专题：扩频通信系统相关课题设计

1、扩频通信概述 产生背景及历史回顾 n扩频通信产生的背景扩频通信产生的背景通信中的抗干扰通信中的抗干扰 n通信中的干扰类型通信中的干扰类型 1 1）自然干扰：）自然干扰： 大气噪声大气噪声 热噪声热噪声 多址干扰多址干扰 多径干扰多径干扰 工业干扰工业干扰 其他通信设备的同频干扰等其他通信设备的同频干扰等 2）人为干扰）人为干扰 在军事应用中，敌对的双方为了降低对方的通在军事应用中，敌对的双方为了降低对方的通 信效能而人为释放的强干扰。信效能而人为释放的强干扰。 人为干扰主要有人为干扰主要有: u单频干扰单频干扰, 或称为固频干扰。或称为固频干扰。 这种干扰的干扰这种干扰的干扰 频率频率fJ正好

2、对准对方的通信频率正好对准对方的通信频率fs, 即即 fJ=fs, 形形 成同频干扰。成同频干扰。 u窄带干扰。窄带干扰。 这种干扰的干扰频率这种干扰的干扰频率fJ对准对方的对准对方的 通信频率通信频率fs, 干扰信号的频带很窄干扰信号的频带很窄, 可以与有用可以与有用 信号频带相比拟。信号频带相比拟。 3) 3) 正弦脉冲干扰。这种干扰类似于单频干正弦脉冲干扰。这种干扰类似于单频干 扰扰, , 不同点在于其发送是以脉冲形式发不同点在于其发送是以脉冲形式发 送的送的, , 其峰值功率较强。其峰值功率较强。 4) 4) 跟踪式干扰。由一个频率跟踪系统和干跟踪式干扰。由一个频率跟踪系统和干 扰机组

3、成扰机组成, , 先测定通信频率先测定通信频率, , 然后将干然后将干 扰机干扰信号频率对准通信频率进行干扰机干扰信号频率对准通信频率进行干 扰。扰。 5) 5) 转发式干扰。这种干扰首先把有用信号转发式干扰。这种干扰首先把有用信号 接收下来接收下来, , 再经放大和噪声污染后发送再经放大和噪声污染后发送 出去出去, , 对有用信号实施干扰。对有用信号实施干扰。 6) 6) 宽带阻塞式干扰。这种干扰是在整个信宽带阻塞式干扰。这种干扰是在整个信 号的通信频带内施放很强的干扰信号，号的通信频带内施放很强的干扰信号， 其干扰功率与带宽成正比，使通信一方其干扰功率与带宽成正比，使通信一方 在整个通信频

4、带内都无法保证正常的通在整个通信频带内都无法保证正常的通 信。信。 n干扰与抗干扰技术的发展 通信抗干扰技术 当前采用的抗干扰技术主要有以下几种。当前采用的抗干扰技术主要有以下几种。 n1) 1) 扩展频谱技术扩展频谱技术 扩展频谱技术具有很强的抗干扰能力扩展频谱技术具有很强的抗干扰能力, , 可可 以抗击多种人为干扰以抗击多种人为干扰, , 是发展非常迅速的一种是发展非常迅速的一种 抗干抗干扰技术扰技术。 n2) 2) 开发强方向性的毫米波频段开发强方向性的毫米波频段 在毫米波波段，频段很宽，采用视距传播，在毫米波波段，频段很宽，采用视距传播， 方向性很强，有利于方向性很强，有利于增加抗干扰

5、性能。增加抗干扰性能。 n3) 3) 加密技术加密技术 加密技术用于防止传送的信息被敌方截获、加密技术用于防止传送的信息被敌方截获、 窃听，它在保密通信中是一个重要的技术手段。窃听，它在保密通信中是一个重要的技术手段。 n4) 4) 猝发通信技术猝发通信技术 这种通信方式在通信的时间上有很大的随机这种通信方式在通信的时间上有很大的随机 性，性， 在非常短的时间内，将要发送的信号发送出在非常短的时间内，将要发送的信号发送出 去，其它时间处于静止状态，使干扰机很难捕捉去，其它时间处于静止状态，使干扰机很难捕捉 到这种猝发信号，因此具有很强的抗干扰的能力。到这种猝发信号，因此具有很强的抗干扰的能力。

6、 n5) 5) 天线零相技术天线零相技术 这种技术是将天线方向图的零点对准干扰机这种技术是将天线方向图的零点对准干扰机, , 而将主瓣对准发信机而将主瓣对准发信机, , 这样这样, , 对接收机而言对接收机而言, , 既能既能 接收到有用信号接收到有用信号, , 又可将干扰信号大大地衰减又可将干扰信号大大地衰减, , 从从 而达到抗干扰的目的。而达到抗干扰的目的。 n6) 6) 分集技术分集技术 分集技术包括空间分集、分集技术包括空间分集、 频率分集、频率分集、 角度分角度分 集、集、 极化分集等。极化分集等。 其中扩频通信是其中发展较快应用广泛其中扩频通信是其中发展较快应用广泛 的一种技术。

7、的一种技术。 什么是扩频通信 n发送端将原信号展成带宽为原信号的成百上发送端将原信号展成带宽为原信号的成百上 千倍的低功率谱密度的宽带信号，在接收端千倍的低功率谱密度的宽带信号，在接收端 对接收信号进行解扩，恢复出原来的窄带信对接收信号进行解扩，恢复出原来的窄带信 号。号。 n信号带宽是信息带宽的几百倍至几千倍。信号带宽是信息带宽的几百倍至几千倍。 n发送端扩频，接收端解扩，在做无用功吗？发送端扩频，接收端解扩，在做无用功吗？ 扩频通信的发展经历 n有关扩频通信技术的观点最早是在有关扩频通信技术的观点最早是在1941年由年由 好莱坞女演员海蒂好莱坞女演员海蒂拉玛拉玛(Hedy Lamarr)和

8、钢和钢 琴家琴家乔治乔治安泰尔安泰尔(George Antheil)提出的，提出的， 并申请了美国专利并申请了美国专利#2.292.387。不过，当时。不过，当时 该技术并没有引起美国军方的重视。该技术并没有引起美国军方的重视。 Hedy Lamarr n1949年美国的国家电话电报公司的子公司的联年美国的国家电话电报公司的子公司的联 邦电信实验室，邦电信实验室，Derosa和和Rogoff提出设想并生提出设想并生 成出伪噪声信号和相干检测的通信系统，成功成出伪噪声信号和相干检测的通信系统，成功 地工作在地工作在New Jersey和和California之间的通信线之间的通信线 路上。路上。

9、 n1950年年Basore首先提出把这种扩频系统称作首先提出把这种扩频系统称作 NOMACS（Noise Modulation and Correlation Detection System）这个名称被使用相当长的时）这个名称被使用相当长的时 间。间。 n1 9 5 2 年 由 林 肯 实 验 室 研 制 出年 由 林 肯 实 验 室 研 制 出 P 9 D 型型 NOMACS 系统，并进行了试验。系统，并进行了试验。 n1955年生产成功并通过了测试。之后，美国年生产成功并通过了测试。之后，美国 海军和空军开始验证各自的扩频系统，空军海军和空军开始验证各自的扩频系统，空军 使用名称为使用

10、名称为“Phatom”（鬼怪，幻影）和（鬼怪，幻影）和 “Hush-Up”（遮掩），海军使用名称为（遮掩），海军使用名称为 “Blades”（浆叶），美国海军采用跳频扩（浆叶），美国海军采用跳频扩 频方案。频方案。 n1976年第一部扩频通信的概述性专著：年第一部扩频通信的概述性专著：Spread Spectrum Systems发表。发表。 n1978年在日本举行的国际无线通信咨询委员会年在日本举行的国际无线通信咨询委员会 (CCIR)全会对扩频通信进行专门研究。全会对扩频通信进行专门研究。 n1982年美国第一次军事通信会议展示了扩频年美国第一次军事通信会议展示了扩频 通信在军事通信中的主

11、导作用，报告了扩频通信在军事通信中的主导作用，报告了扩频 通信在军事通信各领域的应用，并开始民用通信在军事通信各领域的应用，并开始民用 扩频通信的调查。扩频通信的调查。 n同年第一部扩频通信的理论性专著同年第一部扩频通信的理论性专著Coherent Spread Spectrum 问世。问世。 n1985年之后民用扩频通信系统发展。年之后民用扩频通信系统发展。 最近的二十几年扩频技术的应用：最近的二十几年扩频技术的应用： nGPS n卫星通信系统卫星通信系统 nCDMA 扩频通信的理论基础 n香农（香农（Shannon）公式）公式 信道容量是信道在无差错传输下所能达到的最信道容量是信道在无差错

12、传输下所能达到的最 大传输速率。大传输速率。 信道容量具有如下的意义：信道容量具有如下的意义： 当传输速率不大于信道容量时，总可以找到一当传输速率不大于信道容量时，总可以找到一 种方法，实现无差错的传输。种方法，实现无差错的传输。 但如果想要达到的传输速率大于信道容量，则但如果想要达到的传输速率大于信道容量，则 无论用什么方法，都不可能实现无差错传输。无论用什么方法，都不可能实现无差错传输。 nShannon公式给出了公式给出了信道容量信道容量与带宽和信噪比之间与带宽和信噪比之间 的关系。的关系。 扩频通信的理论依据 C WLog2(1+S/N) C1.44(S/N)W 这说明在一定的信道容量

13、条件下这说明在一定的信道容量条件下, 可通可通 过增加信号带宽来减小发送信号功率过增加信号带宽来减小发送信号功率, 也可也可 通过增加发送信号功率来减小信号带宽。通过增加发送信号功率来减小信号带宽。 也就是说也就是说, 在信道容量不变的条件下在信道容量不变的条件下, 信号信号 功率和信号带宽可以互换。功率和信号带宽可以互换。 n例例 1 某一系统的信号带宽为某一系统的信号带宽为8 kHz, 信噪信噪 比为比为7, 求信道容量求信道容量C。 在在C不变的情况下不变的情况下, 信号带宽分别增加一倍和减小一半信号带宽分别增加一倍和减小一半, 求此求此 信号功率的相对变化为多少？信号功率的相对变化为多

14、少？ n例例2.信噪比为信噪比为S/N=-20dB，求带宽至少为，求带宽至少为 多少时，信道容量可以达到多少时，信道容量可以达到3kb/s. n这道题的结论说明使用增大信号带宽的这道题的结论说明使用增大信号带宽的 方法，即使在信号功率远远小于噪声功方法，即使在信号功率远远小于噪声功 率的情况下，也完全可以实现无差错的率的情况下，也完全可以实现无差错的 传输。传输。 扩频通信系统的分类 n1.直接序列扩频（直接序列扩频（direct sequence spread spectrum, DSSS） n2.跳频扩频（跳频扩频（frequency hopping spread spectrum, FH

15、SS） n3.跳时扩频（跳时扩频（ time hopping spread spectrum, THSS ） n4.混合扩频混合扩频 扩频通信系统的基本结构与抗 干扰原理 扩展频谱通信系统模型 扩频系统的抗干扰原理 Low Power Density NOISE SIGNAL DS RECEIVER NOISE SIGNAL Interference Rejection DS RECEIVER SIGNAL INTERFERENCE NOISE NOISE SIGNAL INTERFERENCE 扩频信号并不能扩展噪声的频谱 可以扩展干扰的频谱 香农指出：在高斯噪声的干扰下，在香农指出：在高斯

16、噪声的干扰下，在 限平均功率的信道上，实现有效和可靠通限平均功率的信道上，实现有效和可靠通 信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信 号。号。 伪随机编码基本定理伪随机编码基本定理 工程上常用二元工程上常用二元0,10,1序列表示伪随机码序列表示伪随机码 1 1 每一周期每一周期0 0和和1 1出现的次数近似相等；出现的次数近似相等； 2 2 每一周期内，长度为每一周期内，长度为n n比特游程出现的比特游程出现的 次数比次数比n+1n+1比特游程次数多比特游程次数多1 1倍；倍； 3 3 序列具有双值自相关函数：序列具有双值自相关函数： 11 01 )( p p

17、 kk 当 当 作为扩频函数的伪随机信号，应具有下作为扩频函数的伪随机信号，应具有下 列特点：列特点： 1 1 伪随机信号必须具有尖锐的自相关函伪随机信号必须具有尖锐的自相关函 数，应接近于数，应接近于0 0； 2 2 有足够长的码周期，以确保抗侦破，有足够长的码周期，以确保抗侦破， 抗干扰的要求；抗干扰的要求； 3 3 有足够多的独立地址数，以实现码分有足够多的独立地址数，以实现码分 多址要求；多址要求； 4 4 工程上易于产生，复制和控制。工程上易于产生，复制和控制。 伪随机码分类及构造原理 几个基本定义几个基本定义 1, 1, 伪随机码：二元域伪随机码：二元域0,10,1或或-1,1 -

18、1,1 有一有一 定周期的码序列；定周期的码序列； 2, 2, 相关函数：相关函数： 正交。和则若yxjR xx p jR yx p jR xy p i jiix p i jiixy ,0)( 1 )( 1 )( 1 1 3, 3, 自相关函数：自相关函数：A A是对应码元相同数目；是对应码元相同数目； D D是对应码元不同数目。是对应码元不同数目。 4, 4, 狭义伪随机码狭义伪随机码 二元域1 , 1)( p DA DA DA jRx 0 11 )(mod01 1 )( 1 1 2 j p xx p pjx p jR p i jii p i i x 例： x=-1,1,1,1,1,-1,1

19、,-1,1,1,-1,-1,x=-1,1,1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1,-1, 1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1 1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1 可验证其自相关函数为：可验证其自相关函数为： 221 23 1 01 )( j j jR an m序列 m m序列的定义序列的定义 1, f(x)=c1, f(x)=c0 0+c+c1 1x +cx +c2 2x x2 2 + + +c +cn nx xn n 和和n n级线性反馈移位寄存器的关系级线性反馈移位寄存器的关系 Dn-1Dn-2D0 + c0c1c2Cn-1Cn 2, m 2,

20、 m序列：序列：n n级最大周期线性移位寄存器级最大周期线性移位寄存器 序列，序列，aan n 的周期为的周期为2 2n n-1-1。 3, m3, m序列必须对应不可约多项式，但不序列必须对应不可约多项式，但不 可约多项式不一定产生可约多项式不一定产生m m序列。序列。 4, 4, 产生产生m m序列的连接多项式必须是本原序列的连接多项式必须是本原 多项式。多项式。 m m序列的性质序列的性质 1 1，每一周期，每一周期p=2p=2n n-1-1内，内，0 0出现出现2 2n-1 n-1-1 -1次，次， 1 1出现出现2 2n-1 n-1次； 次； 2 2，对，对n2,kn2,k n-2,

21、n-2,长为长为k k的游程占游程总数的的游程占游程总数的 1/21/2k k； 3 3，m m序列序列aak k 与其他位移序列与其他位移序列aak-t k-t 的模 的模2 2和和 仍是仍是m m序列的另一位以序列序列的另一位以序列aak-t k-t a ak k+a+ak-t k-t=a =ak-t k-t m m序列的自相关函数序列的自相关函数 0 1 01 )( p R 当 m m序列的产生序列的产生 1 1，根据不可约多项式表，查找本原多项，根据不可约多项式表，查找本原多项 式，式，E,F,G,HE,F,G,H表示该数码对应的多项式为本表示该数码对应的多项式为本 元多项式。每一位代

22、表三位元多项式。每一位代表三位2 2进数。进数。 2 2，根据本原多项式构造出，根据本原多项式构造出m m序列移位寄存序列移位寄存 器（逻辑图）。器（逻辑图）。 例 n=5,p=25-1=31 (1) 75G,对应二进数对应二进数111，101 f(x)= x5+x4+x3+x2+1 其逻辑图如图所示其逻辑图如图所示 X1X2X3X4X5 + (2) 45E 对应二进数对应二进数100，101 f(x)=x5+x2+1 其他的伪随机码有：其他的伪随机码有： n截断截断m m序列序列 nGold(Gold(格尔德格尔德) )序列序列 nWalsh(Walsh(沃尔什沃尔什) )序列序列 nM M

23、序列序列 扩频通信的基本性能参数 n1.处理增益处理增益(Process Gain)（又称扩频增益）（又称扩频增益） 定义：接收机解扩器的输出信噪比定义：接收机解扩器的输出信噪比(S/N)out与与 接收机的输入信号信噪比接收机的输入信号信噪比(S/N)in的比值。的比值。 意义：经扩频接收机处理后，使有用信号增意义：经扩频接收机处理后，使有用信号增 强的同时抑制输入到接收机的噪声和干扰能强的同时抑制输入到接收机的噪声和干扰能 力的大小。力的大小。 处理增益的计算处理增益的计算 它定义为频谱扩展后的信息带宽与频带它定义为频谱扩展后的信息带宽与频带 扩展前的信号带宽之比。扩展前的信号带宽之比。

24、n例例3.有一个扩频通信系统，扩频后带宽为有一个扩频通信系统，扩频后带宽为 20MHz，原始信号带宽为，原始信号带宽为20KHz，求系统，求系统 的处理增益。的处理增益。 n2.干扰容限干扰容限 意义：一个扩频系统要正常工作时解扩器的意义：一个扩频系统要正常工作时解扩器的 输入端噪声功率与信号功率的比值不能超过输入端噪声功率与信号功率的比值不能超过 的值。的值。 )( outsyspj N S LGM n例例4.一个扩频系统的处理增益是一个扩频系统的处理增益是30dB，系统，系统 的解调器要求其输入信噪比最小为的解调器要求其输入信噪比最小为10dB，而，而 系统损耗为系统损耗为4dB，求系统的

25、干扰容限。，求系统的干扰容限。 n在实际工程应用中，扩频接收机的相关解扩和解在实际工程应用中，扩频接收机的相关解扩和解 调器都达不到理想的线性要求，其非线性及码元调器都达不到理想的线性要求，其非线性及码元 跟踪误差将导致信噪比损失。因此，实际工作中跟踪误差将导致信噪比损失。因此，实际工作中 扩频接收机实际上容许的干扰与信号功率的比值扩频接收机实际上容许的干扰与信号功率的比值 比干扰容限还要低。比干扰容限还要低。 n实际允许的输入干扰电平称为实际允许的输入干扰电平称为“干扰门限干扰门限” n在设计扩频接收机时，通常要留出至少在设计扩频接收机时，通常要留出至少1dB余量。余量。 dB1)( 测量值

26、设计值outjsysp N S MLG 直接序列扩频 直扩系统组成框图(a) 发射 (b) 接收 发射端发射端 经过信道发送到接收端：经过信道发送到接收端： )2cos()()()( 00 tftctdts 2)()()()( 11 itstntstr ii 直扩系统各点的波形 对于各种干扰信号，如对于各种干扰信号，如 它们与本地伪码均不相关，相关处理后干扰信号它们与本地伪码均不相关，相关处理后干扰信号 能量被扩展到整个扩频带宽内，通过基带滤波器能量被扩展到整个扩频带宽内，通过基带滤波器 输出很小。输出很小。 n宽频干扰宽频干扰 n部分频带干扰部分频带干扰 n单频单频 n多频载波多频载波 )(

27、)( ii tstn， 直扩测距定时系统直扩测距定时系统 n直扩系统的发展是从测距开始的。电磁波传播速度直扩系统的发展是从测距开始的。电磁波传播速度 固定的，测定了电波传播的时间，也就测定了距离。固定的，测定了电波传播的时间，也就测定了距离。 n对于直扩信号，当采用一个较长周期的对于直扩信号，当采用一个较长周期的PNPN码序列作码序列作 为发射信号、用它于目的地反射回来或转发回来的为发射信号、用它于目的地反射回来或转发回来的 PNPN码序列的相位进行比较，计算出其时间差，也就码序列的相位进行比较，计算出其时间差，也就 能换算出发射机与目的地之间的距离。不难把码片能换算出发射机与目的地之间的距离

28、。不难把码片 选得很窄，即码的钟速率很高，则可以高精度的测选得很窄，即码的钟速率很高，则可以高精度的测 距与定时，基本的分辨率即一个码片。有了精确的距与定时，基本的分辨率即一个码片。有了精确的 测距的定时系统，不难形成一个精确的定位系统。测距的定时系统，不难形成一个精确的定位系统。 直扩系统的同步直扩系统的同步 n一个相干扩频数字通信系统，接收端与发一个相干扩频数字通信系统，接收端与发 送端必须实现信息码元同步、送端必须实现信息码元同步、PNPN码码元和码码元和 序列同步和射频载频同步。只有实现了这序列同步和射频载频同步。只有实现了这 些同步，直扩系统才能正常的工作。些同步，直扩系统才能正常的

29、工作。 n同步系统的作用就是要实现本地产生的同步系统的作用就是要实现本地产生的PNPN 码与接收到的信号中的码与接收到的信号中的PNPN码同步，即频率码同步，即频率 上相同，相位上一致。同步过程一般说来上相同，相位上一致。同步过程一般说来 包含两个阶段：包含两个阶段： n1) 1) 接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号，接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号， 因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和因此，需要有一个搜捕过程，即在一定的频率和 时间范围内搜索和捕获用信号。这一阶段也称为时间范围内搜索和捕获用信号。这一阶段也称为 起始同步或粗同步，也就是要把对方发来的信号起始同步或粗同步

30、，也就是要把对方发来的信号 与本地信号在相位之差纳入同步保持范围内，即与本地信号在相位之差纳入同步保持范围内，即 在在PNPN码一个时片内。码一个时片内。 n(2) (2) 一旦完成这一阶段后，则进入跟踪过程，即一旦完成这一阶段后，则进入跟踪过程，即 继续保持同步，不因外界影响而失去同步。也就继续保持同步，不因外界影响而失去同步。也就 是说，无论由于何种因素两端的频率和相位发生是说，无论由于何种因素两端的频率和相位发生 偏移，同步系统能加以调整，使收发信号仍然保偏移，同步系统能加以调整，使收发信号仍然保 持同步。持同步。 直扩系统的特点和用途直扩系统的特点和用途 n(1)具有较强的抗干扰能力。

31、具有较强的抗干扰能力。 n(2)具有很强的隐蔽性和抗侦察、抗窃听、抗具有很强的隐蔽性和抗侦察、抗窃听、抗 测向的能力。测向的能力。 n(3)具有选址能力，可实现码分多址。具有选址能力，可实现码分多址。 n(4)抗衰落，特别是抗频率选择性能好。抗衰落，特别是抗频率选择性能好。 n(5)抗多径干扰。抗多径干扰。 跳频扩频（FH-SS） n“多频、选码、频移键控多频、选码、频移键控” n伪随机序列伪随机序列跳频指令跳频指令 nFSKFSK：2 2个载频；跳频扩频：多个载频个载频；跳频扩频：多个载频 跳频扩频系统方框图 1, 3 , 2 , 1 )cos()()( 0 Nn tntdts n 跳频扩频

32、示意图 瞬间窄带系统瞬间窄带系统 n跳频系统的扩频增益跳频系统的扩频增益GFH=N; n例：可供选择的跳频数例：可供选择的跳频数N=1000；则；则 GFH=30dB n跳频系统可以看成是载频受伪随机码控制，按一定跳频系统可以看成是载频受伪随机码控制，按一定 规律变化的多频频移键控。规律变化的多频频移键控。 n可供随机选取的载波频率通常是几千可供随机选取的载波频率通常是几千几万个离散的几万个离散的 频率。频率。 n控制频率跳变的伪随机码的速率没有直扩系统中的控制频率跳变的伪随机码的速率没有直扩系统中的 伪随机码的速率高，一般为几十伪随机码的速率高，一般为几十b/s几几kb/s。伪随机。伪随机

33、码的速率也称为跳频系统的跳速。码的速率也称为跳频系统的跳速。 慢跳频系统跳频图案 快跳频系统跳频图案 抗干扰方式 n跳频系统以躲避干扰的方式抗干扰，可跳频系统以躲避干扰的方式抗干扰，可 以认为是一种主动式抗干扰方式。以认为是一种主动式抗干扰方式。 n而直扩系统用把干扰功率分散的方法来而直扩系统用把干扰功率分散的方法来 降低干扰功率，提高解调器的输入信干降低干扰功率，提高解调器的输入信干 比，以此来达到抗干扰的目的，故可以比，以此来达到抗干扰的目的，故可以 认为是一种被动式的抗干扰方式。认为是一种被动式的抗干扰方式。 n跳频带宽的范围，与抗宽带干扰的能力跳频带宽的范围，与抗宽带干扰的能力 有关。

34、有关。 n跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频跳频频率的数目，与抗单频干扰及多频 干扰的能力有关干扰的能力有关 。 n跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次跳频的速率，是指每秒钟频率跳变的次 数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。数，它与抗跟踪式干扰的能力有关。 n跳频码的长度，它将决定跳频图案延续跳频码的长度，它将决定跳频图案延续 时间的长度，与抗截获破译的能力有关。时间的长度，与抗截获破译的能力有关。 跳频系统的主要特点 n(1)具有较强的抗干扰能力。跳频系统采用躲避具有较强的抗干扰能力。跳频系统采用躲避 干扰的方法来抗干扰，只有当干扰信号频率与干扰的方法来抗干扰，只有当干扰信号频率与 跳频信号频率相

35、同时，才能形成干扰，因而抗跳频信号频率相同时，才能形成干扰，因而抗 干扰能力较强。跳频频率数干扰能力较强。跳频频率数N越大，跳频速率越大，跳频速率 越高，抗干扰性能越强。越高，抗干扰性能越强。 n(2)易于组网，实现码分多址，频谱利用率高。易于组网，实现码分多址，频谱利用率高。 不同的码，可以得到不同的跳频图案，从而组不同的码，可以得到不同的跳频图案，从而组 成不同的网，频谱利用率比直扩系统略高。成不同的网，频谱利用率比直扩系统略高。 n(3)易兼容。目前所有的跳频电台兼容性都很强，易兼容。目前所有的跳频电台兼容性都很强， 可在多种模式下工作，如定频和跳频、数字和可在多种模式下工作，如定频和跳

36、频、数字和 模拟、话音和数据等。模拟、话音和数据等。 n(4)解决了解决了“远远近近”问题。问题。“远远近近”问题对问题对 直扩系统的影响很大，对跳频系统来说，这种直扩系统的影响很大，对跳频系统来说，这种 影响就小得多，甚至可以完全克服。影响就小得多，甚至可以完全克服。 n(5)伪随机码速率比直扩系统的低得多，同步要伪随机码速率比直扩系统的低得多，同步要 求比直扩系统的低，因而时间短、入网快。求比直扩系统的低，因而时间短、入网快。 n跳频系统的主要用途跳频系统的主要用途 目前，跳频系统主要用于军事通信，目前，跳频系统主要用于军事通信， 如战术跳频电台、抗干扰等，但也正在如战术跳频电台、抗干扰等

37、，但也正在 迅速地向民用通信渗透，如移动通信、迅速地向民用通信渗透，如移动通信、 数据传输、计算机无线数据传输、无线数据传输、计算机无线数据传输、无线 局域网等。局域网等。 FH与DS的比较 n(1)抗固频干扰。在抗强的固频干扰信号时，跳抗固频干扰。在抗强的固频干扰信号时，跳 频优于直扩。这是因为直扩系统虽然具有一定频优于直扩。这是因为直扩系统虽然具有一定 的处理增益，但对超过干扰容限的干扰就无能的处理增益，但对超过干扰容限的干扰就无能 为力了；而跳频系统是采用躲避的方法抗干扰。为力了；而跳频系统是采用躲避的方法抗干扰。 n(2)抗衰落，特别是抗选择性衰落时直扩优于跳抗衰落，特别是抗选择性衰落

38、时直扩优于跳 频，这是由于直扩系统的射频带宽很宽，小部频，这是由于直扩系统的射频带宽很宽，小部 分频谱衰落不会使信号产生严重畸变，而跳频分频谱衰落不会使信号产生严重畸变，而跳频 系统将导致部分频率受到影响。系统将导致部分频率受到影响。 n(3)抗多径。由于直扩系统要用伪随机码的相关抗多径。由于直扩系统要用伪随机码的相关 接收，只要多径时延大于一个伪随机码的切普接收，只要多径时延大于一个伪随机码的切普 宽度，这种多径不会对直扩系统形成干扰；而宽度，这种多径不会对直扩系统形成干扰；而 跳频系统由于没有像直扩系统那样的保护措施，跳频系统由于没有像直扩系统那样的保护措施， 因而对多径无能为力。因而对多

39、径无能为力。 n(4)“远远近近”效应。效应。“远远近近”效应对直扩系效应对直扩系 统影响很大，而对跳频系统的影响就小得多。统影响很大，而对跳频系统的影响就小得多。 n(5)同步。由于直扩系统的伪随机码速率比跳频的同步。由于直扩系统的伪随机码速率比跳频的 伪随机码速率要高得多，因此直扩系统的同步精伪随机码速率要高得多，因此直扩系统的同步精 度要求高，因而同步时间也长，入网慢。直扩同度要求高，因而同步时间也长，入网慢。直扩同 步时间一般在秒级，而跳频可以在毫秒级完成，步时间一般在秒级，而跳频可以在毫秒级完成， 因此在同步方面，跳频优于直扩。因此在同步方面，跳频优于直扩。 n(6)信号处理。直扩系

40、统一般采用相干检测，而信号处理。直扩系统一般采用相干检测，而 跳频系统由于频率不断变化，频率的跳变需要跳频系统由于频率不断变化，频率的跳变需要 一定的时间，因而多采用非相干检测。因此从一定的时间，因而多采用非相干检测。因此从 性能上看，直扩系统性能优于跳频；但从实现性能上看，直扩系统性能优于跳频；但从实现 来看，相干检测需要恢复载波，必然增加系统来看，相干检测需要恢复载波，必然增加系统 的复杂程度，恢复载波的频率和相位的偏差，的复杂程度，恢复载波的频率和相位的偏差， 又会降低系统性能，在一些对设备要求严格的又会降低系统性能，在一些对设备要求严格的 场合，如移动通信等，就难以满足要求。场合，如移

41、动通信等，就难以满足要求。 n(7)通信安全保密。直扩信号谱密度低，信号淹通信安全保密。直扩信号谱密度低，信号淹 没在噪声之中，可防窃听、防测向，是不可见没在噪声之中，可防窃听、防测向，是不可见 的。而跳频系统虽然在很宽的频带上跳变，但的。而跳频系统虽然在很宽的频带上跳变，但 其瞬时功率谱是较大的，是可见的，因而性能其瞬时功率谱是较大的，是可见的，因而性能 不如直扩的。不如直扩的。 n(8)组网能力。跳频的组网能力较直扩的强，频组网能力。跳频的组网能力较直扩的强，频 谱利用率也较直扩的高。谱利用率也较直扩的高。 n(9)兼容。兼容是现代通信必须考虑的问题，而兼容。兼容是现代通信必须考虑的问题，

42、而 且是对系统提出的一个重要的性能指标，在这且是对系统提出的一个重要的性能指标，在这 个问题上，跳频比直扩更为灵活。个问题上，跳频比直扩更为灵活。 n(10)语言可懂度。跳频在频率转换时需调谐时间，语言可懂度。跳频在频率转换时需调谐时间， 不能传输信息。在相同的信息速率情况下，直不能传输信息。在相同的信息速率情况下，直 扩优于跳频。扩优于跳频。 跳时扩频（THSS） 跳时系统方框图 跳时示意图 t 跳时信号波形 扩频增益等于信码划分时隙或占空比倒数扩频增益等于信码划分时隙或占空比倒数 n跳时系统的缺点：跳时系统的缺点： 1.抗干扰能力不强，不能躲避连续发射的干扰。抗干扰能力不强，不能躲避连续发

43、射的干扰。 2.当同一信道内有多个跳时系统工作时，容易引起当同一信道内有多个跳时系统工作时，容易引起 相互干扰，增加了设计扩频码的难度。相互干扰，增加了设计扩频码的难度。 3.发送端和接收和接收端必须严格同步。发送端和接收和接收端必须严格同步。 跳时系统很少单独使用，通常都是与其他的跳时系统很少单独使用，通常都是与其他的 扩频方式联合使用，组成混合扩频系统。扩频方式联合使用，组成混合扩频系统。 混合扩频 前述的每一种扩频系统都有各自的优前述的每一种扩频系统都有各自的优 缺点，将两种以上的扩频系统组合在一起缺点，将两种以上的扩频系统组合在一起 构成混合扩频系统则有可能得到只用其中构成混合扩频系统

44、则有可能得到只用其中 一种方式得不到的特性。常见的混合扩频一种方式得不到的特性。常见的混合扩频 系统有：系统有： n直接序列直接序列-跳频混合扩频（跳频混合扩频（DS/FH）系统）系统 n直接序列直接序列-跳时混合扩频（跳时混合扩频（DS/TH）系统）系统 n跳频跳频-跳时混合扩频（跳时混合扩频（FH/TH）系统等）系统等 直接序列-跳频混合扩频（DS/FH） 直接序列直接序列-跳频混合扩频系统可以看成是一个载波跳频混合扩频系统可以看成是一个载波 频率作随机跳变的直接序列扩频系统，通信隐蔽性更频率作随机跳变的直接序列扩频系统，通信隐蔽性更 好。好。 高 放混 频解 扩解 调调 制 频 合 PN码 信 源扩 频 PN码频 合 PN码 同 步 PN码 DS/FH示意图示意图 nDS/FH系统就是一种中心频率在某一频带内系统就是一种中心频率在某一频带内 跳变的直接序列扩频系统。一个跳变的直接序列扩频系统。一个DS扩频信扩频信 号在一个更宽的频带范围内进行跳变。号在一个更宽的频带范围内进行跳变。 nDS/FH系统的系统的处理增益为处理增益为DS和和FH处理增益处理增益 的乘积的乘积。采用。采用DS/FH比单独采用比单独采用DS或或FH能能 够获得更宽的频谱扩展和更大的处理增益。够获得更宽的频谱扩展和更