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无线扩频通信

扩频通信(SSC),即扩展频谱通信技术(SpreadSpectrumCommunication),它的基本特点是其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。
增加信号带宽可以降低对信噪比的要求,当带宽增加到一定程度,允许信噪比进一步降低。扩频通信就是用宽带传输技术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。
扩频技术即是将信息信号的带宽扩展很多倍进行通信的技术。传输信号带宽远大于信息信号的带宽。例如,传输一个64Kbps的数据流,其基带带宽只有64KHz左右,但用扩频技术传送时,它所占据的信道带宽可以被扩展到5MHz,10MHz,甚至更大。与此同时,发射到空间的无线电功率谱(单位带宽内具有的功率),也将大大的降低。
1990年以来,扩频通信的理论和实践都已证明,众多用户共享这同一带宽,它所容纳的用户数,不但比传统的频分多址方式(FDMA)多,也比近十年来广泛使用的时分多址方式(TDMA)要多。

扩频通信的分类

扩频通信通常分成以下几种方法:直接序列(DS)扩频、跳频(FH)扩频、跳时(TH)扩频和线性调频(Chirp)扩频等四种,无论哪种方法,其本质都是对于与被传输数据无关的码,使用何种方式进行调制。

直接序列扩频

直接序列(DS-DirectSequency)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。

跳频扩频

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。 简单的频移键控如2FSK,只有两个频率,分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码的组合去进行选择控制,不断跳变。

跳时扩频

与跳频相似,跳时(TH-TimeHopping)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。由于采用了窄得很多的时片去发送信号,相对说来,信号的频谱也就展宽了。

线性调频

线性调频(ChirpModulation)工作方式,简称Chirp方式。如果发射的射频脉冲信号在一个周期内,其载频的频率作线性变化,则称为线性调频。 因为其频率在较宽的领带内变化,信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中,但在通信中也有应用。

混合方式

在上述几种基本的扩频方式的基础上,可以组合起来,构成各种混合方式。例如DS/FH、DS/TH、DS/FH/TH等等。采用混合方式看起来在技术上要复杂一些,实现起来更困难。但是,不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性,对于一个有多种功能要求的系统,DS、FH、TH可分别实现各自独特的功能。 因此,对于需要同时解决诸如抗干扰、多址组网、定时定位、抗多径和远-近问题时,就不得不同时采用多种扩频混合的方式。

扩频通信的优点

抗干扰能力

强扩频通信系统扩展的频谱越宽,处理增益越高,抗干扰能力就越强。简单地说,如果信号频谱展宽10倍,那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰,分散了干扰功率,从而在总功率不变的条件下,其干扰强度只有原来的1/10。另外,由于接收端采用扩频码序列进行相关检测,空中即使有同类信号进行干扰,如果不能检测出有用信号的码序列,干扰也起不了太大作用,因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。

码分多址能力强

由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制,充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户不同码型的情况下,系统可以区分不同用户的信号,这样在同一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。

高速可扩展能力强

由于独占信道且码分多址,所以速率很高。由于在IEEE802.11标准中,11位随机码元中只有1位用来传输数据,因此吞吐量的扩展能力强。相对于通用标准采用的相位变化DQPSK/DPSK调制技术,增强型采用了直序/脉冲位置调制(DS/PPM)技术。PPM技术使用了预置的8位码元中的3位传输数据,这就使传输率产生了飞跃。