利用比原始信號(信源產生的信號)本身頻帶寬得多的射頻信號的通信,全稱是擴展頻譜通信。在擴頻通信系統中(見圖),發信端用一種特定的調製方法將原始信號的帶寬加以擴展,得到擴頻信號。收信端再對接收到的擴頻信號加以處理,把它恢復為原來帶寬的所要信號。

  擴頻信號帶寬與原始信號帶寬的比值,稱為擴頻通信系統的處理增益GP,它是擴頻通信系統的重要參數。多數擴頻通信系統的GP值遠大於10。

  擴頻通信占用的信道頻帶要比其他通信方式寬得多。采用擴頻通信是因為它具有以下特點:①抑制幹擾能力很強,經過接收機對信號的處理,可把信道中加進的並與擴頻信號頻帶重疊的各種幹擾信號強度減弱到原有的1/GP左右,因而使信擾比值提高瞭近GP倍。擴頻通信並不能抑制自噪聲的幹擾,但能夠有效地減弱各種窄帶信號的幹擾;②信號的功率譜密度很低;③信號便於隱蔽和保密;④可用以實現具有隨意選址能力的碼分多址通信(見多址通信);⑤用擴頻信號通信的同時可進行高分辨率的測距。

  按擴頻方式,擴頻通信可分為直接序列、跳頻、跳時、脈沖調頻和混合方式等類型。

  直接序列 在原始信號對載波調制以後,再用比特速率遠高於原始信號帶寬的數字序列對已調信號調制,從而產生出擴頻信號。用於擴頻的數字序列通常稱為地址碼。一般用移相鍵控調制擴頻。收信端產生一個與信號用的地址碼完全相同的碼序列,用它對接收信號解調,結果使信號重新恢復到原始信號頻帶。這種擴頻信號的功率譜密度主要取決於信號功率和地址碼,擴頻信號的帶寬一般是地址碼速率Rc的2倍。使用這種方式實現多址通信,要求各信號功率比較穩定。當信道穩定時,這種擴頻方式的性能比較好。

  跳頻 碼序列(地址碼)控制信號的載波,使之在多個頻率上改變而產生擴頻信號。收信端產生一個與信號載波頻率變化相同的移頻信號,用它作變頻參考,再把信號恢復到原來的頻帶。跳頻系統可隨機選取的頻率數通常是幾百個或更多。頻率變化的速率是10~105次/秒。從長時間看,跳頻信號的頻譜是在載波頻率變化范圍內均勻分佈的。跳頻系統受到的總幹擾,主要是由信號在全部使用頻率中的多少個頻率上受到幹擾所決定的,而與幹擾信號的強度關系不大。因此,跳頻常用於信道不穩定和信號起伏大的移動通信。

  跳時 發信端地址碼控制信號的發送時刻和持續時間。收信端在確定的時隙內接收和解調信號。跳時信號有很小的占空比,可用以減小時分復用系統各信號間的幹擾。跳時通常與其他擴頻方式結合起來使用。單純使用跳時方式時抑制幹擾能力差,如一個等於信號中心頻率的連續載波就可以阻塞通信。

  脈沖調頻 發信端發出射頻脈沖信號,在每一脈沖周期中頻率按某種方式變化。在收信端用色散濾波器解調信號,使進入濾波器的寬脈沖前後經過不同時延而同時到達輸出端,這樣就把每個脈沖信號壓縮為瞬時功率高、但脈寬窄得多的脈沖,因而提高瞭信擾比。這種調制主要用於雷達,但在通信中也有應用。

  混合方式 把上述各種基本調制方式中的兩種或多種結合起來,可構成混合式的擴頻系統。它的優點是能得到隻用單一擴頻調制方式所難以得到的性能。最常用的混合方式有:跳頻-直接序列;跳頻-跳時;跳時-直接序列;脈沖調頻-跳頻。

  實現擴頻通信的主要技術問題是:①地址碼碼型、速率與信號的頻譜、信號之間的幹擾等特性有直接關系,所以如何選取地址碼通常成為專門的研究課題。②由於使用寬帶射頻信號,應註意調制方式和對調制器、解調器的要求。③接收機必須確定信號地址碼相位和載波頻率才能解調信號,因此需要有良好的同步。④研制和采用新型器件和部件(如匹配濾波器、頻率合成器和微計算機控制等)對改進設備性能有重要作用。

  在現代地面通信和衛星通信中廣泛采用擴頻通信,以實現多址通信和增強抗幹擾性等。擴頻技術還常用於測量、控制、定位和導航等方面。擴頻通信將與頻分制,時分制一起構成多種體制的通信網,以滿足軍用和民用通信的要求。

  

參考書目

 R.C.狄克遜著,王守仁等譯:《擴展頻譜系統》,國防工業出版社,北京,1982。(R.C.Dixon,Spread Spectrum Systems,John Wiley & Sons,New York,1976.)