1扩频技术的发展
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CDMA的简介CDMA (Code Division Multiple Access) 又称码分多址,是在无线通讯上使用的技术,CDMA允许所有使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz),且把其他使用者发出讯号视为杂讯,完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 问题。
CDMA中所提供语音编码技术,通话品质比目前GSM好,且可把用户对话时周围环境噪音降低,使通话更清晰。
就安全性能而言,CDMA不但有良好的认证体制,更因其传输特性,用码来区分用户,防止被人盗听的能力大大增强。
Wideband CDMA(WCDMA)宽带码分多址传输技术,为IMT-2000的重要基础技术,将是第三代数字无线通信系统标准之一。
一,CDMA的发展史:CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。
第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术,其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰,在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信,后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。
1995年,第一个CDMA商用系统运行之后,CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验,从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。
全球许多国家和地区,包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。
在美国和日本,CDMA成为国内的主要移动通信技术。
在美国,10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。
到今年4月,韩国有60%的人口成为CDMA用户。
在澳大利亚主办的第28届奥运会中,CDMA技术更是发挥了重要作用。
CDMA技术的标准化经历了几个阶段。
IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准,真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A,这一标准支持8K编码话音服务。
其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准,支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准,其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量。
CDMA是码分多址的英文缩写(Code Division Multiple Access),它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。
CDMA技术的原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。
接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信。
GSM是Global System for Mobile Communications的缩写,意为全球移动通信系统,是世界上主要的蜂窝系统之一。
GSM是基于窄带TDMA制式,允许在一个射频同时进行8组通话。
GSM80年代兴起于欧洲,1991年投入使用。
到1997年底,已经在100多个国家运营,成为欧洲和亚洲实际上的标准,到了2001年,在全世界的162个国家已经建设了400个GSM通信网络。
但GSM系统的容量是有限的,在网络用户过载时,就不得不构建更多的网络设施。
值得欣慰的是GSM在其他方面性能优异,它除了提供标准化的列表和信令系统外,还开放了一些比较智能的业务如国际漫游等。
GSM手机的方便之处在于它提供了一个智能卡,人们称之为SIM卡,并且机卡可以分离,这样用户更换手机并且定制个人信息这方面都十分便利了。
GSM手机还允许用户接收160字长度的短信息。
通话清晰的CDMA:CDMA是Code-Division Multiple Access的缩写,全称码分多址,由美国高通公司最早研制出来。
但此时正值GSM大占天下的时候,所以几乎没有一个移动通讯商敢使用它,最后是韩国人让CDMA绝境逢生。
在90年代初,韩国政府一直想寻找发展本国电子制造工业的机会,当它发现欧洲几乎已经垄断了GSM市场之后,它果断地向CDMA抛出了绣球,CDMA从那时开始发展起来。
CDMA可以在有限的频谱范围内支持更多的用户,同时具备良好的抗干扰性及抗衰耗性。
卫星通信抗干扰技术及其发展趋势摘要;卫星通信本质上属于无线通信方式,即在地球轨道上借助卫星实现中继通信。
它广泛应用于定位、检测和通信。
随着当今时代科学技术的发展和创新,以及人们对通信需求的不断增加,卫星通信技术逐渐成熟。
然而,由于大多数通信卫星处于地球静止轨道,这种独特的限制导致大量卫星部署在地球轨道上。
因此,对频率资源的利用有很大的限制。
面对日益增长的通信业务需求,我们要积极推进卫星通信抗干扰技术的创新和优化,在了解各种干扰因素的基础上有效应对,努力维护卫星通信的安全稳定。
关键词:卫星通信;抗干扰技术;发展;趋势1 卫星通信的干扰因素1.1 电磁干扰电磁干扰是影响卫星通信质量的典型因素。
当今时代,随着电子技术和信息技术的不断发展和创新,电子设备已经渗透到人类社会的各个角落,这些电子设备发出的电磁信号必然会影响卫星通信信号的传输,尤其是雷达系统、广播信号和微波通信,这种电磁干扰功率大,影响不可忽视。
此外,工业生产设备的电气噪声、医疗设备的电磁波以及地球站设施质量问题造成的杂波也在一定程度上影响了卫星通信的信号传输质量。
1.2通信系统干扰在卫星通信系统运行过程中,地面站与卫星之间的信号传输主要依靠通信信号处理设备来实现。
随着这项技术的广泛应用,技术创新没有同步提高,导致现有卫星频率资源不足。
它们中的大多数只能在同一频率上独立运行。
此外,由于相邻卫星之间的隔离不够,卫星通信之间可能存在耦合效应,导致通信质量下降。
1.3自然环境干扰自然环境干扰难以避免,主要是因为卫星处于宇宙环境中。
无论是太阳噪声、行星运动、大气粒子散射、电离层闪烁、太阳黑子异常等,产生的射线或能力都有能力产生覆盖范围广的高能电磁波束,这将不可避免地影响卫星通信系统的正常运行,信号传输质量降低。
2 卫星通信抗干扰技术分析2.1 扩展频谱技术扩频技术是将编码序列的频谱独立于信号进行扩展,使其带宽远远超过所需的最小范围。
扩频技术是目前应用最广泛的抗干扰技术。
UPS电源的现状及发展趋势UPS(不间断电源)是保证电力供应连续性的重要设备,用于在电网故障或突发停电时提供电力支持。
UPS电源的现状和发展趋势主要涉及技术创新、市场需求和环保要求等方面。
1.技术创新:随着信息技术的不断发展,UPS电源也在不断创新。
目前,主流的UPS电源技术包括在线式双转换UPS、在线式扩频UPS、离线式UPS、混合式UPS等。
这些技术在提供稳定电力输出的同时,也越来越注重能效、可靠性和智能化等方面的改进。
2.市场需求:随着电子设备的不断普及和电力供应的不稳定性,人们对UPS电源的需求也日益增长。
特别是在一些关键行业,如金融、通信、医疗等领域,UPS电源的可靠性和稳定性要求更高,市场潜力巨大。
3.环保要求:随着全球对环境保护的重视,UPS电源的能效和环保性能也成为发展的关键。
近年来,一些高效节能的UPS电源已经问世,如采用IGBT技术、变频调速技术和太阳能等可再生能源的应用等,有效降低了UPS电源的能耗和对环境的影响。
1.高效节能:随着能源资源日益紧缺,UPS电源的高效节能已成为行业发展的必然趋势。
未来,制造商将继续投入研发,推出更加节能高效的UPS产品,降低能耗,提升能效比。
2.可靠性提高:UPS电源在关键行业的应用越来越广泛,因此产品的可靠性提高将是一个重要的发展方向。
未来,UPS电源制造商将加强对电源模块、电池组、系统软件等关键部件的研发和质量控制,提升产品的稳定性和可靠性。
3.智能化发展:智能化是未来UPS电源的发展方向之一、通过引入物联网技术、云计算等信息技术,使UPS电源能够实现远程监控、预测维护和故障诊断等功能,提高运维效率和用户体验。
4.储能技术应用:未来,随着储能技术的不断发展,如蓄电池、超级电容等,将在UPS电源中得到更广泛的应用。
这些储能技术不仅可以提供更长的备电时间,还可以与可再生能源相结合,实现UPS电源的绿色发展。
5.融合应用:随着信息技术的融合和发展,未来UPS电源可能会与其他系统进行融合应用,如与智能家居系统、工业控制系统等相结合,实现集成化管理和智能化控制。
1.扩频技术的发展
在各种通信技术中,扩频通信比常规通信具有更强的抗干扰、抗截获能力,因此得到了越来越广泛的应用。
目前,采用扩频技术的CDMA蜂窝通信系统、CDMA无限用户环等都已
经进入了实用化阶段。
直接序列扩频(Direct SequenceSpreadSpectrum,即DSSS)[1-4]通信是扩频通信的一种主要方式。
直接序列扩频通信功率谱低,频带宽,伪噪声编码保密能力强,信号的相关处理性能好,因此具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可以同频工作及便于实现多址通信等一系列的优点,在军事通信中应用广泛。
但是这些特点也给扩频通信的检测和识别带来新的挑战。
因此对直接扩频信号的存在性进行判定、检测,对直接扩频信号进行参数估计,成为当前通信对抗领域的一个重大课题。
扩频技术到目前为止,其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。
一般而言,跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰,在卫星通信中也用于保密通信,而直扩系统则主要是一种民用技术。
对跳频系统的分析,现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面,如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。
而直扩系统在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。
码捕获同步的实现是直扩系统中一个关键问题。
只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后,才有可能实现直序扩频通信的各种优点。
同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段,实现对接收信号中伪码的粗跟踪;然后是跟踪阶段,实现对伪码的精确跟踪。
2 扩频通信的理论基础[1]
扩展频谱通信(Spread SpectrumCommuncation,简称扩频通信),是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式,它与光纤通信、卫星通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。
扩频通信的可行性,可由信息论中的相关公式中引申而来的。
信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为:
式中,C为信道容量;B为信号频带宽度;S为信号功率;N为白噪声功率。
由Shan-non公式可以看出:要增加系统的信息传输速率,则要求增加信道容量。
信道容量C为常数时,带宽B与信噪比S/N可以互换,即可以通过增加带宽B来降低系统对信噪比S/N的要求;也可以通过增加信号功率,降低信号的带宽,这就为那些要求小的信号带宽的系统或对信号功率要求严格的系统找到了一个减小带宽或降低功率的有效途径。
当B增加到一定程度后,信道容量C不可能无限地增加。
3 扩频技术的几种基本工作方式
随着通信技术的发展,扩频通信的方式也在不断更新,按照扩展频谱的方式不同,可以将其归结为直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、脉冲调频(chirp调制)及混合扩频等。
3.1直接序列扩频
直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)通信系统是以直接扩频方式构成的扩频通信系统,通常简称为(DS)系统,是最典型的扩频通信系统。
直接扩频系统的发射机结构和接收机结构分别如下图所示
从发射机和接收机的原理框图可以看出,作为输入的数据信息A,经过信息调制变成了宽度为B1的调频或调相的信号,再由伪随机扩频序列调制成带宽为B2的带宽信号发射。
接收机接收到发射信号后,首先通过捕捉发送来的伪随机扩频序列的准确相位,由此产生与发送来的伪随机扩频序列相位完全一致并用于接收用的PN码,作为解扩本地信号,以便恢复为窄带信号,以便估计发送来的信息数据A,如此,便完成了接收。
直接序列扩频通信的优点是:
(1)编码信号容易产生;
(2)只有一个载波频率,频率合成器(载波发生器)简单;
(3)接收机可采用相干解调;
(4)用户间无须同步。
直接序列扩频通信的缺点:
(1)获取和保持本地生成编码与接收信号的同步困难;
(2)消除基站与用户距离间的远近效应困难。
3.2跳频扩频
用信源产生的信息流去调制频率合成器产生的载频,得到射频信号。
频率合成器产生的载频受伪随机码的控制,按一定规律跳变。
频率跳变系统的发射机在一个预定的频率集中由码序列控制频率合成器使发射频率随机地由一个跳到另一个。
接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变,产生一个和发射频率只差一个中频的本振频率,经混频后得到一个频率固定的中频信号。
这一中频信号经放大后送到解调器取出传送的信息。
3.3跳时扩频
跳时系统是用伪随机码去控制信号发送时刻及发送时间的长短。
它和跳频的差别在于一个控制的是频率,而另一个控制的是时间。
在时间跳变中,将一个信号分为若干个时隙,由伪随机码控制在哪个时隙发送信码。
[3]时隙选择、持续时间的长短也是由伪随机码控制的。
3.4脉冲调频
脉冲调频又称为Chirp系统,其发射脉冲信号的载频在信息脉冲持续时间T内作线性变化,其瞬时频率随时间线性变化线性调频信号的频率在信息脉冲持续时间T内随时间线性变化,由此可得其瞬时频率与时间的关系为,式中为载波频率,为一常数。
3.5混合扩频系统
(1)FH/DS系统
跳频和直扩系统都具有很强的抗干扰能力是用得最多的两种扩频技术。
由前面的分析可知,这两种方式都有自己的独到之处,但也存在着各自的不足,将两者有机地结合起来,可以大大改善系统性能,提高抗干扰能力。
FH/DS和FH、DS一样,是用得最多的扩频方式之一。
干扰机要有效地干扰FH/DS混合扩频系统,需要同时满足两个条件:a.干扰频率要跟上跳变频率的变化;b.干扰电平必须超过直扩系统的干扰容限。
否则,就不能对系统构成威胁。
这样,就加大了干扰机的干扰难度,从而达到更有效地抗干扰的目的。
(2)TH/DS系统
这种系统是时分复用加上直接序列扩频,可以增加多址通信的地址数。
由于直扩系统中收发两端之间已有准确的时间同步(码元同步),即已经有很好的定时,足以保证时分复用正常工作,这就为增加跳时技术带来了方便。
(3)TH/FH系统
这种系统是解决“远-近”问题的几种富有生命力的方法之一。
对于在同一条射频链路上距离和发射功率有很大变化的双工、无线电话交换网,如果以随机选呼离散地址作为基本的通信方式,则比较适合采用TH/FH系统。
4各种扩频方式的比较
4.1特性分析
下面就直扩、跳频和跳时的特性进行
比较,结果如表1。
4.2处理增益
各种扩频体制的处理增益均可表示为
表2给出了各种扩频体制的处理增益。
其中Ra为信息码元速率,Rc为伪随机码速率,N为跳频的可用频道数,D为占空比,T为信息脉冲持续时间,B为扩频信号带宽。
5 扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号,其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽,同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。
扩频系统的特点也成为其优势所在。
第一,抗干扰性强。
扩频信号的不可预测性,使扩频系统具有很强的抗干扰能力。
扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽,所以即使信噪比很低,甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下,仍能不受干扰、高质量地进行通信,扩展的频谱越宽,其抗干扰性越强。
第二,低截获性。
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上,传输信号的功率密度很低,侦察接收机很难监测到,因此扩频通信系统截获概率很低。
第三,抗多路径干扰性能好。
第四,保密性好。
在一定的发射功率下,扩频信号分布在很宽的频带内,无线信道中有用信号功率谱密度极低,这样信号可以在强噪声背景下,甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信,使外界很难截获传送的信息,要想进一步检测出信号的特征参数就更难了,所以扩频系统可实现隐蔽通信。
同时,对不同用户使用不同码,旁人无法窃听通信,因而扩频系统具有高保密性。
第五,易于实现码分多址。
在通信系统中,可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性,接收端利用相关检测技术进行解扩,在分配给不同用户不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。