擴譜通信的一般概述

1、擴譜通信的一般概述,擴譜通信－－第1課,內(nèi)容,通信中的干擾與抗干擾干擾抗干擾擴頻譜通信的基本概念擴展頻譜通信的定義擴譜通信原理 擴譜通信的基本原理 擴譜通信的基本工作方式,擴譜通信的主要性能指標(biāo)處理增益抗干擾容限 擴譜通信的理論基礎(chǔ) 擴展頻譜通信的主要特點,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（干擾信號頻帶與有用信號頻帶相比擬）、脈沖干擾（峰值功率較強）、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),擴展頻譜技術(shù)具有很強的抗干擾的能

3、力，可以抗擊多種人為干擾開發(fā)強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)在非常短的時間內(nèi)發(fā)送信號，其余時間保持靜默天線零相技術(shù)天線方向圖零點對準(zhǔn)干擾機，主瓣對準(zhǔn)發(fā)信機分集技術(shù)空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集,擴譜通信,擴譜通信，即擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication),也稱為擴頻通信擴譜通信是利用同欲傳輸基帶數(shù)

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

5、方法來實現(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行相關(guān)同步接收、解擴及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù),定義包含三方面的意思,信號的頻譜被展寬了 擴展頻譜通信信號帶寬與信息帶寬之比高達100－1000，屬于寬帶通信采用擴譜碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜擴頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)與正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍詳U譜碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴,擴譜通信的兩大特點和三大特性,擴譜通信的兩大特點

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

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

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

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

10、 ，又稱擴頻增益抗干擾容限,處理增益,在擴頻系統(tǒng)中，傳輸信號在擴頻和解擴的處理過程中，擴展頻譜系統(tǒng)的抗干擾性能得到提高，這種擴頻處理得到的好處，就稱之為擴頻系統(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，即對于直擴系統(tǒng)，解擴器的輸出信號功率不變，但對于干擾信號而言，由于解擴過程相當(dāng)于干擾信號的擴展過程，干擾功率被分散到很寬的頻帶上，進入解調(diào)器輸入端的干擾功率相對解擴器輸入端下降很大，即干擾功率在解擴前后

11、發(fā)生了變化對于直擴系統(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)一個干擾信號與信號的頻率/帶寬關(guān)系相同，干擾譜密度為A，功率為PJ，經(jīng)接收機c(t)擴展到 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,擴展前后的干擾功率不變，即有可得進入信號頻帶 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 又可定義為頻帶擴展后的信號帶寬W與頻譜擴展前的信息帶寬?F之比 擴譜通信的值 ，高達數(shù)百、上千，稱為“寬帶通信” 反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度 越大，則抗干擾的能力越強,,,抗干擾容限,干擾容限是指擴譜通信系統(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,解擴,解調(diào),,數(shù)據(jù),,下變頻,,,,即當(dāng)輸入端的噪聲為信號功率的100倍時，系統(tǒng)仍能達到要求,擴譜通信的理論基礎(chǔ),擴譜通信的可行性，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 --- 信號頻帶寬度 S

14、 --- 信號功率 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，傳輸信息擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴譜通信的重要特點，并由此為擴譜通信的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)用信息帶寬的100倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信，這就是擴展

15、頻譜通信的基本思想和理論依據(jù),擴展頻譜通信的主要特點,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，誤碼率低商用通信系統(tǒng)中，擴譜通信是唯一能夠工作于負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)對通道傳輸質(zhì)量的要求 隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小 由于擴譜信號在相對較寬的頻帶上被擴展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小（信噪比－20dB～-15

16、dB），信號湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，想進一步檢測信號的參數(shù)(如偽隨機編碼序列)就更加困難，因此說其隱蔽性好 由于擴譜信號具有很低的功率譜密度，它對目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小,可以實現(xiàn)碼分多址抗多徑干擾在無線通信的各個頻段，多徑干擾始終是一個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： 一是把最強的有用信號分離出來，排除其他路徑的干擾信號，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、不同相位的信號在接收端從時域上對齊相加，合并成較強的有用信號，即采用梳狀濾波器的方法這兩種技術(shù)在擴譜通信中都易于實現(xiàn)：利用擴譜碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個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譜調(diào)制方式的擴譜系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同一個信息，實際上起到了頻率分集的作用,擴展頻譜通信的主要特點,擴展頻譜通信的主要特點,能精確地定時

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)存在遠近效應(yīng)對單個用戶，頻譜利用率低實現(xiàn)較為復(fù)雜，易于維護 系統(tǒng)同步時間較長,擴譜通信的優(yōu)點,抗干擾能力強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,擴譜技術(shù)的應(yīng)用,跳頻電臺衛(wèi)星通信（多址，抗干擾，便于保密，降低平均功率譜密度）移動通信（多址，抗干擾，便于