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擴(kuò)頻技術(shù)

       擴(kuò)展頻譜技術(shù)是用比信號(hào)帶寬寬得多的頻帶寬度來(lái)傳輸信息的技術(shù)。擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)編碼（擴(kuò)頻序列：SpreadSequence）調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。它是一種寬帶的編碼傳輸系統(tǒng)。

        在研究擴(kuò)頻通信技術(shù)之前，我們要先研究通信系統(tǒng)中的幾個(gè)基本問(wèn)題：

傳輸?shù)挠行?mdash;—帶寬與頻譜問(wèn)題；

傳輸?shù)目煽啃?mdash;—信道與干擾問(wèn)題；

傳輸?shù)陌踩?mdash;—截獲與對(duì)抗問(wèn)題。

       有效性、可靠性和安全性通常是矛盾的。一般情況下，要增加系統(tǒng)的有效性，就得降低可靠性，反之亦然。在實(shí)際中，常常依據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求采取相對(duì)統(tǒng)一的辦法，即在滿足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高消息的傳輸速率，即有效性；或者，在維持一定有效性的條件下，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性。

       不同的擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展就是在上述的三個(gè)方面中不斷尋找平衡的過(guò)程。

一、擴(kuò)頻通信的歷史

       擴(kuò)頻通信技術(shù)始于19世紀(jì)20年代雷達(dá)的發(fā)明，其主要目的是提高分辨率。在第二次世界大戰(zhàn)（WWII）中，軍隊(duì)對(duì)抗干擾也有此思想。

       真正有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn)是在1941年由好萊塢女演員HedyLamarr和鋼琴家GeorgeAntheil提出的（圖2-21）。基于對(duì)魚(yú)雷控制的安全無(wú)線通信的思路，他們申請(qǐng)了美國(guó)專利#2.292.387。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方的重視。該專利于1962年古巴導(dǎo)彈危機(jī)時(shí)到期。1998年6月，Hedy Lamarr將此專利賣給Wi-LAN公司。

圖2-21   HedyLamarr和GeorgeAntheil的照片

 

       世界上第一個(gè)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)是在美國(guó)的聯(lián)邦通信實(shí)驗(yàn)室（FTL）于1949年由Derosa和Rogoff完成的，它成功地工作在NewJersey和California之間的通信線路上。

       理論研究緊跟其上，1950年Basore首先提出把這種擴(kuò)頻系統(tǒng)稱作NOMAS（Noise Modulation And Correlation Detection System）這個(gè)名稱被使用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

       1951年后，美國(guó)的ASC（ArmySignalCorps，陸軍通信兵）要求進(jìn)一步研究NOMACS，想把它應(yīng)用于高頻無(wú)線電傳通信線路，以對(duì)抗敵人的干擾。1952年由LincolnLaboratory研制出P9D型NOMACS，并進(jìn)行了試驗(yàn)。1953—1955年Lincoln Laboratory研制出了F9C型無(wú)線電傳機(jī)系統(tǒng)。

       很快，美國(guó)海軍和空軍也開(kāi)始研究他們自己的擴(kuò)頻系統(tǒng)，空軍使用名稱為“Phatom”（鬼怪、幻影）和“Hush-Up”（遮掩），海軍使用名稱為“Blades”（槳葉）。那時(shí)設(shè)備龐大，是用電子管裝的，設(shè)備要裝幾間屋子，使應(yīng)用受到限制。在晶體管出現(xiàn)后，特別是集成電路出現(xiàn)后，才使擴(kuò)頻系統(tǒng)得到廣泛使用。

       第一本有關(guān)擴(kuò)頻系統(tǒng)的專著是R.C.Dixon于1976年出版的。1978年在日本京都召開(kāi)國(guó)際無(wú)線通信咨詢委員會(huì)公布研究成果。1982年在美國(guó)召開(kāi)第一次軍事通信會(huì)議，兩次報(bào)告擴(kuò)頻技術(shù)在軍事中的應(yīng)用。1985年美國(guó)提出CDMA（碼分多址）的概念。同年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）制定擴(kuò)頻通信的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，逐步轉(zhuǎn)入民用的商業(yè)化研究。20世紀(jì)90年代，美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局提出CDMA方式的頻譜利用率高于FDMA方式，對(duì)擴(kuò)頻通信的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，其后各公司逐步生產(chǎn)商用產(chǎn)品。

       最近的二十幾年擴(kuò)頻技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的使用。例如，美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）設(shè)備簡(jiǎn)單，定位精度高，全球使用；通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星系統(tǒng)（TDESS）、碼分多址（CDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特別是NASA和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)幾乎都使用擴(kuò)頻技術(shù)和碼分多址移動(dòng)通信系統(tǒng)，這些都屬于直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)；跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)如多種跳頻電臺(tái)和SINCGARS（30～80MHz）；跳時(shí)-跳頻混合擴(kuò)頻型如JTIDS系統(tǒng)

（Joint Tactical Information Distribution System）；我國(guó)正式把擴(kuò)頻技術(shù)作為國(guó)家主要項(xiàng)目進(jìn)行研究是在20世紀(jì)70年代。

以后在衛(wèi)星通信的數(shù)據(jù)傳輸、定位、授時(shí)系統(tǒng)中都有使用。今后，在衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)?huì)得到進(jìn)一步廣泛使用。

       從歷史的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，擴(kuò)頻通信主要基于兩個(gè)方面：一個(gè)是信息戰(zhàn)，即信息對(duì)抗-電子對(duì)抗-通信對(duì)抗；另一個(gè)是提高頻帶的利用率。

二、擴(kuò)頻技術(shù)介紹