现代扩频技术在航天通信中的应用

车祥

（四川宇毅辰祥信息技术有限公司 四川省宜宾市 644000）

航天通信系统的稳定运行，离不开扩频技术的灵活应用，但由于社会发展速度加快，航天领域发展迅速，传统扩频通信技术已难以满足当前航天领域发展的实际需求，为此，技术人员不断加强观念与技术创新，打造现代扩频技术体系，为航天领域提升通信保密性、抗干扰性提供技术支持。

1 现代扩频技术总体概述

1.1 理论基础

扩频技术在航天领域的应用随社会发展逐步进入纵深领域，其技术应用渗透至航天产业中的各个方面，受多种因素影响，航天领域不同用途的航天设备相互渗透、相互影响，致使航天领域通信技术发展环境复杂多变，对航天通信容量、效果提出更高要求，直接影响着扩频技术的实际应用效果，为此，相关领域技术人员加快技术研发与创新。扩频技术与航天通信的深入融合，是对扩频通信理论的拓展与延伸，以信息论中的Shannon 公式为基本应用理论，同时也是对系统信息容量、通信带宽、噪声功率、信号功率等项目之间内在关系的正确梳理与表示，准确无误地表达了航天信息系统对信息的传输与容纳能力，为系统信息道容量不变情况下，频带宽度与信噪比之间的相互转换提供实现条件。

1.2 基本特征

扩频即指信息传输过程中所用到的信道大于信息本身带宽时所采用的信息传输形式，现代扩频技术在各行业中应用广泛，在实际应用过程中，以调制信号载波作为随机宽带信号载波，其基本应用特征主要包括以下几方面：一是抗干扰能力较强，通过技术手段，拓宽频谱宽度，提高信号传输增益，进一步强化航天设备的抗干扰能力，提高技术应用期间产生的工作信噪比；二是抵御干扰范围广，利用现代扩频技术手段，强化频谱信号之间的相关性，在多条路径同时发出干扰信号信息时，能够将目标接收信号与其他信号分离开来，通过分类或合成，实现关键信息数据的有效传播，提升航天通信设备抵御多路径干扰能力；三是加速信息通讯，充分发挥扩频码的传播优势与作用，利用现代扩频技术，将多码进行多地址传输，提高多元用户宽带资源的使用效率，在一定程度上节约了频带资源；四是现代扩频技术具备较强的保密性特征，利用扩频信号组成噪声谱，对关键信息起到良好的隐蔽效果，同时综合运用跳频技术，实现信号数据信息的动态化发展，信号跟踪与捕捉难度较大；五是现代扩频技术具备测距功能，在利用扩频码进行相关性测试期间，扩频技术发挥作用，实现对距离测量精度、准度的实时控制[1]。

1.3 技术类型

现代扩频技术是传统扩频技术体系的延伸与发展，在社会各行各业中，应用较为广泛，其技术类型主要分为直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频、线性调频扩频等技术应用形式，随着通信要求和通信技术水平的提升，现代扩频技术在航天通讯领域承担重要的信息传输任务，在实际应用过程中，现代扩频技术的几种技术类型之间产生交叉与融合，必要时技术人员会将不同类型的技术形式进行有机结合，综合运用多种扩频形式，提升航天领域信息传递、信号传输、数据收集等工作的精度和准度，进一步提升航天通信效率、质量与技术水平，为航天通信技术向纵深方向发展打下坚实的理论和技术基础。

2 现代扩频技术在航天通信中的具体应用

2.1 多种扩频技术对比

2.1.1 直接序列扩频技术

直接序列扩频技术即DSSS，在扩频工作开展期间，利用数字码完成载波的调制，确保数字码比特速率大于信息比特速率，通过数字码向直接序列扩频方向发展，技术应用期间，出现部分冗余段，作为直接序列中的切普码片，在信号传输过程中，码片越长，设备接收到的信号质量越好，原始数据信号在直接序列扩频期间，利用不同信息传输路径，形成不同类型的带宽，按照直接序列的形式，完成扩频目标。随着航天设备使用数量的逐渐增加，信号传输频道资源及带宽数据等受到严重限制，信号传输路径干扰严重，为提升信号传输速率，解决资源不足的问题，利用直接序列扩频技术，初步实现数据信息的有效传输，在通讯网络中，系统根据实际需要，主动选择扩频目标，利用随机码对信息模型进行扩频处理，利用PN 码的长频谱优势，实现信号在低功率环境下运行与传输，以此占用更宽的功率谱，以便降低带宽信噪比，提升信息的传输质量与效率，从而为扩频系统增益，充分发挥扩频系统运行的基础作用。直接序列扩频技术的应用，在信息传输过程中，以现代技术为依托，逐渐形成完善的直接序列扩频系统，强化频谱与通信技术之间的联系，优化信息传输系统组织结构，其解扩方式与其他扩频技术不同，要在信号接收端口，利用信号接收器，将信号进行放大混频处理，接着利用与信号发射端口相关参数一致的PN 码进行解扩，实现对扩频信号的窄带恢复，利用窄带对相关信号信息进行调整，最终恢复原始信息直接序列，直接序列扩频技术，与其他技术类型相比，是操作最为简单且应用范围最广的技术手段，同步降低操作设备的运行压力，有利于优化扩频系统组织结构，对频谱的扩展效果较好。

以11 位的数字码为例，技术人员对扩频、解扩进行操作，采用直接序列扩频与解扩技术，对信息、信号传输扩频全过程进行模拟实践。技术人员在数据发射端口，选用“1”为数字码发出的信息数据源，利用直接序列扩频技术，对信号源进行简单的预处理，接着划分出明确的序列单元，利用数字码将序列单元与扩频操作调整为同一载波，同时技术人员在另一信号发生端口以“0”为数字码信息源，向信号源“1”的相反发射方向进行发射，则得到相反的序列单元。在信号接收端口，序列单元数字码随着信号源的变化而变化，循环往复，最终恢复到以“0”为信号源的序列单元。

直接序列扩频技术在实际应用过程中，通过不断的创新与发展，逐渐形成更具竞争力的接收技术，即RAKE 接收技术，基本实现信号信息的多路径分集与接收，将不同路径来源的信息，通过直接、反射、折射等方式，将信号信息在绕射信号解扩后，结合不同相位上的峰值进行校对与叠加，全面提高信号信息的传输强度，有效避免了多种路径信息传输过程对信号真实性与准确性产生波动影响，但在实际应用过程中，RAKE 接收技术操作具有明显的复杂性特征，技术应用费用支出与收获效果之间不成正比，影响通信行业的持续发展[2]。

2.1.2 跳变时间扩频技术

跳变时间扩频即指技术人员利用扩频码片实现对信号发射机的开启或关闭操作，将持续时间内的信息码分成若干时长间隙状态，利用扩频码控制某一时隙中的数字码，从而实现数字码的发射。跳变时间扩频技术主要通过变更时间工作方式，将发射信号在时间轴上进行跳变，在时间轴分散的情况下，针对时间轴内信号信息扩频序列进行有效控制，将信号跳时作为确定的数字码序列进行选择，同时采用多时片的时移功能，对数字码及信号源发射、传输、接收模式进行控制。跳变时间扩频技术应用期间，具体操作流程如下：技术人员利用伪随机编码发生器选择对应的数据信息，接着将数据信息在脉码调制发射机不同端口进行发射，数据信息在扩频技术作用下，形成新的信号源，跳变时间扩频系统运行期间，对信号信息进行压缩，进入脉码调制解调系统内部，通过同步电路信息的方式，将虚拟数据源进行传输，最后利用数据信号接收系统对数据源进行处理，构成跳变时间扩频系统的基本运行结构，充分发挥跳变扩频技术的重要作用。

2.1.3 跳频扩频技术

跳频扩频技术在现代社会各行各业中的应用向更高层次发展，技术人员利用跳频扩频技术，根据伪随机码序列单元结构分布情况，对窄带载波进行调整，利用全部载波覆盖所有频段，实现对信号信息来源、传输路径、接收设备的全面控制。在具体操作过程中，技术人员利用跳变频率扩频技术，利用特定数字码序列，对已选择的数据信息多频率进行控制，通过扩展频谱的形式，对数字码序列进行调整，从而实现信号载波频率的不断跳变，为信号传输增益。跳频扩频技术的应用，是以载频信号为基础信号并利用相应的调整方式对信号传输速度、顺序进行控制的技术类型，使得数据信息在不同频率、频谱上进行不间断的调整与变化，期间，技术人员将预先设定的频率跳变序列作为PN 码，在PN 码的控制作用下，信号信息发射端口与接收端口按照系统设定的序列顺序均匀排列在不同频率点上，利用变化的频谱数据系统，将信号源在不同频率点上停留的时间进行控制，结合信号实际发射、传输与接收情况，将数据进行处理，最终实现目标信号的顺利传输，完成具体通信任务。

技术人员在应用跳频扩频技术期间，针对特定时间段内的频谱及频率进行控制，将宽频谱作为信号传输的载体，将跳频通信系统的跳变频率作为判断系统运行效果的主要依据，充分反映了跳频系统的基本性能，在跳频系统运行过程中，跳变频率基本上代表了窄带通信环境下，跳频扩频技术的应用对信号源及数据信息传输工作产生的影响，相对直接序列扩频技术使用效果而言，跳频扩频技术的应用，实现对信息数据的保护，优化信息传输环境，为信号源的发射与接收创造良好条件，满足当前航天领域对通信工作的抗干扰性与保密性要求，提高数据信息传输与接收质量，为航天通信工作增益[3]。

2.1.4 扩跳结合扩频技术

扩跳结合技术即指在技术允许的条件下，将直接序列扩频技术与跳变频率扩频技术进行有机结合，伴随当前社会通讯技术的发展与创新，扩频技术之间的融合成为常态，面对国内外航天领域通信工作面临的复杂环境，要求我国民用及军用通信设备及通信技术水平有较大的改善与提升，为航天航空通讯领域提供强有力的技术支持，提高航天通信质量与效率，减少其他卫星设备对航天通信工作造成的不良影响，进一步提升我国航天领域通信技术水平及技术应用效果。

2.1.5 其他扩频技术

现代扩频技术类型多种多样，技术人员将扩频与通信技术进行有效结合，旨在提升通信系统运行效能，从而形成现代化新型通信扩频技术，完善通信扩频技术体系，实现信号信息的有效传输与利用，进一步提升信息传播的效率与质量。

2.2 现代扩频技术具体应用领域

2.2.1 导航领域

现代扩频技术无论在民用航天或是军用航天领域，对信息传输质量与效率均起到重要的影响作用，在航天导航领域应用广泛，集中体现在现代扩频技术在导航数据服务信号的搜集与接收两方面，提升导航数据信息传输质量，充分发挥现代扩频技术的抗干扰能力，在航天导航服务数据传输中具备较好的应用效果，提高了导航信息的安全性、准确性与保密性，减少航天通信系统运行期间误码问题的出现[4]。

2.2.2 测控领域

现代扩频技术在航天测控领域应用效果较好，集中体现在卫星测控工作上，技术人员利用扩频技术，对地面卫星进行远程遥控，包括指令信息输入、运行状态遥测回传、远距离测速等具体内容，当前我国卫星测控系统中，大多采用侧音测距和伪码测距的方式，实现对卫星系统运行状态的有效监测与控制。期间，技术人员针对卫星通信系统中存在的带宽资源不足问题，采取现代扩频技术，将卫星测控与通信技术相结合，有效提高频率资源的实际利用效率，减少系统运行对信息数据传输质量和效率产生的干扰，实现航天产业与现代扩频技术的深度融合。

3 结束语

综上所述，航天产业的持续、创新发展离不开现代扩频技术的融合与应用，技术人员充分发挥现代扩频技术在航天领域的应用优势，弱化通信系统运行对信号信息传输质量和效率产生的干扰，加速通信技术的更新，提升航天领域通信效果，进一步推动我国航天产业与现代技术的融合发展。