現代擴頻技術在航天通信中的應用

車祥

（四川宇毅辰祥信息技術有限公司 四川省宜賓市 644000）

航天通信系統的穩定運行，離不開擴頻技術的靈活應用，但由于社會發展速度加快，航天領域發展迅速，傳統擴頻通信技術已難以滿足當前航天領域發展的實際需求，為此，技術人員不斷加強觀念與技術創新，打造現代擴頻技術體系，為航天領域提升通信保密性、抗干擾性提供技術支持。

1 現代擴頻技術總體概述

1.1 理論基礎

擴頻技術在航天領域的應用隨社會發展逐步進入縱深領域，其技術應用滲透至航天產業中的各個方面，受多種因素影響，航天領域不同用途的航天設備相互滲透、相互影響，致使航天領域通信技術發展環境復雜多變，對航天通信容量、效果提出更高要求，直接影響著擴頻技術的實際應用效果，為此，相關領域技術人員加快技術研發與創新。擴頻技術與航天通信的深入融合，是對擴頻通信理論的拓展與延伸，以信息論中的Shannon 公式為基本應用理論，同時也是對系統信息容量、通信帶寬、噪聲功率、信號功率等項目之間內在關系的正確梳理與表示，準確無誤地表達了航天信息系統對信息的傳輸與容納能力，為系統信息道容量不變情況下，頻帶寬度與信噪比之間的相互轉換提供實現條件。

1.2 基本特征

擴頻即指信息傳輸過程中所用到的信道大于信息本身帶寬時所采用的信息傳輸形式，現代擴頻技術在各行業中應用廣泛，在實際應用過程中，以調制信號載波作為隨機寬帶信號載波，其基本應用特征主要包括以下幾方面：一是抗干擾能力較強，通過技術手段，拓寬頻譜寬度，提高信號傳輸增益，進一步強化航天設備的抗干擾能力，提高技術應用期間產生的工作信噪比；二是抵御干擾范圍廣，利用現代擴頻技術手段，強化頻譜信號之間的相關性，在多條路徑同時發出干擾信號信息時，能夠將目標接收信號與其他信號分離開來，通過分類或合成，實現關鍵信息數據的有效傳播，提升航天通信設備抵御多路徑干擾能力；三是加速信息通訊，充分發揮擴頻碼的傳播優勢與作用，利用現代擴頻技術，將多碼進行多地址傳輸，提高多元用戶寬帶資源的使用效率，在一定程度上節約了頻帶資源；四是現代擴頻技術具備較強的保密性特征，利用擴頻信號組成噪聲譜，對關鍵信息起到良好的隱蔽效果，同時綜合運用跳頻技術，實現信號數據信息的動態化發展，信號跟蹤與捕捉難度較大；五是現代擴頻技術具備測距功能，在利用擴頻碼進行相關性測試期間，擴頻技術發揮作用，實現對距離測量精度、準度的實時控制[1]。

1.3 技術類型

現代擴頻技術是傳統擴頻技術體系的延伸與發展，在社會各行各業中，應用較為廣泛，其技術類型主要分為直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻、線性調頻擴頻等技術應用形式，隨著通信要求和通信技術水平的提升，現代擴頻技術在航天通訊領域承擔重要的信息傳輸任務，在實際應用過程中，現代擴頻技術的幾種技術類型之間產生交叉與融合，必要時技術人員會將不同類型的技術形式進行有機結合，綜合運用多種擴頻形式，提升航天領域信息傳遞、信號傳輸、數據收集等工作的精度和準度，進一步提升航天通信效率、質量與技術水平，為航天通信技術向縱深方向發展打下堅實的理論和技術基礎。

2 現代擴頻技術在航天通信中的具體應用

2.1 多種擴頻技術對比

2.1.1 直接序列擴頻技術

直接序列擴頻技術即DSSS，在擴頻工作開展期間，利用數字碼完成載波的調制，確保數字碼比特速率大于信息比特速率，通過數字碼向直接序列擴頻方向發展，技術應用期間，出現部分冗余段，作為直接序列中的切普碼片，在信號傳輸過程中，碼片越長，設備接收到的信號質量越好，原始數據信號在直接序列擴頻期間，利用不同信息傳輸路徑，形成不同類型的帶寬，按照直接序列的形式，完成擴頻目標。隨著航天設備使用數量的逐漸增加，信號傳輸頻道資源及帶寬數據等受到嚴重限制，信號傳輸路徑干擾嚴重，為提升信號傳輸速率，解決資源不足的問題，利用直接序列擴頻技術，初步實現數據信息的有效傳輸，在通訊網絡中，系統根據實際需要，主動選擇擴頻目標，利用隨機碼對信息模型進行擴頻處理，利用PN 碼的長頻譜優勢，實現信號在低功率環境下運行與傳輸，以此占用更寬的功率譜，以便降低帶寬信噪比，提升信息的傳輸質量與效率，從而為擴頻系統增益，充分發揮擴頻系統運行的基礎作用。直接序列擴頻技術的應用，在信息傳輸過程中，以現代技術為依托，逐漸形成完善的直接序列擴頻系統，強化頻譜與通信技術之間的聯系，優化信息傳輸系統組織結構，其解擴方式與其他擴頻技術不同，要在信號接收端口，利用信號接收器，將信號進行放大混頻處理，接著利用與信號發射端口相關參數一致的PN 碼進行解擴，實現對擴頻信號的窄帶恢復，利用窄帶對相關信號信息進行調整，最終恢復原始信息直接序列，直接序列擴頻技術，與其他技術類型相比，是操作最為簡單且應用范圍最廣的技術手段，同步降低操作設備的運行壓力，有利于優化擴頻系統組織結構，對頻譜的擴展效果較好。

以11 位的數字碼為例，技術人員對擴頻、解擴進行操作，采用直接序列擴頻與解擴技術，對信息、信號傳輸擴頻全過程進行模擬實踐。技術人員在數據發射端口，選用“1”為數字碼發出的信息數據源，利用直接序列擴頻技術，對信號源進行簡單的預處理，接著劃分出明確的序列單元，利用數字碼將序列單元與擴頻操作調整為同一載波，同時技術人員在另一信號發生端口以“0”為數字碼信息源，向信號源“1”的相反發射方向進行發射，則得到相反的序列單元。在信號接收端口，序列單元數字碼隨著信號源的變化而變化，循環往復，最終恢復到以“0”為信號源的序列單元。

直接序列擴頻技術在實際應用過程中，通過不斷的創新與發展，逐漸形成更具競爭力的接收技術，即RAKE 接收技術，基本實現信號信息的多路徑分集與接收，將不同路徑來源的信息，通過直接、反射、折射等方式，將信號信息在繞射信號解擴后，結合不同相位上的峰值進行校對與疊加，全面提高信號信息的傳輸強度，有效避免了多種路徑信息傳輸過程對信號真實性與準確性產生波動影響，但在實際應用過程中，RAKE 接收技術操作具有明顯的復雜性特征，技術應用費用支出與收獲效果之間不成正比，影響通信行業的持續發展[2]。

2.1.2 跳變時間擴頻技術

跳變時間擴頻即指技術人員利用擴頻碼片實現對信號發射機的開啟或關閉操作，將持續時間內的信息碼分成若干時長間隙狀態，利用擴頻碼控制某一時隙中的數字碼，從而實現數字碼的發射。跳變時間擴頻技術主要通過變更時間工作方式，將發射信號在時間軸上進行跳變，在時間軸分散的情況下，針對時間軸內信號信息擴頻序列進行有效控制，將信號跳時作為確定的數字碼序列進行選擇，同時采用多時片的時移功能，對數字碼及信號源發射、傳輸、接收模式進行控制。跳變時間擴頻技術應用期間，具體操作流程如下：技術人員利用偽隨機編碼發生器選擇對應的數據信息，接著將數據信息在脈碼調制發射機不同端口進行發射，數據信息在擴頻技術作用下，形成新的信號源，跳變時間擴頻系統運行期間，對信號信息進行壓縮，進入脈碼調制解調系統內部，通過同步電路信息的方式，將虛擬數據源進行傳輸，最后利用數據信號接收系統對數據源進行處理，構成跳變時間擴頻系統的基本運行結構，充分發揮跳變擴頻技術的重要作用。

2.1.3 跳頻擴頻技術

跳頻擴頻技術在現代社會各行各業中的應用向更高層次發展，技術人員利用跳頻擴頻技術，根據偽隨機碼序列單元結構分布情況，對窄帶載波進行調整，利用全部載波覆蓋所有頻段，實現對信號信息來源、傳輸路徑、接收設備的全面控制。在具體操作過程中，技術人員利用跳變頻率擴頻技術，利用特定數字碼序列，對已選擇的數據信息多頻率進行控制，通過擴展頻譜的形式，對數字碼序列進行調整，從而實現信號載波頻率的不斷跳變，為信號傳輸增益。跳頻擴頻技術的應用，是以載頻信號為基礎信號并利用相應的調整方式對信號傳輸速度、順序進行控制的技術類型，使得數據信息在不同頻率、頻譜上進行不間斷的調整與變化，期間，技術人員將預先設定的頻率跳變序列作為PN 碼，在PN 碼的控制作用下，信號信息發射端口與接收端口按照系統設定的序列順序均勻排列在不同頻率點上，利用變化的頻譜數據系統，將信號源在不同頻率點上停留的時間進行控制，結合信號實際發射、傳輸與接收情況，將數據進行處理，最終實現目標信號的順利傳輸，完成具體通信任務。

技術人員在應用跳頻擴頻技術期間，針對特定時間段內的頻譜及頻率進行控制，將寬頻譜作為信號傳輸的載體，將跳頻通信系統的跳變頻率作為判斷系統運行效果的主要依據，充分反映了跳頻系統的基本性能，在跳頻系統運行過程中，跳變頻率基本上代表了窄帶通信環境下，跳頻擴頻技術的應用對信號源及數據信息傳輸工作產生的影響，相對直接序列擴頻技術使用效果而言，跳頻擴頻技術的應用，實現對信息數據的保護，優化信息傳輸環境，為信號源的發射與接收創造良好條件，滿足當前航天領域對通信工作的抗干擾性與保密性要求，提高數據信息傳輸與接收質量，為航天通信工作增益[3]。

2.1.4 擴跳結合擴頻技術

擴跳結合技術即指在技術允許的條件下，將直接序列擴頻技術與跳變頻率擴頻技術進行有機結合，伴隨當前社會通訊技術的發展與創新，擴頻技術之間的融合成為常態，面對國內外航天領域通信工作面臨的復雜環境，要求我國民用及軍用通信設備及通信技術水平有較大的改善與提升，為航天航空通訊領域提供強有力的技術支持，提高航天通信質量與效率，減少其他衛星設備對航天通信工作造成的不良影響，進一步提升我國航天領域通信技術水平及技術應用效果。

2.1.5 其他擴頻技術

現代擴頻技術類型多種多樣，技術人員將擴頻與通信技術進行有效結合，旨在提升通信系統運行效能，從而形成現代化新型通信擴頻技術，完善通信擴頻技術體系，實現信號信息的有效傳輸與利用，進一步提升信息傳播的效率與質量。

2.2 現代擴頻技術具體應用領域

2.2.1 導航領域

現代擴頻技術無論在民用航天或是軍用航天領域，對信息傳輸質量與效率均起到重要的影響作用，在航天導航領域應用廣泛，集中體現在現代擴頻技術在導航數據服務信號的搜集與接收兩方面，提升導航數據信息傳輸質量，充分發揮現代擴頻技術的抗干擾能力，在航天導航服務數據傳輸中具備較好的應用效果，提高了導航信息的安全性、準確性與保密性，減少航天通信系統運行期間誤碼問題的出現[4]。

2.2.2 測控領域

現代擴頻技術在航天測控領域應用效果較好，集中體現在衛星測控工作上，技術人員利用擴頻技術，對地面衛星進行遠程遙控，包括指令信息輸入、運行狀態遙測回傳、遠距離測速等具體內容，當前我國衛星測控系統中，大多采用側音測距和偽碼測距的方式，實現對衛星系統運行狀態的有效監測與控制。期間，技術人員針對衛星通信系統中存在的帶寬資源不足問題，采取現代擴頻技術，將衛星測控與通信技術相結合，有效提高頻率資源的實際利用效率，減少系統運行對信息數據傳輸質量和效率產生的干擾，實現航天產業與現代擴頻技術的深度融合。

3 結束語

綜上所述，航天產業的持續、創新發展離不開現代擴頻技術的融合與應用，技術人員充分發揮現代擴頻技術在航天領域的應用優勢，弱化通信系統運行對信號信息傳輸質量和效率產生的干擾，加速通信技術的更新，提升航天領域通信效果，進一步推動我國航天產業與現代技術的融合發展。