无线扩频技术比较


扩展频谱通信最早始于军事通信,直到80年代末,美国FCC规划出了ISM频段,并且可以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突出的优点 。扩频通信迅速地在民用,商用通信领域普及来 。近年来在国内,扩频通信技术如雨后春笋般发展起来,已经广泛应用在室内局域网互连,室外远程城域网互连等领域 。众多的国际无线扩频厂商纷纷加入了国内市场的竞争 。如:PCOM(Cylink),ioWave,Breezecom,SR,Harris,Wireless,Glenayre等 。如今,扩频微波产品已经广泛应用于中国的电信,移动,金融,证卷,税务,电力,公安,水利,交通,油田,卫生,广电等部门,并已安装了上万套的扩频微波设备 。
常规无线通信,其载波频谱宽度集中在其载频四周的窄带带宽内 。而扩频通信采用专门的调制技术,即将调制后的信息扩展到很宽的频带上去 。常用的商用扩展频谱技术分为两种:即直接序列扩频技术和跳频技术 。需要注重的是,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实现了通信连网的目的,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和产品指标 。因此使广大用户对扩频通信技术产生了不同的熟悉 。PCOM,ioWave,Glenayre公司均采用直序扩频技术,Breezecom公司采用跳频技术,用户可以根据实际应用需要,选用不同的扩频技术,更好的达到应用目标 。
直扩系统
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的多,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,分为两步,即解扩和解调 。在接收端,接收信号经过放大混频后,用于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,将干扰和噪音进行频谱扩展,降低了进入频带内的干扰功率,同时使得解调器的输入信噪比和载干比提高,提高了系统的抗干扰能力 。另外,采用不同PN码即不相关的接收机很难发现和解出扩频序列中的信息,由于不同构造的PN码之间相关性很低,码分多址CDMA就是采用同样原理区别不同的用户 。
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输中会有很大的信号衰减 。未解扩前的信噪比很低,甚至信号沉没在噪声中 。一般解调器很难在很低的信噪比下正常解调,导致高误码 。
但在室内通信条件下,由于信号有较高的强度,可以先解调后解扩 。当信号达到一定电平时,简单的解调器已经能够正常的工作,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采用这种方法,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的带宽之比),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 。
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码片时,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捉到一个与本地PN码一致的相位状态 。

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