淺談擴(kuò)頻通信在無線局域網(wǎng)中的應(yīng)用

劉昕 崔珺

摘 要：本文介紹了無線局域網(wǎng)和擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)和工作方法，對(duì)擴(kuò)頻通信技術(shù)在無線局域網(wǎng)中的應(yīng)用及特點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無線局域網(wǎng)；擴(kuò)頻通信；處理增益；直擴(kuò)；跳頻

隨著越來越多的WiFi智能手機(jī)和終端的出現(xiàn)，無線局域網(wǎng)（WLAN）成為寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要承載方式。

無線局域網(wǎng)是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，利用射頻技術(shù)，取代舊式雙絞線構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無線局域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單。無線局域網(wǎng)絡(luò)工作于2.5GHz或5GHz頻段，具有靈活、安裝便捷、易進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃調(diào)整、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。隨著應(yīng)用環(huán)境的更新與發(fā)展，電纜鋪設(shè)的局域網(wǎng)絡(luò)重新安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本很高，架設(shè)無線局域網(wǎng)絡(luò)就成為最佳解決方案。與此同時(shí)，無線局域網(wǎng)也存在很多不足之處，如網(wǎng)絡(luò)性能不穩(wěn)定，無線局域網(wǎng)是依靠無線電波進(jìn)行傳輸?shù)模ㄖ?、車輛、樹木和其他障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸，影響網(wǎng)絡(luò)性能；傳輸速率，目前無線局域網(wǎng)的最大傳輸速率為150Mbit/s，適合個(gè)人終端盒小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)；安全性，無線信號(hào)發(fā)散，容易被監(jiān)聽，造成信息泄露。無線局域網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，系統(tǒng)利用射頻無線電或紅外線，借助擴(kuò)頻通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)固定、半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的高速連接訪問。

無線局域網(wǎng)主要信息安全保障技術(shù)有驗(yàn)證與加密、網(wǎng)絡(luò)嗅探技術(shù)還有擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)即擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信，是擴(kuò)展頻譜通信的簡(jiǎn)稱，是指用來傳輸信息所用的帶寬遠(yuǎn)大于此信息所需最小帶寬的一種通信方式。擴(kuò)頻通信技術(shù)具有抑制干擾能力強(qiáng)、信號(hào)功率譜密度低、信號(hào)便于隱藏和保密等特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，使得無線通信的信號(hào)強(qiáng)度、抗干擾性以及安全性都得到了極大的飛躍。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的重要參數(shù)是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的處理增益GP，是擴(kuò)頻信號(hào)帶寬與原始信號(hào)帶寬的比值，一般GP值遠(yuǎn)大于10。

擴(kuò)頻通信是基于信息論和抗干擾理論的信息傳輸方式，它與衛(wèi)星通信、光纖通信一同被譽(yù)為信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可以認(rèn)為是擴(kuò)頻和解擴(kuò)的變換對(duì)，其物理模型如圖a、圖b所示，（a）發(fā)射；（b）接收：

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具備3個(gè)主要特征：載波是一種不可預(yù)測(cè)的，或稱之為偽隨機(jī)的帶寬信號(hào)；載波的帶寬比調(diào)制數(shù)據(jù)的帶寬要寬得多；接收過程是通過將本地產(chǎn)生的帶寬載波信號(hào)的復(fù)制信號(hào)與接收到的寬帶信號(hào)相關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。

1 擴(kuò)頻通信技的類型

1.1 直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum）

簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（DS）。就是用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來的信號(hào)。原理是直接用偽噪聲序列對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過信道編碼后，與偽噪聲序列進(jìn)行模2和生成復(fù)合碼去調(diào)制載波。接受機(jī)在收到發(fā)射信號(hào)后，首先通過偽碼同步捕獲電路來捕獲發(fā)送來到偽碼精確相位，并由次產(chǎn)生跟發(fā)送端的偽碼相位完全一致的偽碼相位，作為本地解擴(kuò)信號(hào)，以便能夠及時(shí)恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，完成整個(gè)直擴(kuò)通信系統(tǒng)的信號(hào)接收。直擴(kuò)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、抗多徑干擾能力強(qiáng)、抗截獲能力強(qiáng)、可同頻工作、通信速率高。在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遇到以下幾個(gè)問題，頻道數(shù)減少、帶寬增大和信息量增大。

1.2 跳頻擴(kuò)頻

又被稱為跳頻擴(kuò)頻技術(shù)（FH）。是指用偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴(kuò)展頻譜的一種方法。與直擴(kuò)技術(shù)完全不同，跳頻系統(tǒng)是靠載頻的隨機(jī)跳變，躲避干擾，將干擾排斥在接收通道以外來達(dá)到抗干擾的目的。跳頻相當(dāng)于瞬時(shí)窄帶通信系統(tǒng)，不會(huì)得到直接序列擴(kuò)頻的處理增益。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾，跳頻越高抗干擾的性能越好。

1.3 跳時(shí)（TH）

與跳頻相似，是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。跳時(shí)也可以看成是一種時(shí)分系統(tǒng)，不同的在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時(shí)片，而是由擴(kuò)頻碼序列控制按一定規(guī)律跳變位置的時(shí)片。跳時(shí)系統(tǒng)的處理增益是一幀中所分的時(shí)片數(shù)。

1.4 脈沖調(diào)頻

模擬磁帶地震記錄的一種方式。發(fā)信端發(fā)出射頻脈沖信號(hào)，在每一脈沖周期中頻率按某種方式變化。在收信端用色散濾波器解調(diào)信號(hào)，使進(jìn)入濾波器的寬脈沖前后經(jīng)過不同時(shí)延而同時(shí)到達(dá)輸出端。這種記錄方式不受與記錄條件有關(guān)的幅度畸變的影響，提高了抗干擾能力和信噪比。

1.5 混合擴(kuò)頻

將多種基本擴(kuò)頻方法結(jié)合起來，以提高系統(tǒng)綜合性能。例如：直擴(kuò)和跳頻的結(jié)合（DS/FH），跳頻和跳時(shí)的結(jié)合（FH/TH），等。可兼顧各種性能，又比單一擴(kuò)頻技術(shù)的效果要好。

2 擴(kuò)頻技術(shù)的特點(diǎn)

與其他通信手段相比，擴(kuò)頻通信占用的信道頻帶寬得多，具有以下特點(diǎn)：

2.1 信號(hào)便于隱蔽和保密

保密性好是擴(kuò)頻通信最初在軍事通信中獲得應(yīng)用的主要原因。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)使用周期很長(zhǎng)的偽隨機(jī)友進(jìn)行擴(kuò)頻，經(jīng)調(diào)制后的數(shù)字信息類似于隨機(jī)噪聲，在接收端進(jìn)行解擴(kuò)時(shí)，只有采用與發(fā)送端同步的擴(kuò)頻碼才能正確恢復(fù)發(fā)送的信息。

2.2 抗干擾性能強(qiáng)

抗干擾能力強(qiáng)勢(shì)擴(kuò)頻通信最基本的特點(diǎn)。擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)展頻道越寬，獲得的處理增益越高，干擾容限就越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。接收端采用與發(fā)送端同步的擴(kuò)頻碼解擴(kuò)后，有用信號(hào)得到恢復(fù)，其他干擾信號(hào)的頻譜都被展寬了，從而使得落入信息帶寬內(nèi)的干擾強(qiáng)度大大降低，從而抑制了干擾。

2.3 抑制多徑衰減

由于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的信號(hào)頻譜被展寬，所以擴(kuò)頻系統(tǒng)具有潛在的抗頻率選擇性衰落的能力，此外，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)還能有效地克服多徑干擾。

2.4 可以實(shí)現(xiàn)碼分多址通信

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中采用偽隨機(jī)序列擴(kuò)頻，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中可以利用不同的偽隨機(jī)序列作為不同用戶的地址碼，從而實(shí)現(xiàn)碼多分址通信。

2.5 可進(jìn)行高分辨率測(cè)距

當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)，又不具備有線通信條件是，無線擴(kuò)頻通信作為最簡(jiǎn)便快捷的方法當(dāng)為首選。擴(kuò)頻通信技術(shù)還在一下環(huán)境中表現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性：有線線路的備份，接入結(jié)構(gòu)和終端用戶經(jīng)常變動(dòng)，無法鋪設(shè)有線線路，兩個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)的連接等。

對(duì)于無線局域網(wǎng)來說，最重要的衡量指標(biāo)是抗干擾性和保密性。擴(kuò)頻通信技術(shù)的抗干擾性和保密性使其在無線局域網(wǎng)中的應(yīng)用十分廣泛。

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