浅谈扩频通信技术[文献综述]

文献综述
电子信息工程
浅谈扩频通信技术
摘要：扩频通信技术是一种信息处理传输技术，它是利用与被传输数据无关的扩频码对被传输信号进行频谱扩展，使得扩展后的频谱占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。

扩频通信技术用于各种原因包括增强自然干扰和干扰，以防止检测，并限制功率流密度的安全通信设立的。

本文简要阐述了扩展频谱通信技术的基本原理、历史、现状以及发展趋势。

关键词：扩频通信；CDMA
1、前言
扩展频谱通信具有很强的抗干扰性，其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注，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。

扩频通信技术自50年代中期美国军方便开始研究，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80年代初才被应用于民用通信领域。

2、扩频通信技术
2、1扩频通信简介
所谓扩展频谱通信，可以简单的描述成:“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带宽；频带的扩展是通过一个独立的序列码来完成的，用编码及调制的方法来实现的，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[1]。

”扩频通信是一种数字传输方式，扩频信号的带宽被展宽了，其带宽的扩展是通过扩频序列对被传信息进行调制实现的，在接收端使用相同的扩频序列对扩频信号进行相关解调，还原出被传信号[2]。

扩频通信的一般工作原理如图1所示。

其中信道编码器、信道解码器、调制器和解调器是传统数字通信系统的基本构成单元。

在扩频通信系统中除去了这些单元外，应用了相同的伪随机序列发生器，分别作用在发送前端的调制器与接收前端的解调器。

这两个序列发生器产生伪随机噪声(PN)二值序列，在调制端将传送信号在频域进行扩展，在解调端解扩该扩频发送信号。

图1 扩频通信系统基本框图
在通信中采用扩频频谱技术有许多优点：具有较强的抗干扰能力；具有很强的隐蔽性和抗测向、侦察的能力；抗频率选择性衰落能力很强；具有多址能力，可实现码分多址；抗多径干扰；可进行高分辨率的测向、定位等。

按照扩频方式的不同，扩频通信系统主要分为直接序列扩展频谱系统、跳频系统和跳时系统。

其中，直接序列扩频系统应用得最为广泛。

2、2扩频通信的历史
扩频通信技术最初是在军事抗干扰中发展起来的[3]，后来又在移动通信中得到广泛的应用[4]，因此扩频技术的历史经历了两个发展阶段，目前它在这两个领域仍占有重要的地位。

有关扩频通信技术的观点最初并非来自军方，是由好莱坞历史上号称最富姿色的绝世女星Hedy Lamarr发明的[5]，她与后来加入进来的一个合伙人一起于1942年获得了美国专利。

后来在第二次世界大战期间，干扰和抗干扰技术成为决定胜负的重要因素。

在战后，扩频技术引起了美国军方的重视，最初的应用包括军事对抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统以及其他方面。

真正实用的扩频通信系统是在50年代中期发展起来的。

麻省理工学院林肯实验室开发的扩频通信系统F9C-A/Rake系统被公认为第一个成功的扩频通信系统[6]，在该系统的研制过程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功应用，该系统也是第一个真正实用的宽带通信系统。

第一个跳频扩频通信系统BLADES也在这段时期研制成功，在该系统中第一次利用移位寄存序列实现纠错编码。

在此期间，喷气实验室（JPL）在其空间任务中完成了伪码产生器的设计以及跟踪环路的设计。

1985年5月美国联邦通信委员会（FCC）发布了一份关于将扩频技术应用到民用通信的报告[7]。

从此，扩频通信技术在民用通信中得到广泛应用。

由于扩频通信技术允许与其它通信系统公用频段，所以扩频技术最初在无绳电话的通信系统中获得了在民用通信中应用的
第一次成功经历。

90年代初，在第一代模拟蜂窝通信系统的基础上，出现了PCS研究的热潮。

要实现PCS 并考虑其长期发展，需要FCC为其分配100～200 MHz的带宽，而与频谱分配相关的一个重要技术因素就是多址技术。

在当时，要为PCS分配可用的频段合理的选择只有让PCS与其它用户共享一段频谱[8]。

而扩频技术为功勋频谱提供了可能，使用扩频技术能够实现码分多址，即在多用户通信系统中所有用户共享同一频段，但是通过给每个用户分配不同的扩频码实现多址通信。

由于采用CDMA技术能够实现与传统用户共享频谱，因此它也就成为PCS首选的多址方案。

随着PCS以及蜂窝移动通信的发展，CDMA技术已成为不可或缺的关键技术，而扩频通信也因此在民用通信中找到了更为广阔的应用空间。

2、3扩频通信的现状
扩频通信技术由于本身具备的优良性能在军事抗干扰通信和移动通信系统得到了主要的应用，而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。

跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，直扩系统主要是一种民用技术[9]。

对跳频系统的分析主要集中在对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。

直扩系统，即DS-CDMA系统，在移动通信系统中的应用成为了扩频技术的主流。

在目前所有建议的第三代移动通信系统标准中都采用了某种形式的CDMA。

因此CDMA技术成为了目前扩频技术中研究最多的对象，其中又以码捕技术和多用户检测技术代表了目前扩频技术研究的现状。

直扩系统中实现同步是一个关键的问题，只有在实现伪码的同步以后，才有可能实现直序扩频通信的各种有点。

同步过程第一个阶段是捕获阶段，对接收信号中的伪码进行粗跟踪；第二个阶段是跟踪阶段，实现对伪码的精确跟踪。

目前的研究主要集中的码捕获过程。

其它用户的多址干扰会限制CDMA的系统容量，而多用户检测能够利用这些多址干扰来改善，多用户检测是一种提高系统容量的有效方法。

目前，寻找在性能和复杂度之间这种的次最优多用户检测器成为了研究的热点。

线性检测器和反馈检测器是目前研究次最优多用户检测器的主要两大类。

2、4扩频通信的发展趋势
目前，扩频技术在军民通信两个领域都得到了广泛而深入的应用，例如扩频测距、CDMA 系统、卫星通信、数字水印技术、电力线通信等。

从扩展频谱技术的历史上可以看出，每一次技术上的大发展都是由巨大的需求驱动的。

展望未来，军事通信抗干扰的驱动以及个人通
信业务的驱动，必将使扩频技术的抗干扰性能和码分多址能力得到更大限度的挖掘。

展望未来，第四代移动通信系统（4G）的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展[10]。

同时，扩频技术也趋向于与其他技术向结合来实现通信系统的优化，比如超宽带(UWB)技术、多载波调制技术和软件无线电技术等等。

我国对扩频通信的研究起步较晚，对于目前的情况，还需做很多的工作，投入更大的人力，物力和财力，因为扩频通信技术在军事上的巨大价值和意义已为人们所公认，在现代商品经济信息保密的年代，它在商业中的应用将会越来越普遍。

无论在军事上在战略决策上或是在经济建设上，都可以利用它来获取、处理和传送情报与信息[11]。

3、总结
综上所述，扩频通信系统不论在军事还是民用方面都有很大的发展前景，军事抗干扰和个人通信业务中的应用是驱动扩频技术发展的两个里程碑，而在第四代移动通信系统（4G）中的应用无疑又将成为扩频技术发展的又一转折点。

在此后的发展中，对扩频通信系统的硬件改善与性能的提高将是主要的目标。

扩频技术自身的理论和技术都已趋于完善，其再一次实现大发展的机遇存在于与其它新技术的结合之中。

参考文献
[1] 百度百科,扩展频谱通信[EB/OL],百度百科
[2] 李建新，刘乃安，刘继平.现在通信系统分析与仿真—MATLAB通信工具箱[M].西安：西
安电子科技大学出版社，2001.
[3］R A Scholtz.The Origins of Spread-Spectrum Communications［J］.IEEE Trans.
Commun.May 1982,30： 822～854.
[4］A J Viterbi.Wireless Digital Communication: A View Based on Three Lessons Learned ［J］.IEEE Communications Magzine,September 1991：33～36.
[5] Wikipedia,Spread spectrum[EB/OL]，
/wiki/Spread_spectrum.
[6］赵炜渝.扩频通信技术及其发展趋势[J].空间电子技术,2008(4).
[7] D B Newman.FCC Authorizes Spread Spectrum［J］.IEEE Communications Magzine,
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[8] J T Taylor,J K Omura.Spread Sprectrum Technology:A Solution to the Personal
Communications Services Frequency Allocation Dilemma［J］.IEEE Communications
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[10] S Y Hui, K H Yeung. Challenges in the Migration to 4G Mobile Systems[J].IEEE
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[11] 郭俊善.扩频技术的特点及其发展趋势[J].中国无线电管理.2000,4:36～38.。