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1、无线扩频通信及其应用 2005-04-18作者:胡礼鸿 雷武虎 摘要:本文介绍了无线扩频通信技术，以及将其应用于军队战术指挥自动化系统中，以实现保密通信和计算机局域网的网际互联。关键字:扩频通信 指挥自动化系统 抗干扰英文摘要: - - - 英文关键字: - - 在现代高技术局部战争的条件下，通信系统作为军队战术指挥自动化系统的一个关键环节，必须具备安全、保密、可靠等特点，并且随着通信媒体的多样化，有大量的情报和作战信息数据及多种媒体信息需要传输，对通信的速度和质量提出了更高的要求。现代数字通信广泛采用时分多址（）、频分多址（）和码分多址（）等多种通信手段，提高频谱利用率并用来提高通信的质量。
2、码分多址的扩频通信技术作为一种先进的无线通信技术手段，是军事通信的一个发展方向。它具有抗干扰、反侦察能力强、可靠性高等特点，便于战场战术展开运用，实现无线网际的情报和作战信息资源共享，满足在高技术条件下军队指挥自动化系统的需求。 扩频通信的类型及基本原理扩频通信技术根据调制方式的不同，一般分为类：（）用码速远高于信息速率的高速数字编码序列调制信码或直接调制载波，使信号频谱展宽从而获得直接序列扩频信号的直接序列扩频系统；（）载波按照一组编码序列的指令离散跳变，即发射机的频率在一组预先指定的频率上跳变，所用的发射频率的次序决定于一编码序列，这类系统称为跳频系统（系统）；（）还有一类是发射机载频在一
3、给定的脉冲时间间隔中线性地扫过一个宽的频带即线性调频。直接序列扩频（）系统按照基本工作原理可分为两种：第种，在发端将要传输的具有一定信号带宽的信码用一个带宽远大于信码带宽的随机码序列（地址码）进行调制，使原信码的带宽被大大扩展，然后，经载波调制用射频发射出去；在接收端采用中频解扩法（后端解扩），将射频变为中频后，用同步的伪随机码与中频进行相关处理，把宽带信号解扩变换成含有原信码的窄带中频信号，进而获得所要传输的信码。第种，在发端先用将要传输的信码对载波进行调制，然后用地址码进行二次调制后发射出去；在接收端采用高频解扩法（前端解扩），先用同步伪随机码与混频用的本振信号相乘，然后再与接收到的扩频信
4、号混频，从而得到含有信码的中频信号。直接序列扩频要求扩频码序列的带宽大于信码带宽，才能达到扩展频谱的目的。扩展后的频谱带宽主要取决于扩频码的带宽。跳频通信系统与系统的区别在于产生扩频信号的方法不同。系统是用一组跳频序列码（码或跳频图案）控制载频频率合成器，使发射机在频率轴上离散、瞬时、随机地跳变取值，从而展宽了传输信号的频谱。其输出信号从时域上看是一个多频率的频移键控信号，从频域上看是一个在宽频带上的随机频率跳变信号。在接收端用相同的跳频图案控制频率合成器，并与接收到的发射信号同步，即能进行解跳。跳频码的速率既可以高于信码速率，也可以低于信码速率，信号频谱的扩展基本上与跳频码速率无关，而是决定
5、于跳频频率的最小间隔和频率点数目。跳频器由跳频码和频率合成器组成，频率合成器可采用直接式或间接式，要求频率转换速度快，频率成份纯。接收端用相应的伪随机码和频率合成器进行相关检测，收发端要同步，主要是码位同步，有相同的跳变规律。扩频系统的抗电子干扰能力与它的扩频处理增益有直接关系。扩频系统扩频处理增益是扩展频带带宽与信号基带带宽的比值。处理增益越大，通信距离越远，对干扰抑制能力越强。系统处理增益为（其中：为扩频码带宽，为信码带宽），系统处理增益为（其中：为跳频频率点数）。 扩频通信系统的特点根据信道编码的定理，在高斯信道中，总可以找到一种足够复杂的编码系统，能以速率（信道容量）（）以及任意小的错
6、误概率来传输二进制信号。式中：为信道频带宽度，为信噪比。如果把以速率无错误地传输信息的系统称为理想系统，可以发现任何有限的编码过程都不可能达到理想性能，但可以任意逼近，即传输速率逼近，错误概率逼近零，发送信号逼近白噪声，门限效应变得尖锐。在保持信息传输速率不变的前提下，可以用不同的频带宽度和信噪比来传输信息，也就是说，频带宽度和信噪比是可以相互转换的。如果增加频带宽度，就可以在较低信噪比的情况下用相同的速率以任意小的差错率来传输信息。 直接序列扩频通信系统的特点（）抗噪能力强采用扩频通信方式，相对于基带传输方式，其门限信噪比将降低倍。若基带系统，所需的门限信噪比为，则对于的扩频系统，其所需信噪
7、比将降低倍，即为，此时的信号电平将被完全淹没在噪声电平之中，这是任何其它通信方式所不能比拟的。（）抗干扰能力强对窄带瞄准式干扰，设进入接收机的信号为：（）（）（）:（）式中，为有用信号幅度，为干扰信号幅度，（）为传输数据序列，（）为扩码序列， 为载频频率，（）为随机变量。输入信号经解扩和去载波后的信号为：（）（）（） （ ）其输入和输出功率谱见图（）和（）。解扩过程中有用信号带宽将被恢复为，而任何无用信号包括强瞄准干扰信号，其频谱相当于用（）进行扩展。这样，一个被压缩，一个被展宽，强瞄准干扰的影响将被大大削弱。对于宽带干扰，包括人为的及其它扩频系统的干扰，由于干扰波形不可能与本系统完全一致，即
8、使在极端情况下波形完全一致，只要时间上稍有差异，解扩后的干扰信号仍将保留其宽带性，而有用信号将被压缩（见图）。这样，一个保持功率谱不变，另一个被压缩，使扩频通信系统也具有很强的宽带抗干扰能力。（）抗多径效应能力强，通信质量高扩频系统一般都采用具有尖锐峰值的自相关函数，不同路径传输来的信号可被分离开，并在时间与相位上重新校齐。当多径时延扩散小于一个码元宽度时，反射信号与有用信号叠加，可看作信号的一部分，当多径时延超过一个码元时则可作为噪声处理。抗多径效应的条件是信号带宽与路径时延积不小于，当时延不变时，多径干扰只决定于信号带宽，这正是扩频系统的突出优点，与和相比较，能极大改善运动过程中多径效应的
9、影响，改善接收质量。（）具有很强的抗窃听能力系统的信号平均功率密度很低，加之射频双相调制和载频抑制，没有载频的信号淹没在噪声中，门限信噪比很低甚至为负，很难被非法截获，即使截获也很难进行检测，具有很好的隐蔽性；同时系统的扩频处理过程就是加密过程，采用难以破译的特殊扩频码进行扩频，使系统具有良好的保密性。（）不干扰同频其它系统由于扩频信号的功率谱密度很低，对于其它系统而言，只相当于一个非常低的白“噪声”，其电平在一般情况下甚至还低于环境噪声。（）频谱资源利用率高由于采用码分多址自相关技术进行扩频和解扩，众多用户可以共享同一带宽，频谱利用率高。同一带宽内可容纳的用户比与要多。 跳频系统的特点（）具
10、有躲避式抗瞄准干扰能力，尤其是抗窄带干扰信号能力强。抗干扰能力主要取决于跳频速度和跳频数。因为实时干扰时，只有在干扰信号与有用信号频率相重合的瞬间才起作用，所以当频率跳变时，即使一个频率点受干扰也不会影响信息的有效传输，因为的信息是由多个载频传输的。（）可数模兼容工作，易与现有体制通信系统组网。模拟信息可以先进调 频处理，然后与频率合成器差频输出，数字信息可与伪码先进行组合，再由组合码去控制频率合成器。（）有良好的远近特性，不会引起同频阻塞干扰。 （）频率合成器产生的载频准确度和稳定度高，且由码控制，对频率的要求不像码相位同步那样严格，同步容易实现。（）存在的缺点是信号隐蔽性差，快跳频系统频率
11、合成器不容易实现。和基本扩频系统各有优缺点，单独使用一种系统有时难以满足要求。将以上几种扩频方法结合起来就构成了混合扩频系统。常见的有混合系统；混合系统；混合系统。但在具体实现上要复杂一些。 扩频通信技术在战术指挥自动化系统通信子系统中的应用在现代高技术局部战争的条件下，作战指挥自动化系统的通信子系统采用扩频通信技术，与有线或常规体制的短波、超短波、微波及卫星通信技术综合比较，具有数据传输速率高、抗干扰能力和抗截获能力强、安全保密、战场环境下电磁兼容性好、具有多址通信功能、配置机动灵活等优点。利用无线扩频通信系统的上述优点，可以在战术指挥自动化系统中进行选址通信，实现点对点或点对多点的数据、话
12、音和图像的无线传输。点对多点通信时，可选择不同扩频伪随机码序列进行频道编码，并避免相互干扰，从而实现安全可靠、保密高效的数据通信。使用中可用中继的方式消除地理因素的影响，延伸传输距离。还可以在战术指挥自动化系统中，在多个有线或无线局域网间建立无线传输媒介以及透明协议的连接。无线组网中的每个设备可设置不同的识别符，只有相同识别符号的收发器间可通信联网，因而可用来实现网络的保密传输及不同网络的同频复用。利用数话复用器，还可以实现多路数话的同频复用传输。作为战术指挥自动化系统，其工作频率可优选波段；通信速率可选择范围较广，有、，最高达；功率可小于；支持多种接口标准和调制方式，与其它系统互联性强，能适应军事上各种计算机通信的需要。这里介绍无线扩频通信在军队战术指挥自动化系统中可采用的几个典型应用方案（）在战术指挥自动化系统中，通过扩频通信系统将多个具有工作站的作战要素连入上级的有线或无线指挥网。（）多种不同类型、不同协议的远程指挥、协同或作战的局域网通过扩频通信系统连接，实现网际互联、互通、互操作以及情报、作战信息资源的共享。（）通过数话复用器实现数话同频自适应传输，以满足不同的作战需求。
