外文翻译---扩频通信系统的介绍

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扩频通信系统的介绍

摘要:本应用笔记概述了扩频技术的原理,讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频(DSSS)和跳频(FHSS)这两种扩频方式。

简介

扩频技术越来越受欢迎,就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书,但是,很多都很难理解或描述的不够详尽。(例如,直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生)。

下面讨论扩频技术(双关语意)。

简史

一名女演员和一名音乐家首次以书面形式描述了扩频通信技术。1941年,好莱坞女星Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil描述一个安全的无线链路来控制鱼雷。他们获得了美国专利#2.292.387。但这一技术被遗忘了,没有在当时受到美军的重视,直到20世纪80年代它才开始活跃起来。从那时起,这一技术在有关恶劣环境中的收音机链接方面越来越受欢迎。

最典型的扩频技术应用是数据收发器包括卫星定位系统(GPS)、3G移动通信、无限局域网(符合IEEE?802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g标准),还有蓝牙技术也帮助了那些通讯落后和无线电通信条件有限的地方,因此,它是一种昂贵的资源。

扩频通信的原理

扩频是香农定理的典型:

C=B×log2(1+S/N) 公式(1)在公式中,C为信道容限,单位是比特/秒(bps),意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量。B为信号频带宽度,单位是Hz,S/N为信噪比。也就是说,C为信道允许通过的信息量,也代表了扩频的性能。带宽(B)是代价,因为频率是一个有限的资源。信噪比体现了环境条件或物理特性(如障碍、干扰器、干扰等)。

上式说明,的情况下,在无差错传输的信息速率C不变时,如果信噪比很低,则可以用足够宽的带宽来传输信号,即使信号功率密度低于噪音水平。(公式可用!)

改变公式(1)中对数的底数,2改为e,则为In=loge。

因此,

C/B=(1/ln2)×ln(1+S/N)=1.443×ln(1+S/N)公式(2)

根据MacLaurin扩展公式

ln(1+x)=x-x2/2+x3/3-x4/4+…+(-1)k+1xk/k+…:

C/B=1.443×(S/N-1/2×(S/N)2+1/3×(S/N)3-…) 公式(3)

在扩频应用中,通常S/N很低。(正如刚才提到的,信号功率密度甚至低于噪音水平。)假定噪音水平即S/N<<1,香农公式可简单表示为:

C/B≈1.443×S/N公式(4)

简化为:

C/N≈S/N 公式(5)

或者:

N/S≈B/C 公式(6)

向固定了信噪比的信道发送错误的信息,只要执行基本扩频信号的传播操作:增加传输带宽。尽管这一原则看起来很简单明确,但实现她却很复杂,主要是因为展宽基带的电子设备必须同时存在展宽和解扩的操作过程。

定义

不同的扩频技术都有一个共同之处:密钥(也称为代码或序列)依附于传输信道。以插入代码的形式准确地定义扩频技术,术语“频谱扩展”是指扩频信号的几个数量级的带宽在有密钥的传输信道中的扩展。

以传统的方式定义扩频更为精确:在射频通信系统中,将基带信号扩展为比原有信号的带宽宽得多的高频信号(如图1)。在此过程中,传输宽带信号产生的损耗,表现为噪声。扩频信号带宽与信息带宽之比称为处理增益。扩频过程的处理增益大都在10dB 到60dB 之间。

要应用扩频技术,只需在天线(接收器)之前加入相应的扩频码。相反,你可以删除一个点的扩频码(称为解扩操作)接收发射链路数据恢复。解扩过程是重新恢复原始带宽的过程。很明显,同样的代码必须在事先知道在传输通道两端的信息。(在某些情况下,在调制和解调的过程中代码应该是知道的)。

图1.扩频通信系统

传播工作带宽的影响

图2说明了信号带宽的通信链路评估

图2.扩频操作遍及一个更宽的频率带宽的信息能量

扩频调制是一种适用于如BPSK 或直接转换。传统的调制可以证明所有其他信号接收不到扩频代码将保持它们原有的信息,极没有被扩展。

解扩过程中带宽的影响

同样,解扩过程如图3。

输入的扩频码

频率

数据的处理增益

数据输入宽度 扩频调制 数据输入 能量

能量

PF 载体 输电链 扩频代码

接收链

扩频代码

数据输入

射频输出

射频输入 射频连接 相同的配置序列 数据输出

能量

数据输入宽度

数据输入 解扩调制

能量

输入的扩频码 数据的处理增益

PF 载体 频率

图3,在解扩过程中恢复的原有信号

在这里,解扩调制已经取得了正常解调操作,也表明了干扰或干扰信号在解扩传输过程中被扩展!

由于带宽的浪费抵消了传播的多用户

扩频结果直接在一个更宽的频带使用,完全对应之前的“处理增益”。 因此扩频并没有节约有限的频率资源。过度的使用虽然得到了补偿,但是可能有很多用户共享这一扩大频率波段(如图4)。

图4.在相同的频带多个用户共享扩频技术。

扩频是宽带技术

相对于常规窄带技术,扩频过程是一种宽带技术。例如,W - CDMA 和UMTS 都是宽带技术,与窄带广播相比,它需要一个比较大的频率带宽。

扩频的优点

抗干扰性能和抗干扰的影响

扩频技术有很多优点。.抗干扰性是最重要的一个优点。有意或无意的干扰和干扰信号都是不希望存在的因为它们不包含扩频密钥。只有期望信号才有密钥,在解扩过程中才会被接收器接收,如图5。

图5.扩频通信系统。注意,解扩链路中数据信号被传输的同时干扰能源也被传输。

输电链 扩频代码 接收链

扩频代码

数据输入

射频输出

射频输入 射频连接 数据输出

数据 干扰 数据扩展和

干扰扩展

数据扩展 数据扩展和干扰 用户1+用户2+用户3+…+用户N

数据输入获得的扩频增益

无论在窄带或宽带中,如果它不涉及解扩过程,你几乎可以忽略干扰。这种抑制反应也适用于其他没有正确密钥的扩频信号。因此不同的扩频通信系统可以工作在同一频段,例如CDMA 。值得注意的是,扩频是宽带技术,但反之则不然:宽带技术不涉及扩频技术。

抗截获

抗截获是扩频通信技术的第二个优势。由于非法的听众没有密钥用于原始信号传播,这些听众无法解码。没有合适的钥匙,扩频信号会出现噪音或干扰。(扫描方法可以打破的这些密钥,但是密钥是短暂的。)甚至更好,信号电平可以低于噪声水平,因为扩频传输降低了频谱密度,如图6。(总能量是相同的,但它是广泛存在于频率的。)因此信息是无形的,这一影响在直接序列扩频(DSSS )技术上有充分的体现。(在下文的DSSS 作更详细说明。)其他接收机无法“看到”这种传输,它们只能出现在整体噪音水平略有增加的情况下!

图6.在被噪音水平之下的扩频频谱信号。 在没有正确的扩频传输密钥的情况下,接收器不能“看到”传输过程。

抗衰落(多径效应)

无线信道通常具有多径传播,即有一个以上的信号从发射机传到接收器(如图7)。这种多路径可以通过空气的反射或折射以及从地面反射或物体如这些路径建筑物引起。

图7.信号是如何通过多个路径到达接收器的。 这种反射路径(R )可干扰直接路径(D )的现象称为解扩过程的同步衰落。因为解扩过程使信号D 与信号R 的同步被拒绝,即使它们包含了相同的密钥。将反射路径的信号应用于解扩是个有用的方法。

扩频技术在CDMA 的应用

请注意,扩展频谱不是一个扩频调制方案,不应与其他调制方式相混淆。例如我们可以使用扩频技术发射一个由PSK 或BPSK 的已调信号。.感谢调制的信号的编码基础,使Rx

R

D

Tx 噪声基准 扩展后的数据

噪声基准

数据传播之前

扩频频谱也可用于其他类型的多址实现(即可以同时进行多个通讯联系和实际或表面上相同的物理介质共存)。到目前为止,有三个主要的方法可用。

FDMA-频分多址

FDMA 分配一个特定的载波频率给通信信道。不同用户使用频谱的切片数是受到限制的(如图8)。在已有的三种多路存取方法中,FDMA 在频带利用方面是效率最低的。FDMA 的方法包括Methods 包括无线电广播,电视,高级移动电话系统AMPS 等。

图8. FDMA 系统中不同的用户的载波频率分配。

TDMA-时分多址

TDMA 的不同用户彼此间发言和听取信息时,是根据定义的时隙分配来处理的(如图

9)。不同的通信信道可以建立一个唯一的载波频率。TDMA 的例子有全球移动通信系统GSM ,DECT ,TETRA 和IS - 136。

图9.在TDMA 系统中不同用户的时隙分配。

CDMA-码分多址

CDMA 的传播是由密钥或代码决定的(如图10)。在这个意义上说,扩频就是一种CDMA 。在发射器和接收器密钥必须提前被定义和确定。它的例子有IS - 95(DS),IS- 98,蓝牙和无线局域网。

用户1 用户2 用户3 用户N 用户1 用户2 用户3 用户N

时间段 时间段 时间

(ms,us) 用户1 用户2 用户3 用户N

频率

(kHz,MHz,GHz)

Fc1 Fc2 Fc3 FcN

图10.CDMA 系统中相同频带有独特的钥匙或代码。

当然,人们可以结合上述存取方法,例如,全球移动通信系统GSM 结合了TDMA 和FDMA 。GSM 定义了不同的载波频率(细胞)的拓扑领域,并设定时段内每一个细胞。

扩频和(的)编码密钥

在这一点上,值得重申的是扩频的主要特点是一个代码或密钥必须在发射器和接收器之前就是已知的。现代通讯的代码是数字序列必须长期存在和随机出现的,尽可能地显示为“噪音像”。在任何情况下,代码必须确保是可再生的。或者接收器不能提取已发出去的消息。因此,该序列是几乎是随机的 。这样的代码被称为伪随机数(PRN )或序列。最常用的方法来产生伪随机是基于反馈移位寄存器的。

许多书籍都在介绍伪随机码的发展与特征,但是,实际的发展已超出了这些教材所叙述的。注意的是,建立或选择适当的序列或序列集并不是微不足道的。为了保证有效的扩频通信,伪随机序列必须尊重一定的规律如长度、自相关、互相关、正交。比较受欢迎伪随机序列有Barker 码,M 序列码,Gold 码,Walsh 码等。考虑到存在更复杂的序列集,给它提供了一个更强大的扩展频谱链路。但是这产生了成本问题:扩频和解扩都需要在速度和性能都更复杂的电子产品,数字扩频解扩芯片包含几百万个等效的2输入与非门在几十兆赫间切换。

用户1 用户5

用户4

用户3 用户2

An Introduction to Spread-Spectrum Communications

Abstract:This application note is a tutorial overview of spread-spectrum principles.The discussion covers both direct-sequence and fast-hopping methods.Theoretical equations are given to allow performance estimates.Relation direct-sequence spread-spectrum(DSSS) and frequency-hopping spread-spectrum(FHSS) methods.

Introduction

As spread-spectrum techmiques become increasingly popular,electrical engineers outside the field are eager for understandable explanations of the technology.There are books and websites on the subject,but many are hard to understand or describe some aspects while ignoring others(e.g.,the DSSS technique with extensive focus on PRN-code generation).

The following discussion covers the full spectrum(pun intended).

A Short History

Spread-spectrum communications technology was first described on paper by an actress and a musician!In 1941 Hollywood actress Hedy Lamarr and pianist George Antheil described a secure radio link to control torpedos.They received U.S.Patent #2.292.387.The technology was not taken seriously at that time by the U.S.Army and was forgotten until the 1980s,when it became active.Since then the technology has become increasingly popular for application that involve radio links in hostile environments.

Typical applications for the resulting short-range data transceivers include satellite-positioning systemsGPS,3G mobile telecommunications,W-LAN(IEEE?802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g),and Bluetooth?.Spread-spectrum techniques also aid in the endless race between communication needs and radio-frequency availability-situations where the radio

spectrum is limited and is,therefore,an expensive resource.

Theoretical Justification for Spread Spectrum

Spread-spectrum is apparent in the Shannon and Hartley channel-capacity theorem: C=B×log2(1+S/N) (Eq.1)

I n this equation,C is the channel capacity in bits per second(bps),which is the maximum data rate for a theoretical bit-error rate(BER).B is the required channel bandwidth in Hz,and S/N is the signal-to-nosie power ratio.To be more explicit,one assumes that C,which represents the amount of information allowed by the communication channel,also represents the desired performance.Bandwidth (B) is the price to be paid,bacause frequency is a limited resource.The S/N ratio expresses the environmental conditions or the physical characteristics (i.e., obstacles ,presence of jammers ,interferences,etc.).

There is an elegant interpretation of this equation,applicable for difficult environments,for example,when a low S/N ratio is caused by noise and interference.This approach says that one can maintain or even increase communication performance (high C) by allowing or injecting more bandwidth (high B),even when signal power is below the noise floor. (The equation does not forbid that condition!)

Modify Equation 1 by changing the log base from 2 to e (the Napierian number) and by noting that In=loge.

Therefore:

C/B=(1/ln2)×ln(1+S/N)=1.443×ln(1+S/N) (Eq.2)

Applying the MacLaurin series development for

ln(1+x)=x-x2/2+x3/3-x4/4+…+(-1)k+1xk/k+…:

C/B=1.443×(S/N-1/2×(S/N)2+1/3×(S/N)3-…) (Eq.3)

S/N is usually low for spread-spectrum applications. (As just mentioned, the signal power density can even be below the noise level.) Assuming a noise level such that S/N <<1,Shannon's expression becomes simply:

C/B≈1.443×S/N (Eq.4)

Very roughly:

C/N≈S/N (Eq.5)

Or:

N/S≈B/C (Eq.6)

To send error-free information for a given noise-to-signal ratio in the channel,therefore,one need only perform the fundamental spread-spectrum signal-spreading operation:increase the transmitted bandwidth.That principle seems simple and evident.Nonetheless,implementation is

complex,mainly because spreading the baseband (by a factor that can be several orders of magnitude) forces the electronics to act and react accordingly,which,in turn,makes the spreading and despreading operations necessary.

Definitions

Different spread-spectrum techniques are available,but all have one idea in common:the key (also called the code or sequence) attached to the communication channel.The manner of inserting this code defines precisely the spread-spectrum technique.The term "spread spectrum" refers to the expansion of signal bandwidth,by several orders of magnitude in some cases,which occurs when a key is attached to the communication channel.

The formal definition of spread spectrum is more precise:an RF communications system in which the baseband signal bandwidth is intentionally spread over a larger bandwidth by injecting a higher frequency signal (Figure 1).As a direct consequence,energy used in transmitting the signal is spread over a wider bandwidth,and appears as noise.The ratio (in dB) between the spread baseband and the original signal is called processing gain.Typical spread-spectrum processing gains run from 10dB to 60dB.

To apply a spread-spectrum technique,simply inject the corresponding spread-spectrum code somewhere in the transmitting chain before the antenna (receiver).Conversely,you can remove the spread-spectrum code (called a despreading operation) at a point in the receive chain before data retrieval.A despreading operation reconstitutes the information into its original bandwidth.Obviously,the same code must be known in advance at both ends of the transmission channel. (In some circumstances,the code should be known only by those two parties.)

Figure 1.Spread-spectrum communication system

Bandwidth Effects of the Spreading Operation

Figure 2 illustrates the evaluation of signal bandwidths in a communication link.

Figure 2.Spreading operation spreads the signal energy over a wider frequency bandwidth.

Spread-spectrum modulation is applies on top of a conventional modulation such as BPSK or direct conversion.One can demonstrate that all other signals not receiving the spread-spectrum code will remain ad they are,that is,unspread.

Bandwidth Effects of the Despreading Operation

Similarly,despreading can be seen in Figure 3.

Figure 3. The despreading operation recovers the original signal.

Here a spread-spectrum demodulation has been made on top of the normal demodulation operations.One can also demonstrate that signals such as an interferer or jammer added during the transmission will be spread during the despreading operation!

Waste of Bandwidth Due to Spreading Is Offset by Multiple Users

Spreading results directly in the use of a wider frequency band by a factor that corresponds exactly to the "processing gain" mentioned earlier.Therefore spreading does not spare the limited frequency resource.That overuse is well compensated,however,by the possibility that many users will share the enlarged frequency band (Figure 4).

Figure 4. The same frequency band can be shared by multiple

users with spread-spectrum techniques.

Spread Spectrum Is a Wideband Technology

In contrast to regular narrowband technology,the spread-spectrum process is a wideband technology.W-CDMA and UMTS, for example,are wideband technologies that require a relatively large frequency bandwidth, compared to narrowband radio.

Benefits of Spread Spectrum

Resistance to Interference and Antijamming Effects

There are many benefits to spread-spectrum technology.Resistance to interference is the most important advantage.Intentional or unintentional interference and jamming signals are rejected because they do not contain the spread-spectrum key.Only the desired signal,which has the key, will be seen at the receiver when the despreading operation is exercised.See Figure 5.

Figure 5. A spread-spectrum communication system.Note that the interferer’s energy is spread while the data signal is despread in the receive chain.

You can practically ignore the interference,narrowband or wideband,if it does not include the key used in the dispreading operation.That rejection also applies to other spread-spectrum signals that do not have the right key.Thus different spread-spectrum communications can be active simultaneously in the same band,such as CDMA.Note that spread-spectrum is a wideband technology,but the reverse is not true:wideband techniques need not involve spread-spectrum technology.

Resistance to Interception

Resistance to interception is the second advantage provided by spread-spectrum techniques.Because nonauthorized listeners do not have the key used to spread the original

signal,those listeners cannot decode it.Without the right key,the spread-spectrum signal appears as noise or as an interferer.(Scanning methods can break the code,however,if the key is short.) Even better,signal levels can be below the noise floor,because the spreading operation reduces the spectral density.See Figure 6.(Total energy is the same,but it is widely spread in frequency.) The message is thus made invisible,an effect that is particularly strong with the direct-sequence spread-spectrum (DSSS) technique.(DSSS is discussed in greater detail below.) Other receivers cannot “see” the transmission;they only register a slight increase in the overall noise level!

Figure 6.Spread-spectrum signal is buried under noise level.The receiver cannot “see”

the transmission without the right spread-spectrum keys.

Resistance to Fading (Multipath Effects)

Wireless channels often include multiple-path propagation in which the signal has more that one path from the transmitter to the receiver (Figure 7).Such multipaths can be caused by atmospheric reflection or refraction, and by reflection from the ground or from objects such as buildings.

Figure 7.Illustration of how the signal can reach the receiver over multiple paths.

The reflected path (R) can interfere with the direct path (D) in a phenomenon called fading.Because the dispreading process synchronizes to signal D,signal R is rejected even though it contains the same key. Methods are available to use the reflected-path signals by dispreading them and adding the extracted results to the main one.

Spread Spectrum Allows CDMA

Note that spread spectrum is not a modulation scheme,and should not be confused with other types of modulation.One can,for example,use spread-spectrum techniques to transmit a signal modulated by PSK or BPSK.Thanks to the coding basis,spread spectrum can also be used as another method for implementing multiple access (i.e.,the real or apparent coexistence of multiple and simultaneous communication links on the same physical media).So far,three main

methods are available.

FDMA-Frequency Division Multiple Access

FDMA allocates a specific carrier frequency to a communication channel.The number of different users is limited to the number of “slices” in the frequency spectrum (Figure 8).Of the three methods for enabling multiple access,FDMA is the least efficient in term of frequency-band usage.Methods of FDMA access include radio broadcasting,TV,AMPS,and TETRAPOLE.

Figure 8.Carrier-frequency allocations among different users in a FDMA system.

TDMA-Time Division Multiple Access

With TDMA the different users speak and listen to each other according to a defined allocation of time slots (Figure 9).Different communication channels can then be established for a unique carrier frequency.Examples of TDMA are GSM,DECT,TETRA,and IS-136.

Figure 9. Time-slot allocations among different users in a TDMA system.

CDMA-Code Division Multiple Access

CDMA access to the air is determined by a key or code (Figure 10).In that sence,spread spectrum is a CDMA access.The key must be defined and known in advance at the transmitter and receiver ends.Growing examples are IS-95 (DS),IS-98,Bluetooth,and WLAN.

Figure 10.CDMA systems access the same frequency band with unique keys or codes.

One can,of course,combine the above access methods.GSM,for instance,combines TDMA and FDMA.GSM defines the topological areas (cells) with different carrier frequencies,and sets time slots within each cell.

Spread Spectrum and (De) coding “Keys”

At this point,it is worth restating that the main characteristic of spread spectrum is the presence of a code or key,which must be known in advance by the transmitter and receiver (s).In modern communications the codes are digital sequences that must be as long and as random as possible to appear as “noise-like”as possible.But in any case,the codes must remain reproducible.or the receiver cannot extract the message that has been sent.Thus,the sequence is “nearly random”.Such a code is called a pseudo-random number (PRN) or sequence.The method most frequently used to generate pseudo-random codes is based on a feedback shift register.

Many books are available on the generation of PRNs and their characteristics,but that development is outside the scope of this basic tutorial.Simply note that the construction or selection of proper sequences,or sets of sequences,is not trivial.To guarantee efficient spread-spectrum communications,the PRN sequences must respect certain rules,such as length, autocorrelation,cross-correlation,orthogonality,and bits balancing.The more popular PRN sequences have names:Barker,M-Sequence,Gold,Hadamard-Walsh,etc.Keep in mind that a more complex sequence set provides a more robust spread-spectrum link.But there is a cost to this: more complex electronics both in speed and behavior,mainly for the spread-spectrum despreading operations.Purely digital spread-spectrum despreading chips can contain more than several million equivalent 2-input NAND gates,switching at several tens of megahertz.

扩频通信系统的分类

扩频通信系统的分类 扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号,在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式,可以分为下列几种。 1 直接序列扩展频谱系统 直接序列扩展频谱系统(Direct Sequece Spread Spectrum Communication Systems,DS-SS),通常简称为直接序列系统或直扩系统,是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后,去直接控制射频信号的某个参量,来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。 在直接序列扩频通信系统中,通常对载波进行相移键控(Phase Shift Keying,PSK)调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率,扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。 在发信机端,待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加),形成的复合码对载波进行调制,然后由天线发射出去。在收信机端,要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码,对接收信号进行相关处理,这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调,恢复出传送的信息。 (a) 图1-5 直接序列扩频通信系统简化图 (a) 发射系统;(b) 接收系统 2 跳频扩频通信系统 跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统(Frequecy Hopping Spread Spectrum Communication Systems,FH-SS)的简称,或更简单地称为跳频通信系统,确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率,使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到20 2个离散频率,在如此多的离散频率中,每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。

扩频通信系统的FPGA实现.

扩频通信自上世纪50年代中期被美国军方开始研究以来,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。进入上世纪90年代以后,扩频通信又开始向各种民用通信领域发展,典型的如CDMA和GPS等。应用最广的是直接序列扩频方式(DSSS)。它是将待传送的信息数据被伪随机码调制,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。本文采用VHDL语言、Altera公司的集成开发环境QuartusII 6.0和Cyclone系列芯片EPlC3T144C8以及Prote199se完成对直接序列扩频发射系统和接收系统的软件仿真和硬件电路设计。 扩频通信系统发送端设计 扩频通信可以显著提高通信系统抗下扰的能力,特别是频率选择性衰落和多径干扰。为此在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号,然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。 一般的扩频通信系统都要进行三次调制:一次调制为信息调制,二次调制为扩频调制,三次调制为射频调制,如图1所示。 扩频码序列 在扩展频谱通信中需要用高码率的窄脉冲序列,现在实际当中用得最多的是伪随机码或称PN码。这类码序列最重要的特性是具有近似于随机信号的性能。因为噪声具有完全的随机性,也可以说具有近似于噪声的特性。但是,真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种类周期性的脉冲信号来近似随机噪声特性。二元M序列是一种伪随机序列。 构造一个产生M序列的线性移位寄存器,首先要确定本原多项式,本电路设计中,我们构造的M序列:n=4,周期p=15,PN码为:111101*********.如图2所示。 D1、D2、D3、D4为四级移位寄存器,求和符号为模二加法器。移位寄存器的作用为在时钟脉冲驱动下,能将所暂存的"1" 和"0"逐级向右移。模二加法器的作用为异或运算。在时钟脉冲的驱动下,四级移位寄仔器的暂存数据按顺序改变,输出序列在时钟脉冲作用下做周期性的重复。

ZigBee技术外文翻译

ZigBee:无线技术,低功耗传感器网络 加里莱格 美国东部时间2004年5月6日上午12:00 技师(工程师)们在发掘无线传感器的潜在应用方面从未感到任何困难。例如,在家庭安全系统方面,无线传感器相对于有线传感器更易安装。而在有线传感器的装置通常占无线传感器安装的费用80%的工业环境方面同样正确(适用)。而且相比于有线传感器的不切实际甚至是不肯能而言,无线传感器更具应用性。虽然,无线传感器需要消耗更多能量,也就是说所需电池的数量会随之增加或改变过于频繁。再加上对无线传感器由空气传送的数据可靠性的怀疑论,所以无线传感器看起来并不是那么吸引人。 一个低功率无线技术被称为ZigBee,它是无线传感器方程重写,但是。一个安全的网络技术,对最近通过的IEEE 802.15.4无线标准(图1)的顶部游戏机,ZigBee的承诺,把无线传感器的一切从工厂自动化系统到家庭安全系统,消费电子产品。与802.15.4的合作下,ZigBee提供具有电池寿命可比普通小型电池的长几年。ZigBee设备预计也便宜,有人估计销售价格最终不到3美元每节点,。由于价格低,他们应该是一个自然适应于在光线如无线交换机,无线自动调温器,烟雾探测器和家用产品。 (图1)

虽然还没有正式的规范的ZigBee存在(由ZigBee联盟是一个贸易集团,批准应该在今年年底),但ZigBee的前景似乎一片光明。技术研究公司 In-Stat/MDR在它所谓的“谨慎进取”的预测中预测,802.15.4节点和芯片销售将从今天基本上为零,增加到2010年的165万台。不是所有这些单位都将与ZigBee结合,但大多数可能会。世界研究公司预测的到2010年射频模块无线传感器出货量4.65亿美量,其中77%是ZigBee的相关。 从某种意义上说,ZigBee的光明前途在很大程度上是由于其较低的数据速率20 kbps到250 kbps的,用于取决于频段频率(图2),比标称1 Mbps的蓝牙和54的802.11g Mbps的Wi - Fi的技术。但ZigBee的不能发送电子邮件和大型文件,如Wi - Fi功能,或文件和音频,蓝牙一样。对于发送传感器的读数,这是典型的数万字节数,高带宽是没有必要,ZigBee的低带宽有助于它实现其目标和鲁棒性的低功耗,低成本。 由于ZigBee应用的是低带宽要求,ZigBee节点大部分时间可以睡眠模式,从而节省电池电源,然后醒来,快速发送数据,回去睡眠模式。而且,由于ZigBee 可以从睡眠模式过渡到15毫秒或更少主动模式下,即使是睡眠节点也可以达到适当的低延迟。有人扳动支持ZigBee的无线光开关,例如,将不会是一个唤醒延迟知道前灯亮起。与此相反,支持蓝牙唤醒延迟通常大约三秒钟。 一个ZigBee的功耗节省很大一部分来自802.15.4无线电技术,它本身是为低功耗设计的。 802.15.4采用DSSS(直接序列扩频)技术,例如,因为(跳频扩频)另类医疗及社会科学院将在保持一样使用它的频率过大的权力同步。 ZigBee节点,使用802.15.4,是几个不同的沟通方式之一,然而,某些方面比别人拥有更多的使用权力。因此,ZigBee的用户不一定能够实现传感器网络上的任何方式选择和他们仍然期望多年的电池寿命是ZigBee的标志。事实

信息技术英文缩写与解释

AVI 影音文件Audio Video Interleaved 声音图象交叉存取。AVI是一种微软媒体文件格式,类似于MPEG和QuickTime。在AVI中,声音和图象是交叉的存取在一个文件中的每个段的。 ADSL 非对称数字用户线路 非对称数字用户线路。这种DSL叫做非对称DSL,将成为广大家庭和小型商业客户最熟悉的一种DSL。ADSL之所以叫做非对称是因为它的两个双工通道都用来向用户传输数据。仅有很小一部分带宽用来回送用户的信息。然而,大部Internet 特别是富于图形和多媒体Web 数据需要很大的下传带宽,同时用户信息相对比较少,上传的带宽也不要很大。使用ADSL时,下传的速率可以达到6.1 Mbps,而上传速率也可以达到640 Kbps。高的下传速率意味着您的电话可以传输动画,声音和立体图形。另外,一小部分的带宽可以用来传输语音信号,您可以同时打电话而不用再使用第二条电话线。不象电视线路提供的相同的服务,使用ADSL,您不需要和您的邻居争用带宽。有时候,现有的电话线可以使用ADSL,而有时候却要升级,除非电话公司提供了无分离器的ADSL,您就必须安装一个DSL调制解调器。 ASP (Application Services Provider) 应用服务提供商 是指配置、租赁、管理应用解决方案,它是随着外包趋势、软件应用服务和相关业务的发展而逐渐形成的。ASP具有三大特点:首先,ASP向用户提供的服务应用系统本身的所有权属ASP,用户租用服务之后对应用系统拥有使用权;并且,应用系统被集中放置在ASP的IDC(Internet数据服务中心)中,具有充足的带宽、电力和空间保证以及具有专业质量的系统维护服务;ASP定期向用户收取服务费。应用服务提供商将以全新的方式推动应用服务产业的巨大发展。ATM (Asynchronous Transmission Mode) 异步传输模式 这是为满足宽带综合业务数据通信,在分组交换技术的基础上迅速发展起来的通信新技术。可以实现语音、数据、图像、视频等信号的高速传输。 AI (Artificial Intelligent) 人工智能 是计算机科学的一门研究领域。它试图赋予计算机以人类智慧的某些特点,用计算机来模拟人的推理、记忆、学习、创造等智能特征,主要方法是依靠有关知识进行逻辑推理,特别是利用经验性知识对不完全确定的事实进行的精确性推理。 AD 网上广告 指一则按规定象素尺寸或字节数设定的标语或图像,通常是以动画表现的。 Baseband 基带 在该方式中,电压脉冲直接加到电缆,并且使用电缆的整个信号频率范围。基带与宽带传输相比较,宽带传输中,来自多条信道的无线信号调制到不同的“载波”频率上,带宽被划分为不同信道,每信道上的频率范围一定。LocalTalk及以太网都是基带网络,一次仅传输一个信号,电缆上信号电平的改变表示数字值0或者1。使用电缆的整个带宽建立起两个系统间的通信对话,然后两个系统轮流传送。在此期间,共享电缆的其它系统不能传送。基带传输系统中的直流信号往往由于电阻、电容等因素而衰减。另外马达、荧光灯等电子设备产生的外部电磁干扰也会加快信号的衰减。传输率越高,信号就越容易被衰减。为此,以太网等建网标准规定了网络电缆类型、电缆屏蔽、电缆距离、传输率以及在大部分环境中提供相对无差错服务的有关细节。 BBS (Bulletin Board System) 电子公告板 这是因特网提供的一种信息服务,为用户提供一个公用环境,以使寄存函件,读取通告,参与讨论和交流信息。Bluetooth 蓝牙(一种无线通信的标准) 蓝牙技术涉及一系列软硬件技术、方法和理论,包括:无线通信与网络技术,软件工程、软件可靠性理论,协议的正确性验证、形式化描述和一致性与互联测试技术,嵌入式实时操作系统(Embedded RTOS),跨平台开发和用户界面图形化技术,软/硬件接口技术(如RS232,UART,USB等),高集成、低功耗芯片技术等。蓝牙的目标是要提供一种通用的无线接口标准,用微波取代传统网络中错综复杂的电缆,在蓝牙设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本低功耗的数据和话音通信。因此,其载频选用在全球都可用的2.45GHz ISM(工业、科学、医学)频带。 CA (Certificate Authority)认证中心 是在线交易的监督者和担保人,主要进行电子证书管理、电子贸易伙伴关系建立和确认、密钥管理、为支付系统中的各参与方提供身份认证等。CA类似于现实生活中公证人的角色,具有权威性,是一个普遍可信的第三方。

数字信号处理课设--二进制扩频通信系统

一.引言 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。扩频通信技术自50 年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 二.概述 序列扩频系统(DS,Direct Sequence)又称为序列调制系统或伪噪声系统(PN 系统),简称为直扩系统,是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。直扩系统是将要发送的信息用伪随机(PN)序列扩展到一个很宽的频带上去,在接收端,用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理,恢复出原来的信息。干扰信号由于与伪随机序列不相关,在接收端被扩展,使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低,从而提高了系统的输出信噪(干)比,达到抗干扰的目的。一种典型的扩展频谱系统如图1 所示。 图 1 典型扩展频谱系统框图 它主要由原始信息、信源编译码、信道编译码(差错控制)、载波调制与解调、扩频调制与解扩频和信道六大部分组成。信源编码的目的是去掉信息的冗余度,压缩信源的数码率,提高信道的传输效率。差错控制的目的是增加信息在信道传输中的冗余度,使其具有检错或纠错能力,提高信道传输质量。调制部分是为使经信道编码后的符号能在适当的频段传输,如微波频段,短波频段等。扩频调制和解扩是为了某种目的而进行的信号频谱展宽和还原技术。与传统通信系统不同的是,在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。数字信号的频带传输与模拟通信相似,要使某一数字信号在带限信道中传输,就必须用数字信号对载波进行调制。对于大多数的数字传输系统来说,由于数字基带信号往往具有丰富的低频成分,而实际的通信信道又具有带通特性,因此,必须用数字信号来调制某一较高频率的正弦或脉冲载波,使已调信号能通过带限信道传输。这种用基带数字信号控制高频载波,把基带数字信号变换为频带数字信号的过程称为数字调制。那么,已调信号通过信道传输到接收端,在

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识 技术背景: 传统的模拟无线通信一般采用调频(FM)和调幅(AM)两种方式,不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后,数字无线数据通信方式成为主流,其调制方式有振幅键控(A SK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK),其优势是便于采用先进的数字信号处理技术,如均衡技术、编码技术等等,提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、I S-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面,由于无线通信信道的开放性,通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰,使得信号传输的可靠性降低,同时,信道的时域和频域选择性衰落,使得数据传输速率的提高受到限制;另一方面,随着无线业务的快速增长,要求无线网络具备相当的灵活性,以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求,以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。 扩频通信的基本原理和优势: 扩频通信就其调制方式而言,与传统的数据通信没有什么差别,也包括ASK、FSK、PSK 以及最近得到迅速发展的QAM,不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节,把待传送符号用特征码进行扩展,扩展后的符号称为码片;在接收端同样增加了一个解扩处理的环节,将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码-伪随机序列(PN CODE)带来的。伪随机码具有双值自相关特性,它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时,相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰,如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是,由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加,因此,可以允许接收的信号电平在噪声以下,只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障碍,因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见,扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面,大大优于常规数字通信。同时,由于所有用户可以共用同一频带,大大简

基于卷积编码的扩频通信系统软件平台设计 -打印

基于卷积编码的扩频通信系统 软件平台设计 班级:通信131 姓名:崔校通 学号:201300484316

目录 一设计内容及要求 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2 设计任务 (4) 1.3 设计内容 (4) 二设计原理 (5) 2.1 数据源 (5) 2.2卷积编码 (5) 2.3 M序列发生器 (6) 2.4 扩频与解扩 (6) 2.4.1扩频 (6) 2.4.2解扩 (7) 2.5 VITERBI译码 (7) 2.6 可靠度评估 (8) 三软件仿真及结果分析 (9) 3.1信源调制 (9) 3.1.1信息码生成模块 (9) 3.1.2卷积编码 (9) 3.1.3伪随机码生成模块 (10) 3.1.4扩频调制模块 (11) 3.1.5BPSK调制模块 (12) 3.2信息传输 (13) 3.2.1加噪模块 (13) 3.3信宿解调 (14) 3.3.1BPSK解调模块 (14) 3.3.2解扩模块 (15) 3.3.3V ITERBI译码 (16)

3.4性能分析 (19) 3.4.1卷积扩频分析 (19) 3.4.2信源信宿比较 (20) 3.4.3频谱分析 (20) 四心得体会 (22) 参考文献 (23)

前言 扩频通信是现代通信系统中新的通信方式,它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能,频谱利用率高。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(信息)带宽,同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。在发端输人的信息先调制形成数字信号,然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱,展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号,变频至中频,然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩,再经信息解调,恢复成原始信息输出。通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制。与一般通信系统比较,多了扩频调制和解扩部分。扩频通信具备如下特征:(1)数字传输方式;(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽;(3)带宽的展宽,是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的;(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩),求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。 一设计内容及要求 1.1 设计目的 (1)学习通信中的纠错编码技术及其主要应用;

扩频通信的特点和优势

扩频通信的特点和优势 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

扩频通信的特点和优势 扩频通信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,具有较强的抗干扰能力和较好的保密性能,20 世纪 70年代以来扩频通信的理论和应用方法得到了很大的发展,近年来随着移动通信技术发展,扩频通信已经成为第三代移动的核心技术之一。 扩频通信具有以下几个特点 ? 1、抗干扰能力强 扩频信号的不可预测性,使扩频通信系统具有很强的抗干扰能力。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽,所以使信噪比很低,甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下,仍然能不受外界干扰。信号的频谱被扩展的越宽,处理增益越高,抗干扰能力就越强。此外,对于单频及多载波信号的干扰,其他伪随机调制信号的干扰,以及脉冲正弦信号的的干扰等,扩频系统都有抑制干扰提高信噪比的作用。简单的说,若将频带展宽 10 倍,在总功率不变的情况下,其干扰强度只是原来的 1/10。而一般频谱带宽至少是信 息带宽的几十倍甚至更高。另外,由于接受端采用了伪随机序列进行相关检测,即使采用同类型信号进行干扰,如果不能检测出有用信号的伪随机序列,干扰也起不了太大作用。 抗干扰性能强是扩频通信最突出的优点。 2、隐蔽性好、低截获性 由于扩频信号的频谱被展宽到很宽的频带上,单位带宽的功率也随之降低,信号功率密度很低,信号被淹没在噪声中、难以被发现,因而不易被敌方截获;加之扩频编码,就更难获取有用信号,而且扩频信号的功率密度极低,对周围的电信设备产生干扰的可能性极小。 3、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很低,有用信号被淹没在噪声下,而且不同的通信在发射时采用不同的扩频序列,只有接受方知道扩频序列的具体内容,其他不知道地接受方几乎不可能破译,因此扩频技术能很好的保证通信的可靠性。 4、抗多路径干扰性能好 多路径干扰是电波传输过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射,在接受端的这些反射或散射信号与直接路径信号相互干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程,从多径信号中分离出最强的有用信号,或者将多径信号中的相同码序列信号叠加,这样就可以有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象,是扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。

通信工程外文翻译---一点多址扩频通信系统的应用

【附录】 英文文献 The Application of one point Multiple Access Spread Spectrum Communication System Liu Jiangang, Nanyang City, HenanProvince Electric Power Industry Bureau 【ABSTRACT】Spread Spectrum Digital Microwave communication as a communication, because their excellent performance have been widely used. The article in Nanyang City Power Industry Bureau one point Multiple Access Spread Spectrum Communication System as an example.briefed the spread spectrum communications, the basic concept and characteristics of the power system communication applications .KEYWORDS:one point multiple access; Spread-spectrum communication; Attenuation Nanyang City in the outskirts of Central cloth 35 to 11 kv substation farm terminals, their operation management rights belong to the Council East, Rural Power Company west (the eastern suburb of agricultural management companies -- four, the western suburbs of Rural Power Company Management 7), Scheduling of the various stations of the means of communication to the original M-150 radio and telephone posts. 2002 With the transformation of rural network, the remote station equipment into operation and communication channels to put a higher demand .As PUC Dispatch Communication Building to the east and west of farmers -- the difference between a company linked to fiber, Therefore, if 11 substations and the establishment of a transfer Link Building links Point may be the data and voice were sent to two rural power companies dispatch room, Rural Network scheduling for the implementation of automation to create the necessary conditions. Given the status and power grid substation level, nature, taking into account the carrier and optical-fiber communications to conduct multiple forwarding, increasing the instability factor, considering the cost and conditions of the urban construction, Finally decided to adopt wireless spread-spectrum technology to establish that 11

基于m序列的扩频通信系统的仿真设计外文翻译

扩频技术 摘要 扩频技术是信号(例如一个电气、电磁,或声信号)生成的特定带宽频率域中特意传播,从而导致更大带宽的信号的方法。这些技术用于各种原因包括增加抗自然干扰和干扰,以防止检测,并限制功率流密度(如在卫星下行链路)的安全通信设立的。频率跳变的历史: 跳频的概念最早是归档在1903年美国专利723188和美国专利725605由尼古拉特斯拉在1900年7月提出的。特斯拉想出了这个想法后,在1898年时展示了世界上第一个无线电遥控潜水船,却从“受到干扰,拦截,或者以任何方式干涉”发现无线信号控制船是安全的需要。他的专利涉及两个实现抗干扰能力根本不同的技术,实现这两个功能通过改变载波频率或其他专用特征的干扰免疫。第一次在为使控制电路发射机的工作,同时在两个或多个独立的频率和一个接收器,其中的每一个人发送频率调整,必须在作出回应。第二个技术使用由预定的方式更改传输的频率的一个编码轮控制的变频发送器。这些专利描述频率跳变和频分多路复用,以及电子与门逻辑电路的基本原则。 跳频在无线电报中也被无线电先驱约翰内斯Zenneck提及(1908,德语,英语翻译麦克劳希尔,1915年),虽然Zenneck自己指出德律风根在早几年已经试过它。Zenneck 的书是当时领先的文本,很可能后来的许多工程师已经注意到这个问题。一名波兰的工程师(Leonard Danilewicz),在1929年提出了这个想法。其他几个专利被带到了20世纪30年代包括威廉贝尔特耶斯(德国1929年,美国专利1869695,1932)。在第二次世界大战中,美国陆军通信兵发明一种称为SIGSALY的通信系统,使得罗斯福和丘吉尔之间能相互通信,这种系统称为扩频,但由于其高的机密性,SIGSALY的存在直到20世纪80年代才知道。 最著名的跳频发明是女演员海蒂拉玛和作曲家乔治安太尔,他们的“秘密通信系统”1942年获美国第2,292,387专利。拉玛与前夫弗里德里希汀曼德这位奥地利武器制造商在国防会议上了解到这一问题。安太尔-拉马尔版本的跳频用钢琴卷88个频率发生变化,其旨在使无线电导向鱼雷,让敌人很难来检测或干扰。该专利来自五零年代ITT公司和其他私人公司开始时发展码分多址(CDMA),一个民间形式扩频,尽管拉马尔专利有没对后续技术有直接影响。它其实是在麻省理工学院林肯实验室、乐华政府和电子工业公司、国际电话电报公司及万年电子系统导致早期扩频技术在20世纪50年代的长期军事研究。雷达系统的并行研究和一个称为“相位编码”的技术类似概念对扩频发展造成影响。

扩频技术概述

扩频技术概述 许多文献和书籍已对扩频通信这一专题进行了论述,但是仍有许多工程师仍然对它存在一些疑问。实际上,如果不通过公式推导,一些复杂的概念只是用简单的解释很难被人们接受。本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。 有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路,他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是,当时该技术并没有引起美国军方的重视,直到十九世纪八十年代才引起关注,将它用于敌对环境中的无线通信系统。解决了短距离数据收发信机、如:卫星定位系统、移动通信系统、WLAN和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率提供帮助。 扩频理论的基础 在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用: 式中:C是信道容量、单位为比特每秒(bps),它是在理论上可接受的误码率(BER)下所允许的最大数据速率;B是要求的信道带宽,单位是Hz;S/N是信噪比。C表示通信信道所允许的信息量,也表示了所希望得到的性能,带宽(B)则是付出的代价,因为频率是一种有限的资源,S/N表示周围的环境或者物理的特性。用于恶劣环境(噪声和干扰导致极低的信噪比)时,从上式可以看出:需要提高信号带宽(B)来维持或提高通信的性能。 修改上面的公式得: C/B = (1/Ln2)*Ln(1+S/N) = 1.443*Ln(1+S/N) 由MacLaurin级数:Ln(1+x) = x - x2/2 + x3/3 - x4/4 + … + (-1)k+1xk/k + …: 得: C/B = 1.443[S/N – 1/2 *(S/N)2 + 1/3 *(S/N)3 - …] 在扩频技术应用中,信噪比较低。假定较大的噪声使信噪比远远小于1(S/N<<1),则Shannon表示式近似为:C/B ≈ 1.433 * S/N 可进一步简化为:C/B ≈ S/N 或N/S ≈ B/C 在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息,我们仅仅需要提高发射的带宽。这个原理似乎简单、明了,但是具体实施非常复杂。 定义 扩频技术在具体实施时由多种方案,但思路相同:把索引(也称为码或序列)加入到通信信道,插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。术语"扩频"指将信号带宽扩展几个数量级,在信道中加入索引即可实现扩频。扩频技术更加精确的定义是:扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统,即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益(dB),典型的扩频处理增益可以从20dB到60dB。

扩频通信系统的介绍 英文翻译

本科毕业设计英文翻译 专业名称通信工程 学生姓名王祥 指导教师吕登魁 完成时间

本科毕业设计英文翻译 指导教师评阅意见 学生姓名:班级:得分: 请指导教师用红笔在译文中直接进行批改,并就以下几方面填写评阅意见,给出综合得分(满分按15分计)。 1、专业术语、词汇翻译的准确性; 2、翻译材料是否与原文的内容一致; 3、翻译材料字数是否符合要求; 4、语句是否通顺,是否符合中文表达习惯。 指导教师(签名): 年月日

扩频通信系统的介绍 摘要:本应用笔记概述了扩频技术的原理,讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频(DSSS )和跳频(FHSS )这两种扩频方式。 简介 扩频技术越来越受欢迎,就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书,但是,很多都很难理解或描述的不够详尽。(例如,直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生)。 定义 不同的扩频技术都有一个共同之处:密钥(也称为代码或序列)依附于传输信道。以插入代码的形式准确地定义扩频技术,术语“频谱扩展”是指扩频信号的几个数量级的带宽在有密钥的传输信道中的扩展。 以传统的方式定义扩频更为精确:在射频通信系统中,将基带信号扩展为比原有信号的带宽宽得多的高频信号(如图1)。在此过程中,传输宽带信号产生的损耗,表现为噪声。扩频信号带宽与信息带宽之比称为处理增益。扩频过程的处理增益大都在10dB 到60dB 之间。 扩频的优点 抗干扰性能和抗干扰的影响 扩频技术有很多优点。抗干扰性是最重要的一个优点。有意或无意的干扰和干扰信号都是不希望存在的因为它们不包含扩频密钥。只有期望信号才有密钥,在解扩过程中才会被接收器接收,如图5。 图5:扩频通信系统(注意,解扩链路中数据信号被传输的同时干扰能源也被传输) 输电链 扩频代接收链 扩频代码 数据输入 射频输出 射频输入 RF IN 射频连接 数据输出 数据 干扰 数据扩展和 干扰扩展 数据扩展 数据扩展和干扰

扩频通信复习

1.1用码速率为5Mb/s的为随机码序列进行直接序列扩频,,扩频后信号带宽是多少?若信息码速率为10kb/s,系统处理增益是多少? 解:∵码速率Rc=Bss=5Mb/s ∴扩频后信号带宽是:5MHz 信息码速率Rb=10kb/s ∴系统处理增益为Gp=Rc/Rb=5000/10=500 ∵10log10∧500=27dB 1.2直接序列-频率跳变混合系统,直接序列扩频码速率为20Mb/s,频率数为100,数据信息速率为9.6kb/s,试求该系统的处理增益是多少?采用BPSK调制时,所需要传输通道的最小带宽是多少? 解:扩频码速率Rc=Bss=20Mb/s.N=100 Rb=9.6kb/s,Gp=Rc/Rb*N=20000/9.6*100=208300 采用BPSK调制时B1=2Bss ∴B2=NB1=100*2*20Mb=4000Mb 1.3在高斯白噪声信道中,要求在噪声功率比信号功率大100倍的情况下工作,输出信噪比不小于10dB,信息传输速率为8kb/s,若系统采用直接序列BPSK调制,试求所需传输通道的最小带宽 解:忽略系统的Lsys,即扩频系统的执行损耗或实现损耗 ∵噪声功率比信号功率大100倍 M0=10lg100=20dB ∴处理增益Gp=M0+(S/N)=20dB+10dB=30dB ∵Rb=8kb/s ∴Rc=Gp*Rb=1000*8kb/s=8000kb/s ∴Bss=Rc=8000kb=8Mb B=2Bss=16MHz 1.4采用BPSK调制的直接序列扩频系统,射频最大带宽为12MHz,速率为6kb/s的信息信号通过这个系统传输时,系统输出信噪比最大能改善多少? 解:最大带宽为12MHz B=2Bss=12MHz Bss=6MHz ∴Rc=Bss=6MHz/s 又∵Rb=6kb/s ∴Gp=Rc/Rb=6000/6kb=1000 [Gp]dB=10lgGp=30dB 1.5高斯白噪声信道,信道带宽为4MHz,当干扰功率比信号功率大30dB时,要求输出信噪比最小为10dB,则系统的最小处理增益是几 解:B=4MHz 干扰容限Mj=30dB S/N=10dB 在忽略系统的Lsys时有 [GP]dB=[Mj]dB+[S/N]dB=40dB ∵rc=Bss=1/2B=2Mb/s rb=rc/Gp=2/10000Mb/s=200b/s 1.6要求某系统在干扰功率比信号功率大300倍的环境下工作,系统需要多大的干扰容限?若要求输出信噪比为10dB,则系统的最小处理增益是多少? 干扰容限j/s=10log300=24.8db 处理增益Gp=(J/s)in+(s/n)out =24.8+10=34.8dB 1.7扩频通信系统中用梳子调制,干扰容限中的(s/n)out与(Eb/N0)的关系

扩频通信的基本原理

扩频通信的理论基础 1.1扩频通信的基本概念 通信理论和通信技术的研究,是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基本问题展开的,所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。 通信系统的有效性,是指通信系统传输信息效率的高低。这个问题是讨论怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中,多路复用技术可提高系统的有效性。显然,信道复用程度越高,系统传输信息的有效性就越好。在数字通信系统中,由于传输的是数字信号,因此传输的有效性是用传输速率来衡量的。 通信系统的可靠性,是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中受到干扰,收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信息与发出信息的符合程度。因此,可靠性决定于系统抵抗干扰的性能,也就是说,通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中,传输的可靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中,传输的可靠性是用信息传输的差错率来描述的。 扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力,首先在军用通信系统中得到了应用。近年来,扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速,在民用通信系统中也得到了广泛的应用。 扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道,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,即信息信号可表示为一个时间的函数)(t f 。信号的时域表示式)(t f 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式(1-1)确定: ?∞ ∞--=t e t f f F ft j d )()(π2 ?∞ ∞-=f e f F t f ft j d )()(π2 (1-1) 函数)(t f 的傅立叶变换存在的充分条件是)(t f 满足狄里赫莱(Dirichlet)条件,或在区间(-∞,+∞)内绝对可积,即t t f d )(?∞ ∞-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)(t f 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。 以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识

扩频通信基础知识 技术背景: 传统的模拟无线通信一般采用调频(FM)和调幅(AM)两种方式,不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后,数字无线数据通信方式成为主流,其调制方式有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK),其优势是便于采用先进的数字信号处理技术,如均衡技术、编码技术等等,提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面,由于无线通信信道的开放性,通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰,使得信号传输的可靠性降低,同时,信道的时域和频域选择性衰落,使得数据传输速率的提高受到限制;另一方面,随着无线业务的快速增长,要求无线网络具备相当的灵活性,以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求,以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。

扩频通信的基本原理和优势: 扩频通信就其调制方式而言,与传统的数据通信没有什么差别,也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM,不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节,把待传送符号用特征码进行扩展,扩展后的符号称为码片;在接收端同样增加了一个解扩处理的环节,将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码-伪随机序列(PN CODE)带来的。伪随机码具有双值自相关特性,它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时,相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰,如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是,由于解扩处理是对N 个码片的能量进行累加,因此,可以允许接收的信号电平在噪声以下,只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通

扩频通信外文翻译---扩频通信系统的介绍

扩频通信系统的介绍 摘要:本应用笔记概述了扩频技术的原理,讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频(DSSS)和跳频(FHSS)这两种扩频方式。 简介 扩频技术越来越受欢迎,就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书,但是,很多都很难理解或描述的不够详尽。(例如,直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生)。 下面讨论扩频技术(双关语意)。 简史 一名女演员和一名音乐家首次以书面形式描述了扩频通信技术。1941年,好莱坞女星Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil描述一个安全的无线链路来控制鱼雷。他们获得了美国专利#2.292.387。但这一技术被遗忘了,没有在当时受到美军的重视,直到20世纪80年代它才开始活跃起来。从那时起,这一技术在有关恶劣环境中的收音机链接方面越来越受欢迎。 最典型的扩频技术应用是数据收发器包括卫星定位系统(GPS)、3G移动通信、无限局域网(符合IEEE?802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g标准),还有蓝牙技术也帮助了那些通讯落后和无线电通信条件有限的地方,因此,它是一种昂贵的资源。 扩频通信的原理 扩频是香农定理的典型: C=B×log2(1+S/N) 公式(1)在公式中,C为信道容限,单位是比特/秒(bps),意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量。B为信号频带宽度,单位是Hz,S/N为信噪比。也就是说,C为信道允许通过的信息量,也代表了扩频的性能。带宽(B)是代价,因为频率是一个有限的资源。信噪比体现了环境条件或物理特性(如障碍、干扰器、干扰等)。 上式说明,的情况下,在无差错传输的信息速率C不变时,如果信噪比很低,则可以用足够宽的带宽来传输信号,即使信号功率密度低于噪音水平。(公式可用!)

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