扩频通信技术的原理、特点与应用
摘要：扩频通信是一种利用伪随机码对信号进行频谱扩展的通信方式，它具有抗干扰、抗多径衰落、低截获、保密和码分多址等优点，广泛应用于军事和民用领域。本文介绍了扩频通信的基本原理和分类，分析了扩频通信的主要特点和性能指标，概述了扩频通信的发展历程和应用领域，展望了扩频通信的未来发展方向。
关键词：扩频通信；伪随机码；抗干扰；码分多址
一、扩频通信的基本原理和分类
扩频通信是一种利用伪随机码对信号进行频谱扩展的通信方式，使得传输信号的带宽远大于信息带宽，从而提高了信号的抗干扰能力和保密性。扩频通信的基本原理如图1所示。
在发端，信息信号经过调制后，再与伪随机码序列进行相乘或相加，得到扩频后的信号。伪随机码序列是一种具有随机性和周期性的二进制数字序列，其码元长度远小于信息符号长度，其自相关函数近似为冲激函数，其互相关函数近似为零。因此，伪随机码序列可以作为一种调制载波，将信息信号从原来的窄带域转换到宽带域。扩频后的信号再经过射频调制后发送出去。
在接收端，收到的扩频信号经过射频解调后，再与本地产生的与发端相同且同步的伪随机码序列进行相关运算，得到解扩后的信号。由于伪随机码序列具有良好的自相关特性和互相关特性，在相关运算中，只有与信息信号相乘或相加的那部分伪随机码序列能够被消除，而其他部分的噪声或干扰则被压缩到较小的范围内。因此，解扩后的信号可以恢复出原始的信息信号。
根据扩频方式的不同，扩频通信可以分为直接序列（DS）扩频和跳频（FH）扩频两大类。
（1）直接序列（DS）扩频
直接序列（DS）扩频是指将伪随机码序列直接与信息调制后的窄带数字信号进行相乘或相加，得到扩频后的信号。DS扩频的特点是扩频比较大，抗干扰性较强，但需要较高的同步精度和较宽的信道带宽。
（2）跳频（FH）扩频
跳频（FH）扩频是指将信息调制后的窄带信号在一定范围内的多个载波频率之间按照伪随机码序列的规律进行跳变，得到扩频后的信号。FH扩频的特点是扩频比较小，抗多径衰落性较好，但需要较复杂的跳频控制和协调。
二、扩频通信的主要特点和性能指标
扩频通信具有以下几个主要特点：
（1）抗干扰性强
由于扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，因此可以在强噪声背景下进行可靠通信，不易被窄带干扰所影响。同时，由于伪随机码序列具有不可预测性和保密性，干扰者很难通过观察或解调进行有效干扰。另外，由于伪随机码序列具有良好的自相关特性和互相关特性，在接收端可以利用相关检测技术进行解扩，从而抑制或消除噪声或干扰的影响。因此，扩频通信具有很强的抗干扰能力，可以在低信噪比甚至负信噪比下进行通信。
（2）低截获性
由于扩频信号的功率密度很低，接近于噪声水平，因此很难被侦察接收机检测到，即使被检测到也很难识别出其特征参数，从而提高了通信的隐蔽性。同时，由于伪随机码序列具有保密性和多样性，只有知道正确的伪随机码序列和同步时刻的接收机才能正确解调出信息信号，否则只能得到无意义的噪声。因此，扩频通信具有很高的保密性和低截获性。
（3）抗多径衰落性能好
多径衰落是指电波传播过程中因遇到各种非期望反射体（如电离层、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的衰落现象。多径衰落会严重影响通信质量。扩频通信由于增加了扩频调制和解扩过程，在接收端解扩时，可以从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，从而有效消除无线通信中因多径衰落造成的信号衰落现象，使扩频通信具有良好的抗多径衰落特性。
（4）易于实现码分多址
码分多址（CDMA）是一种利用伪随机码序列对不同用户进行编码和识别的多址技术，在同一时间、同一频带上允许多个用户同时进行通话而互不干扰。