扩频通信系统技术

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1、合肥广电宽带网络有限公司扩频通信系统技术（http:/www.bmrtech.com/svu-www/index4/index4-8.htm）扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。扩频技术具有抗干扰能力强、保密性好、易于实现多址通信等优点，因此该技术越来越受到人们的重视。近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一。扩频技术的理论基础为了将要发射的信号扩展

2、到一个很宽的频带上，扩频系统需要在频带和技术复杂性方面付出昂贵的代价，这样做能得到什么好处呢?著名的香农（Shannon）定理中可以找到我们所需的答案（所谓扩展频谱技术（简称扩频技术）一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。为了扩展发射信号的频谱，可能使用不同技术对所传的信息进行处理，从而产生了不同的扩频调制类型。常见的扩频类型有：直接序列（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）和线性调频脉冲（Chirp）等，另外，这些技术也常常组合起来使用，形成组合或混合类型的扩频技术）。香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（信道容量）为：

3、其中C——信道容量（比特/秒）W——信号带宽（赫兹）N——噪声功率S——信号平均功率当S/N很小时（≤0.1）得到：上式说明：1）要增加系统的信息传输速率，即增加信道容量，可以通过增加传输信号的带宽(W)或增加信噪比(S/N)来实现。2）当信道容量C为常数时，带宽W与信噪比之间可以互换，即可以通过增加带宽(W)来降低系统对信噪比(S/N)的要求，也可以通过增加信号功率来降低信号的带宽。162021年9月14日合肥广电宽带网络有限公司3）当带宽(W)增加到一定程度后，信道容量C不可能无限制地增加。因此，在无差错传输的信息速率C不变时，如信噪比很低(N/S很

4、大)，则可以用足够宽的带宽来传输信号。直接序列扩频原理直接序列调制就是载波直接被伪随机码序列调制，其基本原理图如图10.1所示。在一般情况下调制方式可以是调幅、调频、调相和其它任何形式的振幅或角度调制。但最常使用的是差分相移键控（DPSK）方式，其优点在第八章已经讨论过。在发射机端，要传送的信息先转换成二进制数据或符号，与伪随机码（PN码）进行模2和运算后形成复合码，再用该复合码去直接调制载波。通常为提高发射机的工作效率和发射功率，扩频系统中一般采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也十分有利。在接收机端，用与发射机端完全同步的PN码对接

5、收信号进行解扩后经解调器还原输出原始数据信息。直接序列扩频系统仿真为了对扩频通信有一个初步的认识，本节以直接序列扩频系统为例来进行仿真，并进一步说明扩频的优点。直接序列扩频是目前应用最广的一种扩频技术，也是大家比较熟悉的一种扩频技术。图10.2是直序扩频系统的仿真原理图。因为本例仅仅作为一个仿真来说明直序扩频在抗干扰方面的优越性，所以未按实际工程中使用的常规直序扩频原理来建模，而是直接采用了比较简单而直接的方式来构造模型。数据信号源使用了一个较低频率（1KHz）的随机序列（图符0）通过一个1KHz的低通滤波器（图符3）来代替。扩频用的PN码采用了10KHz的P

6、N码（图符2），这样，理论上可以获得10倍的扩频增益。扩频调制也未使用通常的模2和加法运算，而是通过乘法器直接用PN162021年9月14日合肥广电宽带网络有限公司码调制数据信号，合成后的扩频复合信号同样也是直接用更高的载波（图符12，100KHz）调制发射，省去了常规的平衡调制等步骤。为了观察扩频系统的抗干扰性能，使用了一个干扰信号源。该干扰信号可以是单频率窄带干扰，也可以是宽带的扫频信号，或者是高斯噪声，读者可根据情况随意选取干扰源的信号类型和幅度（或功率谱密度），缺省的干扰信号源为90KHz—120KHz的扫频脉冲信号源。为简单起见，在接收端，通过本地载

7、波解调后的复合信号直接与原扩频PN码直接相乘后解扩，中间省略了有关本地PN发生器和相关的码同步电路。因为直接使用原PN码，所以理论上可认为收发两端是完全同步的。需要说明的是，实际工程中的码同步是一个十分复杂问题，其复杂程度以及在此问题上付出的代价往往比扩频本身要多得多。图10.3所示是经过预滤波器后（图符3）的输入信号波形，图10.4是解扩后整型的输出信号波形图。图10.5是未加干扰信号前的已调信号频谱图。图10.6是加入干扰信号后的已调信号频谱图。可以十分明显地观察到，在100KHz附近有较强的干扰存在，而解扩后的信号与输入的原信号波形基本一致，完全未受干扰

8、影响。不断加大噪声或干扰的幅度，当达到