扩频通信的理论基础
长期以来,人们总是想法使信号所占领谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢?简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。
扩频通信的基本特点,是传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF),其比值称为处理增益Gp:
Gp=W/DF......(1)
众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度,如话音为1.7---3.1kHz,电视图像则宽到数兆赫。为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等),和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式,Gp值一般都在十多倍范围内,统称为“窄带通信”。而扩频通信的Gp值,高达数百、上千,称为“宽带通信”。
扩频通信的可行性,是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。
信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为:
C=WLog2(1十P/N)......(2)
式中:
C---信道容量(用传输速率度量)
W---信号频带宽度
P---信号功率
N---白噪声功率
式(2)说明,在给定的传输速率C不变的条件下,频带宽度W和信噪比P/N是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法,在较低的信噪比P/N(S/N)情况下,传输信息。
扩展频谱换取信噪比要求的降低,正是扩频通信的重要特点,并由此为扩频通信的应用奠定了基础。
扩频通信可行性的另一理论基础,为柯捷尔尼可夫关于信息传输差错概率的公式:
Powj?f(E/N。)......(3)
式中:
Powj---差错概率
E---信号能量
N。---噪声功率谱密度
因为,信号功率P=E/T(T为信息持续时间)
噪声功率N=WN。(W为信号频带宽度)
信息带宽DF=l/T
则式(3)可化为:
Powj?f(TW.P/N)=f(P/N.W/DF)......(4)
式(4)说明,对于一定带宽DF的信息而言,用Gp值较大的宽带信号来传输,可以提高通信抗干扰能力,保证强干扰条件下,通信的安全可靠。亦即式(4)与式(2)一样,说明信噪比和带宽是可以互换的。
总之,我们用信息带宽的100倍,甚至1000倍以上的宽带信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。
扩频通信的主要性能指标
处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。
处理增益G也称扩频增益(SpreadingGain)
它定义为频谱扩展前的信息带宽DF与频带扩展后的信号带宽W之比:
G=W/DF
在扩频通信系统中.接收机作扩频解调后,只提取伪随机编码相关处理后的带宽为DF的信息,而排除掉宽频带W中的外部
