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简介

  扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,其特点是传输信息所用的带宽远大于信息本身带宽。扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制,在收端以相关解调技术收信,这一过程使其具有诸多优良特性:

特性和特点

优点

  1、抗干扰性能好:它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力,有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用和民用移动通信是很有利的。

  2、隐蔽性强、干扰小:因信号在很宽的频带上被扩展,则单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中,别人难于发现信号的存在,再加之不知扩频编码,就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度,也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽,从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”,这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准,以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。

  3、易于实现码分多址:扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频谱资源呢?其实正相反,是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分的利用。

  4、数模兼容:可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。

  常规的无线电通信是在频率上分配(称为频分)或从时间上分配(称为时分)给通信用户,使之在频段上或时间上互不相同,以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。

缺点

  扩频系统的缺点 :

  1.系统用频带宽。

  2.相对于FDMA、TDMA多址方式,采用扩频技术的CDMA多址方式在移动通信的系统实现更为复杂。

参数

  频带效率:

  处理增益:解扩器输出端的信噪比与解扩器输入端的信噪比之比。

  干扰容限:表明了扩频系统对干扰的抑制程度,但系统能否正常工作仅靠处理增益是不能描述的,它主要取决于干扰容限。

扩频技术的现状

扩频技术的研究现状

  扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用,到目前为止,其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,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。一般而言,跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰,在卫星通信中也用于保密通信,而直扩系统则主要是一种民用技术。

  对跳频系统的分析,现在仍集中在其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。而直扩系统,即DS-CDMA系统,在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统(2G)的应用中取得了巨大的成功。而在目前所有建议的第三代移动通信系统(3G)标准中(除了EDGE)都采用了某种形式的CDMA。因此CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象,其中又以码捕获技术和多用户检测(MUD)技术代表了目前扩频技术研究的现状。

码捕获

  同步的实现是直扩系统中一个关键问题。只有在接收机将本地产生的伪码和接收信号中调制信息的伪码实现同步以后,才有可能实现直序扩频通信的各种优点。同步过程分为两步来实现:首先是捕获阶段,实现对接收信号中伪码的粗跟踪;然后是跟踪阶段,实现对伪码的精确跟踪。目前的研究主要集中在码捕获过程。

  目前对码捕获的研究主要集中在对周期较长的码实现捕获的问题,也就是快速捕获的问题。以前采用的主要是串行捕获方法,这种方案实现简单,但捕获速度不能满足要求。而现在大规模集成电路的应用使并行捕获方案成为可能,但系统的复杂度很高,因此研究的目标就是实现码捕获时间性能和系统复杂度之间的折衷。在串行捕获方案中,双停顿时间搜索法和序贯检测法都是缩短捕获时间的有效方法,利用一些新的搜索算法进一步改进这些系统的性能成为研究的热点。此外以前主要研究的是高斯信道下的捕获性能,现在则考虑到非高斯信道下的捕获性能,以及在有频偏等影响条件下捕获性能。

多用户检测

  CDMA系统容量受到来自其他用户的多址干扰的限制,多用户检测能够利用这些多址干扰来改善接收机的性能,因此是一种提高系统容量的有效方法。传统的CDMA接收机是由一系列单用户检测器组成,每个检测器都是与特定扩频码对应的相关器,它并没有考虑多址干扰的结构,而是把来自其它用户的干扰当成加性噪声,因此当用户数量增加时,其性能急剧下降。通过对所有用户的联合译码可以极大地改善CDMA系统的性能。但是最优的多用户接收机,其复杂度随用户数量成指数增长,因此在实际通信系统中几乎不可能实现。这样寻找在性能和复杂度之间折中的次最优多用户检测器成为研究的热点。

  目前研究的次最优多用户检测器主要可分为两大类:线性检测器和反馈检测器。前者包括解相关检测器、最小均方误差序列检测器等;后者则包括多级检测器、判决反馈检测器、顺序干扰撤销和并行干扰撤销检测器等。考虑信道编码的多用户接收机又可以分为非迭代接收机和迭代接收机。这些检测器的实现都需要知道预期用户的扩频码、定时信息以及信道冲击响应,有时还需要知道多用户干扰。这些信息可以通过发送导频序列获得,但使用导频序列就降低了系统的频谱利用效率,因此不使用导频序列的多用户检测方法,又称为盲多用户检测器,也正在得到深入的研究。

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