扩频调制

通信术语

扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。

定义

扩频调制是指所传输的已调信号带宽远大于调制信号带宽，通常我们以扩频信号带宽与调制信号带宽的比作为参考。只有当>100时，才称之为扩频调制。

分类

按结构和调制方式，大体分为以下几类：

（1）直接序列扩频（DS-SS—— Direct-sequence/spread spectrum）并包括CDMA（码分多址）

（2）跳频（FH——Frequency-Hop），并包括慢跳频（SFH）CDMA和快跳频（FFH）系统（3）载波意义上的多址（CSMA）扩频

（4）时跳扩频（TH——Time-Hop）

（5）线性调频（鸟声信号——bird-sound）

（6）混和扩频方式

方式

主要包括直接序列扩频（DS或DS-SS）、跳频扩频（FH）。扩频通信可实现多用户同时共享公用信道来传输信息——此种技术称作码分多址（CDMA）。

从系统构成看，与一般数字调制系统的不同，只是在发送与接收端均增加了一个伪随机码（PN码）发生器与调制解调器，通过接口相连。PN序列的不同的码模式，作为不同接收用户地址码，与发送信码序列以某种方式结合（一般是模2加法），去控制载波参量完成调制（与解调）。在传输信息之前，首先起动PN序列，并构成在有干扰环境下的收发两端PN码同步，即能够使所需接收信息的用户可靠识别其载有信息的PN码。

在传输过程中，信道介入噪声和各种干扰，包括有意干扰。受扰程度的大小主要取决于干扰源类型，如与扩频信号（带有信息）带宽相比拟的宽带干扰或窄带干扰，连续型或脉冲（非连续）干扰等形式。一般地，干扰台多半是在发射信号频带内介入一个或更多的正弦波干扰，它们可能是固定单频或随时间按某种函数规则不断改变频率。例如，在CDMA系统中，其它信道用户串扰可能是宽带或窄带系统，这取决于产生多址所使用的SS信号类型。如果是宽带，则可以由加性高斯白噪声来等效特征。

工作原理

图2-31所示为扩频通信系统的结构图，从图中可以看出，输入数字信号首先经过信息调制（如PSK调制），获得窄带已调信号，然后与高速的伪随机序列（PN码）进行调制，此时输出信号的带宽将远大于传输信息的频谱宽度，因此称此过程为扩频。其后将信号送至上变频（U/C）器中，将其转换成射频信号进行发射。

在接收端，将接收下来的射频信号送至下变频（D/C）器，其输出为中频信号，此信号中夹杂着干扰和噪声信号，此时将此中频信号与和发射端PN码序列相同的本地进行扩频解调，得到窄带信号，当它经过信息解调器之后，将恢复出原数字信号。从图中可以看出，与发射端PN码序列不相同的中频信号或干扰信号仍占据整个扩频频带，这样总有部分频率分量会落到经扩频解调后有用信号所占据的频带之中，因此CDMA移动通信系统是一个自干扰系统。这种干扰称为多址干扰。

抗干扰能力

扩频特性与所使用的编码序列码型及速率有关。人们通常采用伪随机序列PN作为扩频系统的编码序列，这样可以获得近似于噪声的频谱特性，那么在接收端便可利用同步PN码序列的相关性进行相关的解扩处理，只将有用数字信号转换为窄带基带信号，而由于宽带无用信号与本地伪码不相关，因而不能被解扩，仍为宽带信号。但窄带无用信号却被本地伪码扩展成为宽带谱，而且在宽带谱中功率密度变小。总之，无用信号具有宽带谱，而有用信号此刻则呈现窄带谱，这样利用窄带滤波器便可以去除带外干扰，使得带内信号电平高于干扰电平，从而使带内信噪比大大提高，这样系统的抗干扰能力得到提高。如果扩展带宽与信息带宽的比值越大，则系统的抗干扰能力就越强。由此可见，系统抗干扰性能取决于伪随机序列的性质。

主要特点

扩频信号具有隐蔽性。扩频信号的频谱被扩展到很宽的频带内，相对而言，其功率谱密度也随之下降，难以检测，因而扩频信号具有隐蔽性。

扩频信号具有保密性。扩频信号受特定伪随机序列控制，接收者如不能按此伪随机序列的规律进行解扩，就不能恢复出信号中所传的信息，因而扩频信号具有保密性。

扩频信号具有很强的抗干扰能力。

提高系统容量。在扩频系统中，由于使用多个伪随机序列作为不同用户的地址码，这样不同的用户就可以共用一个频段来实现码分多址通信。当码分多址技术运用于蜂窝式移动通信网中时，便可获得比其他多址方式更高一些的通信容量。

系统复杂。由于扩频系统所占用的频段宽，因而增加了系统的复杂程度和同步的难度，而同步是保障通信的前提条件，所以必须采用复杂的同步技术才能保证通信的畅通，这样便进一步增加了系统的复杂性。

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