扩频技术及其应用.pdfVIP

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第十九届电工理论学术年会论文集 70 扩频技术及其应用 吴慎山,朱明杰 (河南师范大学物理与信息工程学院,河南新乡453007) 摘 要:在无线本地环路的各种技术手段中,扩频技术以其高数据速率和在一定条件下无需频率许 可证等优点,在数据传输中得到越来越广泛的应用。阐述了无线扩频技术的优点以及常见无线扩频系 统(直序扩频、跳频扩频)的原理,讨论了扩频微波技术在网络通讯中的应用。 关键词:扩频;直序扩频;跳频扩频;数据传输 扩展频谱通信(SpreadSpectrum 二战期间就已提出,其发展也基本上是在军事领域随着电子对抗而发展起来的。 随着无线通信的广泛应用,无线频道变得非常拥挤,频道资源非常紧张,干扰繁多、 严重。由于扩频通信技术可以解决这些问题,并且提供更高的必威体育官网网址技术,因此80年代 末,美国联邦通信委员会(FCC)规划了ISM波段,批准扩频通信使用该频段来,扩频 通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。 1扩频通信技术基本原理 扩频通信的理论基础是香农定理 c=矽l092(1-4-s/Ⅳ) (1) 式中:C…信道容量,W_一传输带宽,S/N~一信噪比。由此可得:在信息速率 一定时,可以用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输,即信号带宽越宽则可传信 噪比越低,甚至在信号被噪声淹没的情况下也可以实现可靠通信。因此,将信号的频谱 扩展,则可以实现低信噪比传输,并且可以保证信号传输有较好的抗扰干性和较高的保 密性。 前最常用的扩频通信实现方法主要分别是跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS) (1)跳频扩频:采用跳频扩频技术,使当前发送的窄带载波根据伪随机码序列的变化 而变化,所有载波覆盖整个频段,这也是其名字的由来。 (2)直接序列扩频:采用直接序列扩频技术,数字码调制载波,码比特速率远远大于 信息比特速率。码比特是直接序列扩频的一种比特冗余模式,这种冗余比特也叫码片或 切普码。码片越长,接收机越能很好地接受原始信号。但是由于每个信息比特编码成一 第十九届电工理论学术年会论文集 71 串比特,所以需要更多的带宽。 1.1 直接序列扩频技术 直接序列扩频(DSSS)(Direct sequence spreadspectrum)是直接利用具有高码率的 扩频码系列采用各种调制方式在发射端扩展信号的频谱,而在接收端,用相同的扩频码 序去进行解码,把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法。具体 说,就是将信源与一定的PN码.(伪噪声码)进行模二加。例如在发射端将”1n用 110001001 100101 10代替,将”0”用001 10代替,这个过程就实现了扩频,而在接收机处 解扩。这样信源速率就被提高了1l倍,同时也使处理增益达到10dB以上,从而有效地 提高了整机信噪比。 直序扩频系统的解扩采用相关解扩,这是它与常规无线通信解调方式的根本不同。 在接收端,接收信号经过放大混频后,经过与发射端相同且同步的PN码进行相关解扩, 把扩频信号恢复出窄带信号,再对窄带信号进行相干解调,就解出原始信息序列。其原 理框图如图1所示。 圈l亘接序列扩频的原理框图 直接序列扩频的优点是: (1)直扩系统射频带宽很宽。小部分频谱衰落不会使信号频谱严重衰落。 (2)具有强的抗多径干扰能力。无线电波在传播的过程中,除了直接到达接收天 线的直射信号外,还会有各种反射体(如大气对流层、建筑物、高山、水面、地面)等引 起的反射和折射信号被接收天线接收。反射和折射信号的传播时间比直射信号长,它对 直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会造成通信系统的严重衰落甚至无法工 作。由扩频序列的自相关函数的特性知道,当两个接收信号序列相对时间超过码元宽度 时,相关器输出只为码长的倒数,故被很大程度的

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