無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)及頻譜資源利用

周啟煒

當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入推進(jìn)，以無(wú)線電為基本資源的通信技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，并且被應(yīng)用到軍事、民用等諸多領(lǐng)域，為人們的通信便利與穩(wěn)定提供相應(yīng)的保障。然而，由于全球?qū)τ跓o(wú)線電的廣泛使用，無(wú)線電頻譜資源的利用矛盾也日益凸顯。一方面，無(wú)線電的頻譜被大量的使用，已經(jīng)難以滿足不斷增長(zhǎng)的無(wú)線電行業(yè)需求，而另一方面，無(wú)線電頻譜的整體利用效率還十分低下，相當(dāng)比例的無(wú)線電頻譜資源因大材小用或者無(wú)端擱置而處于低效運(yùn)行狀態(tài)。因此，有必要對(duì)無(wú)線電頻譜的利用加以進(jìn)一步拓展，并深入研究應(yīng)用無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)，使無(wú)線電頻譜資源得到更好地開(kāi)發(fā)和高效地利用。

一、無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)的基本概況

從目前研究和實(shí)踐情況看，無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)主要可以分為直序擴(kuò)頻和跳頻兩種。

（一）無(wú)線直序擴(kuò)頻技術(shù)

在通信領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)事先已經(jīng)設(shè)定好的偽隨機(jī)碼進(jìn)行發(fā)送，可以使無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸能夠擁有更加寬廣的頻帶，從而使無(wú)線頻譜得到更大范圍的擴(kuò)展。該技術(shù)的具體操作方法，是針對(duì)一個(gè)直序擴(kuò)頻代碼進(jìn)行二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制。在這一調(diào)制過(guò)程當(dāng)中，所需要使用的擴(kuò)頻代碼是由N位組成。例如，如果對(duì)1kbit/s的數(shù)據(jù)基帶進(jìn)行擴(kuò)展，使其倍數(shù)增加為原有的十六倍，那么數(shù)據(jù)的傳輸速率也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生十六倍的提升。而這個(gè)倍數(shù)，實(shí)際上也就是代碼的N。

經(jīng)過(guò)這種直序擴(kuò)頻的操作，整個(gè)無(wú)線電系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，其占用的功率譜密度將隨著擴(kuò)頻倍數(shù)的增加而相應(yīng)的降低。在擴(kuò)頻之后，為了成功接收被擴(kuò)頻的信號(hào)，解擴(kuò)和解調(diào)是該擴(kuò)頻技術(shù)當(dāng)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)于系統(tǒng)信息進(jìn)行接收和處理的主要操作。其中，在直擴(kuò)系統(tǒng)信息的接收端位置，偽隨機(jī)碼會(huì)隨著接收信號(hào)的變動(dòng)，比如混頻或者放大的操作，而發(fā)生擴(kuò)散的情況，導(dǎo)致信號(hào)整體都會(huì)回歸到原先的窄帶信號(hào)，使擴(kuò)頻的步驟反向回到原位，然后再借助解調(diào)的相關(guān)技術(shù)，使無(wú)線電信號(hào)的初始信息得以恢復(fù)，從而完成無(wú)線電信號(hào)輸出→擴(kuò)頻→解擴(kuò)→解調(diào)→接收這一過(guò)程。

（二）無(wú)線跳頻技術(shù)

所謂跳頻技術(shù)，與直序擴(kuò)頻技術(shù)存在一定的區(qū)別，主要體現(xiàn)在其擴(kuò)頻的信息并不是所需要傳輸?shù)娜啃畔ⅲ菍?duì)于部分信息進(jìn)行一定程度的擴(kuò)頻，因而也不會(huì)形成相關(guān)處理結(jié)果的增益。在具體的實(shí)踐中，根據(jù)跳頻系統(tǒng)的速度高低不同，跳頻通常可以劃分為快速跳頻和慢速跳頻兩種類型。其中，在軍用的跳頻系統(tǒng)當(dāng)中跳頻系統(tǒng)可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)跳每秒的速度，是目前最快速的跳頻系統(tǒng)。而相比之下，民用或者商用的跳頻系統(tǒng)，其速度通常都控制在五十跳每秒，從而大幅降低該系統(tǒng)所需要的成本耗費(fèi)。相比較直序擴(kuò)頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，跳頻系統(tǒng)的技術(shù)含量比較低，應(yīng)用成本也不高，因而被相當(dāng)比例的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)所采用，為人們的通信提供諸多的便利。此外，跳頻系統(tǒng)在短途信息傳輸當(dāng)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即發(fā)射率相對(duì)較低，并且具有著比較強(qiáng)大的無(wú)抗多徑功能，可以有效避免語(yǔ)音信息傳輸過(guò)程中的頻率干擾，使其更好地運(yùn)用在語(yǔ)音通信方面。

二、擴(kuò)頻資源的具體實(shí)踐應(yīng)用

（一）開(kāi)放頻段資源的實(shí)踐應(yīng)用

由于無(wú)線電的每一個(gè)頻段都具有唯一性，如果不同單位采用同一個(gè)頻段的無(wú)線電進(jìn)行信號(hào)傳輸，特別是在開(kāi)放的空間內(nèi)，就會(huì)形成十分明顯的信號(hào)干擾，從而導(dǎo)致無(wú)線電信息無(wú)法得到有效的輸導(dǎo)。因此，在世界各國(guó)的通信行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，室外的無(wú)線電通信系統(tǒng)都受到了嚴(yán)格的管理和控制，并且對(duì)每一段頻譜都具有著壟斷性和獨(dú)占性，從而保證無(wú)線電信號(hào)在開(kāi)放式的環(huán)境中得到正常使用。然而，如果對(duì)于擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用不當(dāng)，就很有可能對(duì)開(kāi)放頻段資源造成無(wú)端占用和資源浪費(fèi)，或者對(duì)其他無(wú)線電使用方造成信號(hào)干擾和妨礙。

以商用擴(kuò)頻系統(tǒng)為例，雖然其主要采用慢速跳頻進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)頻傳輸，但其占用的頻率資源卻涉及到開(kāi)放頻段的全部頻段，因而雖然從基礎(chǔ)的成本看慢跳擴(kuò)頻系統(tǒng)雖然具有比較低廉的價(jià)位，但由于其占用了整個(gè)頻段，容易對(duì)無(wú)線電資源造成巨大的破壞和浪費(fèi)，實(shí)際上其性價(jià)比并不高。此外，由于跳頻之間也不可避免地會(huì)出現(xiàn)沖突的情況，使頻道的使用進(jìn)一步受到限制，為了避免通信過(guò)程中的誤碼問(wèn)題，必須要充分考慮到不同跳頻之間的沖突關(guān)系，在兩個(gè)頻率之間保留一定的緩沖頻帶，從而保證其實(shí)用性，但也必然會(huì)造成頻段整體容量的限縮。從這一層面進(jìn)行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)中的直序擴(kuò)頻技術(shù)雖然具有較高的成本支出，但其對(duì)于頻段資源的利用效率更高，相互之間的干擾和影響偏小，從而具有更好的性價(jià)比，可以對(duì)無(wú)線電這一寶貴資源進(jìn)行更加充分的開(kāi)發(fā)和利用。

（二）碼分多址的實(shí)踐應(yīng)用

通過(guò)對(duì)無(wú)線電技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻應(yīng)用，可以有效開(kāi)拓新的頻譜資源，使無(wú)線電的抗干擾能力得到大幅的增強(qiáng)。但與此同時(shí)，無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用也無(wú)法避免地帶來(lái)新的問(wèn)題，付出一定的代價(jià)。例如，如果大量的用戶共同使用同一個(gè)寬頻帶，雖然會(huì)造成相互之間的一定信號(hào)干擾，影響到用戶的無(wú)線通信體驗(yàn)，但可以大幅提高頻帶的單位利用率，使無(wú)線電頻帶的擴(kuò)容壓力大大降低。而采用無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)，雖然可以有效提高用戶的通信效果，盡可能地減少不同用戶之間的信號(hào)干擾和頻帶擠占，但會(huì)造成每一個(gè)頻帶寬資源的空置，導(dǎo)致寶貴的無(wú)線電頻譜資源浪費(fèi)。因此，無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)在通信過(guò)程中可以充分發(fā)揮擴(kuò)頻調(diào)制這一操作，針對(duì)不同的用戶信號(hào)進(jìn)行科學(xué)合理的區(qū)分，形成不同的序列碼，并增強(qiáng)各序列碼之間的相關(guān)關(guān)聯(lián)性，通過(guò)碼分多址的方式對(duì)各用戶所需的信號(hào)進(jìn)行區(qū)分和獲取，從而在減少對(duì)頻譜帶寬浪費(fèi)的基礎(chǔ)上確保信號(hào)之間不至于出現(xiàn)相互干擾或者妨礙。

目前，我國(guó)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，通過(guò)對(duì)直序擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行碼分多址，充分實(shí)現(xiàn)了頻譜資源充分利用與用戶信號(hào)互不干擾兩個(gè)重要的通信目標(biāo)，使現(xiàn)代通信技術(shù)達(dá)到了更高一層的階段。當(dāng)然，我們?nèi)匀槐仨毘姓J(rèn)一點(diǎn)，那就是無(wú)線電的通信技術(shù)并沒(méi)有真正達(dá)到完善的狀態(tài)，各個(gè)用戶在進(jìn)行無(wú)線電通信時(shí)仍然或多或少地存在著一定的信號(hào)干擾，特別是隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)張和移動(dòng)通信終端如手機(jī)、平板電腦等的普及應(yīng)用，通信干擾這一問(wèn)題將持續(xù)存在并且可能會(huì)更加嚴(yán)重，這也要求通信企業(yè)和相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行更多的資源和人才投入，有效實(shí)現(xiàn)頻譜資源的合理利用及信號(hào)干擾問(wèn)題的有效降低，使無(wú)線通信發(fā)揮更大的作用。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代技術(shù)特別是通信技術(shù)的進(jìn)步，可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了一日千里的程度，許多技術(shù)都發(fā)生著翻天覆地的變化。對(duì)于無(wú)線電通信來(lái)說(shuō)，無(wú)線路由器、局域網(wǎng)僅僅經(jīng)過(guò)了十?dāng)?shù)年，就已經(jīng)由創(chuàng)新產(chǎn)品演變?yōu)樯鐣?huì)普及商品，從而給無(wú)線頻譜的使用帶來(lái)了巨大的壓力。人們必須要加強(qiáng)對(duì)無(wú)線擴(kuò)頻技術(shù)的研究和實(shí)踐應(yīng)用，不斷探索穩(wěn)定擴(kuò)頻線路、提高頻譜資源利用、降低信號(hào)干擾等事項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信技術(shù)的開(kāi)拓創(chuàng)新，從而為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。