《无线扩频通信技术》PPT课件

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1、无线扩频通信技术无线扩频通信技术简介1、无线扩频通信技术简介扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)技术(以下简称扩频通信),早在第二次世界大战期间就已提出,其发展也基本上是在军事领域随着电子对抗发展起来的。随着无线通信的广泛应用,无线频道变得非常拥挤,频道资源非常紧张,干扰繁多、严重。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,美国联邦通信委员会(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。2、扩频通信技术基本原理扩频通信的理论基础是仙

2、农定理:C=WLog2(1+S/N)式中:C---信道容量,W---传输带宽,S/N---信号功率/噪声功率由此可得:在信息速率一定时,可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输,即信号带宽越宽则传信噪比可以越低,甚至在信号被噪声淹没的情况下也可以实现可靠通信。因此,将信号的频谱扩展,则可以实现低信噪比传输,并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高的保密性。目前常用的扩频通信实现方法主要有:直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)、跳频(FrequencyHopping)、跳时(TimeHopping)、宽带线性调频(ChipM

3、odulation)等方式。以上方法中最常用的是直接序列扩频和跳频。直接序列扩频技术(DS)直序扩频使用伪随机码(PNCode)对信息比特进行模2加得到扩频序列,然后扩频序列去调制载波发射,由于PN码往往比较长,因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱,即宽带低信噪比传输。PN码的长度决定了扩频系统的扩频增益,而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。直序扩频系统的解扩采用相关解扩,这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端,接收信号经过放大混频后,经过与发射端相同且同步的PN码进行相关解扩,把扩频信号恢复出窄带信号,再对窄带信号进行相干解调解出原始信息

4、序列。用11位码长的扩频码来说,直接序列扩频与解扩的过程简单说就是,如果采用的信源发出“1”,则扩频调制为一个序列单元,如“11100010010”;信源发出“0”,则扩频调制为一个反相的序列单元,如与上面对应的反相序列“00011101101”。在接收端,收到序列“11100010010”则恢复为“1”,收到序列“00011101101”则恢复为“0”。“one”databit“zero”databit11-chipcodeWordforeach“one”databitSamechipcodewordbutinvertedfor”zero”databit直序扩频

5、直接序列扩频技术-原理框图直接序列扩频技术-优点抗干扰能力强扩频解调器实际上是一个相关器,扩频信号通过相关器后能有效的恢复,干扰信号(包括瞄准性干扰和宽带干扰),由于与本地PN码不相关而被相关器抑制掉。具有强的抗多径干扰能力无线电波在传播的过程中,除了直接到达接收天线的直射信号外,还会有各种反射体(如大气对流层、建筑物、高山、树木、水面、地面)等引起的反射和折射信号被接收天线接收。反射和折射信号的传播时间比直射信号长,它对直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会造成通信系统的严重衰落甚至无法工作。由扩频序列的自相关函数的特性知道,当两个接收信号序列相对时间超过码

6、元宽度时,相关器输出只为码长的倒数,故被很大程度的抑制掉。直序扩频技术还一有一种更先进的接收技术,叫RAKE接收技术,它可以实现多径分集接收。即将各种路径来的信号,包括直接、折射、反射绕射信号解扩后在相位上根据峰值校齐并进行叠加,使信号强度更高,不仅避免了多径干扰还增强了接收信号强度。但是RAKE接收技术的实现比较复杂且昂贵。直接序列扩频技术-优点对其它电台干扰小,抗截获能力强由于信息信号经过扩频调制后频谱被大大扩展,使信号的功率谱密度大大降低,接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低,即信号完全淹没在噪声中,这样对其它同频段电台的接收不会形成干扰,信号也就不容易被

7、发现,进一步检测出信号就更难,所以有非常高的隐蔽性,非常适合保密通信,特别适合应用于军事领域的通信。正因为有此特点,FCC规定使用扩频通信机不必申请专用频率。可以同频工作由于采用相关解调,只要每部通信机的扩频码(PN)不同,几部通信机就可以使用同一载频而不会有相互干扰,只是增加多一点背景噪声而已。便于实现多址通信由于不同的扩频码是正交或接近正交的,彼此相互影响很小,所以可以把不同的扩频码作为用户的地址码,则很容易实现码分多址(CDMA)通信。移动通信系统采用CDMA方式,理论上可以使通信容量比目前的蜂窝式通信容量提20倍。跳频扩频通信技术(FH)另一种常用的扩频技

8、术是跳频扩

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1、无线扩频通信技术无线扩频通信技术简介1、无线扩频通信技术简介扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)技术(以下简称扩频通信),早在第二次世界大战期间就已提出,其发展也基本上是在军事领域随着电子对抗发展起来的。随着无线通信的广泛应用,无线频道变得非常拥挤,频道资源非常紧张,干扰繁多、严重。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,美国联邦通信委员会(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。2、扩频通信技术基本原理扩频通信的理论基础是仙

2、农定理:C=WLog2(1+S/N)式中:C---信道容量,W---传输带宽,S/N---信号功率/噪声功率由此可得:在信息速率一定时,可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输,即信号带宽越宽则传信噪比可以越低,甚至在信号被噪声淹没的情况下也可以实现可靠通信。因此,将信号的频谱扩展,则可以实现低信噪比传输,并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高的保密性。目前常用的扩频通信实现方法主要有:直接序列扩频(DirectSequenceSpreadSpectrum)、跳频(FrequencyHopping)、跳时(TimeHopping)、宽带线性调频(ChipM

3、odulation)等方式。以上方法中最常用的是直接序列扩频和跳频。直接序列扩频技术(DS)直序扩频使用伪随机码(PNCode)对信息比特进行模2加得到扩频序列,然后扩频序列去调制载波发射,由于PN码往往比较长,因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱,即宽带低信噪比传输。PN码的长度决定了扩频系统的扩频增益,而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。直序扩频系统的解扩采用相关解扩,这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端,接收信号经过放大混频后,经过与发射端相同且同步的PN码进行相关解扩,把扩频信号恢复出窄带信号,再对窄带信号进行相干解调解出原始信息

4、序列。用11位码长的扩频码来说,直接序列扩频与解扩的过程简单说就是,如果采用的信源发出“1”,则扩频调制为一个序列单元,如“11100010010”;信源发出“0”,则扩频调制为一个反相的序列单元,如与上面对应的反相序列“00011101101”。在接收端,收到序列“11100010010”则恢复为“1”,收到序列“00011101101”则恢复为“0”。“one”databit“zero”databit11-chipcodeWordforeach“one”databitSamechipcodewordbutinvertedfor”zero”databit直序扩频

5、直接序列扩频技术-原理框图直接序列扩频技术-优点抗干扰能力强扩频解调器实际上是一个相关器,扩频信号通过相关器后能有效的恢复,干扰信号(包括瞄准性干扰和宽带干扰),由于与本地PN码不相关而被相关器抑制掉。具有强的抗多径干扰能力无线电波在传播的过程中,除了直接到达接收天线的直射信号外,还会有各种反射体(如大气对流层、建筑物、高山、树木、水面、地面)等引起的反射和折射信号被接收天线接收。反射和折射信号的传播时间比直射信号长,它对直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会造成通信系统的严重衰落甚至无法工作。由扩频序列的自相关函数的特性知道,当两个接收信号序列相对时间超过码

6、元宽度时,相关器输出只为码长的倒数,故被很大程度的抑制掉。直序扩频技术还一有一种更先进的接收技术,叫RAKE接收技术,它可以实现多径分集接收。即将各种路径来的信号,包括直接、折射、反射绕射信号解扩后在相位上根据峰值校齐并进行叠加,使信号强度更高,不仅避免了多径干扰还增强了接收信号强度。但是RAKE接收技术的实现比较复杂且昂贵。直接序列扩频技术-优点对其它电台干扰小,抗截获能力强由于信息信号经过扩频调制后频谱被大大扩展,使信号的功率谱密度大大降低,接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低,即信号完全淹没在噪声中,这样对其它同频段电台的接收不会形成干扰,信号也就不容易被

7、发现,进一步检测出信号就更难,所以有非常高的隐蔽性,非常适合保密通信,特别适合应用于军事领域的通信。正因为有此特点,FCC规定使用扩频通信机不必申请专用频率。可以同频工作由于采用相关解调,只要每部通信机的扩频码(PN)不同,几部通信机就可以使用同一载频而不会有相互干扰,只是增加多一点背景噪声而已。便于实现多址通信由于不同的扩频码是正交或接近正交的,彼此相互影响很小,所以可以把不同的扩频码作为用户的地址码,则很容易实现码分多址(CDMA)通信。移动通信系统采用CDMA方式,理论上可以使通信容量比目前的蜂窝式通信容量提20倍。跳频扩频通信技术(FH)另一种常用的扩频技

8、术是跳频扩

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