試論擴頻通信技術和發展趨勢

鮑玉亭

【摘 要】擴頻通信是信息傳輸方式的一種，其實質是將傳輸信息的信號帶寬展寬很多倍（一般在100～1000倍），使得傳輸信息的信號帶寬遠大于信息本身帶寬的一種通信方式。本文主要介紹了擴頻通信技術的基本理論和技術實現方式及其特點，并從該技術的發展歷史中，探索擴頻通信技術的未來發展趨勢。

【關鍵字】擴頻通信 技術概述 發展趨勢

【中圖分類號】TN9l4. 4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0085-01

1 引言

擴頻通信技術是20世紀40～50年代逐漸發展起來的一種通信技術[1]，從字面意思理解，擴頻通信，即是擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）的簡稱。擴頻通信以其獨有的信號傳輸方式克服了傳統通信傳輸技術中的缺陷，因而在通信領域占據重要的地位，值得有關領域科技工作者的深入研究和思考。本文從擴頻通信技術的理論基礎和技術特點等方面展開論述，并對擴頻通信的發展歷史和未來的發展方向做出了一點思考，希望能為有關研究人員提供一點有益的借鑒。

2 擴頻通信技術概述

2.1擴頻通信的理論基礎

在信息論的研究中，香農（C.E.Shannon）曾經給出了信道容量公式，即香農公式：（）

N

。式中有關字母解釋如下：C—信道容量，也即信道可能傳輸的最大信息速率，W—信道頻帶寬度，S—有用信號的平均功率，N—白噪聲的平均功率，S/N—信噪比。由該公式可以分析得出以下結論：通過以下兩種方法，可以提高信道容量C，即增加信道帶寬W或提高信噪比S/N。當信道容量C的大小一定時，信號的帶寬W和信噪比S/N成反向關系，即提高信號帶寬值可以降低對信噪比S/N的要求[2]。

2.2擴頻通信技術的分類

按照數據頻譜被擴展方式的不同，擴頻通信技術一般有以下幾種擴頻方式：直接序列擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻、混合擴頻等，本文重點講述前面三種擴頻通信方式。

1、直接序列擴頻

直接序列擴頻（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）方式是當前廣泛應用的擴頻技術方式。其基本原理是在發射端，將數據比特流用高速率的偽隨機（PN）序列擴展成新的復合碼，并用該數據碼控制信道中的參數。在信息的接收端，用與發送端相同的偽隨機序列碼對接收到的寬頻信號進行解擴處理，并進行相應的信號調制，過濾干擾信號，獲得原始的數據信號。

2、跳頻擴頻

跳頻擴頻（FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum）技術方式的原理是發射機的射頻載波振蕩器的輸出受一個偽隨機序列碼控制，隨機離散地發生變化。跳頻擴頻技術方式的主體是由PN 隨機碼產生器和頻率合成器所構成[4]，頻率合成器是頻率跳變系統最重要的部分，它主要的任務在于快速響應。接收機中的頻率合成器也按相同的順序跳變，產生一個本振頻率，經混頻后得到中頻信號，然后將該中頻信號放大后，并送到解調器中解調，恢復原始的數據信息。

3、跳時擴頻

跳時擴頻（THSS，Time Hopping Spread Spectrum）方式采用偽隨機碼控制信號發送時刻及發送時間的長短，它與跳頻方式的差別在于前者控制發射的頻率，后者控制發射的時間。在時間跳變中，將一個待傳輸的數據信號分割為若干個時間片，由偽隨機碼控制在哪個時間間隔內發送信號。因此，信號是在很短的間隔中以較高的峰值功率傳輸，其優點是縮小了占空比，缺點是要保證接收端和發送端信號的時刻必須一致。跳時擴頻技術方式的抗干擾效果并不十分理想，很少單獨使用，一般與其他方式結合使用，組成混合擴頻技術方式。

2.3擴頻通信的技術特點

擴頻信號的帶寬遠大于信道中傳輸數據的帶寬，因此擴頻通信技術具有如下特點：

1、抗干擾性強

擴頻通信技術在傳輸過程中大幅度提高了信號帶寬，能高質量的完成通信傳輸任務，擴展的頻譜越寬，抗干擾性能越強。此外，擴頻通信技術中包含擴頻調制和解擴過程，能識別最強功率的有用信號，克服了多路徑干擾造成的信號衰弱現象，提高了信號傳輸質量。

2、低截獲性

由于數據通信頻帶被擴展到很寬的范圍，而擴頻信號功率分散在整個頻帶上，因而其功率密度很低，擴頻通信系統被第三方截獲數據的概率較低，數據保密性好。

3、易于實現碼分多址

擴頻技術為共享頻譜提供了可能，在無線通信技術中，為了實現碼分多址，可以使用擴頻技術擴展頻帶，當多個用戶共同處在同一個通信系統中，可以給每個用戶分配不同的偽隨機碼以示區分，從而實現多址通信。

3、擴頻通信技術的發展

3.1擴頻通信技術的發展歷史

擴頻通信技術在20世紀50年代中期應運而生，最初主要運用在軍事指揮通信技術領域，擴頻技術的抗干擾機制成為決定戰爭勝負的關鍵因素。真正實用的擴頻通信系統是在20世紀50年代中期在美國發展起來的。美國麻省理工學院第一個開發出真正的寬帶通信系統。直到80年代初期，擴頻通信技術才發展到民用通信領域。從此，擴頻通信技術迎來了新的發展時期。從無繩電話使用到碼分多址（CDMA）的應用，在到后來的模擬蜂窩通信系統的研究，始終伴隨著擴頻通信技術的身影。隨著個人通訊服務以及移動通信的發展，擴頻通信技術在民用通信中發揮著越來越重要的作用，頻通信技術所引發的技術產品也如雨后春筍，日益走進人們的日常生活。

3.2擴頻通信技術的發展趨勢

1、在4G移動通信技術中的應用

第四代移動通信系統可稱為廣帶接入和分布網絡，其數據傳輸速率比3G高幾十倍，是多功能的集成寬帶移動通信系統，在4G網絡的實現中，部分技術實質就是擴頻技術的延伸，4G技術的發展能夠很好地與擴頻技術融合，伴隨著物聯網和智能家居的發展，擴頻技術在4G技術推廣中也將會得到更加廣泛和徹底的應用。因此，4G新技術的發展體現著擴頻技術未來的發展趨勢。

2、在超寬帶網絡技術中的應用

超寬帶（UWB）技術是將傳輸帶寬大幅度擴展，從而獲得數據傳輸速率顯著提升的一種擴頻技術。將脈沖發射機和接收機前端集成到一個芯片上，再加上時鐘振蕩器和中央控制器，就可以構成一部UWB通信設備。因此，UWB技術的物理硬件結構簡單、輕便，成本低，信號的處理也很方便，系統的頻率魯棒性強。UWB信號是在跳時擴頻技術方式的基礎上，提高其射頻帶寬，此外，它的發射功率頻譜密度較低，因此系統的安全性能得到提高，可以預見，擴頻通信技術在未來寬帶網上將得到廣泛應用。

3、在軟件無線電技術中的應用

軟件無線電技術實質是一種利用軟件來控制模擬或數字硬件電路的通信方式。擴頻通信是基于抗干擾的機制設計，采用了偽隨機編碼擴展頻譜以及相關解擴調制接收技術使其具有很強的抗干擾性能，因而，基于軟件無線電進行擴頻通信系統設計具有設計方式靈活、調試方便、開發周期短等優點，同時還具有與軟件兼容的特點，是未來的另一發展趨勢。

4 結束語

擴頻通信技術是現代通信技術領域中的的重要組成部分[5]，是擴頻技術與通信相結合的產物。本文主要論述了擴頻通信的理論基礎、實現方式和技術特點。擴頻通信的強抗干擾性、低截獲性、保密性等特點，使其應用領域從傳統軍事指揮通信發展到到民用通信技術中，展望未來，擴頻通信技術將與現代網絡技術融合，將逐漸走進我們的生活，應用前景廣闊。

參考文獻

[1] 查光明. 擴頻通信[M]. 西安電子科技大學出版社，1992.

[2] 朱近康. 擴展頻譜通信及其應用[M]. 中國科學技術大學出版社，1993.

[3] 曾一凡，李暉. 擴頻通信原理[M]. 機械工業出版社，2005 年.

[4] 王淑君等. 淺談擴頻通信技術及其應用[M]. 山東電子，2004（1）.

[5] 何世彪，譚曉橫. 擴頻技術及其實現. 電子工業出版社[M]. 2007年1 月.