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无线扩频技术及频谱资源利用

分类:电工职称论文 时间:2020-02-29

  当前,随着社会经济的快速发展和科学技术特别是网络技术的深入推进,以无线电为基本资源的通信技术也得到了快速的发展,并且被应用到军事、民用等诸多领域,为人们的通信便利与稳定提供相应的保障。然而,由于全球对于无线电的广泛使用,无线电频谱资源的利用矛盾也日益凸显。一方面,无线电的频谱被大量的使用,已经难以满足不断增长的无线电行业需求,而另一方面,无线电频谱的整体利用效率还十分低下,相当比例的无线电频谱资源因大材小用或者无端搁置而处于低效运行状态。因此,有必要对无线电频谱的利用加以进一步拓展,并深入研究应用无线扩频技术,使无线电频谱资源得到更好地开发和高效地利用。

无线扩频技术及频谱资源利用

  一、无线扩频技术的基本概况

  从目前研究和实践情况看,无线扩频技术主要可以分为直序扩频和跳频两种。

  (一)无线直序扩频技术

  在通信领域,通过对事先已经设定好的伪随机码进行发送,可以使无线数据传输能够拥有更加宽广的频带,从而使无线频谱得到更大范围的扩展。该技术的具体操作方法,是针对一个直序扩频代码进行二进制相移键控调制。在这一调制过程当中,所需要使用的扩频代码是由N位组成。例如,如果对1kbit/s的数据基带进行扩展,使其倍数增加为原有的十六倍,那么数据的传输速率也会相应地发生十六倍的提升。而这个倍数,实际上也就是代码的N。

  经过这种直序扩频的操作,整个无线电系统也会发生相应的变化,其占用的功率谱密度将随着扩频倍数的增加而相应的降低。在扩频之后,为了成功接收被扩频的信号,解扩和解调是该扩频技术当中不可或缺的重要环节,是对于系统信息进行接收和处理的主要操作。其中,在直扩系统信息的接收端位置,伪随机码会随着接收信号的变动,比如混频或者放大的操作,而发生扩散的情况,导致信号整体都会回归到原先的窄带信号,使扩频的步骤反向回到原位,然后再借助解调的相关技术,使无线电信号的初始信息得以恢复,从而完成无线电信号输出→扩频→解扩→解调→接收这一过程。

  (二)无线跳频技术

  所谓跳频技术,与直序扩频技术存在一定的区别,主要体现在其扩频的信息并不是所需要传输的全部信息,而是对于部分信息进行一定程度的扩频,因而也不会形成相关处理结果的增益。在具体的实践中,根据跳频系统的速度高低不同,跳频通常可以划分为快速跳频和慢速跳频两种类型。其中,在军用的跳频系统当中跳频系统可以达到数万跳每秒的速度,是目前最快速的跳频系统。而相比之下,民用或者商用的跳频系统,其速度通常都控制在五十跳每秒,从而大幅降低该系统所需要的成本耗费。相比较直序扩频系统来说,跳频系统的技术含量比较低,应用成本也不高,因而被相当比例的无线局域网络所采用,为人们的通信提供诸多的便利。此外,跳频系统在短途信息传输当中具有独特的优势,即发射率相对较低,并且具有着比较强大的无抗多径功能,可以有效避免语音信息传输过程中的频率干扰,使其更好地运用在语音通信方面。

  二、扩频资源的具体实践应用

  (一)开放频段资源的实践应用

  由于无线电的每一个频段都具有唯一性,如果不同单位采用同一个频段的无线电进行信号传输,特别是在开放的空间内,就会形成十分明显的信号干扰,从而导致无线电信息无法得到有效的输导。因此,在世界各国的通信行业发展过程中,室外的无线电通信系统都受到了严格的管理和控制,并且对每一段频谱都具有着垄断性和独占性,从而保证无线电信号在开放式的环境中得到正常使用。然而,如果对于扩频技术的应用不当,就很有可能对开放频段资源造成无端占用和资源浪费,或者对其他无线电使用方造成信号干扰和妨碍。

  以商用扩频系统为例,虽然其主要采用慢速跳频进行信号扩频传输,但其占用的频率资源却涉及到开放频段的全部频段,因而虽然从基础的成本看慢跳扩频系统虽然具有比较低廉的价位,但由于其占用了整个频段,容易对无线电资源造成巨大的破坏和浪费,实际上其性价比并不高。此外,由于跳频之间也不可避免地会出现冲突的情况,使频道的使用进一步受到限制,为了避免通信过程中的误码问题,必须要充分考虑到不同跳频之间的冲突关系,在两个频率之间保留一定的缓冲频带,从而保证其实用性,但也必然会造成频段整体容量的限缩。从这一层面进行分析,我们不难发现,无线扩频技术中的直序扩频技术虽然具有较高的成本支出,但其对于频段资源的利用效率更高,相互之间的干扰和影响偏小,从而具有更好的性价比,可以对无线电这一宝贵资源进行更加充分的开发和利用。

  (二)码分多址的实践应用

  通过对无线电技术进行扩频应用,可以有效开拓新的频谱资源,使无线电的抗干扰能力得到大幅的增强。但与此同时,无线扩频技术的应用也无法避免地带来新的问题,付出一定的代价。例如,如果大量的用户共同使用同一个宽频带,虽然会造成相互之间的一定信号干扰,影响到用户的无线通信体验,但可以大幅提高频带的单位利用率,使无线电频带的扩容压力大大降低。而采用无线扩频技术,虽然可以有效提高用户的通信效果,尽可能地减少不同用户之间的信号干扰和频带挤占,但会造成每一个频带宽资源的空置,导致宝贵的无线电频谱资源浪费。因此,无线扩频技术在通信过程中可以充分发挥扩频调制这一操作,针对不同的用户信号进行科学合理的区分,形成不同的序列码,并增强各序列码之间的相关关联性,通过码分多址的方式对各用户所需的信号进行区分和获取,从而在减少对频谱带宽浪费的基础上确保信号之间不至于出现相互干扰或者妨碍。

  目前,我国移动通信技术已经发展到了第五代,通过对直序扩频技术进行码分多址,充分实现了频谱资源充分利用与用户信号互不干扰两个重要的通信目标,使现代通信技术达到了更高一层的阶段。当然,我们仍然必须承认一点,那就是无线电的通信技术并没有真正达到完善的状态,各个用户在进行无线电通信时仍然或多或少地存在着一定的信号干扰,特别是随着现代通信网络的不断扩张和移动通信终端如手机、平板电脑等的普及应用,通信干扰这一问题将持续存在并且可能会更加严重,这也要求通信企业和相关专业领域进行更多的资源和人才投入,有效实现频谱资源的合理利用及信号干扰问题的有效降低,使无线通信发挥更大的作用。

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  三、结束语

  现代技术特别是通信技术的进步,可以说已经达到了一日千里的程度,许多技术都发生着翻天覆地的变化。对于无线电通信来说,无线路由器、局域网仅仅经过了十数年,就已经由创新产品演变为社会普及商品,从而给无线频谱的使用带来了巨大的压力。人们必须要加强对无线扩频技术的研究和实践应用,不断探索稳定扩频线路、提高频谱资源利用、降低信号干扰等事项,实现无线通信技术的开拓创新,从而为社会经济发展作出更大的贡献。

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