擴頻方法研究現狀

『壹』 MATLAB環境下擴頻通信的研究及誤碼率的模擬

摘 要
本文闡述了擴展頻譜通信技術的理論基礎和實現方法，並通過MATLAB 提供Simulink 模擬平台對直擴通信系統進行了模擬，詳細講述了各模塊的設計。在給定模擬條件下，運行了模擬系統，得到了預期的絕喊飢模擬結果。同時，利用建立的模擬系統，研究了系統信噪比與誤碼率關系，結果表明，提高信噪比，可以減小系統誤碼率 。
關鍵詞 直擴通信；信噪比；誤碼率；

abstract
This paper expounds the spread spectrum communication technology and the method of realizing the theoretical basis, and provide simulink7.1 simulation platform through MATLAB for straight expansion communication system is simulated, and detailed design of each mole tells the story. In a given simulation conditions, run the simulation system, and gained anticipative simulation results. At the same time, using the simulation system, established the system ber relationship with SNR, the results show that, improve signal-to-noise ratio, can rece the system ber.
Keywords straight extender communication; Signal-to-noise ratio(SNR);

1.緒論
按照擴展頻譜的方式不同, 現有的擴頻通信系統可分為直接序列( DS) 擴頻、跳頻( FH) 、跳時( TH) 、線性調頻( chirp) 以及上述幾種方式的組合。
本文主要討論直接序列擴頻系統的性能。直接序列擴頻就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發送端去擴展信號的頻譜。而在接收端, 用相同的擴
頻碼序列去進行解擴, 將展寬的擴頻信號還原成原始的信息。直擴通信系統原理如圖1 所示。在發送端輸入的信息滲察先經信息調制形成調頻或調相數字信號, 然後由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜, 再將展寬後的寬頻信號調制到射頻發送出去。在接收端, 接收機接收到寬頻
射頻信號後, 首先將其變頻至中頻, 然後通過同步電路捕捉發送來的擴頻碼的准確相位, 由此產生與發送來的偽隨並返機碼相位完全一致的接收用的偽隨機碼, 作為擴頻解調用的本地擴頻碼序列, 最後經信息解調, 恢復成原始信息輸出。

圖1 擴頻通信原理圖
由此可見, 直擴通信系統要進行三次調制和相應的解調, 分別為信息調制、擴頻調制和射頻調制, 以及相應的信息解調、解擴和射頻解調。與一般通信系統比較, 擴頻通信就是多了擴頻調制和解擴部分。
2.CDMA擴頻通信系統發展方向
擴頻通信系統是在20 世紀50 年代中期產生的，其抗干擾、抗竊聽、低截獲等方面的能力得到很大的發展，但都只是局部的發展。隨著微處理器、超大規模集成電路、數字信號處理器件、擴頻專用器件的問世，在20 世紀60 年代擴頻技術獲得了重大的突破和進展，在實際的應用中優越性更加明顯，擴頻通信成為通信的一種重要方式〔3〕。其優良的抗干擾特性、低截獲概率特性、多址接入能力和強保密性不僅在軍事通信中發揮出了不可取代的優勢，而且廣泛地滲透到民用和商用通信各個領域〔4〕，如衛星通信、移動通信、微波通信、無線定位系統、全球個人通信和無線區域網等等。總之，擴頻通信系統的這些優點決定了它在國內第三代移動通信中將擁有廣闊應用前景。為了使擴頻通信系統更好地發揮其抗干擾能力，應繼續在以下幾方面進一步研究：
（1）相關跳頻增強擴頻系統（CHESS）被廣泛裝備於國外部隊，具有很強的抗干擾性能，對CHESS 進行干擾研究是未來的發展方向之一。
（2） 跳頻技術與多種高效調制技術應用於很多民用通信系統，但由於無需考慮跟蹤式干擾或轉發式干擾等敵對干擾，其跳速通常較慢。如何解決高速跳頻技術與高效調制解調技術的有機結合還有待在今後的研究中不斷探索。
（3）因為混沌系統對初始值的敏感依賴性，可以提供數量眾多、非相關、類隨機而又確定、易於產生的信號，所以混沌序列特別適合作為擴頻通信中的擴頻碼，混沌擴頻通信是目前混沌應用研究最熱門的方向之一〔5〕。
（4）進一步研究混合式擴展頻譜系統（例如直擴與跳頻，直擴與跳時，直擴、跳頻與跳時的組合），優勢互補，從而滿足高性能指標的抗干擾要求，緩解某些技術難點，降低成本，進而達到更合理的性能價格比。

3．Matlab/Simulink模擬軟體及其通信工具箱
MATLAB 是一種數學應用軟體, 經過多年的發展, 開發了包括通信系統在內的多個工具箱, 成為目前科學研究和工程應用最廣泛的軟體包Simulink 是MATLAB 中的一種可視化模擬工具, 是一種基於MATLAB 的框圖設計環境, 是實現動態系統建模、模擬和分析的一個軟體包, 被廣泛應用於線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和模擬中。Simulink 可以用連續采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模, 它也支持多速率系統, 也就是系統中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創建動態系統模型,Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶介面( GUI) , 這個創建過程只需單擊和拖動滑鼠操作就能完成, 它提供了一種更快捷、直接明了的方式, 而且用戶可以立即看到系統的模擬結果。
4．搭建CDMA擴頻通信模擬系統與模擬結果
4.1 直接序列擴頻系統
4.1.1發生信號模塊：

二進制數據源
a(t) d(t) s(t)

直接序列擴頻的發射機系統結構如上圖所示。其中設數據序列{an},極性波形為a(t), ,其電平取值±1，碼元速率為Rabps，碼元寬度為Ta=1/Ras.擴頻所使用的偽隨機續列c(t)(PN)也是電平取值±1的雙極性波形，對於雙極性波形而言，擴頻過程等價於數據流a(t)與隨機續列c(t)相乘的過程，擴頻輸出序列為d(t)，也是電平取值±1的雙極性波形，其速。率等於碼片速率。擴頻序列經調制後得到的輸出信號送入信道。對於BPSK調制，有
s(t)=d(t)cos2∏ft
=a(t)c(t) cos2∏ft
由於pn碼速率遠遠高於數據傳輸速率，所以調制輸出信號s(t)的頻帶寬度將遠遠大於數據波形的寬度

4.1.2 信道及接收機模塊
在信道中，信號唄疊加了雜訊和干擾。接收機前端電路系統包含高頻放大，混頻，中頻放大等部分。目的是將接收機的微弱信號進行放大和頻率搬移以滿足後級（解擴）的信號處理要求。設信道中等效雜訊為n(t),干擾為J(t) ,則接收機前端電路系統輸出信號r(t)可建模為
r(t)=s(t) +n(t) + J(t)

其中s(t)是傳輸的調制信號。接收機中的同步系統負責想接收機解擴，解調和解碼等部分提供所需的時鍾和同步信號，保證接收端的本地本地擴頻序列同步，載波同步，定時時鍾同步等。同步系統通常由一些非線性網路和各種鎖相環路構成。黨接收機達到同步要求時，其本地擴頻序列與發射機擴頻序列相同。解擴也使以乘法器完成的，因此解擴輸出信號m(t)為
m(t)=r(t)c(t)
=( s(t) +n(t) + J(t))c(t)
=a(t)c^2(t)cos2∏ft+n(t)c(t)+J(t)c(t)

由於擴頻序列c(t)的取值為±1，故c^2(t)=1，且擴頻序列c(t)與雜訊和干擾n(t),J(t)是不相關的，因此解擴輸出的信號分量成為窄帶信號，而雜訊和干擾部分則是寬頻的，即
m(t)=a(t)cos2∏ft+n(t)c(t)+J(t)c(t)
這樣，將解擴輸出信號m(t)通過窄帶濾波器可以大大抑制雜訊和干擾部分，當無雜訊和干擾時，解擴信號在經過BPSK調制，得到解調輸出信號a^(t)=a(t),即完全恢復發送數據波形。
4.2 模擬系統模型
用戶一：
傳輸數據Bernoulli Binary Generator為隨機種子數61；
PN序列
特徵多項式為【1 0 0 0 0 1 1】，初始狀態【0 0 0 0 0 1】

用戶二：
傳輸數據Bernoulli Binary Generator為隨機種子數77；
PN序列
特徵多項式為【1 0 0 0 0 1 1】，初始狀態【0 0 0 0 1 1】

4.3 模擬結果及分析
4.3.1 分別為信源波形，PN序列波形及信源與PN序列相乘後的波形

4.3.2 分別為信源波形及解調後恢復波形

4.3.3 分別為信源波形的頻譜和解調恢復後波形的頻譜

4.3.4 分別為擴頻後的頻譜和進過信道後的頻譜

4.3.5 分析
擴頻序列波形等價於原序列波形與PN序列波形相乘的結果。對比發送信號波形與解調後恢復信號波形基本一致，說明解調正確。對比擴頻前與擴頻後的頻譜可見，擴頻以後的頻譜比原來的頻譜帶寬展寬了大約20倍，峰值高度降低了約6dB。
4.4 用戶1及用戶2誤碼率曲線及其分析

5．總結與體會
本次科研設計的題目是以MATLAB/SIMULINK模擬軟體為基礎設計一個CDMA擴頻通信設計系統。SIMULINK,擴頻通信等字眼對於我們來說都是全新的，陌生的東西。正因為東西陌生，所以這次科研訓練的目的不僅僅是設計一個通信系統，還有就是要學會在網上圖書館檢索，查找與科研訓練有關的資料，說來還真是慚愧，以前還從來沒有用過學校圖書館的網上圖書館查過資料。本次科研訓練還有一個新穎之處是我們自由組隊，以組隊的方式進行，組內再分工，從而鍛煉我們的團隊合作能力。
在老師的指導下，我們開始了尋找資料、熟悉模擬軟體的應用等事情當中。但，盲目卻在這里體現了。大多數的同學都成了無頭蒼蠅，開始在網上搜索相應的答案。可大海撈針談何容易；還有些同學開始聯系學長，想找些幫助，可這樣實習的目的就錯了，作用也將大打折扣。種種跡象表明，當讓學生們自己動手設計一件產品的時候，所學的一切知識都被忘在腦後，一切的思緒都被打亂了，學生能力的欠缺在此時被一覽無余。當然，我也不例外。但，經過調整，我開始靜下心來思考我的課題，我認為：一個設計者必須要有縝密的思維能力以及良好的心態。所以，以後的時間，我開始對我的課題進行分解，將大的問題分解成各小塊的部分來逐個擊破。
這次設計我負責的部分是信道及接收，在信道的部分加入一干擾信號，這里的干擾通常是指敵方的惡意干擾或用戶之間的相互干擾。接受部分主要就是對已調的信號進行解擴和解調，解擴要注意的就是需要一個與接收端完全一樣的PN序列，把已調信號解擴出來，解擴信號再經過PSK解調，得到的信號波形應與發端信號相同，說明完全恢復了所發送數據波形。在指導老師所給的參考資料的前提下完成這些不是特別大的問題，主要就是要熟悉原理，正確設置參數。擴頻通信技術具有抗干擾能力強，抗截獲，抗多徑，多址能力強，保密性好及測距精度高等一系列優點，因而越來越受到人們的重視。擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，在發送端採用擴頻碼調制，使信號所佔的頻帶寬度遠大於所傳信息所需帶寬；在接收端採用相同的擴頻碼進行相關解調已恢復所傳信息數據。在知道這些原理之後再進行系統的設計就容易多了，要想很好的完成我的接收模塊，就必須熟悉整個模塊的工作過程。
總之，這次實習還是圓滿的完成了任務，在我們團隊的共同努力下實現了整個系統的通信過程，在看到接收的波形與恢復的波形一致時，這幾天的努力終於得到了認可。
致謝
當然，這次科研訓練讓我學到了很多東西，衷心的感謝我的指導老師和給我幫助的同學們，是他們幫助完成了這次科研訓練
參考文獻
《通信原理》第六版 樊昌信 曹麗娜編著 國防工業出版社
《擴頻通信技術及應用》韋惠民主編 西安電子科技大學出版
《基於MATLAB/Simulink 的擴頻通信系統模擬及抗干擾研究》 鄒寧 徐松濤 牛建兵
《擴頻通信技術淺析》 王立松1，肖冰2，梁光明1，牛新武3

『貳』 無線網路 發展狀況的論文

無線網路發展狀況

計算機通信分兩種:有線通信和無線通信
無線通信包括衛星,微波,紅外等等

無線區域網（Wireless LAN）技術可以非常便捷地以無線方式連接網路設備，人們可隨時、隨地、隨意地訪問網路資源。在推動網路技術發展的同時，無線區域網也在改變著人們的生活方式。本文分析了無線區域網的優缺點極其理論基礎，介紹了無線區域網的協議標准，闡述了無線區域網的體系結構，探討了無線區域網的研究方向。

關鍵詞 乙太網 無線區域網 擴頻 安全性 移動IP

一、引 言

隨著無線通信技術的廣泛應用，傳統區域網絡已經越來越不能滿足人們的需求，於是無線區域網（Wireless Local Area Network，WLAN）應運而生，且發展迅速。盡管目前無線區域網還不能完全獨立於有線網路，但近年來無線區域網的產品逐漸走向成熟，正以它優越的靈活性和便捷性在網路應用中發揮日益重要的作用。

無線區域網是無線通信技術與網路技術相結合的產物。從專業角度講，無線區域網就是通過無線信道來實現網路設備之間的通信，並實現通信的移動化、個性化和寬頻化。通俗地講，無線區域網就是在不採用網線的情況下，提供乙太網互聯功能。

廣闊的應用前景、廣泛的市場需求以及技術上的可實現性，促進了無線豎散姿區域網技術的完善和產業化，已經商用化的802.11b網路也正在證實這一點。隨著802.11a網路的商用和其他無線區域網技術的不斷發展，無線區域網將迎來發展的黃金時期。

二、無線區域網概述

無線網路的歷史起源可以追溯到50年前第二次世界大戰期間。當時，美國陸軍研發出了一套無線電傳輸技術，採用無線電信號進行資料的傳輸。這項技術令許多學者產生了靈感。1971年，夏威夷大學的研究員創建了第掘凱一個無線電通訊網路，稱作ALOHNET。這個網路包含7台計算機，採用雙向星型拓撲連接，橫跨夏威夷的四座島嶼，中心計算機放置在瓦胡島上。從此，無線網路正式誕生。

1．無線區域網的優點

（1）靈活性和移動性。在有線網路中，網路設備的安放位置受網路位置的限制，而無線區域網在無線信號覆蓋區域內的任何一個位置都可以接入網路。無線區域網另一個最大的優點在於其移動性，連接到無線區域網的用戶可以移動且能同時與網路保持連接。

（2）安裝便捷。無線區域網可以免去或最大程度地減少網路布線的工作量，一般只要安裝一個或多個接入點設備，就可建立覆蓋整個區域的區域網絡。

（3）易於進行網路規劃和調整。對於有線網路來說，辦公地點或余絕網路拓撲的改變通常意味著重新建網。重新布線是一個昂貴、費時、浪費和瑣碎的過程，無線區域網可以避免或減少以上情況的發生。

（4）故障定位容易。有線網路一旦出現物理故障，尤其是由於線路連接不良而造成的網路中斷，往往很難查明，而且檢修線路需要付出很大的代價。無線網路則很容易定位故障，只需更換故障設備即可恢復網路連接。

（5）易於擴展。無線區域網有多種配置方式，可以很快從只有幾個用戶的小型區域網擴展到上千用戶的大型網路，並且能夠提供節點間"漫遊"等有線網路無法實現的特性。

由於無線區域網有以上諸多優點，因此其發展十分迅速。最近幾年，無線區域網已經在企業、醫院、商店、工廠和學校等場合得到了廣泛的應用。

2．無線區域網的理論基礎

目前，無線區域網採用的傳輸媒體主要有兩種，即紅外線和無線電波。按照不同的調制方式，採用無線電波作為傳輸媒體的無線區域網又可分為擴頻方式與窄帶調制方式。

（1）紅外線（Infrared Rays，IR）區域網

採用紅外線通信方式與無線電波方式相比，可以提供極高的數據速率，有較高的安全性，且設備相對便宜而且簡單。但由於紅外線對障礙物的透射和繞射能力很差，使得傳輸距離和覆蓋范圍都受到很大限制，通常IR區域網的覆蓋范圍只限制在一間房屋內。

（2）擴頻（Spread Spectrum，SS）區域網

如果使用擴頻技術，網路可以在ISM（工業、科學和醫療）頻段內運行。其理論依據是，通過擴頻方式以寬頻傳輸信息來換取信噪比的提高。擴頻通信具有抗干擾能力和隱蔽性強、保密性好、多址通信能力強的特點。擴頻技術主要分為跳頻技術（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）兩種方式。

所謂直接序列擴頻，就是用高速率的擴頻序列在發射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。而跳頻技術與直序擴頻技術不同，跳頻的載頻受一個偽隨機碼的控制，其頻率按隨機規律不斷改變。接收端的頻率也按隨機規律變化，並保持與發射端的變化規律一致。跳頻的高低直接反映跳頻系統的性能，跳頻越高，抗干擾性能越好，軍用的跳頻系統可達到每秒上萬跳。

（3）窄帶微波區域網

這種區域網使用微波無線電頻帶來傳輸數據，其帶寬剛好能容納信號。但這種網路產品通常需要申請無線電頻譜執照，其它方式則可使用無需執照的ISM頻帶。

3．無線區域網的不足之處

無線區域網在能夠給網路用戶帶來便捷和實用的同時，也存在著一些缺陷。無線區域網的不足之處體現在以下幾個方面：

（1）性能。無線區域網是依靠無線電波進行傳輸的。這些電波通過無線發射裝置進行發射，而建築物、車輛、樹木和其它障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸，所以會影響網路的性能。

（2）速率。無線信道的傳輸速率與有線信道相比要低得多。目前，無線區域網的最大傳輸速率為54Mbit/s，只適合於個人終端和小規模網路應用。

（3）安全性。本質上無線電波不要求建立物理的連接通道，無線信號是發散的。從理論上講，很容易監聽到無線電波廣播范圍內的任何信號，造成通信信息泄漏。

三、無線區域網協議標准

無線區域網技術（包括IEEE802.11、藍牙技術和HomeRF等）將是新世紀無線通信領域最有發展前景的重大技術之一。以IEEE（電氣和電子工程師協會）為代表的多個研究機構針對不同的應用場合，制定了一系列協議標准，推動了無線區域網的實用化。

1．IEEE802.11系列協議

作為全球公認的區域網權威，IEEE 802工作組建立的標准在區域網領域內得到了廣泛應用。這些協議包括802.3乙太網協議、802.5令牌環協議和802.3z100BASE-T快速乙太網協議等。IEEE於1997年發布了無線區域網領域第一個在國際上被認可的協議——802.11協議。1999年9月，IEEE提出802.11b協議，用於對802.11協議進行補充，之後又推出了802.11a、802.11g等一系列協議，從而進一步完善了無線區域網規范。IEEE802.11工作組制訂的具體協議如下：

（1）802.11a

802.11a採用正交頻分（OFDM）技術調制數據，使用5GHz的頻帶。OFDM技術將無線信道分成以低數據速率並行傳輸的分頻率，然後再將這些頻率一起放回接收端，可提供25Mbit/s的無線ATM介面和10Mbit/s的乙太網無線幀結構介面，以及TDD/TDMA的空中介面。在很大程度上可提高傳輸速度，改進信號質量，克服干擾。物理層速率可達54Mbit/s，傳輸層可達25Mbit/s，能滿足室內及室外的應用。

（2）802.11b

802.11b也被稱為Wi-Fi技術，採用補碼鍵控（CCK）調制方式，使用2.4GHz頻帶，其對無線區域網通信的最大貢獻是可以支持兩種速率--5.5Mbit/s和11Mbit/s。多速率機制的介質訪問控制可確保當工作站之間距離過長或干擾太大、信噪比低於某個門限值時，傳輸速率能夠從11Mbit/s自動降到5.5Mbit/s，或根據直序擴頻技術調整到2Mbit/s和1Mbit/s。在不違反FCC規定的前提下，採用跳頻技術無法支持更高的速率，因此需要選擇DSSS作為該標準的惟一物理層技術。

（3）802.11g

2001年11月，在802.11 IEEE會議上形成了802.11g標准草案，目的是在2.4GHz頻段實現802.11a的速率要求。該標准將於2003年初獲得批准。802.11g採用PBCC或CCK/OFDM調制方式，使用2.4GHz頻段，對現有的802.11b系統向下兼容。它既能適應傳統的802.11b標准(在2.4GHz頻率下提供的數據傳輸率為11Mbit/s)，也符合802.11a標准(在5GHz頻率下提供的數據傳輸率56Mbit/s)，從而解決了對已有的802.11b設備的兼容。用戶還可以配置與802.11a、802.11b以及802.11g均相互兼容的多方式無線區域網，有利於促進無線網路市場的發展。

（4）其他相關協議

IEEE802工作組今後將繼續對802.11系列協議進行探討，並計劃推出一系列用於完善無線區域網應用的協議，其中主要包括802.11e（定義服務質量和服務類型）、802.11f（AP間協議）、802.11h（歐洲5GHz規范）、802.11i（增強的安全性&認證）、802.11j（日本的4.9GHz規范）、802.11k（高層無線/網路測量規范）以及高吞吐量研究工作組的相關協議。

2．藍牙規范（Bluetooth）

藍牙規范是由SIG（特別興趣小組）制定的一個公共的、無需許可證的規范，其目的是實現短距離無線語音和數據通信。藍牙技術工作於2.4GHz的ISM頻段，基帶部分的數據速率為1Mbit/s，有效無線通信距離為10~100m，採用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。藍牙技術採用自動尋道技術和快速跳頻技術保證傳輸的可靠性，具有全向傳輸能力，但不需對連接設備進行定向。其是一種改進的無線區域網技術，但其設備尺寸更小，成本更低。在任意時間，只要藍牙技術產品進入彼此有效范圍之內，它們就會立即傳輸地址信息並組建成網，這一切工作都是設備自動完成的，無需用戶參與。

3．HomeRF標准

在美國聯邦通信委員會（FCC）正式批准HomeRF標准之前，HomeRF工作組於1998年為在家庭范圍內實現語音和數據的無線通信制訂出一個規范，即共享無線訪問協議（SWAP）。該協議主要針對家庭無線區域網，其數據通信採用簡化的IEEE802.11協議標准。之後，HomeRF工作組又制定了HomeRF標准，用於實現PC機和用戶電子設備之間的無線數字通信，是IEEE802.11與泛歐數字無繩電話標准（DECT）相結合的一種開放標准。HomeRF標准採用擴頻技術，工作在2.4GHz頻帶，可同步支持4條高質量語音信道並且具有低功耗的優點，適合用於筆記本電腦。

4．HyperLAN/2標准

2002年2月，ETI的寬頻無線接入網路（Broadband Radio Access Networks，BRAN）小組公布了HiperLAN/2標准。HiperLAN/2標准由全球論壇（H2GF）開發並制定，在5GHz的頻段上運行，並採用OFDM調制方式，物理層最高速率可達54Mbit/s，是一種高性能的區域網標准。HyperLAN/2標準定義了動態頻率選擇、無線小區切換、鏈路適配、多波束天線和功率控制等多種信令和測量方法，用來支持無線網路的功能。基於HyperRF標準的網路有其特定的應用，可以用於企業區域網的最後一部分網段，支持用戶在子網之間的IP移動性。在熱點地區，為商業人士提供遠端高速接入網際網路的服務，以及作為W-CDMA系統的補充，用於3G的接入技術，使用戶可以在兩種網路之間移動或進行業務的自動切換，而不影響通信。

5．無線區域網標準的比較

802.11系列協議是由IEEE制定的，目前居於主導地位的無線區域網標准。HomeRF主要是為家庭網路設計的，是802.11與DECT的結合。HomeRF和藍牙都工作在2.4GHz ISM頻段，並且都採用跳頻擴頻（FHSS）技術。因此，HomeRF產品和藍牙產品之間幾乎沒有相互干擾。藍牙技術適用於鬆散型的網路，可以讓設備為一個單獨的數據建立一個連接，而HomeRF技術則不像藍牙技術那樣隨意。組建HomeRF網路前，必須為各網路成員事先確定一個惟一的識別代碼，因而比藍牙技術更安全。802.11使用的是TCP/IP協議，適用於功率更大的網路，有效工作距離比藍牙技術和HomeRF要長得多。

四、無線區域網的體系架構

1．無線區域網的主要組件

（1）無線網卡。提供與有線網卡一樣豐富的系統介面，包括PCMCIA、Cardbus、PCI和USB等。在有線區域網中，網卡是網路操作系統與網線之間的介面。在無線區域網中，它們是操作系統與天線之間的介面，用來創建透明的網路連接。

（2）接入點。接入點的作用相當於區域網集線器。它在無線區域網和有線網路之間接收、緩沖存儲和傳輸數據，以支持一組無線用戶設備。接入點通常是通過標准乙太網線連接到有線網路上，並通過天線與無線設備進行通信。在有多個接入點時，用戶可以在接入點之間漫遊切換。接入點的有效范圍是20~500m。根據技術、配置和使用情況，一個接入點可以支持15~250個用戶，通過添加更多的接入點，可以比較輕松地擴充無線區域網，從而減少網路擁塞並擴大網路的覆蓋范圍。

2．無線區域網的配置方式

（1）對等模式。Ad-hoc模式。這種應用包含多個無線終端和一個伺服器，均配有無線網卡，但不連接到接入點和有線網路，而是通過無線網卡進行相互通信。它主要用來在沒有基礎設施的地方快速而輕松地建無線區域網。

（2）基礎結構模式。Infrastructure模式。該模式是目前最常見的一種架構，這種架構包含一個接入點和多個無線終端，接入點通過電纜連線與有線網路連接，通過無線電波與無線終端連接，可以實現無線終端之間的通信，以及無線終端與有線網路之間的通信。通過對這種模式進行復制，可以實現多個接入點相互連接的更大的無線網路。

五、未來的研究方向

如上所述，無線區域網技術的研究和應用方興未艾，是目前無線通信領域乃至整個通信行業的研究熱點。從無線區域網的進一步推廣應用來看，未來的研究方向主要集中在安全性、移動漫遊、網路管理以及與3G等其他移動通信系統之間的關繫上。

1．安全性問題

IEEE802.11協議標准建議使用兩種安全解決方案。一種是IEEE 802.11安全任務組（TGi）構建的安全框架--魯棒型安全網路（RSN）。這種網路用IEEE 802.1x提供基於埠的接入控制、鑒權和密鑰管理。該標准用可擴展鑒權協議（EAP）實現對用戶的鑒權。鑒權伺服器和用戶之間使用遠程鑒權撥入用戶服務協議（RADIUS）進行通信，RADIUS協議在網路接入的鑒權、授權和計費（AAA）中得到廣泛採用。由於IEE802.1x主要是針對有線區域網設計的，在無線區域網中使用IEE802.1x不可避免地存在漏洞。所以，盡管它對無線區域網的安全性能有很大改善，802.1x和802.11的結合仍然不能提供足夠的安全。

另一種方式則是目前廣泛應用於區域網絡及遠程接入等領域的虛擬專用網（VPN）安全技術。與802.11b標准所採用的安全技術不同，在IP網路中，VPN主要採用IPSec技術來保障數據傳輸的安全。對於安全性要求更高的用戶，將現有的VPN安全技術與802.11b安全技術結合起來，是目前較為理想的無線區域網絡的安全解決方案。

2．漫遊切換問題

無線區域網的漫遊問題是繼安全問題之後的一個至關重要的問題。在無線網路中，如果一邊使用無線區域網接入服務，一邊移動接入位置，那麼一旦移動終端超越子網覆蓋范圍，IP數據包就無法到達移動終端，正在進行的通信將被中斷。為此，IETF制定了擴展IP網路移動性的系列標准。所謂移動IP，就是指在IP網路上的多個子網內均可使用同一IP地址的技術。這種技術是通過使用被稱為本地代理（Home Agent）和外地代理（Foreign Agent）的特殊路由器對網路終端所處位置的網路進行管理來實現的。在移動IP系統中，可保證用戶的移動終端始終使用固定的IP地址進行網路通信，不管在怎樣的移動過程中皆可建立TCP連接並不會發生中斷。在無線區域網系統中，廣泛的應用移動IP技術可以突破網路的地域范圍限制，並可克服在跨網段時使用動態主機配置協議（DHCP）方式所造成的通信中斷、許可權變化等問題。

3．無線網路管理問題

相對於有線網路，無線區域網具有非常獨特的特性，因此必須建立相應的無線網路管理系統。除了系統結構、用戶需求和典型應用等模塊之外，一個好的無線網路管理系統還必須考慮以下因素：

（1）標準的網管通信方式。網管子系統通常與中央主機相連。網管子系統必須基於工業標準的管理協議(比如SNMP)，這樣才能監視主機和子系統之間每條鏈路上的狀態信息，並可根據狀態信息快速分析和解決出現的問題。

（2）網路監視和報告。主機必須能夠監視無線網路系統中所有單元。考慮到無線網路的連接性不如有線網路那樣穩定，無線網路管理系統必須監視和報告無線信號的變化以及接入點的業務類型和負載情況，還須能自動發現進入無線網路體系結構的新設備。

（3）有效地利用帶寬。盡管隨著新技術的發展，無線網路的可用帶寬逐步增大，但還是遠遠小於有線區域網的帶寬。因此，在實際應用中必須考慮帶寬的合理使用。

4．無線區域網與3G

無線區域網不否會對第三代移動通信系統構成威脅是近年來業界關心的一個問題。實際上，無線區域網與3G採用的是截然不同的兩種技術，用於滿足不同的需要。與3G不同的是，無線區域網並不是一個完備的全網解決方案，而只用於滿足小型用戶群的需求。無線區域網與3G可以互補，因此不會對3G運營商造成威脅，運營商還可以從無線區域網和3G的共存中獲得好處。NorthStream的研究表明，無線區域網與3G和GPRS的結合可增加用戶的滿意程度和業務量，從而增加移動運營商的利潤。作為3G的一個重要補充，無線區域網可用於在諸如機場候機廳、賓館休息室和咖啡廳等地方建立無線Internet連接。

六、結束語

經過10多年的發展，無線區域網在技術上已經日漸成熟，應用日趨廣泛，無線區域網將從小范圍應用進入主流應用。預計全球無線區域網接入點的銷售量將從2000年的50萬台穩步增長到450萬台，每年的漲幅為55%。無線網卡的銷售量將從2000年的約300萬塊增加到2005年的3400萬塊，每年的漲幅為53%。今後幾年，無線區域網技術將更加成熟，產品性能將更加穩定，市場將持續不斷地增長，價錢將持續降低，大型設備提供商將進入這個市場，大多數企業和公司將採用無線區域網進行內部網路建設。

面對如此良好的發展前景，我國應大力推動無線區域網技術的研究和實用化，抓住無線區域網發展的契機。這樣，不但可極大地推動國家信息化的發展進程，還將為我國信息產業和通信市場步入國際市場提供大好機遇。

『叄』 基於matlab擴頻通信抗干擾模擬研究

基於MATLAB 的擴頻通信系統模擬研究
范偉 翟傳潤 戰興群
（上轎隱海交通大學電子信息與電氣工程學院，200030，上海）
摘要 本文闡述了擴展頻譜通信技術的理論基礎和實現方法，利用MATLAB 提供的可視化
工具Simulink 建立了擴頻通信系統模擬模型，詳細講述了各模塊的設計，並指出了模擬建模
中要注意的問題。在給閉禪廳定模擬條件下，運行了模擬程序，得到了預期的模擬結果。同時，利
用建立的模擬系統，研究了擴頻增益與輸出端信噪比的關系，結果表明，在相同誤碼率下，
增大擴頻增益，可以提高系統輸出端的信噪比，從而提高通信系統的抗干擾能力。
關鍵詞 擴頻通信, 信噪比， 誤碼率， 擴頻增益
中圖分類號：TN914.42 文獻標識碼：A
Simulation of the Spread Spectrum Communication System
Based on MATLAB
FAN Wei, ZHAI Chuan-run, ZHAN Xing-qun
(School of Electronic, Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiaotong University, 200030, Shanghai)
Abstract: The theory base and realizing methods of the spread spectrum communication
technology was presented in this study. The simulation model of the spread spectrum
communication system was built by using SIMULINK, which is provided by MATLAB. In
addition, each mole of the simulation model was introced in detail，and pointed out the
problems that must be pay attention to in the system simulation. On the basis of the designed
simulation conditions, the simulation program was run and the anticipant results were gained.
Moreover, the relationship between the spread spectrum gain and the fan-out error rate was also
studied by use of the simulation system. The results showed that on the base of the same error rate,
if the spread spectrum gain was enlarged, the Signal-to-Noise of the system fan-out would be
enhanced and the anti-jamming capability of the communication system would also be enhanced.
Keywords: spread spectrum communication, Signal-to-Noise, error rate, spread spectrum gain
1 引言
擴展頻譜通信（簡稱擴頻通信）與光纖通信、衛星通信，一同被譽為進入信息時代的三
大高技術通信傳輸方式，它是指發送的信息被展寬到一個很寬的頻帶上，在接收端通過相關
接收，將信號恢復到信息帶寬的一種系統。採用擴頻信號進行通信的優越性在於用擴展頻譜
的方法可以換取信噪比上的好處，即接收機輸出的信噪比相對於輸入的信噪比有很大襲脊改善，
從而提高了系統的抗干擾能力。本文根據擴頻通信的原理，利用MATALB提供的可視化模擬工
具Simulink建立了擴頻通信系統模擬模型，研究了擴頻通信的特性和擴頻增益與輸出端信噪
比的關系，目的是為以擴頻通信為基礎的現代通信的研究和設計提供依據。
2 擴展頻譜通信技術
2.1 理論基礎
擴頻通信的基本理論是根據資訊理論中的Shannon 公式，即
log (1 / ) 2 C = B + S N (1)
式中：C為系統的信道容量（bit/s）；B為系統信道帶寬（Hz）；S為信號的平均功率；N為噪
聲功率。
Shannon公式表明了一個系統信道無誤差地傳輸信息的能力跟存在於信道中的信噪比
（S/N）以及用於傳輸信息的系統信道帶寬（B）之間的關系。該公式說明了兩個最重要的概
念：一個是在一定的信道容量的條件下，可以用減少發送信號功率、增加信道帶寬的辦法達
到提高信道容量的要求；一個是可以採用減少帶寬而增加信號功率的辦法來達到。
擴頻增益是擴頻通信的重要參數，它反應了擴頻通信系統抗干擾能力的強弱，其定義為
接收機相關器輸出信噪比和接收機相關器輸入信噪比之比，即
d
s
d
s
i i B
B
R
R
S N
S N
G = = =
/
/ 0 0 (2)
式中，Si和S0分別為接收機相關器輸入、輸出端信號功率；Ni和N0分別為相關器的輸入、輸出
端干擾功率；Rs為偽隨機碼的信息速率，Rd為基帶信號的信息速率；Bs為頻譜擴展後的信號帶
寬，Bd頻譜擴展前的信號帶寬。
2.2 實現方法
擴頻通信與一般的通信系統相比，主要是在發射端增加了擴頻調制，而在接收端增加了
擴頻解調的過程，擴頻通信按其工作方式不同主要分為直接序列擴頻系統、跳頻擴頻系統、
跳時擴頻系統、線性調頻系統和混合調頻系統。現以直接序列擴頻系統為例說明擴頻通信的
實現方法。圖1為直接序列擴頻系統的原理框圖。
圖1 直接序列擴頻系統原理圖
由直擴序列擴頻系統原理圖可以看出，在發射端，信源輸出的信號與偽隨機碼產生器產
生的偽隨機碼進行模2加，產生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然後再用擴頻序列
去調制載波，這樣得到已擴頻調制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經高放和混頻
後，用與發射端同步的偽隨機序列對擴頻調制信號進行相關解擴，將信號的頻帶恢復為信息
序列的頻帶，然後進行解調，恢復出所傳輸的信息。
3 系統模擬模型的建立
3.1 Simulik 簡介
MATLAB 最初是Mathworks 公司推出的一種數學應用軟體，經過多年的發展，開發了包括
通信系統在內的多個工具箱，從而成為目前科學研究和工程應用最流行的軟體包之一。
Simulink 是MATLAB 中的一種可視化模擬工具，是實現動態系統建模、模擬和分析的一個集成
環境，廣泛應用於線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和模擬中。它包
括一個復雜的由接受器、信號源、線性和非線性組件以及連接件組成的模塊庫，用戶也可以
根據需要定製或者創建自己的模塊。Simulink 的主要特點在於使用戶可以通過簡單的滑鼠操
作和拷貝等命令建立起直觀的系統框圖模型，用戶可以很隨意地改變模型中的參數，並可以
馬上看到改變參數後的結果，從而達到方便、快捷地建模和模擬的目的。
3.2 模型建立及主要模塊設計
基於MATLAB /Simulink 所建立的擴頻通信系統的模擬模型,能夠反映擴頻通信系統的
動態工作過程,可進行波形觀察、頻譜分析和性能分析等，同時能根據研究和設計的需要擴
展模擬模型，實現以擴頻通信為基礎的現代通信的模擬模擬，為系統的研究和設計提供強有
力的平台。圖2 為基於MATLAB/Simulink 的擴頻通信系統模擬模型。
圖2 系統模擬模型
信源：隨機整數發生器（Random Integer generator）作為模擬系統的信源，隨機整數發
生器產生二進制隨機信號，采樣時間、初始狀態可自由設置，從而滿足擴頻通信系統所需信
接 收
高放混頻解擴 解調
本振PN 碼 同步
信 源 擴頻調制
PN 碼 振盪器
發 射
源的要求。
擴頻與解擴：PN 序列生成器模塊（PN Sequence Generator）作為偽隨機碼產生器，擴
頻過程通過信息碼與PN 碼進行雙極性變換後相乘加以實現。解擴過程與擴頻過程相同，即
將接收的信號用PN 碼進行第二次擴頻處理。
調制與解調：使用二相相移鍵控PSK 方式進行調制、解調。調制由正弦載波與雙極性擴
頻碼直接相乘實現，採用相干解調法進行解調。
信道：傳輸信道為加性高斯白雜訊信道。在加性高斯白雜訊信道模塊中，可進行信號功
率和信噪比的設置。
誤碼計算：誤碼計算由誤碼儀實現，誤碼儀在通信系統中的主要任務是評估傳輸系統的
誤碼率，它具有兩個輸入埠：第一個埠（Tx）接收發送方的輸入信號，第二個埠(Rx)
接收接收方的輸入信號。
3.3 幾點說明
在Simulink中，沒有單獨實現統計的計數器模塊，需要自行創建，計數模型的設計如圖
3。在計數模型中，用與信源和偽隨機碼同頻的脈沖模塊分別實現碼元同步和切普同步，利
用加法器的累加功能，實現每個碼元的相關峰值統計。
圖3 計數模型實現框圖
在擴頻通信建模中，擴頻與解擴使用的PN 碼以及調制和解調所使用的載波必須保持同
步，因此要注意偽隨機碼模塊和載波模塊的參數設置。
在誤碼率計算中，接收到的信號，由於經過擴頻解擴、調制解調、相關統計等處理，會
存在一個延遲，在誤碼儀模塊的對話框中要設置一個合適的延遲。
4 模擬結果分析
4.1 模擬系統運行情況分析
在給出下列模擬的條件下，觀察模擬運行情況。信息速率20b/s，幅度為1；偽隨機序
列採用10 級，傳輸速率為200b/s 的m 序列；載波頻率10KHz；信號功率為1W，信噪比30dB；
模擬時間設為2s。在這樣的模擬條件下，理論上可獲得10 倍的擴頻增益。圖4 是系統擴頻
解擴的模擬結果。上圖為信源，中圖為擴頻碼，下圖為信宿。從圖4 可見，信源和信宿相同，
誤碼率為0，基於MATLAB/Simulink 所設計的模擬系統滿足擴頻通信系統的軟體模擬要求。
圖4 系統擴頻解擴的模擬結果
4.2 擴頻增益與輸出端信噪比的關系
設置信息速率和偽隨機序列傳輸速率，在擴頻增益10 和50 的情況下，不斷改變信噪比
的大小，從而得到擴頻增益、誤碼率和信噪比的關系如圖5。從圖5 可以看到，在相同誤碼
率下，擴頻增益越大，輸出端信噪比越大，並且隨著系統要求的提高，增大擴頻增益，輸出
端信噪比會得到更大的好處。
圖5 不同擴頻增益下誤碼率模擬曲線
5 結論
擴頻通信以其較強的抗干擾、抗衰落、抗多徑性能而成為第三代通信的核心技術，本文
闡述了擴頻通信的理論基礎和實現方法，利用MATLAB 提供的可視化工具箱Simulink 建立了
擴頻通信系統模擬模型，詳細講述了各模塊的設計，並給出了模擬建模中需注意的問題。在
給定模擬條件下，運行了模擬系統，驗證了所建模擬模型的正確性。通過模擬研究了擴頻增
益和輸出端信噪比的關系，結果表明，在相同誤碼率下，增大擴頻增益，可以提高系統輸出
端的信噪比，從而提高系統的抗干擾能力。本文作者創新點：通過MATLAB/Simulink 建立的
模擬平台，研究了擴頻增益與誤碼率、信噪比之間的關系，為以擴頻通信為基礎的衛星信號
設計提供依據。
參考文獻：
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出版社，2004。
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學出版社，2005。
3 李建新，劉乃安，劉繼平。現代通信系統分析與模擬－MATALAB 通信工具箱〔M〕。西安：
西安電子科技大學出版社，2001。
4 徐明偉，李茜，湯偉。基於MATLAB 串口通信的數據採集系統的設計。微計算機信息，
2005，21(8-1)，89-90。
5 郭海燕，畢紅軍。MATLAB 在偽隨機碼的生成及模擬中的應用。計算機模擬，21(3)，2004.3。
基金項目：上海市科技攻關項目，項目編號：45115031。
作者簡介：范偉（1973－），男，漢族，碩士研究生，主要研究方向為衛星導航、CDMA 擴頻
通信。 E-mail: [email protected]
通信地址及郵編：上海市長寧區安順路220 弄18 號402 室，200051。
翟傳潤(1972－)，男，漢族，博士，副教授，主要研究方向為衛星導航和測控技術。
戰興群(1970－)，男，漢族，博士，教授，主要研究方向為衛星導航和新型控制理論與應用。
Authors brief introctions:
Fai Wei, was born in 1973, male, the Han nationality, master student. His research subjects include
the satellite navigation and CDMA spread spectrum communication.
Zhai Chuan-run, was born in 1972, male, the Han nationality, Ph.D, associate professor. His
research subjects include satellite navigation and test control technique.
Zhan Xing-qun, was born in 1970, male, the Han nationality, Ph.D, professor. His research interests
include satellite navigation, new control theory and application.
參考資料：http://www.dq.shejis.com/new_lw/html/77195.shtml

『肆』 擴頻通信的實現方法現在主要採用的擴頻有哪些

目前常用的擴頻通信實現方法主要有: 直接序列擴頻( Direct Sequence Spread Spectrum)、跳頻(Frequency Hopping)、跳時(Time Hopping)、寬頻線性調頻(Chip Molation)等方式。以上方法中最常用的是直接序列擴頻和跳頻。

『伍』 線性調頻擴頻技術，非蜂窩廣域網路的「活力之水」

​Chirp，中文譯名啁啾（讀音：「周糾」），是一種編碼脈沖技術。CSS是英文Chirp Spread Spectrum的縮寫，中文意為啁啾擴頻，又稱線性調頻擴頻，是數字通信中的一種擴頻技術。CSS技術能夠提升無線通信的性能和距離，實現比FSK(Frequency Shift Keying，頻移鍵控)等調制技術距離更遠的無線通信，這非常有助於非蜂窩廣域網路規模化的組網應用。本文就從CSS技術、市場、射頻收發器等方面做簡要闡述。

CSS擴頻技術傳輸性能優異  實現更遠距離的無線通信

CSS技術並非是一種新的技術。在自然界里，Chirp脈沖就為海豚和蝙蝠等生物所用。20世紀40年代Hüttmann教授發明了雷達應用專利，後由Sidney Darlington進一步將CSS技術引入雷達系統創造性地開發了脈沖壓縮（Chirp）雷達。自1997年以來人們開始研究將CSS技術應用於商業的無線數據傳輸。後來，IEEE 802.15.4標准將CSS指定為了一種用於低速率無線個人區域網（LR-WPAN）的技術，實現了數據速率可擴展性、遠距離、更低功耗和成本，其與差分相移鍵控調制（DPSK）等技術相結合，可以實現更好的通信性能。CSS技術使用了其全部分配帶寬來廣播信號，從而使其對信道雜訊具有一定的魯棒性。CSS技術在非常低的功率下也能夠抵抗多徑衰落，非常適用於要求低功耗和較低數據速率的應用場景。CSS技術慶搜的低成本、低功耗、遠距離以及數據速率的可擴展性等特性為產品商業化應用提供了現實的可能。

從CSS技術應用情況來看，德國Nanotron公司使用CSS技術在2.4GHz頻段上實現了570米的距離通信。美國Semtech公司的LoRa產品使用CSS技術在Sub-1GHz頻段上實現了幾公里，甚至幾十公里的距離通信。

CSS技術通信距離遠可以在一定范圍內實現更大規模的無線連接，大大降低無線接入和組網的成本，組建經濟高效的無線廣域網路，有助於物聯網路規模化部署應用。CSS技術的普及應用將為新興的非蜂窩廣域網路市場的發展注入了新的活力，將會有力地推動行業應用的發展。

非蜂窩廣域網路方興未艾 物聯網發展步入規模化應用階段

低功耗廣域網路（Low-Power Wide Area Network, LPWAN）大致可以分為蜂窩和非蜂窩廣域網路。蜂窩廣域網路是指由運營商建設的基於蜂窩技術的網路，一般是指3GPP主導的物聯網標准，代表技術有NB-IoT、LTE-M（eMTC）和EC-GSM-IoT等；非蜂窩廣域網路主要是指由企業自主建設使用免許可頻段組建的網路，代表技術有SIGFOX、LoRaWAN、ZETA等扒磨。也有的提出0G網路，是相對於1G/2G/3G/4G而言，在通信領域一般是指蜂窩行動電話之前的行動電話技術，如無線電話。在物聯網領域，0G指的是一個低帶寬的無線網路，沒有SIM卡、沒有流量、低成本接入、遠距離通信、傳輸少量數據的網路，也就是非蜂窩廣域網路。非蜂窩廣域網路的發展是源於對數據大規模採集和大量設備管理等的需求，並藉助互聯網技術和平台提升了基於數據的智能化管理水平。物聯網市春差斗場發展步入規模化應用階段。目前，非蜂窩廣域網路主要應用於市政、園區、水務、消防、物流、家居、電力、社區、工廠、農業、環境等領域。

不同網路技術示意圖

實際上，非蜂窩廣域網路和蜂窩廣域網路相互之間是一種相互依存互為補充的關系。一般地，非蜂窩廣域網路都是通過網關（或稱為集中器，或稱為基站）連接到互聯網，而網關連接到互聯網的方式一般是有線或蜂窩網路等公網，最終還是要走公網的管道，畢竟有線和蜂窩網路是廣泛存在的基礎性網路。另一方面，感測器或設備多是基於微控制器（MCU）的，受其資源限制，僅可運行輕量的簡單通信協議或定製化通信協議，通過網關轉換成互聯網協議（IP），網關起到了非蜂窩廣域網路和互聯網連接器的作用。非蜂窩廣域網路更是蜂窩網路的拓展延伸。非蜂窩廣域網路不同的無線接入技術可以滿足物聯網實際部署中各種各樣無線連接的應用需求，為感測器網路或設備聯網提供了靈活的無線接入方式和便捷的網路部署。

非蜂窩和蜂窩技術也可以相互融合。最近有報道稱，在手機上集成了無線通信技術，可以在沒有蜂窩網路的情況下，實現兩機或多機的無線遠距離相互通信，並可以實現自組網、定位等功能，這也為非蜂窩廣域網路的應用提供了新的應用場景。

同時，非蜂窩網路也在國家電網方面具有非常強勁的發展勢頭。據最近流傳的國家電網《電力設備無線感測器網路節點組網協議》顯示，針對電力設備無線感測器網路的組網和感測器接入應用，在物理層協議規范中有對CSS物理層進行了定義，」CSS物理層：工作在470-510MHz或者2400-2483.5MHz頻段，採用線性調頻擴頻（CSS）調制。線性調頻擴頻（CSS）調制應符合LoRaWAN™ 1.1 Specification 和IEEE Std 802.15.4TM-2015物理層的規定」。隨著泛在電力物聯網的建設發展，非蜂窩廣域網路在泛在電力物聯網中將會有著更為廣闊的應用場景。除電力市場之外，其他抄表類市場應用，如：水表、氣表、燃氣表等，也是非蜂窩廣域網路重要的典型應用市場。

另外，在一些重要的應用領域里，考慮到數據和安全等方面的因素，需要非蜂窩網路技術將設備接入到專網上，以保障私域網路的數據隱私和安全性。非蜂窩無線技術以其獨特的優勢在物聯網路應用中發揮著重要的作用。

非蜂窩廣域網路可以組建無線感測網路，連接和管理一定范圍內大量感測器或設備等，也可以成為一種網路基礎設施，由專門公司來提供網路服務，或者說是一種物聯網路運營服務。在國外物聯網運營模式已開始發展，如Sigfox等。而國內情況還處於探索發展階段，目前主要還是以提供解決方案為主。

低功耗廣域網路市場發展前景看好  非蜂窩廣域網路預期規模增速明顯

根據IHS Markit預測，2017年全球LPWAN連接數量為8753.7萬個，預計到2023年可達171698.4萬個，2017-2023年復合增長率(CAGR)為64%。其中，除NB-IoT和LTE-M等蜂窩連接之外，非蜂窩廣域網路連接數量2017年為8124.8萬個，2023年預計可達84443.6萬個，2017-2023年復合增長率(CAGR)為48%。到2023年非蜂窩廣域網路連接規模佔比約為50%，非蜂窩廣域網路市場未來具有很大的發展潛力。

射頻收發器受市場關注   Sub-1GHz頻段更受青睞

一個完整的應用非蜂窩技術的應用圖包括感知層、網路層和應用層。其中感知層中的射頻收發器主要用於感測器和網關之間的信息交互。

非蜂窩技術系統應用框圖

射頻收發器是非蜂窩技術組網應用的關鍵器件，隨著非蜂窩廣域網路的發展，射頻收發器產品越來越受到市場關注。從業界目前非蜂窩廣域網路技術應用情況來看， 採用的都是國外半導體公司的射頻收發器產品，這些廠商有Semtech、ST、Silicon Labs、TI、NXP、ON等，鮮有國內半導體公司的產品。Semtech公司的LoRa產品在中國市場上得到了很多公司的支持，國內少數公司通過IP授權的方式獲得了LoRa IP，提供本地化產品，這些廠商有翱捷（ASR）、國民技術、華普等公司。隨著射頻收發器市場需求的發展，國內的一些晶元設計公司也開始研究和開發射頻收發器產品。最近有報道稱，國內上海磐啟微電子有限公司推出了基於CSS技術的Chirp-IOT晶元PAN3028，融合了多維信號調制技術解決了頻率不連續對射頻的影響，提高了接收靈敏度，在射頻收發器領域實現了新的技術突破。Chirp-IOT產品的國產化也填補了中國非蜂窩廣域網路市場的空白。

由於射頻收發器在Sub-1GHz頻段上具有良好的無線傳輸特性，傳輸距離遠、障礙物穿透能力強等，非蜂窩廣域網路基本都是採用Sub-1GHz射頻收發器組建網路。下面是關於Sub-1GHz射頻收發器主要的廠商：

Sub-1GHz射頻收發器廠商

萬物智聯市場快速發展需求大  集成電路設計國產化迎新機遇

中國市場規模大，對集成電路的需求也大，而目前還較多地依賴於集成電路的進口。根據海關統計，2018年中國進口集成電路有4170億塊，進口金額達3107億美元。據國家統計局的統計顯示，我國2018年集成電路產量1739.47億個，國產集成電路產量不足進口量一半。近些年，國家不斷加大對集成電路產業的政策扶持力度，出現了一大批新的集成電路設計公司，集成電路技術水平也在逐步提升。加之近兩年中美貿易環境的變化，加速了集成電路國產化的速度。在涉及到國家核心重要應用領域，仍然是強調國產自主可控。這是中國集成電路設計公司一個重要的發展契機，也是非蜂窩廣域網路行業一個發展機會。隨著萬物智聯市場的快速發展，中國集成電路設計也將會迎來一波新的發展機遇。

根據半導體行業協會的統計，2018年中國集成電路設計產值為2519.3億人民幣，同比增長21.5%，2009到2018年中國集成電路設計產值年復合增長率（CAGR）為28.7%，集成電路設計產業保持了較高的發展速度。

結語

CSS技術在無線通信方面具有顯著的優勢，有助於非蜂窩廣域網路實現大范圍的組網應用。隨著物聯網市場無線連接需求的不斷增長，射頻收發器產品越來越受到晶元公司的關注。而國內射頻收發器產品廠商少，行業發展還比較薄弱，需要更多的國內射頻收發器廠商共同的參與，助力非蜂窩廣域網路行業的發展，賦能非蜂窩廣域網無線超連接，創新更多的物聯網應用。

未來，隨著集成電路技術的不斷發展，或許會出現更多的新技術、新產品，這也將會大大豐富非蜂窩廣域網路生態。「獨木不成林」。需要各行各業共同的參與，建立共建共享共榮的良性發展生態。

『陸』 紅外通信在國內外的發展現狀

由於室內無線光通信所具有的靈姿檔活、便捷及高速等特性,在國外,如美
國,日本等國家,許多研究所和企業長期進行該領域的研究,並陸續有產品
從實驗室走向商用。
自從1979年IBM公司的F.R.Gfeller發表了較有影響的關於紅外通信設
計與實驗的論文以來,有許多學者在進行紅外無線通信的研究。美國加州
伯克利大學電子工程和計算機科學系在IBM和HP公司的資助下進行了紅外
無線通信的研究。以J.R.Barry和M.Kaim為首的一批研究人員對室內無線紅
外光的漫射光通信取得了一定的成果。但其更進一步資料較為保密。
美國聖地亞哥AstroTerra公司,已做出可以在3km、skxlz、sklll,速率高
達155Mbps、622Mbps、2.SGbpS的點對點產品研究及實驗,並在洛杉磯、拉
斯維加斯、聖地亞哥等地作了外場實驗圈。枝神
Daniell等人研究了採用手持終端的無線紅外廠區網路。該網路採用蜂窩
結構,所有的紅外Cell與高速光纖骨幹網相連。骨二二網上接有IsDN PABX。
紅外手持終端有兩種類型:(l)普通型:含標準的甩話業務及少量的數據業
務,用於移動的手持終端;(2)高性能型:具有內置處理能力,使感測器的
數據速率降低至與紅外信道兼容,可用於與高速數據設備介面。紅外信道采
用的協議類似ISDN協議,每個紅外Cell的信道速率為標准ISDN速率:
日本郵政省則組織了「強紅外無線光通信技術'用於計算機、多媒體終
端及移動通信中的聯網計劃,並早就在城市大樓間取得了應用。
以色列許多公司參與了國際市場競爭,有的產品已打入中國市場。而在
國內還沒有相關的報道。
除此之外,北京大學電子學系焦秉立教授主持開發的項目:新一代計算
機紅外線通訊網路,得到了國家創新基金的支持和有關公司資金的投入。項
目的總體目標是實現以紅外擴頻為基本技術的室內紅外通信網路的設計,使
帶有紅外介面的通用設備,如:便攜電腦,列印機,照相機等可以靈活地以
無線方式入網路,並接收和發送信息。現己開發成功公共場所的網路服務系
統,室內會議網路系統開發工作將於近期完成,另夕、,可提高紅外通信距離
的擴頻調制技術及網路系統也處於研製中。
由以上可知,作為有線通信的有力補充,室內無線光通信受到越來越大
的重視。展望未來,其必將以自身獨特的優勢在數據通信領域中占據重要一
席。因此,對室內無線光通信系統進行研究和.分析將是一件很有意義的工作。
隨著PDA、便攜PC等數據終端及多媒體終端的廣泛應用,要求傳統區域網
由有線轉為無線發展,個人通信的興起進一步促進了無線區域網的發展。從
紅外通信的應用來看,其單工方式的紅外遙控技術己經廣泛應用於家用電器
中,目前的新應用領域主要是雙工方式,將來還會發展到全雙工方式。由於
紅外無頻帶使用上的限制,其分布式視頻應用也將取得成功。隨著B一ISDN
的普及,高速紅外無線通信技術將會得到更廣泛的應用。
世界各國越來越重視無線光通信,並投入了大量的人力和物力進行研究
開發,研究在室內漫射區域網通信的碼率以及誤碼率,在國外己經有一定成
果,但猛冊虧在技術上還處在保密階段,關鍵技術還不為所知。為了以後不在技術
上受制於人,我們必須對紅外室內紅外通信進行研究,本文就在這個基礎上,
主要研究紅外室內漫射信道,研究不同的編碼調制技術以及採用均衡技術的
系統技能,論證了不同編碼調制技術對抑制碼間干擾的效果。

『柒』 擴頻通信 原理

1，擴展頻譜通信的理論基礎是：

香農（C.E.Shannon）的信道容量公式，即香農公式：

C=W×Log2（1+S/N）

式中：C--信息的傳輸速率S--有用信號功率W--頻帶寬度N--雜訊功率。

可以知道當信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求，當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近雜訊功率甚至淹沒在雜訊之下也是可能的。

2，擴展頻譜通信的工作原理：

在發端輸入的信息先經信息調制形成數字信號，然後由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜。展寬後的信號再調制到射頻發送出去。

在接收端收到的寬頻射頻信號，變頻至中頻，然後由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴。再經信息解調、恢復成原始信息輸出。

(7)擴頻方法研究現狀擴展閱讀；

擴展頻譜通信的特點：

（1）易於重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率

擴頻通信發送功率極低，採用了相關接收技術，且可工作在信道雜訊和熱雜訊背景中，易於在同並山一地區重復使用同一頻率，也可與伏模各種窄道通信共享同一頻率資源。

（2）抗干擾性強，誤碼率低

頻通信在空間傳輸時所佔用的帶寬相對較寬，而接收端又採用相關檢測的辦法來解擴，使有用寬頻信息信號恢復成窄帶信號，而把非所需信號擴展成寬頻信號，然後通過窄帶濾波技術提取有用的信號。

（3）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統的干擾很小

由於擴頻信號在相對較寬的頻帶上被擴展了，單位頻帶內的功率很小，信號湮沒在雜訊里，一般不容易被絕廳中發現。

（4）適合數字話音和數據傳輸，以及開展多種通信業務

擴頻通信一般都採用數字通信、碼分多址技術，適用於計算機網路，適合於數據和圖像傳輸。

（5）安裝簡便，易於維護

擴頻通信設備是高度集成，採用了現代電子科技的尖端技術，因此，十分可靠、小巧，大量運用後成本低，安裝便捷，易於推廣應用。

『捌』 直接序列擴頻是如何實現通信的，它具有哪些特點

一、接序列擴頻通信原理

直接序列擴頻（DSSS），（Direct seqcuence spread
spectrdm）是直接利用具有高碼率的擴頻碼系列採用各種調制方式在發端與擴展信號的頻譜，而在收端，用相同的擴頻碼序去進行解碼，把擴展寬的擴頻信號還原成原始的信息。它是一種數字調制方法，具體說，就是將信源與一定的PN碼（偽雜訊碼）進行摸二加。例如說在發射端將"1"用11000100110，而將"0"用00110010110去代替，這個過程就實現了擴頻，而在接收機處只要把收到的序列是11000100110就恢復成"1"是00110010110就恢復成"0"，這就是解擴。這樣信源速率就被提高了11倍，同時也使處理增益達到10dB以上，從而有效地提高了整機倍噪比。

直接序列擴頻的優點：

直擴系統射頻帶寬很寬。小部分頻譜衰落不會使信號頻譜嚴重衰落

多徑干擾是由於電波沖蘆碼傳播過程中遇到各種反射體（高山，建築物）引起，使接受端接受信號產生失真，導致碼間串擾，引起噪音增加。而直擴系統可以利用這些干擾能量提高系統的性能。

直擴系統除了一般通信系統所要求的同步以外，還必須完成偽隨機碼的同步，以便接受機用此同步後的偽隨機碼去對接受信號進行相關解擴。直擴系統隨著偽隨機碼字的加長，要求的同步精度也就高，因而同步時間就長。

直擴和跳頻系統都有很強的保密性能。對於直擴系統而言，射頻帶寬很寬，譜密度很低，甚至淹沒在噪音中，就很難檢查到信號的存在。由於直擴信號的頻譜密度很低，直擴系統對其它系統的影響就很小。

直擴系統一般採用相干解調解擴，其調制方式多採用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等調制方式。而跳頻方式由於頻率不斷變化、頻率的駐留時間內都要完成一次載波同步，隨著跳頻頻率的增加，要求的同步時間就越短。因此跳頻多採用非相干解調，採用的解調方式多為FSK或ASK，從性能上看，直擴系統利用了頻率和相位的信息，性能優於跳頻。

二、直接序列擴頻通信技術特點：

直接序列擴頻(Direct Sequence Spread
Spectrum）系統是將要發送的信息用偽隨機碼（PN碼）擴展到一個很寬的頻帶上去，在接收端，用與發端擴展用的相同的偽隨機碼對接收到的擴頻信號進行相關處理，恢復出發送的信息。

直接序列擴頻通信開始出現於第二次世界大戰，散哪是美軍重要的無線保密通信技術。現在直擴技術被廣泛應用於包括計算機無線網等許多領域。

抗干擾性強

抗干擾是擴頻通信主要特性之一，比如信號擴頻寬度為100倍，窄帶干擾基本上不起作用，而寬頻干擾的強度降低了100倍，如要保持原干擾強度，則需加大100倍總功率，這實質上是難以實現的。因信號接收需要擴頻編碼進行相關解擴處理才能得到，所以即使以同類型信號進行干擾，在不知道信號的擴頻碼的情況下，由於不同擴頻編碼之間的不同的相關性，干擾也不起作用。正因為擴頻技術抗干擾性強，美國軍方在海灣戰爭等處廣泛採用擴頻技術的無線網橋來連接分布在不同區域的計算機網路。

隱蔽性好

因為信號在很寬的頻帶上被擴展，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在白雜訊之中，別人難以發現信號的存在，加之不知擴頻編碼，很難拾取有用信號，而極低的功率譜密度，也很少對於其他電訊設備構成干擾。

易於實現碼分多址（CDMA）

直擴通信佔用寬頻頻譜嘩高資源通信，改善了抗干擾能力，是否浪費了頻段？其實正相反，擴頻通信提高了頻帶的利用率。正是由於直擴通信要用擴頻編碼進行擴頻調制發送，而信號接收需要用相同的擴頻編碼作相關解擴才能得到，這就給頻率復用和多址通信提供了基礎。充分利用不同碼型的擴頻編碼之間的相關特性，分配給不同用戶不同的擴頻編碼，就可以區別不同的用戶的信號，眾多用戶，只要配對使用自己的擴頻編碼，就可以互不幹擾地同時使用同一頻率通信，從而實現了頻率復用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發送者可用不同的擴頻編碼，分別向不同的接收者發送數據；同樣，接收者用不同的擴頻編碼，就可以收到不同的發送者送來的數據，實現了多址通信。美國國家航天管理局（NASA)的技術報告指出：採用擴頻通信提高了頻譜利用率。另外，擴頻碼分多址還易於解決隨時增加新用戶的問題。

抗多徑干擾

無線通信中抗多徑干擾一直是難以解決的問題，利用擴頻編碼之間的相關特性，在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，也可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。

直擴通信速率高

直擴通信速率可達
2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網簡單，網路性能好。

『玖』 擴頻通信的意義在於

擴頻通信的意義在於通信效率和質量提升。

擴展頻譜通信，簡稱擴頻通信，是一種信息傳輸方式，其信號所佔有的頻如晌帶寬度遠大於所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列（一般是偽隨機碼）來完成，用編碼及調制的方法來實現的，與所殲旁傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據。

由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實現，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說，當信號的傳輸速率C一定時，信號帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號帶寬可以降低對信噪比的要求。

當帶寬增加到一定程度，允許信噪比進一步降低，有用信號功率接近雜訊功率甚至淹沒在雜訊之下也是可能的。擴頻通信就是用寬頻傳輸技術來換取信噪渣改鋒比上的好處，這就是擴頻通信的基本思想和理論依據

『拾』 什麼是擴頻技術原理是什麼有什麼方式

1、擴展頻譜通信簡稱擴頻通信，其特點是傳輸信息所用的帶寬遠大於信息本身帶寬；
2、工作原理：在發端輸入的信息先經信息調制形成數字信號，然後由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜。展寬後的信號再調制到射頻發送出去。 在接收端收到的寬頻射頻信號，變頻至中頻，然後由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴。再經信息解調、恢復成原始信息輸出；
3、常用的擴頻技術主要有三種方法，即直序擴頻、跳頻擴頻、跳時擴頻以及線性調制。但是在實際使用的過程中，常採用它們的混合。