擴頻通信技術概述2022/10/27擴頻通信技術概述擴頻通信技術概述2022/10/22擴頻通信技術概述11.1產生背景及歷史回顧擴頻通信產生的背景—通信中的抗干擾通信中的干擾類型1）自然干擾：大氣噪聲熱噪聲多址干擾多徑干擾工業干擾其他通信設備的同頻干擾等擴頻通信技術概述1.1產生背景及歷史回顧擴頻通信產生的背景—通信中的抗干擾22）人為干擾在軍事應用中，敵對的雙方為了降低對方的通信效能而人為釋放的強干擾。擴頻通信技術概述2）人為干擾擴頻通信技術概述3人為干擾主要有:單頻干擾,或稱為固頻干擾。這種干擾的干擾頻率fJ正好對準對方的通信頻率fs,即fJ=fs,形成同頻干擾。窄帶干擾。這種干擾的干擾頻率fJ對準對方的通信頻率fs,干擾信號的頻帶很窄,可以與有用信號頻帶相比擬。擴頻通信技術概述人為干擾主要有:擴頻通信技術概述4(3)正弦脈沖干擾。這種干擾類似于單頻干擾,不同點在于其發送是以脈沖形式發送的,其峰值功率較強。(4)跟蹤式干擾。由一個頻率跟蹤系統和干擾機組成,先測定通信頻率,然后將干擾機干擾信號頻率對準通信頻率進行干擾。擴頻通信技術概述(3)正弦脈沖干擾。這種干擾類似于單頻干擾,不同點在于5(5)轉發式干擾。這種干擾首先把有用信號接收下來,再經放大和噪聲污染后發送出去,對有用信號實施干擾。(6)寬帶阻塞式干擾。這種干擾是在整個信號的通信頻帶內施放很強的干擾信號，其干擾功率與帶寬成正比，使通信一方在整個通信頻帶內都無法保證正常的通信。擴頻通信技術概述(5)轉發式干擾。這種干擾首先把有用信號接收下來,再經6干擾與抗干擾技術的發展擴頻通信技術概述干擾與抗干擾技術的發展擴頻通信技術概述7通信抗干擾技術當前采用的抗干擾技術主要有以下幾種。1)擴展頻譜技術擴展頻譜技術具有很強的抗干擾能力,可以抗擊多種人為干擾,是發展非常迅速的一種抗干擾技術。2)開發強方向性的毫米波頻段在毫米波波段，頻段很寬，采用視距傳播，方向性很強，有利于增加抗干擾性能。擴頻通信技術概述通信抗干擾技術當前采用的抗干擾技術主要有以下幾種。擴頻通信技83)加密技術加密技術用于防止傳送的信息被敵方截獲、竊聽,它在保密通信中是一個重要的技術手段。4)猝發通信技術這種通信方式在通信的時間上有很大的隨機性,在非常短的時間內,將要發送的信號發送出去,其它時間處于靜止狀態,使干擾機很難捕捉到這種猝發信號,因此具有很強的抗干擾的能力。擴頻通信技術概述3)加密技術擴頻通信技術概述95)天線零相技術這種技術是將天線方向圖的零點對準干擾機,而將主瓣對準發信機,這樣,對接收機而言,既能接收到有用信號,又可將干擾信號大大地衰減,從而達到抗干擾的目的。6)分集技術分集技術包括空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集等。其中擴頻通信是其中發展較快應用廣泛的一種技術。擴頻通信技術概述5)天線零相技術擴頻通信技術概述10什么是擴頻通信發送端將原信號展成帶寬為原信號的成百上千倍的低功率譜密度的寬帶信號，在接收端對接收信號進行解擴，恢復出原來的窄帶信號。信號帶寬是信息帶寬的幾百倍至幾千倍。發送端擴頻，接收端解擴，在做無用功嗎？擴頻通信技術概述什么是擴頻通信發送端將原信號展成帶寬為原信號的成百上千倍的低11擴頻通信的發展經歷有關擴頻通信技術的觀點最早是在1941年由好萊塢女演員海蒂.拉瑪(HedyLamarr)和鋼琴家GeorgeAntheil提出的，并申請了美國專利#2.292.387。不過，當時該技術并沒有引起美國軍方的重視。擴頻通信技術概述擴頻通信的發展經歷有關擴頻通信技術的觀點最早是在1941年由12HedyLamarr擴頻通信技術概述HedyLamarr擴頻通信技術概述131949年美國的國家電話電報公司的子公司的聯邦電信實驗室，Derosa和Rogoff提出設想并生成出偽噪聲信號和相干檢測的通信系統，成功地工作在NewJersey和California之間的通信線路上。1950年Basore首先提出把這種擴頻系統稱作NOMACS（NoiseModulationandCorrelationDetectionSystem）這個名稱被使用相當長的時間。擴頻通信技術概述1949年美國的國家電話電報公司的子公司的聯邦電信實驗室，D141952年由林肯實驗室研制出P9D型NOMACS系統，并進行了試驗。1955年生產成功并通過了測試。之后，美國海軍和空軍開始驗證各自的擴頻系統，空軍使用名稱為“Phatom”（鬼怪，幻影）和“Hush-Up”（遮掩），海軍使用名稱為“Blades”（漿葉），美國海軍采用跳頻擴頻方案。擴頻通信技術概述1952年由林肯實驗室研制出P9D型NOMACS系統，并進151976年第一部擴頻通信的概述性專著：SpreadSpectrumSystems發表。1978年在日本舉行的國際無線通信咨詢委員會(CCIR)全會對擴頻通信進行專門研究。

擴頻通信技術概述1976年第一部擴頻通信的概述性專著：SpreadSpec161982年美國第一次軍事通信會議展示了擴頻通信在軍事通信中的主導作用，報告了擴頻通信在軍事通信各領域的應用，并開始民用擴頻通信的調查。同年第一部擴頻通信的理論性專著CoherentSpreadSpectrum問世。1985年之后民用擴頻通信系統發展。擴頻通信技術概述1982年美國第一次軍事通信會議展示了擴頻通信在軍事通信中的17最近的二十幾年擴頻技術的應用：GPS衛星通信系統CDMA擴頻通信技術概述最近的二十幾年擴頻技術的應用：擴頻通信技術概述181.2擴頻通信的理論基礎香農（Shannon）公式信道容量是信道在無差錯傳輸下所能達到的最大傳輸速率。信道容量具有如下的意義：當傳輸速率不大于信道容量時，總可以找到一種方法，實現無差錯的傳輸。但如果想要達到的傳輸速率大于信道容量，則無論用什么方法，都不可能實現無差錯傳輸。Shannon公式給出了信道容量與帶寬和信噪比之間的關系。擴頻通信技術概述1.2擴頻通信的理論基礎香農（Shannon）公式擴頻通信191948年6月到10月，香農在《貝爾系統技術雜志》上連載發表了《通訊的數學原理》。1949年，香農又在該雜志上發表了《噪聲下的通信》。這兩篇論文為信息論奠定了基礎。人們通常將香農于1948年10月發表的論文《通信的數學原理》作為現代信息論研究的開端。由于在信息科學領域的卓越貢獻，香農被稱為“信息論之父”。克勞德.艾爾伍德.香農(ClaudeElwoodShannon1916—2001)擴頻通信技術概述1948年6月到10月，香農在《貝爾系統技術雜志》上連載發表20關于Shannon公式的討論1）(S/N)→∞2）B→∞擴頻通信技術概述關于Shannon公式的討論擴頻通信技術概述21擴頻通信的理論依據根據shannon公式可得出C≈1.44(S/N)B這說明在一定的信道容量條件下,可通過增加信號帶寬來減小發送信號功率,也可通過增加發送信號功率來減小信號帶寬。也就是說,在信道容量不變的條件下,信號功率和信號帶寬可以互換。擴頻通信技術概述擴頻通信的理論依據根據shannon公式可得出擴頻通信技術概22例1某一系統的信號帶寬為8kHz,信噪比為7,求信道容量C。在C不變的情況下,信號帶寬分別增加一倍和減小一半,求此信號功率的相對變化為多少？擴頻通信技術概述例1某一系統的信號帶寬為8kHz,信噪比為7,求信23例2.信噪比為S/N=-20dB，求帶寬至少為多少時，信道容量可以達到3kb/s.這道題的結論說明使用增大信號帶寬的方法，即使在信號功率遠遠小于噪聲功率的情況下，也完全可以實現無差錯的傳輸。擴頻通信技術概述例2.信噪比為S/N=-20dB，求帶寬至少為多少時，信道容241.3擴頻通信系統的基本結構與抗干擾原理以直接序列擴頻為例擴展頻譜通信系統模型擴頻通信技術概述1.3擴頻通信系統的基本結構與抗干擾原理以直接序列擴頻為例25擴頻系統的抗干擾原理擴頻通信技術概述擴頻系統的抗干擾原理擴頻通信技術概述26LowPowerDensityNOISESIGNALDSRECEIVERNOISESIGNALInterferenceRejectionDSRECEIVERSIGNALINTERFERENCENOISENOISESIGNALINTERFERENCE擴頻信號并不能擴展噪聲的頻譜但可以擴展干擾的頻譜擴頻通信技術概述LowPowerDensityNOISESIGNALD271.4擴頻通信系統的分類1.直接序列擴頻（directsequencespreadspectrum,DSSS）2.跳頻擴頻（frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS）3.跳時擴頻（timehoppingspreadspectrum,THSS）4.混合擴頻擴頻通信技術概述1.4擴頻通信系統的分類1.直接序列擴頻（directs28直接序列擴頻直擴系統組成框圖(a)發射(b)接收

擴頻通信技術概述直接序列擴頻直擴系統組成框圖(a)發射(b)接收擴頻29直擴系統各點的波形擴頻通信技術概述直擴系統各點的波形擴頻通信技術概述30直擴系統的特點和用途(1)具有較強的抗干擾能力。(2)具有很強的隱蔽性和抗偵察、抗竊聽、抗測向的能力。(3)具有選址能力，可實現碼分多址。(4)抗衰落，特別是抗頻率選擇性能好。(5).抗多徑干擾。(6).可進行高分辨率的測向、定位。直擴技術主要用于通信抗干擾、衛星通信、導航、保密通信、測距和定位等方面。擴頻通信技術概述直擴系統的特點和用途(1)具有較強的抗干擾能力。擴頻通信技31跳頻擴頻（frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS）跳頻擴頻系統方框圖擴頻通信技術概述跳頻擴頻（frequencyhoppingspread32跳頻擴頻示意圖擴頻通信技術概述跳頻擴頻示意圖擴頻通信技術概述33慢跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述慢跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述34快跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述快跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述35跳頻系統可根據跳頻速率分為快速跳頻(FFH)、中速頻跳(MFH)和慢速跳頻(SFH)。SFH：Rh的范圍是10～100h/s；

MFH：Rh的范圍是100～500h/s；

FFH：Rh大于500h/s。擴頻通信技術概述跳頻系統可根據跳頻速率分為快速跳頻(FFH)、中速頻跳(MF36跳頻系統的主要特點(1)具有較強的抗干擾能力。跳頻系統采用躲避干擾的方法來抗干擾，只有當干擾信號頻率與跳頻信號頻率相同時，才能形成干擾，因而抗干擾能力較強。跳頻頻率數N越大，跳頻速率越高，抗干擾性能越強。(2)易于組網，實現碼分多址，頻譜利用率高。不同的碼，可以得到不同的跳頻圖案，從而組成不同的網，頻譜利用率比直擴系統略高。擴頻通信技術概述跳頻系統的主要特點(1)具有較強的抗干擾能力。跳頻系統采用躲37(3)易兼容。目前所有的跳頻電臺兼容性都很強，可在多種模式下工作，如定頻和跳頻、數字和模擬、話音和數據等。(4)解決了“遠—近”問題。“遠—近”問題對直擴系統的影響很大，對跳頻系統來說，這種影響就小得多，甚至可以完全克服。(5)偽隨機碼速率比直擴系統的低得多，同步要求比直擴系統的低，因而時間短、入網快。

擴頻通信技術概述(3)易兼容。目前所有的跳頻電臺兼容性都很強，可在多種模式下38跳頻系統的主要用途

目前，跳頻系統主要用于軍事通信，如戰術跳頻電臺、抗干擾等，但也正在迅速地向民用通信滲透，如移動通信、數據傳輸、計算機無線數據傳輸、無線局域網等。擴頻通信技術概述跳頻系統的主要用途

目前，跳頻系統主要用于軍事通信，如39FH與DS的比較(1)抗固頻干擾。在抗強的固頻干擾信號時，跳頻優于直擴。這是因為直擴系統雖然具有一定的處理增益，但對超過干擾容限的干擾就無能為力了；而跳頻系統是采用躲避的方法抗干擾。(2)抗衰落特別是抗選擇性衰落時直擴優于跳頻，這是由于直擴系統的射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號產生嚴重畸變，而跳頻系統將導致部分頻率受到影響。擴頻通信技術概述FH與DS的比較(1)抗固頻干擾。在抗強的固頻干擾信號時，跳40(3)抗多徑。由于直擴系統要用偽隨機碼的相關接收，只要多徑時延大于一個偽隨機碼的切普寬度，這種多徑不會對直擴系統形成干擾；而跳頻系統由于沒有像直擴系統那樣的保護措施，因而對多徑無能為力。擴頻通信技術概述(3)抗多徑。由于直擴系統要用偽隨機碼的相關接收，只要多徑時41(4)“遠—近”效應。“遠—近”效應對直擴系統影響很大，而對跳頻系統的影響就小得多。(5)同步。由于直擴系統的偽隨機碼速率比跳頻的偽隨機碼速率要高得多，因此直擴系統的同步精度要求高，因而同步時間也長，入網慢。直擴同步時間一般在秒級，而跳頻可以在毫秒級完成，因此在同步方面，跳頻優于直擴。擴頻通信技術概述(4)“遠—近”效應。“遠—近”效應對直擴系統影響很大，而對42(6)信號處理。直擴系統一般采用相干檢測，而跳頻系統由于頻率不斷變化，頻率的跳變需要一定的時間，因而多采用非相干檢測。因此從性能上看，直擴系統性能優于跳頻；但從實現來看，相干檢測需要恢復載波，必然增加系統的復雜程度，恢復載波的頻率和相位的偏差，又會降低系統性能，在一些對設備要求嚴格的場合，如移動通信等，就難以滿足要求。擴頻通信技術概述(6)信號處理。直擴系統一般采用相干檢測，而跳頻系統由于頻率43(7)通信安全保密。直擴信號譜密度低，信號淹沒在噪聲之中，可防竊聽、防測向，是不可見的。而跳頻系統雖然在很寬的頻帶上跳變，但其瞬時功率譜是較大的，是可見的，因而性能不如直擴的。(8)組網能力。跳頻的組網能力較直擴的強，頻譜利用率也較直擴的高。擴頻通信技術概述(7)通信安全保密。直擴信號譜密度低，信號淹沒在噪聲之中，可44(9)兼容。兼容是現代通信必須考慮的問題，而且是對系統提出的一個重要的性能指標，在這個問題上，跳頻比直擴更為靈活。(10)語言可懂度。跳頻在頻率轉換時需調諧時間，不能傳輸信息。在相同的信息速率情況下，直擴優于跳頻。擴頻通信技術概述(9)兼容。兼容是現代通信必須考慮的問題，而且是對系統提出的45擴頻通信技術概述擴頻通信技術概述46跳時擴頻（timehoppingspreadspectrum,THSS）跳時系統方框圖擴頻通信技術概述跳時擴頻（timehoppingspreadspec47跳時示意圖擴頻通信技術概述跳時示意圖擴頻通信技術概述48跳時信號波形擴頻通信技術概述跳時信號波形擴頻通信技術概述49混合擴頻前述的每一種擴頻系統都有各自的優缺點，將兩種以上的擴頻系統組合在一起構成混合擴頻系統則有可能得到只用其中一種方式得不到的特性。常見的混合擴頻系統有直接序列-跳頻混合擴頻（DS/FH）系統直接序列-跳時混合擴頻（DS/TH）系統跳頻-跳時混合擴頻（FH/TH）系統等擴頻通信技術概述混合擴頻前述的每一種擴頻系統都有各自的優缺點，將兩種以上的擴50直接序列-跳頻混合擴頻（DS/FH）直接序列-跳頻混合擴頻系統可以看成是一個載波頻率作隨機跳變的直接序列擴頻系統，通信隱蔽性更好。擴頻通信技術概述直接序列-跳頻混合擴頻（DS/FH）直接序列-跳頻混合擴頻系51DS/FH示意圖擴頻通信技術概述DS/FH示意圖擴頻通信技術概述52DS/FH系統就是一種中心頻率在某一頻帶內跳變的直接序列擴頻系統。一個DS擴頻信號在一個更寬的頻帶范圍內進行跳變。DS/FH系統的處理增益為DS和FH處理增益的乘積。采用DS/FH比單獨采用DS或FH能夠獲得更寬的頻譜擴展和更大的處理增益。有時相對來說，其技術復雜性比單獨用DS來展寬頻譜或用FH在更寬的范圍內實現頻率的跳變還要容易些。擴頻通信技術概述DS/FH系統就是一種中心頻率在某一頻帶內跳變的直接序列擴頻53采用DS/FH混合擴頻技術，有利于提高系統的抗干擾性能。干擾機要有效地干擾DS/FH混合擴頻系統，需要同時滿足兩個條件：①干擾頻率要跟上跳變頻率的變化；②干擾電平必須超過直擴系統的干擾容限。否則，就不能對系統構成

威脅。這樣，就加大了干擾機的干擾難度，從而達到混合系統更有效地抗干擾的目的。擴頻通信技術概述采用DS/FH混合擴頻技術，有利于提高系統的抗干擾性能。干擾54直接序列-跳時混合擴頻（DS/TH）擴頻通信技術概述直接序列-跳時混合擴頻（DS/TH）擴頻通信技術概述55DS/TH方式，它相當于在DS擴頻方式中加上時間復用。采用這種方式可以容納更多的用戶。在實現上，DS本身已有嚴格的收發兩端擴頻碼的同步。加上跳時，只不過增加了一個通—斷開關，并不增加太多技術上的復雜性。擴頻通信技術概述DS/TH方式，它相當于在DS擴頻方式中加上時間復用。采用這561.5擴頻通信的基本性能參數1.處理增益(ProcessGain)（又稱擴頻增益）定義：接收機解擴器的輸出信噪比(S/N)out與接收機的輸入信號信噪比(S/N)in的比值。意義：經擴頻接收機處理后，使有用信號增強的同時抑制輸入到接收機的噪聲和干擾能力的大小。處理增益的計算擴頻通信技術概述1.5擴頻通信的基本性能參數1.處理增益(Process57例3.有一個擴頻通信系統，擴頻后帶寬為20MHz，原始信號帶寬為20KHz，求系統的處理增益。擴頻通信技術概述例3.有一個擴頻通信系統，擴頻后帶寬為20MHz，原始信號帶582.干擾容限意義：一個擴頻系統要正常工作時解擴器的輸入端噪聲功率與信號功率的比值不能超過的值。干擾容限的計算擴頻通信技術概述2.干擾容限擴頻通信技術概述59例4.一個擴頻系統的處理增益是30dB，系統的解調器要求其輸入信噪比最小為10dB，而系統損耗為4dB，求系統的干擾容限。擴頻通信技術概述例4.一個擴頻系統的處理增益是30dB，系統的解調器要求其輸60在實際工程應用中，擴頻接收機的相關解擴和解調器都達不到理想的線性要求，其非線性及碼元跟蹤誤差將導致信噪比損失。因此，實際工作中擴頻接收機實際上容許的干擾與信號功率的比值比干擾容限還要低。在設計擴頻接收機時，通常要留出至少1dB余量。擴頻通信技術概述在實際工程應用中，擴頻接收機的相關解擴和解調器都達不到理想的61演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/10/27擴頻通信技術概述演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew62擴頻通信技術概述2022/10/27擴頻通信技術概述擴頻通信技術概述2022/10/22擴頻通信技術概述631.1產生背景及歷史回顧擴頻通信產生的背景—通信中的抗干擾通信中的干擾類型1）自然干擾：大氣噪聲熱噪聲多址干擾多徑干擾工業干擾其他通信設備的同頻干擾等擴頻通信技術概述1.1產生背景及歷史回顧擴頻通信產生的背景—通信中的抗干擾642）人為干擾在軍事應用中，敵對的雙方為了降低對方的通信效能而人為釋放的強干擾。擴頻通信技術概述2）人為干擾擴頻通信技術概述65人為干擾主要有:單頻干擾,或稱為固頻干擾。這種干擾的干擾頻率fJ正好對準對方的通信頻率fs,即fJ=fs,形成同頻干擾。窄帶干擾。這種干擾的干擾頻率fJ對準對方的通信頻率fs,干擾信號的頻帶很窄,可以與有用信號頻帶相比擬。擴頻通信技術概述人為干擾主要有:擴頻通信技術概述66(3)正弦脈沖干擾。這種干擾類似于單頻干擾,不同點在于其發送是以脈沖形式發送的,其峰值功率較強。(4)跟蹤式干擾。由一個頻率跟蹤系統和干擾機組成,先測定通信頻率,然后將干擾機干擾信號頻率對準通信頻率進行干擾。擴頻通信技術概述(3)正弦脈沖干擾。這種干擾類似于單頻干擾,不同點在于67(5)轉發式干擾。這種干擾首先把有用信號接收下來,再經放大和噪聲污染后發送出去,對有用信號實施干擾。(6)寬帶阻塞式干擾。這種干擾是在整個信號的通信頻帶內施放很強的干擾信號，其干擾功率與帶寬成正比，使通信一方在整個通信頻帶內都無法保證正常的通信。擴頻通信技術概述(5)轉發式干擾。這種干擾首先把有用信號接收下來,再經68干擾與抗干擾技術的發展擴頻通信技術概述干擾與抗干擾技術的發展擴頻通信技術概述69通信抗干擾技術當前采用的抗干擾技術主要有以下幾種。1)擴展頻譜技術擴展頻譜技術具有很強的抗干擾能力,可以抗擊多種人為干擾,是發展非常迅速的一種抗干擾技術。2)開發強方向性的毫米波頻段在毫米波波段，頻段很寬，采用視距傳播，方向性很強，有利于增加抗干擾性能。擴頻通信技術概述通信抗干擾技術當前采用的抗干擾技術主要有以下幾種。擴頻通信技703)加密技術加密技術用于防止傳送的信息被敵方截獲、竊聽,它在保密通信中是一個重要的技術手段。4)猝發通信技術這種通信方式在通信的時間上有很大的隨機性,在非常短的時間內,將要發送的信號發送出去,其它時間處于靜止狀態,使干擾機很難捕捉到這種猝發信號,因此具有很強的抗干擾的能力。擴頻通信技術概述3)加密技術擴頻通信技術概述715)天線零相技術這種技術是將天線方向圖的零點對準干擾機,而將主瓣對準發信機,這樣,對接收機而言,既能接收到有用信號,又可將干擾信號大大地衰減,從而達到抗干擾的目的。6)分集技術分集技術包括空間分集、頻率分集、角度分集、極化分集等。其中擴頻通信是其中發展較快應用廣泛的一種技術。擴頻通信技術概述5)天線零相技術擴頻通信技術概述72什么是擴頻通信發送端將原信號展成帶寬為原信號的成百上千倍的低功率譜密度的寬帶信號，在接收端對接收信號進行解擴，恢復出原來的窄帶信號。信號帶寬是信息帶寬的幾百倍至幾千倍。發送端擴頻，接收端解擴，在做無用功嗎？擴頻通信技術概述什么是擴頻通信發送端將原信號展成帶寬為原信號的成百上千倍的低73擴頻通信的發展經歷有關擴頻通信技術的觀點最早是在1941年由好萊塢女演員海蒂.拉瑪(HedyLamarr)和鋼琴家GeorgeAntheil提出的，并申請了美國專利#2.292.387。不過，當時該技術并沒有引起美國軍方的重視。擴頻通信技術概述擴頻通信的發展經歷有關擴頻通信技術的觀點最早是在1941年由74HedyLamarr擴頻通信技術概述HedyLamarr擴頻通信技術概述751949年美國的國家電話電報公司的子公司的聯邦電信實驗室，Derosa和Rogoff提出設想并生成出偽噪聲信號和相干檢測的通信系統，成功地工作在NewJersey和California之間的通信線路上。1950年Basore首先提出把這種擴頻系統稱作NOMACS（NoiseModulationandCorrelationDetectionSystem）這個名稱被使用相當長的時間。擴頻通信技術概述1949年美國的國家電話電報公司的子公司的聯邦電信實驗室，D761952年由林肯實驗室研制出P9D型NOMACS系統，并進行了試驗。1955年生產成功并通過了測試。之后，美國海軍和空軍開始驗證各自的擴頻系統，空軍使用名稱為“Phatom”（鬼怪，幻影）和“Hush-Up”（遮掩），海軍使用名稱為“Blades”（漿葉），美國海軍采用跳頻擴頻方案。擴頻通信技術概述1952年由林肯實驗室研制出P9D型NOMACS系統，并進771976年第一部擴頻通信的概述性專著：SpreadSpectrumSystems發表。1978年在日本舉行的國際無線通信咨詢委員會(CCIR)全會對擴頻通信進行專門研究。

擴頻通信技術概述1976年第一部擴頻通信的概述性專著：SpreadSpec781982年美國第一次軍事通信會議展示了擴頻通信在軍事通信中的主導作用，報告了擴頻通信在軍事通信各領域的應用，并開始民用擴頻通信的調查。同年第一部擴頻通信的理論性專著CoherentSpreadSpectrum問世。1985年之后民用擴頻通信系統發展。擴頻通信技術概述1982年美國第一次軍事通信會議展示了擴頻通信在軍事通信中的79最近的二十幾年擴頻技術的應用：GPS衛星通信系統CDMA擴頻通信技術概述最近的二十幾年擴頻技術的應用：擴頻通信技術概述801.2擴頻通信的理論基礎香農（Shannon）公式信道容量是信道在無差錯傳輸下所能達到的最大傳輸速率。信道容量具有如下的意義：當傳輸速率不大于信道容量時，總可以找到一種方法，實現無差錯的傳輸。但如果想要達到的傳輸速率大于信道容量，則無論用什么方法，都不可能實現無差錯傳輸。Shannon公式給出了信道容量與帶寬和信噪比之間的關系。擴頻通信技術概述1.2擴頻通信的理論基礎香農（Shannon）公式擴頻通信811948年6月到10月，香農在《貝爾系統技術雜志》上連載發表了《通訊的數學原理》。1949年，香農又在該雜志上發表了《噪聲下的通信》。這兩篇論文為信息論奠定了基礎。人們通常將香農于1948年10月發表的論文《通信的數學原理》作為現代信息論研究的開端。由于在信息科學領域的卓越貢獻，香農被稱為“信息論之父”。克勞德.艾爾伍德.香農(ClaudeElwoodShannon1916—2001)擴頻通信技術概述1948年6月到10月，香農在《貝爾系統技術雜志》上連載發表82關于Shannon公式的討論1）(S/N)→∞2）B→∞擴頻通信技術概述關于Shannon公式的討論擴頻通信技術概述83擴頻通信的理論依據根據shannon公式可得出C≈1.44(S/N)B這說明在一定的信道容量條件下,可通過增加信號帶寬來減小發送信號功率,也可通過增加發送信號功率來減小信號帶寬。也就是說,在信道容量不變的條件下,信號功率和信號帶寬可以互換。擴頻通信技術概述擴頻通信的理論依據根據shannon公式可得出擴頻通信技術概84例1某一系統的信號帶寬為8kHz,信噪比為7,求信道容量C。在C不變的情況下,信號帶寬分別增加一倍和減小一半,求此信號功率的相對變化為多少？擴頻通信技術概述例1某一系統的信號帶寬為8kHz,信噪比為7,求信85例2.信噪比為S/N=-20dB，求帶寬至少為多少時，信道容量可以達到3kb/s.這道題的結論說明使用增大信號帶寬的方法，即使在信號功率遠遠小于噪聲功率的情況下，也完全可以實現無差錯的傳輸。擴頻通信技術概述例2.信噪比為S/N=-20dB，求帶寬至少為多少時，信道容861.3擴頻通信系統的基本結構與抗干擾原理以直接序列擴頻為例擴展頻譜通信系統模型擴頻通信技術概述1.3擴頻通信系統的基本結構與抗干擾原理以直接序列擴頻為例87擴頻系統的抗干擾原理擴頻通信技術概述擴頻系統的抗干擾原理擴頻通信技術概述88LowPowerDensityNOISESIGNALDSRECEIVERNOISESIGNALInterferenceRejectionDSRECEIVERSIGNALINTERFERENCENOISENOISESIGNALINTERFERENCE擴頻信號并不能擴展噪聲的頻譜但可以擴展干擾的頻譜擴頻通信技術概述LowPowerDensityNOISESIGNALD891.4擴頻通信系統的分類1.直接序列擴頻（directsequencespreadspectrum,DSSS）2.跳頻擴頻（frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS）3.跳時擴頻（timehoppingspreadspectrum,THSS）4.混合擴頻擴頻通信技術概述1.4擴頻通信系統的分類1.直接序列擴頻（directs90直接序列擴頻直擴系統組成框圖(a)發射(b)接收

擴頻通信技術概述直接序列擴頻直擴系統組成框圖(a)發射(b)接收擴頻91直擴系統各點的波形擴頻通信技術概述直擴系統各點的波形擴頻通信技術概述92直擴系統的特點和用途(1)具有較強的抗干擾能力。(2)具有很強的隱蔽性和抗偵察、抗竊聽、抗測向的能力。(3)具有選址能力，可實現碼分多址。(4)抗衰落，特別是抗頻率選擇性能好。(5).抗多徑干擾。(6).可進行高分辨率的測向、定位。直擴技術主要用于通信抗干擾、衛星通信、導航、保密通信、測距和定位等方面。擴頻通信技術概述直擴系統的特點和用途(1)具有較強的抗干擾能力。擴頻通信技93跳頻擴頻（frequencyhoppingspreadspectrum,FHSS）跳頻擴頻系統方框圖擴頻通信技術概述跳頻擴頻（frequencyhoppingspread94跳頻擴頻示意圖擴頻通信技術概述跳頻擴頻示意圖擴頻通信技術概述95慢跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述慢跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述96快跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述快跳頻系統跳頻圖案擴頻通信技術概述97跳頻系統可根據跳頻速率分為快速跳頻(FFH)、中速頻跳(MFH)和慢速跳頻(SFH)。SFH：Rh的范圍是10～100h/s；

MFH：Rh的范圍是100～500h/s；

FFH：Rh大于500h/s。擴頻通信技術概述跳頻系統可根據跳頻速率分為快速跳頻(FFH)、中速頻跳(MF98跳頻系統的主要特點(1)具有較強的抗干擾能力。跳頻系統采用躲避干擾的方法來抗干擾，只有當干擾信號頻率與跳頻信號頻率相同時，才能形成干擾，因而抗干擾能力較強。跳頻頻率數N越大，跳頻速率越高，抗干擾性能越強。(2)易于組網，實現碼分多址，頻譜利用率高。不同的碼，可以得到不同的跳頻圖案，從而組成不同的網，頻譜利用率比直擴系統略高。擴頻通信技術概述跳頻系統的主要特點(1)具有較強的抗干擾能力。跳頻系統采用躲99(3)易兼容。目前所有的跳頻電臺兼容性都很強，可在多種模式下工作，如定頻和跳頻、數字和模擬、話音和數據等。(4)解決了“遠—近”問題。“遠—近”問題對直擴系統的影響很大，對跳頻系統來說，這種影響就小得多，甚至可以完全克服。(5)偽隨機碼速率比直擴系統的低得多，同步要求比直擴系統的低，因而時間短、入網快。

擴頻通信技術概述(3)易兼容。目前所有的跳頻電臺兼容性都很強，可在多種模式下100跳頻系統的主要用途

目前，跳頻系統主要用于軍事通信，如戰術跳頻電臺、抗干擾等，但也正在迅速地向民用通信滲透，如移動通信、數據傳輸、計算機無線數據傳輸、無線局域網等。擴頻通信技術概述跳頻系統的主要用途

目前，跳頻系統主要用于軍事通信，如101FH與DS的比較(1)抗固頻干擾。在抗強的固頻干擾信號時，跳頻優于直擴。這是因為直擴系統雖然具有一定的處理增益，但對超過干擾容限的干擾就無能為力了；而跳頻系統是采用躲避的方法抗干擾。(2)抗衰落特別是抗選擇性衰落時直擴優于跳頻，這是由于直擴系統的射頻帶寬很寬，小部分頻譜衰落不會使信號產生嚴重畸變，而跳頻系統將導致部分頻率受到影響。擴頻通信技術概述FH與DS的比較(1)抗固頻干擾。在抗強的固頻干擾信號時，跳102(3)抗多徑。由于直擴系統要用偽隨機碼的相關接收，只要多徑時延大于一個偽隨機碼的切普寬度，這種多徑不會對直擴系統形成干擾；而跳頻系統由于沒有像直擴系統那樣的保護措施，因而對多徑無能為力。擴頻通信技術概述(3)抗多徑。由于直擴系統要用偽隨機碼的相關接收，只要多徑時103(4)“遠—近”效應。“遠—近”效應對直擴系統影響很大，而對跳頻系統的影響就小得多。(5)同步。由于直擴系統的偽隨機碼速率比跳頻的偽隨機碼速率要高得多，因此直擴系統的同步精度要求高，因而同步時間也長，入網慢。直擴同步時間一般在秒級，而跳頻可以在毫秒級完成，因此在同步方面，跳頻優于直擴。擴頻通信技術概述(4)“遠—近”效應。“遠—近”效應對直擴系統影響很大，而對104(6)信號處理。直擴系統一般采用相干檢測，而跳頻系統由于頻率不斷變化，頻率的跳變需要一定的時間，因而多采用非相干檢測。因此從性能上看，直擴系統性能優于跳頻；但從實現來看，相干檢測需要恢復載波，必然增加系統的復雜程度，恢復載波的頻率和相位的偏差，又會降低系統性能，在一些對設備要求嚴格的場合，如移動通信等，就難以滿足要求。擴頻通信技術概述(6)信號處理。直擴系統一般采用相干檢測，而跳頻系統由于頻率105(7)通信安全保密。直擴信號譜密度低，信號淹沒在噪聲之中，可防竊聽、防測向，是不可見的。而跳頻系統雖然在很寬的頻帶上跳變，但其瞬時功率譜是較大的，是可見的，因而性能不如直擴的。(8)組網能力。跳頻的組網能力較直擴的強，頻譜利用率也較直擴的高。擴頻通信技術概述(7)通信安全保密。直擴信號譜密度低，信號淹沒在噪聲之中，可106(9)兼容。兼容是現代通信必須考慮的問題，而且是對系統提出的一個重要的性能指標，在這個問題上，跳頻比直擴更為靈活。(10)語言可懂度。跳頻在頻率轉換時需調諧時間，不能傳輸信息。在相同的信息速率情況下，直擴優于跳頻。擴頻通信技術概述(9)兼容。兼容是現代通信必須考慮的問題，而且是對系統提出的107擴頻通信技術概述擴頻通信技術概述108跳時擴頻（timehoppingspreadspectrum,THSS）跳時系統方框圖擴頻通信技術概述跳時擴頻（timehoppingspreadspec109跳時示意圖擴頻通信技術概述跳時示意圖擴頻通信技術概述110跳時信號波形擴頻通信技術概述跳時信號波形擴頻通信技術概述111混合擴頻前述的每一種擴頻系統都有各自的優缺點，將兩種以上的擴頻