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扩频通信技术

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移动通信技术及其应用课程设计

题 目 扩频通信技术

指导教师 李秋菊

学生姓名 张新星

学 号 200900802005

专 业 09电子信息工程

教学单位 物理系

二O一二年 七月 一日

目录

引言………………………………………………………………………2

1.摘要……………………………………………………………………2

2.扩频通信系统基本概念………………………………………………2

3.扩频通信系统可行性理论基础………………………………………2

3.1香农公式…………………………………………………………2

3.2柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式…………………3

4.扩频通信典型的集中工作方式………………………………………3

4.1直接序列扩频……………………………………………………3

4.2跳频扩频…………………………………………………………4

4.3跳时扩频…………………………………………………………5

4.4混合扩频…………………………………………………………6

5.扩频通信的优缺点……………………………………………………7

6.扩频通信系统的国内外研究现状及其发展方向……………………8

参考文献…………………………………………………………………9

2 引言

扩频技术(Spread Spectrum, SS)的历史可以追溯到20世纪50年代中期，但是直到80年代初，扩频技术仍然主要应用在军事通信和保密通信中。随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用，到现在为止，使用扩频技术的用户已经超过一亿。使用扩频技术能够实现码分多址，为共享频谱提供了可能，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。利用扩频码的自相关特性能够实现对给定用户信号的正确接收，将其他用户的信号看作干扰，利用扩频码的互相关特性，能够有效抑制用户之间的干扰。此外由于扩频用户具有类似白噪声的宽带特性，它对其它共享频段的传统用户的干扰也达到最小。另外，扩频通信技术在保密性能和抗干扰等方面优势巨大，逐渐成为目前军事通信系统中抗干扰的重要技术之一。

1.摘 要

介绍了扩频通信技术的工作原理 、组成及特点，分析了扩频通信可行性的理论基础，即信息论中关于信息容量的香农公式和柯捷尔尼可夫关于信息错概率公式，指出了扩频通信的主要性能指标，给出了扩频通信的数学模型和物理模型，最后分析了几种典型的扩频方式（包括直接序列扩频、调频扩频、跳时扩频和直扩/跳频混合扩频）及其应用领域，并阐述了扩频通信技术的研究现状，展望了其发展方向。

关键词 直接序列扩频 调频扩频 跳时扩频 直扩/跳频混合扩频

2. 扩频通信系统基本概念

扩频通信系统（SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM，SSCS）

是指用特定的扩频函数对待传输信号频谱扩展后变为为宽频带信号，然后在信道中传输，同时对传输信号进行压缩，进而在接收端得到传输信息的通信系统。在

SSCS 中，扩频函数决定了调制信号的带宽，而不再由信息来决定。按照系统的工作方式不同，SSCS 可以分为以下4 种，直接序列扩频 （DS－SS）、跳时扩频（TH－SS）、跳频扩频（FH－SS）和线性调频（Chirp Modulation）。各类 SSCS 都有自己的优缺点，为了析取各类系统的优点，出现了多种扩频方式的组合，如，FH/DS、FH/TH 和 TH/DS 等。下面主要对直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和

3 混合扩频 FH/DS 进行介绍。

3.扩频通信可行性的理论基础

3.1香农公式

信息论中关于信息容量的香农公式为：

C=Wlog（1+S/N）

式中：C为信道容量（用传输速率度量），W为信号频带宽度，S为信号功率，N为白噪声功率。在给定C的 情况下，W与信噪比（S/N）可以互换，即可通过扩展频谱降低对S/N的要求。

3.2 柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式

柯捷尔尼可夫关于信息差错传输速率的公式为：

Powj≈f(S/No)

式中：Powj为差错概率，E为信号能量，No为噪声功率谱密度。S=E/T=E×△F,N=W

No((T为信息持续时间，为信息带宽)，Powj≈f(E/No)=f(STW/N)=f(S/N×W/△F)=f(S/N×Gp)。因此，可通过提高处理增益（Gp）降低对S/N的要求，在强干扰条件下保证可安全的。

4.扩频通信典型的几种工作方式

4.1 直接序列扩频

目前，直接序列扩频系统（DS－SS）是应用最为广泛的一种扩频系统。其实现方法是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到很宽的频带上，得到经过扩频序列调制的射频信号 。在接收端，利用与发射端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理 ，从而去除伪随机性，恢复所传输的信元。由 于干扰信号与伪随机序列不相关，在接收端被扩频，使得落入信号频带内的干扰和噪声的频谱被扩展，大大降低了其功率谱密度，从而提高了系统的输出信噪比 ，加强了扩频系统的抗干扰性能，较好地完成了抗干扰的目的。其发射和接收部分的组成框图见图 1。

DS－SS 系统可以在背景噪声很强的环境下传输，因此具有许多优点：一是隐蔽性强 ；二是抗干扰能力强；三是抗窃听、抗侦察、抗测向能力强 ；四是能抗多径干扰。正是由于这些特点，使得DS－SS 广泛用于卫星通信系统、通信抗干扰系统 、导航以及保密通信系统等方面。

4

图1 直接序列扩频通信系统组成的框图

尽管 DS－SS 系统的应用非常广泛，目前仍存在以下缺陷：一是捕获时间较长；二是远近效应的影响比较严重（所谓远近效应是指在多址系统中，当其他一些用户的功率比较大时将淹没率较小的有用信号）；三是要求信道在宽带内相频失真小 ；四是抗窄带瞄准干扰能力有限 。这些缺点极大地影响了 DS－SS 的通信的质量。

4.2 跳频扩频

跳频技术通过发射载波频率随机跳变来主动避开干扰 ，从而增加了系统抗干扰能力 。 目前战术通信中跳频通信技术已成为抗干扰的主要手段。它用伪随机序列构成跳频指令控制频率合成器，在多个备选频率中进行选择的频移键控，载波频率由伪随机序列控制而实现随机跳变。相比于直接序列扩频，跳频系统并不是直接传输伪随机序列，而是用其来选择信道。跳频系统的发射和接收部分组成见图 2。显然，DS－SS 和跳频系统抗干扰机理是不同的，这是因为 DS－SS 通过干扰功率分散方法来减小干扰功率，增大解调器输入信噪比 ，从而达到抗干扰目的，因而是一种被动式的抗干扰方式。相反，跳频系统用躲避干扰的方式抗信号源 扩频 调制

PN码 振荡器

高放 混频 解扩 解调

本振 PN码 同步

5 干扰，故是一种主动式抗干扰方式。

图2 调频系统组成框图

跳频系统不仅能能克服远近效应，而且具有很好的多址能力，易于组网，频谱利用率高，易兼容。其缺点是跳频系统抗跟踪干扰能力差，抗宽带噪声干扰能力差 ，而且系统抗部分频带干扰性能也有限。

目前跳频技术在军事通信中应用非常广泛，如抗干扰和战术跳频电台等 。调频技术与多种高效调制技术的结合也不断在向民用通信渗透。

4.3跳时扩频

跳时扩频（THSS）系统采用伪随机码控制信号发送时刻及发送时间的长短，它与跳频的差别在于前后控制频率，后者控制时间。在时间跳变中，将一个信号分为若干时隙，由伪随机码控制在那个时隙发送信号。实习选择和持续时间的长短也由伪随机码控制。因此，信函是在很短的实习中以较高的峰值功率传输的，信号源

频率合成器

PN码 调制

高放 信号源 中放 解调

频率合成器

PN码 解调

6 可以看成是随机的脉位调制（PPM）和脉宽调制（PEM）。跳时系统工作原理如图3所示。

图3 跳时扩频原理框图

跳时系统的抗干扰效果并不好，很少单独使用，通常跳时都与其他方式结合使用，组成各种混合方式。

4.4 混合扩频 FH/DS

将 DS－SS 系统和 FH－SS 系统结合能充分利用 DS－SS 和FH－SS 的优点，而克服它们所存在的缺点，这就产生了基于 FH/DS 的混合扩频通信系统。由于 FH/DS 一方面可通过 DS－SS 信号功率谱密度低于噪声功率谱密度的特性起到保密的作用，另一方面又可通过 FH－SS 来获得超大频谱宽度，进而使敌方的电子干扰机无能为力，因而混合扩频技术在通信领域具有重要的现实意义。FH/DS 混合扩频系统的基本框图见图 3。从图 3 可知，FH/DS 首先对基带信号直接序列扩频，进而形成 DS 信号；然后再对 DS 信号进行跳频扩频，发射出去后形成 FH/DS 信号 。在接收端，收到 FH/DS 信号后先对接收信号解调，使其变为普通的DS 信号，最后对接收信号进行解扩解调 ，进而完成对 FH/DS 信号的解调过程。显然混合扩频比单一扩频、跳频以及跳时的性能更为优良。 信源 调制 开关

振荡器 PN码

门1

PN码

门2 检测

检测 判决

7

图4 混合扩频通信系统组成框图

5.扩频通信系统的优缺点

由以上分析可知，目前扩频通信系统和其他抗干扰技术相比具有以下特点：

（1）保密性好。这是扩频通信最初在军事通信领域中获得应用的主要原因 。将其用于保密通信 中，信号具有隐蔽性，采用普通侦察手段和破译方法很难发现和识别。

（2）抗干扰能力强。在抗窄带瞄准式干扰、抗人为宽带干扰、抗中继转发式干扰方面，优势巨大，在反电子对抗中应用广泛。

（3）具有多址能力，容易实现码多分址。通过伪随机序列扩频可以利用不同的伪随机序列作为不同用户地址码来实现码多分址通信 。

（4）具有抗多径干扰和抗衰落能力。由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效地克服多径干扰。

在具有以上优点的同时 ，扩频通信也存在一定的缺点，如：易受其他设备干扰，并干扰其他设备，从而降低了整个通信系统效率。这就要求扩频通信数字信息 扩频

直接序列扩频码 解调

频率合成器

跳频码

带通滤波器 解调 带通滤波器 解扩解调

本地跳频码 本地直接序列扩频码

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cdma扩频通信原理

cdma扩频通信原理

cdma扩频通信原理

CDMA扩频通信是一种数字通信技术，它是基于扩频原理来实现的。

在CDMA扩频通信中，发送端的数据经过编码形成扩频码，然后与载频信号进行乘法运算，生成扩频信号。接收端通过与发送端使用相同的扩频码进行相关运算，将扩频信号还原为原始数据。

CDMA扩频通信的优势之一是具有较强的抗干扰能力。由于扩频信号的频带宽度远大于原始数据的带宽，即使有干扰信号存在，也能够通过与扩频码进行相关运算来消除干扰。

此外，CDMA扩频通信还可以支持多用户同时传输数据。每个用户被分配一个唯一的扩频码，接收端通过与对应扩频码进行相关运算，只接收到对应用户的信息。

在CDMA扩频通信中，扩频码的选择非常重要。扩频码需要具备一定的自相关性和交叉相关性。自相关性是指扩频码与自身进行相关运算后，得到的相关幅度应当较大；交叉相关性是指扩频码与其他扩频码进行相关运算后，得到的相关幅度应当较小。这样可以避免不同用户之间的干扰。

总结起来，CDMA扩频通信利用扩频码将原始数据转换成宽带信号，并基于相关运算来实现数据的传输与接收。它具有抗干扰能力强、支持多用户传输等优点，是一种高效可靠的通信技术。

扩频技术原理

扩频技术原理

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。

扩频技术原理 2

扩频技术原理 2

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。

扩频技术原理 3

扩频技术原理 3

扩频技术原理

扩频技术是一种在通信领域中被广泛应用的技术，它通过在传输过程中对信号进行扩频处理，从而提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。在本文中，我们将深入探讨扩频技术的原理及其在通信领域中的应用。

首先，让我们来了解一下扩频技术的基本原理。扩频技术是通过将原始信号进行调制，使其占用更宽的频带，从而降低信号在窄带系统中的干扰。在扩频技术中，常用的调制方式包括直接序列扩频（DSSS）和频率跳变扩频（FHSS）。DSSS通过在发送端使用伪随机序列对信号进行调制，而FHSS则是通过在不同的频率上发送信号来实现扩频。这两种方式都能够有效地提高信号的抗干扰能力，保障通信的质量。

扩频技术的原理在于利用更宽的频带来传输信号，这样即使受到干扰，也能够通过解调过程将干扰信号滤除，从而还原出原始信号。这种方法不仅提高了通信系统的抗干扰能力，还能够提高通信的安全性，因为只有知道了扩频码的接收方才能够还原出原始信号，对于未经授权的用户来说，接收到的信号就是一堆噪声，无法解读出有效信息。

除了在抗干扰和安全性方面的应用外，扩频技术还在多址接入和定位等方面发挥着重要作用。在多址接入系统中，通过使用不同的扩频码，不同用户的信号可以同时传输并且不会相互干扰，从而提高了系统的容量。而在定位系统中，利用扩频技术可以实现高精度的定位，因为扩频信号能够在多径传播环境中提供更好的抗干扰能力，从而提高了定位的准确性。

总的来说，扩频技术作为一种重要的通信技术，在抗干扰、安全性、多址接入和定位等方面都有着广泛的应用。它通过对信号进行扩频处理，提高了通信系统的性能，为现代通信技术的发展做出了重要贡献。在未来，随着通信技术的不断发展，扩频技术将继续发挥着重要作用，为通信系统的性能提升和应用拓展提供支持。 通过本文的介绍，相信读者对扩频技术的原理及其在通信领域中的应用有了更深入的了解。扩频技术的发展为通信系统的性能提升和应用拓展提供了重要支持，相信在未来的发展中，扩频技术将继续发挥着重要作用。