1 扩频通信技术简介

扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉 为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码 (扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后 再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处 理，恢复原始信息数据。

随着无线通信的广泛应用，无线频道变得非常拥 挤，频道资源非常紧张，干扰繁多、严重。由于扩频通信 技术有很多优点可以克服这些问题，并且可以提供更 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，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

扩频技术的基本理论根据是信息论中的香农(C．

E．Shannon)公式，它可以表示为：

C=Wxlog2(1+S／N)

式中，C是信息的传输速率(bit／s)，W是信道带 宽，S是信号功率，N是噪声功率。

由此可知，对任意给定的噪声信号比，只要增加 用于传输信息的带宽，理论上就可以增加在信道中无 误差地传输的信息率。为了提高信息的传输速率C，

可以从两种途径实现，即加大带宽W或提高信噪比S／N。换句话说，当信号的传输速率C一定时，信号带

宽W和信噪比S／N是可以互换的，就是说增加带宽 就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息率来 可靠的传输信息，甚至在信号被噪声淹没的情况下， 只要相应地增加信号带宽，仍然保持可靠的通信。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。 扩频通信与一般的无线电通信系统相比，主要是 在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了扩频解 调的过程。在发射端利用一组速率远高于信号速率的 伪随机噪声码(Pseudo Noise Code，PN码)对原信号 码进行扩频调制，一般是将信号扩展至几兆宽的频带 上，然后将扩频后的信息调制到空间传输的载频上进 行发送，通常发射的载频是千兆的数量级，在接收端 经解调后，利用相同的PN码进行解扩，把铺开的信 号能量从宽带上收拢回来，凡与PN码相关的宽带信 号经解调还原为原来的窄带信号，而其它与PN码不 相关的宽带噪声仍维持宽带，解调后的窄带信号再经

窄带滤波后，分离出有用信号，而大部分噪声信号则 被滤掉，这样使信噪比得以极大的提高，误码率大大 降低。

3 扩频通信的分类

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。

3．1 直接序列扩频技术

直接序列扩频，就是用高码率的扩频码序列在发 端直接去扩展信号的频谱，在收端直接使用相同的扩 频码序列对扩展的信号频谱进行解调，还原出原始的 信息。

直序扩频系统的解扩采用相关解扩，这是它与常 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，经过与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ll位码长的扩频码来说，直接序列扩频与解

扩的过程简单说就是，如果采用的信源发出“l”，则扩 频调制为一个序列单元，如“ll100010010”；信源发出 “0”，则扩频调制为一个反相的序列单元，如与上面对 应的反相序列“0001l101101”。在接收端，收到序列 “lllO0olOOlO” 则恢复为 “l”， 收到序列 “0001 l 101 101”则恢复为“0”。 直序扩频技术的优点在于： (1)抗干扰能力强。

扩频解调器实际上是一个相关器，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)，由于与本地PN码不相关而被相关器

抑制掉。

(2)具有强的抗多径干扰能力。

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，因此能被很大程度地抑制掉。 (3)对其它电台干扰小，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，这样对其它同频段电台的接收不会形成干扰，信 号也就不容易被发现，特别适合应用于军事领域的通 信。

(4)可以同频工作。

由于采用相关解调，只要每部通信机的扩频码 (PN)不同，几部通信机就可以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。 (5)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

互影响很小，所以可以把不同的扩频码作为用户的地址码，则很容易实现码分多址(CDMA)通信。移动通

信系统采用CDMA方式，理论上可以使通信容量比 目前的蜂窝式通信容量提高2O倍。

3．2 跳频扩频通信技术

跳频扩频通信技术的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地跳变，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，就可以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可以达到上万跳。 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。

其中，跳频通信的关键部件是跳频器，它又由频 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。

跳频扩频技术的优点在于： (1)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码序列其周期可以长达数年，跳 变的频率可以达到成千上万次，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 也可以跳变一个频点避开。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。 (2)系统兼容性。

兼容性是指跳频通信系统可以与一个不跳频的 定频窄带通信系统在几个固定频点上进行通信，也可 以在定频通信电台上增加跳频模块使其具有跳频通 信能力而与跳频电台进行通信。 (3)便于实现多址通信。

应用跳频通信可以很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，就像电话号码一样。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。

3．3 跳时扩频技术

跳时是用伪码序列来启闭信号的发射时刻和持