浅谈扩频通信技术的应用与系统工作原理

【摘要】近年来，随着科学技术的不断进步和完善，推动了与之相关各个领域的发展，通信技术的出现使人与人之间的交流与沟通不再受到时间和空间的限制，信息的交互变得更加方便、快捷。扩频通信技术作为一种新的信息传输方式，其以自身抗干扰能力强、保密性好、可实现码分多址等优点，被广泛应用于各个通信领域当中。基于此点，本文就扩频通信技术的应用与系统工作原理进行浅谈。

【关键词】扩频通信技术工作原理应用

一、扩频通信技术概述

1.1扩频通信技术的概念

扩频通信技术即SSC，是英文Spread Spectrum Communication的简写形式，其具体是指用来传输信息的射频信号带宽远远大于信息本身带宽的一种通信方式。举个简单例子说明一下，某二进制的数据流，其传输速率为64kb/s，也就是说该数据流的基础带宽仅为64kHz，而借助扩频技术进行传输时，它的带宽则可被扩展为4MHz、26MHz，最大时甚至可以扩展至120MHz或更多。SSC的基本特征如下：利用比发送信息数据的速率高出多倍的伪随机码将载有信息数据的基础带宽信号的频谱进行相应地扩展，使其形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射，其信道容量的公式为C=Wlog2（1+P/N），该公式指出当信息传输速率C不变时，带宽W与信噪比P/N是能够互相转换的，即通过增加带宽可以在较低的信噪比前提下以相同的信息传输速率进行可靠的信息传输，还有可能在信号被彻底淹没的条件下借助增强信号带宽来实现可靠通信，这就是SSC的基本理论依据。

1.2扩频通信的特点

扩频信号本身属于一种不可预测的伪随机带宽信号，它的带宽要比欲传输数据信息的带宽大很多，并且接收机中必须带有与该带宽载波同步的副本，正因如此，使得扩频通信技术具有了以下特点：其一，超强的抗干扰性。因为扩频信号本身具有的不可预见性，从而使得干扰者很难利用观察来进行有效地干扰，通常只能够使用发射与扰信号不匹配的干扰技术，而这种做法所能起到的干扰效果并不大。由于扩频通信在传输信号的过程中对信号本身的带宽进行了扩展，故此，在信噪比很低的前提条件下，仍可以保证高质量的通信，这使其具备了较强的抗干扰能力；其二，良好的保密性。在发射功率一定的前提下，因扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道当中有用的信号功率谱密度非常低，这样一来信号便可以在极强的噪声背景下进行可靠通信，想要截获这样的信息非常困难，为此，其能够实现隐蔽通信，具有良好的保密性；其三，可实现码分多址。在通信系统当中，可借助扩频调制中使用的扩频码序列间较好的相关性进行解扩，这样系统便能够区分出不同用户的信号，多用户同时通话便不会发生互相干扰的情况。

二、扩频通信技术的具体应用研究

在上个世纪80年代，扩频通信技术便被广泛应用于军事领域当中，随着近些年来科学技术水平的不断提高，该技术也日趋完善，并在诸多领域当中获得了推广应用，其应用范围还在进一步扩大，下面简要介绍一下扩频通信技术在各个领域中的具体应用。

2.1扩频通信技术在军事通信中的应用

军事是一个国家国力的象征，在军事领域当中有着大量需要保密的信息，正因如此，使得扩频通信技术成为军事通信反对抗当中最为重要技术手段，该技术现已被广泛应用于各种通信信息系统、武器系统以及系统当中。在海、陆、空战术的通信当中，常采用扩频通信技术来增强通信电台的抗干扰能力，提高战术电台的抗干扰性和数字化程度将是其未来一段时期的主流发展趋势。在1991年的海湾战争中，以美国为首的联军大量使用了带有扩频技术的GPS定位导航系统、定位报告系统、联合战术信息分布系统以及单信道机载系统等等。经过实践应用表明，扩频通信技术在军事通信领域当中有着非常重要的作用。

2.2扩频通信技术在移动通信中的应用

移动通信属于民用通信领域的范畴，它与人们日常生活息息相关。目前，新一代的数字蜂房移动通信系统中广泛应用了扩频通信技术，这使得频谱利用率获得显著提高，同时共信道干扰的影响也大幅度减小。通过扩频通信技术的码分多址系统，可以给每个移动台都分配一个特有的随机码序列，并且各个台之间均不相关，这样便能够非常方便地区分开各个移动台的不同信号，从而使得在一个信道当中可以同时容纳更多的用户，频谱利用效率较传统的频分多址增强了将近20倍左右。以往的移动通信中多径效应产生出来的衰落相对比较严重，而通过扩频技术能够有效地克服多径效应对移动通信质量的影响。

2.3扩频通信技术在民用卫星通信中的应用

目前，扩频通信技术已经在军事卫星通信领域中获得了非常广泛的应用，因扩频码分多址系统具有组网灵活性高、承受过载能力强等特点，从而使其在民用卫星通信中也获得了一定的应用，并取得了显著的效果。在民用卫星通信当中采用扩频码分多址技术以及伪随机序列扩展频谱的方法，能有效地实现能量扩散，进而达到减少卫星系统干扰的目的。

2.4扩频通信技术在测距定位中的应用

GPS属于多星共用两个载波频率发送定位信号的卫星定位系统，因而它需要采用扩频码分多址的方式来对各个卫星的地址进行区分。每一颗卫星都可以分配到一个特定的伪随机序列码型，码片的宽度越窄测距的精确程度就越高。此外，借助直接序列扩频还能增强测距过程的抗干扰能力，加之其采用的是无源定位的方式，故此系统所能够容纳的用户数量没有上限。现阶段，我国军事领域以及民用部门都将GPS作为接收设备在使用，很多定位工作也都是通过GPS来予以实现的。

三、扩频通信系统的工作原理

通常情况下，研究扩频通信系统的工作原理都是就直接序列扩频而言的，所谓的直接序列扩频通信系统是以直接扩频的方式构成的一种通信系统，简称为DS系统，这是最为典型的扩频通信系统，它的发射机机与接收机结构如图1所示。

从图1中可以看出，A为输入数据信息，其经过信息调制后变成宽度为B1的调频信号，然后再借助伪随机扩频序列调制成带宽为B2的信号后进行发射。当接收机接收到发射信号以后，通过对伪随机扩频序列相位的准确捕捉，便可以产生出与发送来的相位一直的PN码，该码可作为解扩本地信号之用，以便恢复成为窄带信号，并对发送来的A数据信息进行估计，这样整个接收过程便完成。该系统具有以下优点：容易产生编码信号、载波频率仅有一个、频率合成器简单、用户之间不需要同步、接收机能够实现相干解调等等。

四、结论

总而言之，在科学技术水平不断提高的推动下，扩频通信技术随之获得了相应的发展，在未来一段时期内，该技术的主流发展趋势为超宽带技术、多载波调制技术以及软件无线电技术等等，这些技术的实现将会使扩频通信技术的应用领域更加广阔。