7.1.1 直接序列扩展频谱系统的优点与局限
直接利用码片速率极高的伪随机序列对信息比特流进行调制和利用相关
接收方法进行解调的这种直接扩展频谱系统具有很多优点。但是也有不足之处。直接序列扩频的优点是：
直扩信号的功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率，从而抗侦察；抗截获的能力强；另外，功率污染小，即对其它系统引起的电磁环境污染小，以利于多种系统共存。
直扩伪随机序列的伪随机性和密钥量使信息具有保密性，即系统本身具有加密的能力。因为用伪随机序列对信息比特流进行扩展频谱，就相当于对信息的加密；而所拥有的码型不同的伪随机序列的数目，就相当于密钥量。当不知道直扩系统所采用的码型时，就无法破译。
利用直扩伪随机序列码型的正交性，可构成直接序列扩展频谱码分多址系统。在这样的码分多址系统中，每个通信站址分配一个地址码(一种伪随机序列)，利用地址码的正交性通过相关接收来识别出来自不同站址的信息。
码分多址系统中的用户是共享频谱资源的。
直接扩展频谱系统具有抗宽带干扰、抗多频干扰及单频干扰的能力。这是因为直接扩展频谱系统具有很高的处理增益，对有用信号进行相关接收，对干扰信号进行频谱扩展使其大部分的干扰功率被接收机中频带通滤波器所滤除的原因。
利用直接扩展频谱信号的相关接收，它具有抗多径效应的能力。当直扩伪随机序列的码片宽度(持续时间)小于多径时延时，利用相关接收可以消除多径时延的影响，因而直接扩展频谱系统具有抗多径干扰的能力。
利用直接扩展频谱信号可实现精确的测距定位。直接扩展频谱系统除可进行通信外，还可利用直接扩展频谱信号的发送时刻与反回时刻的时间差，测出目标物的距离。因此，在同时具有通信和导航能力的综合信息系统中显示了直接扩展频谱系统的优势。
直接扩展频谱系统适用于数字话音和数据信息的传输。这是由于扩频系统本身是数字系统所决定的。
l 其局限性在于：
直接序列扩展频谱系统是二个宽带系统，虽然可与窄带系统电磁兼容；但不能与其建立通信。另外，对模拟信源(如话音)需作预先处理(如语声编码)后，才可按入直扩系统。
在直接扩展频谱系统的接收机存在明显的远近效应。所谓远近效应是指大功率的信号(近处的电台)抑制小功率信号(远端的电台)的现象。对此，需要在系统中采用自动功率控制以保证远端和近端电台到达接收机的有用信号是同等功率的。这一点，增加了直接扩展频谱系统在移动通信环境中应用的复杂性。
直接扩展频谱系统的处理增益受限于码片(chip)速率和信源的比特率，即码片速率的提高和信源比特率的下降都存在困难。处理增益受限，意味着抗干扰能力受限，多址能力受限。
7.1.2 跳频系统的扰点与局限
利用伪随机序列指令码对系统的载波频率进行控制的跳频系统也具有其独特之处和局限性。
其优点是：
跳频图案的伪随机性和跳频图案的密钥量使跳频系统具有保密性。即使是模拟话音的跳频通信，只要敌方不知道所使用的跳频图案就具有一定的保密的能力。当跳频图案的密钥足够大时，具有抗截获的能力。
由于载波频率是跳变的，具有抗单频及部分带宽干扰的能力。当跳变的频率数目足够多时，跳频带宽足够宽时，其抗干扰能力是很强。
利用载波频率的快速跳变，具有频率分集的作用，从而使系统具有抗多径衰落的能力。条件是跳变的频率间隔具要大于相关带宽。
利用跳频图案的的正交性可构成跳频码分多址系统，共享频谱资源，并具有承受过载的能力。
跳频系统为瞬时窄带系统，能与现有的窄带系统兼容通信。
即当跳频系统处于某一固定载频时，可与现有的定频窄带系统建立通信。另外，跳频系统对模拟信源和数字信源均适用。
跳频系统无明显的无近效应。
这是因为当大功率信号只在某个频率上产生远近效应，当载波频率跳变至另一个频率时则不再受其影响。这一点，使跳频系统在移动通信中易于得到应用与发展。
跳频系统也有其缺点和局限：
信号的隐蔽性差。
因为跳频系统的接收机除跳频器外与普通超外差式接收机没有什么差别，它要求接收机输入端的信号噪声功率比是正值，而且要求信 号功率远大于噪声功率。所以在频谱仪上是能够明显地看到跳频信号的频谱。特别是在慢速跳频时，跳频信号容易被敌方侦察、识别与截获。
跳频系统抗多频干扰及跟踪式干扰能力有限。
当跳频的频率数目中有一半的频率被干扰时，对通信会产生严重影响，甚至中断通信。抗跟踪式干扰要求快速跳频，使干扰机跟踪不上而失效。
快速跳频器的限制。
产生宽的跳频带宽、快的跳频速率、伪随机性好的跳频图案的跳频器在制作上遇到很多困难，且有些指标是相互制约的。因此，使得跳频系统的各项优点也受到了局限。
7.1.3 直接序列扩频与跳频扩频的互补性
将直接序列扩频系统和跳频系统的优点与局限性作一对比，便可看出它们的优缺点是互补的，如表7－1所示。
表7－1
优点
缺点
直接序列扩频系统
1. 信号隐蔽
2. 保密
3. 多址
4. 抗干扰
6. 测距、定位
7. 宽带数字系统
1. 远近效应严重
2. 处理增益受限
3. 与窄带系统不能建立通信
跳频系统
1. 保密
2. 多址
3. 抗干扰
4. 抗多径
5. 无明显远近效应
6. 瞬时窄带系统
1. 信号隐蔽性差
2. 抗多频干扰能力有限
3. 慢跳速时抗跟踪干扰差
4. 快速跳频器受限
因此，提出将这两种扩展额谱技术组合起来，取长补短，可能会是更优异的一种扩展频谱系统。这就是直接序列/跳频(DS/FH)扩展频谱系统。
7.1.4 跳时系统的特点
跳时系统虽然也是一种扩展频谱技术，但因其抗干扰性能不强，通常并不单独使用。在时分多址通信系统中利用跳时来减少网内干扰，并能改善系统中存在的远近效应。
将跳时(TH)分别与直接扩频(DS)和跳频(FH)相结合则构成直扩／跳时(DS／TH)系统和跳频／跳时(FH／TH)系统。若将直扩、跳频和跳时三者结合在一起则构成直扩／跳频／跳时(DS／FH／TH)扩展频谱系统。
7.1.5 混合式扩频系统的好处
正如上面所列举的，每一种扩展频谱系统都有各自的长处和短处，优点和局限性。
比如，当抗干扰指标要求很高时，单独的任一种扩展频谱系统往往很难达 到要求，甚至遇到技术上的难题得不到解决；或者要大大增加设备的复杂程度从而使成本也大为提高。若是采用几种基本扩展频谱系统的组合，优势互补，则可满足高抗干扰指标的要求，又可能缓解某些技术难点，降低成本，从而达到更合理的性能价格比。当然，其代价是系统的复杂程度有所增加。
概括而言，混合式扩展频谱系统可以带来的好处是：提高系统的抗干扰能力，降低部件制作的技术难度，使设备简化，降低成本，满足使用要求。
以下举一例来说明采用混合式扩展频谱系统的必要性。
例如某系统要求扩展频谱的射频带宽应达到1000MHz，试设计一扩展频谱系统。
若采用直接序列扩展频谱系统来满足此项指标要求时，需要产生码片速率500Mchip／s的伪随机序列，这在技术上是难度极大的。
如果用跳频系统来实现，假设跳频频率的间隔是25kHz时，要求跳频器输出的跳频频率数是4万个。制作跳频带宽为1000MHz这样的宽带和4万个输出频率的跳频器在技术上也是很困难的。
但是，如果采用直接序列／跳频扩展频谱系统时，直接序列的码片速率用5Mchip／s，跳频器输出的跳频频率数为100个，最小跳频频率间隔为10MHz就可以满足要求。显然，这种混合式扩展频谱系统中的各部件的技术难度就大大降低了。
7.2 几种主要的混合式扩展频谱系统
7.2.1 直接序列与跳频混合式扩频系统
直接序列与跳频的组合可构成直扩／跳频(DS／FH)扩展频谱系统。直扩／跳频扩展频谱系统是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功
能；它的基本工作方式是直接序列扩频，因此系统的同步也是以直接序列的同步为基础的。经编码器输出的信息码与来自伪码发生器的伪随机序列(直扩码)在模2加法器中进行模2运算，模2加法器的输出就是扩展频谱信号。因而可将模2加法器和伪码发生器叫作直接序列扩展频谱器(扩频器)。
我们可以将接收端跳频码控的频率合成器和混频器叫作解跳器。所以，对直扩／跳频扩展频谱信号的接收而言，是先进行“解跳”再进行“解扩”，然后通过常规的解调来获得信息码的输出。这个接收过程恰好与发送的先直扩后跳频的过程相反。
7.2.2 直扩／跳时(DS/TH)系统
直扩／跳时系统, 是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加了对射频信号突发时间跳变控制的功能。当射频开关接通时，就输出直接扩展频谱信号，当射频开关断开时，则停止输出信号。射频开关的通断受触发器控制，触发器的状态是由控制逻辑指令来控制的，控制逻辑指令又是由伪码发生器产生的。所以射频开关的接通与断开的起止时间是跳变的。图中的控制逻辑、触发器及射频开关可视作一个整体，起码控射频开关的作用。因此，可称作是跳时器。 首先进行解跳时，再经混频变成中频直接扩展频谱信号，再与本地伪随机序列在乘法器中进行相关解扩，恢复成窄带信号、最后经解调器输出信息码。
7.2.3 直扩／跳频／跳时(DS／FH／TH)系统
将三种基本扩展频谱系统组合起来构成一个直扩／跳频／跳时混合式扩展频谱系统其复杂程度是可想而知的。
因此，在一般的具有抗干扰能力的电台中很少使用，而多用于以时多会址的大的信息系统中。
7.3 混合式扩展频谱系统的适用性
7.3.1 严重干扰环境
当电磁环境异常恶劣的条件下，或者要求通信系统的抗于扰指标非常高，单独一种扩展频谱系统难以满足要求时，可采用混合式扩展按谱系统。
例如，某数字话音通信系统要求处理增益为50dB，数据率为16kbit／s。
若采用直接序列扩展频谱系统时，要求伪码码片速率1500Mchip/s。这样高的速率目前的技术水平是达不到的。
若采用直扩／跳频混合式扩展频谱系统，则可以满足系统总处理增益增为50dB的要求。比如，若直接序列扩展频谱的系统的伪码速率为50Mchip／s，数据率为16kbit／s，则可获得直扩系统处理增益35dB。剩下的15dB处理增益由跳频系统来完成。当跳频处理增益15dB时，要求频率跳变的频率数目是32个。这样，采用直扩／跳频混合式扩展频谱系统既能满足指标要求，又容易实现。这种直扩与跳频混合式扩频系统，可实现优势互补，使其具有全面的抗干扰能力。
7.3.2 移动通信环境
在移动通信中，移动体的相对运动将引起收、发信机之间电波传播距离的随机变化。当系统内多用户同时工作时，对直扩系统而言，会在接收机输入端产生近距离大功率无用信号抑制远端小功率有用信号的现象，即所谓远－近效应。如图7－3所示。正常的通信路径是卡车Txl发信，卡车Rx1收信和轿车Tx2发信，
轿车Rx2收信。当Txl与Tx2同时发信时，卡车Rx1将同时收到来自远端卡车Txl的信号和近端轿车Tx2的信号。由于近端信号的干扰，会使卡车Rx1与卡车Txl的通信质量下降，严重时，会引起通信中断。直接序列扩展频谱通信系统，要求接收端的有用信号的功率必须大于或等于无用信号的功率，即所谓等功率的条件，否则系统不能正常工作。因此，在移动环境下，直接序扩展频谱系统必须采取严格地功率控制措施，否则将存在严重的远近效应。
跳频扩展频谱系统由于其载波频率是跳变的，只有当网内用户的跳频频率出现相互重叠的时候才引起远近效应。因此，跳频扩展频谱系统的远近效应远比直
接扩展频谱系统的要小.为了解决远近效应的影响，还可以采用跳时系统。 利用发射信号时间的不同。在时间上避免网内用户信号的相互重叠，从而免除了近端大功率信号对远端小功率信号的干扰影响。
因此，在移动通信环境中，为了消除远近效应对通信系统的影响，多采用混合式扩展频谱通信系统，如跳频／跳时扩展频谱通信系统。若综合考虑抗干扰性能时，可采用直扩／跳频／跳时(DS／H／TH)混合式扩展频谱系统。
7.3.3 多径传播环境
多径效应是指由于电波传播过程中的多条路径使到达接收端的信号产生衰落与展宽的现象。在短波的天波传播通信以及城市地面移动通信中，都存在着严重的多径效应。因此，它们属于典型的多径传播环境。短波电离层信道的传播时延约在0.1 － 2ms；移动通信中的传播时延因地形地物的限制而不同。开阔地区＜0.2ms，郊区约为0.5ms，市区约为3ms。
直接序列扩展频谱通信系统由于采用相关接收，它具有抗多径效应的能力。跳频系统由于其载波频率的跳变起到频率分集的作用从而也具有一定的抗多径效应的能力。对于跳时系统，可以看作是对信号进行时间分集接收。但是这三种系统的抗多径能力都是在一定的条件下才成立的。直接序列扩频系统要求码片宽度小于或等于最小的传播时延；跳频系统要求跳频频率间隔要大于相关带宽，并采用快跳频，即保证每一比特信息应在一跳或多跳中传输。对跳时系统，也要求每一比特信息应在一跳或多跳中传输。只有这样才能起到分集的效果。
一般，直接序列的码片宽度要＜0.2ms还是容易达到的，它只需码片速率为5Mchip／s。对于跳频速率要等于或大于信息比特速率，比如说大于或等于 16kbit／s，就不很容易实现，因为跳速要等于或大于1.6万次／秒。跳时系统也存在类似快速的问题。直接序列扩频系统虽然容易满足抗多径的条件，具有良 好的抗多径能力，但它不适于移动通信环境。因此，移动通信抗多径的环境下，以混合式扩展频谱系统为好。比如说，直扩与跳频，直扩与跳时，直扩、跳频与跳时的组合。
7.3.4 多网工作环境
组网通信中，存在两个问题:
一是网内可容纳的用 户地址数目;
二是可承受网间干扰的能力。
对于直扩系统，网内同时可工作的地址数与系统的处理增益成正比。当处理增益给定时，网内用户数也就一定了。否则，会使网内的干扰加重，影响通信质量。若是多个直接扩频网工作时，则存在网间干扰问题。这将限制允许建网的数目。
对于跳频系统，若按正交组网方式，可组网的数目等于跳频频率的数目；若按非正交组网方式，可组网的数目约等于跳频频率数目的四分之一。通常，跳频频率数是有限的，因此，可组网数也是受限的。
为了满足多个网、大用户容量和抗干扰的要求，常采用混合式扩频系统来解决。在数字通信系统，还可采用时分多址、跳时、直扩加跳频的混合系统来实现多网、多用户、高质量、抗干扰的通信。
综上所述，混合式扩展频谱系统适用于：
·高抗干扰性能要求的系统，特别是军事信息系统。
·抗多径、抗衰落信道条件的系统，特别是移动通信和天波传播的短波通信系统。
·多网、极多用户；曲及通信与测距等综合信息与导航定位系统。
·综合优化性能价格比的系统。
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