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扩频通信-直接序列扩频概述
一、扩频通信简介
工作近期接触到扩频通信，所以看了很多论文和资料，有了一些初步的认识, 在这里用自己的理解方式介绍一下扩频通信中的一小局部一直接序列扩频概述。
首先介绍一下什么是扩频通信，扩频通信采用扩频通信是为了提高信息传输 的可靠性，扩频通信是指将原有信号扩展频谱后成为宽带信号，然后送入信道中 传输，在接收端在利用响应的技术手段将扩展后的频谱进行压缩恢复为原来待传 输信息的信号带宽，从而到达传输信息的目的。
例如，一个带宽为几KHz的话音信号，采用振幅调制时，占用带宽仅为话音 信号带宽的两倍，而在扩频通信系统中，可能占用几MHz的带宽。
扩频通信可以分为三种：直接序列扩频(DSS),频率跳频(FH)和时间跳频 (TH) o二、直接扩频系统的主要特点
现在以直接序列扩频系统举例，直接扩频系统因为具有抗干扰、抗噪声、抗 多径衰落、保密性强、可多地址复用和高精度测量等优点，被广泛运用。在实际 应用中，经过扩频处理后高速率的扩频码频谱带宽通常是原始低速信息的几十倍 或那么几千倍。
这样处理后，使得发射的扩频信号的功率谱密度低。这种特性使得扩频信号 被淹没在背景噪声中传输，使得直接序列扩频系统具有隐蔽性的低截获概率的优 势。利用具有正交性的扩频码，通过给每个通道的基站分配一个地址码，实现码 分多址，提高频谱利用率，增大传输速率。因为直接序列扩频信号还可以用来实 现精准的测距定位，广泛应用于导航系统。
扩频信号抗干扰的理论依据
那么就有一个疑问，为什么将信号的频谱展宽就会提高信号的抗干扰能力 呢，下面就开始讨论一下扩频通信的理论依据：
扩频通信的理论是香农的信道容量公式，根据香农公式指出：对存在高斯白 噪声干扰的情况下中，通信系统的信道容量，也就是极限传输速率为s
C = Blog2(l + -)
式中：
C-信道容量，单位为b/s (系统无过失传输的信息速率)
B-信道带宽，单位为Hz
S-信号功率，单位为W
N-噪声功率，单位为W
香农公式说明了信道无过失传输信息的能力，同时也可以说明信噪比和传输 信息的信道带宽之间的关系。
整理公式得：
—(1+—)
BN
根据换底公式得：
NB = 0.7C—
S可以看出，当信噪比*下降时，可以增大系统的传输带宽B来获得较低的信 N
息过失率。也可以说增加信道带宽后，在低的信噪比的情况下，信道仍可在相同 的容量下传递信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要响应的增加传输信号 的带宽，就可以保证正常的通信。
直扩的抗干扰原理
根据香农公式，我们可以得出结论：扩展信号的频谱会增加系统的抗干扰能 力，那么扩频后的信号时怎么抗干扰的呢。下面以直接序列扩频系统中抗窄带信 号为例，简单进行描述：
5 z（f） Z ⑺2⑺
现在假设接收机接收端的信号为ZQ),其表达式为:
ZQ) = SQ) + /(t) + N⑺其中：S⑺表示经过信道传送的发射信号(有用信号)
/⑴表示信道存在的干扰信号
N⑺表示加性高斯白噪声接收端对接收的信号进行混频并且滤波，并将混频后的信号设为5⑺，将解扩码
c⑺和7⑺相乘得到解扩信号z(t),得解扩信号：
z(t) = s(t)c(l) + i(t)c(t) + n(t)c(t)其中：S⑺表示接收端混频并且滤波有用信号
l(t)表示接收端混频并且滤波干扰信号〃⑺表示接收端混频并且滤波加性高斯白噪声
s«)c⑺中因为有用信号发送的扩频码与接收时相乘的解扩码相关，也就是说,扩频码和解扩码相乘为1,此时有用信号可以恢复原有的比特信息。一般来说,
例如扩频码速率为5Mb/s,扩展后的频谱宽
扩频后的带宽是扩频码速率的2倍, 度为lOMhzo
和对于接收信号中的干扰信号和噪声信号，由于与扩频码不相关，因此解扩时会将干扰信号乘上解扩码,相当于对干扰信号进行扩频, 干扰信号的能量会被扩展到整个传输频带内，降低了干扰信号的电平，单位频段 内的信号功率变得很小，几乎淹没在信道的噪声中。只有有用信号带宽内的一小 局部信号被保存，这样就大大的提高的系统输出的信噪比，系统的抗干扰性能得 以提升。
直接扩频序列在接收端会对接受到的信号进行扩频处理，以便将信号功率扩展到整个接受带宽内，这样就可以降低单位频段内的信号功率，但是因为有用信 号在解扩前进行了扩频处理，而且扩频码和解扩码相关，乘积为1,所以，接收 端的扩频处理对有用频谱没有扩展。因为中频滤波器的的通频带宽很窄，所以绝 大局部的干扰信号的功率被滤掉，这样就改善系统输出的信噪比。
扩频通信的指标
之前说了直扩的理论依据和抗干扰通信原理，那么又有一个疑问，那就是用 什么对直扩的指标进行量化，有两个量化指标：扩频通信的处理增益和抗干扰容 限，现在一起讨论一下这两个指标。
扩频系统的处理增益
输出信号
信噪比
在衡量扩频通信系统抗干扰能力是用〈处理增益》进行描述的。
输入信号
信噪比
处理增益的定义是：接收机的输出信号的信噪比和接收机的输出信号的信噪 比的比值二输出信号的信噪比 Gp 一出入信号的信噪比

二输出信号的信噪比 Gp 一出入信号的信噪比
out

处理增益表示的是经过扩频接收机处理后，使有用信号增强的同时抑制输入 到接收机干扰信号的能力的大小。处理增益G。越大，抗干扰能力越强。扩频系 统处理增益的大小，决定了系统抗干扰能力的强弱。
扩频系统的干扰容限
处理增益直观反映系统抗干扰能力强弱，但对于干扰环境中系统能承受的干 扰能量程度，那么无法很好表示，而干扰容限正是用于表示系统对干扰的承受能力。 干扰容限表现为干扰功率和扩频信号功率的差值，且在干扰容限内，系统均能正 常工作。
讲到这里，各位应该都清楚了，直扩的抗干扰能力实际上是将频谱扩展的方 式实现的。但是现在又有一个疑问，频谱可以无限扩展么？通过扩展频谱可以接 受无限小的信号么？答案是否认的。
因为通过频谱扩展将干扰信号的电平减小至与接收机的热噪声的电平相等 时，影响接收机输出信噪比的主要因素不再是干扰信号，此时假设进一步扩展频谱, 并不能改善接收机的输出信噪比，将扩展后的干扰电平等于接收机热噪声电平时 的扩展码速率称为系统最正确的码速率。
六、直扩系统的主要特点直扩通信系统主要具有如下特点：
1 .隐蔽性能好和抗截获性能强
扩频通信技术具有很强的保密性能，当发送端将信号经过扩频处理后，原始 的比特信号的功率便被扩展到整个频谱带宽内，单位频段内的信号功率变得很 小，几乎淹没在信道噪声中。当扩频信号被恶意监视和获取时，由于对方没有相 关的扩频码对信号进行解扩，因而无法得到噪声中的扩频信号。而本地的接收机 却可以利用同步的扩频码对信号进行解扩，恢复出原始信息。
扩频技术的频谱宽度和信息隐蔽程度基本取决于扩频码，通过增加扩频码的 长度，可一定程度上提高扩频通信的隐蔽性能。因此，扩频通信可以具备很强的 隐蔽性和抗截获性，在军事通信中，这些特性能发挥重要作用。
2 .抗干扰能力强
扩频技术获得广泛使用，一个原因是扩频通信具备很强的抗干扰能力。扩频 调制将信号的功率扩散在带宽范围内，干扰功率集中于较窄的带宽内，解扩时正 好相反，干扰功率被扩散开而信号功率得以集中，即可滤除大局部干扰信号。
3 .具有多址通信能力
扩频通信具备码分多址能力，对于系统中的不同用户，可以使用不同的扩频 码进行扩频，接收端使用相对应的扩频码进行解扩，得到每个用户各自的发送信 息，只需保证这些扩频码之间的相关性最小化，因此不同的用户可共用相同的通 信频段。