1、精選優質文檔-傾情為你奉上  擴頻通信技術的應用  【摘要】 擴頻通信，即擴展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。擴頻技術最大的特點是利用寬頻帶來傳輸信號。由于擴頻系統具有許多優點，如抗干擾能力強、截獲概率低和保密性強以及良好的碼分多址通信能力，所以擴頻技術已被廣泛應用。CDMA就是利用擴頻技術發展起來的一種擴頻通信方式，它具有容量大，通信質量好，節約發射功率等優點。文章試就一些擴頻通信的原理及中CDMA采用的擴頻技術作

2、些討論，此外也簡單介紹了一些擴頻通信在其他方面的應用。     Spread Spectrum Communication, namely the Spread Spectrum Communication (Communication), it Spread with such optical fiber Communication, satellite communicat

3、ions with the information era is known as into three high technology transmission mode. Spread spectrum technology's biggest characteristics is to use broadband bring transmiss

4、ion signal. Because of spread spectrum system has many advantages, such as strong anti-jamming capability, intercept probability and low confidentiality strong and good communication

5、60;ability, so the code division multiple access (cdma) has been widely spread spectrum technology application. CDMA is using the spread spectrum technology developed a kind o

6、f spread spectrum communication mode, it has a large capacity, good quality and saving communication transmission power, etc. This article tries to some spread spectrum commun

7、ication principle and CDMA adopted in the spread spectrum technology make some discussionIn addition also introduced simply some spread spectrum communication in other applications關鍵詞 擴

8、頻通信   碼分多址（CDMA）   本地接入網   電力系統  一、擴頻通信的理論基礎   擴頻通信，是擴展頻譜通信的簡稱。它是指用來傳輸信息的射頻帶寬遠大于信息本身帶寬的一種通信方式， 利用比原始信號（信源產生的信號）本身頻帶寬得多的射頻信號的通信，擴展頻譜通信在擴頻通信系統中，發信端用一種特定的調制方法將原始信號的帶寬加以擴展，得到擴頻信號。收信端再對接收到的擴頻信號加以處理，把它恢復為原來帶寬的所要信號。擴頻信號帶寬與原始信號帶寬的比值，

9、稱為擴頻通信系統的處理增益GP，它是擴頻通信系統的重要參數。多數擴頻通信系統的GP值遠大于10。 根據仙農(C.E.Shannon)在信息論研究中總結出的信道容量公式，即仙農公式：   C = W×Log2(1+S/N) 式中：C-信息的傳輸速率 S-有用信號功率 W-頻帶寬度 N-噪聲功率 由式中可以看出： 為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加

10、信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。擴頻通信就是用寬帶傳輸技術來換取信噪比上的好處，這就是擴頻通信的基本思想和理論依據。 擴頻通信系統由于在發送端擴展了信號頻譜，在接收端解擴還原了信息，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信息頻譜擴展后的擴頻信號帶寬比例有關。一般把擴頻信號帶寬W與信息帶寬F之比稱為處理增益GP，即： 它表明了擴頻系統信噪比改善的程度。除此之外，擴頻系統的其他一些性能也大都與GP有關。因此，處理增益是擴頻系統的一個重要

11、性能指標。 系統的抗干擾容限MJ定義如下： 式中：（S/N）。= 輸出端的信噪比，   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，擴頻處理增益提高后，抗干擾容限大大提高，甚至信號在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴頻設備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴展到數十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。 其中，擴頻包括以下幾種類型： （1）直接序列擴頻 簡稱直擴（DS）。所傳送的信息符號經偽隨機序列（或稱偽噪聲碼）編碼后對載波進行調制。偽隨

12、機序列的速率遠大于要傳送信息的速率，因而調制后的信號頻譜寬度將遠大于所傳送信息的頻譜寬度。 （2）載波頻率跳變擴頻 簡稱跳頻（FH）。載荷信息的載波信號頻率受偽隨機序列的控制，快速地在給定的頻段中跳變，此跳變的頻帶寬度遠大于所傳送信息的頻譜寬度。 （3）跳時（TH） 將時間軸分成周期性的時幀，每幀內分成許多時片。在一幀內哪個時片發送信號由偽碼控制，由于時片寬度遠小于信號持續時間從而實現信號頻譜的擴展。 （4）脈沖調頻 發信端發出射頻脈沖信號，在每一脈沖周期中頻率按某種方式變化。在收信端用色散濾波器解調信號，使進入濾波器的寬脈沖前后經過

13、不同時延而同時到達輸出端，這樣就把每個脈沖信號壓縮為瞬時功率高、但脈寬窄得多的脈沖，因而提高了信擾比。這種調制主要用于雷達，但在通信中也有應用。 （5）混合擴頻 幾種不同的擴頻方式混合應用，例如：直擴和跳頻的結合（DS/FH），跳頻和跳時的結合（FH/TH），以及直擴、跳頻與跳時的結合（DS/FH/TH）等。 擴頻通信占用的信道頻帶要比其他通信方式寬得多。采用擴頻通信是因為它具有以下特點：河南理工大學課程論文   抑制干擾能力很強，經過接收機對信號的處理，可把信道中加進的并與擴頻信號頻帶重疊的各種干擾信號強度減弱到原有的1/GP左右,

14、因而使信擾比值提高了近GP倍。擴頻通信并不能抑制自噪聲的干擾，但能夠有效地減弱各種窄帶信號的干擾； 信號的功率譜密度很低； 信號便于隱蔽和保密； 可用以實現具有隨意選址能力的碼分多址通信（見多址通信）； 用擴頻信號通信的同時可進行高分辨率的測距。 二、擴頻通信在CDMA中的應用 鑒于擴頻通信技術具有以上的特點和優點，而其中的直接序列擴頻系統有具有抗截獲性，潛在抗多徑干擾能力，可用于測距定時系統等優點，被廣泛應用在了IS95中來實現CDMA通信。 CDMA是一種以直接序列擴頻技術為基礎的多址接入通信方式，這種方式是通過給每個用

15、戶分配一個具有良好自相關性和弱互相關性的唯一擴頻碼片（也叫偽隨機序列PN碼），并用它對承載信息的信號進行編碼而實現的。在接收端，接收機使用相同擴頻碼片對收到的信號進行解碼，并將其轉換成原始帶寬信號，而其他用戶的寬帶信號卻保持不變。這是因為該用戶為隨機碼序列與其它用戶偽隨機碼序列的互相關性很小。 為了直觀說明直接序列擴頻通信，假設每個信息比特采用3比特的擴頻碼片，在直接序列擴頻通信中每個信息比特與擴頻碼片進行異或操作（模2加），然后傳送出去。表1給出了采用擴頻碼片010傳送信息比特101的例子，注意使用3比特的擴頻碼片，三個信息比特就變成了9個連續的比特。 表1： 

16、信 息 比 特101 擴頻碼片（偽隨機碼）010 傳送比特（異或操作后） 也就是說，第一個信息比特“1”與每個擴頻碼片“010”進行異或，從而產生比特序列“101”，然后代表信息比特“1”傳送出去。接著信息比特“0”與每個擴頻碼片“010”進行異或，得到“010”，然后代表信息比特“0”發送出去。最后第三個信息比特“1”與擴頻碼片進行異或，得到三個比特“101”，然后代表信息比特“1”發送出去。 由于擴頻碼片給要傳送的信息比特增加了冗余位，這使得接收機能夠在一個或多個原始數據遭到破壞后仍能恢復數據。當然數據恢復能力取決于擴頻

17、碼片長度與被破壞的數據長度。如果能夠恢復數據，就可以避免重傳。如果接收機不知道擴頻碼片，那么它就不能正確接受信息，接受信號表現為低功率的寬帶噪聲，所以直接序列擴頻適用于可靠安全的軍事通信。 正是由于CDMA使用了這種基于直接序列擴頻技術為基礎的多址接入方式使得CDMA天生具備了很多擴頻技術天生的優點。主要有： （1）由于使用擴頻信號，系統具有很強的抗多種干擾的能力，特別是具有抗多徑干擾的能力。 （2）擴頻信號的功率譜密度很低，即在單位帶寬中的功率很小，對于一般非擴頻通信系統幾乎不構成干擾因此可以與其共用同一頻段從而提高頻帶利用率。 （3）保密性好。這是因

18、為傳輸的信號只能由知道此信號擴頻碼片的接收機才能恢復原始信號。 （4）低攔截概率。因為它的功率譜密度低，擴頻信號很難被惡意接收者檢測和攔截。 而提到CDMA就不得不提到如今最熱門的3G移動通信技術，也就是第三代移動通信技術。 第一代移動通信系統通常指提供模擬業務的一些無線系統，如美國的AMPS、英國的TACS。緊接著是幾種不同類型的移動通信系統，主要采用不同的接入方式來提高系統的容量，并提供更好的質量以及其他特點。基于TDMA的D-AMPS 1900(北美)、GSM（歐洲）和CDMA都代表著第二代移動通信技術。 第二代系統的一個關鍵問題是它們僅

19、限于語音、傳真和低比特速率的數據傳輸。因為當前的時代需要Internet、MP3和多媒體，所以第二代系統已經不能滿足現代應用了 現在世界各國都在研究能夠提供更高傳輸速率的寬帶CDMA，能提供各種多媒體和網絡業務的移動通信方式，也就是第三代（3G）移動通信，并已經取得一定成果。為了提供比其他接入方式更高的容量和優點，IMT-2000（由國際電信聯盟ITU啟動的通用移動電信系統/國際移動電信2000計劃）在接受了各國對于第三代移動通信方式的提案后，采用CDMA技術，列出了三個標準。即美國的CDMA2000，歐洲的WCDMA和中國的TD-SCDMA。到時使用手機高速上網，進行可視電話將不再

20、是夢想。這也正是CDMA網絡相比GSM網絡及其下的GPRS技術所無法取代的優勢所在。 而隨著CDMA和3G-CDMA技術的不斷發展，在其中占據著重要地位的關鍵技術，直接序列擴頻技術（DS）更是會取得長足的進步和發展，逐漸遍布到我們身邊的方方面面。 三、擴頻通信在其他方面的應用 1、擴頻通信在電力系統中的應用 （1）點對點電力調度系統 在這種方式中，一對擴頻電臺起通道作用，在兩個遠離的地點之間構成一個無線鏈路。擴頻電臺實際上起modem的作用，它負責將要發送的數據進行擴頻調制，并經天線發送出去，或將接收信號經相關解調恢復出原始數據碼。在變電站，復

21、用器將話音信號數字化后與遠動機的數據信號進行時分復用，通過擴頻電臺傳給調度所；相反方向，調度所通過擴頻電臺將遙控遙調等數據信號傳給變電站。 前置機和遠動機一般傳輸異步數據且速率較低，通常采用RS232C接口，因此擴頻電臺采用64kb/s的速率即可，擴頻電臺、復用器均可使用最普遍的RS232C接口。擴頻電臺的傳輸距離一般為50km，但實際通信距離與所使用的天線增益、高度以及地理環境有關。如果要延長通信距離，擴頻電臺也可組成中繼方式。 （2）一點多址變電站無人值守系統 在一點多址方式下，中心站的一個擴頻電臺和遠端的多個擴頻電臺通信，所有的擴頻電臺工作在同一頻率，遠端的

22、擴頻電臺不啟動通信而靠中心的設備依次輪詢遠端的擴頻電臺，而遠端的擴頻電臺只有在收到與之相連的設備的數據后才進行傳輸。 中心站一般安裝全向天線，遠端變電站應安裝定向天線對準中心站。 圖像傳輸分為靜態圖像傳輸和動態圖像傳輸兩種，選擇哪種方式主要取決于傳輸圖像的信道帶寬和實際的圖像監控需要。由于變電站的圖像變化極其緩慢，采用靜態圖像傳輸方式就能夠滿足變電站遠方監視的需要。若采用64kb/s的擴頻電臺進行組網，可以提供兩路話音和兩路速率為19.2kb/s的異步數據（RS232C接口）。兩路數據通道，一路用來傳送遠動信息，一路用來傳輸靜態圖像信號，實現對變電站的遠方監視。如果要求圖像

23、畫面運動時連續性好、質量優良，則需要采用傳輸速率不低于384kb/s的擴頻設備和圖象編、解碼器。傳輸速率384kb/s時，圖像15幀；傳輸速率2Mb/s時，圖像25幀。擴頻設備、圖像編、解碼器和復用器之間采用V35或G703接口。 （3）無線自動抄表系統 目前，居民用電抄表仍是挨門挨戶的人工抄表，實現自動抄表，不但可大大減少抄表的工作量，而且可及時反映用戶的用電情況，對用電進行監督管理，防止竊電。 自動抄表系統由電表、采集器、集中器和擴頻電臺等設備組成。光電傳感器輸出電脈沖，供采集器采集，采集器可采集1-16個用戶的用電量。集中器一般安裝在變壓器（副邊220V輸出

24、）附近，它通過電力線集中抄錄臺區內所有采集器的數據進行預處理，然后通過擴頻專線送至供電局中央計算機進行集中處理。采集器和集中器均含有電力線調制解調單元，亦可在各開閉站建立低功耗小型無線擴頻站點，利用裝有無線擴頻采集設備的車輛沿路跑一遍，即可將集中器中的用戶用電數據收集起來。     2、擴頻通信在本地接入網中的應用    接入網是由傳統的用戶線、用戶環路和用戶接入系統，逐步發展、演變和升級而形成的?，F代電信網絡分為3大部分：傳輸網、交換網和接入網。由于接入網發展較晚，往往成為電信發展規律的“瓶頸”，各國都

25、很重視接入網的發展，各類接入技術和系統應運而生。例如，有線接入系統，包括銅線接入、光纖接入和光纖同軸混合接入等；無線接入分為移動接入和固定接入系統。其他的接入技術，如電力線、有線電視同軸纜、3G等。由于它們的協議規范還未得到認可，目前還都是在試用階段，還未大量投入商用，所以光纖接入技術無可替代地擔當了當今接入技術的主要角色。    由于ISM（Industry/Scientific/Medical）頻段的開放，經營者和用戶不需申請授權就可自由地使用這些頻段，而無線擴頻技術所使用的頻段（2.4002.483 85GHz）正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE 802.11協議架構的無線局域網也大部分選用此頻段。        在無線接入系統中，擴頻微波與常規微波相比有著3個顯