贵州民族学院毕业论文

第一章 绪论

扩频通信是将要传送的信息数据用伪随机编码调制，实现频谱扩展后再进行传输，接收端采用相同编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高，已广泛应用于军事通信和民用通信的各个领域。

无线通信多在地形、地物都比较复杂的环境和条件下进行，因而往往需要解决自然和人为的干扰、多径干扰及实现多址联接等许多复杂的技术问题。可以说，目前还没有一种通信技术像扩频通信技术那样能同时解决这样复杂的技术问题，所以现代的各种无线通信网，如分组地面无线通信网、地面移动无线通信网、分组卫星通信网、室内无线通信网等新的组网方式中，无不采用扩频通信技术。

跳频扩频（FHSS）通信是扩频通信的一种，是以载波频率的跳变进行通信的。这种通信可以有效地躲避干扰，已成为抗电子干扰的主要手段。系统的信道数、载波的带宽、跳频的速率和跳变的伪随机性是抗干扰的重要技术指标。信道数越多，带宽范围越大，跳变的速率越快，频率跳变的规律越接近随机变化，就越难以被敌方干扰。

与一般的数字通信系统一样，跳频系统要求实现载波同步、位同步、帧同步。此外，由于跳频系统的载频按伪随机序列变化，为了实现电台间的正常通信，收发信机必须在同一时间跳变到同一频率，因此跳频系统还要求实现跳频图案同 步。跳频系统对同步有两个基本要求：一是同步速度快，二是同步能力强。目前跳频电台的同步方法有精确时钟法、同步字头法、自同步法、FFT捕获法、自回归谱估计法等等。在实际应用中，同步方案常常综合使用多种同步方法。例如战术跳频系统中常用扫描驻留同步法，综合使用了精确时钟法、同步字头法、自同步法三种同步方法，分成扫描和驻留两个阶段进行。扫描阶段完成同步头频率的捕获，驻留阶段从同步头中提取同步信息，从而完成收发双方的同步。

随着跳频技术的不断发展，其应用也越来越广泛。战术电台中采用跳频技术的主要目的是提高通信的抗干扰能力。此外，跳频技术在GSM、无线局域网、室内无线通信、卫星通信、水下通信、雷达、微波等多个领域也得到了广泛的应用。

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作者: 王杰昌 ( 计算机与信息工程学院06级电子信息科学与技术专业) 指导老师: 杨国权

第二章 扩频技术简介及理论基础

2.1 扩频技术简介

所谓扩频通信，可简单表述如下：它是一种信息传输方式，其信号所占有

的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。

扩频通信技术是近年发展非常迅速的一种技术，将其用于无线局域网中，使系统的各项性能得到了改善，已成为无线局域网中不可缺少的一种技术。它不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等。

扩频通信技术将进一步成熟，目前已能提供VLSI芯片及低功率的发射，使扩频设备可以做到体积小、重量轻、价格低，它将成为未来“无线城市”的基本通信手段。扩频通信受到的限制主要来自技术方面，因而能被克服。对直接序列扩频的限制在于用很高PN码率进行扩频调制。但目前采用CMOS使最大的时片率可达70Mchip/s，而采用砷化稼FET器件，则可高达2Gchip/s。对跳频系统的限制在于频率合成器的高速转换而又无杂波产生。现在数字控制振荡器可产生这样的信号。在20MHz带宽内跳频速率高达1Ws。最后一个限制为应用，即究竟能有多少用户重叠在同一频带上,重叠越多，信噪比越下降，差错概率增加。应通过分配频带或制定法规来提高频带利用率。毋庸置疑，扩展频谱系统将在克服这些限制的过程中不断向前发展，为人类做出更大贡献。

2.2 扩频通信可行性的理论基础 2.2.1 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。

2.2.2 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概率的公式为：

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Powj?f(S/N0)

式中：Powj为差错概率，E为信号能量，N0为噪声功率谱密度。

S?E/T?E??F，N?WN0（T为信息持续时间，?F为信息带宽）

Powj?f(E/N0)?f(STW/N)?f(S/N?W/?F)?f(S/N?Gp)

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靠 安全的通信。

2.3 扩频系统的分类及每类的应用场合 目前常用的扩频通信实现方法主要有

直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)、跳频(Frequency Hopping)、跳时(Time Hopping)、混合扩频等方式。

以上方法中最常用的是直接序列扩频和跳频。 2.3.1 直接序列扩频技术（ＤＳ）

直接序列扩频(DSSS)系统简称直扩系统，是用伪随机码（PN Code）对信息比特进行模2加得到扩频序列，然后扩频序列去调制载波发射。由于PN码往往比较长，因此发射信号在比较低的功率上可以占用很宽的功率谱，即宽带低信噪比传输。PN码的长度决定了扩频系统的扩频增益，而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。

直序扩频系统的解扩采用相关解扩，这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端，接收信号经过放大混频后，经过与发射端相同且同步的PN码进行相关解扩，把扩频信号恢复出窄带信号，再对窄带信号进行相干解调解出原始信息序列。其工作原理如图1所示。

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作者: 王杰昌 ( 计算机与信息工程学院06级电子信息科学与技术专业) 指导老师: 杨国权

图1 直扩系统工作原理

2.3.2 跳频扩频（FH）

跳频扩频（FHSS）通信是扩频通信的一种，是以载波频率的跳变进行通信的。这种通信可以有效地躲避干扰，已成为抗电子干扰的主要手段。因下文要单独列出章节来详细讨论，故在此不展开叙述。

2.3.3 跳时系统（TH）

跳时扩频（THSS）系统采用伪随机码控制信号发送时刻及发送时间的长短，它与跳频的差别在于前者控制频率，后者控制时间。在时间跳变中，将一个信号分为若干时隙，由伪随机码控制在哪个时隙发送信号，时隙选择和持续时间的长短也由伪随机码控制。因此，信号是在很短的时隙中以较高的峰值功率传输的，可以看成是随机的脉位调制（PPM）和脉宽调制（PWM）。跳时系统工作原理如图２所示。

图２

使用，组成各种混合方式。

跳时系统工作原理

跳时系统的抗干扰效果并不好，很少单独使用，通常跳时都与其他方式结合

2.3.4 直扩（FH）/跳频（DS）系统

直扩和跳频各有千秋，若将这两种扩频方式结合起来，扬长避短，就能达到任何单一扩频方式难以达到的指标，甚至还可能降低系统的复杂程度和成本。FH/DS与FH、DS一样，是用得最多的扩频方式之一，其工作原理如图3所示。

图3 FH/DS系统工作原理

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