扩频通信技术在气象装备中的应用论文

扩频通信技术在气象装备中的应用论文

　　扩频通信技术是近些年迅速发展起来的一种通信技术，扩频通信在早期主要用于电子对抗系统和军事保密通信，随着世界格局和社会的变革发展，该项技术应用开始逐步转向“商业化”，而之后民用通信频带日益拥挤，再加上近代微电子技术、信号处理技术及大规模集成电路和计算机技术的不断发展，与扩频通信有关的器件成本大大降低，进一步推动了扩频通信在民用领域的发展应用。由于扩频通信在高保密、抗干扰和拓展系统容量等方面有显著作用，且接收信号质量较好。我国于1996年12月将S波段规划出来，供扩频通信使用。随着移动通信技术的不断发展，扩频通信技术被快速应用到码分多址（CDMA）技术中。随后该项技术进入气象领域，并作为一种成熟的通信技术在气象装备中得到广泛使用，推动了气象事业的进步。

　　1扩频通信技术

　　任何信息的传输都需要一定的信息带宽，扩频通信属于一种数字传输式的宽带通信技术；带宽的展宽是通过利用与被传信息无关的扩频函数实现对被传信息的调制；接收端是利用相同扩频函数实现对扩频信号的调解，并对被传信息进行还原。传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。其扩频技术包括直接序列扩展频谱（DS）、跳频（FH）、跳时（FH）及线性调频（Chirp）。另外，这些扩频可自由组合如FH/DS等，通信中应用较多的扩频是DS、FH和FH/DS。当前对扩频通信技术的应用，目的是扩展信息传输数据宽带，通过利益同时传输与有效信息无关的数据，使被传输信息数据扩频后的宽带远大于传输中有效数据的宽带。

　　1.1扩频通信技术特点

　　扩频技术最显著的优越特点是具有强抗干扰性，可以在信号被噪声淹没的情况下提取出信号。对于单频和多频都有较强的抑制作用，即使是同类型的信号干扰，其扩频码序列间的不相干性，干扰作用十分微弱。另外，扩频通信具有较好的隐蔽性，由于扩频信号的宽频带，降低了信号功率密度，在气象通信中，可实现其较好的隐蔽性通信，且几乎干扰不到窄带通信系统。在实际实践中发现，在原有窄带通信内即可实现同步扩频通信，不需另外配段。在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，不同码型和码序列之间可实现码分多址，通过编码和调制实现频带扩宽，提高多用户宽带容量和其高效利于率，并利于组网。扩频通信绝大部分是数字电路，属于高集成电路设备，设备大多采用积木式结构，该结构类型可实现灵活组网和统一规划安装，并易于维护，利于扩容，灵活性较强，且存在故障率低，可有效保护前期投资。

　　1.2扩频通信技术原理

　　扩频通信技术的原理是通过发行随机的序列进行扩展。由于每套扩频通信系统只有在接收端与发射端使用相同的拓展序列时，才能实现对扩频数据的重组、分析，获取有效扩频数据。因此，对于扩频通信设备的使用，若各设备间序列不同，则在同一区域内多套扩频通信设备之间不会相互干扰，并实现同频资源共享的有利条件。根据香农（C.E.Shannon）在信息论研究中总结出的信道容量公式，对扩频信息技术进行了较好解释。香农公式：C=W×Log2(1+S/N)（1）式（1）中：C表示信息的传输速率，W表示频带宽度，S表示有用信号功率，N表示噪声功率。根据公式可以看出：信息的传输速率C值与带宽W或信噪比S/N之间为正比，若要提高传输率C则通过加大带宽W或提高信号噪比S/N即可。在保持C一定的情况下，可以对信号带宽W和信噪比S/N进行换，即增加信噪比可实现降低信号宽带的要求。扩频通信是利用宽带传输技术实现对信噪比的调制，也是扩频通信技术的理论依据和原理。

　　1.3扩频技术的分类

　　频谱的扩展是利用数字化方式实现的，常见的码型有IM序列、IGOLD序列和IWALSH函数正交码几种，可任意选取序列进行组合。系统接收端通过对原始数据的.分析、计算和处理，解出基带信号，实现对不同用户信息的区分。根据扩展频谱的不同方式，扩频通信分为接序列扩展频谱（DS）、跳时（FH）、跳频（FH）、及线性调频（Chirp）等几种组合方式，其中较常用的扩频技术包括直接序列扩频技术和跳频扩频技术2种。直接序列技术利用伪随机码，在发送数据时加入该码后实现对信号频谱的扩展、扩宽，且接收端使用与接收端相同扩频序列进行数据分析，提取出发射端实际有效发射数据。其中跳频扩展技术可用任意窄带链路实现，利用扩频序列进行频移键控，使载波频率发生跳变。

　　2扩频通信技术在气象装备中的应用。

　　扩频通信技术随着通信技术的进步发展，已经成为一种成熟的无线通信技术被应用与气象装备中。在一些条件恶劣或不发达的地区，利用扩频较强的技术优势，各种气象装备应运而生。例如，较早时间泰山到济南的点对点无线扩频通信传输系统。由于泰山气候多变，电磁环境复杂，为了获取精确雷达资料，利用扩频直扩技术，在泰山和济南之间为其提供两路雷达资料数据传和两路高质量通话传，提高了两点间的信息交流和共享互动性。通信设备是AIRLINK384电台，选用直扩技术，即选有1个伪随机码实施对传输信息的调控，之后获取扩频序列并将扩频序列调制载波发射到空中。电台共有8组PN码。直扩系统在接收端对接收信号进行放大混频后，用发射端同步PN码扩散中频信号，使其恢复成窄带信号，通过调解后恢复原始信息序列。极大缩短了数据的传输速度，提高了工作效率。

　　3结语

　　扩频通信技术以其特有的抗干扰性、保密性等多种优势特点被各个领域广泛应用，并较早应用在气象设备中，极大提高了气象工作效率。随着通信行业的不断发展，各种新式先进技术被应用于气象行业中。满足了气象装备数据传输基本需求。但在环境复杂的气象台和野外区域自动站的应用中还需要考虑各种受阻影响因素，如何选用最合适的通讯方式是项目建设的重要环节，现代化通讯网络的发展，使人们对各种通讯方式有更多接触，这种无线扩频通信技术的未来发展还有较大前景。