扩频通信的相关技术
2.1 扩频通信的分类
扩频通信中主要有直接序列系统（DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum）、跳频系统（FH-SS）、跳时系统（TH-SS）以及各种混合扩频调制系统如同时进行跳频和直接扩频的混合调制（FH/DS）、同时进行跳时和跳频的混合调制（TH/FH）、同时进行跳时和直接序列的混合调制（TH/DS）。
2.1.1 直接序列系统
直接序列扩展频谱系统，是目前应用最为广泛的一种扩展频谱系统。在国外已经获得成功的空间探测器“喷气推进实验室”测距技术就是一种直接序列调制，TATS-1军用卫星中的扩展频谱多址系统等都采用DS-SS.目前直接序列调制还用于各种测试系统和实验测试设备，预计它将会被其它领域所采用[7]。本次设计采用的就是直接序列扩频系统。
2.1.2 跳频系统
跳频用简略的术语表达就是“多频、码选、频移键控” ，即用伪码序列构成调频指令来控制频率合成器，并且在多个频率中进行选择的频移键控。二元频移键控2FSK只有两个频率 、 分别代表传号和空号。而跳频系统则要求提供几百个、甚至几千个上万个频率，由所传的信息与扩频码的组合去进行选择控制，不断跳变。
跳频系统中，发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。由于频率的不同，扩频后的信息的频谱在一宽频带内随着某些频率随机地跳变。在收端，为了解调跳频信号，需要有与发端完全相同的本地扩频码发生去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。由此可见，跳频系统占用了比信息带宽要宽得多的频带。
2.1.3 跳时系统
跳时系统也是一种扩展频谱技术，主要用于时分多址（TDMA）通信。跳时即用伪码序列来启闭键控发射机，将一个信码的持续时间分成若干时隙，由伪随机编码序列控制在哪一个时隙发射一个信码。因此，信码是在短时隙中以高的峰值功率突发式传输的。也就是说，跳时是使发射信号在时间轴上跳变，首先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。
一般情况下，跳时技术在扩频中不单独使用，而是与其它的扩频方式一起组合成混合的扩频系统。由于发送信号的码片很窄，因此信号的频谱也就展宽。
2.2 扩频通信的理论基础
通信技术的发展趋势就是使信号所占频带尽量的窄，以充分利用十分宝贵的频谱资源. 扩频通信的基本特点，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( )，其比值称为处理增益 ，
(2-1)
众所周知，任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度，如话音为1.7~3.4kHz，电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源，增加通路数目，人们广泛选择不同调制方式，采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等)，和压缩频带等措施，同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式， 值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的 值，高达数百、上千，所以才称为为“宽带通信”。
扩频通信的可行性，是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。它的理论基础是信息论中关于信息容量的香农定理[4][8]：
(2-2)
式中： 为信道容量（比特/秒）； 为信道带宽(赫兹)； 为信号平均功率； 噪声功率。可见增加系统的信息传输速率，即增加信道容量，可以通过增加信道带宽（ ）和增加信噪比（ ）来实现。当信道容量( )为常数时，带宽 与信噪比( )之间可以互换，即通过增加带宽来降低对信噪比的要求，也可以通过增加信号功率来降低信号的带宽；当带宽增加到一定的程度之后，信道容量不能无限制的增加。因此，在无差错传输的信息速率不变时，如果信噪比很低，则可以用足够的带宽来传输信号。
扩频通信可行性的另一理论基础，为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式，
(2-3)
式中： 为差错概率； 为信号能量； 为噪声功率谱密度[9]。
因为，信号功率 ( 为信息持续时间)；噪声功率 ( 为信号频带宽度)；信息带宽 。则公式(2-3)可化为，
(2-4)
式(1-4)说明，对于一定带宽 的信息而言，用 值较大的宽带信号来传输，可以提高通信抗干扰能力，保证强干扰条件下，通信的安全可靠[7]。亦即式(1-4)与式(1-2)一样，说明信噪比和带宽是可以互换的。
总之，用信息带宽的100倍，甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
2.3 直接序列扩频系统
2.3.1 直接扩频系统的组成与原理
所谓直接序列扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。图2-1为直接序列扩频系统的原理图。
图2-1中虚线框里面的电路是这次设计的主要的部分，从中还可以看出直接序列扩频通信系统在发射端有扩频模块、信息调制模块。在接收端有信息解调模块、解扩模块。扩频模块中，还有时钟电路、PN码发生电路，把产生的PN码与数字化的语音信息进行模二和的运算，得到的就是扩频信息。在信息调制模块就是把扩频后的信息进行BPSK调制。信息解调模块首先要提取载波分量，然后经过解调得到扩频信息。在解扩模块中，先实现PN码的同步，然后进行解扩。解扩之后就获得了与发射端相同的数字化语音信息。
