淺談擴頻通信在無線局域網中的應用

劉昕 崔珺

摘 要：本文介紹了無線局域網和擴頻通信技術的理論基礎和工作方法，對擴頻通信技術在無線局域網中的應用及特點進行了分析。

關鍵詞：無線局域網；擴頻通信；處理增益；直擴；跳頻

隨著越來越多的WiFi智能手機和終端的出現，無線局域網（WLAN）成為寬帶數據業務的主要承載方式。

無線局域網是相當便利的數據傳輸系統，利用射頻技術，取代舊式雙絞線構成的局域網絡，使得無線局域網絡架構簡單。無線局域網絡工作于2.5GHz或5GHz頻段，具有靈活、安裝便捷、易進行網絡規劃調整、易于擴展等優點。隨著應用環境的更新與發展，電纜鋪設的局域網絡重新安裝費時費力，成本很高，架設無線局域網絡就成為最佳解決方案。與此同時，無線局域網也存在很多不足之處，如網絡性能不穩定，無線局域網是依靠無線電波進行傳輸的，而建筑物、車輛、樹木和其他障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸，影響網絡性能；傳輸速率，目前無線局域網的最大傳輸速率為150Mbit/s，適合個人終端盒小規模網絡；安全性，無線信號發散，容易被監聽，造成信息泄露。無線局域網是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，系統利用射頻無線電或紅外線，借助擴頻通信技術，實現固定、半移動網絡終端對Internet網絡進行較遠距離的高速連接訪問。

無線局域網主要信息安全保障技術有驗證與加密、網絡嗅探技術還有擴頻技術。擴頻技術即擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱擴頻通信，是擴展頻譜通信的簡稱，是指用來傳輸信息所用的帶寬遠大于此信息所需最小帶寬的一種通信方式。擴頻通信技術具有抑制干擾能力強、信號功率譜密度低、信號便于隱藏和保密等特點，被廣泛的應用于移動通信領域，使得無線通信的信號強度、抗干擾性以及安全性都得到了極大的飛躍。擴頻通信系統的重要參數是擴頻通信系統的處理增益GP，是擴頻信號帶寬與原始信號帶寬的比值，一般GP值遠大于10。

擴頻通信是基于信息論和抗干擾理論的信息傳輸方式，它與衛星通信、光纖通信一同被譽為信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信系統可以認為是擴頻和解擴的變換對，其物理模型如圖a、圖b所示，（a）發射；（b）接收：

擴頻通信系統具備3個主要特征：載波是一種不可預測的，或稱之為偽隨機的帶寬信號；載波的帶寬比調制數據的帶寬要寬得多；接收過程是通過將本地產生的帶寬載波信號的復制信號與接收到的寬帶信號相關來實現的。

1 擴頻通信技的類型

1.1 直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum）

簡稱直擴（DS）。就是用高速率的擴頻序列在發射端擴展信號的頻譜，在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。原理是直接用偽噪聲序列對載波進行調制，要傳送的數據信息需要經過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2和生成復合碼去調制載波。接受機在收到發射信號后，首先通過偽碼同步捕獲電路來捕獲發送來到偽碼精確相位，并由次產生跟發送端的偽碼相位完全一致的偽碼相位，作為本地解擴信號，以便能夠及時恢復出數據信息，完成整個直擴通信系統的信號接收。直擴的優點是抗干擾能力強、抗多徑干擾能力強、抗截獲能力強、可同頻工作、通信速率高。在實際應用中會遇到以下幾個問題，頻道數減少、帶寬增大和信息量增大。

1.2 跳頻擴頻

又被稱為跳頻擴頻技術（FH）。是指用偽隨機碼序列進行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜的一種方法。與直擴技術完全不同，跳頻系統是靠載頻的隨機跳變，躲避干擾，將干擾排斥在接收通道以外來達到抗干擾的目的。跳頻相當于瞬時窄帶通信系統，不會得到直接序列擴頻的處理增益。優點是抗干擾，跳頻越高抗干擾的性能越好。

1.3 跳時（TH）

與跳頻相似，是使發射信號在時間軸上跳變。跳時也可以看成是一種時分系統，不同的在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制按一定規律跳變位置的時片。跳時系統的處理增益是一幀中所分的時片數。

1.4 脈沖調頻

模擬磁帶地震記錄的一種方式。發信端發出射頻脈沖信號，在每一脈沖周期中頻率按某種方式變化。在收信端用色散濾波器解調信號，使進入濾波器的寬脈沖前后經過不同時延而同時到達輸出端。這種記錄方式不受與記錄條件有關的幅度畸變的影響，提高了抗干擾能力和信噪比。

1.5 混合擴頻

將多種基本擴頻方法結合起來，以提高系統綜合性能。例如：直擴和跳頻的結合（DS/FH），跳頻和跳時的結合（FH/TH），等?？杉骖櫢鞣N性能，又比單一擴頻技術的效果要好。

2 擴頻技術的特點

與其他通信手段相比，擴頻通信占用的信道頻帶寬得多，具有以下特點：

2.1 信號便于隱蔽和保密

保密性好是擴頻通信最初在軍事通信中獲得應用的主要原因。由于擴頻系統使用周期很長的偽隨機友進行擴頻，經調制后的數字信息類似于隨機噪聲，在接收端進行解擴時，只有采用與發送端同步的擴頻碼才能正確恢復發送的信息。

2.2 抗干擾性能強

抗干擾能力強勢擴頻通信最基本的特點。擴頻系統的擴展頻道越寬，獲得的處理增益越高，干擾容限就越大，抗干擾能力就越強。接收端采用與發送端同步的擴頻碼解擴后，有用信號得到恢復，其他干擾信號的頻譜都被展寬了，從而使得落入信息帶寬內的干擾強度大大降低，從而抑制了干擾。

2.3 抑制多徑衰減

由于擴頻通信系統的信號頻譜被展寬，所以擴頻系統具有潛在的抗頻率選擇性衰落的能力，此外，擴頻通信系統還能有效地克服多徑干擾。

2.4 可以實現碼分多址通信

擴頻通信系統中采用偽隨機序列擴頻，在實際的通信系統中可以利用不同的偽隨機序列作為不同用戶的地址碼，從而實現碼多分址通信。

2.5 可進行高分辨率測距

當需要傳輸數據，又不具備有線通信條件是，無線擴頻通信作為最簡便快捷的方法當為首選。擴頻通信技術還在一下環境中表現了明顯的優越性：有線線路的備份，接入結構和終端用戶經常變動，無法鋪設有線線路，兩個有線網絡的連接等。

對于無線局域網來說，最重要的衡量指標是抗干擾性和保密性。擴頻通信技術的抗干擾性和保密性使其在無線局域網中的應用十分廣泛。

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