课件 扩频通信.ppt

扩频通信 第一章 绪论 1.1? 数字通信与信号的几何表示 通信技术的发展趋势：模拟——数字，固定——移动，点到点——网络 数字通信系统（DCS）的特点：在有限的时间间隔内发送有限波形集合中的一个波形。（模拟是从无限个波形中选择一个发送）。 数字通信系统的目标：从受噪声干扰的信号中判决出发送端所发送的是那一个波形，而不是精确地再生被传输的波形。差错概率(PE)是DCS中一个很重要的系统性能参数。 数字通信的优点： 数字电路有更好的抗失真能力和抗干扰能力； 数字电路比模拟电路更可靠，且其生产成本比模拟电路低； 数字硬件比模拟硬件更具灵活性，如微处理器、数字开关、大规模集成电路等； 时分复用信号比频分复用的模拟信号更简单； 不同类型的数字信号（数据、电报、电话、电视等）在传输和交换中都被看成是相同的信号－bit信号； 为交换方便，还可将数字信号以数据包的形式进行处理； 长途通信系统中，中继站之间的噪声不积累； 可通过编码纠错； 数字信号能够进行加密处理。 数字通信获得这些优点的代价： 数字系统需要更多的信号处理技术； 数字系统都需分配一部分资源用于实现同步； 数字通信系统具有“门限效应”(nongraceful degradation)，即当信噪比下降到一定限度时，通信质量就会急剧下降，而大部分模拟通信系统的质量下降则比较平滑。 图1：典型数字通信系统的方框图。 图2：基本数字通信变换。 1.2扩频通信概念 扩频技术是利用与传输数据（信息）无关的伪随机码对传输信号扩展频谱，使之占有远远超过原有信息所需的带宽，在接收机中利用本地码对接收信号进行同步相关处理，以解扩和解调数据。 扩频信号具有以下三个特征： 1) 扩频信号是不可预测的伪随机的宽带信号； 2) 传输带宽远大于被传送信息的原始带宽； 3) 接收机中必须有与宽带载波同步的副本。 注： 标准的频率调制、脉冲编码调制也扩展了原始信号的频谱，但不完全满足上述条件，不能称为扩频系统。 1.6 扩频通信的发展历史 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。 1949年美国的国家电话电报公司的子公司的联邦电信实验室，Derosa和Rogoff提出设想并生成出伪噪声信号和相干检测的通信系统，成功地工作在New Jersey和California之间的通信线路上。 1950年Basore首先提出把这种扩频系统称作NOMACS（Noise Modulation and Correlation Detection System）这个名称被使用相当长的时间。 1951年春天，美国陆军通信协会要求MIT电子研究实验室验证一个NOMACS系统，目的是在远距离高频无线通信时不再受敌方的人为干扰。后转入MIT的林肯实验室。 1952年由林肯实验室研制出P9D型NOMACS 系统，并进行了试验。 1955年生产成功并通过了测试。之后，美国海军和空军开始验证各自的扩频系统，空军使用名称为“Phatom”（鬼怪，幻影）和 “Hush-Up”（遮掩），海军使用名称为“Blades”（浆叶），美国海军采用跳频扩频方案。 1976年第一部扩频通信的概述性专著：Spread Spectrum Systems发表。 1978年在日本举行的国际无线通信咨询委员会(CCIR)全会对扩频通信进行专门研究。 1982年美国第一次军事通信会议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领域的应用，并开始民用扩频通信的调查。 同年第一部扩频通信的理论性专著Coherent Spread Spectrum 问世。 1985年之后民用扩频通信系统发展。 到八十年代，它已经广泛应用于各种战略和战术通信中，成为电子战中通信反对抗的一种十分重要的手段。 1.3 扩频的基本原理 仙农（shannon）公式： 说明： 1. 给定的信道容量可以用不同的带宽和信噪比来组合传输； 2. 给定信噪比，只要增加用于传输信息的带宽，理论上就可以增加在信道中无误差地传输的信息率； 3. 在同样的信道容量下，增大传输带宽可由较小的信号传输功率传送，这表明宽带系统具有较好的抗干扰性（通常所谓用带宽换功率）。 工程应用 工程上实现的一种应用： 直接序列扩频处理增益可达到70dB，如果系统的基带滤波器输出信噪比为10dB，那么这个系统的输入端信噪比为－60dB。也就是说，信号功率可以在低于干扰功率60dB的恶劣条件下正常工作。所以扩频系统在深空远距离的通信中占有显著地位。 扩频的一般模型 1.3 扩频系统的优点 1.3.1 干扰抑制 说明： 1.通信链路中有许多正交信号坐标点或维数可供选择，在任意一时段只