河南理工大学课程设计
《扩频通信》 课程考查报告任务书
班级：通信0901 姓名： 学号：
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第一部分：课程内容总结
一、扩频通信的基本概念
扩频通信的含义：
扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)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。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。扩频技术最大的特点是利用宽频带来传输信号。由于扩频系统具有许多优点，如抗干扰能力强、截获概率低和保密性强以及良好的码分多址通信能力，所以扩频技术已被广泛应用。 其特点：
1信号的频谱被展宽 ○
2采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 ○
3在接收端用相关解调(或相干解调)来解扩? ○
二、扩频通信的技术基础
1、扩频通信的理论基础： 1香农公式的隐含意义 ○
香农(Shannon)在其信息论中得出了带宽与信噪比互换的关系式，即香农公式：
?S?C?Blb ?1+??N?式中，C为信道容量，意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量，其单位为b/s；B为信号频带宽度，单位为Hz；S为信号功率，单位为W；N为噪声功率，单位为W；S/N为输入功率与噪声功率之比，称为信噪功率比，简称信噪比。香农公式的原意是说，在给定信号功率S和噪声功率N的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于C的信息传输速率来传送信息。这个公式还暗示，在保持信息传输速率不变的条件下，可以用不同频带宽度B和信噪比来传输信息，换言之，频带B和信噪比是可以互换的。也就是说，如果增加信号频带宽度，就可以在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传
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输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，即在S/N<1，或10lb(S/N)<0dB时，只要相应地增加信号带宽，也能进行可靠的通信。上述分析表明，采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。 2潜在抗干扰理论 ○
柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信息传输差错概率的公式：
此式指出，差错概率Pe是信号能量E与噪声功率谱密度n0之比的函数。设信息持续时间为T，或数字信息的码元宽度为T，则信息带宽Bm为：
信号功率S为：S ??E?Pe?f???n0?已调(或已扩频)信号的带宽为B，则噪声功率为：N=nB 0
ETBm?1T所以可得：P≈f(ST /N ?B)=f(S/N ?B/B)
e
m
此式指出，差错概率Pe是输入信号与噪声功率之比（S/N）和信号带宽与信息带宽之比（B/Bm）二?者乘积的函数，信噪比与带宽是可以互换的。同时表明，用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处。 2、编码系统与非编码系统的带宽与信噪比的互换： 1理想带通系统的带宽与信噪比的互换 ○
理想带通系统是一个编码系统，而编码系统的带宽与信噪比的互换要比非编码系统的优越，因为编码系统的带宽可以比非编码系统的带宽宽得多。
理想带通系统的原理框图
○2非编码系统的带宽与信噪比的互换
一般调制系统可分为编码系统和非编码系统两大类。所谓非编码系统，是指消息空间的某一个符号，可以变换为调制信号空间的一个特定符号的系统。调幅系统和调频系统均属于非编码系统。调幅系统不存在带宽与信噪比的互换，调频系统
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存在带宽与信噪比的互换，但调频系统不是扩频系统，它不是用相关检测的方法完成信号的恢复。
3、扩频系统的处理增益和干扰容限：
处理增益：在扩频系统中，传输信号在扩频和解扩的处理过程中，扩频系统的抗
干扰性能得到提高，这种扩频处理得到的好处，就称之为扩频系统的处理增益。其义为接收相关处理器输出与输入信噪比的比值，即输出信噪比与输入信噪比的比值，一般用分贝表示，为
干扰容限：所谓干扰容限，是指在保证系统正常工作的条件下，接收机能够承受的干扰信号比有用信号高出的分贝数，用MJ表示，有
式中，Ls为系统内部损耗；(S/N)o为系统正常工作时要求的最小输出信噪比，即相关器的输出信噪比或解调器的输入信噪比；GP为系统的处理增益。 干扰容限直接反映了扩频系统接收机可能抵抗的极限干扰强度，即只有当干扰机的干扰功率超过干扰容限后，才能对扩频系统形成干扰。因而，干扰容限往往比处理增益能更确切地反映系统的抗干扰能力。
三、扩频通信的工作原理
1、在扩频通信中，最常用的是周期性矩形脉冲序列
图(a)为一周期性脉冲序列g(t)的波形及其频谱函数A(f)。图中E为脉冲的幅度，τ0为脉冲宽度，T0为脉冲的重复周期，并设T0=5τ0 。根据傅里叶变换，其频谱分布为一系列离散谱线，由基波频率f0(f0＝1/T0)及2f0、3f0……等高次谐波所组成。随着谐波频率的升高，幅度逐渐减小。对于棱角分明的波形，在理论上包含有无限多的频谱成分。简单说来，时间有限的波形，在频谱上是无限的；相反，频谱有限的信号，在时间上也是无限的。但一般说来，信号的能量主要集中在频谱的主瓣内，即频率从0到A(f)的第一个零点的频变为止的宽度内，常 称为信号的频带宽度，记作B(或Bf0)，如图(a)的频带宽度Bf0为
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图(c)中，脉冲宽度(τ1)缩窄一半，即τ1＝τ0/2，而脉冲重复周期同图 (a)相同，仍为T0。根据上述，脉冲信号的谱线间隔取决于脉冲序列的周期，因此图(c)的谱线间隔仍为1/T0=f0，而脉冲信号的谱线带宽取决于脉冲信号宽度，此时带宽为图(a)的2倍，即
由图(c)可见，频谱线间隔不变，但信号的频带宽度增加1倍。此外，由图还可以看出，无论是脉冲重复周期的增大还是脉冲宽度的减小，频谱函数的幅度都降低了。
周期性矩形脉冲序列波形及其频谱
其中两个重要的结论：
其一是，为了扩展信号的频谱，可以采用窄的脉冲序列去调制某一载波。 其二是，如果信号的总能量不变，则频谱的展宽势必使各谱成分的幅度下降，换句话说，使信号的功率谱密度降低。