扩频技术论文范文

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与此同时，从直接序列扩频通信系统接收机的工作原理角度上来说，在接收机接收到来自于发射机所发出的B2带宽调频信号之后，会针对与之相对应的伪随机扩频序列进行精确相位处理，在此过程当中通过扩频解调处理能够形成B1带宽的调频信号。特别值得注意的一点在于：在同步电路与扩频序列相互作用的过程当中，直接序列扩频通信系统接收机能够产生与所接受伪随机扩频序列相位属性保持一致状态的PN代码，这一代码能够在发挥本地信号功能的基础之上将B1带宽的调频信号恢复成为A窄带信号。而在这一过程当中所产生的A窄带信号能够为原始信息数据A的估计提供必要保障，与之相对应的直接序列扩频通信系统接收机工作原理示意图基本如图2所示。以上即为整个直接序列扩频通信系统的工作原理。

可以明确一点是：建立在整个直接序列扩频通信系统之上的应用优势有如下几个方面：首先，编码信号的产生几率较大，传输可行性较高；其次，整个数据扩频通信传输过程当中仅涉及到一个固定的载波频率，对于载波发生器的运行要求较低；再次，接收机装置在整个数据的扩频通信操作过程当中能够实现相干解调，从而达到提高扩频通信质量的关键目的；最后，在扩频通信的作业过程当中，对于用户之间的同步性没有要求，适应性较强。

然而不容忽视的一点在于：直接序列扩频通信系统的应用仍然存在着一些方面的问题：首先，在扩频通信作业过程当中对于本地生成编码以及接收信号之间同步性的获取与保持难度比较大，致使扩频通信可能出现明显误差问题；其次，在扩频通信过程当中，现阶段还无法针对基站与用户距离之间的远近效应予以有效消除，导致系统可能存在误差问题，这一问题也需要引起相关人员的特别关注与重视。

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一、扩频通信的工作原理

在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。

二、扩频通信技术的特点

扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。

1．抗干扰性强

扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。

2.低截获性

扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。

3.抗多路径干扰性能好

多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

4.保密性好

在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。

5.易于实现码分多址

在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。

三、扩频技术的发展与应用

在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用。扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。

四、结语

扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。

参考文献：

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论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。

一、扩频通信的工作原理

在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。

二、扩频通信技术的特点

扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。

1．抗干扰性强

扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。

2.低截获性

扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。

3.抗多路径干扰性能好

多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

4.保密性好

在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。

5.易于实现码分多址

在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。

三、扩频技术的发展与应用

在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用．

扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。

四、结语

扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。

参考文献：

[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

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中图分类号：TN914.43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

1 对跳频通信进行数学模型建立及对系统原理进行描述

对于跳频扩频通信，它的基本理论依据主要是根据信息论中的Shannon公式来的[4]，下式为它的具体公式描述：

c Blb（1 P / N）

在上式中，对于参数c、B、P及N，它们所代表的含义分别如下。其中，N，表示为噪声功率；c，代表系统的信道容量（bits/s）；P，表示为信号的平均功率；对于B，则表示为系统的信道带宽（Hz）。通过上式可以很明确、很清晰的知道，当满足一定条件（如在一定的信道容量之条件下），可以采用增加信道带宽的办法、或者通过减少发送信号功率的办法等，来对信道的带宽进行减少、或者采取一定的方式来对信道的容量进行提高，这样就能够增加发送信号方面的功率，更进一步，使得信道的容量发生变化，并且不断的得到提高 [5]。

对于跳频系统，由于它的载波频率是在不断发生变化的，如果想要在接收机中对载波相位进行跟踪，很明显，要实现该种情况是比较困难的，所以，在一般情况之下，我们是选择可非相干解调方式作为跳频扩频通信系统的调制方式，并且，该种调制方式所具有的优势是其它调制方式不能够相比的，而频移键控FSK调制则是经常采用的方式。对于数据载波为a（t），以及数据速度Ra，对它们的取值分别为+1和-1，当进行移频键控调制（即频率偏差为Δf）后，它所输出的等效低通信号为b（t）[6]，具体的表达式如下式1-1所示：

b（t） exp（ j2πa（t ）f ） （1-1）

在跳频扩频通信系统中，我们把伪随机序列控制下的瞬时频率定义为f（t）[7]，它会随着时间的不断改变，而对应的瞬时频率f（t）的取值在频率点fi，i=1，2，3，4…，N上也会发生改变[8]。那么，对于跳频载波信号，它的等效低通信号C（t）如下式：

c（t） exp（j2f （t）） （1-2）

对于跳频扩频通信系统，它主要是以跳频载波来实现对数据调制信号的频率进行搬移的一个过程[9]，通过这样一个过程，则跳频扩频通信系统所输出的等效低频信号d（t）如下式1-3所示；

d（t） b（t）c （t）

exp（j2（a（t）f f （t））） （1-3）

在跳频扩频系统的接收端，采用同步伪随机码控制的频率、以及伪随机变化的载波和接收信号作为混频，在这样的条件下，所得到的系统输出信号为bxj，它的表达式如下式1-4所示： bsj （d（t） N（t） I（t））c （t）

exp（2 ja（t）f ） （N （t）

I（t））exp（ j2f （t）） ， （1-4）

对于上式1-4，它的参数N（t）、I（t）所代表的含义如下：N（t），它表示噪声；I（t），它则表示干扰信号。通过采用同步跳变的本地恢复载波来实现对接收信号进行混频后，在这样的情况下，就能得到解跳后的宽带干扰信号、窄带信号b（t）、以及信号噪声等。

2 跳频的主要技术指标及关键技术

对于一个跳频扩频通信系统而言，它所包括的技术指标主要有：①跳频频率的数目；②跳频的带宽；③跳频码的周期；④跳频的速率；⑤跳频系统的同步时间。对于这些技术指标，它们所代表的含义分别如下：①跳频频率的数目。在一般情况下，通过对跳频信号的处理增益 ，这样就能够得到相等的跳频点数。②跳频的带宽。在通常情况之下，跳频的带宽是与抗部分频带的干扰能力存在一定关系的。③跳频码的周期。倘若跳频图案的延续时间越长，那么，这样就会使敌方破译变得更加的困难，因此，其抗截获 的能力就越强。④跳频的速率。顾名思义，就是指每秒钟频率跳变的次数，决定跳频图案延续时间的长度。⑤跳频系统的同步时间。针对该同步时间的相关定义是非常多的，但这里主要是指对于跳频图案，要使其系统收发双方的时间达到一致，即完全同步，并且，对于通信所需要的相关时间也要进行建立。

3 对系统进行仿真模型的建立

3.1 对Simulink仿真工具进行概述

在本论文的研究过程中，采用的仿真工具是基于MATLAB提供的仿真平台Simulink。另外，采用Simulink仿真平台来建模是很方便的，它所带有的软件包是能够对相关的稻萁行仿真、进行分析的，是一个动态系统。它能够支持的系统也是非常多的，如连续系统、线性系统等。

3.2 模型建立

在基于Simulink仿真软件的基础上面建立起来的跳频扩频通信系统仿真模型，通常情况之下，它能够对跳频扩频通信系统的整个工作过程进行实时监控及反映相关的问题，对于系统扩频前后的频谱，通过该仿真软件能够实时的观测。

4 对仿真结果进行分析

为了更加准确、更加合理的得到本论文研究的跳频扩频通信系统的仿真精确结果，所设定的相关仿真条件如下：对于所采用的跳频载频，它是采用伪随机整数方面的信号控制系统来进行实现的；对跳频点数设定为64个；对于跳频的频率间隔，是把它设定为50跳/秒；数据调制采用FSK，并且频率的间隔为200HZ；对于每个符号，它的采样点数为120。我们把本次系统仿真实验的时间设定为1000s。

5 结束语

本论文首先对跳频扩频通信系统的数学建模进行了简单介绍，然后对跳频通信的系统工作原理进行了概述，对跳频的主要技术指标及关键技术进行了介绍，接着，对Simulink仿真工具进行概述及对其进行相关模型的建立，最后，就是采用Simulink仿真软件对跳频扩频通信系统进行模型的建立，并进行了仿真研究。在进行仿真实验前，设定了相关的仿真条件，如跳频点数、采样点数、跳频频率间隔等相关条件，这样设定的目的是为了保证仿真的实验结果更加准确。

参考文献