扩频通信技术在通信中的应用

扩频通信技术在通信中的应用

邵芳

（中国人民解放军西安通信学院 710106）

摘要：扩频通信技术是扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）的简称，它是指用来传输信息的射频信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。扩频通信系统的出现，是通信技术的一次重大突破。扩频通信的基本思想和理论依据是美国著名的信息理论学家 Shannon 在信息论的研究中得出了信道容量的公式：C= W log2(1+P/N)。这个公式指出：如果信息传输速率C不变，则带宽W和信噪比P/N是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息传输率来可靠的传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽，仍然能够保持可靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。

关键字：扩频通信；无线扩频技术；无线局域网；蓝牙技术

The application of spreading spectrum communication

technology in communication

Shao Fang

（The Chinese People’s Liberation Army Xi’an Communication College 710106）

Abstract：Spread-spectrum communication technology is called spread spectrum communications, which is used to transmit information that the RF signal bandwidth far greater than the information itself a bandwidth of communication。The emergence of spread-spectrum communication systems is a major breakthrough in communication technology. Spread Spectrum Communication Theory and the basic idea is based on well-known American scientist Shannon Information Theory in the study of information theory that the channel capacity of the equation: C = W log2 (1 + P / N). if the information transfer rate C isn’t changed, bandwidth W and SNR P / N is interchangeable, meaning the bandwidth can be increased at a lower SNR circumstances to the same information transmission rate to reliable transmission of information, as long as the corresponding increase in signal bandwidth, it was able to maintain reliable communication, which is spreading method can be used to transmit information in exchange for the broadband signal to noise ratio on the benefits.

Keyword：Spread spectrum communication; Wireless spread spectrum technology; Wireless Local Area Networks; Blue tooth technology

1 引言

扩频通信是当今国际上高新科技的热点之一。几十年来，通信技术不断发展和演变，从有线到无线基本上是媒质和信道的变化，而突破性的进展并不多。扩频通信系统的出现，是通信技术的一次重大突破。通常的超短波（VHF/UHF）通信，10W电台能通20~30km远；而伪码扩频设备，10mW能通30~50km，也就是说扩频系统能

带来30dB以上的信噪比改善。几十年来，人们为信噪比的改善付出了极大的努力，30分贝甚至50多分贝（GPS）的信噪比改善已成为现实，这确实是一次巨大的飞跃，只就这一点，已经可以说扩频通信是当代通信技术的重大突破，何况扩频通信带来的突破还远远不止这一点。

2 扩频通信技术的理论依据

扩频通信技术是扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication ）的简称，它是指用来传输信息的射频信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。例如：一个二进制数据流的速率为64kb/s，其基带带宽只有64kHz，但用扩频技术传输时，它的带宽可以被扩展到4MHz、26MHz，甚至120MHz或更多。它的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射。美国著名的信息理论学家Shannon在信息论的研究中得出了信道容量的公式：C= W log2(1 +P / N )。这个公式指出：如果信息传输速率C不变，则带宽W和信噪比P/N是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息传输率来可靠的传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，仍然能够保持可靠的通信，即用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。

3 扩频通信系统概述

3.1 扩频通信系统的原理

扩谱通信系统是一种信息处理传输系统，在这个系统中对被传输信号扩展其频谱，使之占有超过被传送信息所必须的最小带宽，在接收机中利用发射码的副本对接收信号进行同步相关处理来恢复原始信息。直接序列码分多址扩频通信基本原理是，用高速率的正交伪地址码调制基带信息，调制后的信息被扩展到很宽的频带上，功率谱密度极低，信号基本上淹没在噪声中，一般不相关的接收机是很难发现和解出其中的信息，这是由于不同结构伪码之间的互相关值极低缘故。

3.2 扩频通信的几种工作方式

按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为以下几种。

3.2.1 直接序列扩频工作方式，简称直扩（DS）方式

所谓直接序列（DS，Direct Sequency）扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

3.2.2 跳变频率工作方式，简称跳频（FH）方式

所谓跳频，比较确切的意思是用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。

3.2.3 跳变时间工作方式，简称跳时（TH）方式

与跳频相似，跳时（TH，Time Hopping）是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片，在一帧内哪个时片发射信号就由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。跳时也可以看成是一种时分系统，所不同的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩