2FSK信号频率跳变时分复用通信系统仿真研究4.doc

《2FSK信号频率跳变时分复用通信系统仿真研究4.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2FSK信号频率跳变时分复用通信系统仿真研究4.doc（67页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、 目 录1绪论11.1 研究的背景及意义11.2 国内外研究现状和发展趋势31.3 论文的主要研究内容62 通信系统基本原理72.1 2FSK调制解调的基本原理72.1.1 二进制频移键控调制器与解调器的原理72.1.2 2FSK信号的表达式和波形图72.1.3 2FSK信号的产生82.1.4 功率谱密度112.1.5 2FSK信号的带宽122.2扩频通信122.2.1 扩频通信的基本原理122.1.2 扩频通信的主要特点142.1.3 扩频通信的几种方式162.3 跳频通信172.3.1 基本原理172.3.2 关键技术182.3.3 跳频通信的特点202.3.4 跳频通信系统中的信号模型2

2、12.4 时分复用242.4.1 时分复用原理242.4.2 时分复用中的同步技术252.5 时分复用在跳频通信中的应用263 频率跳变时分复用通信系统的基本设计273.1 MATLAB语言与仿真环境介绍273.1.1 MATLAB简介273.1.2 MATLAB特点及应用领域283.2 频率跳变时分复用通信系统模型各部分介绍303.2.1 信号生成部分303.2.2 信号混频部分333.2.3 信号解跳部分374 仿真与实现41结 论44致 谢45参考文献46附录A：英文原文47附录B：中文翻译51附录C：程序代码54摘 要当今信息时代，如何有效的利用宝贵的频带资源，如何进行准确可靠的信息通

3、信是通信领域中至关重要的问题，扩频通信正是在这种背景下迅速发展起来的。跳频通信是一种扩频通信技术，跳频通信方式是指载波受一伪随机码的控制不断随机跳变的通信方式，它也可看成载波按照一定规律变化的多频频移键控。这种方式能够有效的扩展频谱，提高通信系统抗干扰、抗衰落的能力，尤其对于军用通信系统，既能提高通信的可靠性和有效性，又能增强系统的战场生存能力。跳频通信不但在军事通信中得到广泛应用，用以保障部队在恶劣的战场电磁环境下建立可靠的通信，而且在民用移动通信中也得到了广泛应用。多路复用的目的是在一条信道上传输多路信号，根据多路复用的方式不同，可以分为频分复用、时分复用、码分复用等。随着数字通信的发展，

4、时分复用得到最为广泛的应用。时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。跳频通信作为扩展频谱通信的一种，目前已经是一种较成熟的技术。本文主要以跳频通信系统为基础，建立信号发射端和接收端的模型，采用时分复用方式进行传输，在接收端进行解扩，整个模型可分为信号发送部分、信号混频部分和信号解跳部分。采用Matlab语言进行系统仿真，并研究各部分性能，通过仿真分别得到了三部分的波形仿真图，验证了设计的可行性。关键词：跳频；时分复用；通信系统AbstractThis information a

5、ge, how to effectively use valuable band resources, and how to implement the accurate and reliable information communication is the most important communication field. Spread spectrum communication was against this backdrop rapidly. The system of frequency hopping (FH) is one of the spread spectrum

6、communications. Thecarrier of frequency hopping changing with the random sequence time by time. It can be described as a MFSK which carrier of frequency hopping changing in some reguiarity The Frequency-hopping(FH)communication is a kind of technique of Spread-frequency communication, It can effecti

7、ve spread frequency, It enhance capability of anti-jamming,anti-eclipse of communcation system, It enhance the dependability validity of communication and the viability of the battlefieldFrequency Hopping(FH) communication not onlyhas been widely applied in the military communication, with the purpo

8、se of ensuring the army to build reliable communication under adverse electromagnetic surroundings, but also has been widely applied in civilian mobile communicationMultiplexing aims at a channel transmission multiple signals, according to multiplexing in different ways, can be divided into frequenc

9、y division multiplexing, time multiplex, code division multiplexing, etc. Along with the development of digital communication, time multiplex get the most widely used. Time multiplex TDM is adopted the same physical connection of different time to transmit different signal, also can achieve the purp

10、ose of multi-channel transmission. Tdma with time as a signal intersected parameters, so must make multiple signals in time axis mutual overlap. As a kind of spread spectrum communication system. frequency hopping(FH) communication has been a mature technology. This paper mainly FH communication sys

11、tems, based signal launch terminal and receiving end model, adopt time multiplex way transmission, in the receiver demodulate extender. Will it into a transmission parts, signal frequency mixing part and signal solution jump parts. Based on Matlab language for system simulation, and each part perfor

12、mance. Through the simulation are obtained in three parts of the waveform simulation diagram, verify the feasibility of the design. Keywords: FH; Time multiplex; Communication system IV1 绪论1.1 研究的背景及意义自二十世纪九十年代起，全球展开了一场新的军事变革，传统的战略战术逐渐被新的信化的作战思想、作战技术和作战模式所取代，战争的高度信息化已成为当前以及未来战争的重要特点。武器的信息化作战是当今武器发展的

13、主流方向，信息化的途径之一就是为武器加装数据链，来达到信息实时互通的目的。随着武器数据链技术的不断发展和新型武器装备的接连问世，特别是最近几次战争中电子战愈演愈烈，电子战已成为现代战争的重要手段，无线通信已被广泛地应用在国民经济的各个领域和人们的日常生活中，特别是公用移动通信的迅速发展，使各种无线通信设备的数量急剧上升。无论是最近的伊拉克战争还是利比亚战争，无数的战例表明，在信息时代的大背景下，现代战争最大的特点之一是以电子战拉开序幕1。双方为了争夺信息主动权，电子对抗已成为现代战争韵重要作战手段，而通信对抗是电子对抗中一个极其重要的分支，是指挥、控制、通信和情报对抗系统中的核心部分。通信对抗

14、削弱和破坏敌方通信系统的使用效能，保护已方通信系统发挥正常使用而采取措施，它实际上是敌我双方在通信领域内为争夺信息优势而展开的电子对抗。随着科学技术的不断向前发展，信息化武器装备的不断完善，高新技术已在军事通信领域内得到广泛的应用，各种数字化通信系统和通信网络已经从研制走向实用，特别是以信息技术为核心的高新技术群体应用于军事各个领域，数字化部队的相继建立，使武器装备向着高技术、信息化、综合化、智能化方向发展。现代战争已经进人信息战的时代，谁在战争赢得信息优势，谁就将会取得战争的最后胜利。通信装备生存于纷繁复杂的电磁环境之中，面临的干扰威胁日益严重。未来的信息战对通信的抗干扰能力提出了更高更新的

15、要求，必须研究有效的抗干扰技术以对付严重的干扰威胁。通信领域的电波斗争愈演愈烈，惯用的定频通信受到了严重韵威胁。在现代的战争中，如果无线通信装备不采用抗干扰措施，就没有生存能力，为了保障己方正常可靠的通信，需要一种能有效的保障在复杂的电磁环境条件下，实施迅速、准确、保密、不间断的通信装置，一种新的抗干扰通信体制跳频通信系统应运而生2。跳频通信是一种扩频通信技术，能够有效的扩展频谱，提高了通信系统抗干扰、抗衰落的能力，尤其对于军用通信系统，既能提高了通信的可靠性和有效性，又能增强通信系统的战场生存能力。扩频通信，即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），它与光

16、纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式，具有巨大的发展前景。扩频通信理论方法、技术和应用的发展，经历了几个阶段3，第一阶段是在1977年前后，在早期建立的扩频通信理论的基础上，卓有成效的丰富和发展了扩频通信的理论、方法和实用技术，1977年8月的IEEE通信汇刊的扩频通信专集和1978年在日本东京都举行的国际无线通信咨询委员会全会对扩频通信的专门研究集中反映了扩频通信的研究成果，开始了世界性的对扩频通信的全面研究。第二个阶段的显著标志是扩频通信开始民用。1982年美国第一次军事通信会议，公开展示了扩频通信在军事通信中的主导作用，报告了扩频通信在军事通信各个领域的应用，

17、并开始了扩频通信的民用调查。这是扩频通信发展的第二个阶段。扩频通信发展的第三个阶段开始于1985年5月美国联邦通信委员会制定了民用公共安全、工业、科学与医疗和业余无限电采用扩频通信的标准和规范。以后世界各国相继行动，组织扩频通信专门研究机构和学术团体，开始了扩频通信的深入研究和广泛应用，这就是扩频通信发展的第三个阶段。近年来，第三代移动通信的飞速发展，把扩频通信的研究、应用和发展都推向了新的阶段。跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，适合应用于军事领域。70年代末，第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代，世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台

18、发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被称为80年代VHF频段无线电通信发展的丰要特征。90年代，跳频通信如虎添翼，在军用跳频通信领域已相当成熟的同时，跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出，跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段4，称其为无线电通信的“杀于锏”。跳频通信是如此的神奇，因此自其问世至今，倍受世界各国特别是几大军事强国的青睐。跳频通信的发展历程可概括为：40年代末理论先导，60年代研制攻关，70年代末产品问世，80年代逐步推广，90年代广泛应用，21世纪飞速发展。诚然，跳频通信是由电子对抗而首先应用于军事领域的。但是，它在民用通信的应用也越来越受到人们的密切关注。目前，跳频通信

19、的理论和技术已很成熟。现代通信中广范采用多路复用方式传送信号，用以提高传输媒体的利用率，降低通信成本。由于传输媒体在整个通信网的成本中占有很大的比重，尤其是有线信道，因此，运用何种复用方式已成为设计传输系统以至整个通信网的一个核心问题。同时，复用技术的发展与复用方式的更新，也将对整个通信网技术的发展产生重要影响。目前，在通信网上使用的传统复用方式主要有同步频分复用（FDM）和同步时分复用（TDM）两种，本文主要介绍时分复用。TDM方式目前又分为以下两种 ：同步时分复用系统（分两类）： （1）准同步系列PDH（用于公共电话网PSTN）。 （2）同步系列SDH（用于光纤通信等骨干网络）统计（异步）

20、时分复用系统（分两类）： （1） 虚电路方式（如，X.25、帧中继、ATM）。 （2） 数据报方式（如TCP/IP）PSTN系统目前采用PDH和SDH结合的方式，在小用户接入及交换采用PCM/PDH，核心骨干网络采用SDH。 目前世界上存在两类的PDH标准 ：（1） 基于A律压缩的30/32路PCM系统（欧洲标准，用于欧洲、中国、俄罗斯等）（2） 基于律压缩的24路PCM系统（美洲标准，用于北美、日本、台湾等） 同步（Synchronous）时分多路复用TDM,它的时间片是预先分配好的,而且是固定不变的,因此各种信号源的传输定时是同步的。1.2 国内外研究现状和发展趋势目前，提高武器数据链抗干

21、扰性能的技术方法主要采用改进信道编码方式和扩频方法，其中扩频通信技术是数据链系统抗干扰技术中应用最广泛，最有成效的技术。扩频包括直接序列扩频和跳频扩频两种方式。直接扩频通过伪随机序列来扩展信号的频谱，使之类似于平坦噪声，难于被检测，因此保密和抗干扰能力较强，是现存数据链系统中最广泛使用的工作制式。直接扩频的抗干扰性能是由扩频因子决定的，扩频因子越大抗干扰能力越好，然而由于实际中的各种限制，扩频因子不可能很高，因此抗干扰能力受到限制。跳频通信能在高速连续不规则跳变载频的过程中实施通信，使敌方难以检测识别，具有较强的抗检测、抗干扰能力。它通过避开干扰的方法来抗干扰，只有当信号与跳频信号频率相同时，

22、才能形成干扰，因此能够抵御较强的窄带干扰、单音干扰等常见干扰。在军用通信中，西方国家早在20世纪50年代就开始进行一系列的抗干扰通体制和抗干扰技术的理论研究。1971年，美国开始研究超短波跳频电台，接着英国也进行了研制，20世纪70年代末开始生产、使用。到20世纪80年代初，大部分抗干扰技术都已开始陆续使用在新的通信装备和系统中，而且在不断改进和完善。现代战争是以电子战和信息战为主要特征的5，跳频通信以其抗干扰、抗衰落、抗截获能力强，兼有多址组网应用等诸多优点，在军事通信领域中得到了广泛应用。西方各国早在20世纪50年代就开始进行了一系列的抗干扰通信体制和抗干扰技术的理论研究。自70年代第一台

23、跳频电台问世以来，其发展势头锐不可挡。美军于80年代研制了联合战术信息分发系统（JTIDS），以取代一直使用的低速战术无线数传网，适应以信息战、电子战为特征的现代化战争的需要。目前，JTIDS系统电台正成为海军和海军陆战队自动化控制系统、海军战术数据系统（NTDS）、机载战术数据系统（ATDS）、舰船战术数据系统（MTDS）主要的数据传输设备。JTIDS系统在海湾战争中保证了信息的畅通和共享，对联合作战的胜利发挥了巨大的作用。我国目前对跳频通信研究的重点仍放在模拟化或数字化的传输上。在战术数据传输电台的研制方面，我国与国外的水平还存在较大的差距。1982年，英国在马尔维纳斯群岛（福克兰群岛）战

24、争中使用了跳频电台6。1989年，美军入侵巴拿马，装备了200多部SINCGARS电台。1991年海湾战争中，美国海军陆战队紧急装备了2700部、陆军装备了2179部SINCGARS超短波跳频电台。海湾战争中，法军装各的是TRC-950超短波跳频电台，英军装备的是JaguarV超短波跳频电台，有效的抗干扰措施保障了己方的正常通信。美中不足的是，不同国家研制的跳频电台不完全兼容，在联合行动中，为了实现参战部队之间的通信联络，只能向低水平电台看齐，甚至不得不使用常规通信方式实现互通。之后，美国和北约加强了跳频电台的互联互通工作。1999年的科索沃战争和2003年的伊拉克战争中，多国部队的通信装备采

25、用了跳频技术。在民用通信方面。1982年，欧洲邮电主管部门会议（CEPT）成立移动通信特别组（GSM），着手制定泛欧蜂窝状移动通信系统标准171。1985年，GSM提出了移动通信全数字化，并对泛欧数字蜂窝状移动通信系统提出了具体要求。1987年2月，GSM在有15国代表参加的会议上，通过了泛欧蜂窝状移动通信系统的标准。GSM系统基地台工作在935MHz960MHz，移动台工作在890MHz15MHz，信道分配采用TDMA方式，每载波分为8个时隙，采用跳频技术实现分集接收，跳频速率约为217Hops/s。为解决移动电话与附件之间实现低功耗、低成本的无线接口，瑞典爱立信公司1994年提出蓝牙技术的

26、设想，很快发展为将一个小的无线收发器集成到蜂窝电话和便携式PC而不用传统的电缆来连接两个设备的思想。爱立信公司于1997年和几个便携式电子设备厂商讨论这种新的短距离无线技术的发展，并于1998年成立了蓝牙特别兴趣小组来协调和促进蓝牙技术的发展。起初，蓝牙特别兴趣小组只有5个公司：爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝，现在已经发展为包括几千个公司会员的组织。1999年7月发布了蓝牙规范1.0版，2001年2月发布了蓝牙规范1.1版，2003年11月发布了蓝牙规范1.2版。蓝牙作为一个联系计算机和通信工业的全球技术标准，己被通信界和计算机界的所有商家接受，并推广到家庭娱乐业、汽车制造业、工业自动控

27、制和玩具工业等其他领域。蓝牙工作在ISM频段（工业、科学、医疗频段，在2.4GHz到2.48GHz之间），跳频速率为1600Hops/s，频率宽度1MHz，使用79个频率或者23个频率。蓝牙技术支持在10m或者100m（高功率）之内各种电子设备之问的无线通信，包括数据和话音的通信，不需要用户手工干涉，能够自动同步，并建立无线网络。传统的电的时分复用技术虽然已经成熟，但是由于电子瓶颈的影响很难进一步提高单根光纤的传输速率。目前，利用电时分复用的方式可以实现单根光纤10Gbit/s 的传输速率，德国 SHF 40Gbit/s 电时分复用器虽然已经商用化，但是由于技术复杂，价格十分昂贵。所以要想进一

28、步提高光通信系统的通信容量，人们把研究的热点集中在了光波分复用（WDM）和光时分复用（OTDM）两种复用方式上。 WDM 是在一根光纤上复用多路不同波长的光信号，在接收端分别对不同波长进行解复用。由于增益平坦EDFA 的发展，推动了WDM 技术的发展，目前WDM 已经日趋成熟。OTDM 在一根光纤上只传输一个波长的光信号，它首先要求光脉冲必须是RZ 码，各路光信号通过占用不同时隙复用成一路，即在一路光脉冲之间插入几路相对于第一路具有不同时延的光脉冲，以提高单根光纤的传输速率。WDM 和OTDM 各有其优点，因此可以预见，WDM 与OTDM 相结合将更大地提高光通信容量，成为未来光通信发展的一个

29、趋势。1.3 论文的主要研究内容本文的主要研究内容是通过MATLAB软件构建一个频率跳变时分复用的通信系统模型。论文结构如下：第一章绪论简要介绍了课题的背景、研究现状和意义，并提出了本文的研究内容。第二章介绍了跳频通信系统和时分复用的基本原理，阐述了两者的概念、数学模型、主要技术指标、关键技术等。 第三章是本文的重点，分析了如何构建频率跳变时分复用的通信系统模型，以及该模型的各部分的功能与特点。第四章进行仿真并对仿真结果进行分析。通过对结果的分析来验证模型的可行性，为实际系统的构建提供了很好的依据。2 通信系统基本原理2.1 2FSK调制解调的基本原理2.1.1 二进制频移键控调制器与解调器的

30、原理用基带信号对高频载波的瞬时频率进行控制的调制方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频移键控（FSK）。频移键控在数字通信中是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，抗干扰和抗衰落的性能也较强，其缺点是占用频带较宽，频带利用串不够高。因此，频移键控主要应用于低、中速数据的传输，以及衰落信道与频带较宽的信道7。2.1.2 2FSK信号的表达式和波形图 频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在和两个频率点间变化。故其表达式为： (2.1)假设二进制序列为1010时，则2FSK信号的波形如图2.1所示。 图2.1 2FSK信号的波形从图2.1中

31、可以看出，一个2FSK信号可以看成是两个不同载频的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又可写成 (2.2)式中：为单个矩形脉冲，脉宽为； (2.3)是的反码，若，则；若，则，于是 (2.4)和分别是第个信号码元的初相位。在移频键控中，和不携带信息，通常可令和为零。因此，2FSK信号的表达式可简化为： (2.5)其中 (2.6) (2.7)2.1.3 2FSK信号的产生 图2.2 键控法产生2FSK信号的原理图2FSK信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法来实现，即在二进制基带矩阵脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使

32、其在每一个码元期间输出或两个载波之一，如 图2.2所示。这两种方法产生2FSK信号的差异在于：由调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。 2.1.4 2FSK信号的解调 2FSK信号的常用解调方法是采用如图2.3与图2.4所示的非相干解调和相干解调。其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率 ，则接收时上支路的

33、样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。图2.3 非相干解调原理图图2.4 相干解调原理图除此之外，2FSK信号还有其他解调方法，比如鉴频法、差分检测法、过零检测法等。（1）过零检测法单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。数字调频波的过零点数随不同载频而异，故检出过零点数可以得到关于频率的差异，这就是过零检测法的基本思想。过零检测法方框图如图2.5所示。在图中，2FSK信号经限幅、微分、整流后形成与频率变化相对应的尖脉冲序列，这些尖脉冲的密集程度反映了信号的频率高低，尖脉冲的个数就是信号过零点数。把这些尖脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量，该直流分量的大小和信号频

34、率的高低成正比。然后经低通滤波器取出此直流分量，这样就完成了频率幅度变换，从而根据直流分量幅度上的区别还原出数字信号“1”和“0”。图2.5过零检测法方框图（2）差分检波法差分检波法的原理如图2.6所示，输入信号经接收滤波器滤除带外无用信号后被分成两路，一路直接送到乘法器（平衡调制器），另一路经时延送到乘法器，相乘后再经低通滤波器提取信号。解调的原理可作如下说明：设输入为 它与时延之波形的乘积为。若用低通滤波器除去倍频分量，则其输出为 (2.8)可见，是角频率偏移的函数，但却不是一个简单的函数关系。现在我们是当地选择使，则有=，故此有，当时或，当时，若角频偏较小；，则有，当时或 ，当时。由此可

35、见，当满足条件及时，输出电压将与角频偏呈线性关系。这是鉴频特性所要求的。差分检波法基于输入信号与延迟的信号相比较，信道上的延迟失真，将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。实践表明，当延迟失真为0时，这种方法的检测性能不如普通鉴频法，但当有较严重延迟失真使，它的性能要比鉴频法优越。不过差分检波法的实现将要受条件的限制。图2.6 差分检波原理2.1.4 功率谱密度对相位不连续的2FSK信号，可以看成由两个不同载频的2ASK信号的叠加，因此，2FSK频谱可以近似表示成中心频率分别为和的两个2ASK频谱的组合。根据这一思路，可以直接利用2ASK频谱的结果来分析2FSK的频谱。一个相位不连续2FS

36、K信号可表示为： (2.9)其中，和为两路二进制基带信号。根据2ASK信号功率谱密度的表示式： (2.10)这种2FSK信号的功率谱密度的表示式为： (2.11)令概率 ,将其中的分别替换为和，然后代人即可得 (2.12)2.1.5 2FSK信号的带宽由式上式可知，第一，相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于和 处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频和处；第二，连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若 ，连续谱在处出现单峰；若，出现双峰；第三，若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为： (2.13)其中，为基带信号的带

37、宽。2.2扩频通信2.2.1 扩频通信的基本原理所谓扩频通信，简单的可以这样表述：扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大与所传输的信息所必需的最小带宽，频带的展宽通过编码和调制的方法来实现，与所传输的信息数据无关，在接收端用相同的扩频码进行相关解扩及恢复所传的信息数据。从这个定义中我们可以看到它包含了以下三个方面的含义：首先，信号的频谱被扩展宽了。在信息传输中，我们知道任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。为了充分利用频率资源，通常尽量采用大体相当的带宽的信号来传送信息，在无线电通信中，射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的，如我们熟悉的调幅信号传送的语声信号，其带宽为

38、语声信息带宽的两倍，这被成为窄带通信，而扩频通信信号带宽与信息带宽之比（我们称之为处理增）可以达到1001000倍，这就是我们常说的宽带通信。至于为什么要用这样宽的频带的信号传输信息，在下面的理论分析中可以得到答案。 其次，采用扩频码序列调制方式展宽信号频谱。我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。如直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是

39、所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。第三，在接收端用相关解调来解扩。正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。 长期以来，人们总是想法使信

40、号所占领谱尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。这可以用信息论和抗干扰理论的基本观点来说明。在信息论中关于信道容量的仙农定理用数学表达式可以表示为： (2.14)从这个公式中我们可以得到：在给定信号功率和白噪声功率的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于的传输信息的速率来传送信息。其中为频带宽度，为传输速率。这个公式暗示在保持信息传输速路不变的条件下，可以用不同的频带宽度和信噪比来传输信息。也就是说，频带和信噪比是可以互换的。如果增加频带宽度，就可以在较低的信噪比的情况下用相同的信息率以任

41、意小的差错概率传输信息，甚至是在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号的带宽，也能保持可靠的通信。这一公式指明了采用扩展频谱信号通信的优越性，即用扩展频谱的方法换取信噪比的改善。2.1.2 扩频通信的主要特点由于扩频通信大大扩展了信号的频谱，发送端用扩频码序列调制，在接收端利用相关解调技术恢复出信息数据，所以它具有很多特点和其他通信方式所不能有的一系列优良的性能，具体的说它有以下的特点：（1）抗干扰性强扩频通信系统的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰性能越强，从理论上讲，扩频通信能把信号从噪声淹没中提取出来。当然，在接收端一般采用相关检测或匹配滤波的方法提取信号。此外，对于单频及多频载波信号的

42、干扰、其他伪随机调制信号的干扰以及脉冲正弦信号的干扰等，扩频系统都有抑制干扰提高输出信噪比的作用。特别是对抗敌人人为干扰方面，效果更是突出，这也是在军事通信领域率先广泛应用的主要原因。简单的说，如果信号带宽展宽10倍，干扰方面需要在更宽的频带进行干扰，分散了干扰功率。在总功率不变的条件下，其干扰强度只有原来的1/10。要保持原有的干扰强度，必须加大10倍总功率，这在实际的战场条件下有时是很难实现的。另外，由于在接收端采用扩频码序列进行相关检测，即使采用同类型信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，由于不同码序列之间的相关性，干扰也起不了太大的作用。可以说。抗干扰性是扩频通信最突出的优点。

43、（2） 隐蔽性好由于扩频信号在很宽的频带上被扩频，单位频带内的功率很小，即信号的功率谱密度很低，所以应用扩频码序列扩展频谱的序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下在很低的信号功率谱密度上通信。信号既然被淹没在噪声里，敌方就很不容易发现有信号的存在，想进一步检测信号的参数就更困难了。因此，扩频信号具有很低的被截获概率，这在军事通信上是十分有用的，可以进行隐蔽通信。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。近年来在民用通信上，各国都在研究和在原有窄带通信的频带内同时进行扩频通信，大大提高了频带利用率。特别是对于一些信的通信服务，如个人通信服务，采用扩频码分

44、多址方式时，理论和实践证明，不需要分配另外的频段即可实现，因而引起了广泛的重视。（3） 实现码分多址我们知道，扩频通信提高了抗干扰性，但是却付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共同使用这一宽频带，可大为提高频带利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列之间优良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，则在分配给不同用户不同码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取信号。这样，在一个宽频带上，许多对用户可以同时通话而不相互干扰，这与利用频带分割或时间分割方法实现多址通信的概念相类似，即用不同的码型进行分割，所以成为码分多址（CDMA）。码分多址方式虽然要占用较宽的频带，但是平均到每

45、个用户占用的频带来计算，其频带利用率是很高的。最近的研究表明，在数字蜂窝移动通信中，采用扩频码分多址技术可以提高容量20倍，除此之外，采用码分多址，还有利于组网、选呼、增加保密性、解决新用户随时入网等问题。（4）抗多径干扰在无线电通信的各个频段，即短波、超短波、微波和光纤通信的光波中大量存在各种类型的多径干扰。长期以来，抗多径干扰问题始终是一个难以解决的问题之一。一般的方法是排除干扰或变害为利。前者是设法把最强的有用信号分离出来，排除其他路径的干扰信号，这就是采用分集技术的基本思路。后者是设法把不同路径来的延时的信号在接收端从时间上对齐相加，合并成较强的有用信号，这就是采用梳状滤波器的基本思路。这两种基本方法在扩频通信中都是很容易实现的。简单的说。就是可以利用扩频码序列之间的相关性，在接收端用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成。另外，在跳频通信系统中，由于用多个频率的信号传送同一信息，实际上起到了频率分集