淺談擴頻通信技術(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)工作原理

【摘要】近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和完善，推動了與之相關(guān)各個領(lǐng)域的發(fā)展，通信技術(shù)的出現(xiàn)使人與人之間的交流與溝通不再受到時間和空間的限制，信息的交互變得更加方便、快捷。擴頻通信技術(shù)作為一種新的信息傳輸方式，其以自身抗干擾能力強、保密性好、可實現(xiàn)碼分多址等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各個通信領(lǐng)域當(dāng)中?；诖它c，本文就擴頻通信技術(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)工作原理進行淺談。

【關(guān)鍵詞】擴頻通信技術(shù)工作原理應(yīng)用

一、擴頻通信技術(shù)概述

1.1擴頻通信技術(shù)的概念

擴頻通信技術(shù)即SSC，是英文Spread Spectrum Communication的簡寫形式，其具體是指用來傳輸信息的射頻信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種通信方式。舉個簡單例子說明一下，某二進制的數(shù)據(jù)流，其傳輸速率為64kb/s，也就是說該數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)帶寬僅為64kHz，而借助擴頻技術(shù)進行傳輸時，它的帶寬則可被擴展為4MHz、26MHz，最大時甚至可以擴展至120MHz或更多。SSC的基本特征如下：利用比發(fā)送信息數(shù)據(jù)的速率高出多倍的偽隨機碼將載有信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)帶寬信號的頻譜進行相應(yīng)地擴展，使其形成寬帶的低功率頻譜密度的信號來發(fā)射，其信道容量的公式為C=Wlog2（1+P/N），該公式指出當(dāng)信息傳輸速率C不變時，帶寬W與信噪比P/N是能夠互相轉(zhuǎn)換的，即通過增加帶寬可以在較低的信噪比前提下以相同的信息傳輸速率進行可靠的信息傳輸，還有可能在信號被徹底淹沒的條件下借助增強信號帶寬來實現(xiàn)可靠通信，這就是SSC的基本理論依據(jù)。

1.2擴頻通信的特點

擴頻信號本身屬于一種不可預(yù)測的偽隨機帶寬信號，它的帶寬要比欲傳輸數(shù)據(jù)信息的帶寬大很多，并且接收機中必須帶有與該帶寬載波同步的副本，正因如此，使得擴頻通信技術(shù)具有了以下特點：其一，超強的抗干擾性。因為擴頻信號本身具有的不可預(yù)見性，從而使得干擾者很難利用觀察來進行有效地干擾，通常只能夠使用發(fā)射與被干擾信號不匹配的干擾技術(shù)，而這種做法所能起到的干擾效果并不大。由于擴頻通信在傳輸信號的過程中對信號本身的帶寬進行了擴展，故此，在信噪比很低的前提條件下，仍可以保證高質(zhì)量的通信，這使其具備了較強的抗干擾能力；其二，良好的保密性。在發(fā)射功率一定的前提下，因擴頻信號分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道當(dāng)中有用的信號功率譜密度非常低，這樣一來信號便可以在極強的噪聲背景下進行可靠通信，想要截獲這樣的信息非常困難，為此，其能夠?qū)崿F(xiàn)隱蔽通信，具有良好的保密性；其三，可實現(xiàn)碼分多址。在通信系統(tǒng)當(dāng)中，可借助擴頻調(diào)制中使用的擴頻碼序列間較好的相關(guān)性進行解擴，這樣系統(tǒng)便能夠區(qū)分出不同用戶的信號，多用戶同時通話便不會發(fā)生互相干擾的情況。

二、擴頻通信技術(shù)的具體應(yīng)用研究

在上個世紀(jì)80年代，擴頻通信技術(shù)便被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域當(dāng)中，隨著近些年來科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，該技術(shù)也日趨完善，并在諸多領(lǐng)域當(dāng)中獲得了推廣應(yīng)用，其應(yīng)用范圍還在進一步擴大，下面簡要介紹一下擴頻通信技術(shù)在各個領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。

2.1擴頻通信技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用

軍事是一個國家國力的象征，在軍事領(lǐng)域當(dāng)中有著大量需要保密的信息，正因如此，使得擴頻通信技術(shù)成為軍事通信反對抗當(dāng)中最為重要技術(shù)手段，該技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各種通信信息系統(tǒng)、武器系統(tǒng)以及系統(tǒng)當(dāng)中。在海、陸、空戰(zhàn)術(shù)的通信當(dāng)中，常采用擴頻通信技術(shù)來增強通信電臺的抗干擾能力，提高戰(zhàn)術(shù)電臺的抗干擾性和數(shù)字化程度將是其未來一段時期的主流發(fā)展趨勢。在1991年的海灣戰(zhàn)爭中，以美國為首的聯(lián)軍大量使用了帶有擴頻技術(shù)的GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)、定位報告系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分布系統(tǒng)以及單信道機載系統(tǒng)等等。經(jīng)過實踐應(yīng)用表明，擴頻通信技術(shù)在軍事通信領(lǐng)域當(dāng)中有著非常重要的作用。

2.2擴頻通信技術(shù)在移動通信中的應(yīng)用

移動通信屬于民用通信領(lǐng)域的范疇，它與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。目前，新一代的數(shù)字蜂房移動通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了擴頻通信技術(shù)，這使得頻譜利用率獲得顯著提高，同時共信道干擾的影響也大幅度減小。通過擴頻通信技術(shù)的碼分多址系統(tǒng)，可以給每個移動臺都分配一個特有的隨機碼序列，并且各個臺之間均不相關(guān)，這樣便能夠非常方便地區(qū)分開各個移動臺的不同信號，從而使得在一個信道當(dāng)中可以同時容納更多的用戶，頻譜利用效率較傳統(tǒng)的頻分多址增強了將近20倍左右。以往的移動通信中多徑效應(yīng)產(chǎn)生出來的衰落相對比較嚴(yán)重，而通過擴頻技術(shù)能夠有效地克服多徑效應(yīng)對移動通信質(zhì)量的影響。

2.3擴頻通信技術(shù)在民用衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

目前，擴頻通信技術(shù)已經(jīng)在軍事衛(wèi)星通信領(lǐng)域中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，因擴頻碼分多址系統(tǒng)具有組網(wǎng)靈活性高、承受過載能力強等特點，從而使其在民用衛(wèi)星通信中也獲得了一定的應(yīng)用，并取得了顯著的效果。在民用衛(wèi)星通信當(dāng)中采用擴頻碼分多址技術(shù)以及偽隨機序列擴展頻譜的方法，能有效地實現(xiàn)能量擴散，進而達到減少衛(wèi)星系統(tǒng)干擾的目的。

2.4擴頻通信技術(shù)在測距定位中的應(yīng)用

GPS屬于多星共用兩個載波頻率發(fā)送定位信號的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，因而它需要采用擴頻碼分多址的方式來對各個衛(wèi)星的地址進行區(qū)分。每一顆衛(wèi)星都可以分配到一個特定的偽隨機序列碼型，碼片的寬度越窄測距的精確程度就越高。此外，借助直接序列擴頻還能增強測距過程的抗干擾能力，加之其采用的是無源定位的方式，故此系統(tǒng)所能夠容納的用戶數(shù)量沒有上限?，F(xiàn)階段，我國軍事領(lǐng)域以及民用部門都將GPS作為接收設(shè)備在使用，很多定位工作也都是通過GPS來予以實現(xiàn)的。

三、擴頻通信系統(tǒng)的工作原理

通常情況下，研究擴頻通信系統(tǒng)的工作原理都是就直接序列擴頻而言的，所謂的直接序列擴頻通信系統(tǒng)是以直接擴頻的方式構(gòu)成的一種通信系統(tǒng)，簡稱為DS系統(tǒng)，這是最為典型的擴頻通信系統(tǒng)，它的發(fā)射機機與接收機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，A為輸入數(shù)據(jù)信息，其經(jīng)過信息調(diào)制后變成寬度為B1的調(diào)頻信號，然后再借助偽隨機擴頻序列調(diào)制成帶寬為B2的信號后進行發(fā)射。當(dāng)接收機接收到發(fā)射信號以后，通過對偽隨機擴頻序列相位的準(zhǔn)確捕捉，便可以產(chǎn)生出與發(fā)送來的相位一直的PN碼，該碼可作為解擴本地信號之用，以便恢復(fù)成為窄帶信號，并對發(fā)送來的A數(shù)據(jù)信息進行估計，這樣整個接收過程便完成。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：容易產(chǎn)生編碼信號、載波頻率僅有一個、頻率合成器簡單、用戶之間不需要同步、接收機能夠?qū)崿F(xiàn)相干解調(diào)等等。

四、結(jié)論

總而言之，在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的推動下，擴頻通信技術(shù)隨之獲得了相應(yīng)的發(fā)展，在未來一段時期內(nèi)，該技術(shù)的主流發(fā)展趨勢為超寬帶技術(shù)、多載波調(diào)制技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)等等，這些技術(shù)的實現(xiàn)將會使擴頻通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。