扩频通信技术论文

2022-04-15

【摘要】近年来，随着科学技术的不断进步和完善，推动了与之相关各个领域的发展，通信技术的出现使人与人之间的交流与沟通不再受到时间和空间的限制，信息的交互变得更加方便、快捷。扩频通信技术作为一种新的信息传输方式，其以自身抗干扰能力强、保密性好、可实现码分多址等优点，被广泛应用于各个通信领域当中。基于此点，本文就扩频通信技术的应用与系统工作原理进行浅谈。以下是小编精心整理的《扩频通信技术论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

扩频通信技术论文篇1：

扩频通信技术及应用

摘要：扩频通信，即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码调制，实现频谱扩展后再传输，接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。随着无线通信的广泛应用，无线频道变得非常拥挤，频道资源非常紧张，干扰繁多、严重。由于扩频通信技术有很多优点可以克服这些问题，并且可以提供更高的保密技术，因此，从80年代末，美国联邦通信委员会（FCC）规划了ISM波段并批准扩频通信使用该频段，扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。

关键词：扩频通信，伪随机编码调制

一、扩频通信的特点

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

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。

2、扩频技术的理论基础

扩频通信是扩展频谱通信的简称，频谱是电信号的频域描述，承载各种信息（如语音、图象、数据等）的信号一般都是以时域来表示的，即信号可表示为一个时间的函数f（t）。信号的时域表示式f（t）可以用傅立叶变换得到其频域表示式F（f）。频域和时域的关系由下式确定：

函数f（t）的傅立叶变换存在的充分条件是f（t）满足狄里赫莱条件，或在区间（-∞，+∞）内绝对可积，即必须为有限值。

扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数（与待传输的信息信号f（t）无关）扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再是决定射频信号带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。

由此可见，扩频通信系统有以下两个特点：

（1）传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；

（2）传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机（伪噪声）编码信号。

扩频通信与一般的无线电通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解调的过程。在发射端利用一组速率远高于信号速率的伪随机噪声码（Pseudo Noise Code，PN码）对原信号码进行扩频调制，一般是将信号扩展至几兆宽的频带上，然后将扩频后的信息调制到空间传输的载频上进行发送，通常发射的载频是千兆的数量级，在接收端经解调后，利用相同的PN码进行解扩，把铺开的信号能量从宽带上收拢回来，凡与PN码相关的宽带信号经解调还原为原来的窄带信号，而其它与PN码不相关的宽带噪声仍维持宽带，解调后的窄带信号再经窄带滤波后，分离出有用信号，而大部分噪声信号则被滤掉，这样使信噪比得以极大的提高，误码率大大降低。

3、扩频通信的分类

目前常用的扩频通信实现方法主要有：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）、跳频（Frequency Hopping）、跳时（Time Hopping）、宽带线性调频（Chip Modulation）等方式。

1）直接序列扩频技术

直接序列扩频，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。直序扩频系统的解扩采用相关解扩，这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端，接收信号经过放大混频后，经过与发射端相同且同步的PN码进行相关解扩，把擴频信号恢复出窄带信号，再对窄带信号进行相干解调解出原始信息序列。

2）跳频扩频通信技术

跳频扩频通信技术的实现方法是载频信号以一定的速度和顺序，在多个频率点上跳变传递，接收端以相应的速度和顺序接收并解调。这个预先设定的频率跳变的序列就是PN码。在PN码的控制下，收发双方按照设定的序列在不同的频点上进行通信。由于系统的工作频率在不停地跳变，在每个频率点上停留的时间仅为毫秒或微秒级，因此在一个相对的时间段内，就可以看作在一个宽的频段内分布了传输信号，也就是宽带传输。跳频通信系统的频率跳频速度反映了系统的性能，好的跳频系统每秒的跳频次数可以达到上万跳。跳频通信系统在每个跳频点上的瞬时通信实际上还是窄带通信。其中，跳频通信的关键部件是跳频器，它又由频率合成器和跳频指令发生器两部分组成。频率合成器受跳频指令发生器的控制产生跳变的载频信号去调制信号或解调信号。跳频序列的同步是跳频通信的核心技术。

3）跳时扩频技术

与跳频系统相似，跳时是使发射信号在时间轴上离散地跳变。我们先把时间轴分成许多时隙，这些时隙在跳时扩频通信中通常称为时片，若干时片组成一跳时时间帧。在一帧内哪个时隙发射信号由扩频码序列去进行控制。在发送端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器产生的扩频码序列去控制通-断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接收端，当接收机的伪码发生器与发端同步时，所需信号就能每次按时通过开关进入解调器。解调后的数据也经过一缓冲存储器，以便恢复原来的传输速率，不间断地传输数据，提供给用户均匀的数据流。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。

4、扩频通信的应用

扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。近年来，随着超大规模集成电路技术、微处理器技术的飞速发展，以及一些新型元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一。■

参考文献

1. 谢希仁，计算机网络（第4版）[M].北京：电子工业出版社，2003.

2. 王秉钧，居谧，孙学军，沈宝锁.扩频通信[M].天津：天津大学出版社，1993.

3. 冯爱国. 扩频通信技术的特点及其应用[J]. 现代通信. 2000（02）

4. 查光明，熊贤祚编著.扩频通信[M]. 西安电子科技大学出版社， 1990

作者：刘瑾瑾李培培臧俊杉

扩频通信技术论文篇2：

浅谈扩频通信技术的应用与系统工作原理

【关键词】扩频通信技术工作原理应用

一、扩频通信技术概述

1.1扩频通信技术的概念

扩频通信技术即SSC，是英文Spread Spectrum Communication的简写形式，其具体是指用来传输信息的射频信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。举个简单例子说明一下，某二进制的数据流，其传输速率为64kb/s，也就是说该数据流的基础带宽仅为64kHz，而借助扩频技术进行传输时，它的带宽则可被扩展为4MHz、26MHz，最大时甚至可以扩展至120MHz或更多。SSC的基本特征如下：利用比发送信息数据的速率高出多倍的伪随机码将载有信息数据的基础带宽信号的频谱进行相应地扩展，使其形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射，其信道容量的公式为C=Wlog2（1+P/N），该公式指出当信息传输速率C不变时，带宽W与信噪比P/N是能够互相转换的，即通过增加带宽可以在较低的信噪比前提下以相同的信息传输速率进行可靠的信息传输，还有可能在信号被彻底淹没的条件下借助增强信号带宽来实现可靠通信，这就是SSC的基本理论依据。

1.2扩频通信的特点

扩频信号本身属于一种不可预测的伪随机带宽信号，它的带宽要比欲传输数据信息的带宽大很多，并且接收机中必须带有与该带宽载波同步的副本，正因如此，使得扩频通信技术具有了以下特点：其一，超强的抗干扰性。因为扩频信号本身具有的不可预见性，从而使得干扰者很难利用观察来进行有效地干扰，通常只能够使用发射与被干扰信号不匹配的干扰技术，而这种做法所能起到的干扰效果并不大。由于扩频通信在传输信号的过程中对信号本身的带宽进行了扩展，故此，在信噪比很低的前提条件下，仍可以保证高质量的通信，这使其具备了较强的抗干扰能力；其二，良好的保密性。在发射功率一定的前提下，因扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道当中有用的信号功率谱密度非常低，这样一来信号便可以在极强的噪声背景下进行可靠通信，想要截获这样的信息非常困难，为此，其能够实现隐蔽通信，具有良好的保密性；其三，可实现码分多址。在通信系统当中，可借助扩频调制中使用的扩频码序列间较好的相关性进行解扩，这样系统便能够区分出不同用户的信号，多用户同时通话便不会发生互相干扰的情况。

二、扩频通信技术的具体应用研究

在上个世纪80年代，扩频通信技术便被广泛应用于军事领域当中，随着近些年来科学技术水平的不断提高，该技术也日趋完善，并在诸多领域当中获得了推广应用，其应用范围还在进一步扩大，下面简要介绍一下扩频通信技术在各个领域中的具体应用。

2.1扩频通信技术在军事通信中的应用

军事是一个国家国力的象征，在军事领域当中有着大量需要保密的信息，正因如此，使得扩频通信技术成为军事通信反对抗当中最为重要技术手段，该技术现已被广泛应用于各种通信信息系统、武器系统以及系统当中。在海、陆、空战术的通信当中，常采用扩频通信技术来增强通信电台的抗干扰能力，提高战术电台的抗干扰性和数字化程度将是其未来一段时期的主流发展趋势。在1991年的海湾战争中，以美国为首的联军大量使用了带有扩频技术的GPS定位导航系统、定位报告系统、联合战术信息分布系统以及单信道机载系统等等。经过实践应用表明，扩频通信技术在军事通信领域当中有着非常重要的作用。

2.2扩频通信技术在移动通信中的应用

移动通信属于民用通信领域的范畴，它与人们日常生活息息相关。目前，新一代的数字蜂房移动通信系统中广泛应用了扩频通信技术，这使得频谱利用率获得显著提高，同时共信道干扰的影响也大幅度减小。通过扩频通信技术的码分多址系统，可以给每个移动台都分配一个特有的随机码序列，并且各个台之间均不相关，这样便能够非常方便地区分开各个移动台的不同信号，从而使得在一个信道当中可以同时容纳更多的用户，频谱利用效率较传统的频分多址增强了将近20倍左右。以往的移动通信中多径效应产生出来的衰落相对比较严重，而通过扩频技术能够有效地克服多径效应对移动通信质量的影响。

2.3扩频通信技术在民用卫星通信中的应用

目前，扩频通信技术已经在军事卫星通信领域中获得了非常广泛的应用，因扩频码分多址系统具有组网灵活性高、承受过载能力强等特点，从而使其在民用卫星通信中也获得了一定的应用，并取得了显著的效果。在民用卫星通信当中采用扩频码分多址技术以及伪随机序列扩展频谱的方法，能有效地实现能量扩散，进而达到减少卫星系统干扰的目的。

2.4扩频通信技术在测距定位中的应用

GPS属于多星共用两个载波频率发送定位信号的卫星定位系统，因而它需要采用扩频码分多址的方式来对各个卫星的地址进行区分。每一颗卫星都可以分配到一个特定的伪随机序列码型，码片的宽度越窄测距的精确程度就越高。此外，借助直接序列扩频还能增强测距过程的抗干扰能力，加之其采用的是无源定位的方式，故此系统所能够容纳的用户数量没有上限。现阶段，我国军事领域以及民用部门都将GPS作为接收设备在使用，很多定位工作也都是通过GPS来予以实现的。

三、扩频通信系统的工作原理

通常情况下，研究扩频通信系统的工作原理都是就直接序列扩频而言的，所谓的直接序列扩频通信系统是以直接扩频的方式构成的一种通信系统，简称为DS系统，这是最为典型的扩频通信系统，它的发射机机与接收机结构如图1所示。

从图1中可以看出，A为输入数据信息，其经过信息调制后变成宽度为B1的调频信号，然后再借助伪随机扩频序列调制成带宽为B2的信号后进行发射。当接收机接收到发射信号以后，通过对伪随机扩频序列相位的准确捕捉，便可以产生出与发送来的相位一直的PN码，该码可作为解扩本地信号之用，以便恢复成为窄带信号，并对发送来的A数据信息进行估计，这样整个接收过程便完成。该系统具有以下优点：容易产生编码信号、载波频率仅有一个、频率合成器简单、用户之间不需要同步、接收机能够实现相干解调等等。

四、结论

总而言之，在科学技术水平不断提高的推动下，扩频通信技术随之获得了相应的发展，在未来一段时期内，该技术的主流发展趋势为超宽带技术、多载波调制技术以及软件无线电技术等等，这些技术的实现将会使扩频通信技术的应用领域更加广阔。

作者：麻晓刚

扩频通信技术论文篇3：

浅谈扩频通信在无线局域网中的应用

摘要：本文介绍了无线局域网和扩频通信技术的理论基础和工作方法，对扩频通信技术在无线局域网中的应用及特点进行了分析。

关键词：无线局域网；扩频通信；处理增益；直扩；跳频

随着越来越多的WiFi智能手机和终端的出现，无线局域网（WLAN）成为宽带数据业务的主要承载方式。

无线局域网是相当便利的数据传输系统，利用射频技术，取代旧式双绞线构成的局域网络，使得无线局域网络架构简单。无线局域网络工作于2.5GHz或5GHz频段，具有灵活、安装便捷、易进行网络规划调整、易于扩展等优点。随着应用环境的更新与发展，电缆铺设的局域网络重新安装费时费力，成本很高，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。与此同时，无线局域网也存在很多不足之处，如网络性能不稳定，无线局域网是依靠无线电波进行传输的，而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输，影响网络性能；传输速率，目前无线局域网的最大传输速率为150Mbit/s，适合个人终端盒小规模网络；安全性，无线信号发散，容易被监听，造成信息泄露。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，系统利用射频无线电或红外线，借助扩频通信技术，实现固定、半移动网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。

无线局域网主要信息安全保障技术有验证与加密、网络嗅探技术还有扩频技术。扩频技术即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，是扩展频谱通信的简称，是指用来传输信息所用的带宽远大于此信息所需最小带宽的一种通信方式。扩频通信技术具有抑制干扰能力强、信号功率谱密度低、信号便于隐藏和保密等特点，被广泛的应用于移动通信领域，使得无线通信的信号强度、抗干扰性以及安全性都得到了极大的飞跃。扩频通信系统的重要参数是扩频通信系统的处理增益GP，是扩频信号带宽与原始信号带宽的比值，一般GP值远大于10。

扩频通信是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式，它与卫星通信、光纤通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信系统可以认为是扩频和解扩的变换对，其物理模型如图a、图b所示，（a）发射；（b）接收：

扩频通信系统具备3个主要特征：载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的带宽信号；载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多；接收过程是通过将本地产生的带宽载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的。

1 扩频通信技的类型

1.1 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）

简称直扩（DS）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。原理是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接受机在收到发射信号后，首先通过伪码同步捕获电路来捕获发送来到伪码精确相位，并由次产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码相位，作为本地解扩信号，以便能够及时恢复出数据信息，完成整个直扩通信系统的信号接收。直扩的优点是抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可同频工作、通信速率高。在实际应用中会遇到以下几个问题，频道数减少、带宽增大和信息量增大。

1.2 跳频扩频

又被称为跳频扩频技术（FH）。是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。与直扩技术完全不同，跳频系统是靠载频的随机跳变，躲避干扰，将干扰排斥在接收通道以外来达到抗干扰的目的。跳频相当于瞬时窄带通信系统，不会得到直接序列扩频的处理增益。优点是抗干扰，跳频越高抗干扰的性能越好。

1.3 跳时（TH）

与跳频相似，是使发射信号在时间轴上跳变。跳时也可以看成是一种时分系统，不同的在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益是一帧中所分的时片数。

1.4 脉冲调频

模拟磁带地震记录的一种方式。发信端发出射频脉冲信号，在每一脉冲周期中频率按某种方式变化。在收信端用色散滤波器解调信号，使进入滤波器的宽脉冲前后经过不同时延而同时到达输出端。这种记录方式不受与记录条件有关的幅度畸变的影响，提高了抗干扰能力和信噪比。

1.5 混合扩频

将多种基本扩频方法结合起来，以提高系统综合性能。例如：直扩和跳频的结合（DS/FH），跳频和跳时的结合（FH/TH），等。可兼顾各种性能，又比单一扩频技术的效果要好。

2 扩频技术的特点

与其他通信手段相比，扩频通信占用的信道频带宽得多，具有以下特点：

2.1 信号便于隐蔽和保密

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机友进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确恢复发送的信息。

2.2 抗干扰性能强

抗干扰能力强势扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频道越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，有用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱都被展宽了，从而使得落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。