什么是扩频通信?

[拼音]：kuopin tongxin

[外文]：spread spectrum communication

利用比原始信号（信源产生的信号）本身频带宽得多的射频信号的通信，全称是扩展频谱通信。在扩频通信系统中（见图），发信端用一种特定的调制方法将原始信号的带宽加以扩展，得到扩频信号。收信端再对接收到的扩频信号加以处理，把它恢复为原来带宽的所要信号。

扩频信号带宽与原始信号带宽的比值，称为扩频通信系统的处理增益GP，它是扩频通信系统的重要参数。多数扩频通信系统的GP值远大于10。

扩频通信占用的信道频带要比其他通信方式宽得多。采用扩频通信是因为它具有以下特点：

（1）抑制干扰能力很强，经过接收机对信号的处理，可把信道中加进的并与扩频信号频带重叠的各种干扰信号强度减弱到原有的1/GP左右，因而使信扰比值提高了近GP倍。扩频通信并不能抑制自噪声的干扰，但能够有效地减弱各种窄带信号的干扰；

（2）信号的功率谱密度很低；

（3）信号便于隐蔽和保密；

（4）可用以实现具有随意选址能力的码分多址通信（见多址通信）；

（5）用扩频信号通信的同时可进行高分辨率的测距。

按扩频方式，扩频通信可分为直接序列、跳频、跳时、脉冲调频和混合方式等类型。

在原始信号对载波调制以后，再用比特速率远高于原始信号带宽的数字序列对已调信号调制，从而产生出扩频信号。用于扩频的数字序列通常称为地址码。一般用移相键控调制扩频。收信端产生一个与信号用的地址码完全相同的码序列，用它对接收信号解调，结果使信号重新恢复到原始信号频带。这种扩频信号的功率谱密度主要取决于信号功率和地址码，扩频信号的带宽一般是地址码速率Rc的 2倍。使用这种方式实现多址通信，要求各信号功率比较稳定。当信道稳定时，这种扩频方式的性能比较好。

码序列（地址码）控制信号的载波，使之在多个频率上改变而产生扩频信号。收信端产生一个与信号载波频率变化相同的移频信号，用它作变频参考，再把信号恢复到原来的频带。跳频系统可随机选取的频率数通常是几百个或更多。频率变化的速率是10～105次/秒。从长时间看，跳频信号的频谱是在载波频率变化范围内均匀分布的。跳频系统受到的总干扰，主要是由信号在全部使用频率中的多少个频率上受到干扰所决定的，而与干扰信号的强度关系不大。因此，跳频常用于信道不稳定和信号起伏大的移动通信。

发信端地址码控制信号的发送时刻和持续时间。收信端在确定的时隙内接收和解调信号。跳时信号有很小的占空比，可用以减小时分复用系统各信号间的干扰。跳时通常与其他扩频方式结合起来使用。单纯使用跳时方式时抑制干扰能力差，如一个等于信号中心频率的连续载波就可以阻塞通信。

发信端发出射频脉冲信号，在每一脉冲周期中频率按某种方式变化。在收信端用色散滤波器解调信号，使进入滤波器的宽脉冲前后经过不同时延而同时到达输出端，这样就把每个脉冲信号压缩为瞬时功率高、但脉宽窄得多的脉冲，因而提高了信扰比。这种调制主要用于雷达，但在通信中也有应用。

把上述各种基本调制方式中的两种或多种结合起来，可构成混合式的扩频系统。它的优点是能得到只用单一扩频调制方式所难以得到的性能。最常用的混合方式有:跳频-直接序列；跳频-跳时；跳时-直接序列；脉冲调频-跳频。

实现扩频通信的主要技术问题是：

（1）地址码码型、速率与信号的频谱、信号之间的干扰等特性有直接关系，所以如何选取地址码通常成为专门的研究课题。

（2）由于使用宽带射频信号，应注意调制方式和对调制器、解调器的要求。

（3）接收机必须确定信号地址码相位和载波频率才能解调信号，因此需要有良好的同步。

（4）研制和采用新型器件和部件（如匹配滤波器、频率合成器和微计算机控制等）对改进设备性能有重要作用。

在现代地面通信和卫星通信中广泛采用扩频通信，以实现多址通信和增强抗干扰性等。扩频技术还常用于测量、控制、定位和导航等方面。扩频通信将与频分制，时分制一起构成多种体制的通信网，以满足军用和民用通信的要求。

参考书目

R.C.狄克逊著，王守仁等译：《扩展频谱系统》，国防工业出版社，北京，1982。(R.C.Dixon，Spread Spectrum Systems，John Wiley & Sons，New York，1976.)