擴(kuò)頻通信及其在接入網(wǎng)中的作用

一. 擴(kuò)頻通信


1.當(dāng)代通信技術(shù)的重大突破


　　擴(kuò)頻通信是當(dāng)今國(guó)際上高新科技的熱點(diǎn)之一。幾十年來(lái)，通信技術(shù)不斷發(fā)展和演變，從有線（電纜、光纖）到無(wú)線（短波、VHF/UHF、微波、衛(wèi)星）基本上是媒質(zhì)和信道的變化，而突破性的進(jìn)展并不多。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，是通信技術(shù)的一次重大突破。通常的超短波（VHF/UHF）通信，10W電臺(tái)能通20-30km遠(yuǎn)：而偽碼擴(kuò)頻設(shè)備，10mW能通30-50km。也就是說(shuō)擴(kuò)頻系統(tǒng)能帶來(lái)30dB以上的信噪比改善。熟悉通信的人都知道，幾十年來(lái)人們?yōu)樾旁氡鹊母纳聘冻隽藰O大的努力，1個(gè)分貝，1個(gè)分貝的挖掘，2~3個(gè)分貝已是很大的貢獻(xiàn)，可以寫論文，可以做報(bào)告。突破性的時(shí)刻終于到來(lái)了， 30分貝甚至50多分貝（GPS）的信噪比改善已成為現(xiàn)實(shí)，這確實(shí)是一次巨大的飛躍，只就這一點(diǎn)，已經(jīng)可以說(shuō)擴(kuò)頻通信是當(dāng)代通信技術(shù)的重大突破，何況擴(kuò)頻通信帶來(lái)的突破還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這一點(diǎn)。


2 .擴(kuò)頻通信及分類



　　擴(kuò)展擴(kuò)頻通信（Spread Spectrum Communication）是指用來(lái)傳輸信息的射頻信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種通信方式。例如一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的速率為64kb/s，其基帶帶寬只有64kHz，但用擴(kuò)頻技術(shù)傳輸時(shí)，它的帶寬可以被擴(kuò)展到4MHz、26MHz，甚至120MHz或更多。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)按擴(kuò)頻方式的不同，分為以下幾種類型。




　　直擴(kuò)系統(tǒng)（DS）就是采用高碼速率的直接序列（Direct　Sequence）偽隨機(jī)碼在發(fā)端進(jìn)行擴(kuò)頻，


在收端采用相同的偽碼（ＰＮ）進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)。


　　跳頻系統(tǒng)（ＦＨ）就是采用跳頻（Frequency Hopping）方式進(jìn)行擴(kuò)頻，形象地說(shuō)是采用特定的偽碼控制的多頻率移頻鍵控。


　　跳時(shí)系統(tǒng)（ＴＨ）就是采用跳時(shí)（Time Hopping）方式進(jìn)行擴(kuò)頻，形象地說(shuō)是采用特定的偽碼控制的多時(shí)片的時(shí)移鍵控


　　混合系統(tǒng)就是直擴(kuò),跳頻和跳時(shí)的相應(yīng)組合即DS/FH/TH混合系統(tǒng)


一般說(shuō)來(lái)，民用系統(tǒng)采用直擴(kuò)系統(tǒng)（DS）的居多；后3種多為軍用。


3.偽碼擴(kuò)頻通信技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)


(1)抗噪聲能力極強(qiáng)（門限信噪比很低）


　　偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)，通過(guò)擴(kuò)頻和相關(guān)解擴(kuò)，帶來(lái)巨大的系統(tǒng)（處理）增益，極大的改善了系統(tǒng)的輸出信噪比。例如，一路數(shù)字話音經(jīng)偽碼擴(kuò)頻后，射頻帶寬展寬為原來(lái)的1000倍，則可獲得30dB的處理增益，這是多么巨大的信噪比改善。同時(shí)這意味著，若基帶系統(tǒng)的門限信噪比為10dB左右，則上面的擴(kuò)頻系統(tǒng)的門限信噪比為10dB-30 dB=-20 dB�？梢姶藭r(shí)的信號(hào)電平完全被淹沒在噪聲電平之中，噪聲電平比信號(hào)電平強(qiáng)100倍，系統(tǒng)仍能正常工作，因此可以說(shuō)只有擴(kuò)頻系統(tǒng)才能工作于負(fù)信噪比。


(2)抗干擾能力極強(qiáng)


　　對(duì)偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)，因在收端對(duì)偽碼進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)解，只有偽碼信號(hào)相關(guān)后才有很高的峰值輸出，而其它任何無(wú)用信號(hào)，包括瞄準(zhǔn)（同頻）干擾、工業(yè)干擾、寬帶干擾以及許多人為干擾，因與偽碼不相關(guān), 解擴(kuò)后輸出很低。因此，擴(kuò)頻系統(tǒng)具有極強(qiáng)的抗干擾能力。



(3)抗衰落能力強(qiáng)


　　擴(kuò)頻信號(hào)占據(jù)的頻帶很寬，但由于某種原因引起衰落時(shí)，只會(huì)使一小部分頻譜衰落，不會(huì)使整個(gè)信號(hào)產(chǎn)生畸變。因此擴(kuò)頻系統(tǒng)具有抗頻率選擇性衰落的能力。


(4)抗多徑干擾能力強(qiáng)


　　由于擴(kuò)頻系統(tǒng)中采用的偽碼通常具有很好的自相關(guān)特性，不同路徑傳輸來(lái)的信號(hào)很容易被分離開，并可在 時(shí)間和相位重新對(duì)齊，形成幾路疊加，可以大幅度地改善系統(tǒng)的性能。從而擴(kuò)頻系統(tǒng)對(duì)多徑干擾可以變害為利，這是任何其它系統(tǒng)不易做到的


(5)可以采用碼分多址（CDMA）實(shí)現(xiàn)多址通信


　　偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)，很容易載有碼分多址方式實(shí)現(xiàn)多地址通信。碼分多址比頻分多址及時(shí)分多址能更有效地利用頻率資源。同時(shí)有CDMA組網(wǎng)，不需要嚴(yán)格的網(wǎng)同步，用戶可以隨機(jī)入網(wǎng)，隨時(shí)隨地增減用戶地址。


(6)易于多媒體通信組網(wǎng)


　　偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)是寬帶系統(tǒng)，是一個(gè)透明的高速數(shù)字信道，可以傳送語(yǔ)音、傳真、數(shù)據(jù)和圖像等綜和業(yè)務(wù)。
(7)具有良好的安全通信能力


　　偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)在負(fù)門限信噪比的情況下工作，信號(hào)電平可以被淹沒在噪聲中，很難被發(fā)現(xiàn)，隱蔽性好。同時(shí)還可以進(jìn)行數(shù)字加密，實(shí)現(xiàn)保密通信。



(8)不干擾同類的其他系統(tǒng)


　　偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)不僅不會(huì)受到同類的其它系統(tǒng)的干擾，同時(shí)也不會(huì)干擾別人。因?yàn)閿U(kuò)頻信號(hào)的功率譜密度很低，一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外界環(huán)境噪聲，因此在美國(guó)和世界許多國(guó)家劃出900MHz、2.4GHz和5.7GHz三個(gè)段頻帶為擴(kuò)頻通信用, 在這些頻帶內(nèi)不需申請(qǐng)使用頻率, 任何個(gè)人與單位可以無(wú)照使用



　　綜上所述，偽碼擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是四抗，抗噪聲、抗干擾、抗衰落、抗多徑；二多，多地址通信CDMA）、多媒體組網(wǎng)（語(yǔ)音、傳真、數(shù)字、圖像、視頻）；一小，小功率；一無(wú)，無(wú)照經(jīng)營(yíng)（國(guó)外）�？傊�，偽碼擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有一系列其它系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它合理地解決了當(dāng)代各種無(wú)線通信系統(tǒng)存在的干擾、泄密、選址和組網(wǎng)等四大問題，取得了多方面的重大突破，近年來(lái)一直受到世界各國(guó)的極大關(guān)注。



4.從信息論角度看擴(kuò)頻通信


　　在本世紀(jì)40年代，在信息論的研究中，山農(nóng)（Shannon）地出計(jì)算到容量的重要公式，被公認(rèn)為山農(nóng)定理即C=Wlog 2(1+P/N)該公式指 ：要保持信息傳輸速率C不變，信號(hào)帶寬W和信噪比P/N是可以互換的，這意味著不管信噪比多低，只要將信號(hào)帶寬擴(kuò)展得足夠大，仍能保持以相同的信息傳輸速率來(lái)可靠的傳輸信息。這就是擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)。在過(guò)去的幾十年中，由于技術(shù)的限制，無(wú)法有效得擴(kuò)展頻譜，所以人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的路。即使到了７０年代， 偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無(wú)助于事。近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展。通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代。我們?cè)購(gòu)淖罴淹ㄐ畔到y(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信。最佳通信系統(tǒng)＝最佳發(fā)射機(jī)＋最佳接收機(jī)。幾十年來(lái)，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)。因此有最佳通信系統(tǒng) -- 偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收,有了這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測(cè)擴(kuò)頻通信的未來(lái)前景。有人說(shuō)，從90年代無(wú)線通信開始步入擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代。擴(kuò)頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來(lái)的峰窩通信、無(wú)繩和個(gè)人通信以及各種無(wú)線本地環(huán)路，它將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
5.國(guó)外偽碼擴(kuò)頻通信發(fā)展?fàn)顩r



　　(1)擴(kuò)頻通信頻段: L波段：902~928MHz（寬帶26MHz）；S波段：2400~2483.5 MHz(寬帶83.5 MHz); C波段：5725~5850 MHz（帶寬125 MHz）。我國(guó)目前S波段和C波段已正式許可擴(kuò)頻通信使用，這是擴(kuò)頻通信發(fā)展的需要。


　　(2)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)擴(kuò)頻產(chǎn)品: 近幾年，國(guó)外很多廠商，相繼推出多種型號(hào)的擴(kuò)頻通信產(chǎn)品，在很多領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。按速率分為：中、低速率（bit/s），64kb/s、128kb/s、384 kb/s、512 kb/s、其中64 kb/s含1.2 kb/s、2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s、19.2 kb/s、5 6kb/s可調(diào)；高速率（bit/s），2Mb/s（E1）、4Mb/s（2＊E1）、8Mb/s（4＊E1）。


　　(3)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信產(chǎn)品: 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信產(chǎn)品, 通常集中在19.2 kb/s，64 kb/s和128 kb/s三個(gè)速率上，采用輪詢協(xié)議。


二、擴(kuò)頻通信在接入網(wǎng)中的作用



　　1.擴(kuò)頻通信為接入網(wǎng)增添光彩:接入網(wǎng)是個(gè)新的技術(shù)概念，它是由傳統(tǒng)的用戶線，用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的�，F(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3大部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)。由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展規(guī)律的“瓶頸”，各國(guó)都很重視，接入網(wǎng)一天天變“熱“，各類接入技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。例如，有線接入系統(tǒng)， 包括銅線接入、光纖接入和光纖同軸混合接入等；無(wú)線接入分為移動(dòng)接入和固定接入系統(tǒng)。其中光纖接入和無(wú)線固定接入成為“熱網(wǎng)”中的兩個(gè)“熱點(diǎn)”.擴(kuò)頻通信的出現(xiàn)，使得無(wú)線通信舊貌換新顏。擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：抗干擾強(qiáng)；頻點(diǎn)問題好處理；價(jià)格比較便宜。因此，擴(kuò)頻微波接入系統(tǒng)將成為無(wú)線接入的一支新軍，為接入網(wǎng)增添光彩。



　　2.語(yǔ)音接入（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）現(xiàn)有的擴(kuò)頻微波，速率從64 kb/s~8Mb/s，可傳1~120路（PCM）語(yǔ)音。特別是E1、2＊E1和4＊E1可取代常規(guī)的30路、60路和120路中小容量微波，抗干擾極強(qiáng)，誤碼率可低到1E-10　量級(jí)，準(zhǔn)光纖水平。時(shí)分雙工（TDD）E1，距離近些；頻分雙工（FDD）E1，距離還可遠(yuǎn)些，在視距通信范圍，擴(kuò)頻微波可取代超短波（VHF/UHF），常規(guī)小微波，以及電纜和光纖（如沒有，可不架設(shè)）。它可以單獨(dú)或與各種復(fù)用設(shè)備結(jié)合，用于衛(wèi)星通信最后“一公里”，局間中繼，GMS系統(tǒng)基站到交換機(jī)間通信等很多場(chǎng)合。



　　3.數(shù)據(jù)接入:采用擴(kuò)頻Modem和復(fù)用器，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，再逐級(jí)匯集，也可組成很大的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，例如銀行的同城結(jié)算網(wǎng)；可應(yīng)用于ISDN網(wǎng)和DDN網(wǎng)；


　　4.視頻接入:采用N＊64kb/s或2Mb/s的擴(kuò)頻Modem加上會(huì)議電視終端可傳會(huì)議電視信息。若將多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)擴(kuò)頻信道和MCU相連，可以組成良好的多點(diǎn)擴(kuò)頻會(huì)議電視系統(tǒng)。采用每秒可輸出22~25幀的圖像編解碼器（CODEC），利用擴(kuò)頻E1，就可傳送實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電視圖像。



　　5.多媒體接入:采用復(fù)用器，可在擴(kuò)頻信道上同時(shí)傳送語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻圖像等多媒體信息�，F(xiàn)在已有的擴(kuò)頻Modem與當(dāng)前的多媒體通信發(fā)展水平相適應(yīng)，設(shè)備輕巧，易安裝，是較好的無(wú)線多媒體接入手段。



　　6.國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）接入:利用64kb/s~8Mb/s的擴(kuò)頻Modem直接接入Internet網(wǎng)已有很多實(shí)例了，它是專線而不是租用線，費(fèi)用會(huì)省些。



摘自《中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)》