擴(kuò)頻通信技術(shù)在氣象裝備中的應(yīng)用

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擴(kuò)頻通信技術(shù)是近些年迅速發(fā)展起來(lái)的一種通信技術(shù)，擴(kuò)頻通信在早期主要用于電子對(duì)抗系統(tǒng)和軍事保密通信，隨著世界格局和社會(huì)的變革發(fā)展，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向“商業(yè)化”，而之后民用通信頻帶日益擁擠，再加上近代微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，與擴(kuò)頻通信有關(guān)的器件成本大大降低，進(jìn)一步推動(dòng)了擴(kuò)頻通信在民用領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用。由于擴(kuò)頻通信在高保密、抗干擾和拓展系統(tǒng)容量等方面有顯著作用，且接收信號(hào)質(zhì)量較好。我國(guó)于1996年12月將S波段規(guī)劃出來(lái)，供擴(kuò)頻通信使用。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，擴(kuò)頻通信技術(shù)被快速應(yīng)用到碼分多址（CDMA）技術(shù)中。隨后該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入氣象領(lǐng)域，并作為一種成熟的通信技術(shù)在氣象裝備中得到廣泛使用，推動(dòng)了氣象事業(yè)的進(jìn)步。

1擴(kuò)頻通信技術(shù)

任何信息的傳輸都需要一定的信息帶寬，擴(kuò)頻通信屬于一種數(shù)字傳輸式的寬帶通信技術(shù)；帶寬的展寬是通過(guò)利用與被傳信息無(wú)關(guān)的擴(kuò)頻函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)被傳信息的調(diào)制；接收端是利用相同擴(kuò)頻函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的調(diào)解，并對(duì)被傳信息進(jìn)行還原。傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。其擴(kuò)頻技術(shù)包括直接序列擴(kuò)展頻譜（DS）、跳頻（FH）、跳時(shí)（FH）及線(xiàn)性調(diào)頻（Chirp）。另外，這些擴(kuò)頻可自由組合如FH/DS等，通信中應(yīng)用較多的擴(kuò)頻是DS、FH和FH/DS。當(dāng)前對(duì)擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用，目的是擴(kuò)展信息傳輸數(shù)據(jù)寬帶，通過(guò)利益同時(shí)傳輸與有效信息無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，使被傳輸信息數(shù)據(jù)擴(kuò)頻后的寬帶遠(yuǎn)大于傳輸中有效數(shù)據(jù)的寬帶。

1.1擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)

擴(kuò)頻技術(shù)最顯著的優(yōu)越特點(diǎn)是具有強(qiáng)抗干擾性，可以在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下提取出信號(hào)。對(duì)于單頻和多頻都有較強(qiáng)的抑制作用，即使是同類(lèi)型的信號(hào)干擾，其擴(kuò)頻碼序列間的不相干性，干擾作用十分微弱。另外，擴(kuò)頻通信具有較好的隱蔽性，由于擴(kuò)頻信號(hào)的寬頻帶，降低了信號(hào)功率密度，在氣象通信中，可實(shí)現(xiàn)其較好的隱蔽性通信，且?guī)缀醺蓴_不到窄帶通信系統(tǒng)。在實(shí)際實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在原有窄帶通信內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)同步擴(kuò)頻通信，不需另外配段。在擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，不同碼型和碼序列之間可實(shí)現(xiàn)碼分多址，通過(guò)編碼和調(diào)制實(shí)現(xiàn)頻帶擴(kuò)寬，提高多用戶(hù)寬帶容量和其高效利于率，并利于組網(wǎng)。擴(kuò)頻通信絕大部分是數(shù)字電路，屬于高集成電路設(shè)備，設(shè)備大多采用積木式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)類(lèi)型可實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)和統(tǒng)一規(guī)劃安裝，并易于維護(hù)，利于擴(kuò)容，靈活性較強(qiáng)，且存在故障率低，可有效保護(hù)前期投資。

1.2擴(kuò)頻通信技術(shù)原理

擴(kuò)頻通信技術(shù)的原理是通過(guò)發(fā)行隨機(jī)的序列進(jìn)行擴(kuò)展。由于每套擴(kuò)頻通信系統(tǒng)只有在接收端與發(fā)射端使用相同的拓展序列時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)的重組、分析，獲取有效擴(kuò)頻數(shù)據(jù)。因此，對(duì)于擴(kuò)頻通信設(shè)備的使用，若各設(shè)備間序列不同，則在同一區(qū)域內(nèi)多套擴(kuò)頻通信設(shè)備之間不會(huì)相互干擾，并實(shí)現(xiàn)同頻資源共享的有利條件。根據(jù)香農(nóng)（C.E.Shannon）在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，對(duì)擴(kuò)頻信息技術(shù)進(jìn)行了較好解釋。香農(nóng)公式：C=W×Log2(1+S/N)（1）式（1）中：C表示信息的傳輸速率，W表示頻帶寬度，S表示有用信號(hào)功率，N表示噪聲功率。根據(jù)公式可以看出：信息的傳輸速率C值與帶寬W或信噪比S/N之間為正比，若要提高傳輸率C則通過(guò)加大帶寬W或提高信號(hào)噪比S/N即可。在保持C一定的情況下，可以對(duì)信號(hào)帶寬W和信噪比S/N進(jìn)行換，即增加信噪比可實(shí)現(xiàn)降低信號(hào)寬帶的要求。擴(kuò)頻通信是利用寬帶傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信噪比的調(diào)制，也是擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論依據(jù)和原理。

1.3擴(kuò)頻技術(shù)的分類(lèi)

頻譜的擴(kuò)展是利用數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)的，常見(jiàn)的碼型有IM序列、IGOLD序列和IWALSH函數(shù)正交碼幾種，可任意選取序列進(jìn)行組合。系統(tǒng)接收端通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和處理，解出基帶信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶(hù)信息的區(qū)分。根據(jù)擴(kuò)展頻譜的不同方式，擴(kuò)頻通信分為接序列擴(kuò)展頻譜（DS）、跳時(shí)（FH）、跳頻（FH）、及線(xiàn)性調(diào)頻（Chirp）等幾種組合方式，其中較常用的擴(kuò)頻技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻擴(kuò)頻技術(shù)2種。直接序列技術(shù)利用偽隨機(jī)碼，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)加入該碼后實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)頻譜的擴(kuò)展、擴(kuò)寬，且接收端使用與接收端相同擴(kuò)頻序列進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提取出發(fā)射端實(shí)際有效發(fā)射數(shù)據(jù)。其中跳頻擴(kuò)展技術(shù)可用任意窄帶鏈路實(shí)現(xiàn)，利用擴(kuò)頻序列進(jìn)行頻移鍵控，使載波頻率發(fā)生跳變。

2擴(kuò)頻通信技術(shù)在氣象裝備中的應(yīng)用。

擴(kuò)頻通信技術(shù)隨著通信技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，已經(jīng)成為一種成熟的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)被應(yīng)用與氣象裝備中。在一些條件惡劣或不發(fā)達(dá)的地區(qū)，利用擴(kuò)頻較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，各種氣象裝備應(yīng)運(yùn)而生。例如，較早時(shí)間泰山到濟(jì)南的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻通信傳輸系統(tǒng)。由于泰山氣候多變，電磁環(huán)境復(fù)雜，為了獲取精確雷達(dá)資料，利用擴(kuò)頻直擴(kuò)技術(shù)，在泰山和濟(jì)南之間為其提供兩路雷達(dá)資料數(shù)據(jù)傳和兩路高質(zhì)量通話(huà)傳，提高了兩點(diǎn)間的信息交流和共享互動(dòng)性。通信設(shè)備是AIRLINK384電臺(tái)，選用直擴(kuò)技術(shù)，即選有1個(gè)偽隨機(jī)碼實(shí)施對(duì)傳輸信息的調(diào)控，之后獲取擴(kuò)頻序列并將擴(kuò)頻序列調(diào)制載波發(fā)射到空中。電臺(tái)共有8組PN碼。直擴(kuò)系統(tǒng)在接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大混頻后，用發(fā)射端同步PN碼擴(kuò)散中頻信號(hào)，使其恢復(fù)成窄帶信號(hào)，通過(guò)調(diào)解后恢復(fù)原始信息序列。極大縮短了數(shù)據(jù)的傳輸速度，提高了工作效率。

3結(jié)語(yǔ)

擴(kuò)頻通信技術(shù)以其特有的抗干擾性、保密性等多種優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并較早應(yīng)用在氣象設(shè)備中，極大提高了氣象工作效率。隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，各種新式先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用于氣象行業(yè)中。滿(mǎn)足了氣象裝備數(shù)據(jù)傳輸基本需求。但在環(huán)境復(fù)雜的氣象臺(tái)和野外區(qū)域自動(dòng)站的應(yīng)用中還需要考慮各種受阻影響因素，如何選用最合適的通訊方式是項(xiàng)目建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)代化通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使人們對(duì)各種通訊方式有更多接觸，這種無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻通信技術(shù)的未來(lái)發(fā)展還有較大前景。

作者：陶偉