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传递或交换信息所需的一切设备被总称为通信系统。无线通信系统的传输媒质是空间电磁波，该系统的基本模型如图1-6所示。
近几十年来，通信技术发生了巨大的变化，从模拟到数字，从固定到移动，通过网络实现了3W通信功能。导航卫星与地面的通信属于卫星移动通信范畴，近十年来发展飞速，普遍采用数字扩频通信体制。从导航卫星来看，其发射信号位于导航卫星，接收信号分布于地面，包括机载终端、舰载终端、陆路车载终端、个人手持终端、地面设备等。
图1-6 通信系统的基本模型
移动数字扩频通信的典型信息传输框图如图1-7所示。该图中，信源是发出信息的源。对模拟信号在时间上进行离散化称为采样，对采样信号的幅值进行离散化称为量化，将完成模数转换（A/D转换）的信号变为二进制的数字序列称为信源编码。信道编码的目的是使数字信号与传输媒介匹配，以提高通信抗干扰能力和传输可靠性或有效性，尽可能地控制差错，实现可靠通信。在数字通信中，数字调制的主要任务是在通信信道中生成稳定传输并且与信道特征匹配的二进制数据流（信号）。数字调制就是用二进制的调制信号去调制一个周期为 T 的正弦波，可以控制正弦波的3个参量，即载波幅度、频率和相位，对应的数字调制技术有幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。对于数字微波和空间通信，常用的数字调制技术为相位键控，导航卫星通信系统通常采用二相/四相相移键控（BPSK/QPSK）的调制方式。
图1-7 移动数字扩频通信的典型信息传输框图
扩频通信全称是扩展频谱通信，是一种信息传输方式，在发送端采用伪随机噪声码的直接序列扩频（简称直扩）调制方式，使信号所占带宽远远大于信息必需的最小带宽。根据香农公式，在有扰信道中，有
C = W 1b(1+ S / N )
（1-41）
式中， C 是通信容量； W 是系统带宽， S/N 是系统信噪比。式（1-41）表明，在信号功率和信道容量不变的情况下，加大信号带宽可降低系统对信噪比的要求，这是扩频通信的基本着眼点。
对于卫星通信，一般采取直接序列扩频的码分多址通信方式，直接序列扩频信号调制流程示意图如图1-8所示。
图1-8 直接序列扩频信号调制流程示意图
卫星导航系统使用类似于噪声的伪随机码序列。伪随机码又称伪随机噪声（PRN），是一个具有一定周期的取值为0和1的离散符号串，它具有高斯白噪声所具有的良好的自相关特征，又具有某种确定的编码规则。因此，从GNSS接收信号中采用相关解扩和解调方式，就可识别和分离各个卫星信号，提供无模糊度的测距数据。
信道是指传输信号的通道，导航卫星采用无线电波方式传输，这是一个开放的空间，各种干扰和噪声会进入其中，直接关系到通信质量。接收设备的功能是实现发送设备的反变换功能，即进行解调、解码等，其任务是从带有干扰的信号中正确地恢复原始信息。在接收端，一般采用相关接收机，采用同样的编码方式进行解调及相关处理，恢复原始信号。
GNSS卫星发送的信号是指GNSS卫星以无线电波方式向用户提供的用于导航定位的调制波，它包括载波、测距码和数据码。以GPS卫星系统为例，GPS卫星的测距码和数据码采用调相技术（PSK）调制到载波上，GPS-L1和GPS-L2载波的中心频率分别为1575.42 MHz和1227.6 MHz；数据码为导航电文，包括卫星星历、时钟校正、电离层延迟改正、卫星工作状态信息以及C/A码转换为P码的信息等。
测距码又称扩频码，它是类似于高斯白噪声的伪随机码序列，测距码和数据码均为二进制码形式，当它们经扩频形成组合码后，又被二次调制于载波频率（L1/L2）上，卫星将这些信息按规定格式组成帧，然后按帧向外播送。
GNSS是一个开放传输系统，卫星与地面终端的信息传输是通过无线电波进行的。卫星被置于约20000 km轨道上，甚至高至36000 km的同步静止轨道上，卫星与地面的信号传输距离遥远，由于卫星的发射功率和天线增益有限，导致卫星信号到达地面时已经十分微弱，再加上地面复杂的电磁环境，各种因素的影响都会施加到将要被接收的微弱信号上，使卫星信号接收系统变成一个极易被干扰的系统。为了检测到这样微弱的信号，必须采取措施提高信噪比（ S / N ）。因此，该系统采用了具有良好抗干扰能力的直接序列扩频（DSSS）通信体制。
扩频是将待传输的信息数据用伪随机码调制，实现频谱扩展后再进行传输；接收端则采用相同的编码进行解扩和相关处理，恢复原始信息数据。图1-9所示为卫星导航的扩频通信系统基本流程图，该图展示了收发信道的基本流程，这是最基本、最经典的一种扩展频谱的通信系统。通过扩频可以使系统的带宽扩大，功率密度降低。根据香农公式，通过增加带宽，使系统以相同速度在较低的信噪比下传输信号，即使信号被淹没于噪声之中，也可以通过处理增益来获得合适的信噪比。
图1-9 卫星导航的扩频通信系统基本流程图
GNSS卫星发射的用于导航定位的调制波包含载波、测距码和数据码。为了有效传输信息，需将信号加到频率较高的载波上，导航卫星的测距码和数据码被采用调相技术调制在载波上，导航卫星载波频率位于L频段。
信源编码是将连续信号通过A/D转换的方式变换为数字信号；用户接收实质上是完成发射的反过程，首先对收到信号进行解调，再进行信道解码、信源解码（即进行D/A转换），将其变成原始信号。接收端是否能精确地对载波和接收信号同步是整个通信系统性能好坏的关键。只有发端与收端同步，才能正确地解扩接收信号。GNSS卫星发/收信号转换传输流程如图1-10所示。
图1-10 GNSS卫星发/收信号转换传输流程
多条卫星通信线路共享卫星通信设备的技术被称为复用技术；多条卫星通信线路共享通信卫星的技术被称为多址技术。卫星通信系统中常用的多址技术有FDMA、TDMA、CDMA和SDMA 等。
①频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）：一个终端对应一个频段，同一载波不支持多址通信。
②时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）：将时间（时隙）分配给不同用户，同一频段内不同用户可使用不同时隙。所有终端可使用同一频段，在同一载波内支持多址通信。
③码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）：是扩频多址通信常用的形式，在同一频段、同一时隙内允许多址用户。该通信体制特别适合语音和小数据传输，其抗干扰性和保密性都优于非扩频通信。CDMA扩频通信占用带宽资源多，传输效率较低。
④空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）：采用数字波束形成技术实现空间自适应多波束，采用这类空间滤波特性实现多用户同时、同频通信。
很多通信系统中采用了CDMA复用技术，使有限的通信资源在多个用户之间分配，实现资源共享。采用CDMA技术，可在一个共同信道带宽中承载多个用户，从而提高通信系统传输效率。在采用CDMA复用技术的通信系统中，帧同步和定时系统是两个关键的问题。
扩频通信实质上是将信号带宽扩展，再送到信道中传输，在接收端通过相关处理，将有用信号频谱还原，使带宽恢复，解调出原始信号。数字信号扩频通信系统的优点如下。
①抗干扰能力强。数字信号扩频系统接收端通过相关处理，使有用信号频谱被还原，而各种干扰频谱被扩得更宽，通过窄带滤波将有用信号取出，从而使干扰被抑制。数字信号扩频系统可在输入信号比干扰信号小的情况下工作。频谱展得越宽，干扰信号落入原始信号频谱内的功率就越小，抗干扰能力越强。
②隐蔽性、保密性好，安全可靠。扩频信号是宽带信号，扩频使信号功率密度降低，低于噪声功率谱密度，具有较好隐蔽性而不易被侦测到，加之数字信息容易被加密，通信信息不易被窃取；扩频通信采用伪随机序列编码，可以进行数字加密，在接收端，不掌握发送端信号的随机序列码的规律，是收不到信号的。
③数字信号便于直接与计算机通信形成智能网，具有高度灵活性和通用性；便于集成化、微型化，可做到大规模集成，减小功耗，实现设备微型化。
④具有选址能力，可实现码分多址通信（如DS-CDMA）。多用户可在同一频率、同一时点上进行通信，彼此不被干扰。只要不同用户选择不同扩频序列作为地址码，扩频码具有尖锐的自相关性和尽可能小的互相关性，当多个信号进入接收机时，只有与本地扩频码相同的扩频信号才能被解扩成窄带信号，其他用户信号依然是宽度类似于白噪声的信号。不同地址用户间信号相互干扰小，并且具有很高的时间分辨率。
⑤在多径和衰落信道中的传输性能好。因为扩频信号占很宽带宽，小部分频谱衰落不会使信号产生严重的畸变，具有抗频率选择性衰落的能力。多径信号存在延迟，会产生码间串扰，限制了数字信号速度的提高，扩频接收机在进行相关监测时，由于多径现象的存在，相关检测器会检测出多个相关峰，可采用RAKE接收，在接收机中设置多个相关器，可分别出多个多径信号，实现多径信号的分离与合并，克服多径现象，提高传输性能。
⑥抗多径干扰能力强。在数字信号的多径传输中，由于多径信号存在延迟，接收机可检测到来自多个传播路径的信号，本地解扩码可以采用同步系统锁定功能，在最强直达路径电波上使直达信号得到解扩。当其他路径信号与直达路径传播信号的延迟大于扩频码的一个码元宽度时，由于多径信号与本地扩频码不同步，因此无法解扩，多径信号类似白噪声而被抑制，从而提高了数字信号扩频系统抗多径能力。
⑦抗多址干扰能力强。多径干扰是指发射信号在传播过程中遇到反射体，引起反射、折射，形成对直达接收机数据信号的干扰。由于反/折射方向、途径与直达信号是相关的，所以会使接收机接收信号严重失真。经分析可知，由于各地址信号所用扩频码正交或准正交，利用扩频码的相关性，使得接收机通过相关处理，与本地解扩码相同的地址信号得到解扩，其他多址信号不仅不被解扩，反而被扩展至更宽频带上，得到抑制，从而在接收端可从多径信号中提取分离出最强的有用信号，提高了抗干扰能力。
数字通信的诸多优点是以比模拟信号占用更宽的系统带宽为代价的，由此带来两个问题：一是频率利用率不高；二是对同步要求高。
在扩频系统中，处理增益、频带效益和干扰容限是衡量扩频系统抗干扰能力的重要指标。
频谱扩展后的信号带宽与之前的信号带宽之比被称为处理增益。在实际中，常将扩频解扩后的信噪比与扩频解扩前信噪比之比定义为处理增益（ G P ）。
（1-42）
式中， S O / N O 和 S I / N I 分别为系统输出端和输入端的信噪比。
信息传输速率与数字信号所占带宽之比被称为频带效益（ η ），其单位为bps/Hz。
η =信息传输速率/频带宽度（bps/Hz）
（1-43）
频带效益与信源编码无关，表明信息调制的密度，也称为调制信息密度。
能够保证接收机正常工作的干扰信号与有用信号的比值被称为干扰容限（ M I ）。
（1-44）
式中， M I 为干扰容限； L SYS 为系统损耗； G P 为系统内部的处理增益；（ S / N ） 0 为系统正常工作时所要求的最小输出信噪比，即相关器的输出信噪比或解调器输入信噪比。干扰容限反映了扩频通信接收机能够抵抗的极限干扰强度，即只有当干扰机的干扰强度超过了干扰容限后，才能对扩频系统形成干扰。所以，干扰容限从另一角度反映了扩频系统抗干扰能力。
码元传输速率（ R B ）是单位时间传输的码元数，简称码元速率，其单位是波特（Baud）。而信息传输速率（ R b ）是指单位时间传输信息的比特数，简称信息速率，其单位是bps（比特每秒）。一个二进制的码元叫作1bit，对于二进制信息传输，码元速率和信息速率是一样的。信道允许传输的最大信息速率称为信道容量。传输速率高，相应要求大容量的信道，对应宽的频带。
可靠性指标用误码率（ p e ）衡量。
（1-45）
误码率的大小由传输通道的系统特性和信道质量决定。在数字通信中，可靠性用误码率衡量，有效性用传输速率衡量。
扩频系统处理增益、频带效益和干扰容限影响系统抗干扰能力。目前，工程上能实现的直接序列扩频系统处理增益可达70dB，对于直接序列扩频系统来说，如果系统基带滤波器输出信噪比为10dB，则系统可以在低于信号功率60dB的恶劣条件下正常工作，即系统输入信噪比可为-60 dB。但是如果系统处理增益为50dB，输入信噪比为-50dB，显然系统不能正常工作。也就是说，当干扰功率与有用功率之比等于系统处理增益时，完成相关处理后不一定能实现通信功能。
抗干扰能力的另一个参数是干扰容限，它表示扩频系统在干扰环境下的工作能力。实际上，器件的非线性及码元跟踪误差会导致信噪比损失，而且在输入信噪比很低时，存在门限效应。我们将实际允许的输入干扰电平称为干扰门限。实际上，输入干扰信号与信号功率之比总比干扰容限低。扩频通信系统有很强的抗干扰能力和抗噪声能力，这与扩频增益成正比。