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1、移动通信技术及其应用课程设计题 目指导教师李秋菊学生姓名张新星学 号200900802005专 业09电子信息工程教学单位物理系二 O 一二年 七月 一日目录引言21摘要22. 扩频通信系统基本概念23. 扩频通信系统可行性理论基础23.1 香农公式23.2 柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式34. 扩频通信典型的集中工作方式34.1 直接序列扩频34.2 跳频扩频44.3 跳时扩频54.4 混合扩频 65. 扩频通信的优缺点76. 扩频通信系统的国内外研究现状及其发展方向8 参考文献9引言扩频技术(Spread Spectrum, SS)的历史可以追溯到20世纪50年代中期，但是直到 8
2、0 年代初，扩频技术仍然主要应用在军事通信和保密通信中。随着个 人通信业务的发展以及全球定位系统的应用，到现在为止，使用扩频技术的用户 已经超过一亿。使用扩频技术能够实现码分多址，为共享频谱提供了可能，即在 多用户通信系统中所有用户共享同一频段，通过给每个用户分配不同的扩频码实 现多址通信。利用扩频码的自相关特性能够实现对给定用户信号的正确接收，将 其他用户的信号看作干扰，利用扩频码的互相关特性，能够有效抑制用户之间的 干扰。此外由于扩频用户具有类似白噪声的宽带特性，它对其它共享频段的传统 用户的干扰也达到最小。另外，扩频通信技术在保密性能和抗干扰等方面优势巨 大，逐渐成为目前军事通信系统中抗
3、干扰的重要技术之一。1. 摘 要介绍了扩频通信技术的工作原理 、组成及特点，分析了扩频通信可行性的 理论基础，即信息论中关于信息容量的香农公式和柯捷尔尼可夫关于信息错概率 公式，指出了扩频通信的主要性能指标，给出了扩频通信的数学模型和物理模型， 最后分析了几种典型的扩频方式(包括直接序列扩频、调频扩频、跳时扩频和直 扩/跳频混合扩频)及其应用领域，并阐述了扩频通信技术的研究现状，展望了 其发展方向。关键词 直接序列扩频 调频扩频 跳时扩频 直扩/跳频混合扩频2. 扩频通信系统基本概念扩频通信系统(SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM, SSCS) 是指用特定
4、的扩频函数对待传输信号频谱扩展后变为为宽频带信号，然后在信道 中传输，同时对传输信号进行压缩，进而在接收端得到传输信息的通信系统。在 SSCS 中，扩频函数决定了调制信号的带宽，而不再由信息来决定。按照系统的 工作方式不同，SSCS可以分为以下4种，直接序列扩频(DS SS)、跳时扩频 (TH SS)、跳频扩频(FH SS)和线性调频(Chirp Modulation)。各类 SSCS 都 有自己的优缺点，为了析取各类系统的优点，出现了多种扩频方式的组合，如， FH/DS、FH/TH 和 TH/DS 等。下面主要对直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和 混合扩频 FH/DS 进行介绍。3. 扩频通
5、信可行性的理论基础3.1 香农公式信息论中关于信息容量的香农公式为：C=Wlog ( 1+S/N )式中：C为信道容量(用传输速率度量)，W为信号频带宽度，S为信号功率，N 为白噪声功率。在给定C的情况下，W与信噪比(S/N)可以互换，即可通过扩 展频谱降低对S/N的要求。3.2 柯捷尔尼可夫关于信息差错传输概率的公式 柯捷尔尼可夫关于信息差错传输速率的公式为：Pow f(S/N)jo式中：Pow为差错概率，E为信号能量，N为噪声功率谱密度。S=E/T=EXF,N=W joN (T为信息持续时间，为信息带宽)，Powf(E/N )=f(STW/N)=f(S/N X W/ o(joF)二f(S/
6、NXGp)。因此，可通过提高处理增益(Gp)降低对S/N的要求，在强干 扰条件下保证可安全的。4. 扩频通信典型的几种工作方式4.1 直接序列扩频目前，直接序列扩频系统S-SS)是应用最为广泛的一种扩频系统。其实 现方法是将要发送的信息用伪随机(PN)序列扩展到很宽的频带上，得到经过扩 频序列调制的射频信号 。在接收端，利用与发射端扩展用的相同的伪随机序列 对接收到的扩频信号进行相关处理 ，从而去除伪随机性，恢复所传输的信元。 由 于干扰信号与伪随机序列不相关，在接收端被扩频，使得落入信号频带内的 干扰和噪声的频谱被扩展，大大降低了其功率谱密度，从而提高了系统的输出信 噪比 ，加强了扩频系统的
7、抗干扰性能，较好地完成了抗干扰的目的。其发射和 接收部分的组成框图见图 1。DS-SS 系统可以在背景噪声很强的环境下传输，因此具有许多优点：一是 隐蔽性强 ；二是抗干扰能力强；三是抗窃听、抗侦察、抗测向能力强；四是能 抗多径干扰。正是由于这些特点，使得DS-SS广泛用于卫星通信系统、通信抗 干扰系统 、导航以及保密通信系统等方面。（a）发射榕图 扩频 解调发射框图跳频码b）接收框图图 4 混合扩频通信系统组成框图5. 扩频通信系统的优缺点由以上分析可知，目前扩频通信系统和其他抗干扰技术相比具有以下特点：（1）保密性好。这是扩频通信最初在军事通信领域中获得应用的主要原因 。将 其用于保密通信
8、中，信号具有隐蔽性，采用普通侦察手段和破译方法很难发现 和识别。（2）抗干扰能力强。在抗窄带瞄准式干扰、抗人为宽带干扰、抗中继转发式干 扰方面，优势巨大，在反电子对抗中应用广泛。（3）具有多址能力，容易实现码多分址。通过伪随机序列扩频可以利用不同的 伪随机序列作为不同用户地址码来实现码多分址通信 。（4）具有抗多径干扰和抗衰落能力。由于扩频通信系统的信号频谱被展宽，所 以扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力，此外，扩频通信系统还能有效 地克服多径干扰。在具有以上优点的同时 ，扩频通信也存在一定的缺点，如：易受其他设备 干扰，并干扰其他设备，从而降低了整个通信系统效率。这就要求扩频通信必须综
9、合多项抗干扰技术。6. 扩频通信系统的国内外研究现状及其发展方向扩频通信系统是在 20 世纪 50 年代中期产生的 ，其抗干扰、抗窃听、 低截获等方面的能力得到很大的发展，但都只是局部的发展。随着微处理器、 超大规模集成电路、数字信号处理器件、扩频专用器件的问世，在 20 世纪 60 年代扩频技术获得了重大的突破和进展，在实际的应用中优越性更加明 显，扩频通信成为通信的一种重要方式 。其优良的抗干扰特性 、低截 获概率特性 、多址接入能力和强保密性不仅在军事通信中发挥出了不可取 代的优势，而且广泛地渗透到民用和商用通信各个领域，如卫星通信、移动 通信、微波通信、无线定位系统 、全球个人通信和无
10、线局域网等等。总之， 扩频通信系统的这些优点决定了它在国内第三代移动通信中将拥有广阔应 用前景。为了使扩频通信系统更好地发挥其抗干扰能力，应继续在以下几方面进 一步研究：(1) 相关跳频增强扩频系统(CHESS)被广泛装备于国外部队，具有很强的 抗干扰性能，对 CHESS 进行干扰研究是未来的发展方向之一。(2) 跳频技术与多种高效调制技术应用于很多民用通信系统，但由于无需 考虑跟踪式干扰或转发式干扰等敌对干扰 ，其跳速通常较慢 。如何解决高 速跳频技术与高效调制解调技术的有机结合还有待在今后的研究中不断探 索。(3) 因为混沌系统对初始值的敏感依赖性 ，可以提供数量众多、非相关、类随机而又确定 、易于产生的信号，所以混沌序列特别适合作为扩频通信 中的扩频码，混沌扩频通信是目前混沌应用研究最热门的方向之一。(4) 进一步研究混合式扩展频谱系统(例如直扩与跳频 ，直扩与跳时，直 扩 、跳频与跳时的组合)，优势互补，从而满足高性能
