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扩频通信技术原理及优点

扩频通信技术已从一项军事技术发展成为当前和下一代无线系统的基本组成部分之一。从蜂窝系统到无绳系统再到无线局域网系统,频谱都是系统设计过程中的一个重要组成,扩频通信更是不可或缺的部分。本文将介绍扩频通信是如何工作、扩频直接序列DSSS、跳频技术和扩频通信的优点。

一、扩频通信是如何工作?

扩频通信

扩频使用宽带、噪声类信号,难以检测、拦截或解调。此外,扩频信号比窄带信号更难被干扰。这些低截获概率和抗干扰特性是军方多年来一直使用扩频的原因。扩频信号的频带被故意设计得比其携带的信息宽得多,以使其更像噪声。

二、直接序列DSSS

直接序列无线电的载波保持在固定频率。使用伪随机码片序列将窄带信息扩展到更大的带宽中,信号的功率密度比窄带信号低得多。因此,检测扩频信号的存在更加困难,因为功率密度是特定频率上的功率量。而在直接序列系统的接收端,扩频信号被解扩,生成原始窄带信号,如果同一频段有干扰干扰源,解扩过程中干扰源会被扩散。结果,干扰源的影响会大大降低,这就是直接序列扩频对抗干扰的方式。假设扩频因子至少为 10 倍,此时干扰源的幅度会大大降低至少 90%。

三、跳频 (FHSS)

跳频技术不会扩展信号,同时接收器和发射器必须在时间和频率上同步,以确保信号的正确传输和接收,将需要更多时间来搜索信号并锁定它。因此,延迟时间通常更长。而直接序列无线电只需几个比特就可以锁定码片序列。为了实现初始同步,跳频器通常会在跳频或通信开始之前停留在固定频率上。如果干扰器恰好位于与停留频率相同的频率上,则跳频器根本无法跳频。一旦跳频,如果接收器失去同步,重新同步将非常困难,甚至不可能。然而,在处理多径时,跳频器比直接序列无线电更好。因为跳频器不会停留在同一频率,并且如果一个频率与原始频率不太接近,则一个频率的零点通常不会在另一个频率上为零。因此,跳频器通常可以比直接序列无线电更好地处理多径衰落问题。

四、扩频通信的优点

在扩频系统中,可以基本消除串扰干扰的影响。由于其固有的频率分集特性(得益于宽频谱扩展),不太容易受到多径衰落的影响。由于 PN 序列的伪随机性质,空中信号已被“随机化”。只有具有完全相同的伪随机序列和同步定时的接收器才能解扩并检索原始信号。因此,扩频系统提供了传统模拟无线系统无法提供的信号安全性。此外,还有更长通信距离这样的优点。


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