刍议扩展频谱通信技术.doc

1、刍议扩展频谱通信技术摘 要：扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。扩频通信由于具有抗干扰能力强，隐蔽性好，容易实现多址传输等优点而在移动通信、无线数据通信等领域得到越来越广泛的应用。而且目前它正处于快速的发展中，当前各个国家都在大力发展的第三代移动通信技术就采用了扩频通信方式。其中直接序列扩频通信是目前使用最典型的扩频工作方式。 关键词：通信 扩展频谱 现代化 一、引言 信息数据 D 经过常规的数据调制，变成

2、了带宽为 B1 的基带（窄带）信号，再用扩频编码发生器产生的伪随机编码（PN 码：Pseudo Noise Code） ，对基带信号作扩频调制，形成带宽 B2（B2 远大于 B1） 、功率谱密度极低的扩频信号，这相当于把窄带 B1 的信号以 PN 码所规定的规律分散到宽带 B2 上，再发射出去。接收端用与发射时相同的伪随机编码做扩频解调，把宽带信号恢复成常规的基带信号，即依 PN 码的规律从宽带中提取与发射对应的成份积分起来，形成普通的基带信号，然后，可再用常规的通信处理解调出发送来的信息数据 D。 通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。在现代通信中遇到的一个重要问题就是干扰问题。随着通

3、信事业的发展，各类通信网的建立，使得有限的频率资源更加拥挤，相互之间的干扰更为严重。如何在恶劣的环境条件下，保证通信有效、准确、迅速地进行是摆在当今通信科研人员面前的一个重要难题。 从 50 年代中期到现在的 30 多年时间内，扩频技术迅速发展，在通信、数据传输、信息保密、定位、测距和多址技术等方面得到越来越广泛的应用。由于扩展频谱通信比普通通信方式通信容量大，各国纷纷提出在将来的个人通信中采用扩频技术。可以预见，扩频技术在军事通信和民用通信中都将发挥越来越重要的作用。 二、扩频通信的基本概念 所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：扩频通信技术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

4、息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。 这一定义包含了以下三方面的意思：信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如人类的语音的信息带宽为 300Hz-3400Hz，电视图像信息带宽为数 MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍多。这些都

5、属于窄带通信。一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达 100-1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢？ 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗？ 采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。 如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅

6、仅起扩展信号频谱的作用。 在接收端用相关解调来解扩。正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。 三、扩频通信的主要特点 扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性： 1.抗干扰性强 表示扩频通信特性的一个重要参数是扩频增益 G（Spreading Gain） ，其定义为

7、扩频前的信号带宽 B1 与扩频后的信号带宽 B2 之比。G=B2/B1 扩频通信中，接收端对接收到的信号做扩频解调，只提取扩频编码相关处理后带宽为 B1 的信号成份，而排除了扩展到宽带 B2 中的干扰、噪声和其他用户通信的影响，相当于把接收信噪比提高了 G 倍。考虑到输出端的信噪比和接收系统损耗，可以认为实际的扩频增益带来的信噪比的改善为：M=G-输出端信噪比一系统损耗公式中的 M 叫做抗干扰容限。 2.隐蔽性强、干扰小 因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱

8、密度，也很少对其他电讯设备构成干扰。 3.易于实现码分多址 扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同的用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码，分别向不同接收者发送数据；同样，接收者用不同的扩频编码，就可以收到不同的发送者送来的数据，实现了多址通信。 4.

9、抗多径干扰 在无线通信中，抗多径干扰问题一直是难以解决的问题，利用扩频编码之间的相关特性；在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。 四、结语 扩频通信是现代通信系统中一种重要的信息传输方式。扩频技术具有抗干扰能力强、保密性好、具有多址通信能力、抗多径干扰、可精确测距等优点，将其用于通信系统中，可以大大提高通信系统的抗干扰性能，这在当今电磁环境越来越恶劣的情况下，尤为引人瞩目。将其用于移动通信系统，不但可以实现 CDMA 移动通信系统，而且能减轻甚至消除由于移动信道多径时延扩展所引起的频率选择性衰落对数字移动通信系统性能的影响。