淺談擴(kuò)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(jìn)步和完善，推動(dòng)了與之相關(guān)各個(gè)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(shí)間和空間的限制，信息的交互變得更加方便、快捷。擴(kuò)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(qiáng)、保密性好、可實(shí)現(xiàn)碼分多址等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)通信領(lǐng)域當(dāng)中。基于此點(diǎn)，本文就擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用與系統(tǒng)工作原理進(jìn)行淺談。

【關(guān)鍵詞】擴(kuò)頻通信技術(shù)工作原理應(yīng)用

一、擴(kuò)頻通信技術(shù)概述

1.1擴(kuò)頻通信技術(shù)的概念

擴(kuò)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(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。舉個(gè)簡單例子說明一下，某二進(jìn)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(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行傳輸時(shí)，它的帶寬則可被擴(kuò)展為4MHz、26MHz，最大時(shí)甚至可以擴(kuò)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(jī)碼將載有信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)帶寬信號(hào)的頻譜進(jìn)行相應(yīng)地?cái)U(kuò)展，使其形成寬帶的低功率頻譜密度的信號(hào)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(shí)，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(jìn)行可靠的信息傳輸，還有可能在信號(hào)被徹底淹沒的條件下借助增強(qiáng)信號(hào)帶寬來實(shí)現(xiàn)可靠通信，這就是SSC的基本理論依據(jù)。

1.2擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)

擴(kuò)頻信號(hào)本身屬于一種不可預(yù)測的偽隨機(jī)帶寬信號(hào)，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(jī)中必須帶有與該帶寬載波同步的副本，正因如此，使得擴(kuò)頻通信技術(shù)具有了以下特點(diǎn)：其一，超強(qiáng)的抗干擾性。因?yàn)閿U(kuò)頻信號(hào)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(jìn)行有效地干擾，通常只能夠使用發(fā)射與被干擾信號(hào)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(kuò)頻通信在傳輸信號(hào)的過程中對(duì)信號(hào)本身的帶寬進(jìn)行了擴(kuò)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(qiáng)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(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道當(dāng)中有用的信號(hào)功率譜密度非常低，這樣一來信號(hào)便可以在極強(qiáng)的噪聲背景下進(jìn)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(shí)現(xiàn)碼分多址。在通信系統(tǒng)當(dāng)中，可借助擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列間較好的相關(guān)性進(jìn)行解擴(kuò)，這樣系統(tǒng)便能夠區(qū)分出不同用戶的信號(hào)，多用戶同時(shí)通話便不會(huì)發(fā)生互相干擾的情況。

二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的具體應(yīng)用研究

在上個(gè)世紀(jì)80年代，擴(kuò)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(jìn)一步擴(kuò)大，下面簡要介紹一下擴(kuò)頻通信技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。

2.1擴(kuò)頻通信技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用

軍事是一個(gè)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(kuò)頻通信技術(shù)成為軍事通信反對(duì)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(kuò)頻通信技術(shù)來增強(qiáng)通信電臺(tái)的抗干擾能力，提高戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)的抗干擾性和數(shù)字化程度將是其未來一段時(shí)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(kuò)頻技術(shù)的GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)、定位報(bào)告系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分布系統(tǒng)以及單信道機(jī)載系統(tǒng)等等。經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用表明，擴(kuò)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(kuò)頻通信技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用

移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了擴(kuò)頻通信技術(shù)，這使得頻譜利用率獲得顯著提高，同時(shí)共信道干擾的影響也大幅度減小。通過擴(kuò)頻通信技術(shù)的碼分多址系統(tǒng)，可以給每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都分配一個(gè)特有的隨機(jī)碼序列，并且各個(gè)臺(tái)之間均不相關(guān)，這樣便能夠非常方便地區(qū)分開各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的不同信號(hào)，從而使得在一個(gè)信道當(dāng)中可以同時(shí)容納更多的用戶，頻譜利用效率較傳統(tǒng)的頻分多址增強(qiáng)了將近20倍左右。以往的移動(dòng)通信中多徑效應(yīng)產(chǎn)生出來的衰落相對(duì)比較嚴(yán)重，而通過擴(kuò)頻技術(shù)能夠有效地克服多徑效應(yīng)對(duì)移動(dòng)通信質(zhì)量的影響。

2.3擴(kuò)頻通信技術(shù)在民用衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

目前，擴(kuò)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(kuò)頻碼分多址系統(tǒng)具有組網(wǎng)靈活性高、承受過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，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(kuò)頻碼分多址技術(shù)以及偽隨機(jī)序列擴(kuò)展頻譜的方法，能有效地實(shí)現(xiàn)能量擴(kuò)散，進(jìn)而達(dá)到減少衛(wèi)星系統(tǒng)干擾的目的。

2.4擴(kuò)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(gè)載波頻率發(fā)送定位信號(hào)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，因而它需要采用擴(kuò)頻碼分多址的方式來對(duì)各個(gè)衛(wèi)星的地址進(jìn)行區(qū)分。每一顆衛(wèi)星都可以分配到一個(gè)特定的偽隨機(jī)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(kuò)頻還能增強(qiáng)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。現(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(shí)現(xiàn)的。

三、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理

通常情況下，研究擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的工作原理都是就直接序列擴(kuò)頻而言的，所謂的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是以直接擴(kuò)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(kuò)頻通信系統(tǒng)，它的發(fā)射機(jī)機(jī)與接收機(jī)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(hào)，然后再借助偽隨機(jī)擴(kuò)頻序列調(diào)制成帶寬為B2的信號(hào)后進(jìn)行發(fā)射。當(dāng)接收機(jī)接收到發(fā)射信號(hào)以后，通過對(duì)偽隨機(jī)擴(kuò)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(kuò)本地信號(hào)之用，以便恢復(fù)成為窄帶信號(hào)，并對(duì)發(fā)送來的A數(shù)據(jù)信息進(jìn)行估計(jì)，這樣整個(gè)接收過程便完成。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：容易產(chǎn)生編碼信號(hào)、載波頻率僅有一個(gè)、頻率合成器簡單、用戶之間不需要同步、接收機(jī)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(dòng)下，擴(kuò)頻通信技術(shù)隨之獲得了相應(yīng)的發(fā)展，在未來一段時(shí)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(shí)現(xiàn)將會(huì)使擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。