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1扩频通信在无线局域网中的应用SpectrumSpreadingTechnologyforWirelessLAN摘要：无线局域网是计算机通信来统中的一个重要的组成部分，具有传输速率高、安全保密性强、使用灵活方便等特点。扩频技术不仅具有很强的抗干扰性能，而且其多址功能、安全保密、杭多径干扰等功能也备受人们青睐，把扩频技术用于无线局网中.必将使无线局域网的整体性能大大提高，满足各种情况下对系统的要求。本文介绍了无线局域网调制方式及扩频技术的理论基础和工作方式，并对常见的两种扩频技术的性能进行分析比较，进而说明扩频技术是未来无线通信技术中必不可少的一种重要技术。关键字：扩频；抗干扰；无线局域网；频带；调制；解调Abstract:WirelessLANisanimportantcommunicationsystem.whichischarac-terizedbyhightransmissionspeed，strongsecurityandeasyuse.Spectrumsprea-dingisquiteattractivefornotonlyitsstronganti-jammingabilitybutalsoitsmulti-addressfunctionality，securityandperformanceofantimultipathinterfe-rence.UsingspectrumspreadingtechnologyinwirelessLANwouldresultingreatimprovementofwirelessLAN'soverallperformanceandthusmeetthere-Quirementsforthesystemundervariousconditions.Keyword:spreadspectrum;anti-jamming;wirelessLAN;band;modulation;demodulation引言无线局域网(WLAN—WirelessLoealAreaNetwork)是一种高速计算机通信网，也是全球个人通信的一个重要组成部分。无线局域网是在有线局域网的基础上发展起来的。近年来，有线局域网(如以太网)的使用已非常普及，世界各国联入局域网的微机数量巨大，大大提高了工作效率和生产效率。但有线局域网有其本质的缺陷:网中的站不可移动，布线、改线不易，抗毁性差等。无线局域网采用无线方式传输，正好克服了有线局域网的本质的不足，且无线局域网具有传输速率高(可一与有线局域网相比拟)、安全保密性好、抗干扰能力强、使用灵活等优点。扩展频谱技术具有很强的抗干扰性能，多址能力强、频谱利用率高和安全保密性好也是扩频技术固有的优点，因而被广泛地应用于通信的各个领域，发展非2常迅速。将扩频技术用干无线局域网中，必将大大提高系统性能，满足各种情况下对系统提出的要求。1.扩频通信技术扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据.扩频通信的产生也是通信的需要，主要是出于对无线通信安全性的考虑，于是，产生了以拓宽带宽来为代价的扩频通信技术.1.1扩频技术的理论基础1.1.1仙农公式信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为:C=WLog2(1十P/N)(1-1)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(1-1)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，由此为扩频通信的应用奠定了基础。1.2扩频技术的主要工作方式目前，扩频通信技术的扩频方式主要有:直接序列扩频(DS)、跳频(FH)、跳时(TH)、线性调频(CHIRP)，此外，还有这些扩频方式的各种组合方式，如FH/DS、TH/DS、FH/TH等。各种扩频方式都有自己的特点和共性，在无线通信中不同程度2．扩频技术在无线局域网中的应用无线局域网扩频技术目前已有直接序列扩频、跳频、跳时三种基本方式。2.1直接序列扩频3图2-1直扩系统组成框图如2-1所述，直接序列扩频(DirectSe-quenceSpreadSpectrum)是直接利用具有高码率的扩频码序列，在发射端采用各种调制方式扩展信号的频谱，而在接收端用相同的扩频码序列去进行解码，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。它是一种数字调制方法，其原理如图2-2所示，具体地说，就是将信源与一定的PN码(伪噪声码)进行模二加。由信源输出的信号a(t)是码元持续时间为Ta的信息流，伪随机码产生器产生伪随机码c(t)，每一伪随机码宽度或切普(chip)宽度为Tc。将信息码a(t)与伪随机码c(t)进行相乘或模二加，产生一速率与伪随机码速率相同的信频序列d(t)，然后用信频序列d(t)去调制载波，这样就可以得到已扩频调制的射频信号s(t)，即s(t)=a(t)c(t)cos(w0t)。而直扩信号的接收一般采用相关接收，通过解扩和解调两步进行。图2-2直接序列扩频原理图2.2跳频扩频4跳频扩频技术(FrequencyHopping)是通过伪随机码的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。跳频技术用一定码序列进行选择的多频率频移键控，也就是用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频，图4-3为跳频系统的组成。发射端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码图2-3跳频扩频系统(FH)原理图字去控制频率合成器，其输出的频率根据码字的改变而改变，从而形成了频率的跳变。从图2-4我们可以看到横轴为时间，纵轴为频率。这个时间与频率的平面叫做时-频域，它表明了什么时间采用什么频率进行通信，时间不同频率也不同。2.3跳时扩频跳时是使发射信号在时间轴上跳变。先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列进行控制。可以把跳时理解为用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号图2-4时-频域上的调频序列的频谱也就展宽了。在发射端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通-断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在接收端，5由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发射端相同的扩频码序列控制通-断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器后再定时后输出数据。只要收、发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。3Internet无线局域网扩频技术的特点扩展频谱技术具有抗干扰性强、信息保密性好、易于实现码分多址和抗多径干扰四个特点，下面主要论述它的抗干扰性。扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。另外，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。3.1抗干扰性强扩频本身具有一定的抗干扰能力，用“扩频处理增益Gp”来表示，即Gp=W/F;其中，W是扩频信号带宽，F是信息带宽。它表示了扩频系统信噪比改善的程度，Gp越大，则抗干扰能力越强，其代价是带宽的增加。受器件水平、捕获同步和宽带均衡等实际条件的限制，其带宽不能无限制地增加。提高增益的方法有以下几种:(1)混合扩频系统。在直接序列扩频的基础上增加了载波频率跳变的功能组成直扩/跳频(DS/FH)混合扩频技术，综合了DS和FH两种扩频方式的优点，能更有效地对抗干扰。由于DS/FH系统的处理增益是两种处理增益(dB)之和，可以采用相对简单的技术实现高的处理增益。通过理论分析和仿真研究表明，在干扰和噪声低于直扩信号的噪声容限时，混合系统的误码性能优于纯跳频系统;在干扰和噪声高于直扩的噪声容限时，纯跳频系统的误码性能优于混合系统。(2)高效扩频技术。即利用编码扩频理论和正交多载波理论，实现高效扩频。高效编码扩频是一种(N，k)编码的直序扩频，把k位信息码由长为N的伪随机码来代替。k位信息码有2k个状态，则需2k条长为N的伪随机码来代表k位信息码的2k个状态，其扩频带宽为传输数据速率的N/k倍。3.2信息保密性好6由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率就很小，即信号的功率谱密度很低，所以应用扩频码序列扩展频谱的直接序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下，在很低的信号功率谱密度上进行通信。信号被湮没在噪声里，很不容易被发现，想进一步检测出信号的参数就更加困难了。3.3易于实现码分多址由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，可充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样在同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。3.4抗多径干扰在无线电通信的各个频段，短波、超短波、微波和光波中存在大量的多径干扰。一般方法是采用分集接收技术，或设法把不同路径的不同延迟信号在接收端从时间上对齐相加，合并成较强的有用信号，这两种基本方法在扩频通信中都是很容易实现的。4.总结本文就无线局域网和扩频技术进行了基本的介绍，重点介绍了用于无线局域网的扩频通信技术，并给出了无线局域网中扩频通信技术中几种实现方式的特点和其中的不足，就扩频技术在无线局域网中的应用进行了详细的讨论，总结了用于无线局域网的扩频通信技术的的常见几种方法并简要分析了各自的优缺点和应用的场合。基于扩频技术抗干扰性强、信息保密性好、易于实现码分多址和抗多径干扰四个特点，探讨了扩频技术在无线局域网中应用的可行性。目前，无限局域网的发展方兴未艾，组网技术也有多种。对于无限局域网来说，抗干扰性和保密性的好坏应该是最主要衡量指标。扩频通信抗干扰性和保密性好的特点使其在无线局域网中的应用前景十分广阔。由于时间所限，本文对无线局域网的扩频通信技术的研究没有做更深入的探讨，同时对系统设计没能进行仿真设计。这些不足需要在以后的研究工作中完善。7参考文献[l]IEEEStd802.lla.High一speedPhysicallayerinthe5GHZband，1999.[2]陈雁，叶凌伟.wLAN运营分析.电信技术，2003[3]夏俊杰，周雪峥.WLAN标准于系统建设.电信技术，2003[4]季硕.公众wLAN组网方案介绍.电信技术，2003.[5]邓庆林.WLAN接人技术在机场侯机厅的应用方案.电信技术，2003[6]沈允春.扩谱技术[M].北京:国防工业出版社，1995.