测距）

5)测试仪，干扰仪测时延，无码测试仪`````

主要缺点：技术复杂，但是随着数字处理技术的发展，集成工艺进步，使扩频系统的实现变的简

单，只需对扩展技术有一般的了解就可以从事扩频系统的设计工作。因此，扩频技术信源 信源编码 信道编码 载波调制 扩频

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)(tf。信号的时域表示式)(tf可以用傅立叶变换得到其频域表示式)(fF。频域和时域的关系由式(1-1)确定：

tetffFftjd)()(π2

fefFtfftjd)()(π2 (1-1)

函数)(tf的傅立叶变换存在的充分条件是)(tf满足狄里赫莱(Dirichlet)条件，或在区间(-∞，+∞)内绝对可积，即ttfd)(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)(tf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：

扩频通信系统

扩展频谱通信技术是一种信息传输方式。其系统占用的频带宽度远远大于要传输的原始信号带宽（或信息比特率），且与原始信号带宽无关。在发送端，频带的展宽是通过编码及调制（扩频）的方法来实现的。在接受端，则用与发送端完全相同的扩频码进行相关解调（解扩）来恢复信息数据。

设W代表系统占用带宽，B代表信息带宽，则一般认为W与B的比值1～2为窄带通信，50以上为宽带通信，100以上为扩频通信。

其基本原理是：信息数据经过信息调制器后输出的是窄带信号，经过扩频调制后频谱被展宽，在接受机的输入信号中加有干扰信号，经过扩频解调（解扩）后有用信号变成窄带信号，而干扰信号变成宽带信号，再经过窄带滤波器，滤掉有用信号带外的干扰信号，从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比。

扩频通信的理论基础来源于信息论和抗干扰理论。仙农（Shannon)在其信息论中得到如下有关信道容量的有名公式：C=Wlog2(1+S/N)，其中C为信道，W为信道宽度，S/N为信噪比。从这个公式可以得出一个重要结论：给定的信道容量C可以用不同的带宽W和信噪比S/N的组合来传输。若减小带宽则必须发送较大的信号功率，若有较大的传输带宽，则同样的信道容量能够由较小的信号功率来传送。这表明宽带系统表现出较好的抗干扰性。因此，当信噪比太小，不能保证通信质量时，常用宽带系统，也就是用增加带宽来提高信道容量，以改善通信质量，这就是通常所谓用带宽换功率的措施。扩频通信就是将信息信号的频谱扩展100倍以上，然后再进行传输，因而提高了通信的抗干扰能力，使之在强干扰情况下（甚至在信号被噪声淹没的情况之下）仍然可以保持可靠的通信。

扩频通信有以下特点：

抗干扰能力强

保密性好

可以实现码分多址

抗多径干扰

能精确的定时和测距

扩频通信有以下种类：

直接序列（DS）系统

跳频（FH）系统

脉冲线性调频（Chirp）系统

扩频通信原理

扩频通信原理是一种通过将信号扩展到较宽的频带上来实现传输的通信技术。它在信号传输过程中引入了一个称为扩频码的伪随机序列，在发送端和接收端之间进行同步和解扩，从而实现高速、抗干扰的通信。

扩频通信原理的基本思想是将待发送的数据信号与一个伪随机序列进行逐位运算，将数据信号“扩展”到一个较宽的频带上。在发送端，通过调制将扩频信号转换为高频信号，然后经过通道传输到接收端。在接收端，通过解调将接收到的高频信号转换回扩频信号，然后与接收到的伪随机序列进行逐位运算，得到原始的数据信号。

扩频码是扩频通信的核心技术之一。它是一个具有良好相关性和随机性质的序列，它的周期非常长，一般比数据信号的周期长几倍甚至几十倍以上。在发送端，通过将每个数据位与扩频码的对应位进行逻辑运算，实现数据信号的扩展。在接收端，通过将接收到的扩频信号与扩频码进行逻辑运算，将信号恢复为原始的数据信号。

扩频通信原理具有以下几个重要特点。首先，采用扩频码来扩展信号，增加了信号传输的抗干扰能力，有效抑制了窄带干扰。其次，扩频信号在频谱上呈现宽带信号的特性，使得信号在传输过程中具有较好的传播性能。再次，多用户之间可以共享同一频率资源进行通信，从而提高了频率资源的利用率。最后，扩频通信还具有高安全性的特点，由于扩频码的随机性质，非法窃听者很难获取到有效的信息。

总之，扩频通信原理通过引入扩频码，将信号扩展到较宽的频带上，具有高速、抗干扰、多用户共享和高安全性等特点。这种通信技术在无线通信、卫星通信、局域网和军事通信等领域得到了广泛的应用。