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扩频技术 无线扩频技术

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关键字:扩频 

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扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性:
跳频扩频通信的基本原理是由电影明星Hedy Lamarr(她的真实名字是Hedy Keisler Markey)和音乐家(George Antheil)发明的,并在1942年获得专利权。他们设计使用带有打孔洞的纸辊(类似于演奏家的钢琴辊)控制发射机和接收机之间的频率转换。

扩展频谱缺点

1.系统用频带宽。
2.相对于FDMA、TDMA多址方式,采用扩频技术的CDMA多址方式在移动通信的系统实现更为复杂。

扩展频谱优点

1、隐蔽性强、干扰小:因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中,别人难于发现信号的存在,再加之不知扩频编码,就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度,也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽,从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”,这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准,以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。
2、易于实现码分多址:扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频谱资源呢?其实正相反,是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分的利用。

3、 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。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用和民用移动通信是很有利的。

4、数模兼容:可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。
常规的无线电通信是在频率上分配(称为频分)或从时间上分配(称为时分)给通信用户,使之在频段上或时间上互不相同,以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。

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扩展频谱参数:

频带效率:
处理增益:解扩器输出端的信噪比与解扩器输入端的信噪比之比。
干扰容限:表明了扩频系统对干扰的抑制程度,但系统能否正常工作仅靠处理增益是不能描述的,它主要取决于干扰容限。

无线扩频技术:

    所谓扩频通信,可简单表述如下:它是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的,并与所传信息数据无关;在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。扩频技术包括以下几种方式:直接序列扩展频谱,简称直扩(DS),跳频(FH),跳时(TH),线性调频(Chirp)。此外,还有这些扩频方式的组合方式,如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。在通信中应用较多的主要是DS、FH和FH/DS。

     扩展通信技术具有以下特点:

     1. 安全保密

     由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去,其功率密度随频谱的展宽而降低,甚至可以将信号淹没在噪声中。因此,其保密性很强,要截获或窃听、侦察这样的信号是非常困难的,除非采用与发送端所用的扩频码且与之同步后进行相关检测,否则对扩频信号是无能为力的。由于扩频信号功率谱密度很低,在许多国家,如美、日、欧洲等国家对专用频段、如ISM频段,只要功率谱密度满足一定的要求,就可以不经批准使用该频段。

     2. 抗多径干扰

     在移动通信、室内通信等通信环境下,多径干扰是非常严重的,系统必须具有很强的抗干扰能力,才能保证通信的畅通。扩频技术具有很强的抗多径能力,它是利用扩频所用的扩频码的相关特性来达到抗多径干扰,甚至可利用多径能量来提高系统的性能。

     3. 很强的抗干扰能力

     由于将信号扩展到很宽的频带上,在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩,恢复成窄带信号。对干扰信号而言,由于与扩频伪随机码不相关,则被扩展到一很宽的频带上,使进入信号通频带内的干扰功率大大降低,相应的增加了相关器的输出信号/干扰比,因此具有很强的抗干扰能力。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比,频谱扩展得越宽,抗干扰的能力越强。

     4. 可进行多址通信

     扩频通信本身就是一种多址通信方式,称为扩频多址(SSMA-Spread Spectrum Multipe Access),实际上是码分多址(CDMA)的一种,用不同的扩频码组成不同的网。虽然扩频系统占用了很宽的频带,但由于各网可在同一时刻共用同一频段,其频谱利用率甚至比单路单载波系统还要高。CDMA是未来全球个人通信的一种主要的多址通信方式。

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