扩频通信技术_扩频通信的基本原理[通俗易懂]

        扩频通信技术是一种信息传输方式，用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身的带宽，频带的扩频有独立于信息的扩频码来调制，扩频码与原始的信息数据无关；在接收端则利用相同的扩频码进行相关解调，实现解扩和恢复所传的信息数据。该项技术称为扩频调制，而传输扩频信号的系统为扩频系统。

1. 只有调制带宽比值大于100甚至1000的通信方式才称为扩频通信。
2. 扩频通信占用如此宽的频带传输信号是为了使信号具有强抗干扰能力。

     扩展频谱通信的理论基础是香农定理：

 一、扩频通信历史

        1941年由好莱坞女演员Hedy  Lamarr和钢琴家George Antheil提出的，1998年6月，她将此专利卖给了Wi-LAN公司。

二、扩频技术发送链路和接收链路

    扩频通信之发射链路上，信息通过扩频调制后，再通过射频调制方式将信号发出，在接收链路上同样采用下变频后扩频解扩的方案，可以理解为在原有射频收发路径上分别增加了扩频调制和扩频解扩两个模块。         

三、扩频通信基本过程

      基带信号通过扩频调制处理，变为射频频段更宽的数据信号，信号的功率密度变小了，表达为原有数据与扩频码的乘积。

        解扩解调处理的过程为：在射频频段的信号通过下变频和解扩后，恢复成为原有的基带信号。

        抗干扰能力强：

        接扩之后

四、扩频技术分类

4.1 直接序列扩频（DS）

        就是用高码率的扩频码序列在发端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的信息。直接序列扩频信号由于将信息信号扩展成很宽的频带，它的功率频谱密度比噪声还要低，使它能隐蔽在噪声之中，不容易被检测出来。对于干扰信号，收信机的码序列将对它进行非相关处理，使干扰电平显著下降而被抑制。这种方式运用最为普遍，成为行业领域研究的热点.

        简单来说，就是现在用比如8个bit代表原来的一个bit.

4.1.1优点

1、通信隐蔽性好。

        由于信号经过扩频调制后频谱被大大扩展，使信号的功率谱密度大大降低，接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低，即信号完全淹没在噪声中，这样对其他同频段电台的接收不会形成干扰，信号也就不容易被发现，进一步检测出信号就更难，所以有非常高的隐蔽性。

2、信号易产生，易实现数字加密

        直接序列扩频是对PN码的处理，PN码是一种周期码，可以预先确定并可重复地产生和复制，具有类似白噪声随机特性的二进制码序列，PN码序列中0,1出现的概率各为1\2，且在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环，具有一定的规律性，所以实现起来比较容易。

3、抗多径干扰

        直接序列扩频系统要用伪随机码的相关接收，只要多径时延大于一个伪随机码的切普宽度，这种多径不会对直扩系统形成干扰,甚至还可以用这些多径能量来提高系统性能。

4.1.2 缺点

1. 同步要求严格：由于直接扩频的伪随机码速率比跳频伪随机码速率要高很多，而且码也长得多，因此，直扩对同步精度要求高。
2. 远-近特性不好：由于有用信号的路径衰减很大，接收机由于距离的关系，干扰信号可能比有用信号要强得多，如果其超过干扰直扩的干扰容限就会干扰多接收机的正常工作，具体参考博客CDMA的远近效应与功率控制。

4.2 跳变频率扩频（FH）

        简称跳频扩频系统或跳频系统。所谓跳频，是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频序列去控制频移键控调制，使载波频率不断的跳变，所以称为跳频。简单的频移键控如2Fsk,只有2个频率，分别代表0和1，跳频系统有几个，几十个，甚至上千个频率，由扩频序列去进行选择控制，不断跳变。

4.2.1 优点

1. 可达到非常宽的通信带宽
2. 快跳可避免瞄准干扰
3. 良好的远-近特性。

        直接序列扩频和跳频除了都有较强的抗干扰特性外，它们还都有自己的独到之处，它们的优缺点正好互补，将两者有机的结合起来，可以大大的改善系统的性能，提高干扰能力。结合两者即得到FH/DS混合扩频系统，这是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能，直扩系统所用的伪随机序列和跳频系统用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成。

 4.3 跳变时间扩频（TH）

        用码序列控制发射时间，与跳变相似，只是跳变时间扩频使发射信号在时间轴上的跳变，时间跳变扩频把时间轴分成了很多时片，在一帧内那个时片发射信号由扩频码去控制。由于采用很窄的时片发送信号，相对来讲，信号的频谱也就展宽了。

五、扩频特性的特点

        1、发送功率密度低，不易对其他设备造成干扰。

        2、机密性很高，被监听的可能性极低。

        3、具有较强的抗干扰能力，和很强的抑制同频噪声和各种噪声的能力。

                根据香农定理可以，带宽增加，对系统的抗噪声性能要求较低

        4、具有良好的抗多径衰落能力

                在随参信道当中，多径效应会引起频率选择性衰落，而扩频系统是在一个很宽的带宽上，并且功率密度相对较低，频率选择性衰落对扩频系统影响有限。

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