擴充套件頻譜通訊

2023-01-25 15:45:04 字數 2694 閱讀 5819

引言:長期以來,擴頻通訊主要用於軍事保密通訊和電子對抗系統,隨著世界範圍政治格局的變化和冷戰的結束,該項技術才逐步轉向"商業化"。數年前擴頻通訊在我國通訊領域仍鮮為人知,有關資料介紹也比較少,一九九三年開始, 吉隆公司即致力於向我國引進擴頻產品, 已經在電力、金融、公安、交通等行業收到了明顯的社會、經濟效益,引起國內通訊界人士的廣泛注意。

定義及特點:所謂頻譜擴充套件是指將訊號的頻譜擴充套件至占用很寬的頻帶,簡稱擴譜。它的基本特點是其傳輸資訊所用訊號的頻寬遠大於資訊本身的頻寬。除此以外,擴頻通訊還具有如下特徵:

1.是一種數字傳輸方式;

2. 頻寬的展寬是利用與被傳資訊無關的函式(擴頻函式)對被傳資訊進行調製實現的;

3.在接收端使用相同的擴頻函式對擴頻訊號進行相關解調,還原出被傳資訊。

理論基礎:根據夏農在資訊理論研究中總結出的通道容量公式,即夏農公式:

c = w×log2(1+s/n)

式中:c--資訊的傳輸速率 s--有用訊號功率 w--頻頻寬度 n--雜訊功率

由式中可以看出:為達到給定的通道容量要求,可以用頻寬換取訊雜比,即在低訊雜比的條件下可用增大頻寬的辦法無誤的傳輸的給定資訊。

擴頻增益和抗干擾容限:

擴頻通訊系統由於在傳送端擴充套件了訊號頻譜,在接收端解擴還原了資訊,這樣的系統帶來的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明,各種擴頻系統的抗干擾性能與資訊頻譜擴充套件後的擴頻訊號頻寬比例有關。一般把擴頻訊號頻寬w與資訊頻寬△f之比稱為處理增益gp,即:

它表明了擴頻系統訊雜比改善的程度。除此之外,擴頻系統的其他一些效能也大都與gp有關。因此,處理增益是擴頻系統的乙個重要效能指標。

系統的抗干擾容限mj定義如下:

式中:(s/n)。= 輸出端的訊雜比,

ls = 系統損耗

由此可見,抗干擾容限mj與擴頻處理增益gp成正比,擴頻處理增益提高後,抗干擾容限大大提高,甚至訊號在一定的雜訊湮沒下也能正常通訊。通常的擴頻裝置總是將使用者資訊(待傳輸資訊)的頻寬擴充套件到數十倍、上百倍甚至千倍,以盡可能地提高處理增益。

擴頻技術的分類:

1.直接序列擴頻

簡稱dsss。所傳送的資訊符號經偽隨機序列編碼後對載波進行調製。偽隨機序列的速率遠大於要傳送資訊的速率,因而調製後的訊號頻譜寬度將遠大於所傳送資訊的頻譜寬度。

2.跳頻

簡稱dh。它讓發射機的載頻在乙個資訊碼元內,按照預定的規律,離散的快速跳變,從而達到擴譜的目的。

3.線性調頻

在這種系統內,載頻在乙個資訊碼元內在乙個寬的頻段中線性變化,從而是訊號頻寬得到擴充套件。

擴頻通訊的優點:

1. 抗干擾性能好。它具有極強的抗人為寬頻干擾、窄帶瞄準式干擾、中繼**式干擾的能力,有利於電子反對抗,特別適合軍事通訊系統中運用。

相對於常規通訊系統,ds-ss、fh-ss、ds/fh、ds/th等系統對多徑干擾不敏感,如果再採用自適應對消、自適應天線、自適應濾波等技術或措施,可以使多徑干擾消除。這對移動通訊是很有利的。

2.選擇性定址能力強,可以用分碼多重進接的方式來組成多址通訊網。多址通訊網內的所有接收機和發射機可以同時使用相同的頻率工作。

對於給定的接收機,當指定了特定的擴頻碼後,該接收機就只能和使用相同擴頻碼的發射機相聯絡。當網內所有的接收機都指定了不同的擴頻碼後,網內的任一發射機可通過選擇不同的擴頻碼來和使用相應擴頻碼的接收機相聯絡。使用擴頻通訊技術組成多址通訊網時,網路的同步比常規通訊體制易於實現。

便於實現機動靈活的隨機接入,便於採用計算機進行資訊的控制和交換。

3. 保密性能好,資訊隱蔽以防竊取。擴頻訊號的頻譜結構基本與待傳輸的資訊無關,主要由擴頻碼來決定。

資訊的隱蔽程度或安全程度取決於所使用的擴頻碼。由於擴頻通訊系統使用碼週期很長的偽隨機碼,在乙個偽碼週期中具有隨機特性,經過它調製後的數字資訊類似於隨機雜訊,因而將其用於保密通訊系統中,敵方採用普通偵察手段和破譯方法不易發現和識辨訊號。

擴頻訊號的功率相當均勻的被分布在很寬的頻率範圍內,以至被傳輸的功率譜密度很低,偵察接收機難以檢測,使得系統具有低的截獲概率,從而提高了系統的保密性能。

4. 頻譜密度低,對其它通訊系統的干擾小。在輸出訊號功率相同的情況下,由於擴頻訊號擴充套件了頻帶,降低了輸出訊號單位頻帶內的功率(能量),從而降低了系統在單位頻帶內電波的通量密度。

頻譜密度低,對空間通訊大有好處。當空間通訊系統在地面上產生的電波通量密度太大時,會造成對地面通訊系統的干擾。對於當前無線電通訊中頻率資源匱乏的問題,利用擴頻通訊技術,使頻率資源可重複利用。

使用擴頻分碼多重進接技術可解決常規通訊系統中電波擁擠的大難題。所以擴頻分碼多重進接通訊在城市移動通訊中有著廣闊的應用前景。

5.高解析度測距。測距是擴頻技術最突出的應用。

無線電測距在測量距離增大的情況下,反射訊號變弱,造成接收困難。為克服這一困難,就必須加大發射訊號的功率。增大脈衝雷達訊號的峰值功率,會受到裝置和器件的限制。

加大訊號的脈衝寬度,又會降低測距的解析度。利用連續波雷達測距時,會出現距離模糊問題。利用擴頻技術測距,擴頻碼序列的長度(週期)決定了測距系統的最大不模糊距離;而擴頻碼序列的速率(碼元寬度)決定了測距系統的解析度。

產生長週期高速率的偽隨機碼,在今天已不存在問題。

擴頻通訊遇到的主要技術問題:

1.位址碼碼型、速率與訊號的頻譜、訊號之間的干擾等特性有直接關係,所以如何選取位址碼通常成為專門的研究課題;

2.由於使用寬頻射頻訊號,應注意調製方式和對調製器、解調器的要求;

3.接收機必須確定訊號位址碼相位和載波頻率才能解調訊號,因此需要有良好的同步;

4.研製和採用新型器件和部件(如匹配濾波器、頻率合成器和微計算機控制等)對改進裝置效能有重要作用。

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