浅谈扩频通信在无线局域网中的应用

2022-04-04 09:57:47 | 浏览次数：

摘要：本文介绍了无线局域网和扩频通信技术的理论基础和工作方法，对扩频通信技术在无线局域网中的应用及特点进行了分析。

关键词：无线局域网；扩频通信；处理增益；直扩；跳频

随着越来越多的WiFi智能手机和终端的出现，无线局域网（WLAN）成为宽带数据业务的主要承载方式。

无线局域网是相当便利的数据传输系统，利用射频技术，取代旧式双绞线构成的局域网络，使得无线局域网络架构简单。无线局域网络工作于2.5GHz或5GHz频段，具有灵活、安装便捷、易进行网络规划调整、易于扩展等优点。随着应用环境的更新与发展，电缆铺设的局域网络重新安装费时费力，成本很高，架设无线局域网络就成为最佳解决方案。与此同时，无线局域网也存在很多不足之处，如网络性能不稳定，无线局域网是依靠无线电波进行传输的，而建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输，影响网络性能；传输速率，目前无线局域网的最大传输速率为150Mbit/s，适合个人终端盒小规模网络；安全性，无线信号发散，容易被监听，造成信息泄露。无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，系统利用射频无线电或红外线，借助扩频通信技术，实现固定、半移动网络终端对Internet网络进行较远距离的高速连接访问。

无线局域网主要信息安全保障技术有验证与加密、网络嗅探技术还有扩频技术。扩频技术即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，是扩展频谱通信的简称，是指用来传输信息所用的带宽远大于此信息所需最小带宽的一种通信方式。扩频通信技术具有抑制干扰能力强、信号功率谱密度低、信号便于隐藏和保密等特点，被广泛的应用于移动通信领域，使得无线通信的信号强度、抗干扰性以及安全性都得到了极大的飞跃。扩频通信系统的重要参数是扩频通信系统的处理增益GP，是扩频信号带宽与原始信号带宽的比值，一般GP值远大于10。

扩频通信是基于信息论和抗干扰理论的信息传输方式，它与卫星通信、光纤通信一同被誉为信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信系统可以认为是扩频和解扩的变换对，其物理模型如图a、图b所示，（a）发射；（b）接收：

扩频通信系统具备3个主要特征：载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的带宽信号；载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多；接收过程是通过将本地产生的带宽载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的。

1 扩频通信技的类型

1.1 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）

简称直扩（DS）。就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱，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。原理是直接用伪噪声序列对载波进行调制，要传送的数据信息需要经过信道编码后，与伪噪声序列进行模2和生成复合码去调制载波。接受机在收到发射信号后，首先通过伪码同步捕获电路来捕获发送来到伪码精确相位，并由次产生跟发送端的伪码相位完全一致的伪码相位，作为本地解扩信号，以便能够及时恢复出数据信息，完成整个直扩通信系统的信号接收。直扩的优点是抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可同频工作、通信速率高。在实际应用中会遇到以下几个问题，频道数减少、带宽增大和信息量增大。

1.2 跳频扩频

又被称为跳频扩频技术（FH）。是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种方法。与直扩技术完全不同，跳频系统是靠载频的随机跳变，躲避干扰，将干扰排斥在接收通道以外来达到抗干扰的目的。跳频相当于瞬时窄带通信系统，不会得到直接序列扩频的处理增益。优点是抗干扰，跳频越高抗干扰的性能越好。

1.3 跳时（TH）

与跳频相似，是使发射信号在时间轴上跳变。跳时也可以看成是一种时分系统，不同的在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益是一帧中所分的时片数。

1.4 脉冲调频

模拟磁带地震记录的一种方式。发信端发出射频脉冲信号，在每一脉冲周期中频率按某种方式变化。在收信端用色散滤波器解调信号，使进入滤波器的宽脉冲前后经过不同时延而同时到达输出端。这种记录方式不受与记录条件有关的幅度畸变的影响，提高了抗干扰能力和信噪比。

1.5 混合扩频

将多种基本扩频方法结合起来，以提高系统综合性能。例如：直扩和跳频的结合（DS/FH），跳频和跳时的结合（FH/TH），等。可兼顾各种性能，又比单一扩频技术的效果要好。

2 扩频技术的特点

与其他通信手段相比，扩频通信占用的信道频带宽得多，具有以下特点：

2.1 信号便于隐蔽和保密

保密性好是扩频通信最初在军事通信中获得应用的主要原因。由于扩频系统使用周期很长的伪随机友进行扩频，经调制后的数字信息类似于随机噪声，在接收端进行解扩时，只有采用与发送端同步的扩频码才能正确恢复发送的信息。

2.2 抗干扰性能强

抗干扰能力强势扩频通信最基本的特点。扩频系统的扩展频道越宽，获得的处理增益越高，干扰容限就越大，抗干扰能力就越强。接收端采用与发送端同步的扩频码解扩后，有用信号得到恢复，其他干扰信号的频谱都被展宽了，从而使得落入信息带宽内的干扰强度大大降低，从而抑制了干扰。