维普资讯 http://www.cqvip.com 通信技术及应用 有线电视技术 浅谈◆厂频通信技术 白木 扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占 有的频带宽度远大于所传信息必需的最小宽带；频带 的扩展是通过一个的码序列来完成，用编码及调 周洁 ２．１ 直接序列扩频系统 直接序列扩频（ＤＳＳＳ，图１）是直接利用具有高码 率的扩频码系列采用各种调制方式在发端与扩展信 制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端 则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信 息数据。扩展频谱通信（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），它与光纤通信、卫星通信，一同被誉 号的频谱，而在收端，用相同的扩频码序去进行解码， 把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数 字调制方法，具体说，就是将信源与一定的ＰＮ码（伪 噪声码）进行模二加。例如说在发射端将“１”用 １１０００１００１１０，而将“０”用００１１００１０１１０去代替，这个 过程就实现了扩频，而在接收机处只要把收到的序列 为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 １ 扩频通信的工作原理 在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号， 然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信 号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发 送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频， 然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解 是１ １０００１００１ １０就恢复成“１”是００１ １０ｏ１０１１０就恢复 成“０”，这就是解扩。这样信源速率就被提高了１１倍， 同时也使处理增益达到１０ｄＢ以上，从而有效地提高 了整机信噪比。 扩。再经信息解调、恢复成原始信息输出。由此可见，一 般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一 次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射 频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般 通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。 扩频通信应具备如下特征：（１）数字传输方式。 （２）传输信号的带宽远大于被传信息带宽。（３）带宽的 展宽，是提作与被传信息无关的函数（扩频函数），对 被传信息的信元重新进行调制实现的。（４）接收端用 相同的扩频函数进行相关解调（调扩），求解出被传信 息的数据。用扩频函数（也叫伪随机码）调制和对信号 相关处理是扩频通信有别于其它通信的两大特点。 图ｌ 直接序列扩频原理图 ２＿２跳频扩频 跳频扩频（ＦＨＳＳ）技术是通过伪随机码的调制， 使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰 信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之 ２扩频通信的四种工作方式 扩频通信系统按其工作方式主要分为直接序列 扩频系统（ＤＳ—ＳＳ）、跳频扩频系统（ＦＨ—ＳＳ）、跳时扩频 间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以 达到同步，排除噪音和其他干扰信号。 ２．３跳时扩频（ＴＨＳＳ） 跳时是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间 轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频 码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序 列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很 系统（ＴＨ—ＳＳ）、脉冲线性扩频系统（Ｃｈｉｒｐ－ＳＳ）、混合扩 频系统（如ＦＨ／ＤＳ，ＤＳ／ＴＨ）等５种。其中，民用较多的 是直接序列扩频系统和跳频扩频系统。 ２０ ０ ２年第１ ４期（总第１ １ ０期） 维普资讯 http://www.cqvip.com 有线电视技术 多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展 通信技术及应用 消费电子总线标准（ＣＥ．ＢＵＳ），即ＥＩＡ一６００。我们选用 Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司的基于电力线通讯部件和接口器件 ＳＳＣＰ３００／２００，开发研制的基于电力线载波扩频的 ＣＥＢＵＳ通讯收发器是智能小区网络架构中家庭局部 宽了。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生 器的扩频码序列去控制通一断开关，经二相或四相调 制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输 出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序 列控制通一断开关，再经二相或四相解调器，送到数据 存储器和再定时后输出数据。只要收发两端在时间上 严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。 跳时也可以看成是一种时分系统，所不同的地方 在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是 网络的一种很好选择。 ３直扩与跳频比较 直接序列扩频和跳频技术是在扩频通信中应用 最广的两种技术，各有其长处与不足，很难笼断某一 种扩频方式比其它的扩频方式更优。对扩频方式的比 较只能在一定条件下对各种扩频方式综合考虑，从而得 出某种结论，以便人们在扩频方式的选择上作一参考。 直扩和跳频技术的抗干扰机理不同，直扩系统靠 伪随机码的相关处理，降低进入解调器的干扰功率来 达到抗干扰的目的；而跳频系统是靠载频的随机跳 变，躲避干扰，将干扰排斥在接收通道以外来达到抗 干扰的目的。因此，这两者都具有很强的抗干扰的能 力，也各有自己的特点，和自身的不足，现将直扩和跳 频技术的性能作一比较。 ３．１ 抗强的定频干扰 由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳 时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。由于简 单的跳时抗干扰性不强，很少单独使用。跳时通常都 与其他方式结合使用，组成各种混合方式。 ２．４宽带线性调频扩频 简称为切普扩频发射的射频脉冲信号在一个周期 内，其载频的频率作线性变化。因为其频率在较宽的频 带内变化，信号的带宽也被展宽了。由于这种线性调频 信号占用的频带宽度远大于信息带宽，所以也是一种 扩频调制技术。它利用一系列短促的，可以同步的扫描 频率ｃｈｉｒｐｓ（线性调频波）作为载体，每个线性调频波 一般持续ｌＯ０￣ｓ，它代表了最基本的通信符号时间 （ＵｓＴ）。这些ｃｈｉｐｓ覆盖了１００ｋＨｚ－４００ｋＨｚ的频带，ｒ并 由直扩抗干扰的机理可知，直扩抗干扰是通过相关 解扩取得处理增益来达到抗干扰目的的，但超过了干扰 容限的定频干扰将会导致直扩系统的通信中断或性能 急剧恶化。而跳频系统是采用躲避的方法抗干扰，强的 定频干扰只能干扰跳频系统的一个或几个频率，若跳频 总是以２００ｋＨｚ～４００ｋＨｚ的频率开始，继而以１００ｋＨｚ～ ２００ｋＨｚ的频率结束。由于ｃｈｉｐｓ信号的线性扫描带宽 ｒ比信号带宽要大得多，其线性加速度是较高的，而等幅 振荡波干扰（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—Ｗａｖｅ Ｊａｍｍｉｎｇ）的频率加速度 一系统的频道数很大，则对系统性能的影响是不严重的。 因此，在抗强的定频干扰上，跳频系统比直扩系统优越。 ３．２抗衰落 般是稳定的，所以只要将滤波器设计成只能通过具 有特定角加速度的信号，就可以将ＣＷ干扰排除在外。 另外，此种线性调频波波形还具有很强的自相关特性， 这种模糊逻辑的相关性决定了所有连接在网络上的设 备，可以同时识别从网上任意设备发出的这种独特波 形，并且不需要在发送和接收设备间进行同步。 美国Ｉｎｔｅｌｌｏｎ公司的ＰＬ系列产品就是利用上述 抗衰落，特别是频率选择性衰落，这是室内通信 环境下必须解决的问题。由于直扩系统的射频带宽很 宽，小部分频谱衰落不会使信号频谱产生严重的畸 变，而对跳频系统而言，频率选择性衰落将导致若干 个频率受到影响，导致系统性能的恶化。跳频系统要 的ｃｈｉｒｐｓ（线性调频波）扫描频率进行载波来对信号 进行扩频的。发送时，将该线性调频波作为载波来对 抗这种选择性衰落，可采用快速跳频的方法，使每一 个频率的驻留时间非常短，平均衰落就非常低。此外， 还可以采用一比特信息用Ｍ个频率编码传输，也可 待传送的基带信号（信息数据窄带信号）进行扩频调 制，实现频谱扩展后，形成相当带宽的低功率谱密度 信号，通过输出放大器和媒介混合电路传输到媒介 中，在接收时，电力线上频率为１００ｋＨｚ－４００ｋＨｚ的模 拟信号通过混合／滤波网络传输到输入滤波器上，接 收端采用同样的编码进行解调及相关处理，恢复原始 信息。其产品符合美国电子工业协会（ＥＩＡ）所制定的 较好地解决频率选择性衰落问题，这些都是以提高跳 频速率为代价。 ３．３抗多径干扰 多径问题是在移动通信、室内通信等系统中必须 考虑的问题。多径干扰是由于电波传播过程中遇到的 各种反射体（如高山、建筑物、墙壁、天花板等）引起的 反射或散射。在接收端的直接传播路径和反射信号产 ２００２年第１４期（总第１ １ ０期） 维普资讯 http://www.cqvip.com 通信技术及应用 生的群反射之间的随机干扰形成的。多径干扰信号的 有线电视技术 式由于频率不断变化、频率的驻留时间内都要完成一 次载波同步，随着跳频频率的增加，要求的同步时间就 越短。因此跳频多采用非相干解调，采用的解调方式多 为ＦＳＫ或ＡＳＫ，从性能上看，直扩系统利用了频率和相 位的信息，性能优于跳频。从实现的角度看，由于相干 频率选择性衰落和路径差引起的传播时延丁，会使信 号产生严重的失真和波形展宽，导致码间串扰，不但 能引起噪声增加和误码率上升，使通信质量降低，甚 至使某些通信系统无法工作。由于直扩系统采用伪随 机码的相关解扩，只要多径时延大于一个伪随机码的 切普宽度，这种多径就不能对直扩系统形成干扰，直 扩系统甚至可以利用这些干扰能量来提高系统的性 能。而跳频系统则不然，跳频系统要抗多径干扰，则要 求每一跳的驻留时间很短，即要求快跳频，在多径信 检测需要载波恢复电路，直扩实现起来成本昂贵。另外 慢速跳频系统对于同一地区的所有微波设备都产生干 扰，因为跳频系统是一种窄带产品，由于商业跳频都是 慢速跳频，其瞬时单位频谱功率很高，并且会跳到ＩＳＭ 规定的频段中所有频谱范围内。因此会干扰整个地区 号没有到来之前接收机已开始接收下一跳信号。例 如，多径时延为１ ｓ，则跳，而对直扩系统而言，伪随 机码速率大于ｌＭｅｈｉｐ／ｓ即可。从实现上看，实现伪随 的所有同频段设备，由于跳频在跳动中会产生严重的 杂散发射，甚至会干扰受频率许可保护的其它无线电 设备。事实上跳频设备同时也会被同地区的所有跳频 机码速率大于１Ｍｅｈｉｐ／ｓ的直扩系统比跳频速率 １Ｍｈｏｐ／ｓ的跳频系统要容易得多。 ３ ４抗强的定频干扰 系统干扰。正因为如此，实际上各个国家的无线电管理 机构对于跳频的使用往往均加以各种方式的。 直扩抗干扰通过相关解扩取得处理增益到达抗 干扰的目的，但如果超过干扰容限的定频干扰也会导 ４扩频通信的特点 ４．１抗干扰性强 致直扩系统的通信中断。一般的扩频产品有多个频道 （Ｃｈａｎｎｅ１），可以在２＿４Ｇ到２．４８３５Ｇ的范围内选择。可 以躲过这一干扰。跳频系统靠载波的随机跳变，躲避 干扰，将干扰排斥在接受通道以外达到抗干扰的目 的，若调频系统的可用频道很大，在某一个频点停留 时间很短，才有好的效果。慢跳系统（一般跳次数在 １０００跳以下），属于跳频产品中的低端产品，因此很大 程度上丧失了很多跳频技术本身所具备的特性。慢跳 频产品对窄带干扰非常敏感，举例来说，假设扩频段 中有一个１ＭＨｚ频宽的频点受到干扰，慢跳频产品每 秒跳频１００次，那么至少有一次会受到上述提到的窄 扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高， 抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽ｌＯ 倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰， 分散了干扰功率，从而在总功率不变的条件下，其干 扰强度只有原来的１／１０。另外，由于接收端采用扩频 码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干 扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不 了太大作用，因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出 的优点。 ４．２信息保密性好 带干扰，此时误码率为１ ，这么高的误码率对正常通信 来说是不可用的。只有快跳频产品才能避免窄带干扰，但 由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频 带内的功率就很小，即信号的功率谱密度很低，所以 应用扩码序列扩展频谱的直接序列扩频系统，可在信 道噪声和热噪声的背景下，在很低的信号功率谱密度 上进行通信。信号被淹没在噪声里，很不容易被发现， 想进一步检测出信号的参数就更加困难了。 ４．３易于实现码分多址 成本极高，目前商用通信中还没有快跳频产品。 ３．５ 同步要求 直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外， 还必须完成伪随机码的同步，以便接收机用此同步后 的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随 着伪随机码字的加长，要求的同步精度也就高，因而 由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充 分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特 性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解 扩，则在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可 同步时间就长。跳频系统的调频速率远低于直扩系统 的伪随机码速率，因而对同步的要求就相对降低，同步 时间就短。直扩系统的同步时间就短、入网就快。调频系 统的同步时间在毫秒级，直扩系统的时间在秒级。 ３．６信号处理 以区分不同用户的信号，这样在同一频带上许多对用 户可以同时通话而互不干扰。 ４．４抗多径干扰 直扩系统一般采用相关解调解扩，其调制方式多 采用ＢＰＳＫ、ＤＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＭＰＳＫ等调制方式。而跳频方 在无线电通信的各个频段，短波、超短波、微波和 ２００ ２年第１ ４期（总第１ １ ０期） 维普资讯 http://www.cqvip.com 有线电视技术 光波中存在大量的多径干扰。一般方法是采用分集接 焦堡 旦 路有相对时延的ＰＮ码序列来与接收信号进行相关 运算，得到的结果进行比较后经滤波器送人压控振荡 器（ｖｃｏ），由压控振荡器对ｍ序列发生器的相位进行 调整，从而实现对接收信号的跟踪。对于非相干码跟 踪回路，则要用到带通滤波器和平方器，其结构比相 干码跟踪回路要复杂。 ５．２微波扩频 收技术，或设法把不同路径的不同延迟信号在接收端 从时间上对齐相加，合并成较强的有用信号，这两种 基本方法在扩频通信中都是很容易实现的。 ５扩频技术的广泛应用 自５０年代中期美方便开始研究，一直为军 事通信所独占、广泛应用于军事通信、电子对抗以及导 航、测量等各个领域。直到８Ｏ年代初才被应用于民用通 信领域。为了满足１３益增长的民用通信容量的需求和有 效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字蜂窝移动通 信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩 频技术已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无 线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。 ５．１ 在ＣＤＭＡ中的应用 微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一 是企事业单位组建Ｉｎｔｒａｎｅｔ并接人ＩＳＰ。一般接人速 率为６４ｋｂｐｓ￣２Ｍｂｐｓ，使用频段为２．４Ｇ￣２．４８３５ＧＨｚ，该 频段属于工业自由辐射频段，也是国内目前唯一不需 要无委会批准的自由频段。微波扩频通信技术特点是 利用伪随机码对输人信息进行扩展频谱编码处理，然 后在某个载频进行调制以便传输。属于中程宽带通信 方式。微波扩频通信技术来源于军事领域，主要开发 目的是对抗电子战干扰。 ＣＤＭＡ所采用的就是直接序列扩频系统。直接序 列扩频系统的解调分为两步：第一步是完成对扩频信 号的解扩，第二步是对基带信号的解调。完成解扩功 能的相关器有直接式相关器和外差式相关器两种。可 看出，直接式相关器是在高频下直接解扩信号，即收发 微波扩频通信具有以下特点：建设无线微波扩频 通信系统目前无需申请、带宽较高、建设周期短；一次 性投资、建设简便、组网灵活、易于管理，设备可再次利 用，相连单位距离不能太远，并且两点直线范围内不能 有阻挡物。抗噪声和干扰能力强，具极强的抗窄带瞄准 两端载波的中心频率相同，这就使得一些窄带干扰信号 绕过相关器而泄漏出去，造成码泄漏。而外差式相关器在 式干扰能力，适应军事电子对抗；能与传统的调制方式 共用频段；信息传输可靠性高；保密性强，伪随机噪声使 得不易发现信号的存在而有利于防止窃听；多址复用， 可以采用码分复用实现多址通信；设备使用寿命较长。 微波扩频系统按接人方式分为点对点、点对多点 两种。点对点方式是指连接的双方用于对微波扩频传 输设备相连。采用点对点方式的微波系统主要使用 解扩时则是将高频信号经混频变为中频基带载波信号， 这就减少了码泄漏现象的发生，因而解扩质量较高。在多 数扩频通信系统中都采用外差式相关器接收。 扩频通信的同步主要是时钟同步、ＰＮ码同步和 载波同步。为了实现同步，在接收系统要有相应的时 间跟踪环、ＰＮ码搜索和跟踪环以及锁相环。其中，ＰＮ 码搜索和跟踪环是扩频通信所特有的码同步环，它是 ８０２．３协议，传输效率高于８０２．１ｌ协议。一般通信速 率为６４ｋｂｐｓ一２Ｍｂｐｓ。另外。可将若干点对点微波设备 扩频信号得以正确解调的关键。要实现ＰＮ码同步， 首先要捕获ＰＮ码，再对其进行跟踪。结合滑动相关 法和顺序估计快速截获法（ＲＡＳＥ系统）来对ＰＮ码的 捕获和跟踪进行说明。可看出，滑动相关是通过顺序 的通信信道进行复合，使得通信速率达到１０Ｍｐｂｓ。点 对多点方式是指扩频系统含一个中心点和若干分布 接人点，若干分布接人点以竞争方式或固定分配方式 分享中心点提供的总信道带宽。主要使用８０２．１ｌ协 议。系统各分布接人点所分享的带宽一般为６４— 改变ＰＮ码的相位周而复始地来检测信号，虽然这样 耗时较长，但由于其结构简单且可靠性高，所以被用 于实验电路或在实际应用中与其他方法结合合作。在 ＲＡＳＥ系统中，先对接收信号的相位进行估算，然后 在此相位附近进行搜索，因此此方法所需时较短，但 该系统一般要求在输人信噪比较高的情况下使用。当 ＰＮ码被捕获后，就要对其进行跟踪。码跟踪回路分为 两种，一种为相干码跟踪回路，另一种为非相干码跟 踪回路。ＲＡＳＥ系统进人码跟踪阶段后，转换开关保 １２８ｋｂｐｓ（总带宽一般为１￣２Ｍｂｐｓ）。竞争方式可根据接 人用户实时需要分配总带宽，但缺点是竞争时将浪费 带宽、造成拥挤；而以固定方式分享带宽可以保证传 输带宽，但缺乏带宽实时分配的灵活性。 扩频微波产品已经广泛应用于中国的电信、移 动、金融、证券、税务、电力、、水利、交通、油田、卫 生和广电等部门，并已安装了上万套的扩频微波设 备。Ａ 持在下面闭合，ｍ序列发生器已正常工作，它产生两 ２００２年第１ ４期（总第１ １ ０期）
