扩频通信新方向_自编码扩频

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 扩频通信新方向 ———自编码扩频 王文钦 3 　查光明 　蔡竟业 摘 　要 　扩频通信是把信息的频谱展宽进行传输的技术 ,而目前我们采用的 PN 序列具有周期性 ,为了寻找一 种扩频码具有真正的随机性 ,并具有较强的抗干扰和信息保密能力的扩频通信技术 ,人们提出了自编码扩频的概 念 ,本文介绍了其原理和相关的关键技术。 关键词 　扩频通信 　自编码扩频 　抗干扰和保密 　PN 码 The New Domain of Spread Spectrum Communication ———Self2Coded Spread Spectrum WANG Wen2qin 　ZHA Guang2ming 　CAI Jing2ye Abstract 　　Spread spectrum communications is the technology of spread the spectrum of information for transmission , how2 ever , the code that we are using presently is periodical. In order to find one kind of code which is really random , in addition , this spread spectrum technology have a strong capability of anti2interaction and secrecy , some people have expounded the conception of self2coded spreadspectrum , its principle reciprocal crucial technology are discussed in this article. Keywords 　Spread Spectrum 　Self2Coded Spread Spectrum 　Anti2Interaction and Secrecy 　PN Code 1 　引言 扩频通信技术是把信息的频谱展宽进行传输的技术 ,它 之所以具有较强的抗干扰能力 ,是以牺牲宽的信道带宽为代 价的。 根据著名的 Shanon 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 :在白噪声干扰条件下 ,通信系 统的信道容量为 : C = Wlog 1 + SN 该公式表明 ,在高斯信道中 ,当传输系统的信号Π噪声功 率比 SΠN 下降时 ,可用增加系统传输带宽 W 的办法来保持 信道容量 C 不变。对于任意给定的信号噪声功率比 ,可以 用增大传输带宽 W 来获得较低的信息差错率。扩展频谱技 术正是利用这一原理 ,通过行之有效的方法实现带宽与信号Π噪声功率比的互换 ,达到抗干扰的目的。 扩频通信系统的带宽比常规通信体制大十几倍至几百 倍 ,在相同的信噪比条件下 ,有较强的抗噪声干扰的能力。 2 　自编码扩频的提出 通信抗干扰技术的研究一直是无线通信中一个极为活 跃的研究领域 ,为了提高信息传输的抗干扰能力和信息传输 的安全性 ,需要提高通信系统的综合抗干扰能力。从 50 年3 电子科技大学通信学院 　成都市 　610054 代开始兴起了扩频通信技术的研究 ,扩、跳频技术以其低截 获率、保密性好、抗干扰、抗衰落能力强、多址连接灵活、对窄 带信号干扰小等特点 ,显示出比其他传输体制无与伦比的优 越性 ,而广泛应用于雷达、导航、通信、遥控遥测等各个领域。 它广泛的应用在点对点通信、卫星通信和无线接入网。现在 扩频技术也广泛应用在蜂窝移动通信、个人通信和全球定位 系统中 ,扩频技术也是码分多址的基础。目前广泛采用的扩 频技术是直接序列扩频和跳频通信技术 ,我们知道扩频通信 采用伪随机 (PN)序列作为用户的地址码 ,PN 序列虽然有类 似噪声的一些特性 ,但它实际上确定序列时可能被窃听者破 译 ,使信息传输的安全性受到威胁。为了增强通信的抗干扰 能力 ,信号应尽可能的和噪声类似 ,并有尽可能宽的带宽 ,而 目前我们采用的 PN 序列所具有的周期性 ,却与理想的抗干 扰保密通信不符合。有的学者提出在扩频通信中采用变码 直扩等技术 ,但这只能在一定程度上提高抗干扰能力 ,而不 能从根本上满足扩频码的完全随机、动态变化的特性。因 此 ,有必要研究新的扩频方法。 为了寻找一种扩频码具有真正的随机性和动态可变性 , 并具有较强的抗干扰和信息保密能力的扩频通信技术 ,1999 年L. Nguyen 在 IEEE Military Communication Conference 上发表 了“ Self2Encoded Spread Spectrum Communications”提出了自编 码扩频通信的概念。 52 2003 年第 4 期 山东电子 电视与通信技术 　 SHANDON G ELECTRONICS 2003. 4 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 3 　自编码扩频的特点 自编码扩频是近年来才出现的一种新颖的扩频技术 ,很 多相关的技术正在研究之中 ,图 1 便是一种自编码扩频系统 的模型。 图 1 　自编码扩频的系统模型 由图所示 ,在自编码扩频通信中 ,输入信息经过各种压 缩编码 ,使其变成随机数据流 ,扩频序列便从这种伪随机数 据流中取得 ,保证扩频序列的随机性 ,动态性和更强的抗截 获能力。在发射端和接收端 ,N 阶延时寄存器不断的在信息 流的 N 级时延之间不断切换更新信息流速率 ,这里的 N 既 为自编码扩频的码长。信源中的冗余度利用压缩编码方法 来去除 ,二元信息符号 + 1 和 - 1 可以达到 1Π2 概率的随机 分布。因此自编码扩频序列不仅随机的产生和独立于目前 的信息 ,而且动态的在信息符号之间切换 ,这样也使信号更 平滑和消除传统的扩频码之间的相互干扰。接收端收到的 数据不断的返回 N 阶延时寄存器 ,这样便可以估计扩频码 , 再由相关检测器判决达到信号的解扩。需要说明的是 ,一旦 通信建立时 ,发射端和接收端的 N 阶延时寄存器必须达到 同步。 4 　自编码扩频的应用 自编码扩频的提出具有极其重要的意义 ,它提供的扩频 序列随机性和动态可变性的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,对提高扩频通信和移 动通信中的多址接入的抗干扰能力都具有极大的鼓舞力。 因为以自编码扩频为基础 ,实现多址通信 ,其原理与目前的 CDMA 系统差不多 ,但由于扩频序列的随机性和不同序列之 间的独立性 ,使通信系统中的多址干扰和噪声一样是随机 的 ,因而其性能将大大提高。另一方面 ,采用自编码扩频的 多址通信系统中 ,信源中的冗余度利用压缩编码方法来去 除 ,这样既保证了扩频序列的随机性和动态可变性 ,同时也 增大了信息的传输能力 ,从而使信息传输的安全性 ,信息的 抗干扰能力和系统的信息传输能力得到了最佳的统一。值 得强调的是这种压缩算法没有加密的必要 ,即便窃听者获得 了这种算法 ,对他截获信息也没有多大帮助 ,因为我们是在 进行自编码扩频之前对信息进行数据压缩的。当然 ,图 1 所 描述的模型只是自编码扩频的一种可能的实现模型 ,更复杂 的实现模型可能会提高系统的抗干扰 ,抗截获 ,或者更具有 可实现性。 由于自编码扩频采用从信源信息中抽取时变和不确定 扩频序列 ,基于自编码扩频的多址接入通信有望成为未来无 线通信中的重要技术 ,有望在未来无线通信中的多用户和多 媒体服务中发挥重要作用 ,改善诸如语音 ,数据 ,图像和视频 质量。如果将自编码扩频技术与目前广泛采用的直接序列 扩频和跳频技术相结合 ,组成混合扩频通信系统 ,将具有极 大的军用和商用意义。 5 　自编码扩频的关键技术 自编码扩频有许多关键问题需要深入的研究 ,比如自编 码扩频信号如何产生 ? 以及如何同步和解扩 ? 自编码扩频 通信的扩频序列是收端未知的 ,这造成窃听解密的困难 ,同 时也给接收机的解码能力提出了挑战。由于自编码扩频序 列的随机性和动态可变性 ,这给同步也提出了挑战 ,有的学 者提出采用密钥加注 ,随机或周期复位相结合的办法来保证 同步的可能性。 我们知道扩频信号的接扩需要在接收端产生本地扩频 序列 ,而在自编码扩频系统中 ,扩频序列是收端实现未知的 , 需要由恢复的随机数据中获得 ,这是实现迅速、可靠的建立 自编码同步的前提条件。还有自编码扩频系统中信号的检 测 ,信息序列冗余度对多址干扰的影响 ,多址干扰的特性 ,系 统容量与用户数 ,多址干扰和信噪比的关系 ,以及增加系统 容量的方法都需要深入的研究。 6 　自编码扩频的研究现状 自编码扩频通信是国外刚提出不久的 ,从 1999 年 L. Nguyen 公开发表第一篇自编码扩频方面的文章以来 ,虽然国 际上又陆续发表了一些文章讨论自编码扩频方面的论文 ,但 总的说来 ,公开发表的文章还不多 ,尚未形成完整的系统和成 熟的技术 ,许多自编码扩频的关键技术有待于深入研究。我 们国内对自编码扩频的研究基本上还是空白的。但自编码扩 频技术对推动军用和商用扩频通信的发展的意义是极大的 , 因此值得对这方面感兴趣的科研工作者深入研究。 7 　参考文献 1 　Lim Nguyen , Self2encoded spread spectrum communications , 1999 Military Communications Conference (MIL’99) ,Atlantic City , NJ , Oct 1999. pp1822186 2 　Y. Kong , L. Nguyen and W. M. Jang ,Self2encoded Spread Spectrum for Multiple Access Communications 3 　Michael Hempel , Won Mee Jang , Lim Nguyen , Self2Encoding Multiple Access with Turbo Coding , University of Nebraska , USA ,2001 4 　Won Mee Jang , Lim Nguyen ,Capacity analysis of m2user self2 encoded multiple access system in AWGN channels , IEEE 6th Int. Symp. Spread Spectrum Tech. &Appli. 2000 pp2162220 5 　L. Nguyen ,Self2encoded spread spectrum and multiple access communications ,IEEE 6th Int. Symp. Spread Spectrum Tech. & Appli. 2000 pp3942398 6 　查光明. 扩频通信. 西安 :西安电子科技大学出版社 ,1991 (收稿日期 :2003205210) 62 电视与通信技术 山东电子 2003 年第 4 期 　 　　　SHANDON G ELECTRONICS 2003. 4