扩频技术及其应用.pdfVIP

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