正確認(rèn)識(shí)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，擴(kuò)頻通信由于其便于為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供物理接口信道而得到日益廣泛的應(yīng)用。然而有些廠家為一己私利誤導(dǎo)用戶，宣稱：擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在國外是免許可的，臺(tái)站不用審批，言外之意在國內(nèi)也不用辦理設(shè)臺(tái)審批手續(xù)；即使無線電管理部門進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也難以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠湫盘?hào)可以在噪聲下傳輸；同時(shí)擴(kuò)頻通信不用審批的原因是系統(tǒng)不怕干擾，所以也就不用無線電管理部門管理。上述的種種說法給我國實(shí)施對(duì)擴(kuò)頻臺(tái)站的審批管理加大了難度，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的干擾矛盾日趨增多，造成空中電波秩序的混亂。本文從擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，針對(duì)上述說法提出反對(duì)意見，提醒無線電管理部門和廣大用戶要正確認(rèn)識(shí)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)，維護(hù)好我國的空中電波秩序。

　　擴(kuò)頻臺(tái)站的審批管理

　　擴(kuò)頻生產(chǎn)廠家大都在產(chǎn)品的廣告中宣稱擴(kuò)頻系統(tǒng)在國外是免許可的，不需要管理，因此誤導(dǎo)用戶在我國私自設(shè)立擴(kuò)頻通信系統(tǒng)電臺(tái)，造成系統(tǒng)間的相互干擾，給無線電管理工作帶來難度。

　　眾所周知，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是將要傳送的信息在比信息帶寬寬十倍甚至數(shù)百倍的頻帶上傳送，在接收端通過相關(guān)接收進(jìn)行解擴(kuò)，將傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行恢復(fù)的通信系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)最早主要應(yīng)用于軍事通信，防止敵方干擾和竊密，后來開始用于民用。由于其具有一定的抗干擾性能力，故擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的使用頻率選在了自由開放的2.4GHz和5.8GHz頻段。該頻段為工業(yè)、科學(xué)以及醫(yī)療設(shè)備的污染頻段。同時(shí)在國外對(duì)使用該頻段的擴(kuò)頻通信設(shè)備也有嚴(yán)格的規(guī)定，如對(duì)其等效全向輻射功率、發(fā)射機(jī)功率和擴(kuò)頻參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)都有明確的限制；而且規(guī)定不能對(duì)正常通信造成干擾，而受到干擾后也自己解決，無線電管理部門不予排除。從國外早期的使用情況看，該設(shè)備主要采用微功率的方式在辦公樓內(nèi)進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。由于其發(fā)射功率較小、覆蓋范圍小，系統(tǒng)之間產(chǎn)生干擾的可能性很小，所以在國外是免許可的。

　　擴(kuò)頻通信設(shè)備被引入我國后，由于經(jīng)濟(jì)及其他方面的種種原因，其通信距離大大增加，甚至接近于常規(guī)的微波通信系統(tǒng)。隨著距離的增大，其等效全向輻射功率也大大超過國家無委規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。由于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可以使用的頻段較窄，通信方式采用時(shí)分雙工體制、頻分雙工體制共用，從而使系統(tǒng)間產(chǎn)生干擾的可能性加大，而且直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)最致命的弱點(diǎn)——遠(yuǎn)近效應(yīng)引起的干擾問題難以協(xié)調(diào)，管理難度加大。而跳頻通信占滿了整個(gè)頻段與直接序列擴(kuò)頻的干擾也是日益嚴(yán)重，一開始跳頻干擾直接序列擴(kuò)頻，隨著擴(kuò)頻用戶的增加，跳頻也就無處可跳了，造成通信系統(tǒng)的癱瘓。加上用戶私自設(shè)臺(tái)造成系統(tǒng)間發(fā)生干擾的事件時(shí)有發(fā)生，一方面給設(shè)臺(tái)用戶造成了直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面擾亂了無線電通信秩序。綜上所述由于國內(nèi)外擴(kuò)頻通信系統(tǒng)使用方法的不同，根據(jù)我國的實(shí)際情況在我國對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)實(shí)行審批管理是非常必要的。

　　擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及其抗干擾性

　　按擴(kuò)頻方式的不同，可以將擴(kuò)頻通信系統(tǒng)分為：直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻擴(kuò)頻（FH）、跳時(shí)擴(kuò)頻（TH）和線性調(diào)頻（chirp Modulation）四種基本方式。其中目前比較常用的有DS和FH兩種。本節(jié)主要討論這兩種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及抗干擾問題。

　　直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（DS）

　　直接序列擴(kuò)頻通信基本原理是將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼序列擴(kuò)展到很寬的頻帶上發(fā)射出去，在接收端用與發(fā)射端相同的偽隨機(jī)序列碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的傳輸信息，從而達(dá)到通信的目的。其系統(tǒng)組成見圖1。

　　先討論對(duì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)問題：關(guān)于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可以在噪聲下傳輸?shù)睦碚摶�礎(chǔ)是shannon定理。shannon定理指出在高斯白噪聲干擾的條件下通信系統(tǒng)的極限傳輸速率為：

　　C=Blog2(1+S/N) bit/s （1）

　　這里C為信道容量，B為信號(hào)帶寬，S為信號(hào)平均功率，N為噪聲功率。

　　從上式可以看出，在保持信道容量不變的前提下，通過增加帶寬來降低對(duì)傳輸系統(tǒng)S/N的要求，由此公式可以看出當(dāng)S/N＜1時(shí)，上式仍然可以成立。因此提出信號(hào)可以在噪聲下傳輸。據(jù)此并提出了無線電管理部門不能監(jiān)測(cè)到擴(kuò)頻信號(hào)的說法。實(shí)際上現(xiàn)有的擴(kuò)頻通信設(shè)備都有一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)即對(duì)應(yīng)于一定誤碼率的接收系統(tǒng)的靈敏度。如果接收信號(hào)電平小于此值，該通信系統(tǒng)將不能正常工作。而此接收系統(tǒng)的靈敏度電平一般在-85
~ -100dBm之間。這個(gè)電平值是完全在無線電管理部門的儀器儀表監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)。如采用21dBi增益天線，40dB增益低噪聲放大器，HP系列頻率分析儀，系統(tǒng)的接收靈敏度可達(dá)到-140dB左右，完全可以監(jiān)測(cè)到擴(kuò)頻信號(hào)。因此說無線電管理部門監(jiān)測(cè)不到擴(kuò)頻通信信號(hào)的說法是完全錯(cuò)誤的。事實(shí)上各級(jí)無線電管理部門已經(jīng)通過對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法查找了不少非法設(shè)立的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。

　　關(guān)于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)不怕干擾的問題：由直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理可知，當(dāng)無線電干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)后，在解擴(kuò)單元被接收機(jī)的偽隨機(jī)碼展寬，頻率展寬的過程在頻域表達(dá)式表示為卷積。進(jìn)行卷積的結(jié)果是將干擾信號(hào)的帶寬展寬為干擾信號(hào)加上PN碼的帶寬，從而導(dǎo)致干擾信號(hào)功率譜密度的降低，經(jīng)過窄帶濾波器后進(jìn)入接收機(jī)的解擴(kuò)單元進(jìn)行解碼。由于干擾信號(hào)被卷積（擴(kuò)頻）后相對(duì)較寬，被窄帶濾波器濾波，因此只有一小部分干擾信號(hào)的能量進(jìn)入接收機(jī)形成干擾；而有用信號(hào)由于發(fā)送端的擴(kuò)頻碼和接收端的解擴(kuò)碼的相關(guān)則恢復(fù)成擴(kuò)頻前的窄帶信號(hào)，通過窄帶濾波器時(shí)有用信號(hào)的能量沒有損失，因此提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力可以用干擾容限來衡量，見公式(2)。

　　M=Gp-[Lsys+S/N] （2）

　　這里M為干擾容限,GP為擴(kuò)頻系統(tǒng)的增益，Gp=B射頻/B信息，Lsys為設(shè)備的惡化量，（S/N）為解調(diào)前要求的對(duì)應(yīng)于一定誤碼率的S/N。一旦C/I小于此值，系統(tǒng)將受到干擾。從已經(jīng)查處的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)干擾實(shí)例來看，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗干擾能力是有一定限度的。

　　對(duì)于干擾問題人們還有一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)：寬帶信號(hào)對(duì)于擴(kuò)頻系統(tǒng)的干擾比窄帶信號(hào)更嚴(yán)重。這個(gè)認(rèn)識(shí)在干擾功率相同的情況下是錯(cuò)誤的。因?yàn)樵谙嗤�的功率前提下，帶寬信�?hào)與PN碼的卷積比窄帶信號(hào)與PN碼的卷積帶寬要寬，導(dǎo)致相對(duì)功率譜密度較低。因此通過接收機(jī)濾波器后的干擾信號(hào)較小，因此寬帶信號(hào)干擾效果不如窄帶干擾效果明顯。事實(shí)上直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最怕的干擾是瞄射式干擾，即干擾頻率與擴(kuò)頻通信系統(tǒng)采用的射頻頻率相同。

　　跳頻通信系統(tǒng)

　　跳頻通信系統(tǒng)是用偽隨機(jī)碼（PN碼）序列構(gòu)成跳頻指令來控制頻率合成器，使其輸出頻率在信道內(nèi)隨機(jī)變化，在接收端用與發(fā)端相同的本地偽隨機(jī)碼構(gòu)成的跳頻指令去控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號(hào)能在混頻器中與接收到的跳頻信號(hào)差頻出一個(gè)固定的中頻信號(hào)來，經(jīng)中放及帶通濾波器送到數(shù)字解碼器輸出端恢復(fù)出原信息。

　　跳頻通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的抗干擾性與系統(tǒng)的跳頻頻道數(shù)有關(guān)，而跳頻頻道數(shù)又與跳頻信號(hào)可用帶寬和跳頻間隔有關(guān)，跳頻間隔與所傳輸?shù)男盘?hào)速率與調(diào)制方式有關(guān)。

　　N=BRF/ΔF （3）

　　這里N為跳頻頻道數(shù)，BRF為跳頻信號(hào)可用帶寬，ΔF為跳頻間隔，為傳輸基帶信號(hào)的“切普”帶寬。其組成見圖2。

　　對(duì)跳頻通信系統(tǒng)進(jìn)行無線電監(jiān)測(cè)，如果頻譜儀的掃描時(shí)間小于跳頻信號(hào)的駐留時(shí)間，則可以完整的顯示跳頻頻譜。但如果跳頻速度較快，則可采用掃描累加方式監(jiān)測(cè)跳頻通信所占的頻譜。由此可見對(duì)跳頻通信實(shí)施監(jiān)測(cè)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

　　擴(kuò)頻信號(hào)的干擾容限同直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一樣，其干擾容限為

　　MFH=Gp -(Lsys+S/N) (4)

　　MFH為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的干擾容限，Gp為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的處理增益，定義為10lgN, Lsys與S/N和直接序列擴(kuò)頻定義相同。Gp跳頻通信系統(tǒng)的處理增益直觀上的理解為只有當(dāng)窄帶信號(hào)與干擾信號(hào)頻率重合且時(shí)間相同時(shí)才會(huì)發(fā)生干擾，當(dāng)頻率跳變后即可“躲避”干擾。發(fā)生干擾的概率僅為1/N。當(dāng)干擾源為寬帶信號(hào)時(shí)，如覆蓋了BRF的整個(gè)帶寬，但干擾信號(hào)功率譜密度相對(duì)來說又降低了，因此帶來了擴(kuò)頻處理增益。

　　跳頻通信系統(tǒng)實(shí)際上是通過頻率的跳變來躲避干擾，對(duì)其最嚴(yán)重的干擾有兩種：寬帶阻塞式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。寬帶阻塞式干擾式通過發(fā)射寬帶大功率信號(hào)占據(jù)整個(gè)跳頻頻段，使跳頻電臺(tái)無處可跳，系統(tǒng)不能正常工作。在擴(kuò)頻通信的發(fā)展初期，由于臺(tái)站數(shù)量較少，干擾不會(huì)太嚴(yán)重，隨著設(shè)臺(tái)數(shù)量的增加，跳頻通信遇到寬帶干擾的問題就會(huì)越來越多，這也是加強(qiáng)頻率臺(tái)站審批管理的一個(gè)重要原因。人為對(duì)跳頻通信系統(tǒng)實(shí)施干擾最有效的方式是轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，其方式為把收到的跳頻信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)處理以最小的時(shí)延發(fā)射出去，形成轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的時(shí)延，如果時(shí)延大于信號(hào)的駐留時(shí)間則無效。

　　擴(kuò)頻臺(tái)站的管理建議

　　無線電管理部門對(duì)于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)實(shí)行審批管理是適合我國國情的，但如何科學(xué)地管理使其發(fā)揮社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是應(yīng)該認(rèn)真研究的課題。對(duì)于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的管理問題提出如下建議，供大家討論：

　　2.4GHz頻率管理

　　首先應(yīng)將2.4GHz頻率劃分為直接序列擴(kuò)頻使用頻段和跳頻頻段，在審批頻率時(shí)錯(cuò)開頻率避免兩種通信系統(tǒng)之間干擾。早期避免跳頻干擾擴(kuò)頻，后期避免直接序列干擾跳頻。

　　其次鼓勵(lì)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信體制，彌補(bǔ)我國在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信系統(tǒng)方面的頻率不足。限制點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信系統(tǒng)采用擴(kuò)頻通信方式，建議用戶使用微波設(shè)備進(jìn)行替代。

　　5.8GHz頻率管理

　　目前，在5.8GHz的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)多采用直接序列擴(kuò)頻傳輸點(diǎn)到點(diǎn)2Mbit/s數(shù)字信號(hào)，其擴(kuò)頻處理增益一般為10-20dB左右。在該頻段點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益對(duì)于系統(tǒng)的抗干擾性意義不大。常規(guī)的微波通信設(shè)備完全可以由增大微波天線口徑、角度去耦和極化去耦來提高其抗干擾能力。完全沒有必要在系統(tǒng)中增加擴(kuò)頻、解擴(kuò)單元，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低設(shè)備的可靠性。而且擴(kuò)頻帶寬的增加一方面導(dǎo)致系統(tǒng)的門限電平降低，另一方面由于帶寬的增加導(dǎo)致干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)的概率增加。在該頻段仍然建議鼓勵(lì)發(fā)展點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的低速數(shù)字信號(hào)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。

摘自《中國無線電管理》