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扩频通信技术特点及应用
摘要扩频通信技术(简称扩频通信)是一种新兴的高科技通信技术,具有大容量、抗干扰、低截获功率等特点以及可实现码分多址(CDMA)等优点,在军事和民用通信系统中都得到了广泛的应用,并成为下一代移动通信的技术基础。对扩频通信技术的抗干扰性能、抗多径干扰、多址能力等特点作了说明,并对扩频CDMA数字蜂窝系统的关键技术和容量优势做了阐述。关键词扩频通信,CDMA,多径干扰,多址,容量
一、序论
人类社会进入到了信息社会,通信现代化是人类社会进入信息时代的重要标志。怎样在恶劣的环境条件下保证通信有效地、准确地、迅速地进行,是当今通信工作者所面临的一大课题。扩展频谱通信是现代通信系统中的一种新兴的通信方式,其较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能以及频谱利用率高、多址通信等诸多优点越来越多的为人们所认识,并被广泛的应用于军事通信和民用通信的各个领域,从而推动了通信事业的迅速发展。
扩频通信,即(Spread munication)扩展频谱通信,它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列:Spread Sequence)调制,实现频谱扩展后再传输;接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理,恢复原始信息数据。这种通信方式与常规的窄道通信方式是有区别的:首先,信息在频谱扩展后形成宽带传输;其次,相关处理后
恢复成窄带信息数据。
在扩展频谱系统中,伪随机序列起着很重要的作用。在直扩系统中,用伪随机序列将传输信息扩展,在接收时又用它将信号压缩,并使干扰信号功率扩散,提高了系统的抗干扰能力;伪随机序列性能的好坏直接关系到整个系统性能的好坏,是一个至关重要的问题。
扩频信号的接收一般分为两步进行,即解扩与解调,这是关系到系统性能优劣的关键。解扩是在伪随机码同步的情况下,通过对接收信号的相关处理从而获得处理增益,提高解跳器输入端的信噪比,使系统的误码性能得以改善。
解扩与解调的顺序一般是不能颠倒的,通常是先进行解扩后再进行解调,这
是因为在未解扩之前的信噪比是很低的,一般的解调方法很难实现。
正是由于这些技术的应用,使扩频通信有如下的优点:
①具有较强的抗干扰能力。这种能力的大小与处理增益成正比。
②具有很强的隐蔽性和抗窃听的能力。扩频信号的谱密度很低,可使信号淹没在噪声之中。
③具有选址能力,可实现码分多址。扩频系统本来就是一种码分多址通信系统。
④抗衰落,特别是抗频率选择性好。直序信号的频谱很宽,一小部分衰落对整个信号的影响不大。
⑤抗多径干扰。利用伪随机码的相关特性,只要多径时延超过伪随机码的一个切谱,通过相关处理后可消除这种干扰影响。
⑥高精度测量等。利用直扩系统伪随机码的相关特性,可完成精度很高的测距和定位。
正是由于扩频通信技术具有上述优点,自50年代中期美国军方便开始研究,一直为军事通信所独占,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。直到80年代初才被应用于民用通信领域。为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源,各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术,扩频技术于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。
二、扩频通信系统
(一) 扩展频谱通信的定义
所谓扩展频谱通信,可简单表述如下:“扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
这一定义包含了以下三方面的意思:
⑴信号的频谱被展宽了。
⑵采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱。
⑶在接收端用相关解调来解扩。
(二) 扩频通信的理论基础
长期以来,人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。
扩频通信的基本特点,是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(?F),其比值称为处理增益Gp。
众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度, —,电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等),和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式,Gp值一般都在十多倍范围内,统称为“窄