擴(kuò)譜通信的一般概述

1、擴(kuò)譜通信的一般概述,擴(kuò)譜通信－－第1課,內(nèi)容,通信中的干擾與抗干擾干擾抗干擾擴(kuò)頻譜通信的基本概念擴(kuò)展頻譜通信的定義擴(kuò)譜通信原理 擴(kuò)譜通信的基本原理 擴(kuò)譜通信的基本工作方式,擴(kuò)譜通信的主要性能指標(biāo)處理增益抗干擾容限 擴(kuò)譜通信的理論基礎(chǔ) 擴(kuò)展頻譜通信的主要特點(diǎn),常規(guī)無線通信存在的問題,抗干擾能力弱保密性差隱蔽性差對(duì)多徑干擾需要其它輔助技術(shù),通信中的干擾與抗干擾,抗干擾是現(xiàn)代通信中的一個(gè)重要問題電子戰(zhàn)干擾非人

2、為干擾天電干擾、多徑干擾、噪聲客觀存在，非故意的，只能消弱（濾波、自適應(yīng)均衡），不能消除人為干擾單頻干擾(fJ=fs)、窄帶干擾（干擾信號(hào)頻帶與有用信號(hào)頻帶相比擬）、脈沖干擾（峰值功率較強(qiáng)）、跟蹤干擾（先測定頻率再發(fā)干擾）、轉(zhuǎn)發(fā)干擾（把有用信號(hào)接收后放大和污染）和寬帶阻塞干擾要盡可能消除或減少非人為的干擾，且要對(duì)抗敵意干擾,干擾與抗干擾技術(shù)的發(fā)展,需要干擾功率很大，易受導(dǎo)彈摧毀,,抗干擾技術(shù),擴(kuò)展頻譜技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾的能

3、力，可以抗擊多種人為干擾開發(fā)強(qiáng)方向性的毫米波頻段（30GHz以上）頻段很寬，視線傳播，方向性很強(qiáng)加密技術(shù)防止信息被截獲、竊聽猝發(fā)通信技術(shù)在非常短的時(shí)間內(nèi)發(fā)送信號(hào)，其余時(shí)間保持靜默天線零相技術(shù)天線方向圖零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾機(jī)，主瓣對(duì)準(zhǔn)發(fā)信機(jī)分集技術(shù)空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集,擴(kuò)譜通信,擴(kuò)譜通信，即擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum Communication),也稱為擴(kuò)頻通信擴(kuò)譜通信是利用同欲傳輸基帶數(shù)

4、據(jù)（信息）無關(guān)的碼對(duì)被傳輸信號(hào)擴(kuò)展頻譜，使之占有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過被傳送信息所必須的最小帶寬；在接收機(jī)中利用同一碼對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步相關(guān)處理以解擴(kuò)和恢復(fù)數(shù)據(jù)與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式擴(kuò)譜技術(shù)是一種信息處理技術(shù),擴(kuò)展頻譜通信的定義,所謂擴(kuò)展頻譜通信，可簡單表述如下：擴(kuò)譜通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬頻帶的擴(kuò)展是通過一個(gè)獨(dú)立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的

5、方法來實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù),定義包含三方面的意思,信號(hào)的頻譜被展寬了 擴(kuò)展頻譜通信信號(hào)帶寬與信息帶寬之比高達(dá)100－1000，屬于寬帶通信采用擴(kuò)譜碼序列調(diào)制的方式來展寬信號(hào)頻譜擴(kuò)頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)與正弦載波信號(hào)一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍詳U(kuò)譜碼序列僅僅起擴(kuò)展信號(hào)頻譜的作用在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò),擴(kuò)譜通信的兩大特點(diǎn)和三大特性,擴(kuò)譜通信的兩大特點(diǎn)

6、偽隨機(jī)編碼調(diào)制－－擴(kuò)頻信號(hào)相關(guān)處理－－解擴(kuò)擴(kuò)譜信號(hào)的三大特性 擴(kuò)譜信號(hào)是不可預(yù)測的偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)擴(kuò)譜信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于欲傳輸數(shù)據(jù)（信息）帶寬接收機(jī)中必須有與發(fā)端同步的偽碼副本,擴(kuò)譜通信的系統(tǒng)模型,,,與常規(guī)通信相比，收發(fā)端增加的部分（以直擴(kuò)為例）,,,各點(diǎn)波形,波形說明,切譜（chip),,擴(kuò)頻的實(shí)現(xiàn)過程,信源的產(chǎn)生 為基帶信號(hào)，帶寬為 為擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列，帶寬為W擴(kuò)譜信號(hào)

7、 ，帶寬為W 擴(kuò)譜信號(hào)對(duì)載波調(diào)制（一般用PSK調(diào)制）得到發(fā)射信號(hào) ，帶寬為W 接收信號(hào) 與本地載波相乘，進(jìn)行下變頻得到零中頻信號(hào) 本地參考序列 與零中頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò),,,,,,,,幾點(diǎn)說明,偽隨機(jī)碼 的速率是Mb/s的量級(jí) 基帶信號(hào) 碼率為kb/s的量級(jí) 射頻帶寬W取決于偽隨機(jī)碼的碼速率Rc相關(guān)

8、處理是將兩個(gè)信號(hào)相乘后積分 ，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)完全相同時(shí)，會(huì)得到一個(gè)最大的相關(guān)峰值 從擴(kuò)譜信號(hào)中恢復(fù)基帶信號(hào) ，利用了：,,,,擴(kuò)譜通信和常規(guī)通信,擴(kuò)譜通信與一般的常規(guī)通信方式完全不相同，擴(kuò)譜通信用偽隨機(jī)編碼把基帶信號(hào)（信息數(shù)據(jù)窄帶信號(hào)）的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成相當(dāng)寬帶低功率譜密度信號(hào)發(fā)射使用不同的偽隨機(jī)編碼，不同通信用戶可在同一頻段、同一時(shí)間工作，互不影響或影響較小常規(guī)通信是在頻段上細(xì)分（頻分）或時(shí)間上細(xì)分（時(shí)分）給通信用戶，彼此互不干擾

9、地分別使用,擴(kuò)譜通信的基本工作方式,直接序列擴(kuò)譜（DSSS）：直擴(kuò)方式（DS方式）跳變頻率擴(kuò)譜（FHSS）：跳頻方式（FH方式）跳變時(shí)間擴(kuò)譜（THSS）：跳時(shí)方式（TH方式）混合擴(kuò)譜系統(tǒng)： 頻率跳變－直接序列混合系統(tǒng)（FH/DS） 頻率跳變－時(shí)間跳變混合系統(tǒng)（FH/TH） 時(shí)間跳變－直接序列混合系統(tǒng)（TH/DS）,擴(kuò)譜通信的兩個(gè)重要性能指標(biāo),擴(kuò)譜通信系統(tǒng)的兩個(gè)重要性能指標(biāo)處理增益

10、 ，又稱擴(kuò)頻增益抗干擾容限,處理增益,在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)在擴(kuò)頻和解擴(kuò)的處理過程中，擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)的抗干擾性能得到提高，這種擴(kuò)頻處理得到的好處，就稱之為擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增義，其定義為接收相關(guān)處理器輸出與輸入信噪比的比值，即對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)，解擴(kuò)器的輸出信號(hào)功率不變，但對(duì)于干擾信號(hào)而言，由于解擴(kuò)過程相當(dāng)于干擾信號(hào)的擴(kuò)展過程，干擾功率被分散到很寬的頻帶上，進(jìn)入解調(diào)器輸入端的干擾功率相對(duì)解擴(kuò)器輸入端下降很大，即干擾功率在解擴(kuò)前后

11、發(fā)生了變化對(duì)于直擴(kuò)系統(tǒng)而言，其處理增益就是干擾功率減小的倍數(shù),,,處理增益,設(shè)一個(gè)干擾信號(hào)與信號(hào)的頻率/帶寬關(guān)系相同，干擾譜密度為A，功率為PJ，經(jīng)接收機(jī)c(t)擴(kuò)展到 f0-fc～ f0＋fc的頻帶上，帶寬為W=2fc,干擾功率譜密度為A’，降低了N倍,處理增益,擴(kuò)展前后的干擾功率不變，即有可得進(jìn)入信號(hào)頻帶 內(nèi)的干擾功率為則系統(tǒng)的處理增益為,處理增益

12、,處理增益 又可定義為頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬W與頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬?F之比 擴(kuò)譜通信的值 ，高達(dá)數(shù)百、上千，稱為“寬帶通信” 反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度 越大，則抗干擾的能力越強(qiáng),,,抗干擾容限,干擾容限是指擴(kuò)譜通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為： --- 抗干擾容限（邊界） --- 處理增益 --- 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而

13、要 求的最小輸出信噪比 --- 接收系統(tǒng)的工作損耗,,,,,,抗干擾容限,,,,接收機(jī),解擴(kuò),解調(diào),,數(shù)據(jù),,下變頻,,,,即當(dāng)輸入端的噪聲為信號(hào)功率的100倍時(shí)，系統(tǒng)仍能達(dá)到要求,擴(kuò)譜通信的理論基礎(chǔ),擴(kuò)譜通信的可行性，是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的 信息論中關(guān)于信息容量的仙農(nóng)(Shannon)公式為：C -- 信道容量(用傳輸速率度量) W --- 信號(hào)頻帶寬度 S

14、 --- 信號(hào)功率 N --- 白噪聲功率 N=n0*W,,仙農(nóng)公式的含義,在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比S／N是可以互換的，即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比S／N情況下，傳輸信息擴(kuò)展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴(kuò)譜通信的重要特點(diǎn)，并由此為擴(kuò)譜通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)用信息帶寬的100倍以上的寬帶信號(hào)來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全地通信，這就是擴(kuò)展

15、頻譜通信的基本思想和理論依據(jù),擴(kuò)展頻譜通信的主要特點(diǎn),易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率 抗寬帶干擾和抗脈沖干擾能力強(qiáng)，誤碼率低商用通信系統(tǒng)中，擴(kuò)譜通信是唯一能夠工作于負(fù)信噪比條件下的通信方式誤碼率很低，正常條件下可低到l0-10, 最差條件下約10-6，完全能滿足國內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)對(duì)通道傳輸質(zhì)量的要求 隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 由于擴(kuò)譜信號(hào)在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很?。ㄐ旁氡龋?0dB～-15

16、dB），信號(hào)湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，想進(jìn)一步檢測信號(hào)的參數(shù)(如偽隨機(jī)編碼序列)就更加困難，因此說其隱蔽性好 由于擴(kuò)譜信號(hào)具有很低的功率譜密度，它對(duì)目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小,可以實(shí)現(xiàn)碼分多址抗多徑干擾在無線通信的各個(gè)頻段，多徑干擾始終是一個(gè)難以解決的問題之一,在以往的窄帶通信中，采用兩種方法來提高抗多徑干擾的能力： 一是把最強(qiáng)的有用信號(hào)分離出來，排除其他路徑的干擾信號(hào)，即采用分集／接收技術(shù) 二是設(shè)法把不同路

17、徑來的不同延遲、不同相位的信號(hào)在接收端從時(shí)域上對(duì)齊相加，合并成較強(qiáng)的有用信號(hào)，即采用梳狀濾波器的方法這兩種技術(shù)在擴(kuò)譜通信中都易于實(shí)現(xiàn)：利用擴(kuò)譜碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來的同一碼序列的波形相加合成，這相當(dāng)于梳狀濾波器的作用采用頻率跳變擴(kuò)譜調(diào)制方式的擴(kuò)譜系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用,擴(kuò)展頻譜通信的主要特點(diǎn),擴(kuò)展頻譜通信的主要特點(diǎn),能精確地定時(shí)

18、和測距適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)存在遠(yuǎn)近效應(yīng)對(duì)單個(gè)用戶，頻譜利用率低實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，易于維護(hù) 系統(tǒng)同步時(shí)間較長,擴(kuò)譜通信的優(yōu)點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng)抗頻率選擇性衰落抗多徑具有保密性 功率譜密度低（－20dB～-15dB），具有隱蔽性和低的截獲概率可多址復(fù)用和任意選址（同步多址技術(shù)） 高精度測量等,擴(kuò)譜技術(shù)的應(yīng)用,跳頻電臺(tái)衛(wèi)星通信（多址，抗干擾，便于保密，降低平均功率譜密度）移動(dòng)通信（多址，抗干擾，便于