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扩频通信基础 扩频通信概述 扩展频谱通信 扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据. 优点: 抗干扰 抗噪声 抗多径衰落 具有必威体育官网网址性 功率谱密度低 具有隐蔽性和低的截获概率 可多址复用或任意选址 高精度测量等 扩频通信定义 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须的最小带宽;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 信号的频谱被展宽了 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 在接收端用相关解调来解扩 扩频通信的理论基础 扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式引申而来的. 信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为 说明,在给定的传输速率C不变的条件下,频带带宽W和信噪比P/N是可以互换的.即可通过增加频带宽度的方法,在较低的信噪比P/N(S/N)情况下,传输信息.扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础 扩频通信的主要性能指标 处理增益G也称扩频增益 它定义为频谱扩展前的信息带宽与频带扩展后的信号带宽之比: 处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度. 抗干扰容限 是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力, 其中:Mj—抗干扰容限 G--处理增益 (S/N)out－－信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比, Ls—接收系统的工作损耗 扩频通信的基本原理 扩频通信的分类 ◆直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum) ◆跳变频率(Frequency Hopping) ◆跳变时间(Time hopping) ◆各种混合方式 直接序列扩频CDMA系统 所谓直接序列 (DS-Direct-Scquency)扩频,就是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. 扩频的实现 扩频的实现 为了扩展信号的频谱,可以采用窄的脉冲序列去进行调制某一载波,得到一个很宽的双边带的直扩信号.采用的脉冲越窄,扩展的频谱越宽. 如果信号的总能量不变,则频谱的展宽,使各频谱成分的幅度下降,换句话说,信号的功率谱密度降低. 扩频的实现（续） ◆扩频过程波形 解扩的实现（续） ◆解扩过程波形 直接序列扩频CDMA系统的特点 1、频谱的扩展是直接由高码率的扩频序列进行调制而得到的。 2、扩码序列多采用伪随机码，也称为伪噪声（PN）码序列。 3、扩频调制方式多采用BPSK或QPSK等幅调制。 4、接收端多采用产生本地伪随机码序列对接收信号进行相关解扩，或采用匹配滤波器来解扩信号。 5、扩频和解扩的伪随机码序列应有严格的同步，码的搜捕和跟踪多采用匹配滤波器或利用伪随机码的优良的相关特性在延迟锁定环中实现。 6、一般需要用窄带通滤波器来排除干扰，以实现其抗干扰能力的提高。 跳频系统 所谓跳频,比较确切的意思是:用一定码序列进行选择的多频率频移键控.也就是说,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.  跳频图案 为了不让敌方知道我们通信使用的频率,需要经常改变载波频率,即”打一枪换一个地方”似的对载波频率进行跳变,跳频通信中载波频率改变的规律,叫做跳频图案。通常我希望频率跳变的规律不被敌方所识破，所以需要随机地改变以至无规律可循才好。但若真的无规律可循的话，通信双方也将失去联系而不能建立通信。因此，常采用伪随机改变的跳频图案。 跳频图案 图1所示为一快跳频图案，它是在一个时间段内传送一个码位（比特）的信息。通常称此时间段为跳频的驻留时间，称频率段为信道带宽。 图2所示为一慢跳频图案，它是在一个跳频驻留时间内传送多个（此处3个）码位（比特）的信息。 跳频系统性能指标 跳频带宽 跳频频率的数目 跳频的速率 跳频码的长度（周期） 跳频系统的同步时间 地址码的选择 m序列 Gold序列 Walsh码 地址码的功能 扩展频谱 区分不同用户 抗多址干扰、抗多径衰落 信息数据的隐蔽和必威体育官网网址 捕获和同步 理想地址/扩频码的特性 尖锐的自相关特性 处处为零的互相关特性 有足够多的地址码码组 不同码元数平衡相等 尽可能大的复杂度 具有近似噪声的频谱，即近似连续谱且均匀分布 m序列 m序列是最长线性移位寄存器序列的简称。 m序列是由多级移位寄存器或其他延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。在二进制移位寄存器发生器中，若n为级数，则所能产生的最大长度的码序列为2n-1位。 m序列的性质