试论扩频通信技术和发展趋势

【摘 要】扩频通信是信息传输方式的一种，其实质是将传输信息的信号带宽展宽很多倍（一般在100～1000倍），使得传输信息的信号带宽远大于信息本身带宽的一种通信方式。本文主要介绍了扩频通信技术的基本理论和技术实现方式及其特点，并从该技术的发展历史中，探索扩频通信技术的未来发展趋势。

【关键字】扩频通信 技术概述 发展趋势

【中图分类号】TN9l4. 4 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0085-01

1 引言

扩频通信技术是20世纪40～50年代逐渐发展起来的一种通信技术[1]，从字面意思理解，扩频通信，即是扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）的简称。扩频通信以其独有的信号传输方式克服了传统通信传输技术中的缺陷，因而在通信领域占据重要的地位，值得有关领域科技工作者的深入研究和思考。本文从扩频通信技术的理论基础和技术特点等方面展开论述，并对扩频通信的发展历史和未来的发展方向做出了一点思考，希望能为有关研究人员提供一点有益的借鉴。

2 扩频通信技术概述

2.1扩频通信的理论基础

在信息论的研究中，香农（C.E.Shannon）曾经给出了信道容量公式，即香农公式：（）

N

。式中有关字母解释如下：C—信道容量，也即信道可能传输的最大信息速率，W—信道频带宽度，S—有用信号的平均功率，N—白噪声的平均功率，S/N—信噪比。由该公式可以分析得出以下结论：通过以下两种方法，可以提高信道容量C，即增加信道带宽W或提高信噪比S/N。当信道容量C的大小一定时，信号的带宽W和信噪比S/N成反向关系，即提高信号带宽值可以降低对信噪比S/N的要求[2]。

2.2扩频通信技术的分类

按照数据频谱被扩展方式的不同，扩频通信技术一般有以下几种扩频方式：直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、混合扩频等，本文重点讲述前面三种扩频通信方式。

1、直接序列扩频

直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）方式是当前广泛应用的扩频技术方式。其基本原理是在发射端，将数据比特流用高速率的伪随机（PN）序列扩展成新的复合码，并用该数据码控制信道中的参数。在信息的接收端，用与发送端相同的伪随机序列码对接收到的宽频信号进行解扩处理，并进行相应的信号调制，过滤干扰信号，获得原始的数据信号。

2、跳频扩频

跳频扩频（FHSS，Frequency Hopping Spread Spectrum）技术方式的原理是发射机的射频载波振荡器的输出受一个伪随机序列码控制，随机离散地发生变化。跳频扩频技术方式的主体是由PN 随机码产生器和频率合成器所构成[4]，频率合成器是频率跳变系统最重要的部分，它主要的任务在于快速响应。接收机中的频率合成器也按相同的顺序跳变，产生一个本振频率，经混频后得到中频信号，然后将该中频信号放大后，并送到解调器中解调，恢复原始的数据信息。

3、跳时扩频

跳时扩频（THSS，Time Hopping Spread Spectrum）方式采用伪随机码控制信号发送时刻及发送时间的长短，它与跳频方式的差别在于前者控制发射的频率，后者控制发射的时间。在时间跳变中，将一个待传输的数据信号分割为若干个时间片，由伪随机码控制在哪个时间间隔内发送信号。因此，信号是在很短的间隔中以较高的峰值功率传输，其优点是缩小了占空比，缺点是要保证接收端和发送端信号的时刻必须一致。跳时扩频技术方式的抗干扰效果并不十分理想，很少单独使用，一般与其他方式结合使用，组成混合扩频技术方式。

2.3扩频通信的技术特点

扩频信号的带宽远大于信道中传输数据的带宽，因此扩频通信技术具有如下特点：

1、抗干扰性强

扩频通信技术在传输过程中大幅度提高了信号带宽，能高质量的完成通信传输任务，扩展的频谱越宽，抗干扰性能越强。此外，扩频通信技术中包含扩频调制和解扩过程，能识别最强功率的有用信号，克服了多路径干扰造成的信号衰弱现象，提高了信号传输质量。

2、低截获性

由于数据通信频带被扩展到很宽的范围，而扩频信号功率分散在整个频带上，因而其功率密度很低，扩频通信系统被第三方截获数据的概率较低，数据保密性好。

3、易于实现码分多址

扩频技术为共享频谱提供了可能，在无线通信技术中，为了实现码分多址，可以使用扩频技术扩展频带，当多个用户共同处在同一个通信系统中，可以给每个用户分配不同的伪随机码以示区分，从而实现多址通信。

3、扩频通信技术的发展

3.1扩频通信技术的发展历史

扩频通信技术在20世纪50年代中期应运而生，最初主要运用在军事指挥通信技术领域，扩频技术的抗干扰机制成为决定战争胜负的关键因素。真正实用的扩频通信系统是在20世纪50年代中期在美国发展起来的。美国麻省理工学院第一个开发出真正的宽带通信系统。直到80年代初期，扩频通信技术才发展到民用通信领域。从此，扩频通信技术迎来了新的发展时期。从无绳电话使用到码分多址（CDMA）的应用，在到后来的模拟蜂窝通信系统的研究，始终伴随着扩频通信技术的身影。随着个人通讯服务以及移动通信的发展，扩频通信技术在民用通信中发挥着越来越重要的作用，频通信技术所引发的技术产品也如雨后春笋，日益走进人们的日常生活。

3.2扩频通信技术的发展趋势

1、在4G移动通信技术中的应用

第四代移动通信系统可称为广带接入和分布网络，其数据传输速率比3G高几十倍，是多功能的集成宽带移动通信系统，在4G网络的实现中，部分技术实质就是扩频技术的延伸，4G技术的发展能够很好地与扩频技术融合，伴随着物联网和智能家居的发展，扩频技术在4G技术推广中也将会得到更加广泛和彻底的应用。因此，4G新技术的发展体现着扩频技术未来的发展趋势。

2、在超宽带网络技术中的应用

超宽带（UWB）技术是将传输带宽大幅度扩展，从而获得数据传输速率显著提升的一种扩频技术。将脉冲发射机和接收机前端集成到一个芯片上，再加上时钟振荡器和中央控制器，就可以构成一部UWB通信设备。因此，UWB技术的物理硬件结构简单、轻便，成本低，信号的处理也很方便，系统的频率鲁棒性强。UWB信号是在跳时扩频技术方式的基础上，提高其射频带宽，此外，它的发射功率频谱密度较低，因此系统的安全性能得到提高，可以预见，扩频通信技术在未来宽带网上将得到广泛应用。

3、在软件无线电技术中的应用

软件无线电技术实质是一种利用软件来控制模拟或数字硬件电路的通信方式。扩频通信是基于抗干扰的机制设计，采用了伪随机编码扩展频谱以及相关解扩调制接收技术使其具有很强的抗干扰性能，因而，基于软件无线电进行扩频通信系统设计具有设计方式灵活、调试方便、开发周期短等优点，同时还具有与软件兼容的特点，是未来的另一发展趋势。

4 结束语

扩频通信技术是现代通信技术领域中的的重要组成部分[5]，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的理论基础、实现方式和技术特点。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、保密性等特点，使其应用领域从传统军事指挥通信发展到到民用通信技术中，展望未来，扩频通信技术将与现代网络技术融合，将逐渐走进我们的生活，应用前景广阔。

参考文献

[1] 查光明. 扩频通信[M]. 西安电子科技大学出版社，1992.

[2] 朱近康. 扩展频谱通信及其应用[M]. 中国科学技术大学出版社，1993.

[3] 曾一凡，李晖. 扩频通信原理[M]. 机械工业出版社，2005 年.

[4] 王淑君等. 浅谈扩频通信技术及其应用[M]. 山东电子，2004（1）.

[5] 何世彪，谭晓横. 扩频技术及其实现. 电子工业出版社[M]. 2007年1 月.