淺談擴頻通信方式的分類及其優缺點比較

摘 要:本文闡述了擴頻通信的基本原理并介紹了擴頻通信的幾種常用的工作方式，最后對幾種擴頻方式的優缺點進行了比較。

關鍵詞:擴頻通信 工作方式 比較

中圖分類號:TN914文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0083-02

擴展頻譜通信簡稱“擴頻通信”，最早出現在第二次世界大戰期間，作為美軍使用的無線保密通信技術。擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，采用該方式，傳輸通信信號所需頻帶與傳輸其中的有用信息占用頻帶相比要寬得多，它具有抗干擾性強、抗多徑衰落性好等一系列優點。

1 擴頻通信的理論基礎[1]

擴展頻譜通信(Spread Spectrum Communcation，簡稱擴頻通信)，是基于信息論和抗干擾理論的信息傳輸方式，它與光纖通信、衛星通信一同被譽為信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻通信的可行性，可由信息論中的相關公式中引申而來的。信息論中關于信息容量的香農(Shannon)公式為:

式中，C為信道容量;B為信號頻帶寬度;S為信號功率;N為白噪聲功率。由Shannon公式可以看出: 要增加系統的信息傳輸速率，則要求增加信道容量。 信道容量C為常數時，帶寬B與信噪比S／N可以互換，即可以通過增加帶寬B來降低系統對信噪比S／N的要求;也可以通過增加信號功率，降低信號的帶寬，這就為那些要求小的信號帶寬的系統或對信號功率要求嚴格的系統找到了一個減小帶寬或降低功率的有效途徑。當B增加到一定程度后，信道容量C不可能無限地增加。

2 擴頻技術的幾種基本工作方式

隨著通信技術的發展，擴頻通信的方式也在不斷更新，按照擴展頻譜的方式不同，可以將其歸結為直接序列擴頻(DS)、跳頻(FH)、跳時(TH)、脈沖調頻(chirp調制)及混合擴頻等。

2.1 直接序列擴頻

該系統中所用的編碼序列通常是偽隨機序列或叫偽噪聲(PN)碼。要傳送的信息經數字化后變成二元數字序列，它和偽隨機序列模2相加后成復合碼去調制載波。在直接序列系統中通常對載波進行相移鍵控調制。為了節省發射功率和提高發射機工作效率，擴頻系統中采用平衡調制器，抑制載波的平衡調制對提高擴頻信號的抗偵破能力也有利。[5]擴頻信號采用相移鍵控調制后由天線發射出去。在接收機中也要有一個和發射機中的偽隨機碼同步的本地碼，對接收信號進行解擴，解擴后的信號送到解調器取出傳送的信息。

2.2 跳頻擴頻

用信源產生的信息流去調制頻率合成器產生的載頻，得到射頻信號。頻率合成器產生的載頻受偽隨機碼的控制，按一定規律跳變。頻率跳變系統的發射機在一個預定的頻率集中由碼序列控制頻率合成器使發射頻率隨機地由一個跳到另一個。接收機中的頻率合成器也按相同的順序跳變，產生一個和發射頻率只差一個中頻的本振頻率，經混頻后得到一個頻率固定的中頻信號。這一中頻信號經放大后送到解調器取出傳送的信息。[2]

2.3 跳時擴頻

跳時系統是用偽隨機碼去控制信號發送時刻及發送時間的長短。它和跳頻的差別在于一個控制的是頻率，而另一個控制的是時間。在時間跳變中，將一個信號分為若干個時隙，由偽隨機碼控制在哪個時隙發送信碼。[3]時隙選擇、持續時間的長短也是由偽隨機碼控制的。

2.4 脈沖調頻

脈沖調頻又稱為Chirp系統，其發射脈沖信號的載頻在信息脈沖持續時間T內作線性變化，其瞬時頻率隨時間線性變化線性調頻信號的頻率在信息脈沖持續時間T內隨時間線性變化，由此可得其瞬時頻率與時間的關系為，式中為載波頻率，為一常數。

2.5 混合擴頻系統

(1)FH/DS系統

跳頻和直擴系統都具有很強的抗干擾能力是用得最多的兩種擴頻技術。由前面的分析可知，這兩種方式都有自己的獨到之處，但也存在著各自的不足，將兩者有機地結合起來，可以大大改善系統性能，提高抗干擾能力。FH/DS和FH、DS一樣，是用得最多的擴頻方式之一。干擾機要有效地干擾FH／DS混合擴頻系統，需要同時滿足兩個條件:a.干擾頻率要跟上跳變頻率的變化;b.干擾電平必須超過直擴系統的干擾容限。否則，就不能對系統構成威脅。這樣，就加大了干擾機的干擾難度，從而達到更有效地抗干擾的目的。[4]

(2)TH／DS系統

這種系統是時分復用加上直接序列擴頻，可以增加多址通信的地址數。由于直擴系統中收發兩端之間已有準確的時間同步(碼元同步)，即已經有很好的定時，足以保證時分復用正常工作， 這就為增加跳時技術帶來了方便。

(3)TH/FH系統

這種系統是解決“遠-近”問題的幾種富有生命力的方法之一。對于在同一條射頻鏈路上距離和發射功率有很大變化的雙工、無線電話交換網，如果以隨機選呼離散地址作為基本的通信方式，則比較適合采用TH/FH系統。

3 各種擴頻方式的比較

3.1 特性分析

下面就直擴、跳頻和跳時的特性進行比較，結果如表1。

3.2 處理增益

各種擴頻體制的處理增益均可表示為

表2給出了各種擴頻體制的處理增益。其中Ra為信息碼元速率，Rc為偽隨機碼速率，N為跳頻的可用頻道數，D為占空比，T為信息脈沖持續時間，B為擴頻信號帶寬。

3.3 綜合比較

對直擴、慢跳頻、快跳頻、脈沖調頻進行綜合比較。比較的方法采用打分排名次的方法，在某一指標下，對這幾種體制進行排隊打分，分值越低性能越好，然后將所有指標下的分值相加，排定名次，以總分少者為優，詳細比較見表3。

4 結語

幾十年來，擴頻通信的基本理論和技術已達到了成熟階段。例如，在海灣戰爭中，美軍使用擴頻技術對敵方實施的電子戰，更是發揮了擴頻通信電子反對抗、抗強干擾、反竊聽的技術威力，成了克敵制勝的最有力的武器。現在擴頻通信已成為電子戰中通信反對抗的一種必不可少的、十分重要的手段。除軍事通信外，擴頻通信技術也廣泛應用于跟蹤、導航、測距、雷達、遙控等各個領域，特別是在民用通信中也獲得了巨大的發展，如應用于無線通信、移動通信、衛星通信、微波通信等，并迅速成為引領通信發展的新潮流。

參考文獻

[1]李仲令等.現代無線與移動通信技術[M].北京:科學出版社，2006.

[2]李樹廣.數字通信與網絡技術[M].北京:電子工業出版社，2009，2.

[3]吳彥文.移動通信技術及應用[M].北京:清華大學出版社，2009，4.

[4]查光明等.擴頻通信[M].西安:西安電子科技大學出版社，1990.

[5]張殿富等.移動通信基礎[M].北京:中國水利水電出版社，2004.

[6]吳淼，惠曉威，李超群.基于軟件無線電的擴頻通信系統同步性的研究[J].科技創新導報，2007，35:2.

[7]周洋.多用戶線性調頻擴頻信號特性分析[J].科技創新導報，2010，11:77.