关于扩频通信的一些知识

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扩频调制有很多方式，包括直接序列扩频，跳频扩频和跳时扩频等，这里仅介绍适用于数字视频通信的直接序列扩频方式。
下图为直接序列扩频调制器框图，假设双极性的二进制信息序列速率为R(bit / s)，其脉冲宽度为T R b = 1 ，PN产生器生成的PN序列也采用双极性矩形脉冲，其宽度为c T 。习惯上我们把 PN 序列的脉冲称为码片(chip)，其宽度远小于信息序列的脉冲宽度。
整个调制过程可分为两大步骤：首先由PN 序列和二进制信息序列相乘，称为扩频过程。由于PN 序列的码片宽度c T 很小，相乘的结果是使发送信号的频谱展宽。随后，将扩频的基带信号按常规线性调制方法发射出去。
我们也可以从频域的角度解释扩频过程。由于时域信号的相乘计算对应于频域卷积，而我们前面曾经介绍过PN 序列的频谱近似为平坦的宽带连续谱。所以，扩频过程使窄带信息序列通过频域卷积获得了同样近似平坦的宽谱。此时发射机输出的扩频调制信号带宽为 W = 1 Tc 。我们定义带宽扩展因子表示信号经过扩频处理后的频谱扩展倍数，在实际系统中通常是一个整数。
扩频调制的理论基础可以用 Shannon 公式C= W *log( 1+S /N)   来描述。该公式表明，为达到特定的传输能力，可以用增加带宽的方法来换取信噪比。扩频调制的带宽比原信息序列扩大了几十至几千倍，因此获得了可观的抗干扰能力。
扩频系统在窄带和单频干扰以及各种自然干扰(如雷电，汽车火花干扰等)下，都能表现出良好的性能。但是，扩频系统之所以备受推崇并得到广泛应用，还在与它具备一些特有的抗干扰能力：
(1) 抗多径干扰能力
多径干扰属于乘性干扰。它是由于电波在无线传输中经过反射和散射，以至接收端由不同幅度和时延的多路信号叠加形成了随机干涉。在常规的通信体制中，由于多径干扰产生的频率选择性衰落和时间选择性衰落，会造成严重的符号间串扰(ISI)，使通信系统发生大量误码，必须采用复杂的均衡技术加以克服。而对于扩频调制系统来说，由于PN 序列的自相关特性，不同路径的信号在接收点可以看成是互相独立的。接收机只需通过相关运算找到信号最强的“主径”，将其作为有用信号进行同步接收；其余的到达时间不同的路径，由于其PN序列的相位与接收机本地PN 序列不同，在解扩过程后仍为宽带频谱，被作为噪声处理。更进一步，还可以利用PN 序列的自相关性将不同路径的信号分离出来，然后再根据某种规则将它们结合成一个有用信号，达到分集接收的效果 (例如RAKE 接收机)。
(2) 抗多址干扰能力
也称为多用户能力，这一点在数字视频通信中非常重要。在未来的数字视频通信网中，每一个终端用户都被分配一个唯一的PN 码(暂时的或永久的)，且与其它用户的PN 码近似正交，这样服务基站通过不同的PN 码就可以将每个用户的信号区分开。用户用自己的PN码完成扩频并与服务基站通信，其它用户的信号将在解扩时去除。对单个用户来说，扩频通信的频谱效率很低；但是大量用户可以同时使用一个频带且相互间不会有明显的干扰，所以
通信系统的整体频谱效率很高。同时，因为不同种类和周期的PN 序列数量惊人，非法用户难以破解，所以也达到了“服务保密”的目的。
此外，由于扩频调制中有用信号的功率被分配到扩频频谱上，功率谱密度值很低，甚至可以被噪声掩埋，使信号具有较强的隐蔽性。同时，PN 序列本身具有难以破解性和一定的抗人为干扰能力，这使得扩频调制在军事通信领域大显身手。
与信道编码一样，扩频过程也可以看作是对信息序列引入冗余度，所以在工程应用中扩频调制常常和特殊设计的信道编码相结合。
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