扩频通信5

龙源期刊网

扩频通信与扩频调制技术

作者：李宇涵

来源：《中国新通信》2016年第14期

【摘要】 扩频通信全称扩展频谱通信，最初在军事领域有着较为广泛的应用。随着社会的不断向前发展，人们的物质生活水平极大的提高，对于电子通信也提出了更高的要求。因扩频通信具有许多现代人生活中所需要的高保密性能、接收信号能力强等优点，而受到人们的广泛关注，一些军事通讯方法也逐渐在民用通信中有了一定的应用。文章主要对扩频通信系统的相关理论及其主要工作方式进行简要介绍，并对扩频通信系统中数字调制方式及其仿真实现进行相关研究和讨论。

【关键词】 扩频通信 发展概况 基本原理 扩频调制方案

作为三大核心通信技术之一的扩频通信，最早出现在军事领域，即二战中美军运用扩频通信对本国军事通信机密进行加密。该通信技术在军事领域主要应用于军事计划通信，指挥通信以及一些军事情报的加密。其中最典型的例子当数海湾战争中所使用的电子战，借扩频通信技术对敌军通信实施干扰，使其电子通信瘫痪，进而命令无法传送至前线，导致战局的失利及人员的伤亡。电子战中扩频通信的合理运用对这场战争胜负起着重大的作用。现代战争中，扩频通信被更加广泛的应用于军事对抗中，体现了极大的价值。除军事领域的有效应用外，扩频通信更在雷达探测、远距离遥控、电子导航及电子测距等多方面有着较为广泛的应用，并逐渐成为通信传输方式向前发展的重要方向。随着时代的发展，计算机技术的不断成熟，对扩频通信的进一步发展提供技术支持，也为扩频通信的平民化奠定了坚实的基础。

回想自扩频通信出现以来，自有线通信到后来的无线通信直至现在的光纤通信，通信技术可谓日新月异。特别是随着近代科技的不断向前发展，大规模集成电路与通信技术的有效结合使得扩频通信技术有了更加实质的突破。

一、扩频通信的理论基础

扩展频谱通信技术，说到底还是一种通信技术，其本质还是用来进行信息的传输。其主要特点是通信所需最小宽带与信号占据宽带相比，应有十分大的差距。另外，频带的拓展不需要像其他通信方式一般，通过多个码序列相互配合完成，该通信方式仅需一个独立的码序列便可完成。该通信具有三大基本特征，首先，扩频通信传输方式须为数字传输；其次，接收端的扩频函数需与扩频信号一致，最后，无关扩频函数对频带的宽度进行调制，进而完成整个通信过程。扩频通信系统原理图如图1所示。 龙源期刊网

1 扩频通信系统的分类

扩频通信系统的关键问题是在发信机部分如何产生宽带的扩频信号，在收信机部分如何解调扩频信号。根据通信系统产生扩频信号的方式，可以分为下列几种。

1 直接序列扩展频谱系统

直接序列扩展频谱系统（Direct Sequece Spread Spectrum Communication

Systems，DS-SS），通常简称为直接序列系统或直扩系统，是用待传输的信息信号与高速率的伪随机码波形相乘后，去直接控制射频信号的某个参量，来扩展传输信号的带宽。用于频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-5。

在直接序列扩频通信系统中，通常对载波进行相移键控（Phase Shift Keying，PSK）调制。为了节约发射功率和提高发射机的工作效率，扩频通信系统常采用平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。

在发信机端，待传输的数据信号与伪随机码(扩频码)波形相乘(或与伪随机码序列模2加)，形成的复合码对载波进行调制，然后由天线发射出去。在收信机端，要产生一个和发信机中的伪随机码同步的本地参考伪随机码，对接收信号进行相关处理，这一相关处理过程通常常称为解扩。解扩后的信号送到解调器解调，恢复出传送的信息。

图1-5 直接序列扩频通信系统简化图

(a) 发射系统；(b) 接收系统

2 跳频扩频通信系统

跳频扩频通信系统是频率跳变扩展频谱通信系统（Frequecy Hopping Spread

Spectrum Communication Systems，FH-SS）的简称，或更简单地称为跳频通信系统，确切地说应叫做“多频、选码和频移键控通信系统”。它是用二进制伪随机码序列去离散地控制射频载波振荡器的输出频率，使发射信号的频率随伪随机码的变化而跳变。跳频系统可供随机选取的频率数通常是几千到202个离散频率，在如此多的离散频率中，每次输出哪一个是由伪随机码决定的。频率跳变扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-6。

第38卷第5期计算机仿真2021年5月文章编号：1006 -9348(2021)05 -0158 -05

基于GNU - Radio + USRP的MCSS通信设计与实现

陈盈，窦高奇，王青波，邓冉(海军工程大学电子工程学院，湖北武汉430033)摘要：多码组合扩频是一种载荷更高、带宽占用率更低、保密性更好的新型扩频模式，但由于实际应用依赖复杂的硬件电路，极大限制了通信模式的灵活性。基于GNU - Radio + USRP构建多码组合扩频通信硬件平台，完成多码组合扩频通信算法设 计和收发仿真测试，系统可根据实际需求调整扩频码周期、星座图映射方式、收发速率和载波频率等通信参数，并对接收载 波和定时同步进行算法设计，实现系统连续和猝发通信需求，通过实时在线测试，验证了系统设计的灵活性和方案设计的有 效性。关键词：多码组合扩频;软件定义无线电；同步算法联合设计 中图分类号:TN919.6 文献标识码：BDesign and Implementation of Multicode Combined Spread Spectrum Communication Based on GNU - Radio + USRP

CHEN Ying,D0U Gao-qi,WANG Qing-bo,DENG Ran(Institute of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan Hubei 430033, China)ABSTRACT ： Multi — code combined spread spectrum is a new type of spread spectrum mode with higher load, lower bandwidth occupancy and better confidentiality. However, the practical application relies on complex hardware cir­cuits, which greatly limits the flexibility of the communication mode. This paper built a multi - code combined spread spectrum communication hardware platform based on GNU - Radio + USRP, and completed multi - code combined spread spectrum communication algorithm design and transceiver simulation test. The system can adjust the communi­cation parameters such as spreading code period, constellation mapping mode, transmission and reception rate, and carrier frequency, according to actual needs. And algorithm design of receiving carrier and timing synchronization was carried out to realize system continuous and burst communication requirements. The flexibility of system design and the effectiveness of scheme design were verified through real - time online tests.KEYWORDS：MCSS；SDR；Synchronous algorithm joint design

城市轨道交通移动闭塞ATC系统的运用分析

一般来说，信号控制系统可分为固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞几种模式，其中移动闭塞模式代表了城市轨道交通信号控制系统的发展方向，其追踪列车间的安全间隔距离相比之下为最小，能最大限度地提高线路运输能力。

一、闭塞方式比较

传统的固定闭塞信号控制方式，采用阶梯式速度控制方式，对应每个闭塞

分区只能传送一个该分区所规定的最大速度命令码，通常称之为固定闭塞系统。该方式不易实现列车的舒适控制、节能控制，也限制了行车效率的提高。

与固定闭塞不同的是，准移动闭塞信号系统采用一次模式曲线控制方式，

并且可以根据地面信号设备提供的目标速度、目标距离、线路状态 (曲线半径、坡道等数据)等信息，车载设备计算出适合于本列车运行的模式速度曲线。该模式在城轨信号系统中有一定的运用，例如：上海地铁2号线、明珠线一期、广州地铁一、二号线等。

采用交叉感应环线或无线扩频等通信方式实现列车定位和车- 地之间双向

大信息量数据传输的信号系统，地面不划分固定的闭塞分区，列车定位方式也

不同于采用轨道电路的系统，其列车定精度高。线路上的前行列车经ATP／ATO车载设备将本车的实际位置，通过传输系统传送给轨旁的移动闭塞处理器，并将此信息经系统处理生成后续列车的运行权限，传送给后续列车的ATP／ATO车载设备。列车控制采用实时速度—距离模式曲线控制方式，追踪运行列车的停车点仅为一个距前行列车尾部预留一定的保护距离处。由于能按照列车性能自动调整列车运行间隔，追踪间隔距离由前后列车的关系和线路情况等动态确定，故称之为移动闭塞 (moving blocking) 系统。

二、移动闭塞系统能力分析

移动闭塞信号系统能有效缩短行车间隔时间，最大限度地提高通过能力。

本文将以正在实施中的上海轨道交通6号线工程情况为例进行能力分析计算。

移动闭塞区间列车追踪运行间隔是通过移动闭塞的信号设备，将线路上前行车的实际位置，转送给后续列车的车载设备，后续列车的车载设备根据相关的信息，计算出列车紧急制动曲线，以保证列车运行的安全。在两者均能满足列车追踪间隔的要求的情况下，移动闭塞与准移动闭塞方式相比，为线路预留了更大的通过能力。