扩频通信基础知识
扩频通信的理论基础
根据扩频信号的产生方式，分为 ➢ 直接序列系统； ➢ 频率跳变系统； ➢ 时间跳变系统； ➢ 线性脉冲调频系统； ➢ 混合扩频通信系统； (1) 频率跳变-直接序列混合扩频系统； (2) 时间跳变-频率跳变混合扩频系统； (3) 时间跳变-直接序列混合扩频系统；
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1.2.1 直接序列系统
名称 直接序列调制扩展频谱通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum Communication System，DS-SS），简称直接序列 系统或直扩系统。
简单的时间跳变系统抗干扰性不强，故很少单独使用。常 与其他方式结合使用，组成混合扩频方式。
从抑制干扰角度看，该系统得益甚少，其优点在于减少了 工作时间的占空比。系统的伪随机码参数不易被侦破。主 要缺点：对定时要求严格。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
概念 线性脉冲调频系统（Chirp）是指系统的工作频率在一给定的 脉冲时间间隔内线性地扫过一个很宽的频带，形成一带宽很 宽的扫频信号，或者说工作频率在一给定的时间间隔内线性 增大或减小，使发射信号频谱占据很宽的范围。
在语音频段，线性调频听起来类似鸟的“啾啾”叫声，故也 称为鸟声调制。
特点 线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制 技术，由于其信号占用的频带宽度远远大于信息带宽，从而 也可获得较好的抗干扰性能。
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1.2.4 线性脉冲调频系统
扩频通信基础
跳频图案
图1所示为一快跳频图案, 它是在一个时间段内传送 一个码位(比特)的信息. 通常称此时间段为跳频的 驻留时间,称频率段为信 道带宽. 图2所示为一慢跳频图案, 它是在一个跳频驻留时间 内传送多个(此处3个) 码位(比特)的信息.
跳频系统性能指标
跳频带宽 跳频频率的数目 跳频的速率 跳频码的长度(周期) 跳频系统的同步时间
扩频通信定义
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须的最小带宽;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 信号的频谱被展宽了 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 在接收端用相关解调来解扩
1110010 1110010 1110010 1110010 1110010 1110010
0001101 1110010 0001101 0001101 0001101 1110010 000ππ0π πππ00π0 000ππ0π 000ππ0π 000ππ0π πππ00π0
发送码 发端已调信号
扩频通信的基本原理
扩频通信的分类
◆直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum) ◆跳变频率(Frequency Hopping) ◆跳变时间(Time hopping) ◆各种混合方式
直接序列扩频CDMA系统
所谓直接序列 (DS-Direct-Scquency)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.
m序列的性质
m序列的自相关函数由下式计算(p=2n-1):
第1章_扩频通信概述解析
一、扩频通信的基本概念
传输带宽至少是信息带宽的百倍以上； 传输带宽主要由扩展函数（扩展码）决定；
二、扩频通信的主要特点
信息隐蔽性好； 抗高斯噪声干扰能力强； 抗多径干扰能力强；
三、扩频通信的理论依据
C.E.Shannon信道容量公式
S C B log2 1 , bps N
C.E.Shannon指出：在高斯噪声的干扰下，在限平 均功率的信道上，实现有效和可靠通信的最佳信号是 具有白高斯噪声统计特性的信号； 哈尔凯维奇从理论上证明：要克服多径衰落干扰的影 响，信道中传输的最佳信号形式是具有白高斯噪声统 计特性的信号；
四、扩Байду номын сангаас码的确定
具有白高斯噪声统计特性； 易于产生、加工和复制；
处理增益：
Gp
S / N out S / N in
Bss Rc Tb Bb Rb Tc
干扰容限：
S M j G p Lsys N out
dB
干扰门限（实际）： M J M j 1 dB
六、扩频通信系统性能指标
测距 军用扩频系统组网 快速跳频电台 精确制导 移动通信 电子对抗中的扩频技术 超声多普勒血流成像 CDMA扩频通信 无线局域网 蓝牙(BlueTooth)技术
思考题
1、一个DS-SS系统在干扰是信号的250倍条件下工作，若基带滤 波器输出的信噪功率比为10dB，系统内部信噪比损失为 3.5dB， 求系统的处理增益最少应为多少？干扰容限是多少？ 2、一个伪码速率为 1Mbps而信息速率为100kbps的DS-SS系统， 试评述其有无使用价值？一般伪码速率至少为多少系统才能 有实用价值？
扩频通信资料
扩频通信一、简介扩频通信是一种通过同时传输多个频带信号以提高通信效率和抗干扰能力的通信技术。
扩频通信技术在军事通信、卫星通信、移动通信等领域得到广泛应用。
本文将介绍扩频通信的原理、应用和发展趋势。
二、扩频通信原理扩频通信利用码分多址技术，通过同时使用多个频带信号的方式来传输信息。
在发送端，数据会被编码成高频率的扩频码序列，然后与载波信号相乘，形成一个带有更宽频率的信号。
接收端利用相同的扩频码序列进行解码，将多个频带信号分离出来还原成原始数据。
这种方法可以提高数据传输速率和保护通信安全。
三、扩频通信应用1.军事通信：扩频通信技术可以有效保护通信数据的安全性，提高抗干扰能力，广泛应用于军事通信系统中。
2.卫星通信：卫星通信需要长距离传输数据，扩频通信技术可以提高通信质量和覆盖范围，是卫星通信的重要技术支持。
3.移动通信：3G、4G、5G等移动通信标准中都采用了扩频通信技术，以提高数据传输速率、提高通话质量和减少信号干扰。
四、扩频通信发展趋势1.多载波扩频技术：通过同时使用多个载波信号，提高通信吞吐量和频谱利用率。
2.混合码扩频技术：结合不同类型的扩频码序列，进一步提高通信系统的性能和安全性。
3.飞跃式发展：未来扩频通信技术将朝着更高速率、更低功耗和更广覆盖等方向发展，为5G、IoT和智能网联汽车等新兴应用提供支持。
五、总结扩频通信技术作为一种高效的通信方法，已在各个领域得到广泛应用。
随着通信技术的不断进步，扩频通信将继续发挥重要作用，推动通信行业的发展。
希望本文对您对扩频通信有更深入的了解，并对其未来发展趋势有所启示。
扩频通信概述ppt课件
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2024/3/10
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扩频通信概述
四、扩展频谱通信系统的特点
缺点
复杂、成本高 对宽带干扰没有抵抗能力 对信道要求高，带宽效率低（某些场合）
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2024/3/10
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扩频通信概述
八、扩频通信技术的发展趋势
扩频带宽和处理增益进一步提高； 跳频和跳时的跳速向更高的方向发展； 扩频码的复杂性进一步提高； 采用混合扩频技术； 采用多进制扩频技术； 采用多载波扩频技术； 扩频通信技术实现的数字化、 软件化；
扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、 自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合 使用。
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扩频通信概述
五、扩频通信的发展简史
跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期
1942年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家George Antheil发明。
直接序列的概念晚几年出现
相关检测出现在1940年代后期 瑞克接收机出现在1952年
早期绝大多数应用于军事和情报目的
扩频通信概述
扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
二、扩频通信的概念
三、扩频通信的分类
四、扩频通信系统的特点
五、扩频通信的发展简史
六、扩频通信系统的主要技术指标
七、扩频通信的应用
八、扩频通信技术的发展趋势
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扩频通信概述
一、扩频通信的理论基础
扩频通信基础知识
扩频通信基础知识技术背景：传统的模拟无线通信一般采用调频（FM）和调幅（AM）两种方式，不能适应高速数据通信的要求。
进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和相移键控（PSK），其优势是便于采用先进的数字信号处理(chǔlǐ)技术，如均衡技术、编码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。
实际的系统如GSM、IS-54等。
但是这些系统也存在一些缺陷。
一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。
这些都是常规的无线数字通信难以解决的。
这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。
扩频通信的基本原理和优势：扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括ASK、FSK、PSK 以及最近得到迅速发展的QAM，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将N个码片恢复为一个符号。
这即是扩频通信的基本原理。
扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随机序列（PN CODE）带来的。
伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。
这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。
这即是通常所说的扩频抗多径原理。
同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。
特别值得一提的是，由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。
这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。
直接扩频通信理论基础
直接扩频通信理论基础
汇报人：XLeabharlann X目录01 02 03 04 05 06
直接扩频通信基本原理 扩频序列
扩频调制与解调 抗干扰性能分析
多径干扰抑制 直接扩频通信的应用与发展
01
直接扩频通信基本原理
扩频通信的基本概念
扩频通信：一种通信技术，通过将信号的带宽扩展到比原始信号带宽更宽的频带中，以 提高通信的可靠性和安全性。
市场竞争：各大厂商纷纷推出 自己的直接扩频通信产品
直接扩频通信的未来展望
技术发展趋势：更高速率、更大容量、更低功耗 应用领域拓展：物联网、车联网、智慧城市等 标准制定：推动相关标准的制定和完善 产业合作：加强产业链上下游的合作，推动产业发展
感谢观看
汇报人：XXX
02
扩频序列
伪随机序列的生成原理
伪随机序列的定义： 具有某种随机性的 序列，但实际上是 按照一定规则生成 的
生成方法：常用的 有m序列、Gold 序列、WalshHadamard序列等
应用：在直接扩频 通信中，伪随机序 列用于扩频和解扩 ，以提高系统的抗 干扰能力和安全性
特点：具有良好的 自相关性和互相关 性，可以降低误码 率，提高通信质量
解调性能： 解调性能受 到多种因素 的影响，如 扩频码的设 计、信道条 件等。
04
抗干扰性能分析
抗干扰原理
直接扩频通信的基本原理
扩频通信的抗干扰性能分 析
扩频通信中干扰的来源和 类型
扩频通信中抗干扰技术的 应用和实现
抗干扰性能分析
直接扩频通信系统的抗干扰性能 扩频通信系统的抗干扰原理 扩频通信系统的抗干扰技术 扩频通信系统的抗干扰性能测试方法
抗干扰性能比较
什么是扩频通信资料
的传输带宽比实际信息带宽越宽，信息传输差错概率就越低。
含义3：在接收端用C相D关M解调A来如解扩何利用扩频通信来实现码分多址技术的。
重点：理解扩频通信的基本原理；
难点：信息容量的香农公式所揭示的本质内容。
信号在接收端解扩前后信噪比情况
S为信号平均功率，N为噪声功率（w）。
含义1：信号频谱被展宽
内容2：扩频通信的理论基础
内容3：扩频通信的特点
学习目标
扩频通信发送功率极低（1—650mW），又采用了相关接收
-1+1-1-1+1-1
信号的带宽须远大于原有信息的最小带宽；
功率很小，信号被淹没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一
码可分以多 通址过技对术信（息传C掌D输M带A握）宽—的扩—扩频基展本来通原提理高信通工信的作抗干原扰理能力及，保特证点强干；
扩频通信的三层含义
1) 信号的频谱被展宽； 2) 采用扩频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。
含义1：信号频谱被展宽
➢ 传输任何信息都需要一定的频带,称为信息带宽或基带信号频带 宽度。例如,人类语音的信息带宽为300～3400Hz,电视图像信 息带宽为6.5MHz。
设W代表系统占用带宽或信号带宽,B代表信息带宽,则一般认为: W/B=1～2 窄带通信 W/B≥50 宽带通信 W/B≥100 扩频通信 扩频通信系统用100倍以上的信号带宽来传输信息,最主要的目 的是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证安全可 靠地通信。
扩频通信的特点
3) 抗干扰性强，误码率低 其抗干扰能力与其频带扩展的倍数成正比，频谱扩展的越
宽，抗干扰能力就越强。
信号
干扰
信号
解扩后
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扩频通信基础知识
技术背景：
传统的模拟无线通信一般采用调频（）和调幅（）两种方式，不能适应高速数据通信的
要求。
进入八十年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其调制方式有振幅键控（）、移
频键控（）和相移键控（），其优势是便于采用先进的数字信号处理技术，如均衡技术、编
码技术等等，提高了数据传输速率和传输的可靠性。
实际的系统如、等。
但是这些系统也存在一些缺陷。
一方面，由于无线通信信道的开放性，通信环境不可避免地存在各种各样的突
发干扰，使得信号传输的可靠性降低，同时，信道的时域和频域选择性衰落，使得数据传输
速率的提高受到限制；另一方面，随着无线业务的快速增长，要求无线网络具备相当的灵活性，以适应业务的发展变化。
这些都是常规的无线数字通信难以解决的。
这些因素促成了对采用新技术的需求，以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。
扩频通信的基本原理和优势：
扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括、、以及最近得到迅
速发展的，不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将个码片恢复为一个符号。
这即是扩频通信的基本原理。
扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码－伪随
机序列（）带来的。
伪随机码具有双值自相关特性，它保证了同步相关操作获得的输出远
大于非同步相关的输出值。
这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此
之间的干扰。
这即是通常所说的扩频抗多径原理。
同时，相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰，如一般的工业噪声、环境噪声等等。
特别值得一提的是，由于解扩处理是对个码
片的能量进行累加，因此，可以允许接收的信号电平在噪声以下，只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。
这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广
泛的应用。
扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障
碍，因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。
传输速率的限制取决于信号处理的速度。
可见，扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面，大大优于常规数字通信。
同时，由于所有用户可以共用同一频带，大大简化了网络系统的规划，使得系统在适应不断增长变化的业务方面，具有很高的灵活性。
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
高精度测量等
可多址复用和任意选址
一、信号的频谱被展宽了。
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，电视图像信息带宽为数。
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。
在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息
的带宽是相比拟的。
如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。
这些都属于窄带通信。
一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。
扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达，属于宽带通信。
为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗?。