趙　莉

[摘要]擴展頻譜通信是一種將信息的帶寬擴展很多倍進行通信的技術，近年來在現代科技的許多領域中，得到了非常廣泛的應用，著重敘述擴頻技術的特點及其應用。

[關鍵詞]擴頻 通信技術 特點 應用

中圖分類號：TN91文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310022－01

擴展頻譜通信（SpreadSpectrum Communications）簡稱“擴頻通信”，是一種信息傳輸方式，它是將信息的帶寬擴展很多倍（通常為100～1000倍）進行通信的技術。傳輸的信號帶寬遠大于信息信號本身的帶寬。頻帶的展寬是通過編碼及調制的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用相同的擴頻碼進行相關的解調來解擴及恢復所傳信息數據。

一、擴頻通信的理論基礎及實現方法

（一）擴頻通信的理論基礎

信息論的創(chuàng)始人美國科學家仙農（Shannon）在其信息論專著中有信道容量的公式：

Ｃ＝Wlog2（１＋Ｐ／Ｎ）

式中，C為信道容量，W為頻帶寬度，P為信號功率，N為白噪聲功率。在保持信息容量C不變的條件下，可以用不同頻帶寬度W和信噪功率比P／N來傳輸信息。如果增加頻帶寬度，就可以在較低的信噪比的情況下用相同的信息率保持可靠地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據。這一公式指明了采用擴展頻譜信號進行通信的優(yōu)越性，即提高了通信的抗干擾能力，在強干擾條件下保證可靠安全地通信。

（二）擴頻通信的實現方法

擴頻通信與一般的通信系統(tǒng)相比有很大差別，圖1為擴頻通信的一般原理框圖。由方框圖可以看出，一般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行信息調制、擴頻調制、射頻調制，以及相應的信息解調、擴頻解調和射頻解調，構成上更加復雜，技術上也更為先進。特別是采用了擴頻碼序列的擴頻調制與解調，不同的用戶分配有不同的碼型，這樣，在同一寬頻帶上許多對用戶可以同時通話而互不干擾。由于是利用不同的碼型進行分割，所以稱為碼分多址。

二、擴頻通信的特點

擴頻通信與其他通信手段相比，具有下列一些特點：

（一）隱蔽性好

由于擴頻信號的功率譜密度很低，傳輸時信號大多淹沒在噪聲譜之中，敵方很難在背景噪聲中檢測到該信號，因此擴頻信號具有很低的被截獲概率。這在軍事通信上十分有用，可以進行隱蔽通信。

（二）抗干擾性能強

擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，增益越高，抗干擾性能越強。擴頻通信對于單頻及多頻載波信號的干擾、其他偽隨機調制信號的干擾以及脈沖正弦信號的干擾，都有抑制干擾提高輸出信噪比的作用，特別在對抗敵方人為干擾方面，效果更為突出。簡單地說，如果信號頻帶展寬10倍，則在干擾總功率不變的條件下，其干擾強度只有原來的1／10。而要保持原有的干擾強度，則必須加大10倍總的功率，這在實際的戰(zhàn)場條件下，有時是難以實現的。另外，由于在接收端采用了利用擴頻碼序列進行相關檢測或匹配濾波的方法來提取信號，因此，即使采用同類型信號進行干擾，若不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大的作用。

（三）抑制多徑衰減

在無線電通信的各個頻段，都不同程度的存在各種類型的多徑衰減，成為多年難以解決的問題之一。在擴頻通信中，可以采用分集技術和梳狀濾波器技術來有效地解決這一問題：前者是設法把最強的有用信號分離出來，而排除其他路徑來的干擾信號；后者是設法把不同路徑來的不同延遲的信號在接收端從時間上對齊相加，合并成較強的有用信號。

（四）多址能力

用多個偽隨機碼序列分別作為不同用戶的地址碼，可以使多個用戶共用一個頻段來實現碼分多址通信，故擴頻信號具有多址能力。

（五）精確定時及測距

在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間就很短。當發(fā)射出去的擴頻信號被所測物體反射回來后，在接收端解調出擴頻碼序列，然后比較收發(fā)碼序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，進而算出距離。測量的精度決定于碼片的寬度，碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。

三、擴頻通信的應用

擴頻通信技術的發(fā)展是從測距開始的，20世紀80年代以來廣泛應用于軍事中，近年來在現代科技的許多領域中，得到了非常廣泛的應用，并且應用范圍不斷擴大。

（一）軍事通信中的應用

在軍事通信中，擴頻通信是通信反對抗最重要的技術手段，它廣泛應用于各種通信、信息系統(tǒng)，武器系統(tǒng)和C3I（通信、控制、指揮及情報）系統(tǒng)。在地面、海、空戰(zhàn)術通信中，通常采用擴頻技術來提高通信電臺的抗干擾能力，提高抗干擾性能和數字化將是戰(zhàn)術電臺發(fā)展的主流。在海灣戰(zhàn)爭中，以美國為首的聯(lián)軍使用了采用擴頻技術的全球定位系統(tǒng)（GPS）、聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）、定位報告系統(tǒng)（PLRS）以及大量的單信道地面與機載系統(tǒng)（SINCGARS）等系統(tǒng)。實踐應用充分證明了擴頻技術在軍事通信系統(tǒng)中的重要性。

（二）移動通信中的應用

在民用通信中，新一代數字蜂房移動通信系統(tǒng)已廣泛采用擴頻技術，其目的是提高頻譜利用率及減少共信道干擾的影響。利用擴頻技術的碼分多址系統(tǒng)，對每個移動臺都分配一個特有的、隨機的碼序列，且彼此都不相關，以此來區(qū)分各個移動臺的信號，因此，在一個信道中能容納更多的用戶，其頻譜利用率是頻分多址通信系統(tǒng)的20倍左右，每一小區(qū)容納的用戶數可達2500個。此外，在移動通信中多徑效應產生的衰落較為嚴重，而采用擴展頻譜技術可以有效地克服多徑效應對移動通信的影響。

（三）衛(wèi)星通信中的應用

在軍事衛(wèi)星通信中直接序列擴頻技術和跳頻技術已經得到了廣泛應用。由于擴頻碼分多址系統(tǒng)組網靈活，以及當網內同時工作的用戶數增多并超過設計的載荷時，具有承受過載的能力，所以在民用衛(wèi)星通信中也得到了應用。民用衛(wèi)星通信采用擴頻碼分多址技術和偽隨機序列直接擴展頻譜的方法，對信號進行能量擴散，以減少衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾。

（四）測距定位中的應用

GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）是多星共用兩個載波頻率發(fā)送導航定位信號的系統(tǒng)，需要采用擴頻碼分多址方式來區(qū)分各個衛(wèi)星的地址。每顆衛(wèi)星分配有一個偽隨機序列碼型，偽隨機序列的碼片寬度越窄，測距精度就越高。同時，采用直接序列擴頻使得測距抗干擾能力大為增強。又由于它采用無源定位方式，即在定位過程中不需要用戶終端發(fā)出應答信號，所以該系統(tǒng)可容納的用戶數目沒有限制，這正像一個廣播電臺對收聽節(jié)目的用戶收音機數目沒有限制一樣。目前，我國軍事和民用部門已廣泛使用GPS接收設備，利用GPS定位系統(tǒng)進行定位工作。

四、擴頻通信的發(fā)展趨勢與限制

21世紀將是擴頻通信的時代，無論在軍用或民用方面，擴頻通信都將大有用武之地，技術將進一步成熟，應用將更為廣泛。在未來的軍事通信中，擴頻通信將在電子對抗（ECM）與反對抗（ECCM）中扮演重要角色。在民用通信的應用與發(fā)展領域，主要有數字蜂房移動通信、個人通信網（PCN）、煙火匪情等報警及公安隱蔽通信、體育競賽與證券交易通信、數字立體聲廣播與業(yè)余無線電通信等。VLSI芯片及低功率發(fā)射技術，可以使擴頻設備做到體積小、重量輕、價格低，它將成為未來城市無線通信的基本手段，如：個人通信PCN、無線商務通信PBX以及無線ISDN等。

擴頻通信受到的限制主要來自技術方面。對直接序列擴頻的限制在于用很高的PN碼率進行擴頻調制，目前采用CMOS使最大的時片率可達70Mchips／s，而采用砷化鎵FET器件，則可高達2Gchips／s。對跳頻（FH）的限制在于頻率合成器的高速轉換而又無雜波產生，現在數字控制振蕩器可以產生這樣的信號，在20MHz帶寬內跳頻速率高達1M跳／秒。此外，重疊在同一頻帶上的用戶數對擴頻通信也是一個限制，重疊越多，信噪比越低，差錯概率增加，這就需要通過分配頻帶或制定法規(guī)來提高頻帶的利用率。毋庸置疑，擴展頻譜通信技術將在克服這些限制的過程中不斷成熟、向前發(fā)展，為人類社會做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]何非常，軍事通信現代戰(zhàn)爭的神經網絡，國防工業(yè)出版社，2000.2.

[2]黃令國，跳頻通信，計算機與網絡，2003年19期.

作者簡介：

趙莉，女，海軍飛行學院教研部航空電子教研室，碩士，講師，主要研究方向：無線電通信。