淺析超短波擴頻通信技術的實現(xiàn)方法

冉欽川

摘 要 超短波擴頻通信具有信息容量大、傳輸性穩(wěn)定、可靠性強等特點，同時可以運用碼分多址技術，由此廣泛應用于軍事通信和民用通信中，而在擴頻通信系統(tǒng)中，DS直接序列擴頻應用最廣泛。文章對直擴的基本原理和實現(xiàn)方法進行了介紹。

關鍵詞 直接序列擴頻；PN序列；干擾

中圖分類號 TN91 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）231-0076-02

通信已經(jīng)成為了現(xiàn)在人類社會的一個重要標志，如何在惡劣的環(huán)境條件下保證通訊的有效性、準確性、迅速性是一個難題，超短波擴頻通信是一種獨特的通信方式，因為該方式抗干擾，傳播穩(wěn)定性好，防多徑干擾，抗衰減和利用率高等多個優(yōu)點，被廣泛的使用到軍事和民用通信中，推動了通信事業(yè)的快速發(fā)展。本文主要對DS（直擴方式）進行了初步的簡介。

1 擴頻通信系統(tǒng)

擴頻通信系統(tǒng)是把需要傳送的數(shù)據(jù)信息通過和偽隨機碼（PN碼）進行調(diào)制處理再進行傳輸，接收機內(nèi)部接收到信息后通過相關的編碼進行解調(diào)處理，達到通信成功的目的。

這種通信用很窄的脈沖序列調(diào)制所傳的信息，可產(chǎn)生很寬的頻寬信號，擴頻碼序列則是很窄（碼速率很高）的脈沖碼序列。而理論原理基礎來源于“信息論和抗干擾理論”，總體可以通過香農(nóng)（Shannon）公式體現(xiàn)：C=Wlog2（1+S/N）

公式中，C為信道容量，單位為bit/s；？W為信號頻帶寬度，單位為Hz；S為信號平均功率，單位為W；N為噪聲平均功率，單位為W；

C容量保持不變，而W和S/N可以互換，及當信號W頻寬寬度增加，那么S/N的信噪比下降，系統(tǒng)的抗干擾能力增強。為了實現(xiàn)信息在外部復雜環(huán)境下安全的通信，擴頻通信通常使用比信息寬度高上百倍或者千倍以上的寬帶信息來進行傳輸，這也正是該通信方式的重要特點之一，及使用頻譜的擴展獲得較低的信噪比。

另外擴頻信號的重要性能指標：處理增益GP，它表示為擴頻信號帶寬W與信息帶寬B之比。GP指的是整個系統(tǒng)中信噪比的優(yōu)劣程度，由數(shù)學表達式 Mj=Gp-（LS+S/N）中。可以簡單推算得到，當Gp值變大時，對應的Mj值也將隨之上升，該Mj值表示為系統(tǒng)的抗干擾容限，及通信系統(tǒng)抵抗外界環(huán)境干擾的最大能力值，所以信號可以在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。

擴頻通信具備以下幾個特點：

1）抗干擾：主要利用了PN碼的相關性和非相關性，在發(fā)射階段通過調(diào)制及擴頻處理，使信號寬帶較寬，而在接收階段通過采用相關檢測方法進行解擴處理，把有用信號從寬帶恢復成窄帶，而干擾信號則擴展為寬帶信號，在解擴后窄帶信號只存在很少的干擾信號，信噪比很高，所以具備抗干擾？能力。

2）可以實現(xiàn)碼分多址；在發(fā)送端充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列（正交或準正交）進行擴頻調(diào)制，在接收端利用相關檢測技術進行解擴，可以實現(xiàn)多個用戶共享寬頻帶的CDMA，提高頻譜利？用率。

3）抗衰落和抗多徑干擾；信號頻譜被擴展，頻譜密度低，由衰落造成小部分頻譜分量衰落時，不會使得信號造成嚴重的畸變，在CDMA（碼分多址）系統(tǒng)中，可利用路徑分集技術，有效克制多徑效應。

2 DS直擴

DS直擴，及直接序列擴頻，該方式是在發(fā)射階段中對信號擴頻時采用高碼率的隨機碼序列；在接收階段，再用完全相同的隨機碼序列去進行解擴處理，完成信號恢復原始狀態(tài)。DS直擴是屬于擴頻通信中的一種，其他種類還有跳頻（FH）系統(tǒng)、跳時（TH）系統(tǒng)、脈沖線性調(diào)頻（Chirp）系統(tǒng)。

頻譜的擴展是用數(shù)字化方式實現(xiàn)的。一個二進制碼位的時段中用一組新的多位長的碼型予以置換，則可以使碼速率也提高很多倍，進而提高了碼型的帶寬，達到信號的頻帶擴展的效果。產(chǎn)生出來的高碼速的偽隨機碼，其碼位的長短直接影響到系統(tǒng)性能高低。例如，軍隊中使用的系統(tǒng)往往可以達到千位。每一個序列中可以使用的編碼（正交碼），兩兩組合后則可以用來代表不同的用戶，系統(tǒng)再對信號進行編碼，傳送，接收并解算出基帶信號實現(xiàn)解擴，從而得到不同用戶的不同信息。DS直擴的實現(xiàn)原理則主要是序列的實現(xiàn)和信號調(diào)制的實現(xiàn)：

1）PN序列碼的產(chǎn)生包含了兩種：（1）M碼序列：是移位寄存器序列，有移位寄存器加反饋產(chǎn)生，n級移位寄存器要求是最低位和最高位必有反饋信號。（2）GOLD碼序列：滿足碼分多址的要求，實質(zhì)是串聯(lián)2個M碼序列產(chǎn)生。

2）信號在進行調(diào)制時，主要分為兩個部分；A擴頻調(diào)制，及偽隨機碼和信息碼的直接擴頻調(diào)制，由于兩者存在速率不一致，通常對信息碼的波形進行水平擴展，擴展倍數(shù)則取偽隨機碼速率與信息碼速率的比值。B載波調(diào)制，采用的是載波和擴頻調(diào)制信號相乘，同樣，由于擴頻調(diào)制信號的碼速率和載波頻率不同，需要對擴頻調(diào)制信號進行水平擴展，擴展倍數(shù)則取載波頻率與擴頻調(diào)制信號速率的比值。信號調(diào)制的實現(xiàn)如圖2所示。

3）直擴信號傳輸過程，直擴的基帶信號為雙極性波形，發(fā)射中采用的是PSK調(diào)制，及基帶信號與正弦載波相乘。其中載波、數(shù)據(jù)與PN碼三者之間也都是相乘關系，因此整個傳輸過程中，PSK調(diào)制和擴頻，解擴和PSK解調(diào)可以交換次序。？

簡而言之，在發(fā)射階段采用偽隨機碼先把有用數(shù)據(jù)信息進行擴頻處理，再放到信道中進行傳輸。在接收階段把該信號直接和發(fā)射機中同步的偽隨機碼進行解擴處理。有用信號就從寬帶模式切換成窄帶模式上來，干擾信號則被擴頻到一個較寬的寬？帶中。

3 CDMA

在DS直擴系統(tǒng)中，CDMA碼分多址技術是非常重要的一項特點。信號分割技術是實現(xiàn)多址連接的理論基礎。CDMA碼分多址是移動通信中常用方式的一種，網(wǎng)內(nèi)所有成員使用的都是同一個載波，使用的也是相同的帶寬，網(wǎng)內(nèi)成員能夠在同一時間發(fā)送信號或者接收信號。所不同的是在各個成員的發(fā)射端采用的是各不相同、相互正交的地址碼調(diào)制其要發(fā)送的信息碼，在接收端則通過相關檢測從眾多信號中挑選出相應的信號。

而要實現(xiàn)碼分多址技術，移動通信系統(tǒng)則需要具備一定的條件。首要條件就是要有足夠的地址碼，地址碼要具有良好的自相關或互相關特性；再者，在接收階段進行相關檢測時，必須能產(chǎn)生和發(fā)射端完全同步的地址碼；最后，碼分多址系統(tǒng)必須和擴頻技術相結合。CDMA系統(tǒng)收發(fā)的工作大概流程可見圖3。

4 結論

本文對擴頻通信技術的基本原理和實現(xiàn)方法進行初步的探究，并對擴頻技術中DS直接序列擴頻技術的一些特點以及通信流程進行了簡短的介紹。了解到擴頻通信系統(tǒng)在抑制抗干擾方面的有效性，對信號保護作用的隱蔽性，以及在整個通信過程中擴頻碼的重要作用和產(chǎn)生機理。

參考文獻

[1]Dale Stacey.航空無線電通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.