扩频通信概述.

扩频通信概述2解放军理工大学通信工程学院22020/1/12020/1/1扩频通信概述一、扩频通信的理论基础二、扩频通信的概念三、扩频通信的分类四、扩频通信系统的特点五、扩频通信的发展简史六、扩频通信系统的主要技术指标七、扩频通信的应用八、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32020/1/12020/1/1一、扩频通信的理论基础1948年，香农提出了著名的香农公式。C=B·log2(1+S/N)比特/秒其中C－－信道容量（比特/秒）B－－信道带宽（Hz）S－－信号平均功率（W）N－－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42020/1/12020/1/1一、扩频通信的理论基础由香农公式可以看出：1、增加信道容量的方法有两种，增加传输信号带宽B或增加信噪比S/N。2、信道容量C一定时，带宽B与信噪比S/N可以互换。扩频通信概述5解放军理工大学通信工程学院52020/1/12020/1/1一、扩频通信的理论基础3、当B增加到一定程度后，信道容量C将增加缓慢，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62020/1/12020/1/1一、扩频通信的理论基础信号带宽与信噪比的互换关系例：某系统信号带宽为8kHz，信噪比为7，求信道容量C。在C不变的情况下，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？扩频通信概述7解放军理工大学通信工程学院72020/1/12020/1/1一、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82020/1/12020/1/1二、扩频通信的概念定义：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码序列(也称伪噪声编码序列)将待传信息信号的频谱展宽，使传输信号的带宽远大于信息信号本身的带宽，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号进行相关解扩处理，使有用信号的频谱压缩，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92020/1/12020/1/1二、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来传输并使用一个独立的扩频码来控制带宽扩展的技术。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化，使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扩频技术使用比最小需要带宽大成百上千倍的带宽扩频通信概述10解放军理工大学通信工程学院102020/1/12020/1/1二、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112020/1/12020/1/1二、扩频通信的概念扩频通信的两个准则射频带宽远大于信息带宽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。扩频信号的特点宽带伪随机相关接收扩频通信概述12解放军理工大学通信工程学院122020/1/12020/1/1二、扩频通信的概念扩频通信应用的三个主要目的AJ（军事通信）LPI、LPE（军事通信）CDMA（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132020/1/12020/1/1三、扩频通信的分类存在不同的扩展信号的技术：直接序列扩频（DS，DirectSequence）跳频（FH,FrequencyHopping）跳时（TH：TimeHopping）线性调频(chirp)Multi-CarrierCDMA(MC-CDMA).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142020/1/12020/1/1三、扩频通信的分类0T2T3T4T5T6T7T8T9Tf1f2f3f4f5f6f7f8tf0T2T3T4T5T6T7T8T9Tf1f2f3f4f5f6f7f8tf跳频信号干扰信号跳频信号被压制0T2T3T4T5T6T7T8T9Tf1f2f3f4f5f6f7f8tf扩频通信概述15解放军理工大学通信工程学院152020/1/12020/1/1四、扩展频谱通信系统的特点与传统窄带通信相比优点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162020/1/12020/1/1四、扩展频谱通信系统的特点与传统窄带通信相比优点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（LPI）具有选址能力，可实现码分多址通信（CDMA），能与其它用户共享同一频带（频谱重叠覆盖），频谱利用率高抗多径干扰能力强，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扩频通信概述17解放军理工大学通信工程学院172020/1/12020/1/1四、扩展频谱通信系统的特点缺点复杂、成本高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）扩频通信概述18解放军理工大学通信工程学院182020/1/12020/1/1五、扩频通信的发展简史跳频和跳时的概念出现于1940年代的早期1942年由在奥地利出生的女演员HedyLamarr和美国作曲家GeorgeAntheil发明。直接序列的概念晚几年出现相关检测出现在1940年代后期瑞克接收机出现在1952年早期绝大多数应用于军事和情报目的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20世纪50年代中期，在1960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。扩频在1980年代被首次用于商业目的在1985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900MHz、2.4GHzor5.8GHz的ISM(Industrial,ScientificandMedical)频带。今天我们有IS-95、WCDMA(3G)、WirelessLAN、…扩频通信概述19解放军理工大学通信工程学院192020/1/12020/1/1六、扩展频谱通信系统的主要技术指标一、处理增益对扩频通信的处理增益的两种主要定义信噪比增益定义伪随机码与信息速率比定义二、干扰容限三、门限效应ioNSNSpG//cpbRGR)(minmaxdBLGMoutNSsyspinSNj扩频通信概述20解放军理工大学通信工程学院202020/1/1六、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对扩频通信的处理增益的两种主要定义定义1：解扩器输出端与输入端的信噪比的比值：(S/N)i和(S/N)o分别为扩频处理器的输入和输出信噪比。通常用分贝（dB）表示ioNSNSpG//)()/()()/(dBNSdBNSdBGiop扩频通信概述21解放军理工大学通信工程学院212020/1/1六、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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收机的解扩器。例：某扩频系统Gp=70dB，若要求(S/N)o=10dB，则允许(S/N)i=-60dB，即信号功率可以在低于干扰功率60dB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222020/1/12020/1/1六、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定义2：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232020/1/1六、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干扰容限Mj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。Mj考虑了实用系统的输出信噪比要求以及系统的内部损耗，因而可以反映系统在干扰环境中的工作能力。)(minmaxdBLGMoutNSsyspinSNj扩频通信概述24解放军理工大学通信工程学院242020/1/1六、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例：一个系统的处理增益Gp=30dB，系统的执行损耗Lsys=2dB：若系统要求的最小输出信噪比为8dB，则：Mj=30-(8+2)=20dB，即输入的干扰功率最多只能比信号功率高20dB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252020/1/1六、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例：一个系统的处理增益Gp=30dB，系统的执行损耗Lsys=2dB：若系统要求的最小输出信噪比为9dB，则：Mj=30-(9+2)=19dB,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。扩频通信概述26解放军理工大学通信工程学院262020/1/12020/1/1七、扩展频谱通信应用在军事通信中的应用作为一种重要的抗干扰技术在军事通信中的应用越来越重要在民事通信中的应用扩频技术已成无绳电话、蜂窝、无线局域网系统的关键构建模块。扩频技术已发展成目前或下一代无线系统的基本构建模块之一，从蜂窝到无绳到无线局域网，扩频是系统设计过程中的一个关键部分。扩频通信概述27解放军理工大学通信工程学院272020/1/12020/1/1八、扩频通信技术的发展趋势扩频带宽和处理增益进一步提高；跳频和跳时的跳速向更高的方向发展；扩频码的复杂性进一步提高；采用混合扩频技术；采用多进制扩频技术；采用多载波扩频技术；扩频通信技术实现的数字化、软件化；扩频通信技术和自适应技术如自适应选频、自适应天线和自适应干扰抑制滤波技术结合使用。