扩频通信在强噪声环境中的应用
摘 要
由于传统通信系统在强噪声环境中的缺点，扩频通信系统凭借其强大的抗干扰能力，在强噪声环境中可依旧保持良好的通信。本文就扩频通信技术在强噪声环境中的应用进行分析，重点分析扩频通信技术的抗干扰原理和特点，扩频通信科降低通信系统对信噪比的要求，克服噪声干扰，最后对扩频通信系统的收发机及m序列进行分析。
【关键词】扩频通信 直扩系统 强噪环境
1 扩频通信介绍
扩频通信的属于现代数字通信技术，信道容量远远高于传统通信技术。扩频通信属于连续信道，根据香浓定律原理，如若扩频通信受到加性高斯白噪声的干扰，其信道容量计算公式如下。
其中C表示信道容量，该公式中信道容量C表示信道可能传输的最大速率，B表示信道宽度，N表示白噪声的平均功率，S表示信号的平均功率，表示信噪比。从扩频通信的信道容量公式可以看到，如若信道可能传输的最大速率为常数时，当信道宽度B增加，信噪比则降低，系统对信号功率的要求也随之降低。在扩频通信系统中，直接序列扩频系统利用该原理实现通信。
1.1 直接序列扩频通信的原理
直接序列扩频系统既直扩系统，是扩频系统的主要方式之一，也是当前应用最为广泛的扩频系统。直扩系统属于扩展频谱系统，主要运行原理为：利用伪随机码将信息发送至某个宽频带上，接收端接受信号后，利用相同的伪随机序列处理扩频信号，还原恢信号内的原来信息。因此，直扩系统在强噪声环境下仍可以顺利接受并处理信号，保证通信的可靠性。扩展序列公式如下：
d（t）=a（t）c（t）
d（t）为扩展序列，a（t）为信源产生的信号，c（t）为码元速率
扩展序列公式的实质为信息流与为随机序列的模2加或相乘。由于信息速率远远低于伪随机码速率，因而伪随机码速率扔为扩展后序列的速率。将扩展后的序列用于调制载波，将信号版一道载频上，从而产生调制信号。调制信号的公式如下：
s（t）=d（t）cosω0t=a（t）c（t）cosω0t；s（t）表示调制信号，ω0表示载波率）
经接收端进行高放及混频处理后可得到有用信号、信道信号、干扰信号等若干部分信号，再经过为随机序列解扩，进而产生信号。由于接收到的干扰信号、噪声与伪随机序列不存相关性，经解扩器处的作用下，信号进入扩频，降低信号的频谱密度，从而频带内信号的干扰功率，提高信噪比，从而实现通信系统抗干扰能力的提高。
1.2 扩频通信的特点
和传统通信技术相比，直扩系统具有以下特点。一是隐蔽性强。信号与宽频带内扩展，单位宽带上的功率小，信号功率频谱民都低，信号隐藏再白噪声中，难以被无关人员发现。即使信号被发现，由于没有扩展编码，也无法获取有用信号。不仅如此，直扩系统信号的功率谱密度极低特性也导致信号无无关电信设备的干扰作用也极小，甚至不产生干扰作用。二是抗干扰性强且可抗多径干扰。扩频通信的主要特点之一即为抗干扰能力强，扩频通信技术极大的扩展了信号频带，窄带干扰对信号频带无法产生干扰，频带扩展也使宽带抗干扰强度呈倍数增加，因而进入信号内的干扰功率降低，抗干扰能力提高。抗多径干扰属于通信系统的难点，而直扩系统则有效的解决了抗多径干扰额问题。它通过分集接收技术将不同路径的不同延迟信号对齐相加，合成更强的有用信号，从而实现抗多径干扰。三是抗衰落能力好，由于直扩系统的频率更宽，因而部分信号衰落不影响信号的整体性能。四是高分辨率测向及定，伪随机码的相关特性可完成高进度测距和定位。
2 扩频码发生器及其相关特性
2.1 收发信机硬件设计
根据直扩系统的原理，话音信号经话筒产生模拟信号，必须先进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号，然后进行扩频和调制，在接收单通过解扩、解调，最后经过D/A转换，恢复成模拟信号。既扩频通信系统与以上几种通信系统相比，扩频系统多了扩频调制和解扩两部分。
2.2 m序列
扩频码多采的伪随机码包含m序列、M序列以及Gold序列等多个序列，其中m序列属于的线性最长，由位寄存器加反馈后形成，其伪随机性和相关性特点良好。M序列发生器的结构如图1，m序列结构的反馈系数有特征多项式确定，由于m序列具有周期性，因而m序列的自相关系数也具有周期性特点，并且其周期性与序列的周期性相同。
图1
3 结语
从扩频通信的原理、特点以及扩频码发生器及其相关特性可以看出，直扩通信系统的抗噪能力强，在强噪声环境下可保证通信质量。并且随着通信技术的发展，直扩通信系统的功能将更加完善，其抗噪能力也将进一步提升，直扩通信系统在强噪声环境中应用作用将更加突出。
参考文献
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作者简介
李娟艳（1993-），女，福建省宁德市人。现就读于北华航天工业学院。研究方向为通信。
作者单位
北华航天工业学院 河北省廊坊市 065000
