扩频通信的特点和优势之欧阳家百创编
欧阳家百创编
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扩频通信的特点和优势
欧阳家百（2021.03.07）
扩频通信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，具有较强的抗干扰能力和较好的
保密性能，20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了
很大的发展，近年来随着移动通信技术发展，扩频通信已经成为
第三代移动通信系统的核心技术之一。
扩频通信具有以下几个特点
•
1、抗干扰能力强
扩频信号的不可预测性，使扩频通信系统具有很强的抗干扰
能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以使信噪
比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍然
能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽，处理增益越高，抗
干扰能力就越强。此外，对于单频及多载波信号的干扰，其他伪
随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的的干扰等，扩频系统
都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说，若将频带展宽 10
倍，在总功率不变的情况下，其干扰强度只是原来的 1/10。而一
般频谱带宽至少是信息带宽的几十倍甚至更高。另外，由于接受
端采用了伪随机序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干
扰，如果不能检测出有用信号的伪随机序列，干扰也起不了太大
作用。抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。
2、隐蔽性好、低截获性
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由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上，单位带宽的功
率也随之降低，信号功率密度很低，信号被淹没在噪声中、难以
被发现，因而不易被敌方截获；加之扩频编码，就更难获取有用
信号，而且扩频信号的功率密度极低，对周围的电信设备产生干
扰的可能性极小。
3、保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线
信道中有用信号功率谱密度很低，有用信号被淹没在噪声下，而
且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列，只有接受方知道扩
频序列的具体内容，其他不知道地接受方几乎不可能破译，因此
扩频技术能很好的保证通信的可靠性。
4、抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体（如
电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的这些
反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影
响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，从多径信
号中分离出最强的有用信号，或者将多径信号中的相同码序列信
号叠加，这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号
衰落现象，是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
5、易于实现码分多址
由于扩频通信要用伪随机序列进行扩频调制发送，而信号接
收需要用相同的伪随机序列做相关的解扩才能恢复出信号，这就
给频分复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的伪随机
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序列之间的自相关特性和互相关特性，分配给不同用户不同的伪
随机序列，就可以区别不同用户的信号，众多用户，只要配随使
用自己的伪随机序列，就可以互不干扰的同时使用同一频率通
信，从而实现了频分复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者
可用不同的伪随机序列，分别向不同的接收者发送数据。同样，
接收者用不同的伪随机序列，就可以接收到不同发送方送来的数
据，实现了多址通信。
6、能精确的定时和测距
我们知道电磁波在空间传播速度是固定不变的。人们自然会
想到如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间，也就
等于测量两个物体之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很
宽，则意味着所采用的伪随机序列速率很高，每个码片所占用的
时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来，在接
受端接跳出伪随机序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就
可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出两者之间的距
离。测量精度取决于码片的宽度，码片越窄，精度越高。
扩频通信的优势
（1）扩频通信具有消息隐蔽性、低截获概率和抗干扰等能，
对军事通信有很大应用潜力。国外军事通信已经装备使用 HF、
VHF和UHF频段的跳频电台，直接序列扩频电台也开始进入实用
阶段。
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（2）利用不同的预定扩频码（地址码）序列，可以在相同频
段实现码分多址（CDMA）和选址通信，在卫星通信和室内有
线、无线通信中得到使用。
（3）直接序列扩频信号具有同距离无关的高分辨率测距能
力，在全球定位系统（GPS）和深空探测中得到应用
无线扩频通信技术
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短波通信概述之欧阳家百创编
短波通信概述欧阳家百（2021.03.07）短波通信是无线电通信的一种。
波长在50米～10米之间，频率范围6兆赫～30兆赫。
发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，通信距离较远，是远程通信的主要手段。
由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。
目前，它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。
尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。
其原因主要有三：一、短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。
无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。
近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。
这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。
用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。
一、短波通信的一般原理1.无线电波传播无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。
无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。
根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10 米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。
频率与波长的关系为：频率=光速／波长。
扩频通信
扩频通信系统扩展频谱通信技术是一种信息传输方式。
其系统占用的频带宽度远远大于要传输的原始信号带宽（或信息比特率），且与原始信号带宽无关。
在发送端，频带的展宽是通过编码及调制（扩频）的方法来实现的。
在接受端，则用与发送端完全相同的扩频码进行相关解调（解扩）来恢复信息数据。
设W代表系统占用带宽，B代表信息带宽，则一般认为W与B的比值1～2为窄带通信，50以上为宽带通信，100以上为扩频通信。
其基本原理是：信息数据经过信息调制器后输出的是窄带信号，经过扩频调制后频谱被展宽，在接受机的输入信号中加有干扰信号，经过扩频解调（解扩）后有用信号变成窄带信号，而干扰信号变成宽带信号，再经过窄带滤波器，滤掉有用信号带外的干扰信号，从而降低了干扰信号的强度，改善了信噪比。
扩频通信的理论基础来源于信息论和抗干扰理论。
仙农（Shannon)在其信息论中得到如下有关信道容量的有名公式：C=Wlog2(1+S/N)，其中C为信道，W为信道宽度，S/N为信噪比。
从这个公式可以得出一个重要结论：给定的信道容量C可以用不同的带宽W和信噪比S/N的组合来传输。
若减小带宽则必须发送较大的信号功率，若有较大的传输带宽，则同样的信道容量能够由较小的信号功率来传送。
这表明宽带系统表现出较好的抗干扰性。
因此，当信噪比太小，不能保证通信质量时，常用宽带系统，也就是用增加带宽来提高信道容量，以改善通信质量，这就是通常所谓用带宽换功率的措施。
扩频通信就是将信息信号的频谱扩展100倍以上，然后再进行传输，因而提高了通信的抗干扰能力，使之在强干扰情况下（甚至在信号被噪声淹没的情况之下）仍然可以保持可靠的通信。
扩频通信有以下特点：抗干扰能力强保密性好可以实现码分多址抗多径干扰能精确的定时和测距扩频通信有以下种类：直接序列（DS）系统跳频（FH）系统脉冲线性调频（Chirp）系统跳时（TH）系统。
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
无线网络扩频通信技术
无线网络扩频通信技术随着计算机应用技术的普及和国民经济信息化的发展，客户/服务器计算、分布式处理、国际互连网（Internet）、内部网（Intranet）等技术被广泛承受和应用，计算机的联网需求迅速扩大。
在诸多计算机联网技术中，无线网（WirelessNetwork）以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点，在许多应用场合有其他联网技术不可替代的作用，而在无线通信技术中，基于扩频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、无须申请频率资源等特点，近年来在计算机联网的各个领域都得到了广泛地应用。
扩频通信具有其他方式不可比较的优点，近年来在无线通信中得到越来越广泛地应用。
扩频通信（SpreadSpectrumCommunications）开始出现在第二次世界大战，作为美军使用的无线保密通信技术。
现在扩频技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。
扩频通信是一种信息传递方式，其信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传的信息无关；在接收端采用一样的扩频码开展相关解调来解扩及恢复所传信息。
扩频通信具有如下特点：1、抗干扰性强：抗干扰是扩频通信主要特性之一，比方信号扩频宽度为100倍，窄带干扰基本上不起作用，而宽带干扰的强度降低了100倍，如要保持原干扰强度，则需加大100倍总功率，这实质上是难以实现的。
因信号接收需要扩频编码开展相关解扩处理才能得到，所以即使以同类型信号开展干扰，在不知道信号的扩频码的情况下，由于不同扩频编码之间的不同的相关性，干扰也不起作用。
正因为扩频技术抗干扰性质，美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。
2、隐蔽性好：因为信号在很宽的频带上被扩展，单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低，信号淹没在白噪声之中，别人难以发现信号的存在，加之不知扩频编码，很难拾取有用信号，而极低的功率谱密度，也很少对于其他电讯设备构成干扰。
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。
扩频通信原理
扩频通信原理技术背景：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。
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。
无线扩频通信技术研究
跳频扩频（FHSS）
复合扩频是一种结合了直接序列扩频和跳频扩频的无线扩频通信技术。
总结词
复合扩频结合了DSSS和FHSS的优点，以实现更好的抗干扰性能和低截获概率。它使用两种扩频技术来扩展信号：一方面，它使用类似于DSSS的方法将信号扩展到更宽的频带；另一方面，它使用类似于FHSS的方法在跳变频率上跳变信号。这种组合方法可以提供更好的抗干扰性能和低截获概率，同时减少了所需的频率资源
技术发展历程
将原始信息转换为扩频序列，将扩频序列调制到载波上，实现信号的扩频和调制。
信号转换
接收端接收到信号后，需要进行解调和解扩频，将原始信息恢复出来。
信号接收
扩频通信的基本原理
02
无线扩频通信技术的分类与比较
直接序列扩频是一种常用的无线扩频通信技术，它将信号扩展到更宽的频带，以实现抗干扰和低截获概率。
特点
1. 抗干扰能力强：由于信号被扩展到较宽的频带上，使得干扰的影响相对较小，提高了信号的抗干扰能力。
2. 保密性好：扩频序列的随机性较高，难以被破解，因此可以实现较高的保密性。
3. 传输容量大：由于使用了扩频序列，使得可以在有限的频带内传输更多的信息，提高了传输容量。
定义与特点
01
02
03
04
05
详细描述
无线扩频通信技术在无线局域网中的应用非常广泛。通过使用扩频技术，可以将信号扩展到一个很宽的频带上，从而使信号能够更好地抵抗干扰，提高信号的保密性。此外，扩频通信技术还能够实现多路同时传输，提高了频谱利用率。因此，无线扩频通信技术在无线局域网中能够提供更稳定和高速的数据传输服务。
无线局域网（WLAN）
详细描述
无线个人局域网（WPAN）
总结词
扩频通信
扩频通信(spread spectrum communication)是近几年内迅速发展起来的一种通信技术。
在早期研究这种技术的主要目的是为提高军事通信的保密和抗干扰的性能，因此这种技术的开发和应用一直是处于保密状态。
美国在20世纪50 年代中期，就开始了对扩频通信的研究，当时主要侧重在空间探测、卫星侦察和军用通信等方面。
以后，随着民用通信的频带拥挤日益严重，又由于近代微电子技术、信号处理技术、大规模集成电路和计算机技术的快速发展，与扩频通信有关的器件的成本大大地降低，从而进一步推动了扩频通信在民用领域的发展金额应用，而且也使扩频通信的理论和技术也得到了进一步的发展。
目前在军事上，它已经广泛应用于各种战略和战术通信的系统中，成为电子战中反干扰的一种重要的手段。
扩频技术在军事应用上的最成功的范例可以以美国和俄国的全球卫星定位系统(GPS和GLONASS)以及美军的联合战术分布系统(JTIDS)为代表；GPS和GLONASS在民用上也都得到了广泛的应用，这些系统的技术基础就是扩频技术。
扩频的码分多址技术应用于蜂窝移动通信中时，大大降低了噪声和衰落的影响，同时还避免了复杂的频率分配和时隙划分等技术上的困难，并可以省去保护频带或时隙，极大地提高了蜂窝通信系统中小区的频率复用度，使信号频谱利用率得到提高。
1990年1月，国际无线电咨询委员会(CCIR,现为ITUR)在研究未来民用陆地移动通信系统的计划报告中已明确地建议采用扩频通信技术[5]。
美国已制定出了基于CDMA蜂窝技术的IS-95标准，Samsung、Motorola等公司也已相继推出了各自的CDMA移动通信商用实验网已开通运行，并取得了良好的效果。
扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。
一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术。