謝波

目前，使用無線通信技術(shù)的航模遙控器面臨的最大挑戰(zhàn)就是信號干擾問題。所謂無線通信，就是把想要傳遞的信息如聲音、圖像等加載到高于自身頻率的載波上并通過天線傳遞出去。為什么不直接將信息無線傳遞而要通過高頻載波呢？這是因為在傳遞不同信息時，頻率越低波長越長，所需的發(fā)射天線也越大。以20kHz頻率為例，由于其波長為15 000m，所需的發(fā)射天線將是一座巨塔，因此必須將聲音信號加載到更高的頻率上，才能減小天線尺寸。這個過程被稱為調(diào)制。

一、無線信號調(diào)制的基礎(chǔ)知識

1.模擬信號調(diào)制

模擬信號調(diào)制的方法有幾種，分別為FM（頻率調(diào)制）、AM（幅度調(diào)制）和PM（相位調(diào)制）。以收音機為例，將幾十kHz的聲音傳遞出去的信號被稱為基帶，而將其加載的載波頻率如89.8MHz稱為頻帶。當(dāng)使用FM時，其載波頻率隨基帶信號頻帶的不同而改變，日常使用時，可通過變換頻帶切換不同的聲音信號。當(dāng)使用AM時，載波的頻率保持不變，而振幅將隨基帶信號幅度大小同步變化，可通過調(diào)幅來區(qū)分不同信號源。其傳播距離較FM更遠，常用于電視圖像信號的傳遞。PM的調(diào)制與FM有關(guān)，是利用載波的相位與參考相位的偏離值隨調(diào)制信號的瞬時值呈線型比例關(guān)系變化的調(diào)制方式。

早期的航模遙控器多采用FM調(diào)制方法，所用的頻段主要有35MHz、40MHz、72MHz，且每個頻段的帶寬僅為1MHz。由于帶寬較小，很容易出現(xiàn)頻率“撞車”的情況，因此更大帶寬的數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)成為了遙控器發(fā)展的必然趨勢。

2.數(shù)字信號調(diào)制

數(shù)字信號是將連續(xù)信號編碼成計算機能識別的二進制數(shù)字0和1。它的基帶信號由模擬改為數(shù)字，對應(yīng)關(guān)系分別為AM-ASK（幅移鍵控）、FM- FSK（頻率偏移調(diào)制）、PM- PSK（相位偏移調(diào)制）。數(shù)字信號未經(jīng)調(diào)制時，載波在頻譜上是單頻點，有調(diào)制時頻帶則是連續(xù)頻率。該連續(xù)頻率的寬度被稱為帶寬，由基帶信號的寬度和調(diào)制方式?jīng)Q定。

在進入數(shù)字調(diào)制時代后，2.4GHz頻段逐漸成為主流。其為開放波段，全球通用，且頻率帶寬可達83.5MHz，使遙控器的芯片資源更加豐富。然而，正是由于使用該頻段無需授權(quán)，因此生活中大量的通信技術(shù)或電子設(shè)備如 Wi-Fi、藍牙、無繩電話、ZigBee等都在使用該頻段。在如此擁擠和惡劣的通信環(huán)境下，要確保遙控器不失控，抗干擾技術(shù)至關(guān)重要。于是，擴頻通信技術(shù)成了抗干擾的主要手段。

二、擴頻通信技術(shù)

擴頻通信技術(shù)就是通過不同方法將需傳遞的信息擴散到更廣闊的頻譜上。常用的擴頻技術(shù)有直接序列擴頻（簡稱DSSS）和跳頻擴頻（簡稱FHSS）兩種。

1.DSSS調(diào)制

DSSS是一種安全性高、抗干擾性強的無線序列型號傳輸調(diào)制方式。該技術(shù)利用高速率的偽噪聲碼序列與信息碼序列（數(shù)字信號）波形相乘后得到的復(fù)合碼序列來控制載波的相位，從而獲得直接序列擴頻信號，即將原來較高功率、較窄頻率的數(shù)據(jù)信號變成具有較寬頻率、較低功率的信號，以增強抗干擾能力。

DSSS通過擴展基帶信號速率來擴展頻帶頻譜的最常用的調(diào)制方式是PSK，如采用QPSK技術(shù)的德州儀器CC2533芯片。此外，還有采用FSK技術(shù)的芯片，如賽普拉斯的CYRF6936。

以CC2533芯片為例，其采用調(diào)制2.4GHz載波相位的方法擴頻，基帶信息速率為250kbps，與偽隨機碼相乘后可擴展到2Mbps，在頻帶上體現(xiàn)的帶寬約為4MHz?？梢?，使用DSSS擴展頻譜后，發(fā)射的信息分布變得更廣了。DSSS抗干擾性主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）降干擾。通過擴展頻譜可將單頻率點高功率干擾信號分解擴散，大大降低干擾功率譜密度，將強干擾轉(zhuǎn)換成弱干擾。

（2）噪聲中解碼。發(fā)射和接收使用同樣的偽隨機碼時，接收端可降低非本機發(fā)射的干擾信號擴展在單個頻點上的信號強度。此外，當(dāng)本機信號部分頻譜受到嚴重干擾不能解調(diào)時，也可利用相關(guān)性進行信號恢復(fù)，即在噪聲中完成信號接收。

（3）抗多徑干擾。接收機收到的信號除了直接來自發(fā)射端外，還有通過地面、墻體反射的信號。多種信號疊加時會增加干擾，即空中距離大于地面距離，而空中反射小于地面反射。DSSS不僅不受此項干擾，反而能利用反射信號增強接收強度。

DSSS不僅抗干擾且功率頻譜密度低、對其他設(shè)備干擾小、同頻容納設(shè)備通道多，可允許更多人同時同場地使用航模遙控器。

2.FHSS調(diào)制

與DSSS調(diào)制方式相比，F(xiàn)HSS則是通過不斷改變載波，使其均勻布滿整個波段的方法實現(xiàn)頻譜擴展。通常跳頻信道數(shù)不低于15個，且跳頻序列是符合類似噪聲的隨機跳頻。FHSS可實現(xiàn)躲避干擾，其抗干擾性主要體現(xiàn)在以下4個方面：

（1）避干擾。傳輸時的干擾信號往往只占用部分帶寬，而只要跳頻頻率點覆蓋的波段有不被干擾的頻道，就可保證部分數(shù)據(jù)包不丟失。

（2）抗多徑干擾。墻面等反射信號到達接收機會有延時，而此時信道已經(jīng)切換，可避免信道同時疊加，實現(xiàn)抗多徑干擾。

（3）容納更多用戶?？赏ㄟ^跳頻序列的多樣性減少不同遙控器之間的信道碰撞。部分具有自適應(yīng)跳頻技術(shù)的遙控器還可通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進行跳頻。這不僅避免了自然干擾，也不會受短波頻譜被大量占用的影響。它會根據(jù)需要自動改變跳頻序列，有效適應(yīng)惡劣環(huán)境。

（4）擴頻增益。如果跳頻序列符合隨機數(shù)特征，則遙控器信號會獲得比定頻或固定序列跳頻更遠的傳輸距離。

在認識FHSS時，還應(yīng)了解以下幾個與之密切相關(guān)的內(nèi)容：

（1）偽噪聲特征。符合噪聲序列的跳頻技術(shù)性能最好，然而實際應(yīng)用中的噪聲是不可預(yù)知的，無法用來同步發(fā)射和接收信號。為此，可制造一個像噪聲的序列，其既有噪聲特性，又可知可用，它被稱為偽噪聲。偽噪聲具有很大的隨機性，很難被截獲和破解，保密性強。

（2）防死鎖。如果序列是規(guī)律的，就可能出現(xiàn)兩臺設(shè)備信號“撞車”。一旦發(fā)生同頻，就會引發(fā)一連串信號碰撞，造成信號死鎖而無法通信。

（3）低碰撞。如果序列太接近，即使不發(fā)生死鎖，也會產(chǎn)生較高的碰撞率和丟包率。丟包率過高會造成遙控器延遲明顯。

（4）寬覆蓋。跳頻頻率需要覆蓋全波段，如果太過集中，則可能會遇到與其帶寬完全重疊的干擾信號。

（5）自相關(guān)通信恢復(fù)。2.4G是視距傳輸、直線傳播波段，一旦被阻隔或遇到干擾將中斷通信。當(dāng)干擾消除時接收機應(yīng)立即恢復(fù)信號接收，而遙控器和接收機將按各自的序列跳頻。此時就需要發(fā)射和接收的序列具有相關(guān)性，以保證快速同步。

跳頻序列沒有固定模型可用，只能根據(jù)信道數(shù)、序列周期、序列數(shù)量、相關(guān)性、信號中斷恢復(fù)時間，以及最大用戶數(shù)等有關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)學(xué)計算得到結(jié)果。

DSSS與FHSS是目前應(yīng)用在航模遙控器上兩種主流的抗干擾技術(shù)。兩者原理雖有不同，但抗干擾性能各有優(yōu)劣。如DSSS可抗同頻干擾，但遇到大帶寬的強干擾信號時，誤碼率會顯著升高；而FHSS雖不能抗同頻干擾，但可避開干擾。目前看來，只有采用DSSS與FHSS配合使用的雙擴頻技術(shù)才能實現(xiàn)最佳的抗干擾性能。而在不久的將來，隨著ODFM（正交頻分復(fù)用技術(shù)，屬多載波調(diào)制的一種）的普及，航模遙控器又會迎來新一輪的技術(shù)更替。