扩频通信系统
直接扩频通信系统设计原理
02 直 接 扩 频 通 信 系 统 概 述 04 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 关 键 技
术
06 直 接 扩 频 通 信 系 统 的 优 势 与局限性
Part One
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Part Two
直接扩频通信系统 概述
直接扩频通信系统的基本概念
定义：直接扩频通信系统是一种无线通 信技术，通过将信息信号扩展到很宽的 频带上进行传输，以实现抗干扰和保密 通信。
扩频码的选择与设计
扩频码的特性：具有良好的自相关和互相关特性，能够实现精确的扩频和解扩频 扩频码的分类：包括随机码、伪随机码、复合码等，根据不同的应用场景选择合适的扩频码 扩频码的设计原则：保证系统的抗干扰性能、保密性能和可靠性等 扩频码的生成方法：可以采用线性反馈移位寄存器等方法生成
抗干扰与抗多径干扰技术
直接扩频通信系统在卫星通信中的应用
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抗干扰能力强：直接扩频通信系统采用扩频技术，具有抗干扰能力强、抗多 径干扰性能好的优点，能够提高卫星通信的可靠性和稳定性。
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隐蔽性好：由于扩频通信的信号速率很低，因此直接扩频通信系统的隐蔽性 较好，能够有效地防止被窃听和干扰。
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Part Six
直接扩频通信系统 的优势与局限性
直接扩频通信系统的优势
抗干扰能力强：扩频通信利用扩频技术将信号扩展至很宽的频带中，使其功率谱密度 降低，提高了抗干扰能力。
抗多径干扰能力强：由于扩频通信系统具有抗多径干扰的特性，因此可以有效抵抗多 径干扰，提高通信质量。
保密性好：扩频通信系统可以将信号扩展至很宽的频带中，使其不易被检测和截获， 提高了通信的保密性。
同步技术的实现方法
第十四讲CDMA的基本原理和扩频通信系统
码分多址的基本原理
模拟系统是靠频率的不同来区别不同用户的, GSM系统靠 的是极其微小的时差, 而CDMA则是靠编码的不同来区别不同 的用户。由于CDMA系统采用的是二进制编码技术, 编码种类 可以达到4.4亿, 而且每个终端的编码还会随时发生变化, 两部 CDMA终端编码相同的可能性是“二百年一遇”, 因此, 在 CDMA系统中进行盗码几乎不可能。
扩频调制后产生的宽带调制信号, 为了适应信道的传输特性, s(t)
还要与主振荡器产生的载波cos(ωrt+φ)相乘, 得到射频调制信号 r(t), r(t)经过信道的噪声叠加后, 到达接收端。 在接收端首先进 行混频放大^ , 得到中频信号q(t), q(t)再经伪随机序列p(t)^的解扩, 得到信号p(t), p(t)通过中频滤波滤除了干扰信号, 得到信号y(t),
码序列对信息比特流进行调制, 从而扩展信号的频谱, 在收端, 用与发端相同的扩频码序列进行相关解扩, 把展宽的扩频信号 恢复成原始信息。
25
2) 系统组成
干 扰 与噪 声
0 f f0
f
f0
f
fr
f
m(t)
u(t)
s(t)
r(t)
信 道 rˆ(t)
q(t)
p(t)
cos( 0t＋ ) p(t)
载波
伪 随 机码
原 来 模 拟 通 信 系 统 所 采 用 的 FDMA 技 术 和 GSM 系 统 所 采 用 的
TDMA 技术相对应, CDMA是码分多址(Code Division Multiple
Access)技术的英文缩写, 它是在数字技术的分支——扩频通信
技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 正
扩频通信系统概述
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。
扩频通信系统仿真实验报告
扩频通信系统仿真实验报告一、引言扩频通信是一种通过扩展信号带宽来传输信息的技术。
在扩频通信系统中，发送方将待传输的信息数据序列与扩频码序列相乘，再通过信道传输到接收方。
接收方通过与发送方使用相同的扩频码序列相乘，并将结果进行积分操作，从而将扩频信号提取出来。
本文通过MATLAB软件使用数字仿真的方法，对扩频通信系统进行了仿真实验，包括扩频信号的产生、传输和提取等过程，最后通过性能指标评估扩频通信系统的性能。
二、实验内容1.扩频信号的产生：首先生成待传输的数字信息序列，然后与扩频码进行点乘产生扩频信号。
2.信道传输：模拟信道传输过程，包括加性高斯白噪声（AWGN）等噪声影响。
3.扩频信号的提取：接收方使用与发送方相同的扩频码对接收到的信号进行点乘与积分操作，从而提取出扩频信号。
4.性能评估：通过比较接收信号与发送信号的相关性和误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
三、实验步骤1.扩频信号的产生：首先生成随机的数字信息序列，然后使用伪随机序列作为扩频码与数字信息序列相乘，产生扩频信号。
2.信道传输：将扩频信号通过信道传输，并添加加性高斯白噪声模拟噪声影响。
3.扩频信号的提取：接收方使用与发送方相同的扩频码对接收到的信号进行点乘与积分操作，提取出扩频信号。
4.性能评估：通过计算接收信号与发送信号的相关性和统计误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
实验结果展示4.性能评估：通过计算接收信号与发送信号的相关性和统计误码率等性能指标来评估扩频通信系统的性能。
相关性较高且误码率较低表示系统性能较好。
四、实验结论通过本次扩频通信系统的仿真实验，我们可以得出以下结论：1.扩频通信系统能够有效抵抗噪声影响，提高信道的抗干扰能力。
2.扩频码的选择对系统性能有较大影响，合适的扩频码可以提高系统性能。
3.扩频通信系统的误码率与信噪比有关，当信噪比较高时，系统的误码率较低。
总之，扩频通信系统在信息传输中具有较好的性能和鲁棒性，通过对其进行仿真实验可以更好地理解其工作原理和性能特点。
扩频通信第二章
10
工程上常以分贝(dB)表示, Gp＝10 lg(W／ΔF)
除了系统信噪比改善程度之外, 扩频系统的其他一 些性能也大都与Gp有关。因此, 处理增益是扩频系统的 一个重要性能指标。 一般来讲, 处理增益值越大, 系统 性能越好。
11
扩频通信的性能指标
2. 抗干扰容限 抗干扰容限是指扩频通信系统在正常工作条件下 可以接收的最小信噪比, 即它反映的是系统对于噪声的 容忍情况,
35
2.4 频率跳变(FH, Frequency Hopping)技术
1) 所谓跳频, 简单来讲, 就是用一定的码序列进行选择的 多频率频移键控。具体来讲, 跳频就是给载波分配一个固定 的宽频段并且把这个宽频段分成若干个频率间隙(称为频道 或频隙), 然后用扩频码序列去进行频移键控调制, 使载波频 率在这个固定的频段中不断地发生跳变。由于这个跳变的 频段范围远大于要传送信息所占的频谱宽度, 故跳频技术也 属于扩频。
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CDMA扩频通信的实现方法
按照频谱扩展的方式不同, CDMA扩频通信系统可以 分为基本CDMA和复合CDMA两种。 其中, 基本CDMA主 要包括直接序列扩频(DS)、跳频扩频(FH)和跳时扩频(TH) 三种方式。复合CDMA包括DS/FH、 DS/TH、 FH/TH等, 如图所示。
19
CDMA扩频调制方式 1) 信号的频谱被展宽了 2) 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频
谱 3)
6
实现条件 由上述定义可知, 扩频技术必须满足两个基本要求: (1) 所传信号的带宽必须远大于原有信息所需的最小带宽; (2) 所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。
7
扩频通信的理论基础
扩展频谱以换取对信噪比要求的降低, 正是扩频通信的 重要特点, 并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
直接序列扩频通信系统仿真设计
直接序列扩频通信系统仿真设计直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）通信系统是一种广泛应用于无线通信领域的通信技术，它通过将原始信号与伪随机噪声序列进行逐位相乘，从而将信号的带宽扩展到噪声频谱的宽度，从而实现抗干扰和保密性能的显著提高。
本文将通过仿真设计一个直接序列扩频通信系统，详细介绍其工作原理和仿真过程。
直接序列扩频通信系统由发送端和接收端组成。
在发送端，原始信号经过码片发生器生成伪随机噪声序列，并与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。
扩频信号经过调制器进行调制，然后经过发射机发送到接收端。
在接收端，接收到的信号经过解调器进行解调，然后通过相关器与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。
首先，需要设计码片发生器。
伪随机噪声序列在直接序列扩频通信系统中起到关键作用，它决定了信号的扩展带宽和抗干扰性能。
常用的伪随机噪声序列有伪随机码生成器（PN码）和高斯白噪声序列（AWGN）。
在仿真中，可以选择PN码作为伪随机噪声序列。
PN码的生成方式有很多，其中最常见的是使用移位寄存器和反馈电路生成的线性反馈移位寄存器（LFSR）。
其次，需要设计调制器和解调器。
在直接序列扩频通信系统中，常用的调制方式有二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK）。
在仿真中，可以选择BPSK作为调制方式。
解调器与调制器相反，将接收到的扩频信号与伪随机噪声序列相乘得到原始信号。
最后，需要设计发射机和接收机。
发射机通过电路将调制后的扩频信号发射出去，接收机将接收到的信号通过电路进行放大和解调处理，从而得到原始信号。
在仿真中，可以使用MATLAB等仿真软件来实现直接序列扩频通信系统。
首先，定义参数包括信号的比特率、码片周期、发射功率等。
然后，生成随机的原始信号数据。
接下来，根据参数生成伪随机噪声序列。
将伪随机噪声序列与原始信号进行逐位相乘得到扩频信号。
通过调制器进行调制，得到调制后的信号。
在接收端，通过解调器解调接收到的信号，得到解调后的扩频信号。
第四章 扩频通信系统ppt课件
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念 4.2 直接序列扩频系统 4.3 跳频系统 4.4 混合式扩频系统
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念
4.1.1 扩频通信的定义 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, 并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。
第四章 扩频通信系统
信息 信息 调制
频率
射频
合成器
调制
变频
中频
信息 信息
带通
解调器
扩频 码发 生器
射频 发生器
频率 合成器
扩频 码发 生器
(a)
f1
f2
f3
…
(b )
图4-4 跳频系统示意图
fn－ 1
fn
第四章 扩频通信系统
3. 跳变时间工作方式 图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。
第四章 扩频通信系统
(a ) A ( f0)
E 5
fB
0 0 2
2T0
t
f
T0
0
2
f
(b )
f (t) E
A ( f0) 2E 5
01
2
1＝
1 2
T0
t
0 f1
(c )
fB
1
f
1
图4-9 直扩信号的波形与频谱
第四章 扩频通信系统
4.2.2 几种常用的伪随机码
直接扩频通信系统原理讲解
扩频通信系统在无线通信中可以实现低截获概率和低检测概率，增强了通信的安全性。
直接扩频通信 系统在军事通 信、卫星通信 等领域有广泛
的应用。
工作原理简介
直接扩频通信系统采用扩频技术，将信息信号扩展到宽带信号中进行传输。
通过扩频调制，信号的频谱被展宽，有效地降低了信号的功率谱密度，提高了抗干扰能力。
在接收端，采用相关解扩技术，将扩频信号恢复成原始信号，实现信息的传输。
直接扩频通信系统具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强等优点，广 泛应用于军事通信、卫星通信等领域。
Part Five
直接扩频通信系统 的优缺点
优点
抗干扰能力强
抗多径干扰能力强
抗截获能力强
扩频信号的隐蔽性好
缺点
抗干扰能力较弱
带宽需求较大
信号隐蔽性较差
对多径干扰较为敏感
Part Six
未来发展趋势与展 望
未来发展方向
5G和6G通信技 术的融合与演进
人工智能和机器 学习在扩频通信 中的应用
物联网和智能家 居等领域的扩频 通信技术发展
扩频通信与其他 通信技术的竞争 与合作
技术创新与应用前景
5G和6G通信技术的融合与演进 AI和机器学习在通信系统中的应用 物联网和智能家居的普及与推广 云计算和边缘计算的协同发展
THANKS
汇报人：XXX
Part Two
信号的扩频与解扩
扩频调制
定义：将待传输信息信号的频谱扩展至较宽的频带上 目的：增强信号的抗干扰能力和隐蔽性 方法：采用伪随机序列对信息信号进行调制 特点：信号传输带宽远大于信息信号带宽
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第四章 扩频通信系统 抗干扰容限是指扩频通信系统能在多大干扰环境 下正常工作的能力, 定义为Mj=G-［(S/N) out+Ls］, 其中,
Mj为抗干扰容限, G为处理增益, (S/N)
作损耗。
out为信息数据被
式(4-3)可化为
Powj
P P fW f (TfW ) f ( ) N N fB
(4-4)
第四章 扩频通信系统 4.1.3 扩频通信的主要性能指标 处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重
要 性 能 指 标 。 处 理 增 益 G 也 称 扩 频 增 益 (Spreading
第四章 扩频通信系统 4.1.2 扩频通信的理论基础 扩频通信的基本特点是传输信号所占用的频带宽
度(fW)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽
(fB), 其比值称为处理增益GP: fW (4-1) Gp fB 扩频通信的可行性是从信息论和抗干扰理论的基 本公式中引申而来的。 信息论中关于信息容量的仙农 (Shannon)公式为
展宽的扩频信号还原成原始的信息。 图4-8为直扩系统
第四章 扩频通信系统
压控 振荡 器 锯齿 波 线性 调频脉 冲
压控 振荡 器
பைடு நூலகம்
压缩 后输出 脉冲
图4-6 线性调频示意图
第四章 扩频通信系统 5. 各种混合方式 但是 , 不同方式结合起来的优点有时能得到很好
的效果， 例如 DS/FH 系统 , 就是一种中心频率在某一
频带内跳变的直接序列扩频系统， 其信号的频谱如图 4-7所示。
另 外 一 种 扩 展 信 号 频 谱 的 方 式 称 为 跳 频 (FH, Frequency Hopping)。 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。 图4-4(a)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。 从 图4-4(b)中可以看出频域上的输出频谱在一宽频带内所选 择的某些频率随机地跳变。
第四章 扩频通信系统
图 4-2 扩频系统抗脉冲干扰能力示意图 (a) 接收输入端; (b) 解扩后
第四章 扩频通信系统 4. 可以实现码分多址 5. 抗多径干扰
6. 能精确地定时和测距
7. 适合数字话音和数据传输, 以及开展多种通信 业务 8. 安装简便, 易于维护 4.1.4 扩频通信的工作原理
第四章 扩频通信系统
FH
DS
f
图4-7 DS/FH系统频谱图
第四章 扩频通信系统
4.2 直接序列扩频系统
4.2.1 直扩系统的组成与原理 1. 组成与原理 前面已经说过 , 所谓直接序列 (DS) 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
正确解调而要求的最小输出信噪比, Ls为接收系统的工
扩频通信主要有以下几项特点:
1.易于重复使用频率, 提高了无线频谱利用率 2.抗干扰性强, 误码率低 3. 隐蔽性好, 对各种窄带通信系统的干扰很小
第四章 扩频通信系统 对于宽带干扰和脉冲干扰在扩频设备中如何被抑 制的物理过程, 可以用图4-1和图4-2加以说明。 对于
P C f Wlb(1 ) N
(4-2)
第四章 扩频通信系统 扩频通信可行性的另一理论基础是柯捷尔尼可夫 关于信息传输差错概率的公式:
Powj
E f ( ) N0
(4-3)
式中, Powj为差错概率; E为信号能量; N0为噪声功率
谱密度。因为, 信号功率P＝E/T(T为信息持续时间), 噪 声功率N＝fWN(fW为信号频带宽度), 信息带宽F＝1/T, 则
第四章 扩频通信系统
4.1 扩频通信的基本概念
4.1.1 扩频通信的定义 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, 并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。 1. 信号的频谱被展宽 2. 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 3. 在接收端用相关解调来解扩
第四章 扩频通信系统
信息
存储器
通 —断 开关
二相或 四相调制
通 —断 开关
二相或 四相解调
存储器 再定时
信息
扩频码发生 器 (a)
扩频码发生 器
2 第一帧
4 第二帧 (b)
7 第三帧
4 第四帧
5
图4-5 跳时系统示意图
第四章 扩频通信系统 4. 宽带线性调频工作方式 图4-6是线性调频的示意图。
各种形式人为的 ( 如电子对抗中 ) 干扰或其他窄带或宽
带(扩频)系统的干扰, 只要波形、时间和码元稍有差 异, 解扩后仍然保持其宽带性, 而有用信号将被压缩,
如图4-1所示。
第四章 扩频通信系统
图 4-1 扩频系统抗宽带干扰能力示意图 (a) 接收输入端; (b) 解扩后
第四章 扩频通信系统 对于脉冲干扰, 带宽将被展宽到fB, 而有用信号恢 复(压缩)后, 保证高于干扰, 如图4-2所示。
扩频通信的一般工作原理如图4-3所示。
第四章 扩频通信系统
信息
信息 调制
扩频 调制
射频 调制
变频
扩频 解调
信息 解调
信息
扩频 码发 生器
射频 发生 器
本地 射频 发生 器
本地 扩频 码发 生器
图4-3 扩频通信的工作原理
第四章 扩频通信系统 4.1.5 扩频通信的工作方式 1. 直接序列扩频工作方式 所谓直接序列(DS, Direct Sequence)扩频, 就是直接 用具有高码率的扩频码序列在发端扩展信号的频谱。 2. 跳变频率工作方式
第四章 扩频通信系统
信息
信息 调制
频率 合成器
射频 调制
变频
中频 带通
信息 信息 解调器
扩频 码发 生器
射频 发生器 (a)
频率 合成器
扩频 码发 生器
f1
f2
f3
… (b)
fn－ 1
fn
图4-4 跳频系统示意图
第四章 扩频通信系统 3. 跳变时间工作方式 图4-5(a)是跳时系统的原理方框图。