扩频通信技术
移动通信基础课件-第4章 扩频通信技术
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图4-5 15位码序列T = 4Tc时的自相关系数
图4-6 15位码序列T = 0时的自相关系数
图4-7 n=4, P=15 m序列的自相关系数曲线
扩频通信系统有以下两个特点。
（1）传输信号的带宽远大于被传输的原始信 号的带宽。
（2）传输信号的带宽主要由扩频函数决定， 此扩频函数通常为伪随机编码信号。
2．扩频通信技术的发展简史
3．典型扩频通信系统框图
图4-1是一个典型的扩频通信系统框 图。
由发送端、接收端和无线信道3部分 组成。
图4-1 典型的扩频通信系统框图
（2）不同代的但没有直系关系的OVSF码也 相互正交，如C2,0和C4,2。
（3）不同代而有直系关系的OVSF码不互相 正交，如C2,1和C4,2。
（4）OVSF码的正交特性（同长度的OVSF 码序列）。
① OVSF码的自相关特性：自相关系数 为1。
② OVSF码的互相关特性：正交的。
cdma扩频通讯工作原理
cdma扩频通讯工作原理CDMA（Code Division Multiple Access）是一种扩频通信技术，它的工作原理如下：1. 物理层码分多址：CDMA通过将每一个用户的信息进行编码，使其在物理层上以不同的码片序列来传输。
码片序列是一种短且快速变化的比特序列，不同用户的码片序列之间使用不同的编码方式。
这样，在同一时间、频率和空间上，多个用户可以同时传输和接收数据，各用户的信号通过码片序列进行区分。
在接收端，利用相关法则可以将自己的码片序列与接收到的信号进行匹配解码，得到用户的信息。
2. 扩频：CDMA通信中的扩频技术是指将用户的宽带信息信号转换为具有较大带宽的扩频信号，然后与码片序列进行乘积运算，实现用户信号的扩展。
扩频可以提高信号在频域上的带宽，从而增强信号的抗干扰能力。
同时，通过乘积运算可以将用户信号与其他用户信号进行隔离，实现多用户同时传输和接收的能力。
3. 功率控制：CDMA系统需要对每个用户的传输功率进行控制，以保证系统中所有用户的信号在接收端能够以相同的强度到达。
功率控制是为了解决多用户之间的干扰问题，使得不同用户在干扰环境下的接收性能得到保证。
4. 应用层调度和碰撞避免：CDMA系统中的应用层调度算法和碰撞避免机制用于确定哪个用户在特定时间和频率上进行传输。
调度算法根据用户的需求和系统资源等因素，合理地分配时间和频率资源，以优化系统性能。
碰撞避免机制用于避免不同用户在相同时间和频率上进行传输时的碰撞问题，从而避免数据丢失和信号质量下降。
总之，CDMA通过物理层码分多址、扩频、功率控制和应用层调度等技术，实现了多用户同时传输和接收的能力，提供了更高的频谱利用效率和抗干扰能力，是一种高效可靠的通信技术。
无线扩频通信技术
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扩频通信技术在实际中的应用
扩频通信技术在实际中的应用摘要：通过介绍扩频通信技术的概念及原理来研究它是如何在实际中应用的。
关键词: 扩频分类应用正文：一、扩频技术是近年发展非常迅速的一种技术，它不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等。
扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)川简称“扩频通信”。
是将发送的信息展宽到一个很宽的频带上，这一频带比要发送的信息带宽宽的多，在接收端通过相关接收，从而将信号恢复到信息带宽。
扩频通信按其工作方式的不同，可分为直接序列扩频(DS)，跳频(FH)，跳时(TH)，以及它们的组合方式，如：FH／DS，TH／DS，FH／TH等。
不同的扩频技术，其抗干扰机理和对不同扰的抵抗能力是不同的。
直接序列扩频技术通过相关处理，降低进入解调器的信号功率来达到抗干扰目的；跳频系统依靠载频的随机跳变，以躲避方式对抗通信中的干扰。
直接序列扩频技术是目前应用较为广泛。
三、低轨卫星通信信道模型低轨口星通信信道是一种无线衰落时变信道。
其中，径衰落、阴影衰落及多普勒频移是影响低轨卫星信道的主要因素。
将低轨卫星通信的传播环境分为城市环境、开阔地带环境、农村及郊区环境三种，分别用瑞利信道、莱斯信道和C．I舶信道模璎来近似n-lo]。
2．1城市环境在此情况下，视线分冒可以认为是完全被建筑物阻挡吸收，直射分量：(f)为零，接收的信号为各条路径的散射分量之和，此时只存在多径衰落。
各途径传播的散射信号相互独立，而且散射信号的振幅之和是恒定的，合成信号的包络服从瑞利(Rayleigh)分布，其概率密度函数为，式中，r为接收信号的包络，，为平均多径功率，合成信号的相位服从[0，27r)的均匀分布，此时的信道属于瑞利信道。
当采用SystemVue软件建立其仿真模型时，可由JK信道子系统构成，设其多径数目为5，最大多普勒频移为20kHz。
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。
无线扩频通信技术
扰信号来说基本上不可能捕捉到传输信号，对于固定频率干扰也可以跳变一个频点避开。 当本方截获到地方的跳频序列后，迅速以同样的跳频序列施放干扰，由于跳频序列相同，预先设定的跳频序列就无法实现正常通信，这时只有通 过转换跳频序列才能恢复通信，但是又会被从新跟踪并干扰。 由于跳频通信本身也是属于宽带传输，按照仙农定理，它也可以实现低信噪比传输，即信号可以淹没在噪声里传输。 目前，跳频系统的同步时间基本在几百毫秒的水平，今后也必将越来越短。 现代通信的新领域，数字蜂窝移动通信，专用网络通信，室内无线通信，CDMA移动通信，无线局域网，无线广域网，“蓝牙”（短距离高速、 互通式信息传输）传输技术都是基于扩频通信体制的通信方式。 由于技术原因限制，还不能实现真正的话音点对多点业务，基本上都是依赖系统的叠加来实现。 其中无线调制解调器能够提供透明的数据通道，根据需要配置终端设备，可以支持多种数据业务，如，话音、数据、网络、图象等。 由于扩频通信技术有很多优点可以克服这些问题，并且可以提供更高的保密技术，因此，从80年代末， 联邦通信委员会（FCC）规划了ISM波段 并批准扩频通信使用该频段来，扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。 系统兼容性
兼容性是指，跳频通信系统可以与一个不跳频的定频再带通信系统在莫个固定频点上进行通信。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾，互相制约又互相促进发展。 因此，现代的网络技术为话音、数据、图象的综合业务提供了良好的平台。 它们都提供了高速的无线网络连接，可以广泛的应用于点对点或点对多点无线局域网、无线广域网连接或宽带无线接入。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾，互相制约又互相促进发展。 当然通信干扰与反干扰是一对矛盾，互相制约又互相促进发展。 跳频扩频通信技术-优点 由于无线扩频通信技术具有十分显著的优越性，极大的推动了该技术及其产品在军用、民用领域的发展和应用。 IP图象传输系统也由于传输效果比较好，设备简单，使用方便，已经得到了广泛的应用。 目前，应用了扩频通信技术的通用产品主要有两类，一是专门数据传输的扩频无线调制解调器，二是专门提供无线网络连接的无线网桥、无线网 卡、无线路由器。 由于技术原因限制，还不能实现真正的话音点对多点业务，基本上都是依赖系统的叠加来实现。 在此基础上，借助无线网络技术构建移动网络平台，便可以实现一种新的移动话音、数据、图象传输系统。 抗干扰能力强
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。
(完整word版)扩频通信
扩频通信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。
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。
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Shannon 还 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噪声统计特 性的信号。这是因为高斯白噪声信号具 有理想的自相关特性，白噪声的自相关 函数具有 函数的特点，说明它具有尖 锐的自相关特性。
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2 扩展频谱通信模型
DS－SS中载波调制一般都采用BPSK 或DPSK。PSK调制信号可表示为：
ftm tco 0ts
m
t
1 1
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a k
d t
数据源
编码器
st
发射机
ct
cos0t
序列 发生器
射频 振荡器
可以直接写出发射系统的输出信号的表 达式为：
FH－SS实际上是一个“多频、选码和移频键 控”系统。
在跳频系统中控制频率跳变的指令码的速率， 没有直接序列扩频中的伪码速率高，一般为每 秒几十跳到几万跳。
FH－SS中扩展频带的宽度是由跳变的频率总 数N和频率跳变的最小间隔来决定的。
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跳频扩频
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跳频扩频图案
（2） 传输带宽主要由扩频函数决定，扩 频函数常用伪随机编码信号。
我们已熟知的各种调制方式，如调幅、 调频，数字调制中FSK、PSK、QAM和 MSK等都不属于扩展频谱系统的范畴。
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以伪随机码序列作扩频函数的直接序列扩 展频谱通信为例来研究扩频系统原理。
a k
d t
数据源
经过这些处理，扩频系统就比常规的通信系 统具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗 多径干扰的能力。此外还具有信息隐蔽、低 的空间无线电波“通量密度”及多址保密通 信等优点。
14.06.2Leabharlann 2011扩展频谱技术的理论基础可用Shannon信道容 量公式来描述，
CBlog2(1N S)
该公式表明，在高斯信道中当传输系统的信号 噪声功率比S／N下降时，可用增加系统传输带 宽的办法来保持信道容量C不变。对于任意给 定的信号噪声功率比，可以用增大传输带宽来 获得较低的信息差错率。
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考虑到 c'tct1
容易得到基带滤波器输出的有用信号为
vt dhtd
只要基带滤波器能无失真传送数字信息， 经基带数字检测器处理后，便能恢复出 发射端信源传来的信息。
可见扩展频谱接收机提取有用信号的功 能，是充分发挥了伪随机码尖锐的自相 关特性而完成的。对于各种干扰信号， 它们与本地伪码不相关，在相关处理过 程中干扰信号能量被扩展到整个扩频带 宽内，通过基带滤波器的输出很小。
nt 为有用信号。
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射频滤波器后的接收信号
r t d t c t c 0 o d t s
n'ts'it
n't 表示通过射频滤波器的带限加性噪声； s'i t表示落入射频滤波器通带内的干扰 信号。
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接收系统的两个乘法器分别是相关解扩 和解调，c't是与发射端同步的本地扩频 码；本地射频压控振荡器输出的信号为
但是对于白噪声信号的产生、加工和
复制至今仍存在着许多技术困难．然而 人们已经找到了一些易于产生又便于加 工和控制的伪噪声序列，它们的统计特 性逼近于高斯白噪声的统计特性。
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早在50年代，哈尔凯维奇就从理论上证 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也应该是具有白 噪声统计特性的信号形式。
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跳时扩频
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（4）混合式：
以上三种基本扩频方式中的两种或多
种结合起来，便构成了一些混合扩频 体制，如 FH／DS、DS／ TH、FH／ TH等，它们比单一的扩频、跳频、跳 时体制具有更优良的性能。
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扩频通信的主要优点：
（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。DS－SS、FH－SS、DS ／FH、DS／TH等系统对多径干扰不敏感， 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。
cos't'
设基带滤波器的冲击响应为 ht，其带 宽与发射端数字信息带宽相同，且射频 滤波器能够无失真地处理 Rt ，则基带 滤波器的输出
v t h t rc 'co ' s 'd
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如果射频滤波器和基带滤波器都是线性的， 则我们建立的模型也是线性的，可以利用 线性叠加原理进行分析。
n 0 ,1 ,2 , ,N 1
跳频信号经信道传输后，受各种干扰信 号和噪声的污染，接收机收到的信号为
R t d t c 0 o n s ( t ) n
Jtnt
Jt代表各种干扰
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Rt经接收机射频滤波后，经与发射端同步的本
地跳频频率合成器的输出频率相乘后，中频滤 波器的输出信号为
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直接序列扩频
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扩频码
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（2）跳频扩频系统（FH-SS）：
数字信息与二进制伪码序列模二相加后，去离 散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射 信号的频率随伪码的变化而跳变。跳变系统可 以随机选取的频率数通常是几千到 220 个离散 频率。
编码器
st
发射机
ct
cos0t
序列 发生器
射频 振荡器
发射系统
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二进制数字信号dt与一个高速率的二进制伪
随机码ct 相乘，得到复合信号 dtct
一般伪随机码的速率是Mb/s的量级，有的甚
至达到几百Mb/s。而待传信息流 ak 经编码器
编码后的码速率较低，数字话音信号一般为 32～ 64 kbps，这就扩展了信息的速率。
在传输同样信息时所需的射频带宽，远比我们 已熟知的各种调制方式要求的带宽要宽得多。 扩频带宽至少是信息带宽的几十至 几万倍。
信息已不再是决定调制信号带宽的一个重要因 素，调制信号的带宽主要由扩频函数来决定。
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3
扩展频谱系统必须满足以下两条准则：
（1） 传输带宽远远大于被传送的原始信 息的带宽；
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（3）低通量密度
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带宽内 的电波“通量密度”，这对空间通信大 有好处，可以防止对地面通信的干扰。
对于无线电波运载的各种信息充塞 了有限“时频空间”的大城市，使用扩 展频谱码分多址通信技术，可以解决常 规通信中存在的难题—电波拥挤的缺点， 故扩频码分多址通信在城市移动通信中 有着广阔的应用前景。
s t d tc tc o 0 t s
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为了分析方便，设dt 与 ct 是相互独立
的，且dt的码元宽度 T b 是ct 码元宽度 T c
的整数倍。
Rt
射频 rt
滤波器
co'st' c't
振荡器
序列 发生器
基带 滤波器
vt
至数据 检测器
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st 经由天线辐射到空间，在传播过程中受空间
扩频后的复合信号对载波调制（直接序列扩 频一般用BPSK调制）后，通过发射机和天线 送入信道中传输。
st 的射频带宽取决于伪随机码ct 的码速率。
在BPSK情况下等于伪随机码速率的2倍，而 与数字信息流的码速率几乎无关。
以上处理过程就达到了扩展数字信息流频谱的 目的。
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Rt
vt B B 2dco sthtd 2 B B 2 J co '0 sn 'n h t d n 't 2 0'0
扩频函数（伪码）逼近白噪声的统计特 性，因而扩频通信又具有抗多径干扰的 能力。
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扩展频谱通信系统按其工作方式可以分 为下列几种：
（l）直接序列扩展频谱系统（DS－SS）： 前面讨论过的扩频通信，就是直接序列 扩频系统。它是由于待传信息信号与高 速率的伪随机码波形相乘后，去直接控 制射频信号的某个参量，扩展了传输带 宽而得名的。
射频 rt
滤波器
co'st' c't
振荡器
序列 发生器
基带 滤波器
vt
至数据 检测器
接收系统
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在接收端用一个和发射端同步的伪随机码 c't所调
制的本地振荡信号，与接收到的信号进行相关处 理。相关处理是将两个信号相乘，然后求其数学 期望或求两个信号瞬时值相乘的积分。
当两个信号完全相同时（或相关性很好），得到 最大的相关峰值，经数据检测器恢复发射端的信
先对有用信号作分析，假设其他干扰信号 和加性噪声都为零，于是
r t d t c t c 0 o d t s
如果接收端扩频码码元同步，则
c'tct
如果接收端频率和相位分别锁定，则
c 'o t ' s c o 0 d s t