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直接序列扩频与跳频扩频的比较

王朝other·作者佚名  2008-05-19
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扩频通信技术是广泛运用在公网和专网的一种无线通信技术。扩频通信可分为直序列扩频和跳频两种。各种扩频的机理不同。难以断言某种扩频方式优于另外一种扩频方式,只能在一定条件下具体分析不同厂家的实际产品,下面就两种技术作一简单比较:

(1)抗衰落、特别是频率选择性衰落

直扩系统射频带宽很宽。小部分频谱衰落不会使信号频谱严重的畸变;对于跳频系统,频率选择性衰落将导致若干个频率受到影响,导致系统性能恶化。

(2)抗强的定频干扰

直扩抗干扰通过相关解扩取得处理增益到达抗干扰的目的,但如果超过干扰容限的定频干扰也会导致直 扩 系统的通信中断。一般的扩频产品有多个频道(Channel),可以在2.4G到2.4835G的范围内选择。可以躲过这一干扰。

跳频系统靠载波的随机跳变,躲避干扰,将干扰排斥在接受通道以外达到抗干扰的目的,若调频系统的可用频道很大,在某一个频点停留时间很短,才有好的效果。

与上面第(1)点谈到的同理,慢跳系统(一般跳次数在1000跳以下),属于跳频产品中的低端产品,因此很大程度上丧失了很多跳频技术本身所具备的特性。

慢跳频产品对窄带干扰非常敏感,举例来说,假设扩频段中有一个1MHz频宽的频点受到干扰,慢跳频产品每秒跳频100次,那么至少有一次会受到上述提到的窄带干扰,此时误码率为10-2,这么高的误码率对正常通信来说是不可用的。只有快跳频产品才能避免窄带干扰,但成本极高,目前商用通信中还没有快跳频产品。

(3) 抗多径干扰

多径干扰是由于电波传播过程中遇到各种反射体(高山,建筑物)引起,使接受端接受信号产生失真,导致码间串扰,引起噪音增加。而直扩系统可以利用这些干扰能量提高系统的性能。跳频系统要抗多径干扰,要求每一跳驻留的时间很短,一般要实现1M次跳/每秒,实际难以实现。

(4)同步

直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外,还必须完成伪随机码的同步,以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长,要求的同步精度也就高,因而同步时间就长。跳频系统的调频速率远低于直扩系统的伪随机码速率,因而对同步的要求就相对降低,同步时间就短。直扩系统的同步时间就短、入网就快。调频系统的同步时间在毫秒级,直扩系统的时间在秒级。

但这仅指两台扩频设备开机,到可以通信的时间。

(5)通信安全保密性

直扩和跳频系统都有很强的保密性能。另外,对于直扩系统而言,射频带宽很宽,谱密度很低,甚至淹没在噪音中,就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低,直扩系统对其它系统的影响就很小。

(6)信号处理

直扩系统一般采用相关解调解扩,其调制方式多采用BPSK、DPSK、QPSK、MPSK等调制方式。而跳频方式由于频率不断变化、频率的驻留时间内都要完成一次载波同步,随着跳频频率的增加,要求的同步时间就越短。因此跳频多采用非相干解调,采用的解调方式多为FSK或ASK,从性能上看,直扩系统利用了频率和相位的信息,性能优于跳频。从实现的角度看,由于相干检测需要载波恢复电路,直扩实现起来成本昂贵。

另外慢速跳频系统对于同一地区的所有微波设备都产生干扰,因为跳频系统是一种窄带产品,由于商业跳频都是慢速跳频,其瞬时单位频谱功率很高,并且会跳到ISM规定的频段中所有频谱范围内。因此会干扰整个地区的所有同频段设备,由于,跳频在跳动中会产生严重的杂散发射,甚至会干扰受频率许可保护的其它无线电设备。事实上跳频设备同时也会被同地区的所有跳频系统干扰。正因为如此,实际上各个国家的无线电管理机构对于跳频的使用往往均加以各种方式的限制,如不允许跳频采用全向天线,强制要求室外应用中跳频的频率恒定(这也就完全消灭了跳频的优势),因此虽然跳频的价格极端便宜(其跳频基本电路是采用GSM手机跳频电路设计、成本相当低),实际上使用中是以严重浪费无线电频率资源为代价的的。

跳频系统的频道数不是同一概念,其相邻频道之间无隔离度的概念,因此在实际理论上是没有扩频增益的。

正是由于跳频技术本身的限制,在多次测试中跳频的传输质量均远远低于扩频。在国内,一个北京市的用户试装一个号称3M速率,传输超过30公里的跳频无线调制解调器,实际距离仅有4公里,采用了一个高达250mW的功率放大器,测试中实际能够维持的速率仅在384kbps左右,并且随着时间和信号的变化,其设备会自行降低通信速率。最后用户通过其它手段发现其原版英文说明书上的距离仅仅保证2公里(约3.2公里),而设备 供应商竟然不提供用户手册。

在另外一次银行IP电话的测试中,跳频设备更暴露出问题,同样距离的链路,同样的IP网关,一次采用了速率号称高达2M的跳频设备 ,另一次采用直接序列扩频设备,而2M的跳频设备只能支持2路IP电话 ,而一个速率128K的直接序列扩频设备支持的同样IP电话已经超过8路。通过协议分析仪,发现跳频链路存在着不确定的高误码率,一般在1E-5变动,因此必须依赖上层协议纠正,TCP协议可以通过重传纠正,而IP电话依赖的UDP协议不支持重传,造成了高速跳频设备几乎不能支持话音传输,最后银行的技术人员得出结论,跳频2M设备,不如直扩64M设备。

 
 
 
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