发信人: kkk (不装饰你的梦), 信区: ECE
标  题: 无线扩频技术及频谱资源利用(上)
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月23日13:01:20 星期五), 站内信件

无线扩频技术及频谱资源利用
奚宁
　 扩展频谱通信最早始于军事通信，直到80年代末，美国联邦通信委员会（FCC）
规划了ISM频段，即开放频段，并且允许由采用扩频通信机制的商用通信使用。由于扩频
通信在提高信号接收质量、抗干扰、保密性、增加系统容量方面都有其突出的优点，因
此，扩频通信在民用、商用通信领域迅速普及开来。
　 常规无线通信，其载波频谱宽度集中在其载频附近的窄带宽内。而扩频通信采用
专门的调制技术，将调制后的信息扩展到很宽的频带上。常用的商用扩展频谱技术分为
两种：即直接序列扩频技术(Direct Sequence Spread Spectrum，简称直扩技术)和跳频
技术（Frequency Hoping -FH）。需要注意的是，即使采用同样扩频技术，各种产品实
现的方法也是不相同的。一些用户的扩频设备很好地实现了通信联网的目的，而另外一
些扩频设备在应用中则不断出现问题或实际性能明显低于期望的产品指标。因此，广大
用户对扩频通信技术产生了不同的看法。
　 本文介绍了各种扩频技术的实现方法。用户可以根据实际应用需要，选用不同的
扩频技术。
   1 直扩系统的实现方案
　 直扩技术使用伪随机码（PN code）对信息比特进行模2加得到扩频序列，然后将
扩频序列调制载波发射到空中，此时系统占用功率谱密度也大大降低。PN码由伪随机序
列发生器产生，其码速比原始信息码速高得多，每一PN码的长度（即切普Chip宽度）很
小。
　 直扩系统的接收一般采用相关接收，它分成两步，即解扩和解调。在接收端，接
收信号经过放大混频后，用与发射端相同且同步的伪随机码对中频信号进行相关解扩，
把扩频信号恢复成窄带信号，然后再解调，恢复原始信息序列。对于干扰和噪音，由于
与伪随机码不相关，接收机的相关解扩相当于一次扩频，对干扰和噪音进行频谱扩展，
降低了进入频带内的干扰功率，同时提高了解调器的输入信噪比和载干比，也提高了系
统的抗干扰能力。另外，由于采用不同的PN码不相关的接收机很难发现和解出扩频序列
中的信息。
　 对于直扩系统最好是先解扩再解调，因为无线信号在空间传播会有很大的信号衰
减。未解扩前的信噪比很低，甚至信号淹没在噪音中。一般解调器难于在很低的信噪比
条件下正常解调，导致高误码率。
　 但在室内通信条件下，由于信号强度较高，可以先解调后解扩。当信号达到一定
电平，简单的解调器已经能够正常工作，可以先将信号解调为一个数据流（未解扩），
然后用普通的集成电路进行数字相关信号解扩。采用直扩的无线局域网卡一般使用这种
方法，射频单元的处理大为简化、体积可以缩小很多，并且成本明显下降。
　 在性能上，先解扩再解调明显优于先解调后解扩。先解扩可以通过解扩过程获得
扩频增益（扩展的频谱带宽与原始信息带宽之比），提高接收信号信噪比。室外远程（
2～3公里以上的）扩频通信必须采用这种方式，以保证通信质量和可靠性。
   2 直扩系统的同步
　 直扩系统采用先解扩时，首先只有在完成伪随机码（PN码）的同步后才可能用同
一码序列对扩频信号进行相关解扩。接收机本地PN码的速率和相位要与接收到的高速扩
频序列保持一致。即使发射和接收端的相位差大于一个CHIP码片，它们的相关性就不存
在。解扩的第一步就是要在接收信号中捕获一个与本地PN码一致的相位状态。
　 扩频序列中的相位捕获一般采用匹配滤波器或相位搜索电路实现。接收机在搜索
同步过程中，通过改变本地PN码的时钟速率，使接收信号中的PN码相位和本地PN码相位
在相关器内相对滑动。在滑动过程中，当相关峰值超过捕获门限时，标示同步捕获完成
，此时收发双方的PN码的相位误差已经小于一个切普码宽（Tc）。捕获进入跟踪状态，
相位差进一步缩小，相关性增大，获得高的解扩信号信噪比，以满足解调门限的要求。

　 直扩技术中还有一种更高级的接收技术，叫RAKE接收技术。RAKE接收技术可以实
现多径分集。由于大气状况、地理位置等各种组合因素影响，信号在空间的传播与只有
直射波时的情况大不相同，信号经过多条路径（直射、反射、折射、大气波导）和不同
的时延到达接收端。各个信号到达的时间不同、相位不一致，造成最终信号的幅度相互
抵消，产生大幅度信号衰落。
　 先解扩后解调的直扩系统具备了抗多径的能力，在时间上将主通道（最大峰值）
上的相关峰分离出来，从而降低多径干扰。而RAKE接收技术实现多径分集技术，可以将
接收的各个多径信号组合起来，获得加权增益，转化为合成的信号，达到更高的抗衰落
性能。但由于RAKE技术的接收加权合并实现复杂而且昂贵，目前只有美国P-COM公司在其
扩频系统中实现了这一技术。
   3 直扩中的“假扩频”
　 “假扩频”即软扩频，对于无线局域网，要在室内近距离范围内达到每秒数兆比
特的速率时，若采用一般的直序扩频技术，则系统扩展的频谱带宽甚至会超过开放ISM频
段规定的频率范围。与“真扩频”方法不同，软扩频实际是采用编码的方法完成频率的
扩展。软扩频是一种（N，k）编码，k位信息码由N位长的伪随机序列来表示。用几位信
息元对应一条伪随机码，扩展的倍数不大，而且不一定是整数。而“真扩频”的每一位
信息码都与多个整数位的PN码相模2加。在室内近距离通信的条件下，软扩频即满足开放
频段的系统要求，也能达到很高的速率，成本也低。 

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