扩频
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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。
扩频器的电路原理扩频器是一种电子器件,用于将信号的频率带宽扩大,以提高信号传输的可靠性和抗干扰能力。
它通过改变信号的频谱分布,将窄带信号转换为宽带信号。
扩频器的电路原理涉及多种技术,包括频率混合、升频、频谱扩展等。
下面对扩频器的电路原理进行详细介绍。
1. 频率混合频率混合是扩频器电路中常见的技术手段之一。
它通过将输入信号与高频载波信号混合,从而改变信号的频率。
频率混合器通常由混频器和信号发生器组成。
混频器接收来自信号发生器的高频载波信号和待扩频的输入信号,将两个信号进行相乘,得到一个新的带有混频信号的输出。
通过调整信号发生器的频率和混频器的输入信号频率,可以实现输入信号的频率扩大。
2. 升频扩频器中的升频技术用于将信号的频率提高到更高的频段。
升频通常涉及使用数学运算,例如频率加倍器,将输入信号的频率乘以一个系数。
升频技术提高了信号的频率,使其在宽带传输中更加稳定和可靠。
3. 频谱扩展频谱扩展是扩频器电路中最重要的一部分。
它通过在输入信号上加入噪声或干扰信号,扩大信号的频谱带宽。
频谱扩展使得信号在传输过程中更容易与噪声区分,提高了信号的抗干扰能力。
常用的频谱扩展技术包括直接序列扩展(DSSS) 和频率跳变扩频(FHSS)。
直接序列扩展(DSSS) 是一种将低速码序列与数据信号相乘的技术。
低速码序列是一个高频伪噪声信号,其频率比待扩频的信号高得多。
通过将低速码序列与输入信号相乘,输出信号的频谱得到扩展,同时噪声功率也随之增加。
接收端根据事先约定好的伪随机码序列,将输出信号与伪随机码进行相关操作,从而恢复出原始信号。
频率跳变扩频(FHSS) 是另一种常用的频谱扩展技术。
它通过在传输过程中改变载波信号的频率,使得信号在不同的频率上进行传输。
接收端需要与发送端保持一致的频率跳变规律,以正确接收信号。
频率跳变扩频可以有效抵御干扰信号,提高信号的安全性和可靠性。
以上是扩频器电路的基本原理和常用技术。
扩频器的电路设计复杂,通常还涉及其他技术因素,如功率放大器、滤波器等。
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。
扩频增益计算
扩频增益(Spread Spectrum Gain)是指在扩频通信系统中,由于信号频谱被扩展到更宽的带宽,从而在接收端获得的信号处理增益。
扩频增益的计算通常与信号的带宽、扩频码片速率(chip rate)以及系统的处理增益有关。
扩频增益的计算可以采用以下步骤:
1. 确定原始信号的带宽(B)。
2. 确定扩频码片的速率(R),即每秒有多少个码片(chips)。
3. 计算扩频后的信号带宽(B'),通常等于原始信号带宽与扩频码片速率的比例。
在直
接序列扩频(DSSS)中,扩频后的信号带宽是原始信号带宽的R倍,即 B' = R * B。
4. 计算处理增益(G),这是接收端信号功率与发送端信号功率的比值。
处理增益由扩频码片的速率决定,可以通过以下公式计算:
G = L * (B' / B)
其中,L是系统的总增益,包括放大器、滤波器等组件的增益。
5. 计算扩频增益(G_spread),这是扩频技术相对于未经扩频的信号所提供的额外增益:
G_spread = G - 1
这意味着扩频增益是处理增益与1(未经扩频的信号增益)之差。
请注意,扩频增益并不仅仅取决于带宽和码片速率,还受到信号传输过程中噪声和干扰的影响。
在实际应用中,还需要考虑系统的噪声系数、接收机的性能以及其他可能影响信号质量的因素。
扩频技术原理扩频技术,是一种在通信中广泛应用的调制技术,它通过将信号在频域上进行扩展,使其带宽变宽,从而提高了通信系统的抗干扰性能和传输速率。
扩频技术主要应用于无线通信、卫星通信、雷达系统等领域,成为现代通信技术中不可或缺的一部分。
一、扩频技术的基本原理扩频技术的基本原理是将原始信号通过乘法运算与扩频码相乘,从而实现信号的扩展。
扩频码是一种特殊的序列,通常是伪随机序列。
扩频码序列具有良好的互相关性,可以在接收端实现信号的解扩。
二、扩频技术的信号传输方式扩频技术有两种主要的信号传输方式:直接序列扩频和频率跳变扩频。
1. 直接序列扩频(DSSS)直接序列扩频是最常见的扩频技术之一,它将原始信号与扩频码进行乘法运算,通过改变扩频码的周期来改变信号的传输速率。
在发送端,原始信号被扩展成宽带信号,然后通过信道进行传输。
在接收端,接收到的扩频信号通过与扩频码的相关运算,得到原始信号。
2. 频率跳变扩频(FHSS)频率跳变扩频是另一种常见的扩频技术,它将原始信号通过频率跳变的方式进行扩展。
发送端将原始信号与扩频码进行乘法运算后,将信号的载频按照一定规律进行频率跳变。
接收端根据事先约定好的频率跳变规律,对接收到的信号进行解扩。
三、扩频技术的优点扩频技术具有以下几个优点:1. 抗干扰能力强:扩频技术通过将信号扩展到宽带,使得信号在频域上分散,降低了窄带干扰的影响,提高了通信系统的抗干扰能力。
2. 隐蔽性好:扩频技术将信号扩展到宽带,使得信号的功率密度降低,相对于窄带信号,扩频信号在频谱上更加分散,难以被敌方窃听。
3. 传输容量大:扩频技术通过将信号的带宽扩展,提高了信号的传输速率,可以同时传输多路信号。
4. 高精度定位:扩频技术在卫星导航系统中得到广泛应用,通过对接收到的多个扩频信号进行测距和测角,可以实现高精度的定位。
四、扩频技术的应用领域扩频技术在无线通信、卫星通信、雷达系统等领域广泛应用。
1. 无线通信:扩频技术在无线局域网(WLAN)、蓝牙、CDMA等无线通信系统中得到广泛应用,提高了通信系统的抗干扰性能和传输速率。
扩频、加扰的定义与作用扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。
扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性:1、抗干扰性能好:它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力,有利于电子反对抗。
如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用和民用移动通信是很有利的。
2、隐蔽性强、干扰小:因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。
信号淹没在白噪声之中,别人难于发现信号的存在,再加之不知扩频编码,就更难拾取有用信号。
而极低的功率谱密度,也很少对其它电讯设备构成干扰。
扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽,从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”,这对空间通信大有好处。
国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准,以防止对地面通信的干扰。
例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。
3、易于实现码分多址:扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频谱资源呢?其实正相反,是提高了频带的利用率。
正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。
充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分的利用。
常规的无线电通信是在频率上分配(称为频分)或从时间上分配(称为时分)给通信用户,使之在频段上或时间上互不相同,以使彼此互不干扰共用频谱资源。
扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。
直接扩频的原理直接扩频是一种用于数字通信中的调制技术,它可以将低速数据信号通过扩频技术转换为高速带宽信号。
其原理基于码片序列的产生与发送方和接收方之间的一致性。
下面将详细解释直接扩频的原理。
直接扩频的原理主要分为以下几个步骤:1. 码片生成:直接扩频使用的主要是伪随机码(PN码)序列。
PN码是一种非周期的伪随机码,其特点是码长较长、自相关性小、互相关性低。
PN码序列是通过基本码片序列与生成多项式进行移位寄存器计算得到的。
生成多项式的选取与具体的应用有关。
2. 数据调制:在直接扩频中,低速数据信号需要转换为高速的扩频信号。
这一步骤中,低速数据信号与标志PN码进行逐位或逐符号的逻辑运算。
逻辑运算所得的结果将直接决定扩频信号的相位值。
逻辑值0与PN码的逻辑值0或逻辑值1进行运算,则输出为PN码的逻辑值0或逻辑值1;逻辑值1与PN码的逻辑值1或逻辑值0进行运算,则输出为PN码的逻辑值1或逻辑值0。
3. 发送:数据调制之后,将高速扩频信号通过发送模块发送到传输介质中,如无线电波或光纤等传输媒介。
发送的方式可以是单播、广播或组播等。
4. 接收:接收端收到扩频信号后,首先需要进行同步操作,即与发送端的码片序列进行匹配以找到正确的序列位置。
然后,接收端将扩频信号与相同的码片进行逐位或逐符号的逻辑运算。
逻辑运算所得的结果即为解调后的低速原始数据信号。
5. 解调:通过逻辑运算解调出原始低速信号后,可以对数据进行进一步处理。
例如,对解调后的数字信号进行解码、误码检测、纠错等操作,以提高传输的可靠性。
直接扩频的原理中,伪随机码起到了关键作用。
它具有较长的码长,使得扩频信号的带宽较宽,有利于在传输过程中抵抗噪声、干扰和多路径衰落等。
同时,伪随机码的自相关性较小,互相关性低,可以提供较好的码分复用和隐蔽性能。
直接扩频技术在现代数字通信中得到了广泛应用。
它在抗多径衰落、抑制窄带干扰、提高抗噪性能等方面具有独特的优势。
例如,在无线通信系统中,直接扩频可以提供更好的通信质量和更高的系统容量。
扩频信号的频谱推导扩频信号的频谱推导一、什么是扩频信号?扩频信号(Spread Spectrum Signal)是指在无线通信中,通过改变信号的频率,将原始信号“扩展”到更宽的带宽上发送。
这一技术的应用极其广泛,涵盖了无线通信、传感器网络、卫星通信等领域。
二、扩频信号的特点1. 宽带传输:相比于传统的窄带信号,扩频信号在发送过程中占用更宽的频谱带宽,从而提高信号的传输速度和信息容量。
2. 抗干扰性能好:扩频信号的抗干扰能力较强,可以在复杂的电磁环境下稳定传输。
3. 隐蔽性强:由于扩频信号的频谱特点,使得其在传输过程中难以被非法窃听或干扰。
4. 高安全性:扩频信号的特有调制方式使得信号被非法解码的难度大大提高,因此具有较高的安全性。
三、扩频信号的频谱推导扩频信号的频率与原始信号的频率之间存在一定的关系,下面对扩频信号的频谱进行推导。
1. 扩频技术的基本原理扩频技术采用的是频域扩展的方式,即将窄带信号通过调制方法扩展到更宽的频带上。
在传输端,采用特定的扩频码对原始信号进行调制,然后通过无线介质传输。
在接收端,通过解调器对扩频信号进行解调,还原出原始信号。
2. 扩频信号的频谱特点扩频信号的频谱主要体现在以下两个方面:(1)频谱展宽:扩频信号的频谱宽度远大于原始信号的频带宽度。
通过采用长码序列或者快速码扩展技术,可以将原始信号展宽到几十乃至上百倍的频带宽度。
(2)带通滤波:在解调端,采用与发送端相同的扩频码对信号进行解调,因此只有具备相同扩频码的解调器才能解调出有用信号。
其他频率的信号在解调端被带通滤波器去除,从而实现了信号的隔离。
3. 扩频信号的频谱展宽过程扩频信号的频谱展宽过程可以用数学模型来描述。
假设原始信号为x(t),扩频过程中采用的扩频码为C(t),则扩频信号可以表示为y(t)=x(t)·C(t)。
通过对 y(t)进行频谱分析,可以得到扩频信号的频谱分布情况。
4. 扩频码的选择与频谱优化扩频信号的频谱分布与采用的扩频码有关。
扩频科技名词定义中文名称:扩频英文名称:frequency spread定义:利用与信息无关的伪随机码,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得多的过程。
例如:跳频、混合扩频、直接序列扩频。
所属学科:通信科技(一级学科);通信原理与基本技术(二级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布扩频是一种信息处理传输技术。
扩频技术是利用同欲传输数据(信息)无关的码对被传输信号扩展频谱,使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。
特性1.扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号扩频2.扩频信号带宽远大于欲传输数据(信息)带宽3.接收机中必须有与宽带载波同步的副本补充传输信息时所用信号带宽远大于传输些信息所需最小带宽的一种信号处理技术。
发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现,接收端用同步的相同码解扩以恢复所传数据。
扩频的基本方法有,直接序列(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)和线性调频(Chirp)等4种,其频率时间关系如图1所示,目前人们所熟知的新一代手机标准CDMA就是直接序列扩频技术的一个应用。
而跳频、跳时等技术则主要应用于军事领域,以避免己方通信信号被敌方截获或者干扰。
扩频的主要特点为:抗干扰,抗多径衰落,低截获概率,码分多址能力,高距离分辨率和精确定时特性等。
工作原理码序列去调制数字信号以按照扩展频谱的方式不同,现有的扩频通信系统可以分为:直扩方式直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)工作方式,简称直扩(DS)方式直接序列扩频方式所谓直接序列(DS-DirectScquency)扩频,就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。
而在收端,用相同的扩频码序列去进行解扩,把展宽的扩频信号还原成原始的信息。
直接序列扩频的原理如图所示。
用窄脉冲序列对某一载波进行二相相移键控调制。
如果采用平衡调制器,则调制后的输出为二相相移键控信号,它相当于载波抑制的调幅双边带信号。
图中输入载波信号的频率为fc,窄脉冲序列的频谱函数为G(C),它具有很宽的频带。
平衡调制器的输出则为两倍脉冲频谱宽度,而fc被抑制的双边带的展宽了的扩频信号,其频谱函数为fc+G(C)。
在接收端应用相同的平衡调制器作为解扩器。
可将频谱为fc+G(C)的扩频信号,用相同的码序列进行再调制,将其恢复成原始的载波信号fc。
跳频方式跳变频率(FrequencyHopping)工作方式,简称跳频(FH)方式跳变频率方式另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频(FH-FrequencyHopping)。
所谓跳频,比较确切的意思是:用一定码序列进行选择的多频率频移键控。
也就是说,用扩频码序列去进行频移键控调制,使载波频率不断地跳变,所以称为跳频。
简单的频移键控如2FSK,只有两个频率,分别代表传号和空号。
而跳频系统则有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制,不断跳变。
右图为跳频的原理示意图。
发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。
跳时方式跳变时间(TimeHopping)工作方式,简称跳时(TH)方式跳变时间工作方式与跳频相似,跳时(TH-TimeHopping)是使发射信号在时间轴上跳变。
首先把时间轴分成许多时片。
在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。
可以把跳时理解为:用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。
由于采用了窄得很多的时片去发送信号,相对说来,信号的频谱也就展宽了。
右图是跳时系统的原理方框图。
在发端,输入的数据先存储起来,由扩频码发生器的扩频码序列去控制通-断开关,经二相或四相调制后再经射频调制后发射。
在收端,由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通-断开关,再经二相或四相解调器,送到数据存储器和再定时后输出数据。
只要收发两端在时间上严格同步进行,就能正确地恢复原始数据。
Chirp方式宽带线性调频(ChirpModulation)工作方式,简称Chirp方式宽带线性调频方式如果发射的射频脉冲信号在一个周期内,其载频的频率作线性变化,则称为线性调频。
因为其频率在较宽的领带内变化,信号的频带也被展宽了。
这种扩频调制方式主要用在雷达中,但在通信中也有应用。
右图中是线性调频的示意图。
发端有一锯齿波去调制压控振荡器,从而产生线性调频脉冲。
它和扫频信号发生器产生的信号一样。
在收端,线性调频脉冲由匹配滤波器对其进行压缩,把能量集中在一个很短的时间内输出,从而提高了信噪比,获得了处理增益。
匹配滤波器可采用色散延迟线,它是一个存储和累加器件。
其作用机理是对不同频率的延迟时间不一样。
如果使脉冲前后两端的频率经不同的延迟后一同输出,则匹配滤波器起到了脉冲压缩和能量集中的作用。
匹配滤波器输出信噪比的改善是脉冲宽度与调频频偏乘积的函数。
一般,线性调频在通信中很少应用。
混合方式各种混合方式在上述几种基本的扩频方式的基础上,可以组合起来,构成各种混合方式。
例如DS/FH、DS/TH、DS/FH/TH等等。
信号频谱一般说来,采用混合方式看起来在技术上要复杂一些,实现起来也要困难一些。
但是,不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性。
例如DS/FH 系统,就是一种中心频率在某一领带内跳变的直接序列扩频系统。
其信号的频谱如图所示。
对于DS/TH方式,它相当于在扩频方式中加上时间复用。
采用这种方式可以容纳更多的用户。
在实现上,DS本身已有严格的收发两端扩频码的同步。
加上跳时,只不过增加了一个通-断开关,并不增加太多技术上的复杂性。
对于DS/FH/TH,它把三种扩频方式组合在一起,在技术实现上肯定是很复杂的。
但是对于一个有多种功能要求的系统,DS、FH、TH可分别实现各自独特的功能。
因此,对于需要同时解决诸如抗干扰、多址组网、定时定位、抗多径和远-近问题时,就不得不同时采用多种扩频方式。
编码扩频又分为直接序列(DirectSequence,DS)扩频技术(简称直扩)和跳频(FrequencyHopping,FH)扩频技术。
扩频系统可以看作是两个调制过程,第一步,使用传统的调制方式调制有效信号;第二步,使用扩频编码调制载波,使其扩展到一个非常大的带宽内,实现频谱展宽。
常用扩频编码方式:(1)直序扩频技术直序扩频技术的原理是使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号,这种二进制比特流看上去是随机的,实际上是按照特定的算法由数字电路产生的,称为伪随机码(Pseudo?noise)。
在伪随机码的调制下,载波的相位在0度~180度之间跳跃变化,被调制后的载波又同有效信息进行混合,通过发射机发射。
相应的接收机内能够产生相同的伪随机码,按照发射的逆过程解调,解析出有效信息信号。
(2)跳频扩频技术跳频扩频技术是通过伪随机码的调制,使载波工作的中心频率不断跳跃改变,而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变。
这样,只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码,就可以达到同步,排除噪音和其他干扰信号。
扩频技术是利用开放的ISM2.4GHz频段。
也正是由于这个2.4~2.484GHz频段无需申请许可证(但发射功率受限制),因而此频段很拥挤,微波噪声最大,采取何种发送及接收技术,都将直接影响到微波传输的速率和质量。
直扩采取主动占有方式,跳频是被动适应。
直扩技术同时使用整个子频段,信号被扩展多次而无损耗;跳频技术是连续间断跳跃使用多个频点,当跳跃至某个频点时,判断该频点是否有噪声干扰,若无则传输信号,若有则依据算法跳至下一频点继续判断。
优势抗干扰能力强扩频通信系统扩展的频谱越宽,处理增益越高,抗干扰能力就越强。
简单地说,如果信号频谱展宽10扩频优势倍,那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰,分散了干扰功率,从而在总功率不变的条件下,其干扰强度只有原来的1/10。
另外,由于接收端采用扩频码序列进行相关检测,空中即使有同类信号进行干扰,如果不能检测出有用信号的码序列,干扰也起不了太大作用,因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。
码分多址能力强由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制,充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样在同一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。
高速可扩展能力强由于独占信道且码分多址,所以速率很高。
由于在IEEE802.11标准中,11位随机码元中只有1位用来传输数据,因此吞吐量的扩展能力强。
相对于通用标准采用的相位变化DQPSK/DPSK调制技术,增强型采用了直序/脉冲位置调制(DS/PPM)技术。
PPM技术使用了预置的8位码元中的3位传输数据,这就使传输率产生了飞跃。
应用扩频信号是用扩展随机序列——伪随机码调制射频信号或不断跳跃的载波信号频率而得到的,这样,扩频扩频芯片系统不同于传统通信系统,它可以极大限度地共享相同的频道资源。
每套系统都具有与众不同的扩展序列来减少来自其他设备的干扰,只有具有与发射者相同扩展序列的接收者才可以重组或压缩扩频传输信号来获得其中加载的有效信息。
即使是多套扩频设备使用同一个频道在同一地区进行信号传输,只要采用不同的扩频序列,就不会相互干扰。
扩频系统这一频道复用的优势,使其成为在大城市频谱资源十分拥挤的环境下最理想的选择。
扩频通信作为一种成熟的高科技技术,可应用于:(1)地僻人稀的农村及通信不发达地区;(2)有线基建已饱和的繁华市区;(3)因业务要求骤增而有线基建滞后的新建社区;(4)用户主干/备份通信网络,以弥补邮电公众网络的不足。
现状研究现状扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用,其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移扩频动通信系统,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。
码捕获对码捕获的研究主要集中在对周期较长的码实现捕获的问题,也就是快速捕获的问题。
以前采用的主要是串行捕获方法,这种方案实现简单,但捕获速度不能满足要求。
而现在大规模集成电路的应用使并行捕获方案成为可能,但系统的复杂度很高,因此研究的目标就是实现码捕获时间性能和系统复杂度之间的折衷。
在串行捕获方案中,双停顿时间搜索法和序贯检测法都是缩短捕获时间的有效方法,利用一些新的搜索算法进一步改进这些系统的性能成为研究的热点。
此外以前主要研究的是高斯信道下的捕获性能,现在则考虑到非高斯信道下的捕获性能,以及在有频偏等影响条件下捕获性能。
多用户检测CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制,多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的扩频性能,因此是一种提高系统容量的有效方法。