技术应用基于FPGA直接序列扩频系统的设计

段晓红+张凯

[摘 要]随着国民经济的不断发展，人们对信息传输的稳定性、安全性越来越高，对其传输的速度要求也越来越快，并且随着移动通信技术的迅速发展，人们的这一要求愈发明显。直接序列扩频技术作为人们发明出来的一种主要抗干扰技术之一，在长期不断的推广应用中得到了长足的发展，技术日趋成熟。

[关键词]移动通信 直接序列扩频

中图分类号：TN914.42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0105-01

引言：

随着通信技术的不断发展以及个人网络、移动通信的迅速发展，使得通信市场竞争越来越激烈，互相之间的干扰越来越大，同时使得通信资源如频带资源更加紧迫，因此，人们就开始加大了对抗干扰、窄信号通信等的研究。目前，世界上关于移动数据通信系统的研究和开发工作正在如火如荼地进行。移动通信技术正是伴随着人类文明及科学技术的不断发展而发展起来的。但是，在长期的发展和实践过程中发现，由于移动通信技术本身的缺陷性和使用环境的复杂多变性，该技术在实际使用中极易受到外界的干扰。而针对这些干扰，人们也研究出了多种抗干扰技术，如扩频技术，功率控制技术，间断传输技术及多用户检测技术等。本文主要讨论扩频技术的发展与应用。

一、直接序列扩频技术的发展背景

从十九世纪人们对电缆通信的初步发明开始，伴随着科学技术的不断发展，通信技术突破了最初的有线通信，发展出了移动通信技术。移动通信靠电磁波来进行信息传递，不用架线，更具灵活性，因而被迅速推广和发展。但移动通信由于其传输环境的复杂性，在传输过程中会遇到各种各样的反射体以及来源于其它移动电波的干扰，会极大的影响甚至改变信号的传输信息，因此，移动通信抗干扰技术便应运而生。

直接序列扩频技术作为主要的抗干扰技术之一，产生于二十世纪五十年代，其发明之初主要被应用于军事领域。在世界格局动荡的那个年代，扩频抗干扰技术主要用来对抗敌方的恶意干扰，维持军事系统安全不被侵入，其作用的重要性由此可见。一直到八十年代中期，美国联邦通信委员会发布了一份关于将扩频通信技术应用于民用领域的报告，这一技术才得到更广泛的应用。之后，由于其自身技术的优越性及人们对它的不断改进和发展，扩频通信抗干扰技术在民用通信领域得到了很好的发展。随着科技的不断发展，直接序列扩频技术还将不断发展与完善，以适应当代人们的不断发展需求。

二、直接序列扩频技术简介

直接序列扩频技术是指利用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展开的扩频信号还原成原来的信号。该技术作为一种信息传输方式，通过编码及调制的方法将频带展宽，使得其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，与所传信息数据无关，这样便可以有效提高频率资源的利用率，且使所需要传达的信息安全、准确的传达。

该技术主要是通过发端、信道和接收端三部分来实现的。其工作原理为：将需要传输的数字信号在发端输入以后，首先通过扩频码发生器产生的扩频序列将输入的数字信号进行调制，以扩宽其信号频谱，扩频码序列一般采用PN码。然后将扩宽后的信号调制到射频发生器发射出去。调制方式多采用BPSK、DPSK、MPSK等方式。发出的信号在接收端的本地射频发生器接收到信号后立即进行解调，此后再由本地的扩频解调设备产生与发端相同的扩频序列进行信号解扩，使信号恢复到原信号进行输出，从而实现信息的传输。

三、直接序列扩频技术的理论基础

移动通信技术自发展以来，伴随着科学技术的飞速发展也迅速发展。发展至今，人们由通用移动逐渐发展出了专用移动网络，移动通信传输环境变得日趋复杂，同时人们对移动传输网络的传输质量变得日益严苛，所以如何在保证传输质量的同时尽量节约传输信号所占用的频谱宽度便成了当代移动技术不断探索的领域。直接序列扩频技术可以把传输信号在发射端用扩频码进行调制，使得其所占用的频带宽度远大于传输信息所必须的带宽，再在接收端用相同的扩频码进行解扩，以把信号进行还原。这样既节省了频率资源，又可使信号安全送达，保证了信号传输的质量，一次被广泛应用。其理论依据为：

该式是香农在长期的移动通信研究中总结出来的公式，称为香农公式。

式中，C—信息的传输速率（即信道容量，单位b/s），B—频带宽度（单位Hz），S—信号平均功率（单位W），N—噪声平均功率（单位W），S/N—信噪比。

从公式中可以看出，要提高到信号的传输速率，可以通过两种途径实现。一种是提高信号传输的频带宽度，另一种是提高信噪比。在保证信号的传输速率一定时，可以通过提高信号传输的频带宽度来降低对信噪比的要求，这便是直接序列扩频技术的原理，通过增加带宽来降低对信噪比的要求，从而保证信号传输的质量。

该式是柯捷尔尼科夫在其长期研究的潜在抗干扰理论中得出的估算信号传输差错概率的公式。

式中，Pe—信号差错概率，S/N—信噪比，B/Bm—信号带宽比。

由此可以看出，信号差错概率与信噪比和信号带宽比两个因素有关。降低信噪比或信号带宽比均可使信号传输的差错概率减小。因此，在信噪比一定的情况下其差错概率可通过信号带宽比的调整来减小。由这一公式也可以得出直接序列扩频技术抗干扰的原理。

四、直接序列扩频技术的特点

4.1 抗干扰性强

抗干扰性是直接序列扩频技术之所以发展的本质属性。该技术通过扩频序列将要传输的信号的频带进行扩宽，使得窄带干扰基本不起作用，而宽带干扰要想达到干扰目的必须提高相应倍数的总功率，从而避免了无论是来自窄带还是宽带的干扰，保证了传输信号的稳定性。同时，由于在发射端对传输信号进行了扩频处理，要还原信号必须要在接收端用同样的扩频序列进行解扩，在不知道信号扩频码的情况下是不能进行信号还原的，因此这类干扰在扩频技术下是起不到作用，从而保证了传输信号的安全性。

4.2 隐蔽性好

由于扩频技术是把传输信号在很宽的频带上进行扩宽，所以单位频带上的信号功率很低，几乎淹没在了白噪声之中，很难进行捕捉。加之，由于不知道扩频码序列，很难获取有用信息，所以这一技术很好的把信号隐藏了起来，使得别人很难对信号进行破坏及获取。

4.3 易于实现码分多址

由于扩频技术对不同传输信号进行了不同的扩频码序列扩，在扩宽信号频带的同时，由于不同扩频码之间互不干扰，可以极大地提高频带的重复利用率。同时，发送者可用不同的扩频编码分别向不同的接收者发送数据，接收者也可用不同的扩频编码，接收不同的发送者送来的数据，从而实现多址通信。

结语：

日渐复杂的通信环境和人们日益严苛的通信要求使得移动抗干扰技术也不断发展，直接序列扩频技术作为一种主要的移动通信抗干扰技术之一，从发展之初起便不断进行发展与改进，从起初的军事领域逐步扩展到更为广泛的民用通信领域，并不断进行着改进与完善。可以预见，在科学技术不断发展的当代社会，直接序列扩频技术会进行不断发展、不断突破，不断地适应人们的通信要求。

参考文献

[1]袁超伟，陈德荣，冯志勇.CDMA蜂窝移动通信.北京：北京邮电大学出版社.2003.

[2]邬国扬，孙献璞.蜂窝通信.西安：西安电子科技大学出版社.2002.

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