什么是扩频通信

1、( )( )o w jWP WPfT PfNN F 什么是扩频通信什么是扩频通信第一页，共31页。单元单元8 8 CDMACDMA系统的基本原理系统的基本原理 模块三模块三 第二代移动通信系统第二代移动通信系统CDMA IS-95CDMA IS-95系统系统 内容内容1：扩频通信的基本原理扩频通信的基本原理内容内容2：扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础内容内容3：扩频通信的特点扩频通信的特点内容内容4：CDMA码分多址技术码分多址技术第二页，共31页。教学单元引入教学单元引入 CDMA移动通信系统问世以来，一方面受到许多移动通信系统问世以来，一方面受到许多人的支持和赞扬，目前，人的支持和赞扬

2、，目前，CDMA移动通信系统的发展移动通信系统的发展非常迅速，其优势明显已成为人们的共识，并成为第非常迅速，其优势明显已成为人们的共识，并成为第三代蜂窝系统的首选技术。要明白三代蜂窝系统的首选技术。要明白CDMA移动通信系移动通信系统的优势，首先要从掌握统的优势，首先要从掌握CDMA码分多址的基本原理码分多址的基本原理开始学习，并明白为什么开始学习，并明白为什么CDMA只能由扩频技术来实只能由扩频技术来实现。现。第三页，共31页。学习目标学习目标掌握扩频通信工作原理及特点；掌握扩频通信工作原理及特点；能结合扩频通信原理分析为什么扩频通信具有隐蔽性能结合扩频通信原理分析为什么扩频通信具有隐蔽性好

3、、频谱利用率高、抗干扰性强、误码率低等优势；好、频谱利用率高、抗干扰性强、误码率低等优势；理解关于信息容量的香农公式所揭示的本质内容。理解关于信息容量的香农公式所揭示的本质内容。分析分析CDMACDMA码分多址技术的基本原理，并讨论码分多址技术的基本原理，并讨论CDMACDMA如何如何利用扩频通信来实现码分多址技术的。利用扩频通信来实现码分多址技术的。 第四页，共31页。重点与难点重点与难点重点：重点：理解扩频通信的基本原理；理解扩频通信的基本原理；难点难点：信息容量的香农公式所揭示的本质内信息容量的香农公式所揭示的本质内容。容。第五页，共31页。6本单元主要内容本单元主要内容扩频通信的理论基

4、础扩频通信的理论基础扩频通信的原理扩频通信的原理 扩频通信的特点扩频通信的特点 CDMA码分多址技术码分多址技术第六页，共31页。1、什么是扩频通信、什么是扩频通信? 扩展频谱通信扩展频谱通信,是一种是一种把信息的频谱展宽把信息的频谱展宽之后再进行传输之后再进行传输的技术，是利用扩频码发生器产生的技术，是利用扩频码发生器产生扩频序列去调制数字信号扩频序列去调制数字信号以以展宽信号的频谱的技术。频谱的展宽是通过使待传送的信息数展宽信号的频谱的技术。频谱的展宽是通过使待传送的信息数据被数据传输速率高许多倍的伪随机码序列的调制来实现的，据被数据传输速率高许多倍的伪随机码序列的调制来实现的，与所传信息

5、数据无关。在接收端则采用相同的扩频码进行相关与所传信息数据无关。在接收端则采用相同的扩频码进行相关同步接收、解扩，将宽带信号恢复成原来的窄带信号，从而获同步接收、解扩，将宽带信号恢复成原来的窄带信号，从而获得原有数据信息。得原有数据信息。第七页，共31页。扩频通信的三层含义扩频通信的三层含义 1) 信号的频谱被展宽；信号的频谱被展宽； 2) 采用扩频序列调制的方式来展宽信号频谱；采用扩频序列调制的方式来展宽信号频谱； 3）在接收端用相关解调来解扩。）在接收端用相关解调来解扩。第八页，共31页。含义含义1：信号频谱被展宽：信号频谱被展宽传输任何信息都需要一定的频带传输任何信息都需要一定的频带,称

6、为信息带宽或基带信号频带称为信息带宽或基带信号频带宽度。例如宽度。例如,人类语音的信息带宽为人类语音的信息带宽为3003400Hz,电视图像信电视图像信息带宽为息带宽为6.5MHz。设设W代表系统占用带宽或信号带宽代表系统占用带宽或信号带宽,B代表信息带宽代表信息带宽,则一般认为则一般认为: W/B=12 窄带通信窄带通信 W/B50 宽带通信宽带通信 W/B100 扩频通信扩频通信扩频通信系统用扩频通信系统用100倍以上的信号带宽来传输信息倍以上的信号带宽来传输信息,最主要的目最主要的目的是为了提高通信的抗干扰能力的是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证安全可即在强干扰条件下保证安

7、全可靠地通信。靠地通信。第九页，共31页。含义含义2：采用扩频序列调制方式来展宽频谱：采用扩频序列调制方式来展宽频谱由信号理论知道由信号理论知道,在时间上有限的信号在时间上有限的信号,其频谱是无限的。脉冲其频谱是无限的。脉冲信号宽度越窄信号宽度越窄,其频谱就越宽。作为工程估算其频谱就越宽。作为工程估算,信号的频带宽度信号的频带宽度与其脉冲宽度近似成反比。例如与其脉冲宽度近似成反比。例如,1s脉冲的带宽约为脉冲的带宽约为1MHz。因此因此,如果很窄的脉冲序列被所传信息调制如果很窄的脉冲序列被所传信息调制,则可产生很宽频带则可产生很宽频带的信号。的信号。所采用的扩频序列与所传的信息数据是无关的所采

8、用的扩频序列与所传的信息数据是无关的,也就是说它与一也就是说它与一般的正弦载波信号是相类似的般的正弦载波信号是相类似的,丝毫不影响信息传输的透明性。丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。第十页，共31页。含义含义3：在接收端用相关解调来解扩：在接收端用相关解调来解扩接收端采用与发送端相同的扩频码序列同收到的接收端采用与发送端相同的扩频码序列同收到的扩频调制信号进行相关解调，恢复所传的信息。扩频调制信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到了解扩的作用，即换句话说，这种相关解调起到了解扩的作用，即把扩展后的宽带信号又

9、恢复成原来所传的窄带信把扩展后的宽带信号又恢复成原来所传的窄带信息。息。第十一页，共31页。2、扩频通信的实现条件、扩频通信的实现条件 信号的带宽须远大于原有信息的最小带宽；信号的带宽须远大于原有信息的最小带宽； 所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。所产生的射频信号的带宽与原有信息无关。第十二页，共31页。3、扩频通信工作原理、扩频通信工作原理信息调制扩频调制射频调制射频解调信息解调扩频解调扩频码发生器射频发生器扩频码发生器射频发生器信息第十三页，共31页。3、扩频通信工作原理、扩频通信工作原理第十四页，共31页。15本单元主要内容本单元主要内容扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础扩频通信的

10、原理扩频通信的原理 扩频通信的特点扩频通信的特点 CDMA码分多址技术码分多址技术第十五页，共31页。扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础 扩频通信属于“宽带通信”，基本特点是：传输信号所占用的频带宽度远大于原始信息本身实际所需的最小（有效）带宽。那么，为什么要采用这种通信方式那？简单的说，是为了提高移动通信系统的安全性和可靠性。其理论基础有两个：l信息论中关于信息容量的香农公式信息论中关于信息容量的香农公式l关于信息传输差错概率的柯捷尔尼可夫公式关于信息传输差错概率的柯捷尔尼可夫公式第十六页，共31页。香农公式香农公式C=W C为信道容量（bit/s），W为信道带宽（Hz），S为信号平均功率

11、，N为噪声功率（w）。 在给定的信道容量C不变的情况下，可以通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比（S/N）情况下以相同的信息速率来可靠的传输信息，甚至是在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，仍然能够保证可靠的通信。 扩展频谱以换取对信噪比要求的降低，正是扩频通信的主要特点，并由此为扩频通信的应用奠定理论基础。第十七页，共31页。柯捷尔尼可夫公式柯捷尔尼可夫公式 Powj为差错概率，P为信号功率，W为信道带宽，N为噪声功率， 为信息带宽。该式是一个关于变量的递减函数，信噪比（P/N）一定的情况下，信息的传输带宽比实际信息带宽越宽，信息传输差错概率就越低。所以，可以通过对信息传输带宽

12、的扩展来提高通信的抗干扰能力，保证强干扰条件下通信的安全可靠。 总之，我们用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的带宽来传输信息，可以提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全的通信。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。第十八页，共31页。19本单元主要内容本单元主要内容扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础扩频通信的原理扩频通信的原理 扩频通信的特点扩频通信的特点 CDMA码分多址技术码分多址技术第十九页，共31页。扩频通信的特点扩频通信的特点1）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。 由于扩频信号在相对较窄的频带上被扩展了，单位频带内的由

13、于扩频信号在相对较窄的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号被淹没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一功率很小，信号被淹没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数就更加困难，因此隐蔽性好。步检测信号的参数就更加困难，因此隐蔽性好。第二十页，共31页。扩频通信的特点扩频通信的特点2）频谱利用率高，易于重复使用频率）频谱利用率高，易于重复使用频率 扩频通信发送功率极低（扩频通信发送功率极低（1650mW），又采用了相关接收），又采用了相关接收技术，而且可以工作在信道噪声和热噪声背景中，因此，易于在技术，而且可以工作在信道噪声和热噪声背景中，因此，易于在同一地区重复使用同一频率，也可

14、以与现今各种窄带通信共享同同一地区重复使用同一频率，也可以与现今各种窄带通信共享同一频率资源。所以，扩频通信是解决目前无限频谱资源有限问题一频率资源。所以，扩频通信是解决目前无限频谱资源有限问题的一把金钥匙。的一把金钥匙。第二十一页，共31页。扩频通信的特点扩频通信的特点3) 抗干扰性强，误码率低抗干扰性强，误码率低 其抗干扰能力与其频带扩展的倍数成正比，频谱扩展的越其抗干扰能力与其频带扩展的倍数成正比，频谱扩展的越宽，抗干扰能力就越强。宽，抗干扰能力就越强。干扰干扰信号信号解扩后信号在接收端解扩前后信噪比情况第二十二页，共31页。扩频通信的特点扩频通信的特点 目前商用的通信系统中，扩频通信是

15、唯一能够工作于目前商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。由于扩频系统这一优良负信噪比条件下的通信方式。由于扩频系统这一优良性能，它的误码率很低，正常条件下可以低到性能，它的误码率很低，正常条件下可以低到10-10，最差条件下也能到达最差条件下也能到达10-6，完全能满足国内相关系统，完全能满足国内相关系统信道传输质量的要求。信道传输质量的要求。第二十三页，共31页。扩频通信的特点扩频通信的特点4）可以实现码分多址）可以实现码分多址 扩频通信用多个伪随机序列分别作为不同用户的地址码，扩频通信用多个伪随机序列分别作为不同用户的地址码，可以共用一个频段来实现码分多址通信

16、。可以说，扩频通信本可以共用一个频段来实现码分多址通信。可以说，扩频通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频多址（身就是一种多址通信方式，称为扩频多址（SSMA），实际上），实际上是码分多址的一种。扩频通信实现的码分多址能够获得比其他是码分多址的一种。扩频通信实现的码分多址能够获得比其他多址方式更高的通信容量。多址方式更高的通信容量。5）易于数字化，能够开展多种通信业务）易于数字化，能够开展多种通信业务 。第二十四页，共31页。25本单元主要内容本单元主要内容扩频通信的理论基础扩频通信的理论基础扩频通信的原理扩频通信的原理 扩频通信的特点扩频通信的特点 CDMA码分多址技术码分多址技术第二十五页

17、，共31页。时间频率CDMA码1FT1.基于基于扩频扩频技术技术 码分多址技术（码分多址技术（CDMACDMA）基本原理基本原理充耳不闻！充耳不闻！2.码的正交性码的正交性第二十六页，共31页。1.扩频扩频技术技术:将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把机码，与接收的带宽信号作相关处理

18、，把宽带宽带信号换成原信息数据信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 码分多址技术（码分多址技术（CDMACDMA）基本原理基本原理第二十七页，共31页。用户数据用户数据-1+1-1-1+1-1-1+1-1-1+1-1扩频码扩频码+1-1-1+1-1+1+1-1+1-1-1+1-1+1+1-1扩频信号扩频信号用户数据用户数据扩频码扩频码解扩数据解扩数据用户数据用户数据扩频码扩频码1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1解扩解扩扩频扩频 码分多址技术（码分多址技术（CDMACDMA）基本原理基本原理扩频与解扩示意扩频与解扩示意第二十八页，共31页。 码分多址技术（码分多址技术（CDMACDMA）基本原理基本原理第二十九页，共31页。单元小结单元小结1.重点讲解了扩频通信的工作原理，扩频重点讲解了扩频通信的工作原理，扩频通信的理论基础；通信的理论基础；2.分析了扩频通信具有隐蔽性好、抗干扰分析了扩频通信具有隐蔽性好、抗干