扩频通信技术.PPT.ppt

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1、数字通信原理主讲：杜青松湖南大学计算机与通信学院7/10/202517/10/20252第六章扩频通信技术第六章扩频通信技术7/10/20253本章学习应掌握的内容本章学习应掌握的内容 l扩频通信的基本概念扩频通信的基本概念l扩频通信技术的理论基础扩频通信技术的理论基础l扩频通信技术的基本原理扩频通信技术的基本原理l扩频通信系统的组成和分类扩频通信系统的组成和分类l扩频通信系统的主要性能参数扩频通信系统的主要性能参数l扩频通信系统的技术特点及应用扩频通信系统的技术特点及应用7/10/20254本章主要参考书本章主要参考书数字通信技术数字通信技术，张杭等，张杭等编著编著，人民邮电，人民邮电出版社

2、出版社数字通信基础与应用数字通信基础与应用，美美 Bernard Bernard SklarSklar编著编著、徐平平等译，、徐平平等译，电子工电子工业出版社业出版社7/10/202556.1 扩频通信概述扩频通信概述7/10/202566.1.1 引言引言v扩频技术是一种信息处理传输技术，它是利用扩频技术是一种信息处理传输技术，它是利用与被传输数据无关的扩频码对被传输信号进行与被传输数据无关的扩频码对被传输信号进行频谱扩展，使得扩展后的频谱占有远远超过被频谱扩展，使得扩展后的频谱占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。传送信息所必需的最小带宽。v扩谱通信技术采用远大于传输数据信息所需最扩谱通

3、信技术采用远大于传输数据信息所需最小带宽的传输频带来传送信号，该技术可以用小带宽的传输频带来传送信号，该技术可以用于克服多径干扰、多址干扰和人为非于克服多径干扰、多址干扰和人为非 AWGN AWGN 干扰。干扰。这种调制、解调技术所要求的信号设计准则不这种调制、解调技术所要求的信号设计准则不是尽可能地节省带宽，而是克服干扰。是尽可能地节省带宽，而是克服干扰。7/10/20257v扩频（使用跳频技术）是由好莱坞历史上号称扩频（使用跳频技术）是由好莱坞历史上号称最富姿色的绝世女星最富姿色的绝世女星-HedyHedy LamarrLamarr发明的，发明的，她与后来加入进来的一个合伙人一起于她与后来

4、加入进来的一个合伙人一起于19421942年年获得了美国专利（专利号为获得了美国专利（专利号为2 2，292292，387387）。）。vHedyHedy LamarrLamarr认为她对战争负有不可推卸的责认为她对战争负有不可推卸的责任，所以一直没有从自己的发明权中获利。任，所以一直没有从自己的发明权中获利。7/10/20258Hedy Kiesler MarkeyHedy Kiesler Markey，奥地利，奥地利人，人，Hedy LamarrHedy Lamarr是她的艺名。是她的艺名。7/10/202596.1.2 扩频技术的两个特点扩频技术的两个特点v(1)(1)传输信号的带宽远远

5、大于被传输的原始传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；信息信号的带宽；v(2)(2)传输信号的带宽主要由扩频函数决定，传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。号。v以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。的准则。7/10/2025106.1.3 扩频通信的基本理论依据扩频通信的基本理论依据v扩频通信的基本理论根据是香农信息理论中的信道扩频通信的基本理论根据是香农信息理论中的信道容量公式容量公式v式中：式中：C C 信道容量，信道容量，b/sb/s；B B 信道带宽，

6、信道带宽，HzHz；S S 信号功率，信号功率，W W；N N 噪声功率，噪声功率，W W。v香农公式表明了一个香农公式表明了一个信道无差错地传输信息的能力信道无差错地传输信息的能力同存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的信道同存在于信道中的信噪比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。带宽之间的关系。7/10/202511v由香农信道容量公式可知，对于任意给定的噪声信由香农信道容量公式可知，对于任意给定的噪声信号功率比，只要增加用于传输信息的带宽号功率比，只要增加用于传输信息的带宽B，就可，就可以增加在信道中无差错地传输信息的速率以增加在信道中无差错地传输信息的速率C。或者。或者说在信道中当传

7、输系统的信号噪声功率比下降时，说在信道中当传输系统的信号噪声功率比下降时，可以用增加系统传输带宽可以用增加系统传输带宽B的办法来保持信道容量的办法来保持信道容量C不变。不变。v通过增加信道带宽通过增加信道带宽B，可以在低的信噪比的情况下，可以在低的信噪比的情况下，信道仍可在相同的容量下传送信息。甚至在信号被信道仍可在相同的容量下传送信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽也能噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽也能保持可靠的通信。保持可靠的通信。v扩频通信系统正是利用这一原理，用高速率的扩频扩频通信系统正是利用这一原理，用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号带宽的手段，来达

8、到提高码来扩展待传输信息信号带宽的手段，来达到提高系统抗干扰能力的目的。扩频通信系统的带宽比常系统抗干扰能力的目的。扩频通信系统的带宽比常规通信系统的带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相规通信系统的带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相同信息传输速率和相同信号功率的条件下，具有较同信息传输速率和相同信号功率的条件下，具有较强的抗干扰的能力。强的抗干扰的能力。7/10/2025126.2 扩频通信基本原理扩频通信基本原理7/10/202513v扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差扩频通信就其调制方式而言，与传统的数据通信没有什么差别，也包括别，也包括ASKASK、FSKFSK、PSKPSK

9、以及以及QAMQAM，不同之处是在调制之前，不同之处是在调制之前或是之后增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用扩频特或是之后增加了一个扩频处理环节，把待传送符号用扩频特征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加征码进行扩展，扩展后的符号称为码片；在接收端同样增加了一个解扩处理的环节，将了一个解扩处理的环节，将N N个码片恢复为一个符号。个码片恢复为一个符号。一种一种典型的扩展频谱系统如下图所示：典型的扩展频谱系统如下图所示：7/10/2025147/10/202515l下面我们以直接序列扩频通信系统为例，来研究扩下面我们以直接序列扩频通信系统为例，来研究扩频通信系统的基本原理。频通信

10、系统的基本原理。7/10/2025167/10/202517由由信信源源产产生生的的信信息息流流 通通过过编编码码器器变变换换为为二二进进制制数数字字信信号号 。二二进进制制数数字字信信号号中中所所包包含含的的两两个个符符号号的的先先验验概率相同，均为概率相同，均为1/21/2，且两个符号相互独立，且两个符号相互独立，二二进进制制数数字字信信号号 与与一一个个高高速速率率的的二二进进制制伪伪噪噪声声码码的的波波形形 相相乘乘，得得到到复复合合信信号号 ，这这就就扩扩展展了了传传输输信信号号的带宽。的带宽。一一般般伪伪噪噪声声码码的的速速率率 是是Mb/sMb/s的的量量级级，有有的的甚甚至至达

11、达到到几几百百Mb/sMb/s。而而待待传传输输的的信信息息流流经经编编码码器器编编码码后后的的二二进进制制数数字字信信号号的的码码速速率率 较较低低，如如数数字字话话音音信信号号一一般为般为16kb/s16kb/s32kb/s32kb/s。7/10/202518频频谱谱扩扩展展后后的的复复合合信信号号d(t)c(t)对对载载波波 进进行行调调制制（直直接接序序列列扩扩频频一一般般采采用用PSKPSK调调制制），然然后后通通过过发发射射机机和天线送入信道中传输。和天线送入信道中传输。发发射射机机输输出出的的扩扩频频信信号号用用s(t)表表示示，其其示示意意图图如如上上图图 (d)(d)所示。所

12、示。扩扩频频信信号号的的带带宽宽取取决决于于伪伪噪噪声声码码c(t)的的码码速速率率。在在PSKPSK调调制制的的情情况况下下，射射频频信信号号的的带带宽宽等等于于伪伪噪噪声声码码速速率率的的2 2倍，即倍，即RRF=2RC，而几乎与数字信号，而几乎与数字信号d(t)的码速率无关。的码速率无关。7/10/202519在在接接收收端端用用一一个个和和发发射射端端同同步步的的参参考考伪伪噪噪声声码码所所调调制制的的本本地地参参考考振振荡荡信信号号 ，与与接接收收到到的的s(t)进进行行相相关关处处理理。相相关关处处理理是是将将两两个个信信号号相相乘乘，然然后后求求其其数数学期望（均值），或求两个信

13、号瞬时值相乘的积分。学期望（均值），或求两个信号瞬时值相乘的积分。当当两两个个信信号号完完全全相相同同时时（或或相相关关性性很很好好），得得到到最最大大的相关峰值，经数据检测器恢复出发射端的信号的相关峰值，经数据检测器恢复出发射端的信号 。7/10/202520v下面分析一下扩频处理是如何抑制干扰的。下面分析一下扩频处理是如何抑制干扰的。信信道道中中存存在在着着干干扰扰，这这些些干干扰扰包包括括窄窄带带干干扰扰、人人为为瞄瞄准准式式干干扰扰、单单频频干干扰扰、多多径径干干扰扰和和码码分分多多址址干干扰扰等等等等，它它们们和和有有用用信号同时进入扩频接收机，如下图信号同时进入扩频接收机，如下图(

14、a)所示。所示。由由于于窄窄带带噪噪声声和和多多径径干干扰扰与与本本地地参参考考扩扩频频信信号号不不相相关关，所所以以在在进进行行相相关关处处理理时时被被削削弱弱，实实际际上上干干扰扰信信号号和和本本地地参参考考扩扩频频信信号号相相关关处处理理后后，其其频频带带被被扩扩展展，也也就就是是干干扰扰信信号号的的能能量量被被扩扩展展到到整整个个传传输输频频带带之之内内，降降低低了了干干扰扰信信号号的的电电平平(单单位位频频率内的能量或功率率内的能量或功率)，如下图，如下图(b)所示。所示。7/10/202521由由于于有有用用信信号号和和本本地地参参考考扩扩频频信信号号有有良良好好的的相相关关性性，

15、在在通通过过相相关关处处理理后后被被压压缩缩到到带带宽宽为为Bb=2Rb的的频频带带内内，因因为为相相关关器器后后的的中中频频滤滤波波器器通通频频带带很很窄窄，通通常常为为Bb=2Rb，所所以以中中频频滤滤波波器器只只输输出出被被基基带带信信号号调调制制的的中中频频信信号号和和落落在在滤滤波波器器通通频频带带内内的的那那部部分分干干扰扰信信号号和和噪噪声声，而而绝绝大大部部分分的的干干扰扰信信号号和和噪噪声声的的能能量量（功功率率）被被中中频频滤滤波波器器滤滤除除，这这样样就就大大大大地地改善了系统的输出信噪比，如下图改善了系统的输出信噪比，如下图(c)所示。所示。通通过过相相关关解解扩扩后后

16、有有用用信信号号的的频频带带被被压压缩缩在在很很窄窄的的带带宽宽内内，能能无无失失真真的的通通过过中中频频滤滤波波器器。其其他他信信号号和和本本地地参参考考扩扩频频码码无无关关，频频带带没没有有被被压压缩缩反反而而被被展展宽宽了了，进进入入中中频频滤滤波波器器的的能能量量很很少少，大大部部分分能能量量落落在在中中频频滤滤波波器器的的通通频频带带之之外外，被被中频滤波器滤除了。中频滤波器滤除了。7/10/2025227/10/2025237/10/2025246.3 扩频通信系统的分类扩频通信系统的分类7/10/202525vv扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生扩频通信系统的关键问题

17、是在发信机部分如何产生扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。vv根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种：几种：几种：几种：直接序列扩频通信系统直接序列扩频通信系统直接序列扩频通信系统直接序列扩频通信系统(DS-SS)(DS-

18、SS)跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统(FH-SS)(FH-SS)跳时扩频通信系统跳时扩频通信系统跳时扩频通信系统跳时扩频通信系统(TH-SS)(TH-SS)线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统(Chirp)(Chirp)混合扩展频谱通信系统混合扩展频谱通信系统混合扩展频谱通信系统混合扩展频谱通信系统 7/10/2025266.3.1 直接序列扩频通信系统直接序列扩频通信系统vv直接序列扩展频谱系统（直接序列扩展频谱系统（直接序列扩展频谱系统（直接序列扩展频谱系统（Direct Direct SequeceSequece Spread

19、 Spread Spectrum Communication SystemsSpectrum Communication Systems，DS-SSDS-SS），通），通），通），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。控制射频信号的某个参

20、量，来扩展传输信号的带宽。控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。vv用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。vv直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图如下图所直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图如下图所直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图如下图所直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图如下图所示。示。示。示。7/10/2025277/10/202528vv在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移在直接序列扩频通信系统中，通常

21、对载波进行相移在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（键控（键控（键控（Phase Shift KeyingPhase Shift Keying，PSKPSK）调制。）调制。）调制。）调制。vv在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频扩频扩频扩频码码码码)波形相乘波形相乘波形相乘波形相乘(或与伪随机码序列模或与伪随机码序列模或与伪随机码序列模或与伪随机码序列模2 2加加加加)，形成的复，形成的复，形成的复，形成的复合码对载波

22、进行调制，然后由天线发射出去。合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。vv在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。这一相关处理过程通常常称为解扩。这一相关处理过程通常常

23、称为解扩。这一相关处理过程通常常称为解扩。vv解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。7/10/2025296.3.2 跳频扩频通信系统跳频扩频通信系统vv跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（FrequecyFrequecy Hopping Spread Spectrum Hopping Spread Spectrum

24、Communication SystemsCommunication Systems，FH-SSFH-SS）的简称）的简称）的简称）的简称。vv它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。的变化而跳变。的变化而跳变。的变化而跳变。vv跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到个离

25、跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到个离跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到个离跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到个离散频率，每次选择哪一个是由伪随机码决定的。散频率，每次选择哪一个是由伪随机码决定的。散频率，每次选择哪一个是由伪随机码决定的。散频率，每次选择哪一个是由伪随机码决定的。vv跳频扩频通信系统的简化方框图参见下图。跳频扩频通信系统的简化方框图参见下图。跳频扩频通信系统的简化方框图参见下图。跳频扩频通信系统的简化方框图参见下图。7/10/2025307/10/202531vv频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最频率跳变

26、扩频通信系统与常规通信系统相比较，最频率跳变扩频通信系统与常规通信系统相比较，最大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本大的差别在于发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器。地振荡器。地振荡器。地振荡器。vv在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不在常规通信系统中这二者输出信号的频率是固定不变的，然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频变的，然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频变的，然而在跳频通信系统中这二者输出

27、信号的频变的，然而在跳频通信系统中这二者输出信号的频率是跳变的。率是跳变的。率是跳变的。率是跳变的。vv在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中在跳频通信系统中发射机的载波发生器和接收机中的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器的本地振荡器主要由伪随机码发生器和频率合成器两部分组成。两部分组成。两部分组成。两部分组成。vv快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。

28、快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。快速响应的频率合成器是跳频通信系统的关键部件。7/10/202532vv跳跳跳跳频频频频通通通通信信信信系系系系统统统统发发发发信信信信机机机机的的的的发发发发射射射射频频频频率率率率，在在在在一一一一个个个个预预预预定定定定的的的的频频频频率率率率集集集集内内内内由由由由伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码序序序序列列列列控控控控制制制制频频频频率率率率合合合合成成成成器器器器(伪伪伪伪)随随随随机机机机的由一个跳到另一个。的由一个跳到另一个。的由一个跳到另一个。的由一个跳到另一个。vv收收收收信信信信机机机机中中中中的的的的频频频频率率率率合合合合

29、成成成成器器器器也也也也按按按按照照照照相相相相同同同同的的的的顺顺顺顺序序序序跳跳跳跳变变变变，产产产产生生生生一一一一个个个个和和和和接接接接收收收收信信信信号号号号频频频频率率率率只只只只差差差差一一一一个个个个中中中中频频频频频频频频率率率率的的的的参参参参考考考考本本本本振振振振信信信信号号号号，经经经经混混混混频频频频后后后后得得得得到到到到一一一一个个个个频频频频率率率率固固固固定定定定的的的的中中中中频频频频信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。信号，这一过程称为对跳频信号的解跳。vv解解解解跳跳跳跳后后后后

30、的的的的中中中中频频频频信信信信号号号号经经经经放放放放大大大大后后后后送送送送到到到到解解解解调调调调器器器器解解解解调调调调，恢恢恢恢复出传输的信息。复出传输的信息。复出传输的信息。复出传输的信息。7/10/202533vv由由由由于于于于跳跳跳跳频频频频系系系系统统统统中中中中输输输输出出出出频频频频率率率率的的的的改改改改变变变变速速速速率率率率就就就就是是是是扩扩扩扩频频频频伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码的的的的速速速速率率率率，所所所所以以以以扩扩扩扩频频频频伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码的的的的速速速速率率率率也也也也称称称称为为为为跳频速率。跳频速率。跳频速率。跳频速率。v

31、v根根根根据据据据跳跳跳跳频频频频速速速速率率率率的的的的不不不不同同同同，可可可可以以以以将将将将跳跳跳跳频频频频系系系系统统统统分分分分为为为为频频频频率率率率慢跳变系统和频率快跳变系统两种。慢跳变系统和频率快跳变系统两种。慢跳变系统和频率快跳变系统两种。慢跳变系统和频率快跳变系统两种。vv假假假假设设设设数数数数据据据据调调调调制制制制采采采采用用用用二二二二进进进进制制制制频频频频移移移移键键键键控控控控调调调调制制制制，T Tb b是是是是一一一一个个个个信信信信息息息息码码码码元元元元比比比比特特特特宽宽宽宽度度度度，每每每每秒秒秒秒数数数数据据据据调调调调制制制制器器器器输输输输

32、出出出出两两两两个个个个频频频频率率率率中中中中的的的的一一一一个个个个。每每每每隔隔隔隔T Tc c秒秒秒秒系系系系统统统统输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的射射射射频频频频频频频频率率率率跳跳跳跳变变变变到到到到一一一一个个个个新新新新的的的的频频频频率率率率上上上上。若若若若T Tc cT Tb b ，这这这这样样样样的的的的频频频频率跳变系统称为频率慢跳变系统。率跳变系统称为频率慢跳变系统。率跳变系统称为频率慢跳变系统。率跳变系统称为频率慢跳变系统。7/10/2025347/10/202535vv在在在在频频频频率率率率慢慢慢慢跳跳跳跳变变变变系系系系统统统统中中中中，频频频频率

33、率率率的的的的跳跳跳跳变变变变速速速速度度度度比比比比数数数数据据据据调调调调制制制制器器器器输输输输出出出出符符符符号号号号的的的的变变变变化化化化速速速速度度度度慢慢慢慢。若若若若在在在在每每每每个个个个数数数数据据据据符符符符号号号号中中中中，射射射射频频频频输输输输出出出出信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率跳跳跳跳变变变变多多多多次次次次，这这这这样样样样的的的的频频频频率率率率跳变系统就叫做频率快跳变系统。跳变系统就叫做频率快跳变系统。跳变系统就叫做频率快跳变系统。跳变系统就叫做频率快跳变系统。7/10/2025367/10/2025376.3.3 跳时扩频通信系统跳时扩频通信

34、系统v跳时扩频通信系统（跳时扩频通信系统（Time Hopping Spread Spectrum Communication Systems，TH-SS）是时）是时间跳变扩展频谱通信系统的简称，主要用于时分多间跳变扩展频谱通信系统的简称，主要用于时分多址址(TDMA)通信中。与跳频系统相似，跳时是使发通信中。与跳频系统相似，跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。射信号在时间轴上离散地跳变。v把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。在中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频

35、码序列去进行控制。一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。v可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的可以把跳时理解为：用一伪随机码序列进行选择的多时隙的时移键控。多时隙的时移键控。7/10/202538v由于采用了窄得很多的时隙去发送信号，相对说来，由于采用了窄得很多的时隙去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。跳时系统的原理方框图如信号的频谱也就展宽了。跳时系统的原理方框图如下：下：7/10/202539v在发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生在发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器产生的扩频码序列去控制通器产生的扩频码序列去控制通-断开关，经二相或四断开关，经二相

36、或四相调制后再经射频调制后发射。相调制后再经射频调制后发射。v在接收端，当接收机的伪码发生器与发端同步时，在接收端，当接收机的伪码发生器与发端同步时，所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。v解调后的数据也经过一缓冲存储器，以便恢复原来解调后的数据也经过一缓冲存储器，以便恢复原来的传输速率，不间断地传输数据，提供给用户均匀的传输速率，不间断地传输数据，提供给用户均匀的数据流。只要收发两端在时间上严格同步进行，的数据流。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。就能正确地恢复原始数据。v由于简单的跳时扩频系统抗干扰性不强，很少单独由于简单的

37、跳时扩频系统抗干扰性不强，很少单独使用。跳时扩频系统通常都与其他方式的扩频系统使用。跳时扩频系统通常都与其他方式的扩频系统结合使用，组成各种混合方式。结合使用，组成各种混合方式。7/10/2025406.3.4 线性脉冲调频系统线性脉冲调频系统v线性脉冲调频系统（线性脉冲调频系统（Chirp）是指系统的载频在一给）是指系统的载频在一给定的时间间隔内线性增大或减小，使得发射信号的定的时间间隔内线性增大或减小，使得发射信号的频谱占据一个宽的范围。频谱占据一个宽的范围。v在语音频段，线性调频听起来类似于鸟的在语音频段，线性调频听起来类似于鸟的“啾啾啾啾”叫叫声，所以线性脉冲调频也称为鸟声调制。声，所

38、以线性脉冲调频也称为鸟声调制。v线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的线性脉冲调频是一种不需要用伪随机码序列调制的扩频调制技术，由于线性脉冲调频信号占用的频带扩频调制技术，由于线性脉冲调频信号占用的频带宽度远远大于信息带宽，从而也可获得较好的抗干宽度远远大于信息带宽，从而也可获得较好的抗干扰性能。扰性能。v线性脉冲调频技术用于雷达测距，不用于通信中。线性脉冲调频技术用于雷达测距，不用于通信中。7/10/2025416.3.5 混合扩频通信系统混合扩频通信系统v以上几种基本的扩展频谱通信系统各有优缺点，单以上几种基本的扩展频谱通信系统各有优缺点，单独使用其中一种系统时有时难以满足要求，将以

39、上独使用其中一种系统时有时难以满足要求，将以上几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频通信系统。几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频通信系统。v常见的有频率跳变常见的有频率跳变-直接序列混合系统直接序列混合系统(FH/DS)，直，直接序列接序列-时间跳变混合系统时间跳变混合系统(DS/TH)，频率跳变，频率跳变-时间时间跳变混合系统跳变混合系统(FH/TH)等。等。v混合扩频通信系统比单一的直接序列、跳频、跳时混合扩频通信系统比单一的直接序列、跳频、跳时体制有更优良的性能。体制有更优良的性能。7/10/2025426.4 扩频通信系统的性能指标扩频通信系统的性能指标7/10/2025436.4.1

40、 码片速率码片速率vv码码码码片片片片：对对对对每每每每一一一一个个个个信信信信息息息息位位位位进进进进行行行行扩扩扩扩频频频频调调调调制制制制的的的的伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码的的的的码元叫码片码元叫码片码元叫码片码元叫码片(chip)(chip)。vv码码码码片片片片速速速速率率率率：码码码码片片片片的的的的传传传传输输输输速速速速率率率率叫叫叫叫做做做做码码码码片片片片速速速速率率率率。码码码码片片片片速速速速率率率率等等等等于于于于信信信信息息息息数数数数据据据据的的的的传传传传输输输输速速速速率率率率乘乘乘乘以以以以一一一一个个个个信信信信息息息息位位位位中中中中所所所所含含含

41、含的码片数。的码片数。的码片数。的码片数。vv码码码码片片片片速速速速率率率率决决决决定定定定了了了了扩扩扩扩频频频频信信信信号号号号的的的的传传传传输输输输带带带带宽宽宽宽，是是是是扩扩扩扩频频频频通通通通信信信信系统中的一个重要的性能参数。系统中的一个重要的性能参数。系统中的一个重要的性能参数。系统中的一个重要的性能参数。7/10/2025446.4.2 扩频处理增益扩频处理增益vv接接收收端端解解扩扩系系统统输输出出与与输输入入信信噪噪比比之之比比称称为为该扩频接收机的该扩频接收机的“处理增益处理增益”，用，用Gp表示。表示。vv处处理理增增益益的的物物理理意意义义为为：采采用用扩扩频频

42、技技术术后后，该该系系统统接接收收信信号号的的信信噪噪比比在在解解扩扩后后与与解解扩扩前前的数值差异。的数值差异。vv扩扩频频处处理理增增益益的的大大小小，决决定定了了系系统统抗抗干干扰扰能能力的强弱。力的强弱。7/10/2025456.4.3 干扰容限干扰容限vv扩扩扩扩频频频频系系系系统统统统的的的的干干干干扰扰扰扰容容容容限限限限定定定定义义义义为为为为系系系系统统统统接接接接收收收收机机机机输输输输入入入入端端端端所所所所允允允允许的干扰与信号的功率比。许的干扰与信号的功率比。许的干扰与信号的功率比。许的干扰与信号的功率比。vv干扰容限表示扩频系统在干扰环境中的工作能力。干扰容限表示扩

43、频系统在干扰环境中的工作能力。干扰容限表示扩频系统在干扰环境中的工作能力。干扰容限表示扩频系统在干扰环境中的工作能力。7/10/2025466.5 扩频通信系统的技术特点扩频通信系统的技术特点7/10/202547vv抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰性性性性能能能能好好好好。它它它它具具具具有有有有极极极极强强强强的的的的抗抗抗抗人人人人为为为为宽宽宽宽带带带带干干干干扰扰扰扰、窄窄窄窄带带带带瞄瞄瞄瞄准准准准式式式式干干干干扰扰扰扰、中中中中继继继继转转转转发发发发式式式式干干干干扰扰扰扰的的的的能能能能力力力力，有有有有利利利利于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。于电子反对抗，特别适合军事通

44、信系统中运用。于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。vv选选选选择择择择性性性性寻寻寻寻址址址址能能能能力力力力强强强强，可可可可以以以以用用用用码码码码分分分分多多多多址址址址的的的的方方方方式式式式来来来来组组组组成成成成多多多多址址址址通通通通信信信信网网网网。多多多多址址址址通通通通信信信信网网网网内内内内的的的的所所所所有有有有接接接接收收收收机机机机和和和和发发发发射射射射机机机机可可可可以以以以同同同同时时时时使使使使用用用用相相相相同同同同的的的的频频频频率率率率工工工工作作作作。对对对对于于于于给给给给定定定定的的的的接接接接收收

45、收收机机机机，当当当当指指指指定定定定了了了了特特特特定定定定的的的的扩扩扩扩频频频频码码码码后后后后，该该该该接接接接收收收收机机机机就就就就只能和使用相同扩频码的发射机相联系。只能和使用相同扩频码的发射机相联系。只能和使用相同扩频码的发射机相联系。只能和使用相同扩频码的发射机相联系。7/10/202548vv保保保保密密密密性性性性能能能能好好好好，信信信信息息息息隐隐隐隐蔽蔽蔽蔽以以以以防防防防窃窃窃窃取取取取。由由由由于于于于扩扩扩扩频频频频通通通通信信信信系系系系统统统统使使使使用用用用码码码码周周周周期期期期很很很很长长长长的的的的伪伪伪伪随随随随机机机机码码码码，在在在在一一一一

46、个个个个伪伪伪伪码码码码周周周周期期期期中中中中具具具具有有有有随随随随机机机机特特特特性性性性，经经经经过过过过它它它它调调调调制制制制后后后后的的的的数数数数字字字字信信信信息息息息类类类类似似似似于于于于随随随随机机机机噪噪噪噪声声声声，敌敌敌敌方方方方采采采采用用用用普普普普通通通通侦侦侦侦察察察察手手手手段段段段和和和和破破破破译译译译方方方方法法法法不不不不易易易易发发发发现现现现和和和和识识识识辨辨辨辨信信信信号号号号。另另另另外外外外扩扩扩扩频频频频信信信信号号号号的的的的功功功功率率率率相相相相当当当当均均均均匀匀匀匀的的的的分分分分布布布布在在在在很很很很宽宽宽宽的的的的频

47、频频频率率率率范范范范围围围围内内内内，所所所所以以以以被被被被传传传传输输输输的的的的信信信信号号号号功功功功率率率率谱谱谱谱密密密密度度度度很很很很低低低低，侦侦侦侦察察察察接接接接收收收收机机机机难难难难以以以以检检检检测测测测，使使使使得得得得系系系系统统统统具具具具有有有有低低低低的的的的截截截截获获获获概概概概率率率率，从从从从而而而而提提提提高高高高了了了了系系系系统统统统的的的的保密性能。保密性能。保密性能。保密性能。7/10/202549v频频谱谱密密度度低低，对对其其他他通通信信系系统统的的干干扰扰小小。在在输输出出信信号号功功率率相相同同的的情情况况下下，由由于于扩扩频频

48、信信号号扩扩展展了了频频带带，降降低低了了输输出出信信号号单单位位频频带带内内的的功功率率（能能量量），从从而而降降低低了了系系统统在在单单位位频频带带内内电电波波的的通通量量密密度度。使使用用扩扩频频码码分分多多址址技技术术可可解解决决常常规规通通信信系系统统中中电电波波拥拥挤挤的的大大难难题题，所所以以扩扩频频码码分分多多址址通通信信在在城城市市移动通信中有着广阔的应用前景。移动通信中有着广阔的应用前景。7/10/2025506.6 扩频通信技术的应用扩频通信技术的应用7/10/202551vv扩扩频频通通信信技技术术已已经经广广泛泛应应用用于于空空间间系系统统、航航空空航航海海系系统统、地地面面通通信信系系统统、测测试试系系统统等等领领域域，进进行行宽宽带带抗抗干干扰扰通通信信、高高精精度度测测距距等等应应用。用。vv根根据据扩扩频频通通信信的的特特性性，其其应应用用可可归归纳纳为为扩扩频频抗抗干干扰扰通通信信、扩扩频频保保密密通通信信、扩扩频频多多址址通通信信、扩频移动通信、扩频精确测距等。扩频移动通信、扩频精确测距等。7/10/202552