扩频通信概述

1、扩频通信概述2解放军理工大学通信工程学院22021-12-52021-12-5扩频通信概述扩频通信概述三、扩频通信的分类三、扩频通信的分类四、扩频通信系统的特点四、扩频通信系统的特点五、扩频通信的发展简史五、扩频通信的发展简史七、扩频通信的应用七、扩频通信的应用八、扩频通信技术的发展趋势八、扩频通信技术的发展趋势扩频通信概述3解放军理工大学通信工程学院32021-12-52021-12-5一、扩频通信的理论基础一、扩频通信的理论基础1948年，香农提出了著名的香农公式。年，香农提出了著名的香农公式。C=Blog2(1+S/N) 比特比特/秒秒其中其中C信道容量（比特信道容量（比特/秒）秒）B信

2、道带宽（信道带宽（Hz）S信号平均功率（信号平均功率（W）N噪声功率（噪声功率（W）扩频通信概述4解放军理工大学通信工程学院42021-12-52021-12-5一、扩频通信的理论基础一、扩频通信的理论基础由香农公式可以看出：由香农公式可以看出：1、增加信道容量的方法有两种，增加传输、增加信道容量的方法有两种，增加传输信号带宽信号带宽B或增加信噪比或增加信噪比S/N。2、信道容量、信道容量C一定时，带宽一定时，带宽B与信噪比与信噪比S/N可以互换。可以互换。扩频通信概述5解放军理工大学通信工程学院52021-12-52021-12-5一、扩频通信的理论基础一、扩频通信的理论基础3、当、当B增加

3、到一定程度后，信道容量增加到一定程度后，信道容量C将将增加缓慢，并趋于有限值。增加缓慢，并趋于有限值。扩频通信概述6解放军理工大学通信工程学院62021-12-52021-12-5一、扩频通信的理论基础一、扩频通信的理论基础信号带宽与信噪比的互换关系信号带宽与信噪比的互换关系例：某系统信号带宽为例：某系统信号带宽为8kHz，信噪比为，信噪比为7，求信道容量，求信道容量C。在。在C不变的情况下，不变的情况下，信号带宽分别增加一倍和减小一半，求信号带宽分别增加一倍和减小一半，求此时信号功率的相对变化为多少？此时信号功率的相对变化为多少？扩频通信概述7解放军理工大学通信工程学院72021-12-52

4、021-12-5一、扩频通信的理论基础一、扩频通信的理论基础扩频通信概述8解放军理工大学通信工程学院82021-12-52021-12-5二、扩频通信的概念二、扩频通信的概念定义：定义：扩频通信：全称为扩展频谱通信，一类信扩频通信：全称为扩展频谱通信，一类信息传输方式，在发端利用特定的伪随机编息传输方式，在发端利用特定的伪随机编码序列码序列(也称伪噪声编码序列也称伪噪声编码序列)将待传信息信将待传信息信号的频谱展宽，使号的频谱展宽，使传输信号的带宽远大于传输信号的带宽远大于信息信号本身的带宽信息信号本身的带宽，送入信道中传输，送入信道中传输，在接收端用相同的扩频编码序列对接收信在接收端用相同的

5、扩频编码序列对接收信号进行号进行相关解扩处理相关解扩处理，使有用信号的频谱，使有用信号的频谱压缩，从而获取传输信息。压缩，从而获取传输信息。扩频通信概述9解放军理工大学通信工程学院92021-12-52021-12-5二、扩频通信的概念二、扩频通信的概念扩频技术是使用一个比理论所需要大的带宽扩频技术是使用一个比理论所需要大的带宽来传输并使用一个独立的扩频码来控制带宽来传输并使用一个独立的扩频码来控制带宽扩展的技术。扩展的技术。传统通信技术致力于节省带宽传统通信技术致力于节省带宽在传统调制方法中，调制信号的总体带宽被最小在传统调制方法中，调制信号的总体带宽被最小化，使更多的信道能同时传输。化，使

6、更多的信道能同时传输。 而扩展频谱将已调制的信号扩展成宽带信号而扩展频谱将已调制的信号扩展成宽带信号扩频技术使用比最小需要带宽大成百上千倍的带扩频技术使用比最小需要带宽大成百上千倍的带宽宽扩频通信概述10解放军理工大学通信工程学院102021-12-52021-12-5二、扩频通信的概念二、扩频通信的概念信息调制扩频调制射频输出射频接收扩频解调信息信息解调信道伪随机码序列信息伪随机码序列图1.1 扩频通信原理框图扩频通信概述11解放军理工大学通信工程学院112021-12-52021-12-5二、扩频通信的概念二、扩频通信的概念扩频通信的两个准则扩频通信的两个准则射频带宽远大于信息带宽射频带宽

7、远大于信息带宽 必须用特殊的信号（通常是具有伪随特性必须用特殊的信号（通常是具有伪随特性的编码信号），来扩展发送信号的频谱。的编码信号），来扩展发送信号的频谱。 扩频信号的特点扩频信号的特点宽带宽带伪随机伪随机相关接收相关接收扩频通信概述12解放军理工大学通信工程学院122021-12-52021-12-5二、扩频通信的概念二、扩频通信的概念扩频通信应用的三个主要目的扩频通信应用的三个主要目的AJ（军事通信）（军事通信）LPI、LPE（军事通信）（军事通信）CDMA（军事、民用通信）（军事、民用通信）扩频通信概述13解放军理工大学通信工程学院132021-12-52021-12-5三、扩频通信

8、的分类三、扩频通信的分类存在不同的扩展信号的技术：存在不同的扩展信号的技术：直接序列扩频（直接序列扩频（DS，Direct Sequence） 跳频（跳频（FH, Frequency Hopping ）跳时（跳时（TH：Time Hopping ） 线性调频线性调频(chirp) Multi-Carrier CDMA (MC-CDMA).混合扩频混合扩频FH/DS、DS/TH、 FH/TH、TH/FH、DS/FH/TH 扩频通信概述14解放军理工大学通信工程学院142021-12-52021-12-5三、扩频通信的分类三、扩频通信的分类跳频信号跳频信号 干扰信号干扰信号 跳频信号被压制跳频信号

9、被压制扩频通信概述15解放军理工大学通信工程学院152021-12-52021-12-5四、扩展频谱通信系统的特点四、扩展频谱通信系统的特点 与传统窄带通信相比与传统窄带通信相比优点优点好的抗干扰能力（好的抗干扰能力（AJ）扩频通信概述16解放军理工大学通信工程学院162021-12-52021-12-5四、扩展频谱通信系统的特点四、扩展频谱通信系统的特点 与传统窄带通信相比与传统窄带通信相比优点优点低的功率谱密度，由于不知伪随机码而实现保密，信低的功率谱密度，由于不知伪随机码而实现保密，信号具有隐蔽性、保密性，安全可靠（号具有隐蔽性、保密性，安全可靠（LPI） 具有选址能力，可实现码分多址通

10、信（具有选址能力，可实现码分多址通信（CDMA），能），能与其它用户共享同一频带（频谱重叠覆盖），频谱利与其它用户共享同一频带（频谱重叠覆盖），频谱利用率高用率高 抗多径干扰能力强抗多径干扰能力强 ，应用扩频意味着多径效果的减小，应用扩频意味着多径效果的减小能够实现精确的定时和高分辨率的测距和测速能够实现精确的定时和高分辨率的测距和测速 扩频通信概述17解放军理工大学通信工程学院172021-12-52021-12-5四、扩展频谱通信系统的特点四、扩展频谱通信系统的特点缺点缺点复杂、成本高复杂、成本高对宽带干扰没有抵抗能力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）对信道要求高，

11、带宽效率低（某些场合）扩频通信概述18解放军理工大学通信工程学院182021-12-52021-12-5五、扩频通信的发展简史五、扩频通信的发展简史 跳频和跳时的概念出现于跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期年代的早期 1942年由在奥地利出生的女演员年由在奥地利出生的女演员Hedy Lamarr 和美国作曲家和美国作曲家George Antheil发明。发明。 直接序列的概念晚几年出现直接序列的概念晚几年出现 相关检测出现在相关检测出现在1940年代后期年代后期 瑞克接收机出现在瑞克接收机出现在1952年年 早期绝大多数应用于军事和情报目的早期绝大多数应用于军事和情报目的 第二次世界大战

12、中被尝试和应用于抗干扰和导航第二次世界大战中被尝试和应用于抗干扰和导航 扩频通信系统的开发始于约扩频通信系统的开发始于约20世纪世纪50年代中期年代中期 ，在，在1960年代早期被年代早期被军方开发作一种对有意干扰较少敏感的通信方法。军方开发作一种对有意干扰较少敏感的通信方法。 扩频在扩频在1980年代被首次用于商业目的年代被首次用于商业目的 在在1985年为无需执照商业业务开放了三个频段年为无需执照商业业务开放了三个频段 今天，大多数无线数据系统采用扩频调制，运行在今天，大多数无线数据系统采用扩频调制，运行在900MHz、 2.4GHz or 5.8GHz 的的ISM (Industrial

13、, Scientific and Medical) 频带。频带。 今天我们有今天我们有 IS-95、WCDMA (3G)、Wireless LAN、 扩频通信概述19解放军理工大学通信工程学院192021-12-52021-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标 一、处理增益一、处理增益对扩频通信的处理增益的两种主要定义对扩频通信的处理增益的两种主要定义信噪比增益定义信噪比增益定义伪随机码与信息速率比定义伪随机码与信息速率比定义二、干扰容限二、干扰容限三、门限效应三、门限效应ioNSNSpG/cpbRGR )(minmaxdBLGMoutNSsyspinS

14、Nj扩频通信概述20解放军理工大学通信工程学院202021-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标一、扩频通信的处理增益一、扩频通信的处理增益对扩频通信的处理增益的两种主要定义对扩频通信的处理增益的两种主要定义定义定义1：解扩器输出端与输入端的信噪比的比：解扩器输出端与输入端的信噪比的比值：值：(S/N)i和和(S/N)o分别为扩频处理器的输入和输出分别为扩频处理器的输入和输出信噪比。信噪比。通常用分贝（通常用分贝（dB）表示）表示ioNSNSpG/)()/()()/(dBNSdBNSdBGiop扩频通信概述21解放军理工大学通信工程学院212021-12

15、-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标一、扩频通信的处理增益一、扩频通信的处理增益该定义的处理增益表示经过解扩器后，信号信该定义的处理增益表示经过解扩器后，信号信噪比的改善。扩频系统的处理增益主要来自接噪比的改善。扩频系统的处理增益主要来自接收机的解扩器。收机的解扩器。例：某扩频系统例：某扩频系统Gp=70dB，若要求，若要求(S/N)o=10dB，则允许，则允许(S/N)i =-60dB，即信号功，即信号功率可以在低于干扰功率率可以在低于干扰功率60dB的恶劣条件下工作。的恶劣条件下工作。扩频通信概述22解放军理工大学通信工程学院222021-12-5202

16、1-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标一、扩频通信的处理增益一、扩频通信的处理增益定义定义2：伪随机码与信息速率比定义：伪随机码与信息速率比定义cpbRGR扩频通信概述23解放军理工大学通信工程学院232021-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标二、扩频通信的干扰容限二、扩频通信的干扰容限干扰容限干扰容限Mj是考虑了系统损耗后，系统尚是考虑了系统损耗后，系统尚能工作时，信道可允许的最大噪信比。能工作时，信道可允许的最大噪信比。Mj考虑了实用系统的输出信噪比要求以及考虑了实用系统的输出信噪比要求以及系统的内部损耗

17、，因而可以反映系统在干系统的内部损耗，因而可以反映系统在干扰环境中的工作能力。扰环境中的工作能力。 )(minmaxdBLGMoutNSsyspinSNj扩频通信概述24解放军理工大学通信工程学院242021-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标二、扩频通信的干扰容限二、扩频通信的干扰容限例：一个系统的处理增益例：一个系统的处理增益Gp=30dB， 系统系统的执行损耗的执行损耗Lsys =2dB：若系统要求的最小输出信噪比为若系统要求的最小输出信噪比为8dB， 则：则：Mj=30-(8+2)=20dB， 即输入的干扰功率最多只能比信号功率高即输入的干扰功

18、率最多只能比信号功率高20dB时，该系统才能正常工作。时，该系统才能正常工作。扩频通信概述25解放军理工大学通信工程学院252021-12-5六、扩展频谱通信系统的主要技术指标六、扩展频谱通信系统的主要技术指标二、扩频通信的干扰容限二、扩频通信的干扰容限例：一个系统的处理增益例：一个系统的处理增益Gp=30dB， 系统系统的执行损耗的执行损耗Lsys =2dB：若系统要求的最小输出信噪比为若系统要求的最小输出信噪比为9dB，则：则： Mj=30-(9+2)=19dB, 即输入的干扰功率最多只能比信号功率高即输入的干扰功率最多只能比信号功率高19dB的条件下系统才能正常工作。的条件下系统才能正常工作。扩频通信概述26解放军理工大学通信工程学院262021-12-52021-12-5七、扩展频谱通信应用七