淺析超短波擴(kuò)頻通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

冉欽川

摘 要 超短波擴(kuò)頻通信具有信息容量大、傳輸性穩(wěn)定、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)可以運(yùn)用碼分多址技術(shù)，由此廣泛應(yīng)用于軍事通信和民用通信中，而在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，DS直接序列擴(kuò)頻應(yīng)用最廣泛。文章對(duì)直擴(kuò)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞 直接序列擴(kuò)頻；PN序列；干擾

中圖分類號(hào) TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）231-0076-02

通信已經(jīng)成為了現(xiàn)在人類社會(huì)的一個(gè)重要標(biāo)志，如何在惡劣的環(huán)境條件下保證通訊的有效性、準(zhǔn)確性、迅速性是一個(gè)難題，超短波擴(kuò)頻通信是一種獨(dú)特的通信方式，因?yàn)樵摲绞娇垢蓴_，傳播穩(wěn)定性好，防多徑干擾，抗衰減和利用率高等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的使用到軍事和民用通信中，推動(dòng)了通信事業(yè)的快速發(fā)展。本文主要對(duì)DS（直擴(kuò)方式）進(jìn)行了初步的簡(jiǎn)介。

1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是把需要傳送的數(shù)據(jù)信息通過(guò)和偽隨機(jī)碼（PN碼）進(jìn)行調(diào)制處理再進(jìn)行傳輸，接收機(jī)內(nèi)部接收到信息后通過(guò)相關(guān)的編碼進(jìn)行解調(diào)處理，達(dá)到通信成功的目的。

這種通信用很窄的脈沖序列調(diào)制所傳的信息，可產(chǎn)生很寬的頻寬信號(hào)，擴(kuò)頻碼序列則是很窄（碼速率很高）的脈沖碼序列。而理論原理基礎(chǔ)來(lái)源于“信息論和抗干擾理論”，總體可以通過(guò)香農(nóng)（Shannon）公式體現(xiàn)：C=Wlog2（1+S/N）

公式中，C為信道容量，單位為bit/s；？W為信號(hào)頻帶寬度，單位為Hz；S為信號(hào)平均功率，單位為W；N為噪聲平均功率，單位為W；

C容量保持不變，而W和S/N可以互換，及當(dāng)信號(hào)W頻寬寬度增加，那么S/N的信噪比下降，系統(tǒng)的抗干擾能力增強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)信息在外部復(fù)雜環(huán)境下安全的通信，擴(kuò)頻通信通常使用比信息寬度高上百倍或者千倍以上的寬帶信息來(lái)進(jìn)行傳輸，這也正是該通信方式的重要特點(diǎn)之一，及使用頻譜的擴(kuò)展獲得較低的信噪比。

另外擴(kuò)頻信號(hào)的重要性能指標(biāo)：處理增益GP，它表示為擴(kuò)頻信號(hào)帶寬W與信息帶寬B之比。GP指的是整個(gè)系統(tǒng)中信噪比的優(yōu)劣程度，由數(shù)學(xué)表達(dá)式 Mj=Gp-（LS+S/N）中。可以簡(jiǎn)單推算得到，當(dāng)Gp值變大時(shí)，對(duì)應(yīng)的Mj值也將隨之上升，該Mj值表示為系統(tǒng)的抗干擾容限，及通信系統(tǒng)抵抗外界環(huán)境干擾的最大能力值，所以信號(hào)可以在一定的噪聲湮沒(méi)下也能正常通信。

擴(kuò)頻通信具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）抗干擾：主要利用了PN碼的相關(guān)性和非相關(guān)性，在發(fā)射階段通過(guò)調(diào)制及擴(kuò)頻處理，使信號(hào)寬帶較寬，而在接收階段通過(guò)采用相關(guān)檢測(cè)方法進(jìn)行解擴(kuò)處理，把有用信號(hào)從寬帶恢復(fù)成窄帶，而干擾信號(hào)則擴(kuò)展為寬帶信號(hào)，在解擴(kuò)后窄帶信號(hào)只存在很少的干擾信號(hào)，信噪比很高，所以具備抗干擾？能力。

2）可以實(shí)現(xiàn)碼分多址；在發(fā)送端充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列（正交或準(zhǔn)正交）進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享寬頻帶的CDMA，提高頻譜利？用率。

3）抗衰落和抗多徑干擾；信號(hào)頻譜被擴(kuò)展，頻譜密度低，由衰落造成小部分頻譜分量衰落時(shí)，不會(huì)使得信號(hào)造成嚴(yán)重的畸變，在CDMA（碼分多址）系統(tǒng)中，可利用路徑分集技術(shù)，有效克制多徑效應(yīng)。

2 DS直擴(kuò)

DS直擴(kuò)，及直接序列擴(kuò)頻，該方式是在發(fā)射階段中對(duì)信號(hào)擴(kuò)頻時(shí)采用高碼率的隨機(jī)碼序列；在接收階段，再用完全相同的隨機(jī)碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)處理，完成信號(hào)恢復(fù)原始狀態(tài)。DS直擴(kuò)是屬于擴(kuò)頻通信中的一種，其他種類還有跳頻（FH）系統(tǒng)、跳時(shí)（TH）系統(tǒng)、脈沖線性調(diào)頻（Chirp）系統(tǒng)。

頻譜的擴(kuò)展是用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)二進(jìn)制碼位的時(shí)段中用一組新的多位長(zhǎng)的碼型予以置換，則可以使碼速率也提高很多倍，進(jìn)而提高了碼型的帶寬，達(dá)到信號(hào)的頻帶擴(kuò)展的效果。產(chǎn)生出來(lái)的高碼速的偽隨機(jī)碼，其碼位的長(zhǎng)短直接影響到系統(tǒng)性能高低。例如，軍隊(duì)中使用的系統(tǒng)往往可以達(dá)到千位。每一個(gè)序列中可以使用的編碼（正交碼），兩兩組合后則可以用來(lái)代表不同的用戶，系統(tǒng)再對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，傳送，接收并解算出基帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，從而得到不同用戶的不同信息。DS直擴(kuò)的實(shí)現(xiàn)原理則主要是序列的實(shí)現(xiàn)和信號(hào)調(diào)制的實(shí)現(xiàn)：

1）PN序列碼的產(chǎn)生包含了兩種：（1）M碼序列：是移位寄存器序列，有移位寄存器加反饋產(chǎn)生，n級(jí)移位寄存器要求是最低位和最高位必有反饋信號(hào)。（2）GOLD碼序列：滿足碼分多址的要求，實(shí)質(zhì)是串聯(lián)2個(gè)M碼序列產(chǎn)生。

2）信號(hào)在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，主要分為兩個(gè)部分；A擴(kuò)頻調(diào)制，及偽隨機(jī)碼和信息碼的直接擴(kuò)頻調(diào)制，由于兩者存在速率不一致，通常對(duì)信息碼的波形進(jìn)行水平擴(kuò)展，擴(kuò)展倍數(shù)則取偽隨機(jī)碼速率與信息碼速率的比值。B載波調(diào)制，采用的是載波和擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)相乘，同樣，由于擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)的碼速率和載波頻率不同，需要對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行水平擴(kuò)展，擴(kuò)展倍數(shù)則取載波頻率與擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)速率的比值。信號(hào)調(diào)制的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

3）直擴(kuò)信號(hào)傳輸過(guò)程，直擴(kuò)的基帶信號(hào)為雙極性波形，發(fā)射中采用的是PSK調(diào)制，及基帶信號(hào)與正弦載波相乘。其中載波、數(shù)據(jù)與PN碼三者之間也都是相乘關(guān)系，因此整個(gè)傳輸過(guò)程中，PSK調(diào)制和擴(kuò)頻，解擴(kuò)和PSK解調(diào)可以交換次序。？

簡(jiǎn)而言之，在發(fā)射階段采用偽隨機(jī)碼先把有用數(shù)據(jù)信息進(jìn)行擴(kuò)頻處理，再放到信道中進(jìn)行傳輸。在接收階段把該信號(hào)直接和發(fā)射機(jī)中同步的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)處理。有用信號(hào)就從寬帶模式切換成窄帶模式上來(lái)，干擾信號(hào)則被擴(kuò)頻到一個(gè)較寬的寬？帶中。

3 CDMA

在DS直擴(kuò)系統(tǒng)中，CDMA碼分多址技術(shù)是非常重要的一項(xiàng)特點(diǎn)。信號(hào)分割技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多址連接的理論基礎(chǔ)。CDMA碼分多址是移動(dòng)通信中常用方式的一種，網(wǎng)內(nèi)所有成員使用的都是同一個(gè)載波，使用的也是相同的帶寬，網(wǎng)內(nèi)成員能夠在同一時(shí)間發(fā)送信號(hào)或者接收信號(hào)。所不同的是在各個(gè)成員的發(fā)射端采用的是各不相同、相互正交的地址碼調(diào)制其要發(fā)送的信息碼，在接收端則通過(guò)相關(guān)檢測(cè)從眾多信號(hào)中挑選出相應(yīng)的信號(hào)。

而要實(shí)現(xiàn)碼分多址技術(shù)，移動(dòng)通信系統(tǒng)則需要具備一定的條件。首要條件就是要有足夠的地址碼，地址碼要具有良好的自相關(guān)或互相關(guān)特性；再者，在接收階段進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)時(shí)，必須能產(chǎn)生和發(fā)射端完全同步的地址碼；最后，碼分多址系統(tǒng)必須和擴(kuò)頻技術(shù)相結(jié)合。CDMA系統(tǒng)收發(fā)的工作大概流程可見(jiàn)圖3。

4 結(jié)論

本文對(duì)擴(kuò)頻通信技術(shù)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行初步的探究，并對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)中DS直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的一些特點(diǎn)以及通信流程進(jìn)行了簡(jiǎn)短的介紹。了解到擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在抑制抗干擾方面的有效性，對(duì)信號(hào)保護(hù)作用的隱蔽性，以及在整個(gè)通信過(guò)程中擴(kuò)頻碼的重要作用和產(chǎn)生機(jī)理。

參考文獻(xiàn)

[1]Dale Stacey.航空無(wú)線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.