扩频通信外文翻译---扩频通信系统的介绍

扩频通信系统的介绍

摘要：本应用笔记概述了扩频技术的原理，讨论了涵盖直接序列和快速跳频的方法。相关理论方程的性能估算。以及讨论直接序列扩频（DSSS）和跳频（FHSS）这两种扩频方式。

简介

扩频技术越来越受欢迎，就连这一领域以外的电器工程师都渴望能够深入理解这一技术。很多书和网站上都有关于这方面的书，但是，很多都很难理解或描述的不够详尽。（例如，直接序列扩频技术广泛关注的是伪随机码的产生）。

下面讨论扩频技术（双关语意）。

简史

一名女演员和一名音乐家首次以书面形式描述了扩频通信技术。1941年，好莱坞女星Hedy Lamarr和钢琴家George Antheil描述一个安全的无线链路来控制鱼雷。他们获得了美国专利#2.292.387。但这一技术被遗忘了，没有在当时受到美军的重视，直到20世纪80年代它才开始活跃起来。从那时起，这一技术在有关恶劣环境中的收音机链接方面越来越受欢迎。

最典型的扩频技术应用是数据收发器包括卫星定位系统（GPS）、3G移动通信、无限局域网(符合IEEE®802.11a,IEEE 802.11b,IEEE 802.11g标准)，还有蓝牙技术也帮助了那些通讯落后和无线电通信条件有限的地方，因此，它是一种昂贵的资源。

扩频通信的原理

扩频是香农定理的典型：

C=B×log2(1+S/N) 公式（1）在公式中，C为信道容限，单位是比特/秒(bps),意指单位时间内信道中无差错传输的最大信息量。B为信号频带宽度，单位是Hz，S/N为信噪比。也就是说，C为信道允许通过的信息量，也代表了扩频的性能。带宽(B)是代价，因为频率是一个有限的资源。信噪比体现了环境条件或物理特性（如障碍、干扰器、干扰等）。

上式说明，的情况下，在无差错传输的信息速率C不变时，如果信噪比很低，则可以用足够宽的带宽来传输信号，即使信号功率密度低于噪音水平。（公式可用！）

改变公式（1）中对数的底数，2改为e，则为In=loge。

因此，

C/B=(1/ln2)×ln(1+S/N)=1.443×ln(1+S/N)公式（2）

根据MacLaurin扩展公式

ln(1+x)=x-x2/2+x3/3-x4/4+…+(-1)k+1xk/k+…:

C/B=1.443×(S/N-1/2×(S/N)2+1/3×(S/N)3-…) 公式（3）

在扩频应用中，通常S/N很低。（正如刚才提到的，信号功率密度甚至低于噪音水平。）假定噪音水平即S/N<<1，香农公式可简单表示为：

C/B≈1.443×S/N公式（4）

简化为：

C/N≈S/N 公式（5）

或者：

N/S≈B/C 公式（6）

向固定了信噪比的信道发送错误的信息，只要执行基本扩频信号的传播操作：增加传输带宽。尽管这一原则看起来很简单明确，但实现她却很复杂，主要是因为展宽基带的电子设备必须同时存在展宽和解扩的操作过程。

定义

不同的扩频技术都有一个共同之处：密钥（也称为代码或序列）依附于传输信道。以插入代码的形式准确地定义扩频技术，术语“频谱扩展”是指扩频信号的几个数量级的带宽在有密钥的传输信道中的扩展。

以传统的方式定义扩频更为精确：在射频通信系统中，将基带信号扩展为比原有信号的带宽宽得多的高频信号（如图1）。在此过程中，传输宽带信号产生的损耗，表现为噪声。扩频信号带宽与信息带宽之比称为处理增益。扩频过程的处理增益大都在10dB 到60dB 之间。

要应用扩频技术，只需在天线（接收器）之前加入相应的扩频码。相反，你可以删除一个点的扩频码（称为解扩操作）接收发射链路数据恢复。解扩过程是重新恢复原始带宽的过程。很明显，同样的代码必须在事先知道在传输通道两端的信息。（在某些情况下，在调制和解调的过程中代码应该是知道的）。

图1.扩频通信系统

传播工作带宽的影响

图2说明了信号带宽的通信链路评估

图2.扩频操作遍及一个更宽的频率带宽的信息能量

扩频调制是一种适用于如BPSK 或直接转换。传统的调制可以证明所有其他信号接收不到扩频代码将保持它们原有的信息，极没有被扩展。

解扩过程中带宽的影响

同样，解扩过程如图3。

输入的扩频码

频率

数据的处理增益

数据输入宽度 扩频调制 数据输入 能量

能量

PF 载体 输电链 扩频代码

接收链

扩频代码

数据输入

射频输出

射频输入 射频连接 相同的配置序列 数据输出

能量

数据输入宽度

数据输入 解扩调制

能量

输入的扩频码 数据的处理增益

PF 载体 频率

图3,在解扩过程中恢复的原有信号

在这里，解扩调制已经取得了正常解调操作，也表明了干扰或干扰信号在解扩传输过程中被扩展！

由于带宽的浪费抵消了传播的多用户

扩频结果直接在一个更宽的频带使用，完全对应之前的“处理增益”。 因此扩频并没有节约有限的频率资源。过度的使用虽然得到了补偿，但是可能有很多用户共享这一扩大频率波段（如图4）。

图4.在相同的频带多个用户共享扩频技术。

扩频是宽带技术

相对于常规窄带技术，扩频过程是一种宽带技术。例如，W - CDMA 和UMTS 都是宽带技术，与窄带广播相比，它需要一个比较大的频率带宽。

扩频的优点

抗干扰性能和抗干扰的影响

扩频技术有很多优点。.抗干扰性是最重要的一个优点。有意或无意的干扰和干扰信号都是不希望存在的因为它们不包含扩频密钥。只有期望信号才有密钥，在解扩过程中才会被接收器接收，如图5。

图5.扩频通信系统。注意，解扩链路中数据信号被传输的同时干扰能源也被传输。

输电链 扩频代码 接收链

扩频代码

数据输入

射频输出

射频输入 射频连接 数据输出

数据 干扰 数据扩展和

干扰扩展

数据扩展 数据扩展和干扰 用户1+用户2+用户3+…+用户N

数据输入获得的扩频增益