扩频通信技术的应用.docx

  扩频通信技术的应用  【摘要】 扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式扩频技术最大的特点是利用宽频带来传输信号由于扩频系统具有许多优点，如抗干扰能力强、截获概率低和保密性强以及良好的码分多址通信能力，所以扩频技术已被广泛应用CDMA就是利用扩频技术发展起来的一种扩频通信方式，它具有容量大，通信质量好，节约发射功率等优点文章试就一些扩频通信的原理及中CDMA采用的扩频技术作些讨论，此外也简单介绍了一些扩频通信在其他方面的应用     Spread Spectrum Communication, namely the Spread Spectrum Communication (Communication), it Spread with such optical fiber Communication, satellite communications with the information era is known as into three high technology transmission mode. Spread spectrum technology's biggest characteristics is to use broadband bring transmission signal. Because of spread spectrum system has many advantages, such as strong anti-jamming capability, intercept probability and low confidentiality strong and good communication ability, so the code division multiple access (cdma) has been widely spread spectrum technology application. CDMA is using the spread spectrum technology developed a kind of spread spectrum communication mode, it has a large capacity, good quality and saving communication transmission power, etc. This article tries to some spread spectrum communication principle and CDMA adopted in the spread spectrum technology make some discussionIn addition also introduced simply some spread spectrum communication in other applications关键词 扩频通信   码分多址（CDMA）   本地接入网   电力系统  一、扩频通信的理论基础   扩频通信，是扩展频谱通信的简称。

它是指用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式， 利用比原始信号（信源产生的信号）本身频带宽得多的射频信号的通信，扩展频谱通信在扩频通信系统中，发信端用一种特定的调制方法将原始信号的带宽加以扩展，得到扩频信号收信端再对接收到的扩频信号加以处理，把它恢复为原来带宽的所要信号扩频信号带宽与原始信号带宽的比值，称为扩频通信系统的处理增益GP，它是扩频通信系统的重要参数多数扩频通信系统的GP值远大于10 根据仙农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式，即仙农公式：   C = W×Log2(1+S/N) 式中：C--信息的传输速率 S--有用信号功率 W--频带宽度 N--噪声功率 由式中可以看出： 为了提高信息的传输速率C，可以从两种途径实现，既加大带宽W或提高信噪比S/N换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，当带宽增加到一定程度，允许信噪比进一步降低，有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。

 扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关一般把扩频信号带宽W与信息带宽△F之比称为处理增益GP，即： 它表明了扩频系统信噪比改善的程度除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与GP有关因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标 系统的抗干扰容限MJ定义如下： 式中：（S/N） 输出端的信噪比，   LS = 系统损耗 由此可见，抗干扰容限MJ与扩频处理增益GP成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益 其中，扩频包括以下几种类型： （1）直接序列扩频 简称直扩（DS）所传送的信息符号经伪随机序列（或称伪噪声码）编码后对载波进行调制伪随机序列的速率远大于要传送信息的速率，因而调制后的信号频谱宽度将远大于所传送信息的频谱宽度 （2）载波频率跳变扩频 简称跳频（FH）载荷信息的载波信号频率受伪随机序列的控制，快速地在给定的频段中跳变，此跳变的频带宽度远大于所传送信息的频谱宽度。

 （3）跳时（TH） 将时间轴分成周期性的时帧，每帧内分成许多时片在一帧内哪个时片发送信号由伪码控制，由于时片宽度远小于信号持续时间从而实现信号频谱的扩展 （4）脉冲调频 发信端发出射频脉冲信号，在每一脉冲周期中频率按某种方式变化在收信端用色散滤波器解调信号，使进入滤波器的宽脉冲前后经过不同时延而同时到达输出端，这样就把每个脉冲信号压缩为瞬时功率高、但脉宽窄得多的脉冲，因而提高了信扰比这种调制主要用于雷达，但在通信中也有应用 （5）混合扩频 几种不同的扩频方式混合应用，例如：直扩和跳频的结合（DS/FH），跳频和跳时的结合（FH/TH），以及直扩、跳频与跳时的结合（DS/FH/TH）等 扩频通信占用的信道频带要比其他通信方式宽得多采用扩频通信是因为它具有以下特点：河南理工大学课程论文   ①抑制干扰能力很强，经过接收机对信号的处理，可把信道中加进的并与扩频信号频带重叠的各种干扰信号强度减弱到原有的1/GP左右,因而使信扰比值提高了近GP倍扩频通信并不能抑制自噪声的干扰，但能够有效地减弱各种窄带信号的干扰； ②信号的功率谱密度很低； ③信号便于隐蔽和保密； ④可用以实现具有随意选址能力的码分多址通信（见多址通信）； ⑤用扩频信号通信的同时可进行高分辨率的测距。

 二、扩频通信在CDMA中的应用 鉴于扩频通信技术具有以上的特点和优点，而其中的直接序列扩频系统有具有抗截获性，潜在抗多径干扰能力，可用于测距定时系统等优点，被广泛应用在了IS95中来实现CDMA通信 CDMA是一种以直接序列扩频技术为基础的多址接入通信方式，这种方式是通过给每个用户分配一个具有良好自相关性和弱互相关性的唯一扩频码片（也叫伪随机序列PN码），并用它对承载信息的信号进行编码而实现的在接收端，接收机使用相同扩频码片对收到的信号进行解码，并将其转换成原始带宽信号，而其他用户的宽带信号却保持不变这是因为该用户为随机码序列与其它用户伪随机码序列的互相关性很小 为了直观说明直接序列扩频通信，假设每个信息比特采用3比特的扩频码片，在直接序列扩频通信中每个信息比特与扩频码片进行异或操作（模2加），然后传送出去表1给出了采用扩频码片010传送信息比特101的例子，注意使用3比特的扩频码片，三个信息比特就变成了9个连续的比特 表1： 信 息 比 特101 扩频码片（伪随机码）010 传送比特（异或操作后）101010101 也就是说，第一个信息比特“1”与每个扩频码片“010”进行异或，从而产生比特序列“101”，然后代表信息比特“1”传送出去。

接着信息比特“0”与每个扩频码片“010”进行异或，得到“010”，然后代表信息比特“0”发送出去最后第三个信息比特“1”与扩频码片进行异或，得到三个比特“101”，然后代表信息比特“1”发送出去 由于扩频码片给要传送的信息比特增加了冗余位，这使得接收机能够在一个或多个原始数据遭到破坏后仍能恢复数据当然数据恢复能力取决于扩频码片长度与被破坏的数据长度如果能够恢复数据，就可以避免重传如果接收机不知道扩频码片，那么它就不能正确接受信息，接受信号表现为低功率的宽带噪声，所以直接序列扩频适用于可靠安全的军事通信 正是由于CDMA使用了这种基于直接序列扩频技术为基础的多址接入方式使得CDMA天生具备了很多扩频技术天生的优点主要有： （1）由于使用扩频信号，系统具有很强的抗多种干扰的能力，特别是具有抗多径干扰的能力 （2）扩频信号的功率谱密度很低，即在单位带宽中的功率很小，对于一般非扩频通信系统几乎不构成干扰因此可以与其共用同一频段从而提高频带利用率 （3）保密性好这是因为传输的信号只能由知道此信号扩频码片的接收机才能恢复原始信号 （4）低拦截概率因为它的功率谱密度低，扩频信号很难被恶意接收者检测和拦截。

 而提到CDMA就不得不提到如今最热门的3G移动通信技术，也就是第三代移动通信技术 第一代移动通信系统通常指提供模拟业务的一些无线系统，如美国的AMPS、英国的TACS紧接着是几种不同类型的移动通信系统，主要采用不同的接入方式来提高系统的容量，并提供更好的质量以及其他特点基于TDMA的D-AMPS 1900(北美)、GSM（欧洲）和CDMA都代表着第二代移动通信技术 第二代系统的一个关键问题是它们仅限于语音、和低比特速率的数据传输因为当前的时代需要Internet、MP3和多媒体，所以第二代系统已经不能满足现代应用了 现在世界各国都在研究能够提供更高传输速率的宽带CDMA，能提供各种多媒体和网络业务的移动通信方式，也就是第三代（3G）移动通信，并已经取得一定成果为了提供比其他接入方式更高的容量和优点，IMT-2000（由国际电信联盟ITU启动的通用移动电信系统/国际移动电信2000计划）在接受了各国对于第三代移动通信方式的提案后，采用CDMA技术，列出了三个标准即美国的CDMA2000，欧洲的WCDMA和中国的TD-SCDMA到时使用高速上网，进行可视将不再是梦想这也正是CDMA网络相比GSM网络及其下的GPRS技术所无法取代的优势所在。

 而随着CDMA和3G-CDMA技术的不断发展，在其中占据着重要地位的关键技术，直接序列扩频技术（DS）更是会取得长足的进步和发展，逐渐遍布到我们身边的方方面面 三、扩频通信在其他方面的应用 1、扩频通信在电力系统中的应用 （1）点对点电力调度系统 在这种方式中，一对扩频电台起通道作用，在两个远离的地点之间构成一个无线链路扩频电台实际上起modem的作用，它负责将要发送的数据进行扩频调制，并经天线发送出去，或将接收信号经相关解调恢复出原始数据码在变电站，复用器将话音信号数字化后与远动机的数据信号进行时分复用，通过扩频电台传给调度所；相反方向，调度所通过扩频电台将遥控遥。