無線擴頻技術(shù)及頻譜資源利用

周啟煒

當前，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和科學技術(shù)特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入推進，以無線電為基本資源的通信技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，并且被應(yīng)用到軍事、民用等諸多領(lǐng)域，為人們的通信便利與穩(wěn)定提供相應(yīng)的保障。然而，由于全球?qū)τ跓o線電的廣泛使用，無線電頻譜資源的利用矛盾也日益凸顯。一方面，無線電的頻譜被大量的使用，已經(jīng)難以滿足不斷增長的無線電行業(yè)需求，而另一方面，無線電頻譜的整體利用效率還十分低下，相當比例的無線電頻譜資源因大材小用或者無端擱置而處于低效運行狀態(tài)。因此，有必要對無線電頻譜的利用加以進一步拓展，并深入研究應(yīng)用無線擴頻技術(shù)，使無線電頻譜資源得到更好地開發(fā)和高效地利用。

一、無線擴頻技術(shù)的基本概況

從目前研究和實踐情況看，無線擴頻技術(shù)主要可以分為直序擴頻和跳頻兩種。

（一）無線直序擴頻技術(shù)

在通信領(lǐng)域，通過對事先已經(jīng)設(shè)定好的偽隨機碼進行發(fā)送，可以使無線數(shù)據(jù)傳輸能夠擁有更加寬廣的頻帶，從而使無線頻譜得到更大范圍的擴展。該技術(shù)的具體操作方法，是針對一個直序擴頻代碼進行二進制相移鍵控調(diào)制。在這一調(diào)制過程當中，所需要使用的擴頻代碼是由N位組成。例如，如果對1kbit/s的數(shù)據(jù)基帶進行擴展，使其倍數(shù)增加為原有的十六倍，那么數(shù)據(jù)的傳輸速率也會相應(yīng)地發(fā)生十六倍的提升。而這個倍數(shù)，實際上也就是代碼的N。

經(jīng)過這種直序擴頻的操作，整個無線電系統(tǒng)也會發(fā)生相應(yīng)的變化，其占用的功率譜密度將隨著擴頻倍數(shù)的增加而相應(yīng)的降低。在擴頻之后，為了成功接收被擴頻的信號，解擴和解調(diào)是該擴頻技術(shù)當中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是對于系統(tǒng)信息進行接收和處理的主要操作。其中，在直擴系統(tǒng)信息的接收端位置，偽隨機碼會隨著接收信號的變動，比如混頻或者放大的操作，而發(fā)生擴散的情況，導致信號整體都會回歸到原先的窄帶信號，使擴頻的步驟反向回到原位，然后再借助解調(diào)的相關(guān)技術(shù)，使無線電信號的初始信息得以恢復(fù)，從而完成無線電信號輸出→擴頻→解擴→解調(diào)→接收這一過程。

（二）無線跳頻技術(shù)

所謂跳頻技術(shù)，與直序擴頻技術(shù)存在一定的區(qū)別，主要體現(xiàn)在其擴頻的信息并不是所需要傳輸?shù)娜啃畔?，而是對于部分信息進行一定程度的擴頻，因而也不會形成相關(guān)處理結(jié)果的增益。在具體的實踐中，根據(jù)跳頻系統(tǒng)的速度高低不同，跳頻通?？梢詣澐譃榭焖偬l和慢速跳頻兩種類型。其中，在軍用的跳頻系統(tǒng)當中跳頻系統(tǒng)可以達到數(shù)萬跳每秒的速度，是目前最快速的跳頻系統(tǒng)。而相比之下，民用或者商用的跳頻系統(tǒng)，其速度通常都控制在五十跳每秒，從而大幅降低該系統(tǒng)所需要的成本耗費。相比較直序擴頻系統(tǒng)來說，跳頻系統(tǒng)的技術(shù)含量比較低，應(yīng)用成本也不高，因而被相當比例的無線局域網(wǎng)絡(luò)所采用，為人們的通信提供諸多的便利。此外，跳頻系統(tǒng)在短途信息傳輸當中具有獨特的優(yōu)勢，即發(fā)射率相對較低，并且具有著比較強大的無抗多徑功能，可以有效避免語音信息傳輸過程中的頻率干擾，使其更好地運用在語音通信方面。

二、擴頻資源的具體實踐應(yīng)用

（一）開放頻段資源的實踐應(yīng)用

由于無線電的每一個頻段都具有唯一性，如果不同單位采用同一個頻段的無線電進行信號傳輸，特別是在開放的空間內(nèi)，就會形成十分明顯的信號干擾，從而導致無線電信息無法得到有效的輸導。因此，在世界各國的通信行業(yè)發(fā)展過程中，室外的無線電通信系統(tǒng)都受到了嚴格的管理和控制，并且對每一段頻譜都具有著壟斷性和獨占性，從而保證無線電信號在開放式的環(huán)境中得到正常使用。然而，如果對于擴頻技術(shù)的應(yīng)用不當，就很有可能對開放頻段資源造成無端占用和資源浪費，或者對其他無線電使用方造成信號干擾和妨礙。

以商用擴頻系統(tǒng)為例，雖然其主要采用慢速跳頻進行信號擴頻傳輸，但其占用的頻率資源卻涉及到開放頻段的全部頻段，因而雖然從基礎(chǔ)的成本看慢跳擴頻系統(tǒng)雖然具有比較低廉的價位，但由于其占用了整個頻段，容易對無線電資源造成巨大的破壞和浪費，實際上其性價比并不高。此外，由于跳頻之間也不可避免地會出現(xiàn)沖突的情況，使頻道的使用進一步受到限制，為了避免通信過程中的誤碼問題，必須要充分考慮到不同跳頻之間的沖突關(guān)系，在兩個頻率之間保留一定的緩沖頻帶，從而保證其實用性，但也必然會造成頻段整體容量的限縮。從這一層面進行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，無線擴頻技術(shù)中的直序擴頻技術(shù)雖然具有較高的成本支出，但其對于頻段資源的利用效率更高，相互之間的干擾和影響偏小，從而具有更好的性價比，可以對無線電這一寶貴資源進行更加充分的開發(fā)和利用。

（二）碼分多址的實踐應(yīng)用

通過對無線電技術(shù)進行擴頻應(yīng)用，可以有效開拓新的頻譜資源，使無線電的抗干擾能力得到大幅的增強。但與此同時，無線擴頻技術(shù)的應(yīng)用也無法避免地帶來新的問題，付出一定的代價。例如，如果大量的用戶共同使用同一個寬頻帶，雖然會造成相互之間的一定信號干擾，影響到用戶的無線通信體驗，但可以大幅提高頻帶的單位利用率，使無線電頻帶的擴容壓力大大降低。而采用無線擴頻技術(shù)，雖然可以有效提高用戶的通信效果，盡可能地減少不同用戶之間的信號干擾和頻帶擠占，但會造成每一個頻帶寬資源的空置，導致寶貴的無線電頻譜資源浪費。因此，無線擴頻技術(shù)在通信過程中可以充分發(fā)揮擴頻調(diào)制這一操作，針對不同的用戶信號進行科學合理的區(qū)分，形成不同的序列碼，并增強各序列碼之間的相關(guān)關(guān)聯(lián)性，通過碼分多址的方式對各用戶所需的信號進行區(qū)分和獲取，從而在減少對頻譜帶寬浪費的基礎(chǔ)上確保信號之間不至于出現(xiàn)相互干擾或者妨礙。

目前，我國移動通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第五代，通過對直序擴頻技術(shù)進行碼分多址，充分實現(xiàn)了頻譜資源充分利用與用戶信號互不干擾兩個重要的通信目標，使現(xiàn)代通信技術(shù)達到了更高一層的階段。當然，我們?nèi)匀槐仨毘姓J一點，那就是無線電的通信技術(shù)并沒有真正達到完善的狀態(tài)，各個用戶在進行無線電通信時仍然或多或少地存在著一定的信號干擾，特別是隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的不斷擴張和移動通信終端如手機、平板電腦等的普及應(yīng)用，通信干擾這一問題將持續(xù)存在并且可能會更加嚴重，這也要求通信企業(yè)和相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域進行更多的資源和人才投入，有效實現(xiàn)頻譜資源的合理利用及信號干擾問題的有效降低，使無線通信發(fā)揮更大的作用。

三、結(jié)束語

現(xiàn)代技術(shù)特別是通信技術(shù)的進步，可以說已經(jīng)達到了一日千里的程度，許多技術(shù)都發(fā)生著翻天覆地的變化。對于無線電通信來說，無線路由器、局域網(wǎng)僅僅經(jīng)過了十數(shù)年，就已經(jīng)由創(chuàng)新產(chǎn)品演變?yōu)樯鐣占吧唐罚瑥亩o無線頻譜的使用帶來了巨大的壓力。人們必須要加強對無線擴頻技術(shù)的研究和實踐應(yīng)用，不斷探索穩(wěn)定擴頻線路、提高頻譜資源利用、降低信號干擾等事項，實現(xiàn)無線通信技術(shù)的開拓創(chuàng)新，從而為社會經(jīng)濟發(fā)展作出更大的貢獻。