无线通信技术4.2-扩频技术.pptVIP

* * * 无线通信技术 翟旭平 zhaixp@shu.edu.cn 2012-5-9 扩频技术概述 直接序列扩频与扩频码 跳频扩频 通信与信息工程学院 扩频技术 扩频技术 4.3.1 扩频技术概述---扩频通信的发展史 扩频通信，即扩展频谱通信（Spread Spectrum Comunication）,它与光纤通信、卫星通信，一同并誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。 扩频通信是将把传送的信息数据用伪随机编码(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。 扩频通信与 常规的窄带通信方式的区别： 1.信息的频谱扩展后形成宽带传输 2.相关处理后恢复成窄带信息数据 扩频通信的发展史 扩频技术 通信与信息工程学院 扩频通信的独特优点： （1）抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力，是有效的电子对抗的手段之一，对于民用和军用移动通信都是很有利的 （2）由于扩频系统使用码周期很长的扩频码，可检测性低(LPI一Low Probability of Intercept)，不容易被侦破 （3）具有多址能力，易于实现码分多址(CDMA)技术，组成多址通信网时便于采用计算机进行信息的控制和交换 （4）可抗多径干扰、 可抗频率选择性衰落 （5）频谱利用率高、容量大(可有效利用纠错技术、正交波形编码技术、话音激活技术等) （6）具有测距与测速能力 （7）扩频系统为数字系统，可以做到低功耗，小体积 扩频技术 扩频通信的发展史 通信与信息工程学院 发展简史： 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。 （a）当时的MIT林肯实验室开发的F9C-A/Rake系统被公认为第一个成功的扩频通信系统，其中首次提出了RAKE接收的概念并成功应用，该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。 （b）第一个跳频扩频通信系统BLADES也在这段时期研制成功，在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码 （c）扩频通信最初是在无绳电话中获得成功应用，而真正使扩频通信技术成为当今通信领域研究热点的原因是CDMA的应用。 扩频技术 4.3.1 扩频技术概述---扩频通信理论依据 扩展频谱通信系统的基本理论根据是信息论中的香农信道容量公式，可以表示为: 由香农公式看出，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w的办法来保持信道容量C不变。对于任意制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。扩展频谱技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码来达到扩展待传输数字信息带宽的目的。 扩频技术 4.3.1 扩频技术概述---扩频通信工作原理 通信与信息工程学院 扩频通信系统模型 扩频技术 通信与信息工程学院 4.3.1 扩频技术概述---扩频通信基本参数 扩频增益 定义为接收机解扩器输出信噪功率比与接收机的输入信噪功率比的比值。扩频增益也等于射频带宽与信息带宽之比，即 根据shannon定理，在保持信道容量不变的前提下， 其中RC为伪码速率， Rb：信息速率。 例如：BPSK情况下传输的射频带宽 正好是 的主瓣宽度，此时系统的处理增益可用 计算，对于FHSS，系统处理增益为系统提供的跳频频率数N。 干扰容限 扩频增益和干扰容限都可以描述扩频系统的抗干扰能力。 扩频技术 通信与信息工程学院 4.3.1 扩频技术概述---扩频通信工作方式 直接序列扩频（DSSS）：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。 跳频扩频（FHSS）：用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，进行多频率频移键控 跳时扩频（THSS）：用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持续时间，发射信号的‘有”、“无”同伪码序列一样是伪随机的。由于简单的跳时系统抗干扰能力不强，所以它一般和跳频结合起来使用，两者 一 起构成一种“时频