扩频通信技术是一种信息传输方式,其系统占用的频带宽度远大于要传输的原始信号的带宽(或信息比特率),且与原始信号带宽无关。在发送端,频带的展宽是通过编码及调制(即扩频)来实现的;在接收端用与发送端完全相同的扩频码进行相关解调(即解扩)来恢复信息。系统占用带宽W与所传送信息的带宽B的比值称为系统处理增益(Gp),当处理增益在50以上为宽带通信,处理增益在1~2时为窄带通信。
扩频通信系统用100倍以上的信息带宽来传输信息,最主要的目的是为了提高通信的抗干扰能力,即使系统在强干扰条件下也能安全可靠地通信。
1.扩频通信基本原理
扩频通信系统的扩频部分就是用一个带宽比信息带宽宽得多的伪随机码(PN码)对信息数据进行调制,解扩则是将接收到的扩展频谱信号与一个和发送端PN码完全相同的本地码相关检测来实现,当收到的信号与本地PN相匹配时,所要的信号就会恢复到其扩展前的原始带宽,而不匹配的输入信号则被扩展到本地码的带宽或更宽的频带上。解扩后的信号经过一个窄带滤波器后,有用信号被保留,干扰信号被抑制,从而改善了信噪比,提高了抗干扰能力。
2.扩频通信系统的特点
(1)抗干扰能力强
扩频通信系统扩展频谱越宽,处理增益越高,抗干扰能力越强,这是扩频通信的最突出的优点。
(2)保密性好
由于扩频后的有用信号被扩展在很宽的频带上,单位频带内的功率很小,即信号的功率谱密度很低,信号被淹没在噪声里,非法用户很难检测出信号。
(3)可以实现码分多址
扩频通信提高了抗干扰能力,但付出了占用频带宽度的代价,多用户共用这一宽频带,可提高频率利用率。在扩频通信中可利用扩频码优良的自相关和互相关特性实现码分多址,提高频率利用。
(4)抗多径干扰
利用扩频码序列的相关性,在接收端用相关技术从多径信号中提取和分离出最强的有用信号。或把多径信号合成,变害为利,提高接收信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)。
(5)能精确定时和测距
利用电磁波的传播特性和伪随机码的相关性,可以比较正确地测出两个物体间的距离,GPS就是应用之一。另外,还可以应用到导航、雷达、定时等系统中。
3.扩频通信的种类(www.xing528.com)
(1)直接序列(Direct Sequence,DS)系统
用一高速伪随机序列与信息数据相乘,由于伪随机序列的带宽远大于信息带宽,从而扩展了发射信号的频谱。
(2)跳频(Frequency Hopping,FH)系统
在一伪随机序列的控制下,发射频率在一组预先指定的频率上按所规定的顺序离散地跳变,扩展发射信号的频谱。
跳频技术,英文全称“Frequency-Hopping Spread Spectrum”,缩写为FHSS,是无线通信最常用的扩频方式之一。跳频技术是通过收发双方设备无线传输信号的载波频率按照预定算法或者规律进行离散变化的通信方式,也就是说,无线通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说,“跳频技术”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式,也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看,跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看,跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中跳频控制器为核心部件,包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能;频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率;数据终端包含对数据进行差错控制。
采用跳频技术是为了确保通信的秘密性和抗干扰性,跳频功能主要是改善衰落;改善处于多径环境中的慢速移动的移动台的通信质量。跳频相当于频率分集。
与定频通信相比,跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律,就很难截获我方的通信内容。同时,跳频通信也具有良好的抗干扰能力,即使有部分频点被干扰,仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统,它易于与其他的窄带通信系统兼容,也就是说,跳频电台可以与常规的窄带电台互通,有利于设备的更新。因为这些优点,跳频技术被广泛应用于对通信安全或者通信干扰具有较高要求的无线领域。
跳频技术也是一种常见的抗干扰措施。
(3)脉冲线性调频(Chirp)系统
系统的载频在一给定的脉冲间隔内线性扫过一个宽频带,扩展发射信号频谱。
(4)跳时(Time Hopping,TH)系统
与跳频系统类似,区别在于该系统是用一伪随机序列控制发射时间和发射时间的长短。
(5)混合系统
上面四种系统的组合。实际扩频通信系统以前面三种为主流,民用系统一般只用前两种。其详细理论基础见系统模块三、CDMA移动通信系统中的项目一、CDMA基本原理中的任务二、扩频通信。
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