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第10章 扩频通信:直序扩频(DSSS)抗窄带干扰验证

扩频因子 N = 31 → 理论扩频增益 Gp = 10·log₁₀(31) ≈ 14.91 dB
干扰强度越大,左侧未扩频系统星座越散乱,右侧DSSS系统保持清晰。
📐 扩频因子 N 31
🎯 理论扩频增益 Gp 14.91 dB
📊 实际 SNR 提升 -- dB
🔇 干扰强度 = 0:两系统均正常工作,星座点清晰集中在 ±1 位置。
未扩频 BPSK 系统 (受干扰严重) DSSS 扩频系统 (解扩后干扰抑制) 理想判决门限 (±1) 🔍 干扰强度增大时,左侧星座散开,右侧保持清晰

💡 直序扩频(DSSS)原理

扩频通信基本思想:发送信号带宽远大于信息带宽,通过扩频码(PN码)扩展频谱。

扩频过程:

$$ s(t) = d(t) \cdot c(t) $$

其中 $d(t)$ 是数据信号(BPSK),$c(t)$ 是高速伪随机码(PN码)。

解扩过程:

$$ \hat{d}(t) = r(t) \cdot c(t) = [d(t) \cdot c(t) + j(t) + n(t)] \cdot c(t) = d(t) + j(t) \cdot c(t) + n(t) \cdot c(t) $$

抗干扰机理:

  • 窄带干扰 $j(t)$ 与 PN 码 $c(t)$ 相乘后被展宽,功率谱密度降低
  • 有用信号 $d(t) \cdot c(t) \cdot c(t) = d(t)$ 被压缩恢复
  • 扩频增益(处理增益): $G_p = 10 \log_{10}(N)$ dB,其中 $N = R_c / R_b$

本演示参数:扩频因子 $N = 31$,理论扩频增益 $G_p = 10 \log_{10}(31) \approx 14.91$ dB。

⚙️ 工程应用

直序扩频是现代通信系统的核心技术之一:

  • 🛰️ GPS (全球定位系统): 采用 CDMA 扩频技术,扩频增益约 43 dB,可在极低信噪比下工作。
  • 📱 3G WCDMA: 扩频因子 4~512,扩频增益 6~27 dB,支持多用户同时通信。
  • 🔒 抗干扰军用通信: 利用扩频的抗窄带干扰特性,保证战场通信可靠性。
  • 📡 卫星通信: 扩频用于信号隐藏和低功率谱密度传输。
  • 🔊 蓝牙: 使用跳频扩频(FHSS)抗干扰。
  • 📶 IEEE 802.11b: 早期 WiFi 采用 DSSS 技术。