扩频通信课程教学大纲

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，扩频技术在这些年发展非常迅速，由军用到民用，商用，范围很广。

理论基础：扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理[1]其中C------信道容量（比特/秒） N-----噪声功率 W----带宽（赫兹） S ---------信号功率当S/N 很小时（≤0.1）得到：在无差错传输的信息速率C 不变时，如N/S 很大，则必须使用足够大的带宽W 来传输信号。

扩频通信第二版课程设计
介绍
扩频通信已经成为现代通信领域内的重要研究领域之一。

因为扩频技术具有抗
干扰性强、可靠性高等优点，被广泛应用于军事、民用和商业等领域。

本文将介绍扩频通信第二版课程设计。

课程旨在通过理论和实验教学，让学生
掌握扩频通信的基本原理、信号处理、系统设计和实现。

本课程设计包括以下部分：
1.理论部分：介绍扩频通信的基本原理和信号处理技术。

2.实验部分：通过仿真和实现方式掌握扩频通信的系统设计、参数优化
及实现。

理论部分
1. 扩频通信基本原理
扩频通信是通过将窄带信号通过扩频技术转化成宽带信号，提高系统的抗干扰、安全性能。

扩频技术主要包括直接序列扩频技术（DS）、频率跳变扩频技术（FH）、混沌扩频技术等。

2. 扩频通信信号处理
扩频通信信号处理是实现扩频通信系统的重要一环，包括抗扰波、检测、同步
和编解码等。

主要运用数字信号处理技术对原始信号进行滤波、均衡、解调、调制等运算。

1。

扩展频谱通信第一版课程设计一、课程设计背景扩频通信是一种利用扩展频带技术实现的通信方式，因其具有高抗干扰性、低功率密度等优点而得到广泛应用。

其中，扩展频谱通信技术应用于无线传感器网络、军事通信、物联网等领域，成为当前研究的热点。

因此，扩展频谱通信第一版课程设计旨在帮助学生深入了解扩展频谱通信技术原理和应用，提高学生专业素养和实践能力。

二、课程设计目的扩展频谱通信第一版课程设计旨在达到以下目的：1.培养学生对扩频通信技术的理解和应用；2.提高学生的专业素养和实践能力；3.培养学生的独立思考和解决问题的能力。

三、课程设计内容1. 扩展频谱通信技术概述扩展频谱通信技术的概念、特点和发展历程。

2. 扩频调制技术原理扩频调制技术的基本原理、调制方式及其在数字通信中的应用。

3. 扩展频谱信号发生器的设计与实现根据扩频调制技术原理，设计并实现一个扩展频谱信号发生器，包括信号发生器硬件和软件的设计、开发和测试。

4. 扩频接收机的设计与实现采用扩频技术设计并实现一个扩频接收机，包括接收机硬件和软件的设计、开发和测试。

5. 扩展频谱网络通信实验应用已有的扩展频谱通信技术，完成扩展频谱网络通信实验，包括环境搭建、协议设计、应用开发和性能测试等。

四、课程设计步骤1.学生自主学习相关专业基础知识，掌握数字通信技术和扩频调制原理；2.自主设计并实现扩展频谱信号发生器和接收机；3.在指导教师的帮助下，完成扩展频谱网络通信实验；4.撰写设计报告，描述课程设计的过程和设计成果；5.参与展示和交流，分享课程设计的经验和收获。

五、课程设计评估课程设计的评估将考核学生的探索、实践和成果。

1.课程设计报告评估：•设计思路、步骤和方法的合理性和完整性；•相关数据和结果的准确性和完整性；•以及所能反映出的技术实现和应用的能力。

2.作品展示评估：•实验装置和成果的现实性和可行性；•发掘问题的能力以及解决问题的能力；•交流表达能力以及团队合作能力。

扩频课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握扩频通信的基本原理、技术和应用，能够分析并设计简单的扩频通信系统。

具体来说，知识目标包括：了解扩频通信的基本概念、原理和特点；掌握扩频码的选取和生成方法；理解扩频通信在抗干扰、保密等方面的优势。

技能目标包括：能够运用扩频通信的基本原理分析和解决实际问题；具备设计和实现简单扩频通信系统的能力。

情感态度价值观目标包括：培养学生对新技术的兴趣和好奇心，增强其探索和创新精神；使学生认识到扩频通信在现代通信系统中的重要地位，提高其对通信行业的认识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括扩频通信的基本原理、扩频码的选取与生成、扩频通信系统的设计与实现等。

具体安排如下：1.扩频通信的基本原理：介绍扩频通信的定义、原理和特点，分析扩频通信在抗干扰、保密等方面的优势。

2.扩频码的选取与生成：讲解扩频码的分类、选取原则和生成方法，引导学生掌握扩频码的设计技巧。

3.扩频通信系统的设计与实现：分析扩频通信系统的组成部分，讲解系统设计与实现的基本步骤，培养学生具备实际设计能力。

4.扩频通信的应用：介绍扩频通信在实际应用中的案例，使学生了解扩频通信在现代通信系统中的重要地位。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。

主要包括：1.讲授法：教师讲解扩频通信的基本原理、技术和应用，引导学生掌握课程基本知识。

2.讨论法：学生针对扩频通信中的关键问题进行讨论，培养学生的思考和表达能力。

3.案例分析法：分析实际扩频通信案例，使学生了解扩频通信在实际应用中的优势。

4.实验法：安排学生进行扩频通信实验，锻炼学生的动手能力和实际问题解决能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的扩频通信教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：推荐学生阅读相关参考书籍，丰富其知识体系。

3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，生动展示扩频通信的相关概念和实例。

第一章扩频通信的理论基础二、直接序列扩频(DS)原理同的PNN倍！数学模型为：1.2.1发送：换的数字信号：PCM，∆M等PN码振荡源（图）――符号周期宽度，符号速率，信息符号，门函数伪随机码序列：(注意这里一般用双极性波形)，设是方波，也是门函数，伪码速率，伪码周期为，举例――――信息：0 1 1 001100101 10011010 10011010 01100101扩频码：扩展序列：∵方波波形相乘等效于二进制码的“模二加”―>射频调制：BPSK（也可以采用MSK ， QPSK 等） 频谱/功率谱扩展情况功率谱推导：设功率谱关系 ：，则有：（和相互独立，）：周期长的PN 序列，其自相关函数为（为时延差）归一化：功率谱函数：BPSK 调制的自相关函数：从而可得：1.2.2 接收有用信号 信道噪声 干扰信号 用户干扰本地伪码序列，与发送PN 序列同步，有同步时差其中有用信号：只要满足伪码同步（PN 码相同，时间起点对齐），则有再经过相干解调：在满足载波同步和相位同步条件下：有：------- 基带滤波 此过程波形图见课本图2-6对于噪声与干扰输出大大消减解扩与基带滤波这是由于：窄带干扰：解扩中---->宽带扩频信号，能量扩散------> 输出强度 （基带滤波）噪声：为宽带噪声――――> 变为窄带噪声下降倍 （基带滤波，解扩未带来新噪声）用户干扰：―――――>解扩输出，强度至少下降N 倍（多用户间伪码不相关：互相关）频谱示意图：1.2.3 处理增益与干扰容限A. 衡量系统抗干扰能力―――处理增益（或扩频增益）定义：接收相关处理的输出与输入信噪功率之比。

（主要是解扩与基带滤波）由于：，假定：解扩已取得伪码同步，相关处理前后信号功率不变，有对于窄带干扰，再设 输入干扰功率带宽为， 解扩前后干扰总功率不变，只是谱密度下降为（被“扩频”了） 从而有：而 （基带滤波输出的结果），有：●对：解扩无作用，不能改变噪声功率谱密度（），基带滤波后：●对用户干扰，多径干扰等的分析，根据扩频序列的互相关和自相关性能的不同，会得到不同的，但一般有从以上分析可知：提高的技术途径：―― 受码发生器电路码速率限制―― 目前一般，PCM 话音编码，码速率为，若采用语音压缩技术（线性预测编码，矢量量化编码等）可达，从而使大大提高 通过采用多进制数字调制方法降低符号速率，如QPSK ，16QAM 等例： 增大3dB 增大8dB 相对而言：降低花费代价较增大要小B. 干扰容限：――允许输入的最大干信比值 ( 对应为：最低要求的信噪比)保证系统正常工作（即满足输出信噪比要求，BER 极低），接收机输入端许可的干扰信号比有用信号高出的分贝数，即系统对的要求。

扩频通信课程设计前言随着无线通信技术的飞速发展，扩频通信技术逐渐成为现代通信领域的重要组成部分。

本文主要介绍扩频通信的基本原理及其在课程设计中的应用。

扩频通信基础知识扩频通信简介扩频通信（Spread Spectrum Communication）是一种采用极宽的带宽来传输较窄带宽信息的技术。

其目的是为了把本应集中在一个信道内的信号，通过将其扩展到一定的带宽内进行传输，以便降低信号受到干扰的可能性。

扩频通信的分类扩频通信可分为直接扩频和间接扩频。

•直接扩频：指在发送端把数据直接编码为序列信号，然后与一个高速的扩频码相乘得到扩频信号•间接扩频：指在发送端将数据进行调制后与扩频码相乘得到扩频信号扩频通信的原理在扩频通信中，接收端需要使用一个与发送端相同的扩频码来解码原始信号。

这一过程主要包括序列信号的生成，扩频码的生成，调制与解调等环节。

扩频通信的优缺点扩频技术具有较强的抗干扰能力，可以在低信噪比下保证高可靠性的数据传输，具有以下优点：•传输距离长•抗干扰性能优良•能增加系统的隐蔽性但是，扩频通信技术也存在一些缺点：•相对于窄带通信，在同等带宽下的传输速率较低•相对于调频通信，在同样功耗和速率条件下的硬件成本较高扩频通信课程设计设计目的本次扩频通信课程设计旨在通过学生的实践操作，使其能够更好地理解扩频通信技术的原理及其在实际应用中的特点，进而提升其扩频通信应用能力。

设计方案本次课程设计分为两部分：•理论授课：通过教师授课及学生自学，学生将完成对扩频通信技术的基本原理及其应用的掌握。

•实践操作：学生将利用微控制器完成硬件设计，实现扩频通信的发射和接收，并对其性能进行测试及优化。

实验设备及材料•微控制器开发板：选用STM32F103系列开发板•扩频通信模块：选用NRF24L01扩频通信模块•开发软件：选用Keil5作为开发工具•扩频码：自行设计实验步骤1.硬件设计•接线：连接开发板和扩频通信模块•程序设计：编写扩频通信程序，包括发送端和接收端程序2.实验测试•发送数据：通过发送端向接收端发送数据，测试通信性能•数据分析：对测试结果进行分析，对扩频通信性能进行评估实验结果分析根据实验结果，我们可以得到以下结论：•扩频通信具有较强的抗干扰能力•发送距离较远时，扩频通信的传输速率会较慢•在扩频码长度固定的情况下，增加数据传输速率会导致传输距离的缩短结论通过本课程设计，学生能够深入了解扩频通信技术的原理及其在实际应用中的特点，进而提升其对扩频通信技术的理解和应用能力。

直序列扩频通信
一、教学目标：
掌握直序列扩频通信原理。

二、教学重点、难点：
重点掌握直序列扩频通信基本原理及应用。

三、教学过程设计：
（1）直接序列扩频通信系统中，扩展数据信号带宽的一个方法使用一个PN序列和它相乘。

直接序列扩频系统在发送端直接用高码率的扩频码去展宽数据信号的频谱，而在接收端则用同样的扩频序列进行解扩，把扩频信号还原为原始的窄带信号。

(2)扩频后的信号带宽比原理的扩展了N倍，功率谱密度下降到1/N。

扩频码与所传输的信息数据无关，和一般的正弦载波信号一样，不影响信息传输的透明性。

扩频码序列仅是起扩展信号频谱带宽的作用。

（3）直扩系统的优点在于它可以在很低的甚至负信噪比环境中使系统正常工作。

但是考虑到网内用户移动的情况对直扩系统将产生远近效应。

因此，移动通信采用直扩系统时，需要解决远近效应带来的影响，方法之一是采用功率控制。

教师分析直序列扩频通信应用，学生并结合上课内容进行分析掌握。

四、课后作业或思考题：
分析直序列扩频通信系统怎样克服远近效应？
五、本节小结：
对本节内容进行小结。

扩频通信第二版教学设计一、课程概述本课程是为了让学生了解扩频通信的基本原理和应用，通过实验和设计，学生可以掌握扩频通信的模块化设计思想，以及应用于嵌入式系统中的实现方法。

二、教学目标1.理解扩频通信的基本原理，例如：扩频技术、调制技术等；2.熟悉扩频通信在现实生活中的应用场景；3.掌握扩频通信在嵌入式系统中的实现方法；4.通过实验和设计，让学生了解模块化设计思想。

三、教学内容3.1 扩频技术和调制技术1.扩频技术：直接序列扩频技术、频率跳变扩频技术；2.调制技术：BPSK调制、QPSK调制等。

3.2 扩频通信应用场景介绍1.扩频通信在移动通信中的应用；2.扩频通信在卫星通信中的应用。

3.3 扩频通信在嵌入式系统中的实现方法1.扩频通信芯片组的选型；2.扩频通信模块化设计思想；3.实现扩频通信的软件设计。

3.4 实验和设计1.实验一：基于扩频通信的通信原理验证实验；2.实验二：利用扩频通信模块，实现对指定信号的快速传输；3.设计：利用扩频通信模块和其他传感器，完成一个小型的远程监测系统。

四、教学方法本课程将采用以下教学方法：1.理论教学：通过讲解和课件的方式，介绍扩频通信的基本原理、应用场景和实现方法；2.实验教学：通过实验操作，让学生深刻理解扩频通信的实现方法和模块化设计思想；3.设计教学：通过设计实战，让学生熟悉使用扩频通信模块和其他传感器，完成小型远程监测系统的设计。

五、实验设备和材料1.扩频通信芯片组；2.扩频通信模块；3.信号发生器；4.示波器；5.嵌入式开发板；6.其他传感器。

六、教学进度与安排进度内容第一周介绍扩频通信的基本原理和应用场景，扩频技术和调制技术的介绍第二周介绍扩频通信在嵌入式系统中的实现方法，讲解模块化设计思想第三周到第五周实验操作，让学生深刻理解扩频通信的实现方法和模块化设计思想第六周到第七周设计实战，让学生熟悉使用扩频通信模块和其他传感器，完成小型远程监测系统的设计七、教学评估7.1 作业评估1.实验报告评估；2.设计报告评估。