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一般擴頻通信系統的工作原理如圖1所示。與普通數字通信系統相比，擴頻通信系統主要是增加了擴頻調制和解擴部分。在發送端，首先對輸入的信息進行信息調制，形成數字信號，隨后由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列對數字信號進行調制，使信號的頻譜展寬。展寬以后的信號再對載頻進行調制，通過射頻功率放大后送至天線發射。在接收端，從接收天線上收到的寬帶射頻信號，經過輸入電路、高頻放大器后被送入變頻器，而后由本地產生的與發射端完全相同的擴頻碼序列解擴，最后經信息解調，恢復成原始信息輸出。根據擴展頻譜的方式不同，目前常用的擴頻通信實現方式主要包括直接序列擴頻（DS）、跳頻擴頻（FH）、跳時擴頻（TH）、線性調頻（Chirp）等。另外，在實際應用中，可以根據具體的通信要求，對這4種擴頻方式進行組合，組成各種混合式擴頻系統，常用的有TH/DS、FH/DS、FH/TH、DS/FH/TH等。
2擴頻通信系統的特點
擴頻通信系統的特點主要包括以下幾個方面：
（1）抗干擾性能好。
對于干擾信號來說，由于與擴頻信號不相關，所以被擴展到一個很寬的頻帶上，使之進入信號通頻帶內的干擾功率大大降低，相應地增加了相關器輸出端的信號/干擾比，因此擴頻通信系統具有很好的抗干擾性能，非常適于移動通信。
（2）可進行多址通信。
擴頻通信系統具有非常強的選擇性尋址能力，可以采用碼分多址（CDMA）的方式組成多址通信網。多址通信網內的所有接收機和發射機都可以同時使用相同的頻率工作。采用擴頻通信技術構成多址通信網時，比常規通信體制更易于實現網絡的同步，便于實現靈活的隨機接入；同時，也便于利用計算機進行信息的控制和交換。
（3）保密性能好。
擴頻信號的頻譜結構主要是由擴頻碼決定的，而與待傳輸的信息基本無關，因此擴頻通信中信息的安全程度取決于所使用的擴頻碼。擴頻通信系統可以使用周期很長的偽隨機碼，在一個周期中偽隨機碼具有隨機特性，因此經過其調制后的數字信息類似于隨機噪聲。有的擴頻通信系統可以在信噪比為-20～−15dB的條件下工作，對方很難測出信號的參數，從而達到安全保密通信的目的。此外，擴頻信號還可以進行信息加密，對傳送的信息進行保護。
（4）抗多徑。
多徑問題是長期以來一直困擾通信系統的一大難題，特別是對于移動通信系統來說這一問題解決起來更為復雜和困難。擴頻通信技術則使解決這一難題成為可能。這是因為該項技術具有很強的抗多徑能力，只要滿足一定的條件，就可以達到抗干擾的目的，甚至還可以利用多徑能量來提高系統的性能，在一般的擴頻系統中，這個條件很容易得到滿足。
（5）干擾小。
擴頻通信系統對其他通信系統的干擾比較小，這是因為擴頻通信系統的頻譜密度低。由于擴頻信號擴展了頻帶，因此在輸出信號功率相同的情況下，降低了輸出信號單位頻帶內的功率，從而降低了系統在單位頻帶內電波的通量密度。擴頻通信系統的這一特點對空間通信極為有利。
（6）數模兼容。
擴頻系統既可以傳輸數字信號，也可以傳輸模擬信號。
3擴頻通信技術的發展方向
為了更好地發揮擴頻通信系統的各種優勢，進一步提高其綜合性能，今后應重點在以下幾個方面開展更加深入的研究工作。
3.1混合式擴頻技術
雖然DS、FH、TH等單一的擴頻方式都具有較強的抗干擾性能，但它們也都有各自的缺陷。例如，DS擴頻方式的缺點是碼捕獲時間較長、抗窄帶瞄準干擾能力有限、“遠—近”效應影響較大等；FH擴頻方式的不足之處是抗跟蹤干擾能力、抗寬帶噪聲干擾能力差等；TH擴頻方式的主要缺點是對定時要求嚴格等。因此，在實際應用中，單一的擴頻方式往往不能滿足實際通信的需要，特別是在需要同時解決諸如抗干擾、多址組網、定時定位、抗多徑、降低“遠—近”效應等一系列問題的情況下，需要將兩種或多種擴頻方式結合起來，以便彌補單一擴頻方式的不足，解決某些技術難點，提高通信系統的綜合性能。而且，采用混合式擴頻技術還有利于增強系統設計的靈活性，降低技術難度和成本。所以，進一步研究混合式擴頻系統（如FH/DS、TH/DS、FH/TH、DS/FH/TH等）是今后的重要發展方向之一。
3.2短波差分跳頻通信技術
短波差分跳頻通信（又稱“短波相關跳頻通信”）是近年來發展起來的一種有別于常規跳頻通信的一種新型跳頻體制，它的主要特點就是將調制和編碼統一起來，較好地解決了提高數據傳輸速率和抗跟蹤式干擾等問題。短波差分跳頻通信系統是以先進的數字信號處理技術及高速的DSP芯片為基礎設計的，該系統硬件結構簡單，易于采用數字化軟件無線電的架構，擁有傳輸速率高、抗跟蹤干擾能力強、頻譜復用、抗衰落性能好等優勢，是近年來擴頻通信領域一個重要的發展方向。作為一種全新的通信體制，目前短波差分跳頻通信存在著跳頻圖案的二維連續性和隨機性較差、寬帶頻率選擇困難、誤碼傳播以及組網困難等問題，因此尚未進入實用化階段，針對該種擴頻方式，在相關跳頻算法設計、抗干擾算法、多址性能、組網等方面仍需要開展更加深入的研究工作，解決其中的技術難點。
3.3混沌擴頻通信技術
混沌系統的類隨機特性非常適于通信的噪聲偽裝調制，而且，通過混沌系統對初始相位敏感的依賴性，可提供數量極多、非相關、類隨機、又是確定且易于產生與再生的信號，所以混沌序列特別適合作為擴頻通信中的擴頻碼。而且，由于混沌擴頻序列沒有周期，類似于一個隨機過程，所以系統的保密性好，很難破譯。混沌擴頻通信是目前混沌應用研究最熱門的發展方向之一，當前采用混沌擴頻序列的CDMA系統尚未得到實際應用，還需要開展進一步的研究工作。
3.4跳頻技術與多種高效調制技術的結合
跳頻技術與多種高效調制技術主要應用于民用通信系統中，但是，由于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。在今后的研究工作中，應著重探索如何將高速跳頻技術與高效調制解調技術進行有機的結合，充分發揮其特點，以便達到理想的通信效果。
3.5多用戶檢測技術與其他新技術、新算法結合
多用戶檢測技術不僅能去除噪聲干擾，而且還能進一步調高系統的容量、改善系統的性能，因此成為擴頻通信中的一個關鍵技術，受到普遍關注。多用戶檢測技術與其他新技術、新算法的結合是擴頻通信領域的研究重點和發展方向之一，主要包括以下幾個方面：
（1）半盲多與盲多用戶檢測技術。
（2）多用戶檢測與空間處理相結合。
（3）多用戶檢測與優化算法相結合，例如遺傳算法、神經網絡算法、模擬退火算法、恒模算法等。
（4）多用戶檢測與其他新技術相結合，包括空時技術、天線陣列技術、多載波技術等。
3.6基于DSP的擴頻通信技術
基于DSP（數字信號處理器）的擴頻通信是指硬件設備采用DSP作為核心處理器，通信部分采用抗干擾性、保真性好的擴頻無線通信。擴頻通信的實現對硬件要求較高，由于DSP芯片具有很強的數據運算和處理能力，且精度較高，因此可以較好地適用于擴頻通信，兩者的結合通過優勢互補實現了通信功能的完善，這是目前該技術研究的重點。當前，該技術主要用于水下通信和地下礦井移動通信中。
4結束語
經過多年的研究、發展和應用，擴頻通信技術自身的理論和技術都已趨于完善。隨著通信業的快速發展，一方面，對現有擴頻通信技術更加深入的研究一直沒有停止；另一方面，新技術也在不斷地被開發出來，其在軍事通信和民用通信領域中發揮的作用也將越來越大。擴頻通信技術具有易于實現碼分多址的特點，這使得它能夠與第四代移動通信系統完美結合，發展前景十分廣闊。
作者：孫家可 王春芳 單位：天津大學電子信息工程學院 中國移動通信集團設計院有限公司北京分公司