擴(kuò)頻技術(shù)：歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展

　　摘　要：從軍事抗干擾通信和個人通信業(yè)務(wù)對頻譜分配的要求回顧了擴(kuò)頻技術(shù)的歷史，并著重從直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的碼捕獲和多用戶檢測兩方面討論擴(kuò)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀。在第四代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展背景下，結(jié)合超寬帶、多載波調(diào)制以及軟件無線電等新技術(shù)討論擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢。最后，給出研究過程中得出的結(jié)論。��

　　關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻技術(shù)；偽碼捕獲；多用戶檢測；超寬帶技術(shù)；多載波調(diào)制；軟件無線電

一、引言

　　擴(kuò)頻技術(shù)(Spread Spectrum, SS)的歷史可以追溯到20世紀(jì)50年代中期，但是直到80年代初，擴(kuò)頻技術(shù)仍然主要應(yīng)用在軍事通信和保密通信中。隨著個人通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用，到現(xiàn)在為止，使用擴(kuò)頻技術(shù)的用戶已經(jīng)超過一億［1］。無線通信已經(jīng)成為電信產(chǎn)業(yè)最大的部門之一，經(jīng)過十年多的穩(wěn)步發(fā)展，儼然是21世紀(jì)中最有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域［2］。擴(kuò)頻技術(shù)在未來無線系統(tǒng)中的應(yīng)用也再次成為人們關(guān)注的重點。

　　為了更好地把握擴(kuò)頻技術(shù)在無線通信中的應(yīng)用，本文首先介紹擴(kuò)頻技術(shù)的基本情況，然后回顧擴(kuò)頻技術(shù)的歷史，并對其研究現(xiàn)狀進(jìn)行討論，最后結(jié)合無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，主要是第四代移動通信系統(tǒng)（4G），著重研究擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢及其在未來無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。��

二、擴(kuò)頻技術(shù)簡介

　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具備3個主要特征：①載波是一種不可預(yù)測的，或稱之為偽隨機的寬帶信號；②載波的帶寬比調(diào)制數(shù)據(jù)的帶寬要寬得多；③接收過程是通過將本地產(chǎn)生的寬帶載波信號的復(fù)制信號與接收到的寬帶信號相關(guān)來實現(xiàn)的。��

　　頻譜擴(kuò)展的方式主要有以下幾種:直序擴(kuò)頻(DSSS)使用高速偽隨機碼對要傳輸?shù)牡退贁?shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制；跳頻系統(tǒng)則利用偽隨機碼控制載波頻率在一個更寬的頻帶內(nèi)變化；跳時則是數(shù)據(jù)的傳輸時隙是偽隨機的；線性調(diào)頻系統(tǒng)中的頻率擴(kuò)展則是一個線性變化的過程。幾種方式組合的混合系統(tǒng)也經(jīng)常得到應(yīng)用。��

　　衡量擴(kuò)頻系統(tǒng)最重要的一個指標(biāo)就是擴(kuò)頻增益，又稱為處理增益。正是因為擴(kuò)頻系統(tǒng)本身具有的特征使其性能具有一系列的優(yōu)勢：①低截獲概率；②抗干擾能力強；③高精度測距；④多址接入；⑤保密性強。也正是這些特性使其獲得了廣泛的應(yīng)用。��

三、擴(kuò)頻技術(shù)的歷史

　　擴(kuò)頻通信技術(shù)最初是在軍事抗干擾通信中發(fā)展起來的［3］，后來又在移動通信中得到廣泛的應(yīng)用 ［4］，因此擴(kuò)頻技術(shù)的歷史經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段，而目前它在這兩個領(lǐng)域仍占據(jù)重要的地位。

1. 在軍事通信中的應(yīng)用

　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是在50年代中期產(chǎn)生的，其最初的應(yīng)用包括軍事抗干擾通信、導(dǎo)航系統(tǒng)、抗多徑實驗系統(tǒng)以及其它方面［5］。

　　擴(kuò)頻技術(shù)的最初構(gòu)想是在第二次世界大戰(zhàn)期間形成的。在戰(zhàn)爭后期，干擾和抗干擾技術(shù)成為決定勝負(fù)的重要因素。戰(zhàn)后得出了“最好的抗干擾措施就是好的工程設(shè)計和擴(kuò)展工作頻率”的結(jié)論。跳頻通信的思路就是在這段時期出現(xiàn)的：如果對窄帶信號使用編碼的頻率控制，則可以使其在任何時間占據(jù)寬頻段中的任何一部分，這樣敵人要進(jìn)行干擾就必須維持很寬的頻段。另一方面，直序擴(kuò)頻則起源于導(dǎo)航系統(tǒng)中高精度測距。

　　真正實用的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是在50年代中期發(fā)展起來的。麻省理工學(xué)院林肯實驗室開發(fā)的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)F9C-A/Rake系統(tǒng)被公認(rèn)為第一個成功的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的研制過程中，首次提出了瑞克(RAKE)接收的概念并成功應(yīng)用，該系統(tǒng)也是第一個真正實用的寬帶通信系統(tǒng)。第一個跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)BLADES也在這段時期研制成功，在該系統(tǒng)中第一次利用移位寄存序列實現(xiàn)糾錯編碼。在此期間，噴氣實驗室（JPL）在其空間任務(wù)中完成了偽碼產(chǎn)生器的設(shè)計以及跟蹤環(huán)路的設(shè)計。��

　　自從擴(kuò)頻通信的概念在50年代開始成熟以后，此后的二十多年擴(kuò)頻通信技術(shù)仍得到很大的發(fā)展，但都只是局部的發(fā)展，如硬件的改進(jìn)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。而個人通信業(yè)務(wù)（PCS）的發(fā)展終于使擴(kuò)頻技術(shù)迎來了另一次大發(fā)展的機遇。��

2. 在民用通信中的應(yīng)用��

　　一直到80年代初期，擴(kuò)頻通信的概念都只是在軍事通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這種狀況到了80年代中期才得到改變。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）于1985年5月發(fā)布了一份關(guān)于將擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用到民用通信的報告［6］。從此，擴(kuò)頻通信技術(shù)獲得了更加廣闊的應(yīng)用空間。

　　擴(kuò)頻技術(shù)最初在無繩電話中獲得成功應(yīng)用，因為當(dāng)時已經(jīng)沒有可用的頻段供無繩電話使用，而擴(kuò)頻通信技術(shù)允許與其它通信系統(tǒng)共用頻段，所以擴(kuò)頻技術(shù)在無繩電話的通信系統(tǒng)中獲得了其在民用通信系統(tǒng)中應(yīng)用的第一次成功經(jīng)歷。而真正使擴(kuò)頻通信技術(shù)成為當(dāng)今通信領(lǐng)域研究熱點的原因是碼分多址（CDMA）的應(yīng)用。

　　90年代初，在第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了PCS研究的熱潮。要實現(xiàn)PCS并考慮其長期發(fā)展，需要FCC為其分配100~200 MHz的帶寬，而與頻譜分配相關(guān)的一個重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)。當(dāng)時頻譜資源的分配已經(jīng)是非常擁擠，不存在還未分配且可用的一段寬達(dá)100 MHz的頻譜資源。要為PCS分配可用的頻段就只有2種方案：一是為PCS分配一段專用頻譜，使正在使用該頻譜的用戶換到其它的頻段；另一種辦法就是讓PCS與其它用戶共享一段頻譜［7］。采取第一種方案將要遇到巨大的政治和經(jīng)濟(jì)阻礙：當(dāng)時只有政府使用的一些頻段還比較寬松，因此只能是讓政府用戶換用其它頻段來為PCS騰出頻譜資源；同時換用頻段意味著已有設(shè)備的射頻部分需要改造。因此第二種方案成為合理的選擇。

　　擴(kuò)頻技術(shù)為共享頻譜提供了可能。使用擴(kuò)頻技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)碼分多址，即在多用戶通信系統(tǒng)中所有用戶共享同一頻段，但是通過給每個用戶分配不同的擴(kuò)頻碼實現(xiàn)多址通信。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性能夠?qū)崿F(xiàn)對給定用戶信號的正確接收；將其他用戶的信號看作干擾，利用擴(kuò)頻碼的互相關(guān)特性，能夠有效抑制用戶之間的干擾。此外由于擴(kuò)頻用戶具有類似白噪聲的寬帶特性，它對其它共享頻段的傳統(tǒng)用戶的干擾也達(dá)到最小。由于采用CDMA技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)用戶共享頻譜，因此它也就成為PCS首選的多址方案。��

　　隨著PCS以及蜂窩移動通信的發(fā)展，CDMA技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。擴(kuò)頻通信技術(shù)也在民用通信中找到更為廣闊的應(yīng)用空間,而關(guān)于CDMA技術(shù)的研究熱潮也一直延續(xù)到現(xiàn)在。��

四、擴(kuò)頻技術(shù)的現(xiàn)狀

1.擴(kuò)頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　擴(kuò)頻技術(shù)由于其本身具備的優(yōu)良性能而得到廣泛應(yīng)用，到目前為止，其最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域仍是軍事抗干擾通信和移動通信系統(tǒng),而跳頻系統(tǒng)與直擴(kuò)系統(tǒng)則分別是在這兩個領(lǐng)域應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式。一般而言，跳頻系統(tǒng)主要在軍事通信中對抗故意干擾，在衛(wèi)星通信中也用于保密通信，而直擴(kuò)系統(tǒng)則主要是一種民用技術(shù)。

　　對跳頻系統(tǒng)的分析，現(xiàn)在仍集中在其對抗各種干擾的性能方面，如對抗部分邊帶干擾［8］以及多頻干擾［9］等。而直擴(kuò)系統(tǒng)，即DS-CDMA系統(tǒng)，在移動通信系統(tǒng)中的應(yīng)用則成為擴(kuò)頻技術(shù)的主流。歐洲的GSM標(biāo)準(zhǔn)和北美的以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)的IS-95都在第二代移動通信系統(tǒng)（2G）的應(yīng)用中取得了巨大的成功。而在目前所有建議的第三代移動通信系統(tǒng)（3G）標(biāo)準(zhǔn)中（除了EDGE）都采用了某種形式的CDMA。因此CDMA技術(shù)成為目前擴(kuò)頻技術(shù)中研究最多的對象，其中又以碼捕獲技術(shù)和多用戶檢測（MUD）技術(shù)代表了目前擴(kuò)頻技術(shù)研究的現(xiàn)狀。

2. 碼捕獲

　　同步的實現(xiàn)是直擴(kuò)系統(tǒng)中一個關(guān)鍵問題。只有在接收機將本地產(chǎn)生的偽碼和接收信號中調(diào)制信息的偽碼實現(xiàn)同步以后，才有可能實現(xiàn)直序擴(kuò)頻通信的各種優(yōu)點。同步過程分為兩步來實現(xiàn):首先是捕獲階段，實現(xiàn)對接收信號中偽碼的粗跟蹤；然后是跟蹤階段，實現(xiàn)對偽碼的精確跟蹤。目前的研究主要集中在碼捕獲過程。

　　目前對碼捕獲的研究主要集中在對周期較長的碼實現(xiàn)捕獲的問題，也就是快速捕獲的問題。以前采用的主要是串行捕獲方法，這種方案實現(xiàn)簡單，但捕獲速度不能滿足要求。而現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使并行捕獲方案成為可能，但系統(tǒng)的復(fù)雜度很高，因此研究的目標(biāo)就是實現(xiàn)碼捕獲時間性能和系統(tǒng)復(fù)雜度之間的折衷。在串行捕獲方案中，雙停頓時間搜索法和序貫檢測法都是縮短捕獲時間的有效方法，利用一些新的搜索算法進(jìn)一步改進(jìn)這些系統(tǒng)的性能成為研究的熱點［10，11］。此外以前主要研究的是高斯信道下的捕獲性能，現(xiàn)在則考慮到非高斯信道下的捕獲性能［12］，以及在有頻偏等影響條件下捕獲性能。

3. 多用戶檢測

　　CDMA系統(tǒng)容量受到來自其他用戶的多址干擾的限制，多用戶檢測能夠利用這些多址干擾來改善接收機的性能，因此是一種提高系統(tǒng)容量的有效方法。傳統(tǒng)的CDMA接收機是由一系列單用戶檢測器組成，每個檢測器都是與特定擴(kuò)頻碼對應(yīng)的相關(guān)器，它并沒有考慮多址干擾的結(jié)構(gòu)，而是把來自其它用戶的干擾當(dāng)成加性噪聲，因此當(dāng)用戶數(shù)量增加時，其性能急劇下降。通過對所有用戶的聯(lián)合譯碼可以極大地改善CDMA系統(tǒng)的性能。但是最優(yōu)的多用戶接收機，其復(fù)雜度隨用戶數(shù)量成指數(shù)增長，因此在實際通信系統(tǒng)中幾乎不可能實現(xiàn)。這樣尋找在性能和復(fù)雜度之間折中的次最優(yōu)多用戶檢測器成為研究的熱點。

　　目前研究的次最優(yōu)多用戶檢測器主要可分為兩大類：線性檢測器和反饋檢測器。前者包括解相關(guān)檢測器、最小均方誤差序列檢測器等；后者則包括多級檢測器、判決反饋檢測器、順序干擾撤銷和并行干擾撤銷檢測器等�？紤]信道編碼的多用戶接收機又可以分為非迭代接收機和迭代接收機［13］。這些檢測器的實現(xiàn)都需要知道預(yù)期用戶的擴(kuò)頻碼、定時信息以及信道沖擊響應(yīng)，有時還需要知道多用戶干擾。這些信息可以通過發(fā)送導(dǎo)頻序列獲得，但使用導(dǎo)頻序列就降低了系統(tǒng)的頻譜利用效率，因此不使用導(dǎo)頻序列的多用戶檢測方法，又稱為盲多用戶檢測器，也正在得到深入的研究［14］。

五、擴(kuò)頻技術(shù)的展望

1.擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　從擴(kuò)頻技術(shù)的歷史可以看出，每一次技術(shù)上的大發(fā)展都是由巨大的需求驅(qū)動的。軍事通信抗干擾的驅(qū)動以及個人通信業(yè)務(wù)的驅(qū)動使得擴(kuò)頻技術(shù)的抗干擾性能和碼分多址能力得到最大限度的挖掘。展望未來，第四代移動通信系統(tǒng)（4G）的驅(qū)動無疑會使擴(kuò)頻技術(shù)傳輸高速數(shù)據(jù)的能力得到更大的拓展。

　　3G設(shè)計的目標(biāo)主要是支持多媒體業(yè)務(wù)的高速數(shù)據(jù)傳輸，因此其研究主要集中在新標(biāo)準(zhǔn)和新硬件的開發(fā)。而對于3G以后的發(fā)展，不同的研究者有不同的觀點。但是從用戶的觀點看，4G應(yīng)該具備以下的主要特征： ①最大的靈活性,應(yīng)該能夠滿足在任何時間和地點，通過任何設(shè)備都可以實現(xiàn)通信；②降低成本，4G在實現(xiàn)比3G的傳輸速率高1~2個數(shù)量級的同時，還應(yīng)該使成本降為3G時的1/10或��1/100��；③個性化和綜合化的業(yè)務(wù)，不僅僅是保證每個人都能通過一個終端進(jìn)行通信，而要在人周圍的家庭、辦公室以及熱點地區(qū)建立一個通用的信息環(huán)境，使每個人都可以根據(jù)需要以各種方式獲得信息。��

　　對4G的認(rèn)識不同，采取的技術(shù)解決手段也各不一樣。目前實現(xiàn)4G觀點主要有2種：一種是開發(fā)新的無線接口和技術(shù)；另一種則是集成現(xiàn)有的及未來的無線系統(tǒng)。前者關(guān)注新技術(shù)的應(yīng)用，例如多載波調(diào)制技術(shù)，即OFDM，是一種傳輸高速數(shù)據(jù)的有效調(diào)制方案，被認(rèn)為有望成為4G的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制技術(shù)。而另一種觀點則認(rèn)為，更重要的是將現(xiàn)有的和未來的通信系統(tǒng)集成，其中的網(wǎng)絡(luò)包括無線局域網(wǎng)（WLANs）、無線個域網(wǎng)（WPANs）、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)以及家庭局域網(wǎng)等，其中連接的設(shè)備則包括便攜式移動終端、固定設(shè)備、個人電腦以及娛樂設(shè)備等［15］。超寬帶（UWB）技術(shù)以及軟件無線電（SDR）技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)集成方面也起著重要的作用。在4G網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)中，有的技術(shù)本身就是擴(kuò)頻技術(shù)的延伸，有的則能夠很好得與擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合，還有的則能用于擴(kuò)頻系統(tǒng)的實現(xiàn)，因此這些新技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)著擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2. 超寬帶技術(shù)

　　衡量擴(kuò)頻系統(tǒng)的重要指標(biāo)是擴(kuò)頻增益，在一定的傳輸帶寬下，要提高有效數(shù)據(jù)的傳輸速率就要降低擴(kuò)頻增益，而擴(kuò)頻增益的下降也意味著擴(kuò)頻系統(tǒng)性能的降低，因此要提高傳輸數(shù)據(jù)速率，而且不降低擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能（即保證一定的擴(kuò)頻增益），就只有提高傳輸帶寬。超寬帶(UWB)技術(shù)可以看作是一種將傳輸帶寬極大擴(kuò)展以獲得高數(shù)據(jù)傳輸速率的擴(kuò)頻技術(shù)。UWB作為一種短距離通信技術(shù)在未來無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)中扮演著重要的角色。

　　在3G向4G轉(zhuǎn)變的過程中，要求實現(xiàn)無所不在的通信平臺，短距離無線設(shè)備和業(yè)務(wù)的設(shè)計、配置和應(yīng)用也達(dá)到前所未有的高度。目前的短距離無線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)主要是基于IEEE 802系列無線標(biāo)準(zhǔn)的WLANs/WPANs，但是這些網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備都是獨立工作的，它們要么單獨地工作在室內(nèi)和辦公室環(huán)境，要么單獨地工作在開闊的公共地區(qū)，完全沒有考慮它們之間的互連問題。此外，未來無線通信系統(tǒng)對短距離通信的高速數(shù)據(jù)傳輸也會提出更高的要求，而高速數(shù)據(jù)傳輸帶來的最大問題就是頻譜資源緊缺。UWB技術(shù)的出現(xiàn)為解決這些難題提供了可能的方案［16］。

　　UWB技術(shù)通過共享頻譜，而不是尋找目前存在但實用性不高的頻譜來實現(xiàn)短距離高速數(shù)據(jù)傳輸，它有效地解決了頻譜分配問題，因此自從FCC在2002年2月14日頒布了將UWB技術(shù)用于商用的法規(guī)以后，UWB技術(shù)的研究熱潮始終高漲。

　　與現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)相比，UWB有著明顯不同的工作原理和應(yīng)用特性。傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)使用連續(xù)電波作為通信載波，即用某種調(diào)制方式將信號加載到連續(xù)電波上，并且連續(xù)電波被限定在小范圍的頻段上（一般約為6 MHz）。而UWB技術(shù)不使用連續(xù)電波，它通過非常短、非常快而“離散”的電子脈沖來傳輸信號，由編碼來控制脈沖的發(fā)送時間，脈沖本身就形成了數(shù)字通信中的“0”或“1”，并且脈沖可以覆蓋范圍非常廣泛的頻段（可以在幾赫到幾吉赫之間）。正是由于其獨特的工作原理使它具備下列優(yōu)點：隱蔽性好；極低的截獲率；處理增益高；多徑分辨能力強；傳輸速率高；系統(tǒng)容量大；低功耗等。但是UWB系統(tǒng)的實現(xiàn)還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，因此可以說UWB技術(shù)的發(fā)展是機遇和挑戰(zhàn)并存。��

3. 多載波調(diào)制技術(shù)

　　多載波調(diào)制技術(shù)，即正交頻分多址（OFDM），是一種有效的傳輸高速數(shù)據(jù)的方法，它已經(jīng)成為一系列重要的高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。OFDM和CDMA的結(jié)合也為解決未來無線通信系統(tǒng)的難題提供了技術(shù)選擇。��

　　在傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，符號是順序發(fā)射的，每個數(shù)據(jù)符號的頻譜都可以占用整個可用頻譜。由于瑞利信道的突發(fā)特性，一些鄰近的符號可能會由于衰落而受到嚴(yán)重的破壞。在這種系統(tǒng)中，要實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，要么使用高階調(diào)制犧牲系統(tǒng)性能，要么降低符號間隔使得信道帶寬增大。然而延時擴(kuò)展使系統(tǒng)具有一個等待周期，這個周期決定下一個脈沖何時可以發(fā)射。同時，這個等待周期要求信號采樣速率降低到比延時擴(kuò)展的倒數(shù)小得多的情況以防止符號間干擾。降低符號間隔使得系統(tǒng)更容易受到延時擴(kuò)展的干擾。��

　　為了解決串行系統(tǒng)遇到的許多困難，采用并行或多路數(shù)據(jù)系統(tǒng)是一種可能的解決方案。并行系統(tǒng)同時傳輸幾個順序數(shù)據(jù)流，因此在任何時間內(nèi)都有多個數(shù)據(jù)元素在傳輸。在這樣的系統(tǒng)中，單個數(shù)據(jù)元素的頻譜通常只占用整個可用頻譜的一部分。在典型的并行數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，整個信號頻譜分解成N個頻率不重疊的子信道。每個子信道都調(diào)制獨立的符號，這樣N個子信道就實現(xiàn)頻率分割。如果每個獨立信道的頻譜允許重疊，同時在接收機使每個子信道具有特定的正交限制以便分離，則并行系統(tǒng)利用頻譜的效率更高,這就是OFDM的基本思想［17］。
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　　組合CDMA和OFDM的多載波CDMA方案主要可分為兩大類：一種是頻域擴(kuò)展系統(tǒng)，即MC-CDMA（Multicarrier CDMA），也稱為OFDM-CDMA；另一種則是時域擴(kuò)展系統(tǒng)，包括MC-DS-CDMA以及MT-CDMA（Multitone CDMA）。MC-CDMA的發(fā)射機在頻域使用一定的擴(kuò)頻碼將原始數(shù)據(jù)擴(kuò)展到不同的子載波進(jìn)行傳輸。時域擴(kuò)展的多載波調(diào)制方案又可分為兩類。MC-DS-CDMA的發(fā)射機先將原始數(shù)據(jù)流進(jìn)行串并變換，然后在時域上使用一定的擴(kuò)頻碼對變換后的數(shù)據(jù)流擴(kuò)頻，再分別調(diào)制到不同的子載波上進(jìn)行傳輸。MT-CDMA的發(fā)射機結(jié)構(gòu)與MC-DS-CDMA相似，不過它采用的擴(kuò)頻碼周期更長。對這些多載波調(diào)制方案的系統(tǒng)實現(xiàn)、檢測算法以及誤碼性能都有較詳細(xì)的研究比較［18］。此外，在更通用的MC-DS-CDMA方案則同時在頻域和時域?qū)π盘栠M(jìn)行擴(kuò)展，并被證明這種調(diào)制方案能夠適應(yīng)包括室內(nèi)、鄉(xiāng)村、郊區(qū)以及城市在內(nèi)的各種傳播環(huán)境，從而適應(yīng)未來無線通信系統(tǒng)的要求［19］。此外，一種組合OFDM和MC-DS-CDMA的調(diào)制方案，即下行鏈路采用OFDM而上行鏈路采用MC-DS-CDMA，成為4G調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)的候選方案之一 ［20］。

4. 軟件無線電

　　目前國際電聯(lián)承認(rèn)的3G標(biāo)準(zhǔn)包括WCDMA、CDMA2000以及我國提出的TDS-CDMA。雖然從市場的角度考慮，采用一種標(biāo)準(zhǔn)更為經(jīng)濟(jì)，但是亞洲、歐洲和美國之間的競爭決定了未來的移動通信系統(tǒng)很難確定唯一的標(biāo)準(zhǔn)。而未來的通信系統(tǒng)要求為用戶提供通用的平臺，以滿足用戶在任何時間、任何地點通過任何設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的要求。采用軟件無線電的概念，即通過軟件加載在一個通用的硬件平臺上實現(xiàn)多種功能，為未來通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)提供了可能的解決方案［21］。

　　軟件無線電就是將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元通過標(biāo)準(zhǔn)接口構(gòu)成基本平臺，并借助軟件加載實現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放式體系結(jié)構(gòu)。軟件無線電通過使用自適應(yīng)的軟件和靈活的硬件平臺，能夠解決無線產(chǎn)業(yè)不斷演變和技術(shù)革新帶來的很多問題。它在基站和移動終端的軟件下載能力，對于運營商和制造商彌補軟件缺陷以及實現(xiàn)新功能和業(yè)務(wù)非常重要。此外使用軟件下載重新配置移動終端是實現(xiàn)多模式終端操作的有效方法，這也為用戶通過一個移動終端接入多個通信系統(tǒng)的問題提供解決手段。

　　擴(kuò)頻技術(shù)是未來無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，而軟件無線電是實現(xiàn)未來無線通信系統(tǒng)的有效手段，因此采用軟件無線電技術(shù)來實現(xiàn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是很自然的思路。目前雖然軟件無線電還有很多關(guān)鍵技術(shù)需要突破，但是其在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用成果也是顯著的，用軟件無線電技術(shù)來實現(xiàn)擴(kuò)頻系統(tǒng)的研究也一直在繼續(xù)［22］。��

六、結(jié)論

　　在對擴(kuò)頻技術(shù)歷史的回顧、現(xiàn)狀的總結(jié)和未來的展望中，我們也得到一些有益的結(jié)論：

　　(1)應(yīng)用的驅(qū)動一直是擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的強大動力，在軍事抗干擾和個人通信業(yè)務(wù)中的應(yīng)用是驅(qū)動擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的兩個里程碑，而在第四代移動通信系統(tǒng)（4G）中的應(yīng)用無疑又將成為擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展的又一轉(zhuǎn)折點;

　　(2)擴(kuò)頻技術(shù)在發(fā)展的初始階段，就已經(jīng)實現(xiàn)了理論和技術(shù)上的重大突破；在此后的發(fā)展過程中主要是硬件的改善和性能的提高；發(fā)展到現(xiàn)在，則主要從系統(tǒng)的角度考慮總體性能，即各項指標(biāo)之間的折中，這也體現(xiàn)了目前的研究更加精細(xì)和深入;

　　(3)擴(kuò)頻技術(shù)自身的理論和技術(shù)都已趨于完善，其再一次實現(xiàn)大發(fā)展的機遇存在于與其它新技術(shù)的結(jié)合之中;

　　(4)新技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)有無線系統(tǒng)的集成是4G系統(tǒng)發(fā)展的兩個方向，而擴(kuò)頻技術(shù)在這兩方面都大有可為之處，因此只有在4G系統(tǒng)這個大背景下，才能更好地把握擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展方向。��

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作者：丁溯泉, 楊知行, 潘長勇, 郭興波

清華大學(xué) 電子工程系 微波與數(shù)字通信國家重點實驗室, 北京 100084