1、擴頻通信原理及應用 院 系：專 業：年級班級：學 號：姓 名：指導教師：設計日期： XXX 通信工程 XX班 XX 朱XXX XX 2011年5月22日擴頻通信技術在電力部門的應用擴頻通信是一種寬帶通信技術，在生產實踐中有著廣泛的應用。它具有抗干擾性強、信號質量高、隱蔽性能好等優點，是提供數據傳輸和話路傳輸的理想通道。因此唐山供電公司建設的無人值守變電站王官營到集控站豐東之間的四遙通道采用了美國生產的Utilcom無線擴頻設備，另外配加一個數話復用器，實現了話音和數據傳輸功能。但在運行中出現了通道不定時瞬斷，通道誤碼瞬間增多的現象，不僅影響了遙控、遙信信號的傳送，而且電話也時斷時續。1設備簡介

2、(1) LR 2020擴頻調制解調器 工作頻段2.435 GHz 調制類型BPSK或QPSK直接序列擴頻和跳頻 通信方式全雙工 PN碼速率4.6 Mchip/s 最大PN碼長度31、63 chip可選 接收靈敏度-92 dBm(2) DV-MUX自適應高速時分復用數話復用器，提供1路同步數據通道和1路話音通道。(3) 24dB增益的拋物面天線。2此設備的擴頻理論概述21擴頻通信基本原理擴頻通信是先將發端輸入的信息調制成數字信號，然后由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號，以展寬信號的頻譜。展寬以后的信號調制到射頻發送出去。在收端，將接收到的寬帶射頻信號變頻至中頻，然后由本地產生的與發端相

3、同的擴頻碼序列去解擴。最后經信息解調，恢復原始信息輸出。2.2 干擾因素分析根據無線通信傳輸理論，分析造成通信瞬斷的原因主要有兩方面：一是干擾(包括單頻、多頻干擾和多徑干擾)；二是信號被阻擋。對于單頻及多頻載波信號的干擾，擴頻系統有抑制干擾、提高輸出信噪比的功能。這是由于擴頻系統將信號頻帶展寬，干擾信號加在更寬的頻帶上，分散了干擾的功率。另外接收端采用了擴頻碼序列進行相關檢測，即使同類型信號，如果不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大的作用。多徑干擾是由于大氣層的折射、氣溫變化、霧、雨等原因或障礙物的反射造成多條無線鏈路，使信號衰減，并且任何一種衰減都可能持續幾分鐘到幾小時，造成20 d

4、B左右的能量損失，從而降低信號的可視距離，使通道誤碼增多，甚至通信中斷。直接序列擴頻設備采用相關接收，只要碼片寬度小于或等于最小的傳播時延就具有抗多徑干擾能力。我們使用的這種擴頻設備，其PN碼速率是4.6 Mchip/s，那么若碼片寬度小于或等于0.25 s，由于短波電離層信道的傳播時延在0.10.2 ms，因此足可以抗大氣層折射、氣溫變化、霧、雨等原因引起的多徑干擾。另外該設備的跳頻功能使載波頻率跳達到頻率分集，也有一定的抗多徑干擾作用。3通信通道干擾現象的進一步分析3.1實際干擾情況利用頻譜測試儀搜索豐東和王官營附近的無線信號，在2.4 GHz中心頻率10 MHz、20 MHz帶寬范圍內未

5、發現干擾信號。改變工作頻率、主從方式等參數，以及選擇跳頻方式都不能排除通道瞬斷現象，這也說明瞬斷不是干擾引起的。3.2阻擋因素分析微波通信為視距傳輸。對于擴頻設備來說，對地形變化或建筑物等小阻礙物有較好的抗多徑效應能力。但它傳輸的仍是微波信號，因此也要求天線間可視。如果有山或大的建筑物阻擋將無法進行正常通信。3.2.1系統儲備電平的理論計算系統的儲備電平是指在不間斷通信情況下系統允許信號衰減的電平范圍。王官營到豐東直線距離約10 km，由2.4 GHz頻段下自由空間中路徑損耗曲線可查出：10 km信號自由空間路徑損耗為120 dB；在這兩端我們實際采用的天線增益均為+24 dB；接收機靈敏度是

6、-92 dBm。發射功率19dBm。(1) 每個modem總的接收增益饋線損耗加上天線增益，即：(2) 接收機所要求的有效發射功率REPREP接收機靈敏度+路徑損耗-總接收機增益-92 dBm+120 dB-(+24 dB)+4 dBm(3) 每個modem總的發送增益饋線損耗加上發送天線增益，即：(4) 要求的發射機的輸出功率：從接收機所要求的REP中減去發射機總的發送增益，即：(5) 電平儲備量：從實際的傳輸功率中減去要求的發射機輸出功率，即：每個modem的總發送功率+19 dBm3.2.2系統儲備電平的實際測試在天線口串接一可變衰減器，測試接收機入口信號強度的變化，見表1。表 1接收機

7、入口信號強度變化衰減器信號強度誤碼情況0 dB -78 dBm無誤碼，通信正常5 dB -85 dBm無誤碼，通信正常8 dB -85 dBm有誤碼，通信正常10 dB -87 dBm誤碼增多，通信正常11 dB -87 dBm誤碼增多，通信瞬斷13 dB -108 dBm通信中斷從表1可看出：當衰減8 dB時就有誤碼出現，衰減11 dB時通信發生瞬斷，其電平儲備只達到10 dB，并且接收機入口電平很低。是什么原因造成電平儲備實際值與理論值相差甚遠呢?通過再次考察王官營到豐東之間路徑，發現有兩座無名山，最高點達到200 m。信號正好從80 m處穿過，對信號產生部分阻擋，降低了信號強度，因而降低

8、了信號電平儲備量。因此當大氣層變化、氣溫、雨、霧等原因引起多徑效應時，由于電平儲備量太低，出現通信瞬斷現象。 4解決通信瞬斷問題的方案和措施解決因阻擋造成通信中斷的辦法有兩個：一是加高天線，避開阻擋，使天線間達到可視。二是增大天線增益，提高信號強度。由于加高鐵塔工作量大，時間又不允許，只有采取更換天線的措施。點對點定向天線改用28 dB增益天線。重復上面理論計算可知，采用28 dB增益天線時電平儲備理論值可達到47 dB，即比24 dB天線時升高12 dB。那么，實際儲備電平升高了多少呢?實際測試結果見表2。表 2改用28 dB增益天線后的測試結果衰減器信號強度誤碼情況0 dB-64 dBm無

9、誤碼，通信正常10 dB-72 dBm無誤碼，通信正常24 dB-86 dBm無誤碼，通信正常25 dB-87 dBm有誤碼，通信正常26 dB-87 dBm誤碼增多，通信正常30 dB-108dBm通信中斷從表2看，換天線后信號電平升高14 dBm，衰減加到26 dB時通信仍無瞬斷。說明此時系統電平儲備達到26 dB以上，比24 dB增益天線時增加16 dB，且比理論計算還高。這說明瞬斷原因是阻擋所致，通信瞬斷問題得到圓滿解決。目前設備運行穩定，誤碼率很低，符合設計要求。 5結論擴頻設備具有抗干擾性強、隱蔽性好、抗多徑干擾、信號質量高等優點，但在應用時要注意以下幾方面：雖然設備具有抗普通干擾

10、、抗多徑干擾能力，并在短距離內可通過一定程度的障礙物，但遠距離仍是視距傳輸，因此山區使用必須要慎重，要進行儲備電平和誤碼率指標測試，必須保證有足夠的電平儲備。有些設備檢測功能不完善，通信指標不能直觀、準確地反映，因此可利用其他測試儀表對系統進行測試。我們使用的這種直擴系統，進行組網時網內同時可工作的地址數與系統的處理增益成正比，當處理增益給定時，網內用戶數也就一定了。若是多個直接擴頻網工作時，則存在網間干擾問題，也將限制允許建網的數目，而跳頻系統由于跳頻頻率數是有限的，可組網的數量也是受限制的，因此在組網前要進行頻率分配規劃，防止出現同頻干擾以及頻率互調干擾問題。設計好天線架設高度，保證天線間可視。同時做好天線和設備的防雷接地。6 心得體會過對擴頻通信的學習，在學習了相關知識的同時，我也對擴頻通信技術在生活中的應用有了更多的理解，對其工作原理有了大致地了解，對以前學習過的知識也是一種溫習老師講課的方式通俗易懂，注重聯系實際，講課方式幽默，讓同學們易于接受，增加了我們學習的興趣。通過學習，我對