扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)简称扩频通信,是指利用一个相对独立的码序列来对传输的秘密内容进行频带扩展而进行信息传输的一种技术。频带扩展采用调制与编码的方式来实现;在秘密信息的接收端,需要用相同的码序列来对接收到的秘密信息进行解扩,从而恢复真正想传输的秘密信息。传输过程中所用信号的带宽远远超过秘密信息带宽本身。扩频通信包括直接序列扩频、跳频、跳时以及宽带线性调频等4种方式。
扩频技术的基本理论依据是信息论中的香农(Shannon)公式,它可以表示为
式中,C——信道容量,单位为bps;
B——信道带宽;
S——信号功率;
N——噪声功率。
式(4-1)表明,信道容量的大小取决于信道自身的带宽和信噪比。
考虑到通信环境中信号与噪声的比例远远大于1的特点,式(4-1)可以简化为
由式(4-2)可以看出,在信号与噪声的比例保持不变的情况下,只要增加传输信道的传输带宽,理论上就可以使信道的信道容量增加。在传输信道的信道容量保持不变的情况下,可以采用增强噪声与信号的比例来提高信道的传输带宽。如果信道容量C不变,则带宽B和信噪比N/S是成正比的,也就是说,如果增加传输带宽,则可以使用较小的信噪比来以相同的信息率来传输信息;如果减少传输带宽,则必须使用较大的信噪比来传输信息。扩频通信的基本思想和依据就是:在低信噪比的前提下,以较大的信号带宽来换取信息传输的可靠性。(www.daowen.com)
在扩频通信的过程中,需要在信息的发送方采用扩频码对传输信息进行扩频调制,然后在接收方采用解扩等技术来恢复传输的秘密信息。由于扩频码具有随机性的特点,扩频后的信号具有宽带性,因此扩频系统具有以下特点:
(1) 系统的抗干扰性能良好。系统采用的扩频信号都是与传输信号无关的伪随机序列,而在接收方是需要进行解扩的,在干扰者不知道伪随机序列的情况下,不同的两个扩频码的相关性比较小,干扰也就不会起作用。
(2) 保密性强。由于被传输的秘密信息被扩频码进行扩频后均匀地分布在很宽的传输信号中,因而很难被检测到信号的存在,从而能用于保护用户隐私。只有发送方和接收方才能提取出秘密信息,其他人几乎不可能获取到信息。
(3) 易于实现码分多址。扩频系统具有良好的码分多址通信能力,分配给不同用户、不同的扩频编码。用户可以通过使用扩频系统分配的扩频码来实现互不干扰地使用同一个频率进行通信。
(4) 能有效抵抗多径干扰。多径干扰指的是波在传播过程中遇到各种反射体后,接收方所接收的信号存在一定的失真,引起多种噪声叠加的过程。在窄带通信中,采用在接收方中利用两个扩频码的相关性,从多径信号中将最强的有用信号进行分离和梳状滤波器的两种方法来提高系统的抗多径干扰的能力。
(5)能有效地适合数据传输和数字话音,以及多种通信业务。扩频通信一般运用码分多址技术、数字通信技术,能适合各种数据的传输。
由于扩频技术具有以上诸多优良特性,因此扩频通信技术与信息隐藏技术的结合对于信息隐藏技术的发展能起到推动作用,能较好地适应未来信息化安全的需要。
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