扩频信号的产生与调制技术
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。
移动通信扩频实验报告(3篇)
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
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。
第2章 调制解调技术-OFDM及扩频技术
IFFT
IFFT输 出
IFFT
时间 Tg Ts 符 号N－ 1 符 号N 符 号N＋ 1 TFFT
图2-71 保护间隔的插入过程
保护间隔与循环前缀——加循环前缀
FFT积分区间
第三节、 OFDM多载波调制技术
三. OFDM系统性能
1. 抗脉冲干扰
OFDM系统抗脉冲干扰的能力比单载波系统强很多。
第三节、 OFDM多载波调制技术
一. OFDM基本原理
二. OFDM信号调制与解调
三. OFDM系统性能
一.OFDM基本原理
数字调制解调方式可采用并行体制。
多载波传输系统是指将高速率的信息数据流经串/并变换
分割为若干路低速率并行子数据流，然后每路低速率数据采 用一个独立的载波进行调制,最后叠加在一起构成发送信号。
Rb BOFDM N N 1 bit / s / Hz
• OFDM系统的频谱利用率比串行系统提高近一倍。
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
二.扩频码介绍
三.扩频调制性能
第四节、扩频调制技术
一.扩频调制原理
• 扩频(spread spectrum)通信是指用来传输信息的信号带宽远远 大于信息本身带宽的一种传输方式。 • 在通信的一些应用中，我们要考虑通信系统的多址能力，抗干 扰、抗阻塞能力以及隐蔽能力等。 • 扩频技术是解决以上问题的有效措施。 扩频通信理论基础来源于信息论中的香农公式：
0
m
(t ) cos mtdn (t ) cos ntdt 0
原信号的码宽为T，速率为1/T， OFDM信号的符号长度为Ts， Ts=MT。每个子载波速率为1/MT。 得每路子信号的带宽为△f=1/Ts
扩频技术原理
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。
扩频通信的工作方式及其特点
扩频通信的工作方式及其特点在发端输入的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。
在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。
扩频通信工作方式1.直接序列扩频轻易序列QPSK(ds-ss)就是轻易利用具备低码率的QPSK码序列使用各种调制方式在发端拓展信号的频谱，而在收端用相同的QPSK码序列回去展开解码，把拓展阔的QPSK信号转换成完整的信息。
2.跳频扩频冲频QPSK技术就是通过伪随机码的调制，并使载波工作的中心频率不断弹跳发生改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不能发生改变。
这样，只要交、发信机之间按照紧固的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达至同步，确定噪音和其他干扰信号。
3.跳时扩频冲时就是并使升空信号在时间轴上LBP。
先把时间轴分为许多时片。
在一帧内哪个时片升空信号由QPSK码序列展开掌控。
可以把冲时认知为：用一定码序列展开挑选的多时片的时移键控。
由于使用窄得很多的时片回去传送信号，相对说来，信号的频谱也就沉降了。
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。
冲时也可以看作就是一种时分系统，所相同的地方是它不是在一帧中紧固分配一定边线的时片，而是由QPSK码序列掌控的按一定规律LBP边线的时片。
冲时系统的处置增益等同于一帧中所分的时片数。
由于直观的冲时抗干扰性不弱，很少单独采用。
4.脉冲线性扩频升空的射频脉冲信号，在一个周期内，其载频的频率并作线性变化。
因其频率在较宽的频带内变化，信号的频宽也被沉降了。
直接扩频的原理
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。
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乘积后的差频项 1 A1 A2 d (t )c(t )cr (t ) cos(2 πf IFt ) Ac(t )cr (t )d (t ) cos(2 πf IFt ) 2
A1d (t )c(t ) cos2πf 0t 1 A2 cr (t ) cos2πf r t 2
◆解扩功能
信号频带压缩——扩频信号解扩过程。
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
调制方式：PSK 扩频用的伪随机码c( t ) 的功率谱密度函数是由一系列的 f 函数组成，这些 f 函数位于f=k/(NTc)=kRc/N （k=0，1，2， …，N-1）处，冲击强度所组成的包络是( sinx/x)2，第一个零 点在伪随机码的传输速率 Rc处。
当两个二进制扩频码波形和完全相同时，有 c(t )cr (t ) 1
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4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端混频的实质
◆混频器输入/输出信号特点
接收机输入信号载波相移由扩频码与信息信号共同作用， 而本地参考信号载波的相移仅由扩频码决定。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ◆下变频功能
信号频谱从射频到中频搬移的过程。混频器输出信号中不 再包含有扩频码 （解扩）。由信息信号确定的相移仍保 留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。
从频谱的观点来看，调制的结果就是把调制波的频谱搬移到了f0
图4-4 直接序列调制前后的信号频谱示意图
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4.1.2 扩频码的调制与混频
接收端信号的混频过程就是信号的相关解扩过程，作为混频的 接收本地参考振荡信号不再是一频率单一的正弦波，而是一受 本地参考扩频码调制的已调信号。 两个周期相同、码相位同步的调相信号混频的结果，输出信号 中不再包含扩频码，即扩频信号被解扩了。而由信息信号确定 的相移仍保留在中频信号中，混频器的输出仍为调相波。在分 析和设计混频器时，需要注意信号的相位。 参加混频的两个信号分别是
4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
原来扩频码功率谱密度函数中的( f )函数由信息码的功率谱密 度函数代替，Sd( f )*Sc( f )的第一个零点在扩频码的传输速率Rc 处。由此可知，复合码的频谱必然有一个主瓣带宽，其第一个 零点在扩频码的传输速率处。具体产生过程可以形象地用图45表示。Rb为信息码的传输速率，通常取Rc=NRb。
4.1 直接序列扩频系统
直接序列扩频通信系统（Direct Sequence Spread Spectrum， DS-SS），又称为平均系统或伪噪声系统。目前应用较为广 泛的一种扩频通信系统。例如：IS-95、UMTS 和 cdma2000。
4.1.1 直接序列信号的产生
直接序列扩频信号是采用直接序列调制的方法产生的。直接 序列调制就是用高速率的伪随机码序列与信息码序列模2加( 或伪随机码波形和信息码波形相乘)后产生的复合码序列直接 去调制载波。 可采用PSK、FSK和ASK三种调制方式，PSK信号是最佳调 制信号。 通常采用抑制载波的二相平衡调制方式。 节省发射功率；提高发射机效率；
时域两信号波形乘积的功率谱密度函数等于两信号功率谱 密度函数在频域内的卷积积分。 信息码d(t)和扩频码c(t)在时域波形相乘d(t)c(t) (或序列模2 相加 {d i } {ci } )所组成的复合码，其功率谱密度函数等于 d(t)的功率谱密度函数Sd( f ) 和c(t)的功率谱密度函数Sc( f ) 在频域内的卷积积分。复合码功率谱密度函数Sd( f )*Sc( f ) 的包络是(sinx/x)2型的。 10
4
4.1.2 扩频码的调制与混频
相位调制 m(t)是二进制序列时 抑制载波双边带调制
f (t ) A cos[ 2f 0t k p m(t )]
A cos( 2f 0t ) m(t )取0时 f (t ) A cos( 2f 0t ) m(t )取1时
f (t ) Am(t ) cos(2f 0t )
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
图4-5 伪随机码平衡调制过程及频谱示意图
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
频谱特性解释 信号功率谱是统计平均量，长时间统计平均的结果； 在工程上，采用频谱分析仪观测直接序列扩频信号的频谱， 看到的仅是观测时刻前一段时间的统计平均，这实际是将 被观测的信号分成若干时间段，将每一时间段的信号都看 作是周期信号的一个周期来处理，因而在频谱分析仪上看 到信号的功率谱是离散谱； 由于扩频码的伪随机性和信息码的随机性，被划分的各时 间段的信号是不相同的，因此出现在频谱分析仪上的任何 一根谱线的都是随机的，所以直接序列扩频信号的频谱图 2 / x 形就好象包络是 sin x 型的噪声一样，并非像图 4-5中所示 的那样理想。
1
4.1.1 直接序列信号的产生
发射机
接收机
图4-1（a） 直接序列扩频通信系统方框图
2
4.1.1 直接序列信号的产生
图4-1（b） 直扩信号传输示意图
3
4.1.1 直接序列信号的产生
解扩后的有用信号 中频滤波器带宽 2Bb
白噪声电平
干扰电平
f fi 2Rc
图4-3 接收机中频滤波器输出信号频谱示意图
这样相位调制信号可等效为一个只取的二值波形函数对载波 进行抑制载波的双边带振幅调制信号，也就是平衡调制信号。 对于直接序列扩频调制，调制信号为扩频码，若规定的取值为
{ci }取“0”时 1 当二进序列 c(t ) {ci }取“ 1”时 1 当二进序列
f (t ) Ac(t ) cos(2πf 0 t )
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4.1.3 直接序列扩频信号的频谱特性
“载波泄露” 问题 实际工程中，由于平衡调制电路中元件和参数的不对称或不 平衡，使输入信号的幅度不是完全相等或两个反相载波的相 位不是严格地等于0和，而出现载波泄漏的现象。输出信号 中，未被完全抑制的载波通常称为“载漏”。 频谱上，输出信号的频谱中有载波分量出现。 扩频序列不平衡，也会造成载波抑制不好。由于码不平衡， 在其频谱中有直流分量出现，造成载波泄露。 对扩频发射机来说，扩频码序列编码时钟的泄漏也需要特 别注意。当发生扩频码序列编码时钟的泄漏时，频谱中对 应于扩频码序列编码时钟的频率点处有尖峰谱出现，会出 现对扩频信号产生寄生调幅的现象。
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只要c(t)不含直流分量，平衡调制就抑制了载波。
4.1.2 扩频码的调制与混频
载波频率必须远远高于调制信号中有用信号的最高频率，否 则会发生频谱的交叠，产生折叠噪声，使传输信号的质量下 降。
图4-4 频谱折叠示意图 （a）基带信号的频谱；(b) 调制后的频谱；(c) 图(b)的等效
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4.1.2 扩频码的调制与混频