西部战区陆军领导名单:无线扩频通信技术及其应用

一、 无线扩频通信技术简介
　　
　　 1、无线扩频通信技术简介
　　
　　 　　扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)技术(以下简称扩频通信)，早在第二次世界大战期间就已提出，其发展也基本上是在军事领域随着电子对抗发展起来的。
　　
　　 　　随着无线通信的广泛应用，无线频道变得非常拥挤，频道资非常源紧张，干扰繁多、严重。由于扩频通信技术有非常多好处能克服这些问题，并且能提供更高的保密技术，因此，从80年代末，美国联邦通信委员会（FCC）规划了ISM波段并批准扩频通信使用该频段来，扩频通信技术得到了快速的发展和广泛的应用。
　　
　　 2、扩频通信技术基本原理
　　
　　 　　扩频通信的理论基础是仙农定理：C=W Log 2 (1+S / N )
　　
　　 　　式中: C---信道容量，W---传输带宽，S / N ---信号功率/噪声功率
　　
　　 　　由此可得：在信息速率一定时，能用不同的信号带宽和相应的信噪比来实现传输，即信号带宽越宽则传信噪比能越低，甚至在信号被噪声淹没的情况下也能实现可靠通信。因此，将信号的频谱扩展，则能实现低信噪比传输，并且能确保信号传输有较好的抗扰干性和较高的保密性。
　　
　　 　　目前常用的扩频通信实现方法主要有: 直接序列扩频( Direct Sequence Spread Spectrum)、跳频(Frequency Hopping)、跳时(Time Hopping)、宽带线性调频(Chip Modulation)等方式。以上方法中最常用的是直接序列扩频和跳频。
　　
　　 　　直接序列扩频技术
　　
　　 　　直序扩频使用伪随机码（PN Code）对信息比特进行模2加得到扩频序列，然后扩频序列去调制载波发射，由于PN码往往比较长，因此发射信号在比较低的功率上能占用非常宽的功率谱，即宽带低信噪比传输。PN码的长度决定了扩频系统的扩频增益，而扩频增益又反映了一个扩频系统的性能。
　　
　　 　　直序扩频系统的解扩采用相关解扩，这是他和常规无线通信解调方式的根本不同。在接收端，接收信号经过放大混频后，经过和发射端相同且同步的PN码进行相关解扩，把扩频信号恢复出窄带信号，再对窄带信号进行相干解调解出原始信息序列。
　　
　　 　　用11位码长的扩频码来说，直接序列扩频和解扩的过程简单说就是，如果采用的信源发出“1”，则扩频调制为一个序列单元，如“11100010010”；信 源发出“0”，则扩频调制为一个反相的序列单元，如和上面对应的反相序列“00011101101”。在接收端，收到序列“11100010010”则恢复为“1”，收到序列“00011101101”则恢复为“0”。
　　
　　 其原理框图如下：
　　　
　　直序扩频技术的有点在于：
　　
　　 　　抗干扰能力强
　　
　　 　　扩频解调器实际上是个相关器，扩频信号通过相关器后能有效的恢复，干扰信号(包括瞄准性干扰和宽带干扰)，由于和本地PN码不相关而被相关器抑制掉。如下图所示：
　　　
　　图1.3-1 扩频系统的抗瞄准性干扰能力 图1.3-2 扩频系统的抗宽带干扰能力
　　
　　 　　具有强的抗多径干扰能力
　　
　　 　　无线电波在传播的过程中，除了直接到达接收天线的直射信号外，还会有各种反射体(如大气对流层、建筑物、高山、树木、水面、地面)等引起的反射和折射信号被接收天线接收。反射和折射信号的传播时间比直射信号长，他对直射信号产生的干扰称为多径干扰。多径干扰会造成通信系统的严重衰落甚至无法工作。由扩频序列的自相关函数的特性知道，当两个接收信号序列相对时间超过码元宽度时，相关器输出只为码长的倒数，故被非常大程度的抑制掉。
　　
　　 　　直序扩频技术还一有一种更先进的接收技术，叫RAKE接收技术，他能实现多径分集接收。即将各种路径来的信号，包括直接、折射、反射绕射信号解扩后在相位上根据峰值校齐并进行叠加，使信号强度更高，不仅避免了多径干扰还增强了接收信号强度。不过RAKE接收技术的实现比较复杂且昂贵。
　　
　　 　　对其他电台干扰小，抗截获能力强
　　
　　 　　由于信息信号经过扩频调制后频谱被大大扩展，使信号的功率谱密度大大降低, 接收端接收到的信号谱密度比接收机噪声低，即信号完全淹没在噪声中，这样对其他 同频段电台的接收不会形成干扰，信号也就不容易被发现，进一步检测出信号就更难，所以有非常高的隐蔽性，非常适合保密通信，特别适合应用于军事领域的通信。正因为有此特点，FCC规定使用扩频通信机不必申请专用频率。
　　
　　 　　能同频工作
　　
　　 　　由于采用相关解调，只要每部通信机的扩频码(PN)不同，几部通信机就能使用同一载频而不会有相互干扰，只是增加多一点背景噪声而已。
　　
　　 …便于实现多址通信
　　
　　 　　由于不同的扩频码是正交或接近正交的，彼此相互影响非常小，所以能把不同的 扩频码作为用户的地址码，则非常容易实现码分多址(CDMA)通信。移动通信系统采用 CDMA方式，理论上能使通信容量比目前的蜂窝式通信容量提20倍。
　　
　　 　　跳频扩频通信技术
　　
　　 　　另一种常用的扩频技术是跳频扩频，其实现方法是载频信号以一定的速度和顺序，在多个频率点上跳变传递，接收端以相应的速度和顺序接收并解调。这个预先设定的频率跳变的序列就是PN码。在PN码的控制下，收发双方按照设定的序列在不同的频点上进行通信。由于系统的工作频率在不停的跳变，在每个频率点上停留的时间仅为毫秒或微秒级，因此在一个相对的时间段内，就能看作在一个宽的频段内分布了传输信号，也就是宽带传输。
　　
　　 　　跳频通信系统的频率跳频速度反映了系统的性能，好的跳频系统每秒的跳频次数能达到上万跳。
　　
　　 　　跳频通信系统在每个跳频点上的瞬时通信实际上还是窄带通信。
　　
　　 参见原理框图如下所示：
　　　
　　其中，跳频通信的关键部件是跳频器，他又频率合成器和跳频指令发生器两部分组成。频率合成器受跳频指令发生器的控制产生跳变的载频信号去调制信号或解调信号。跳频序列的同步是跳频通信的核心技术。
　　
　　 　　跳频扩频技术的有点在于：
　　
　　 　　抗干扰能力强
　　
　　 　　由于在实际通信中，通信频率一直是变化不定的，控制跳频的PN码序列其周期能长达数年，跳变的频率能达到成千上万个，因此对于干扰信号来说基本上不可能捕捉到传输信号，对于固定频率干扰也能跳变一个频点避开。相对于直序扩频，跳频技术具有更好的保密性和抗干扰性能。
　　
　　 　　由于跳频通信本身也是属于宽带传输，按照仙农定理，他也能实现低信噪比传输，即信号能淹没在噪声里传输。
　　
　　 　　系统兼容性
　　
　　 　　兼容性是指，跳频通信系统能和一个不跳频的定频再带通信系统在莫个固定频点上进行通信。也能在定频通信电台上增加跳频模块使其具有跳频通信能力而和跳频电台进行通信。
　　
　　 　　便于实现多址通信
　　
　　 　　应用跳频通信能非常容易地组建一个多址网络，网络内的各个用户都被分配了一个互不相同的地址码，就象电话号码相同。每个用户只能接收其他用户针对其地址码发送来的信息，对发送给其他用户的信息，则不会解调出来。
　　
　　 　　直序扩频技术和跳频扩频技术的简单比较
　　
　　扩频技术 直序扩频 跳频扩频
　　
　　 　　应用 同样发射功率通信距离远，较低输出功率就能达到几十公里，民用产品比较丰富。 同样发射功率时传输距离相对较近，提高输出功率能获得比较远的传输距离。
　　
　　 　　好处 抗多径能力强，能确保长距离通信，传输数据速率高。抗截获能力强，保密性好，通常不会对其他通信设备造成干扰。 抗干扰能力最强。频谱利用率稍高。
　　
　　 　　缺点 占用频率资比较多。能频率复用，不过相邻系统的背景噪声提高。 在近距离时，对其他窄带和直序扩频通信设备有干扰。数据速率相对低。跳速低时容易被跟踪并干扰。
　　
　　 　　由以上比较能看出，跳频通信技术具有比较强的抗干扰能力，是特别适合于军事领域的通信手段。正是他的独特的好处使得他符合了现代信息战争中电子对抗的需求，因此在现代军事通信中成为重要的通信手段。在海湾战争中，多国部队就大量的使用了采用跳频通信技术的通信设备。
　　
　　 　　目前，跳频系统跳速基本水平是：短波电台-100跳/秒，超短波电台-500跳/秒。每秒数千跳的扩频电台也已问世，预计未来十年，跳频电台的发展能达到每秒几万甚至几十万，上百万跳。目前，跳频系统的同步时间基本在几百毫秒的水平，今后也必将越来越短。同步时间越短，信息被地方发现、截获和测向的概率越低　　通信的保密性、隐蔽性越好。
　　
　　 　　当然通信干扰和反干扰是一对矛盾，互相制约又互相促进发展。
　　
　　 　　跳频通信能有效的避开单频干扰和多频干扰，不过目前电子对抗中的跟踪干扰是他的“天敌”，跟踪干扰的步骤是：侦听、处理、施放干扰。当本方截获到地方的跳频序列后，迅速以同