无线扩频、跳频技术简介

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扩展频谱技术又称扩频技术是近年发展非常迅速的一种技术，将其用于无线局域网中，必将使系统的各项性能得到改善，已成为无线局域网中不可缺少的一种技术。它不仅在军事通信中发挥出了不可取代的优势，而且广泛地渗透到了通信的各个方面，如卫星通信、移动通信、微波通信、无线定位系统、无线局域网、全球个人通信等。 　　
     
    谓扩频通信，可简单表述如下：它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；频带的展宽是通过编码及调制的方法实现的，并与所传信息数据无关；在接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息数据。扩频技术包括以下几种方式：直接序列扩展频谱，简称直扩（DS），跳频（FH），跳时（TH），线性调频（Chirp）。此外，还有这些扩频方式的组合方式，如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。在通信中应用较多的主要是DS、FH和FH/DS。
     
    扩展通信技术具有以下特点：
     
    1. 很强的抗干扰能力
    由于将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对干扰信号而言，由于与扩频伪随机码不相关，则被扩展到一很宽的频带上，使进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器的输出信号/干扰比，因此具有很强的抗干扰能力。其抗干扰能力与其频带的扩展倍数成正比，频谱扩展得越宽，抗干扰的能力越强。
     
    2. 可进行多址通信
    扩频通信本身就是一种多址通信方式，称为扩频多址（SSMA－Spread Spectrum Multipe Access），实际上是码分多址（CDMA）的一种，用不同的扩频码组成不同的网。虽然扩频系统占用了很宽的频带，但由于各网可在同一时刻共用同一频段，其频谱利用率甚至比单路单载波系统还要高。CDMA是未来全球个人通信的一种主要的多址通信方式。
     
    3. 安全保密
    由于扩频系统将传送的信息扩展到很宽的频带上去，其功率密度随频谱的展宽而降低，甚至可以将信号淹没在噪声中。因此，其保密性很强，要截获或窃听、侦察这样的信号是非常困难的，除非采用与发送端所用的扩频码且与之同步后进行相关检测，否则对扩频信号是无能为力的。由于扩频信号功率谱密度很低，在许多国家，如美、日、欧洲等国家对专用频段、如ISM频段，只要功率谱密度满足一定的要求，就可以不经批准使用该频段。
     
    4. 抗多径干扰
    在移动通信、室内通信等通信环境下，多径干扰是非常严重的，系统必须具有很强的抗干扰能力，才能保证通信的畅通。扩频技术具有很强的抗多径能力，它是利用扩频所用的扩频码的相关特性来达到抗多径干扰，甚至可利用多径能量来提高系统的性能。
跳频通信技术
无线电通信由于它的灵活性，常常被用作战时通信。但是，传统的无线电通信都是在某一固定频率下工作的，很容易被敌方截获或施加电子干扰，从而使这种通信方式失去“灵验”。
     
    “跳频通信”就是针对上述传统无线电通信的弊端，使原先固定不变的无线电发信频率按一定的规律和速度来回跳变，而让约定对方也按此规律同步跟踪接收。由于敌方不了解我方无线电信号的跳变规律，很难将信息截获。尽管它亦可以采用“跟踪干扰”的方式来干扰我方电台，但由于跳频频谱变化无常，往往是敌方刚搜索到某发送频率，它立即又变了，很难做到紧跟不舍。可能有人会提出全面实行干扰（即“宽带阻塞干扰”）的方法，但这样做不仅会耗费巨大功率，而且还可能因此而暴露自己和对己方通信造成严重干扰。
     
    跳频通信不仅是抗御外来干扰的能手，而且对于抑制远距离无线电通信本身所造成的“多径干扰”也十分有效。因为多径干扰是由于短波无线电信号在传输过程中所经过的路径不尽相同，有的是经电离层一次反射到达对方的，有的则经多次反射后到达对方，而且上述情况还很不稳定，因而造成信号的时强时弱以致失真。采用跳频通信后，由于在主波波束已被接收，而其它径向波束尚未到达接收机时，发送和接收载频早已跳到别的频率点上去了，这样就避免了“多径效应”对通信质量的影响。
     
    跳频通信的原理说来也并不复杂。它是在普通无线电短波通信基础上增加一个“码控跳频器”。它的主要作用是使跳频通信发射的载波按一定规则的随机跳变序列发生变化。实现跳频通信的关键是，收发双方受伪随机码控制的、用来改变载频频率的本振频率必须严格同步。跳频伪随机码的改变可用微型计算机控制；改变计算机的程序，就可改变跳频的规律。跳频变化的方案不止一套，且经常更换，要识破它就犹如大海捞针，十分困难。
    跳频通信是一种数字化通信，是扩频通信的一种。在这种通信方式中，信号传输所使用的射频带宽是原信号带宽的几十倍、几百倍以至几千倍。但仅就某一瞬间来说，它只工作在某一频率上。
     
    跳频通信在海湾战争中给人留下很深的印象。可以预期，在未来的信息化战争中，它仍将扮演十分重要的角色。
     
    流星余迹通信
     
    流星是人们所熟悉的一种自然现象。当宇宙空间的细小物体或尘埃飞经地球大气层时，便与大气摩擦而发出光和热。如果这种现象发生在夜晚，我们在地面上便会看到一条条清晰的光迹，这就是流星体所经过的轨迹。
     
    就是这样一种转瞬即逝的天体现象，也没有在细心的科学家面前悄然溜过。他们发现，流星在掠过空中时会发出大量的光和热，它会使周围的气体电离，并很快扩散形成以流星轨迹为中心的柱状电离云。这就是所谓的“流星余迹”。这种电离云具有反射无线电波的特性。于是，人们便设想把载有某种信息的无线电波对准流星余迹，通过它的反射，为远在千里之外的别的接收站所接收。这就是利用流星余迹进行通信的最基本的设想。
     
    可能有人会想，流星不常见到，而且一闪而过，用它来通信靠得住吗？其实，在宇宙空间，每小时都有数以亿计的流星掠过大气层，只不过是，其中很多不为我们的肉眼所察觉罢了。当然，流星转瞬即逝的特征，也必然会给通信的连续性带来一定的麻烦。它不大适合于用在像电话那样的连续实时通信上。针对流星转瞬即逝的特点，我们在发射设备中加装了“发送消息存储器”，存储经计算机处理过的信息。在流星余迹出现时，这些消息便一份一份地被发送出去。在接收方也加装了“接收消息存储器”。它的任务是把断断续续收到的信息先存储起来，然后把它变换成连续信息再送到接收者的手中。
     
    流星余迹通信的通信距离可达2000千米。比起短波通信来，它受太阳黑子和核爆炸的影响较小，因此很受军方人士的青睐。他们认为，在未来战争中，人造通信卫星将成为主要的袭击目标。在卫星通信系统遭破坏后，流星余迹通信便是一种理想的应急通信手段了。流星余迹通信也特别适合于恶劣环境下的气象通信。
     
    流星的作用就相当于一个“天然卫星”。但是，它不像卫星通信那样需要昂贵的发射费用，也不存在维修和保养的问题。因此，建立一个流星余迹通信系统，其费用只有建立承担同样任务的卫星通信系统的十分之一。而且，它的保密性也很好。目前，英、美等国的研究人员正在建设一个覆盖西欧和部分东欧国家的流星通信网，探讨最终以流星通信代替卫星通信的可能性。