一、概述

　　随着信息时代的不断发展，世界各国不同机构、同机构不同部门之间的联系越来越紧密。然而现实生活却不尽如此，虽然许多机构建拥有自己的计算机网络，但却并没有连成一个整体，或连结不稳定。

　　解决的方法有多种，比如：铺设光纤、租用专线、租用卫星、架设微波。铺设光纤费用太高，在当前的投资规模和市政规划限制下，自行铺缆显然不现实；租用专线价格便宜的带宽不够，带宽满足要求的，租金又贵得难以承受，而且还容易出故障，一旦办公地点或分支机构地点有所变动，固定电缆形式显然有很大的局限；租用卫星价格昂贵又存在带宽不够的问题；而微波却能提供性价比最高的解决方案。与常规数字微波相比较，扩频微波具有相对价格低廉、保密性好及可以点对点，点对多点应用的特点。更具吸引力的是，当前最先进的扩频微波产品甚至能够内置全部路由功能并且直接提供IP协议基础的10/100Base-T以太网接口，极大地方便企业网的应用并且符合网络发展潮流。

　　无线网桥(Wireless Bridge)是无线扩频设备的一种，它的特点是能够连接两个或者两个以上的分布在几公里到几十公里范围内的计算机网络。在802.11b的技术条件下，空中无线速率在2.4GHz频段可以达到11Mbps；在802.11g的技术条件下，空中无线速率在2.4GHz频段可以达到54Mbps；在802.11a的技术条件下， 空中无线速率在5.8GHz频段可以达到54Mbps。802.11g与802.11a的主要区别在于前者工作在2.4GHz频段，而后者工作在5.8GHz频段。

　　接入点设备(Access Point)是无线扩频设备的一种，它的特点是终端设备不仅仅可以通过接入点设备连接到网络上，还可以自由的在不同接入点设备之间实现无缝“漫游”，就象手机一样。在802.11b的技术条件下，空中无线速率在2.4GHz频段可以达到11Mbps；在802.11g的技术条件下，空中无线速率在2.4GHz频段可以达到54Mbps；在802.11a的技术条件下， 空中无线速率在5.8GHz频段可以达到54Mbps。802.11g与802.11a的主要区别频段不同。

　　随着技术的不断发展，基于IP协议的各种技术也日臻成熟：基于IP协议的语音设备(VOIP)，基于IP协议的视频设备，基于IP协议的串口通讯设备也在全国各地得到了广泛的应用，并且价格也越来越便宜。因此，建立了这样的一套扩频通讯系统后，也可以为以后的各种其他应用打下坚实的基础。

　　二、扩频通讯系统介绍

　　1、扩频通信系统

　　1.1 什么是扩频技术(SS)

　　扩频技术是将信息信号的带宽扩展很多倍进行通信的技术。传输信号带宽远大于信息信号的带宽。例如，传输一个64Kbps的数据流，其基带带宽只有64KHz左右，但用扩频技术传送时，它所占据的信道带宽可以被扩展到5MHz，10MHz，甚至更大。与此同时，发射到空间的无线电功率谱(单位带宽内具有的功率)，也将大大的降低。

　　这样一来，是否频率资源会更紧张呢?答案是否定的。1990年以来，扩频通信的理论和实践都已证明，众多用户共享这同一带宽，它所容纳的用户数，不但比传统的频分多址方式(FDMA)多，也比近十年来广泛使用的时分多址方式(TDMA)要多。

　　扩频技术并不是一种新兴的技术， 早在1941年，美国一个女演员Hed Lamarr 取得了扩频通讯中跳频通讯的第一个专利。在1943年 Hutchinson博士也取得了扩频通讯中跳频的专利。而后该技术一直在美国军方使用。

　　大约在50年代中期开始了扩频中直接序列扩频产品的研究，即PN码序列的研究，早在60年代早期，各种各样的军用扩频系统在美国的军队中广泛得以使用，直到1986年美国在海湾战争后，扩频系统才转为民用。由此可见扩频系统从历史上而言她起源于美国，一直在美国军方使用，直至80年代中期，才将其转为民用，而且跳频产品为扩频产品的第一代产品，随后才发展了有更强抗干扰能力的直扩产品，清楚这一段历史对我们了解扩频产品， 有着至关重要的作用。我国已于1985年12月将S波段中的2.4-2.48GHz，1998年又将C 波段中的5.7-5.8GHz规划出来专门用于扩频通信使用。近年来该项技术在民用通信领域取得了突飞猛进的发展。扩频通信已广泛用于GSM基站联网、局域网互联、用户线路延伸、电力远动监控的数据等的传输、证券的联网、电视会议系统的链路等领域。从近几年客户使用的结果来看，已充分显示出了直接序列扩频通信的抗干扰能力强，系统误码率低，建设方便，节省经费的特点。

　　1.2 扩频通信原理

　　常规的数字数据通信原理是使用与数据速率相适应的尽可能小的带宽。这是因为带宽数是有限的，而且有很多的用户要分享。

　　扩频通信的原理是尽可能使用最大带宽数， 同样的能量在一个大的带宽上传播。

　　1.3 扩频的流程图

　　发射数据

　　用户数据通过“数字接口”输入，并把用户数据(G.703)转换成调制解调器内部使用的TTL电平标准，“微处理器”格式化数据，传送数据到“扩频处理”，“微处理器”也控制“P/N编码”。通过“扩频处理”后的数据传到“RF发送器” ， 除了带宽更宽以外， 在那里就象常规的无线方式一样进行调制(DQPSK)和发送。经过“RF发送器”的数据被转换为110MHz中频信号并送到“上/下变频器”转换为2.4Ghz/5.7GHz射频信号， 并通过在“上/下变频器”里的功率放大器将信号送到天线进行传播。

　　接收数据

　　天线接收到包含数据信息的2.4GHz/5.7GHz射频信号送到“上/下变频器”进行放大并转换为70Mhz中频信号， 然后中频信号就被送到“RF接收器”， 除了带宽更宽以外， 该信号就象常规无线信号一样被接收， 接收器在“微处理器”的控制下将收到的信号进行“解扩处理”， 并将数据重新组织通过“数据接口”部分输出给用户， “数据接口”部分将数据转换成用户格式(G.703)。

　　1.4扩频通信

　　在扩频中常用的有两种方法，一种叫跳频(FHSS)， 另一种叫直接序列扩频(DSSS)。DSSS用于高层次的扩频通信，FHSS用于低速速率， 低输出的工业应用。

　　1.4.1 P/N 编码

　　直接序列扩频系统是通过一组特殊的数字码也叫P/N(伪随机码)码来调制数据完成扩频过程。为了适当的解扩， 必须使用一样的P/N码。

　　在下图中， 每三个数据位用9位P/N码调制。数据位和P/N码位要按如此的方法结合产生下图中第三栏的信号，这些信号通过QPSK调制再通过发射器发射，再经过RF链路，由接收器接收同样的数字信号， 再经处理还原为原来的三位数据。

　　P/N的变化速率叫码速， 经QPSK调制到发射器的信号与码速有相同的频率，这信号的带宽要宽得多。发射带宽是码速的两倍。

　　2、扩频通信系统的组网方式

　　2.1 无线网络的要求

　　有很多不同类型的无线网络可以实现， 在话音和数据网络中， 通信链路必须能支持全双工数据通信， 为支持全双工数据通信， 调制解调器链路必须是点对点， 在有些情况下使用中继是为了增加要求的距离或避免两点间的障碍。

　　许多网络要求在中心站和许多远程站通信， 这要求有许多点对点链路而在中心站有许多调制解调器， 这些调制解调器必须同步以防相互干扰， 同步会使得所有调制解调器发送和接收频点隔离， 没有调制解调器在另一个调制解调器接收时正好以相同频点发送。

　　2.2 点对点无线网桥网络

　　在一个点对点无线网桥链路中， 通信链路的每端有一个调制解调器， 两个调制解调器之间在固定的通信， 一个调制解调器设为主， 而另一个设为从， 主端控制RF链路的通信时钟。点对点无线网桥链路如下图:

　　在例图中， 主机设备是LAN之间通信， 这要求调制解调器在全双工方式， 扩频电台调制解调器在它们之间很快地传送数据。

　　2.3 带中继的点对点网络

　　在有些时候， 要求有中继以延长通信距离或避免某些障碍，通信链路必须在全双工方式下工作， 为实现带中继的点对点链路， 两个单独的点对点链路在中继位置相连， 如下图：

　　2.4 点对多点无线网桥网络

　　在很多网络中， 中心位置与许多远程点通信， 在应用中从中心到每个远程点都建立一个点对点链路。

　　中心站的电台必须采用频点隔离以防相互干扰， 如在中心站的频率可统一采用高发低收方式。

　　3、扩频通信的优点

　　发射功率密度低，不易对其他设备造成干扰；

　　保密性高，被截获的可能性极低；

　　抗干扰能力强，对同频干扰及各种噪声具有极强的抑制能力；

　　具有极好的抗多径衰落性能；

　　设备简单，成本明显低于常规微波。

　　由上述介绍可见，扩频微波有着常规数字微波无可比拟的优点。

　　这里扩频带宽的很小部分与常规无线信号相干扰， 但常规无线信号不影响扩频信号，这是因为两者相比常规信号带宽很窄。

　　扩频通信具有抗干扰和隐蔽的特点， 它的这此特点有更深一层的理论根据， 即香农定理和柯捷乐尼可夫潜在抗干扰理论。香农定理如式：C=W log2(1+S/N)

　　W是传输带宽，C是信息容量，它的原理是在给定信号功率S和噪声功率N的条件下，用一种编码系统，可以以很小的误码率，以接近C的传输速率传送信息，此式也可以解释为：可用大的W和小的S/N或小的W和大的S/N，传输同样量C的信息。或象常说的：带宽W和信噪比S/N可以互换，扩频正是用大的带宽(十倍到几千倍)来换取S/N或S的。

　　柯捷尔尼可夫理论公式如：Pe=ƒ(E/no)

　　Pe是误码率，E是每比特信号能量，no是噪声功率谱密度，把此式适当改变一下就可以容易地看出其含义了。设传输信号带宽为W，信号功率是S=E/T，噪声功率N=Wno，信信号持续时间为T，信息信号带宽DF=1/T，把这些量代入上式得：E/no=ST/(N/W)=S/N•W/DF

　　上式说明，P是由S/N•W/DF决定的，也就是说，传输一定带宽F的信息，信噪比S/N可以和带宽DF互换，此结果与香农定理完全一致，在扩频通信中，W/DF是处理增益，处理增益愈大，S/N W/F愈大，误码率愈低，通信安全可靠性愈好。