扩频技术

       扩展频谱技术是用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。扩频通信是将待传送的信息数据用伪随机编码（扩频序列：SpreadSequence）调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。它是一种宽带的编码传输系统。

        在研究扩频通信技术之前，我们要先研究通信系统中的几个基本问题：

       有效性、可靠性和安全性通常是矛盾的。一般情况下，要增加系统的有效性，就得降低可靠性，反之亦然。在实际中，常常依据实际系统的要求采取相对统一的办法，即在满足一定可靠性指标下，尽量提高消息的传输速率，即有效性；或者，在维持一定有效性的条件下，尽可能提高系统的可靠性。

       不同的扩频技术发展就是在上述的三个方面中不断寻找平衡的过程。

       扩频通信技术始于19世纪20年代雷达的发明，其主要目的是提高分辨率。在第二次世界大战（WWII）中，军队对抗干扰也有此思想。

       真正有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员HedyLamarr和钢琴家GeorgeAntheil提出的（图2-21）。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视。该专利于1962年古巴导弹危机时到期。1998年6月，Hedy Lamarr将此专利卖给Wi-LAN公司。

图2-21   HedyLamarr和GeorgeAntheil的照片

       世界上第一个直接序列扩频系统是在美国的联邦通信实验室（FTL）于1949年由Derosa和Rogoff完成的，它成功地工作在NewJersey和California之间的通信线路上。

       理论研究紧跟其上，1950年Basore首先提出把这种扩频系统称作NOMAS（Noise Modulation And Correlation Detection System）这个名称被使用相当长的时间。

       1951年后，美国的ASC（ArmySignalCorps，陆军通信兵）要求进一步研究NOMACS，想把它应用于高频无线电传通信线路，以对抗敌人的干扰。1952年由LincolnLaboratory研制出P9D型NOMACS，并进行了试验。1953—1955年Lincoln Laboratory研制出了F9C型无线电传机系统。

       很快，美国海军和空军也开始研究他们自己的扩频系统，空军使用名称为“Phatom”（鬼怪、幻影）和“Hush-Up”（遮掩），海军使用名称为“Blades”（桨叶）。那时设备庞大，是用电子管装的，设备要装几间屋子，使应用受到限制。在晶体管出现后，特别是集成电路出现后，才使扩频系统得到广泛使用。

       第一本有关扩频系统的专著是R.C.Dixon于1976年出版的。1978年在日本京都召开国际无线通信咨询委员会公布研究成果。1982年在美国召开第一次军事通信会议，两次报告扩频技术在军事中的应用。1985年美国提出CDMA（码分多址）的概念。同年美国联邦通信委员会（FCC）制定扩频通信的标准和规范，逐步转入民用的商业化研究。20世纪90年代，美国国家航空和航天管理局提出CDMA方式的频谱利用率高于FDMA方式，对扩频通信的研究产生深远影响，其后各公司逐步生产商用产品。

       最近的二十几年扩频技术得到越来越广泛的使用。例如，美国的全球定位系统（GPS）设备简单，定位精度高，全球使用；通信数据转发卫星系统（TDESS）、码分多址（CDMA）卫星通信系统，特别是NASA和军用卫星通信系统几乎都使用扩频技术和码分多址移动通信系统，这些都属于直接序列扩频系统；跳频扩频系统如多种跳频电台和SINCGARS（30～80MHz）；跳时-跳频混合扩频型如JTIDS系统

（Joint Tactical Information Distribution System）；我国正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在20世纪70年代。

以后在卫星通信的数据传输、定位、授时系统中都有使用。今后，在卫星通信、移动通信系统、定位系统等领域将会得到进一步广泛使用。

       从历史的经验总结，扩频通信主要基于两个方面：一个是信息战，即信息对抗-电子对抗-通信对抗；另一个是提高频带的利用率。