扩频通信运用与发展.docx

题 目:扩频通信技术运用及其发展 学 生:杨阳学 号：0920057班 级:通信技术09级-2班专 业：通信技术系 院:电子工程系四川信息职业技术学院2011 年 11 月摘要: 人类社会进入到了信息社会，通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志 怎样在恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行,是当今通信工作者面临的 一大课题扩频通信技术是现代通信系统中的一种新兴的通信方式,其较强的抗干扰、抗衰 落和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点越来越为人们所认识，并被广泛地 应用于军事通信和民用通信的各个领域,从而推动了通信事业的发展关键词: 通信现代化 抗多径 频谱 多址通信 第一章：扩展频谱技术 1．1 扩频通信系统发展概述扩频通信(spr e ad sp e c t rum communic a t i on)是近几年内迅速发展起来的一种通 信技术在早期研究这种技术的主要目的是为提高军事通信的保密和抗干扰的性能，因此这 种技术的开发和应用一直是处于保密状态美国在2 0世纪50年代中期，就开始了对扩频 通信的研究，当时主要侧重在空间探测、卫星侦察和军用通信等方面以后,随着民用通信 的频带拥挤日益严重，又由于近代微电子技术、信号处理技术、大规模集成电路和计算机技 术的快速发展，与扩频通信有关的器件的成本大大地降低,从而进一步推动了扩频通信在民 用领域的发展金额应用,而且也使扩频通信的理论和技术也得到了进一步的发展。

目前在军 事上,它已经广泛应用于各种战略和战术通信的系统中，成为电子战中反干扰的一种重要的 手段扩频技术在军事应用上的最成功的范例可以以美国和俄国的全球卫星定位系统(GPS 和GLONASS )以及美军的联合战术分布系统(J TIDS)为代表；GPS和GLONASS在民用 上也都得到了广泛的应用,这些系统的技术基础就是扩频技术扩频的码分多址技术应用于 蜂窝移动通信中时，大大降低了噪声和衰落的影响，同时还避免了复杂的频率分配和时隙划 分等技术上的困难，并可以省去保护频带或时隙，极大地提高了蜂窝通信系统中小区的频率 复用度，使信号频谱利用率得到提高1 9 90年1月，国际无线电咨询委员会(CCIR,现为 ITUR )在研究未来民用陆地移动通信系统的计划报告中已明确地建议采用扩频通信技术肛 美国已制定出了基于CDMA蜂窝技术的IS-95标准，Samsung、Motorola等公司 也已相继推出了各自的CDMA移动通信商用实验网已开通运行，并取得了良好的效果扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个 应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领 域应用最多的扩频方式。

一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信 中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种民用技术面对全世界范围内对移动通信日益 增加的要求，CDMA将是无线通信中最主要的多址介入手段在本世纪，扩频技术将得到 更加广泛的应用从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的军事通 信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到 最大限度的挖掘展望未来，第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数 据的能力得到更大的拓展扩展频谱系统是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上,这一频带必要发送的信息带 宽宽得多，在接收端通过相关接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统简称为扩频系统或 SS(Spread Spec tr um)在现代高技术局部战争的条件下，通信系统作为军队战术指挥自动化系统的一个关键环 节,必须具备安全、保密、可靠等特点，并且随着通信媒体的多样化，有大量的情报和作战 信息数据及多种媒体信息需要传输，对通信的速度和质量提出了更高的要求现代数字通信广泛采用时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)等多种 通信手段，提高频谱利用率并用来提高通信的质量。

码分多址的扩频通信技术作为一种先进 的无线通信技术手段，是军事通信的一个发展方向它具有抗干扰、反侦察能力强、可靠性 高等特点，便于战场战术展开运用，实现无线网际的情报和作战信息资源共享,满足在高技术 条件下军队指挥自动化系统的需求一、 扩频技术简介扩频通信系统具备3个主要特征:①载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的宽带信 号；②载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多；③接收过程是通过将本地产生的宽带载波信 号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的频谱扩展的方式主要有以下几种:直序扩频(DSSS)使用高速伪随机码对要传输的低速 数据进行扩频调制；跳频系统则利用伪随机码控制载波频率在一个更宽的频带内变化；跳时 则是数据的传输时隙是伪随机的;线性调频系统中的频率扩展则是一个线性变化的过程几 种方式组合的混合系统也经常得到应用衡量扩频系统最重要的一个指标就是扩频增益，又称为处理增益正是因为扩频系统本 身具有的特征使其性能具有一系列的优势，也正是这些特性使其获得了广泛的应用二、 扩展频谱系统的分类扩频系统包括下面几种扩频方式：(1) 直接序列扩频，记为D S (Direc t Sequen ce)；(2) 跳频，记为FH(Frequency Hopping)；(3) 跳时，记为TH(Time Hopping)；(4) 线性跳频，记为Cgirpo除了上述四种基本方式，还有这些扩频方式的组合如FH/DS,TH/DS, FH/TH等。

三、 扩频系统的特点1. 抗干扰能力强扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩， 使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波 技术提取有用的信号这样，对于各种干扰信号，在窄带滤波后的信号中只有很微弱的成份， 信干噪比很高,因此抗干扰性强目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信 噪比（db值）条件下的通信方式2. 抗截获能力强 由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了,单位频带内的功率很小,信号淹没在噪声 里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数（如伪随机序列的参数 ）就更加困难, 因此抗截获和抗侦听能力强3. 可以实现多址通信扩频通信提高了抗干扰性能,但其代价是占用频带宽如果让许多用户共用这一宽频带, 可提高频带的利用率由于在扩频通信中使用扩频码序列进行扩频调制（频谱扩展）,我们可 为不同用户分配不同的扩频码，所选择的扩频码序列族具有良好的自相关特性和互相关特性, 在接收端利用相关检测技术进行解扩,从而区分不同用户的信号,提取出有用信号这样一来, 在同一宽频带上许多用户可以同时通信而互不干扰,实现多址通信。

4. 直接序列扩频系统还有一个重要的特点是可以用于测距和定位我们知道如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间,也就可以测量两个物体 之间的距离当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列， 然后比较收发两个码序列相位之差,就可以测出扩频信号往返的时间差,从而算出二者之间 的距离直扩系统在这方面应用的一个最著名的系统就是美国的全球定位系统（GPS）,它 的出现和发展为导航带来了革命性的变化，在全球范围内为各种形式的用户提供精确的实时 位置、速度和时间信息现在欧洲也推出了 Galileo定位系统的研究计划，中国也在研究“北 斗”导航定位系统5•保密性好由于扩频通信的低功率谱辐射和 PN 码的自由相关性等特点,使它辐射出去的信号形似 噪声，只有PN码相同的扩频接收机，才能在相关检测后接收到发出的信号而且PN码可据 需要随时变换，因此具有极高的保密特性四、扩频通信技术在战术指挥自动化系统通信子系统中的应用在现代高技术局部战争的条件下，作战指挥自动化系统的通信子系统采用扩频通信技术， 与有线或常规体制的短波、超短波、微波及卫星通信技术综合比较，具有数据传输速率高、 抗干扰能力和抗截获能力强、安全保密、战场环境下电磁兼容性好、具有多址通信功能、配 置机动灵活等优点。

利用无线扩频通信系统的上述优点，可以在战术指挥自动化系统中进行选址通信，实现 点对点或点对多点的数据、话音和图像的无线传输点对多点通信时，可选择不同扩频伪随 机码序列进行频道编码，并避免相互干扰，从而实现安全可靠、保密高效的数据通信使用 中可用中继的方式消除地理因素的影响，延伸传输距离还可以在战术指挥自动化系统中，在多个有线或无线局域网间建立无线传输媒介以及透 明协议的连接无线组网中的每个设备可设置不同的识别符，只有相同识别符号的收发器间 可通信联网，因而可用来实现网络的保密传输及不同网络的同频复用利用数话复用器，还 可以实现多路数话的同频复用传输这里介绍无线扩频通信在军队战术指挥自动化系统中可采用的几个典型应用方案(1) 在战术指挥自动化系统中，通过扩频通信系统将多个具有工作站的作战要素连入 上级的有线或无线指挥网2) 多种不同类型、不同协议的远程指挥、协同或作战的局域网通过扩频通信系统连 接，实现网际互联、互通、互操作以及情报、作战信息资源的共享3) 通过数/话复用器实现数话同频自适应传输，以满足不同的作战需求第二章：扩频通信技术的发展1•扩频技术的发展趋势从扩频技术的历史可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。

军事通 信抗干扰的驱动以及个人通信业务的驱动使得扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到 最大限度的挖掘展望未来，第四代移动通信系统4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速 数据的能力得到更大的拓展4G应该具备以下的主要特征：①最大的灵活性，应该能够满足在任何时间和地点，通 过任何设备都可以实现通信;②降低成本,4G在实现比3G的传输速率高1〜2个数量级的同 时，还应该使成本降为3G时的1/10或1/100 ；③个性化和综合化的业务,不仅仅是保证 每个人都能通过一个终端进行通信，而要在人周围的家庭、办公室以及热点地区建立一个通 用的信息环境，使每个人都可以根据需要以各种方式获得信息目前实现4G观点主要有2种：一种是开发新的无线接口和技术；另一种则是集成现有的 及未来的无线系统前者关注新技术的应用，例如多载波调制技术即OFDM，是一种传输 高速数据的有效调制方案，被认为有望成为4G的标准调制技术而另一种观点则认为，更重 要的是将现有的和未来的通信系统集成，其中的网络包括无线局域网(WLANs)、无线个域 网(WPAN s)、Ad Hoc网络以及家庭局域网等，其中连接的设备则包括便携式移动终端、 固定设备、个人电脑以及娱乐设备等。

超宽带UWB)技术以及软件无线电(SDR )技术在无 线网络集成方面也起着重要的作用在4G网络的实现中，有的技术本身就是扩频技术的延 伸,有的则能够很好得与扩频技术结合，还有的则能用于扩频系统的实现，因此这些新技术的 发展体现着扩频技术的发展趋势2•超宽带技术衡量扩频系统的重要指标是扩频增益,在一定的传输带宽下，要提高有效数据的传输速 率就要降低扩频增益，而扩频增益的下降也意味着扩频系统性能的降低，因此要提高传输数 据速率，而且不降低扩频系统的性能(即保证一定的扩频增益)，就只有提高传输带宽超宽 带(UWB)技术可以看作是一种将传输带宽极大扩展以获得高数据传输速率的扩频技术U WB作为一种短距离通信技术在未来无线通信系统的实现中扮演着重要的角色在3G向4G转变的过程中，要求实现无所不在的通信平台，短距离无线设备和业务的设 计、配置和应用也达到前所未有的高度目前的短距离无线设备和网络主要是基于IEEE 802 系列无线标准的WLAN s /WPANs,但是这些网络和设备都是独立工作的，它们。