扩展频谱通信
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扩展频谱通信
引言：长期以来，扩频通信主要用于军事保密通信和电子对抗系统，随着世界范围政治格局的变化和冷战的结束，该项技术才逐步转向"商业化"。数年前扩频通信在我国通信领域仍鲜为人知，有关资料介绍也比较少，一九九三年开始, 吉隆公司即致力于向我国引进扩频产品, 已经在电力、金融、公安、交通等行业收到了明显的社会、经济效益，引起国内通信界人士的广泛注意。
定义及特点：所谓频谱扩展是指将信号的频谱扩展至占用很宽的频带，简称扩谱。它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还具有如下特征:
1.是一种数字传输方式；
2. 带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息进行调制实现的；
3.在接收端使用相同的扩频函数对扩频信号进行相关解调，还原出被传信息。
理论基础：根据香农在信息论研究中总结出的信道容量公式，即香农公式：
C = W×Log2(1+S/N)
式中：C--信息的传输速率 S--有用信号功率 W--频带宽度 N--噪声功率
由式中可以看出：为达到给定的信道容量要求，可以用带宽换取信噪比，即在低信噪比的条件下可用增大带宽的办法无误的传输的给定信息。
扩频增益和抗干扰容限：
扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩还原了信息，这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明，各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽W与信息带宽△F之比称为处理增益GP，即：
它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外，扩频系统的其他一些性能也大都与GP有关。因此，处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。
系统的抗干扰容限MJ定义如下：
式中：（S/N）。= 输出端的信噪比，
LS = 系统损耗
由此可见，抗干扰容限MJ与扩频处理增益GP成正比，扩频处理增益提高后，抗干扰容限大大提高，甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍，以尽可能地提高处理增益。
扩频技术的分类：
1.直接序列扩频
简称DSSS。所传送的信息符号经伪随机序列编码后对载波进行调制。伪随机序列的速率远大于要传送信息的速率，因而调制后的信号频谱宽度将远大于所传送信息的频谱宽度。
2.跳频
简称DH。它让发射机的载频在一个信息码元内，按照预定的规律，离散的快速跳变，从而达到扩谱的目的。
3.线性调频
在这种系统内，载频在一个信息码元内在一个宽的频段中线性变化，从而是信号带宽得到扩展。
扩频通信的优点：
1. 抗干扰性能好。它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗，特别适合军事通信系统中运用。相对于常规通信系统，DS-SS、FH-SS、DS/FH、DS/TH等系统对多径干扰不敏感，如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波等技术或措施，可以使多径干扰消除。这对移动通信是很有利的。
2.选择性寻址能力强，可以用码分多址的方式来组成多址通信网。多址通信网内的所有接收机和发射机可以同时使用相同的频率工作。对于给定的接收机，当指定了特定的扩频码后，该接收机就只能和使用相同扩频码的发射机相联系。当网内所有的接收机都指定了不同的扩频码后，网内的任一发射机可通过选择不同的扩频码来和使用相应扩频码的接收机相联系。使用扩频通信技术组成多址通信网时，网络的同步比常规通信体制易于实现。便于实现机动灵活的随机接入，便于采用计算机进行信息的控制和交换。
3. 保密性能好，信息隐蔽以防窃取。扩频信号的频谱结构基本与待传输的信息无关，主要由扩频码来决定。信息的隐蔽程度或安全程度取决于所使用的扩频码。由于扩频通信系统使用码周期很长的伪随机码，在一个伪码周期中具有随机特性，经过它调制后的数字信息类似于随机噪声，因而将其用于保密通信系统中，敌方采用普通侦察手段和破译方法不易发现和识辨信号。
扩频信号的功率相当均匀的被分布在很宽的频率范围内，以至被传输的功率谱密度很低，侦察接收机难以检测，使得系统具有低的截获概率，从而提高了系统的保密性能。
4. 频谱密度低，对其它通信系统的干扰小。在输出信号功率相同的情况下，由于扩频信号扩展了频带，降低了输出信号单位频带内的功率(能量)，从而降低了系统在单位频带内电波的通量密度。频谱密度低，对空间通信大有好处。当空间通信系统在地面上产生的电波通量密度太大时，会造成对地面通信系统的干扰。对于当前无线电通信中频率资源匮乏的问题，利用扩频通信技术，使频率资源可重复利用。使用扩频码分多址技术可解决常规通信系统中电波拥挤的大难题。所以扩频码分多址通信在城市移动通信中有着广阔的应用前景。
5.高分辨率测距。测距是扩频技术最突出的应用。无线电测距在测量距离增大的情况下，反射信号变弱，造成接收困难。为克服这一困难，就必须加大发射信号的功率。增大脉冲雷达信号的峰值功率，会受到设备和器件的限制。加大信号的脉冲宽度，又会降低测距的分辨率。利用连续波雷达测距时，会出现距离模糊问题。利用扩频技术测距，扩频码序列的长度(周期)决定了测距系统的最大不模糊距离；而扩频码序列的速率(码元宽度)决定了测距系统的分辨率。产生长周期高速率的伪随机码，在今天已不存在问题。
扩频通信遇到的主要技术问题：
1．地址码码型、速率与信号的频谱、信号之间的干扰等特性有直接关系，所以如何选取地址码通常成为专门的研究课题；
2.由于使用宽带射频信号，应注意调制方式和对调制器、解调器的要求；
3.接收机必须确定信号地址码相位和载波频率才能解调信号，因此需要有良好的同步；
4.研制和采用新型器件和部件（如匹配滤波器、频率合成器和微计算机控制等）对改进设备性能有重要作用。
