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CDMA工作原理

2009-03-17  Taylor
CDMA工作原理
     CDMA(码分多址)是以分组的形式广播您的通话的,但与TDMA(时分多址)不同的是,所有通话均在同一信道上传递,它通过指定给各个对话的特殊代码来区分每个对话。当您使用CDMA 电话时,它实际上接收了在您所使用的网络上传输的所有电话,但只有那些带有您的特殊代码的通话才会被从分组的数据状态重新转换为语音。单个的CDMA网络单元在这三种数字协议(TDMA,GSM,CDMA)中是最大的,CDMA能管理网络单元覆盖的广阔空间,因为它的智能电话在靠近天线时会自动降低功率,而在远离天线时又会加大功率。象GSM一样,CDMA以13Kbps的速率传输语音,以9600bps的速率传输数据,但它提供的通话质量在三种数字协议中是最清晰的,而且通话容量是模拟电话的20倍(请看下方的“CDMA工作原理”)。CDMA既可以在800MHz也可以在1900MHz的频段上工作。Qualcomm,这个最先将CDMA推向商用的公司,推出了一种双频段电话,被称为QCP2700它允许您在CDMA的两个频率之间进行切换。象TDMA一样,CDMA在必需时也可以切换到模拟方式,但请注意,这常常是从数字连接变成一个虽然更可靠但质量却较差的模拟连接。
CDMA 工作原理
     1 拨号:当您拨了一个电话号码,这个号码将与您的电话ID号一起以无线电广播的形式发射出去
     2 分组传递:电话对您的语音进行数字化,并把它划分为数据位包,然后使用扩频技术广播这些数据包。CDMA指定440亿个代码中一个代码代表这次对话,并将数据包分散在多个无线电频谱段上,这个代码使您的通话与在同一无线电频段上同时发射的其它通话区分开来。
     3 接收与连接:距离最近的CDMA无线捕捉到您的电话的无线电广播,并将它传递到中央交换计算机,这个计算机识别您的电话ID。这样,蜂窝服务电话提供商可以跟踪您的通话并根据空中占用时间进行计费。中央交换计算机将您连到安装在电话公司总局的公用电话交换网上,或连到本系统中的其它蜂窝用户。
     4 识别:语音信号以数据包的形式到达您的话机。您的电话机首先通过一个通话传来,然后识别标识着您的对话的特殊代码并将相应的数据包还原成语音信号。
GSM协议规定,手机发射功率是可以被基站控制的。每个功率级别差2dB,GSM900 手机最大发射功率级别是5(33dBm),最小发射功率级别是19(5dBm。
  从以上不难看出当手机远离基站,或者处于无线阴影区时,基站可以命令手机发出较大功率,直至33dBm(GSM900),以克服远距离传输或建筑物遮挡所造成的信号损耗。
  而CDMA的基本技术之一是功率控制。因为限制CDMA系统容量的因素是总干扰功率,所以控制每个移动台的功率是获得最大容量的关键。在给定条件下,CDMA移动台的功率被控制到能够保证接收话音质量的最小功率。结果是每个移动台到达基站的信号电平几乎相同。这样,每台移动台对其他移动台的干扰被控制到最小。
基站对手机发射的绝对功率并不是很重视,它仅仅是要求手机能根据自己发出的功率上升指令或功率下降指令自动调整输出功率即可,且最好手机能发出无限大或无限小的功率来,但这个要求对手机制造商来说,实在是苛刻,且会无限制的提高手机制造成本,因此折中的方案是将手机按发射功率分类,不同类的手机最大功率必须达到各自要求,也就是至少要大于标准规定的最大功率的下限,小于标准规定的最大功率的上限,使其在小区远端或无线阴影中也能较好通讯。同时要求手机必须能够输出小于最小功率的功率值来,也就是在无线环境比较好,且手机与基站很近时,手机能把自己的输出功率降得很低,以确保对其它手机的最小干扰和对电池的最小消耗。
CDMA2000 1x规定手机待机功率要小于-61 dBm,这既保证了对外干扰很小,又保证了在待机时间对电池的小消耗,延长了手机的待机时间。 这比GSM小多了
CDMA,英文全写为Code Division Multiple Access,翻译作碼分多址或分碼多工或分碼多重存取,是一种多路复用的无线通信技术。CDMA原本是美国军方为了通信而开发的,但时至今日,已广泛应用到全球不同的民用通信中。在CDMA移动通信中,将话音讯号转换为数字信号,给每组数据话音分组增加一个地址,进行扰码处理,并且将它发射到空中。CDMA最大的优点就是相同的带宽下可以容纳更多的呼叫,而且它还可以随话音传送数据信息。
一般信息
一般来说(作为复用方法),Code Division Multiple Access(CDMA)是被美国军方通讯采用的某种扩频方案。理论上,数据化的信息使用CDMA技术进行编码和解码,可以大大提高对无线信道的利用率,增强抗干扰能力。Qualcomm(高通)公司解决了CDMA中至关重要的功率控制问题,并取得相关的专利。CDMA制式中,区分各个通道主要不再依靠频率和时隙等方法,因此同一地区不同用户同时使用相同的频率是正常的。除此之外被广泛使用的多路访问技术还有时多分址(TDMA)和频分多址(FDMA)。在这三种方案中,接收方从各种信号中分别通过不同的码字,时隙和频率通道分离出有用信息。
CDMA经常被广泛和不严格地用来称呼使用CDMA技术实现的无线网络及其制式,比较常见的是由Qualcomm主要支持和最先投入商用的的数字蜂窝电话制式,包括IS-95(CDG为其申请注册商标为cdmaOne)和它的演进版本IS-2000(CDMA2000),其他很少这样使用。由于WCDMA和TD-SCDMA也使用了CDMA技术,这样的称呼可能会造出一些混乱。
这里需要注意:
CDMA(复用技术)理论被应用于WCDMA无线接口。
WCDMA无线接口被应用于国际3G标准UMTS和日本3G标准——FOMA(由日本电信和沃达丰共同开发)。
CDG、TIA和3GPP2等制订的俗称为CDMA的系列标准族(包括cdmaOne和CDMA2000)和3GPP的WCDMA标准族无论无线信号和核心网都不兼容。
部分CDMA网络和手机支持个人定位功能,简易的方法是通过BTS位置数据或者计算手机与相关BTS信号传输的时延给出粗糙的数据,但是更加精确的定位一般依赖全球定位系统GPS的支持。
技术细节
在所有的CDMA体制中,接收者都可以使用扩频处理增益来部分衰减非期望的信号。具有期望的扩频码的信号能被接受,如果信号对应不同的扩频码(或者相同扩频码但是不同的时间偏移)将在解扩频过程中被当作随机噪声而衰减掉。
这项操作的方法是给每一个站点分配一个扩频码或者码片序列。这些码片序列被表示成由+1和-1组成的序列。每个码片序列和本身点积得到+1,(和补码点积得到-1),一个码片序列点积不同的码片序列将得到0。
这种特性叫做正交性。这些序列叫做 Walsh码,可以从一个二进制 Walsh矩阵导出。
一个站点要发送数字1时就发送其码片序列本身,要发送数字0时就发送其码片序列的反码。 (或者是 +1 和 -1; 0时不发送)。
当多个终端发送多个信号时,信号就会在空中叠加。例如码片序列是(-1,-1,-1,-1)和(+1,-1,+1,-1),叠加后变成(0,-2,0,-2)。接收方如果希望接收某个站点的信息,则只需要计算该站点对应的码片序列和空中信号的点积。例如(-1,-1,-1,-1) . (0,-2,0,-2) = +1。如果发送的数字是-1,则空中的信号将是 (+2,0,+2,0),而点积将是 (-1,-1,-1,-1) . (+2,0,+2,0) = -1.
TDMA和FDMA终端理论上可以过滤其他时隙或者频率通道的任意强信号。这在CDMA无法实现,它只能部分过滤干扰信号。如果任一或者全部噪声信号强于有用信号,则有用信号将被淹没。这样在CDMA系统中就要求每个终端有一个近似合适的信号功率。在CDMA蜂窝网络中,基站使用一个快速闭环功率控制方案来紧密控制每一个移动终端的发送功率。功率控制需求能够巧妙的根据上面的计算推断出来。
向前纠错(FEC)编码在任何一种CDMA方案中都是必须的,它用于减小信噪比的需求,从而使得信道最大限度的可靠。
与TDMA和FDMA相比较,CDMA的另外一个优势是能够简单的利用话音激活特性。在每一个随机的通话中,用户讲话的时间往往不足整个通话时间的一半,CDMA技术可以简单在用户讲话时发送信号,不讲话时保持静默,于是当同时通话的用户较多时,总体上可以体现出统计特性,最终能将用户间干扰减少大约一半,从而提高容量。在CDMA技术中,这种话音激活特性的利用是相对简单的,如果希望在TDMA或者FDMA体制中利用话音激活特性,就需要频繁的建立和拆除有限的时隙或者频率通道。
 
WCDMA(Wide band Code Division Multiple Access 宽带分码多工)是一种3G蜂窝网络。WCDMA使用的部分协议与2G GSM 标准一致。
具体一点来说,WCDMA是一种利用码分多址复用(或者CDMA 通用 复用技术,不是指CDMA标准)方法的宽带扩频3G移动通信空中接口。
历史概要
历史上,欧洲电信标准委员会 (ETSI) 在 GSM 之后就开始研究其 3G 标准,其中有几种备选方案是基于直接序列扩频分码多工的,而日本的第三代研究也是使用宽带分码多工技术的,其后,以二者为主导进行融合,在3GPP组织中发展成了第三代移动通信系统UMTS,并提交给国际电信联盟(ITU)。
国际电信联盟最终接受WCDMA作为IMT-2000 3G标准的一部分。
误解
名字跟CDMA很相近,同时WCDMA跟CDMA关系也很微妙。两者都基于码分多址技术,都使用了美国高通(Qualcomm)的部分专利技术。一般认为WCDMA的提出是部分厂商为了绕开专利陷阱而开发的,其方案已经尽可能地避开高通专利。
在移动电话领域,术语 CDMA 可以代指码分多址扩频复用技术,也可以指美国高通(Qualcomm)开发的包括cdmaOne(IS-95)和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。
在Qualcomm为IS-95协议使用它之前,CDMA复用技术已经存在了很长时间。然而,由于采用CDMA复用方法是IS-95协议区别于当时的GSM(采用TDMA)等其它协议的主要特征,现在通常将该协议也称为CDMA。
WCDMA 也使用CDMA的复用技术而且它跟Qualcomm的标准也很相似。但是WCDMA不仅仅是复用标准。它是一个详细的定义移动电话怎样跟基站通讯,信号怎样调制,数据帧怎么构建等的完整的规范集。
总之:
术语CDMA在移动通讯领域通常特指Qualcomm开发的CDMA标准族。它们定义了一组移动通讯协议。
CDMA作为复用技术,既用于WCDMA空中接口协议,也用于Qualcomm的CDMA协议。
WCDMA专指在IMT-2000中定义的移动电话协议。
WCDMA协议与Qualcomm开发的CDMA无关。
CDMA标准族(cdmaOne和CDMA2000)不兼容WCDMA标准族。
当前状况
2001年,日本NTT DoCoMo公司的FOMA是世界上第一个商业运营WCDMA服务。
J-Phone 日本电话(现软件银行)已经继推出基于WCDMA服务后,声称“沃达丰全球标准”兼容UMTS (尽管2004年时还有争议)。
2003年初,和记黄埔 逐步在全球运营他们的UMTS网络(简称3)。
大多数欧洲GSM运营商计划未来某个时间推出UMTS服务,尽管有几个已经把此服务提到日程上来,有一些甚至从2003年底就开始运营UMTS网络。
沃达丰于2004年2月在欧洲多个UMTS网络投入运行。沃达丰还打算在其他国家(包括澳大利亚及新西兰)建设UMTS网络。
AT&T 无线 (现属于Cingular Wireless) 在一些城市开通了UMTS。尽管因为公司兼并使得网络建设进度被延迟,但Cingular已宣布计划在2005年与HSDPA一起部署WCDMA。
TeliaSonera于2004年10月13日开始在芬兰提供384kbps速率的WCDMA服务。服务只是在主要城市可用。通讯费率大约2美元每兆字节。新闻稿
更多信息参看UMTS。
产品认证
GCF (Global Certification Forum):现时是世界主要的2G及3G认证机构。
PTCRB: 在北美为GSM移动设备(ME)类型认证提供框架。
技术
WCDMA可以使用非成对或者成对频段,虽然所有当前WCDMA设备(例如FOMA and UMTS)使用两个5MHz频段,一个用于上行一个用于下行。更多信息请参看扩频。
与其他标准比较
最初CDMA2000计划使用多个1.25MHz载波,但后来放弃了,而WCDMA则使用单一5MHz带宽载波。
在ITU的IMT-2000标准中,WCDMA被看作CDMA直接序列扩频,而CDMA2000被称作"多载波CDMA"。
WCDMA 标准族(例如FOMA、UMTS)与CDMA标准族(例如cdmaOne和CDMA2000)不一致。
 
CDMA2000 是一个3G移动通讯标准,国际电信联盟ITU的IMT-2000标准认可的无线电接口,也是2G cdmaOne标准的延伸。 根本的信令标准是IS-2000。 CDMA2000与另一个3G标准WCDMA不兼容。
由3G CDMA2000标准延伸的4G标准为超行动宽频(UMB)。
CDMA2000是美国通讯行业协会 (TIA-USA) 的注册商标,并不是一个象CDMA一样的通用术语。TIA也注册了他们的2G cdmaOne标准(AKA IS-95)对应CDMA1X。
CDMA2000有多个不同的类型。下面按照复杂度排列:
CDMA2000 1x
CDMA2000 1x 就是众所周知的3G 1X 或者1xRTT,它是3G CDMA2000技术的核心。标志 1x习惯上指使用一对1.25MHz无线电信道的CDMA2000无线技术。
日本运行商KDDI的CDMA2000 1xEV-DO网络使用商标 "CDMA 1X WIN",不过这只是用于市场促销罢了。
CDMA2000 1xRTT
CDMA2000 1xRTT (RTT-无线电传输技术) 是CDMA2000一个基础层,支持最高144kbps数据速率,尽管获得3G技术的官方资格,但是通常被认为是2.5G或者 2.75G技术,因为它的速率只是其他3G技术几分之一。另外较之之前的CDMA网络,它拥有双倍的语音容量。
CDMA2000 1xEV
CDMA2000 1xEV (Evolution-发展)是CDMA2000 1x附加了高数据速率 (HDR) 能力。1xEV一般分成2个阶段:
CDMA2000 1xEV第一阶段, CDMA2000 1xEV-DO (Evolution-Data Only-发展-只是数据)在一个无线信道传送高速数据报文数据的情况下,支持下行(向前链路)数据速率最高3.1Mbps,上行(反向链路) 速率最高到1.8 Mbps。
CDMA2000 1xEV第二阶段, CDMA2000 1xEV-DV (Evolution-Data and Voice发展-数据和语音),支持下行 (向前链路 数据速率最高3.1 Mbps,上行(反相链路)速率最高1.8 Mbps。1xEV-DV还能支持1x语音用户, 1xRTT数据用户和高速1xEV-DV 数据用户使用同一无线信道并行操作。
1xEV-DO已经开始商业化运营。欧洲市场稍微早于美国市场。 2004年夏捷克移动运营商 Eurotel开始运营sinceCDMA2000 1xEV-DO网络,他们提供的上行速率大约1Mbps。这项服务每月大约花费30欧元无流量限制。如果使用这项服务,你需要购买一个大约300欧元的 Gtran GPC-6420调制解调器。
当前部署情况
2004年1月,北美Verizon Wireless宣布计划在全国范围部署1xEV-DO。
尽管有些电信运营商已经完成测试或者有限的试用,但是到2004年7月还没有一个商业化运营的1xEV-DV。 美国运营商 Sprint PCS已经宣布计划在他们已有的CDMA网络基础上部署1xEV-DV网络 。
由于可用的1xEV-DV设备延迟交货和来自美国其他正在部署3G网络的电信运营商的压力,Sprint 宣布,2004年6月计划广泛部署1xEV-DO,但是他们的长期1xEV-DV计划好像还不确定(尽管他们当前计划2006年部署EV-DV)。
Qualcomm高通最近由于缺乏运营利润可能已经停止EV-DV的开发,更可能是因为Sprint和Verizon都在使用EV-DO。
CDMA2000 3x
CDMA2000 3x利用一对3.75 MHz无线信道(i.e., 3 X 1.25 MHz)来实现高速数据速率。3X版本的CDMA2000有时被叫做多载波(Multi-Carrier或者MC),这一版本还没有部署正处在研究开发阶段。
各地营运者
截止2008年年末,全球已经有102个国家和地区的276家电信运营商部署了CDMA2000网络。
中国大陆:中国电信
中国香港:电讯盈科
中国澳门:中国电信
台湾:亚太电信
日本:KDDI
韩国:SK电讯、KTF、LG电信
美国:Verizon Wireless、Sprint Nextell、US Cellular等
 
TD-SCDMA
技术概要
分时-同步分码多工存取(英文:Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access,缩写为:TD-SCDMA),是ITU批准的四个3G标准中的一个,相对于另两个主要3G标准(CDMA2000) 或 (WCDMA)它的起步较晚。第四个3G标准是美国的WiMAX标准。
该标准是由中国大陆制定的3G标准,1999年6月29日,中国原邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技股份有限公司)向ITU提出。该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电(SDR)等技术融于其中。另外,由于中国的庞大的市场,该标准受到各大主要电信设备厂商的重视,全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。
TD-SCDMA在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面有独特优势。
TD-SCDMA由于采用时分双工,上行和下行信道特性基本一致,因此,基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。因此,TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势,而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点,可以减少用户间干扰,从而提高频谱利用率。
TD-SCDMA还具有TDMA的优点,可以灵活设置上行和下行时隙的比例而调整上行和下行的数据速率的比例,特别适合因特网业务中上行数据少而下行数据多的场合。但是这种上行下行转换点的可变性给同频组网增加了一定的复杂性。
TD-SCDMA是时分双工,不需要成对的频带。因此,和另外两种频分双工的3G标准相比,在频率资源的划分上更加灵活。
一般认为,TD-SCDMA由于智能天线和同步CDMA技术的采用,可以大大简化系统的复杂性,适合采用软件无线电技术,因此,设备造价可望更低。
但是,由于时分双工体制自身的缺点,TD-SCDMA被认为在终端允许移动速度和小区覆盖半径等方面落后于频分双工体制。
网络试验和商用概况
2006年,罗马尼亚建成了TD-SCDMA试验网。
2007年,韩国最大的移动通信运营商SK电讯在韩国首都首尔建成了TD-SCDMA试验网。同年,欧洲第二大电信运营商法国电信建成了TD-SCDMA试验网。
2007年10月,日本电信运营商IP Mobile计划建设并运营TD-SCDMA网络,但公司最终受限于资金困境而破产。
2008年1月,中國移動通信集團公司在中国北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门、秦皇岛市建成了TD-SCDMA试验网;中国电信集团公司在中国保定市建成了TD-SCDMA试验网;原中国网络通信集团公司(现中国联合网络通信集团有限公司)在中国青岛市建成了TD-SCDMA试验网。
2008年4月1日,中國移動通信集團公司在中国北京、上海、天津、沈阳、青岛、广州、深圳、厦门、秦皇岛和保定等10个城市启动TD-SCDMA社会化业务测试和试商用。截止2008年年末,在中国使用TD-SCDMA网络的3G手机用户已达到41.9万人。但是TD-SCDMA手机放号首日即出现诸多问题,如网络建设尚未完善、功能尚未全部开发等,因而不少手机用户仍然持观望态度。
2008年9月,意大利的一家通信公司MYWAVE建设了TD-SCDMA试验网,该网络于9月12日建成并开通;从建设工程仅为11天推算,应为小型企业网。
2009年1月7日,中国政府正式向中國移動通信集團公司颁发了TD-SCDMA业务的经营许可,中国移动也已经开始在中国的28个直辖市、省会城市和计划单列市进行TD-SCDMA的二期网络建设,预计于2009年6月建成并投入商业化运营。该公司计划到2011年,TD-SCDMA网络能够覆盖中国大陆100%的地市。
 
 
 
 

什么是扩频通信

2008-11-07 22:39:26   [ 上一篇 | 下一篇 ]  


扩频通信的概念是什么,在此与大家重温:

技术背景:传统的模拟无线通信一般采用调频(FM)和调幅(AM)两种方式,不能适应高速数据通信的要求。进入八十年代后,数字无线数据通信方式成为主流,其调制方式有振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和相移键控(PSK),其优势是便于采用先进的数字信号处理技术,如均衡技术、编码技术等等,提高了数据传输速率和传输的可靠性。实际的系统如GSM、IS-54等。但是这些系统也存在一些缺陷。一方面,由于无线通信信道的开放性,通信环境不可避免地存在各种各样的突发干扰,使得信号传输的可靠性降低,同时,信道的时域和频域选择性衰落,使得数据传输速率的提高受到限制;另一方面,随着无线业务的快速增长,要求无线网络具备相当的灵活性,以适应业务的发展变化。这些都是常规的无线数字通信难以解决的。这些因素促成了对采用新技术的需求,以提高数据传输速率并进一步提高传输的可靠性。
      扩频通信的基本原理和优势:扩频通信就其调制方式而言,与传统的数据通信没有什么差别,也包括ASK、FSK、PSK以及最近得到迅速发展的QAM,不同之处是在调制之前增加了一个扩频处理环节,把待传送符号用特征码进行扩展,扩展后的符号称为码片;在接收端同样增加了一个解扩处理的环节,将N个码片恢复为一个符号。这即是扩频通信的基本原理。扩频通信的优势是由扩频操作所使用的特征码-伪随机序列(PN CODE)带来的。伪随机码具有双值自相关特性,它保证了同步相关操作获得的输出远大于非同步相关的输出值。这样就大大降低了当两条传播路径的时差在一个码片以上时彼此之间的干扰。这即是通常所说的扩频抗多径原理。同时,相关解扩处理还能够大大降低窄带脉冲干扰,如一般的工业噪声、环境噪声等等。特别值得一提的是,由于解扩处理是对N个码片的能量进行累加,因此,可以允许接收的信号电平在噪声以下,只要保证累加获得的能量满足信号判决的要求即可。这一性能使得扩频通信技术首先在军队保密通信系统中获得了广泛的应用。扩频通信抗多径的性能使得移动通信信道的相关带宽不再成为限制通信速率的障碍,因此在扩频通信方式下可以实现高速数据通信。传输速率的限制取决于信号处理的速度。可见,扩频技术在提高数据通信速率和改善数据通信的可靠性方面,大大优于常规数字通信。同时,由于所有用户可以共用同一频带,大大简化了网络系统的规划,使得系统在适应不断增长变化的业务方面,具有很高的灵活性。
       扩频通信是传输信息使用的射频带宽是信息带宽的10倍至100倍以上的通信体制。信息本身不再是决定传输带宽的决定因素,传输带宽主要由发信机和对应收信机预先制定的扩频码(又称地址码)序列确定。
       扩频通信的特点是具有常规通信体制所不具备的许多优势:
       (1)扩频通信具有消息隐蔽性、低截获概率和抗干扰等能,对军事通信有很大应用潜力。国外军事通信已经装备使用 HF、VHF和UHF频段的跳频电台,直接序列扩频电台也开始进入实用阶段。    
       (2)利用不同的预定扩频码(地址码)序列,可以在相同频段实现码分多址(CDMA)和选址通信,在卫星通信和室内有线、无线通信中得到使用。    
       (3)直接序列扩频信号具有同距离无关的高分辨率测距能力,在全球定位系统(GPS)和深空探测中得到应用。

 

另,从即计算机网络角度的解释参考: 
       随着计算机应用技术的普及和国民经济信息化的发展,客户/服务器计算、分布式处理、国际互连网(Internet)、内部网(Intranet)等技术被广泛接受和应用,计算机的联网需求迅速扩大。在诸多计算机联网技术中,无线网(Wireless Network)以其无需布线、在一定区域漫游、运行费用低廉等优点,在许多应用场合有其他联网技术不可替代的作用,而在无线通信技术中,基于扩频技术的计算机无线网具有抗干扰能力强、易于实现码分多址、安全保密、 无须申请频率资源等特点,近年来在计算机联网的各个领域都得到了广泛地应用。
  扩频通信具有其他方式不可比拟的优点,近年来在无线通信中得到越来越广泛地应用。扩频通信(Spread Spectrum Communications)开始出现在第二次世界大战,作为美军使用的无线保密通信技术。现在扩频技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频通信是一种信息传递方式,其信号所占用的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的,与所传的信息无关;在接收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩及恢复所传信息。
  扩频通信具有如下特点:
  1、抗干扰性强:
  抗干扰是扩频通信主要特性之一,比如信号扩频宽度为100倍,窄带干扰基本上不起作用,而宽带干扰的强度降低了100倍,如要保持原干扰强度,则需加大100倍总功率,这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到,所以即使以同类型信号进行干扰,在不知道信号的扩频码的情况下,由于不同扩频编码之间的不同的相关性,干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性质,美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。
  2、隐蔽性好:
  因为信号在很宽的频带上被扩展,单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低,信号淹没在白噪声之中,别人难以发现信号的存在,加之不知扩频编码,很难拾取有用信号,而极低的功率谱密度,也很少对于其他电讯设备构成干扰。
  3、易于实现码分多址(CDMA):  
         扩频通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频段?其实正相反,扩频通信提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码作相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同的用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分利用。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;同样,接收者用不同的扩频编码,就可以收到不同的发送者送来的数据,实现了多址通信。美国国家航天管理局(NASA) 的技术报告指出:采用扩频通信提高了频谱利用率。另外,扩频码分多址还易于解决随时增加新用户的问题。

  4、抗多径干扰:   在无线通信中,抗多径问题一直是难以解决的问题,利用扩频编码之间的相关特性,在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号,也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强,从而达到有效的抗多径干扰。

  5、扩频通信的其他优点:   扩频通信速率高(2M,8M,11Mbps),无须申请频率资源,建网简单,网络性能好。
  与X.25和DDN相比,无线扩频网具有速率高(2Mbps,8Mbps,11Mbps),安装简单,运行费用低(无须租费,仅投入少量维护费用),无须申请频率资源,容易扩展投资少等优点。另外,如使用X.25或DDN作为网间互连的链路,在链路两端要使用路由器、多路复用器等设备,而无线扩频产品有网桥、路由器、调制解调器等多种选择,节省设备和投资,因此无线扩频网比X.25和DDN在数百公里范围内联网要有明显的优势。

        跳频通信是扩频通信的一个分支,它的突出优点是抗干扰性强,因而很适用于军事领域。当70年代末第一部跳频电台问世以后,就预示着其发展势头锐不可挡。到了80年代,世界各国军队普遍装备跳频电台。这十年是跳频电台发展速度最快的十年。广泛使用跳频电台曾被誉为80年代VHF频段无线电通信发展的主要特征。90年代,跳频通信如虎添翼,在军用跳频通信领域已相当成熟的同时,跳频通信的应用又拓宽到民用领域。业内人士指出,跳频通信是对抗无线电干扰的有效手段,称其为无线电通信的"杀手锏"。跳频通信是如此的神奇,以致于自其问世至今的短短30年间,倍受世界各国,特别是几大军事强国的青睐。

2 跳频通信的基本概念
2.1 定义
   我们在用收音机收听某电台,当电台在中波和短波两个波段上播放同一个节目时,有这样的体会:若中波波段信号不好,则随即换到短波波段收听;当短波波段信号不好,则又换回到中波波段收听。这种以更换波段的手段来改善收听效果的方法,就是跳频的通俗含义。只不过这种跳频仅在接收端发生,而且是由人工干预来实施跳频的。我们假设,当广播电台发送的频段也能"紧跟"收音机用户更换的话,那么,这种通信方式就是跳频通信。因此,跳频通信可这样描述:通信收发双方同步地改变频率的通信方式称为跳频通信。
 
 
 
 
无线电通信由于它的灵活性,常常被用作战时通信。但是,传统的无线电通信都是在某一固定频率下工作的,很容易被敌方截获或施加电子干扰,从而使这种通信方式失去“灵验”。

“跳频通信”就是针对上述传统无线电通信的弊端,使原先固定不变的无线电发信频率按一定的规律和速度来回跳变,而让约定对方也按此规律同步跟踪接收。由于敌方不了解我方无线电信号的跳变规律,很难将信息截获。尽管它亦可以采用“跟踪干扰”的方式来干扰我方电台,但由于跳频频谱变化无常,往往是敌方刚搜索到某发送频率,它立即又变了,很难做到紧跟不舍。可能有人会提出全面实行干扰(即“宽带阻塞干扰”)的方法,但这样做不仅会耗费巨大功率,而且还可能因此而暴露自己和对己方通信造成严重干扰。

跳频通信不仅是抗御外来干扰的能手,而且对于抑制远距离无线电通信本身所造成的“多径干扰”也十分有效。因为多径干扰是由于短波无线电信号在传输过程中所经过的路径不尽相同,有的是经电离层一次反射到达对方的,有的则经多次反射后到达对方,而且上述情况还很不稳定,因而造成信号的时强时弱以致失真。采用跳频通信后,由于在主波波束已被接收,而其它径向波束尚未到达接收机时,发送和接收载频早已跳到别的频率点上去了,这样就避免了“多径效应”对通信质量的影响。

跳频通信的原理说来也并不复杂。它是在普通无线电短波通信基础上增加一个“码控跳频器”。它的主要作用是使跳频通信发射的载波按一定规则的随机跳变序列发生变化。实现跳频通信的关键是,收发双方受伪随机码控制的、用来改变载频频率的本振频率必须严格同步。跳频伪随机码的改变可用微型计算机控制;改变计算机的程序,就可改变跳频的规律。跳频变化的方案不止一套,且经常更换,要识破它就犹如大海捞针,十分困难。
跳频通信是一种数字化通信,是扩频通信的一种。在这种通信方式中,信号传输所使用的射频带宽是原信号带宽的几十倍、几百倍以至几千倍。但仅就某一瞬间来说,它只工作在某一频率上。

跳频通信在海湾战争中给人留下很深的印象。可以预期,在未来的信息化战争中,它仍将扮演十分重要的角色。

流星余迹通信

流星是人们所熟悉的一种自然现象。当宇宙空间的细小物体或尘埃飞经地球大气层时,便与大气摩擦而发出光和热。如果这种现象发生在夜晚,我们在地面上便会看到一条条清晰的光迹,这就是流星体所经过的轨迹。

就是这样一种转瞬即逝的天体现象,也没有在细心的科学家面前悄然溜过。他们发现,流星在掠过空中时会发出大量的光和热,它会使周围的气体电离,并很快扩散形成以流星轨迹为中心的柱状电离云。这就是所谓的“流星余迹”。这种电离云具有反射无线电波的特性。于是,人们便设想把载有某种信息的无线电波对准流星余迹,通过它的反射,为远在千里之外的别的接收站所接收。这就是利用流星余迹进行通信的最基本的设想。

可能有人会想,流星不常见到,而且一闪而过,用它来通信靠得住吗?其实,在宇宙空间,每小时都有数以亿计的流星掠过大气层,只不过是,其中很多不为我们的肉眼所察觉罢了。当然,流星转瞬即逝的特征,也必然会给通信的连续性带来一定的麻烦。它不大适合于用在像电话那样的连续实时通信上。针对流星转瞬即逝的特点,我们在发射设备中加装了“发送消息存储器”,存储经计算机处理过的信息。在流星余迹出现时,这些消息便一份一份地被发送出去。在接收方也加装了“接收消息存储器”。它的任务是把断断续续收到的信息先存储起来,然后把它变换成连续信息再送到接收者的手中。

流星余迹通信的通信距离可达2000千米。比起短波通信来,它受太阳黑子和核爆炸的影响较小,因此很受军方人士的青睐。他们认为,在未来战争中,人造通信卫星将成为主要的袭击目标。在卫星通信系统遭破坏后,流星余迹通信便是一种理想的应急通信手段了。流星余迹通信也特别适合于恶劣环境下的气象通信。

流星的作用就相当于一个“天然卫星”。但是,它不像卫星通信那样需要昂贵的发射费用,也不存在维修和保养的问题。因此,建立一个流星余迹通信系统,其费用只有建立承担同样任务的卫星通信系统的十分之一。而且,它的保密性也很好。目前,英、美等国的研究人员正在建设一个覆盖西欧和部分东欧国家的流星通信网,探讨最终以流星通信代替卫星通信的可能性。
 
 
 
在数字传输系统中,其传输对象通常是二进制数字信息,它可能来自计算机、网络或其它数字设备的各种数字代码。也可能来自数字电话终端的脉冲编码信号,设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号,也可以是调制后的信号形式。由于未经调制的脉冲电信号所占据的频带通常从直流和低频开始。因而称为数字基带信号。在某些有线信道中,特别是传输距离不大远的情况下,数字基带信号可以直接传送,我们称之为数字信号的基带传输
 
 

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