谢波

目前，使用无线通信技术的航模遥控器面临的最大挑战就是信号干扰问题。所谓无线通信，就是把想要传递的信息如声音、图像等加载到高于自身频率的载波上并通过天线传递出去。为什么不直接将信息无线传递而要通过高频载波呢？这是因为在传递不同信息时，频率越低波长越长，所需的发射天线也越大。以20kHz频率为例，由于其波长为15 000m，所需的发射天线将是一座巨塔，因此必须将声音信号加载到更高的频率上，才能减小天线尺寸。这个过程被称为调制。

一、无线信号调制的基础知识

1.模拟信号调制

模拟信号调制的方法有几种，分别为FM（频率调制）、AM（幅度调制）和PM（相位调制）。以收音机为例，将几十kHz的声音传递出去的信号被称为基带，而将其加载的载波频率如89.8MHz称为频带。当使用FM时，其载波频率随基带信号频带的不同而改变，日常使用时，可通过变换频带切换不同的声音信号。当使用AM时，载波的频率保持不变，而振幅将随基带信号幅度大小同步变化，可通过调幅来区分不同信号源。其传播距离较FM更远，常用于电视图像信号的传递。PM的调制与FM有关，是利用载波的相位与参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值呈线型比例关系变化的调制方式。

早期的航模遥控器多采用FM调制方法，所用的频段主要有35MHz、40MHz、72MHz，且每个频段的带宽仅为1MHz。由于带宽较小，很容易出现频率“撞车”的情况，因此更大带宽的数字信号调制技术成为了遥控器发展的必然趋势。

2.数字信号调制

数字信号是将连续信号编码成计算机能识别的二进制数字0和1。它的基带信号由模拟改为数字，对应关系分别为AM-ASK（幅移键控）、FM- FSK（频率偏移调制）、PM- PSK（相位偏移调制）。数字信号未经调制时，载波在频谱上是单频点，有调制时频带则是连续频率。该连续频率的宽度被称为带宽，由基带信号的宽度和调制方式决定。

在进入数字调制时代后，2.4GHz频段逐渐成为主流。其为开放波段，全球通用，且频率带宽可达83.5MHz，使遥控器的芯片资源更加丰富。然而，正是由于使用该频段无需授权，因此生活中大量的通信技术或电子设备如 Wi-Fi、蓝牙、无绳电话、ZigBee等都在使用该频段。在如此拥挤和恶劣的通信环境下，要确保遥控器不失控，抗干扰技术至关重要。于是，扩频通信技术成了抗干扰的主要手段。

二、扩频通信技术

扩频通信技术就是通过不同方法将需传递的信息扩散到更广阔的频谱上。常用的扩频技术有直接序列扩频（简称DSSS）和跳频扩频（简称FHSS）两种。

1.DSSS调制

DSSS是一种安全性高、抗干扰性强的无线序列型号传输调制方式。该技术利用高速率的伪噪声码序列与信息码序列（数字信号）波形相乘后得到的复合码序列来控制载波的相位，从而获得直接序列扩频信号，即将原来较高功率、较窄频率的数据信号变成具有较宽频率、较低功率的信号，以增强抗干扰能力。

DSSS通过扩展基带信号速率来扩展频带频谱的最常用的调制方式是PSK，如采用QPSK技术的德州仪器CC2533芯片。此外，还有采用FSK技术的芯片，如赛普拉斯的CYRF6936。

以CC2533芯片为例，其采用调制2.4GHz载波相位的方法扩频，基带信息速率为250kbps，与伪随机码相乘后可扩展到2Mbps，在频带上体现的带宽约为4MHz。可见，使用DSSS扩展频谱后，发射的信息分布变得更广了。DSSS抗干扰性主要体现在以下3个方面：

（1）降干扰。通过扩展频谱可将单频率点高功率干扰信号分解扩散，大大降低干扰功率谱密度，将强干扰转换成弱干扰。

（2）噪声中解码。发射和接收使用同样的伪随机码时，接收端可降低非本机发射的干扰信号扩展在单个频点上的信号强度。此外，当本机信号部分频谱受到严重干扰不能解调时，也可利用相关性进行信号恢复，即在噪声中完成信号接收。

（3）抗多径干扰。接收机收到的信号除了直接来自发射端外，还有通过地面、墙体反射的信号。多种信号叠加时会增加干扰，即空中距离大于地面距离，而空中反射小于地面反射。DSSS不仅不受此项干扰，反而能利用反射信号增强接收强度。

DSSS不仅抗干扰且功率频谱密度低、对其他设备干扰小、同频容纳设备通道多，可允许更多人同时同场地使用航模遥控器。

2.FHSS调制

与DSSS调制方式相比，FHSS则是通过不断改变载波，使其均匀布满整个波段的方法实现频谱扩展。通常跳频信道数不低于15个，且跳频序列是符合类似噪声的随机跳频。FHSS可实现躲避干扰，其抗干扰性主要体现在以下4个方面：

（1）避干扰。传输时的干扰信号往往只占用部分带宽，而只要跳频频率点覆盖的波段有不被干扰的频道，就可保证部分数据包不丢失。

（2）抗多径干扰。墙面等反射信号到达接收机会有延时，而此时信道已经切换，可避免信道同时叠加，实现抗多径干扰。

（3）容纳更多用户。可通过跳频序列的多样性减少不同遥控器之间的信道碰撞。部分具有自适应跳频技术的遥控器还可通过分析波段上的频率占用率，自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频。这不仅避免了自然干扰，也不会受短波频谱被大量占用的影响。它会根据需要自动改变跳频序列，有效适应恶劣环境。

（4）扩频增益。如果跳频序列符合随机数特征，则遥控器信号会获得比定频或固定序列跳频更远的传输距离。

在认识FHSS时，还应了解以下几个与之密切相关的内容：

（1）伪噪声特征。符合噪声序列的跳频技术性能最好，然而实际应用中的噪声是不可预知的，无法用来同步发射和接收信号。为此，可制造一个像噪声的序列，其既有噪声特性，又可知可用，它被称为伪噪声。伪噪声具有很大的随机性，很难被截获和破解，保密性强。

（2）防死锁。如果序列是规律的，就可能出现两台设备信号“撞车”。一旦发生同频，就会引发一连串信号碰撞，造成信号死锁而无法通信。

（3）低碰撞。如果序列太接近，即使不发生死锁，也会产生较高的碰撞率和丢包率。丢包率过高会造成遥控器延迟明显。

（4）宽覆盖。跳频频率需要覆盖全波段，如果太过集中，则可能会遇到与其带宽完全重叠的干扰信号。

（5）自相关通信恢复。2.4G是视距传输、直线传播波段，一旦被阻隔或遇到干扰将中断通信。当干扰消除时接收机应立即恢复信号接收，而遥控器和接收机将按各自的序列跳频。此时就需要发射和接收的序列具有相关性，以保证快速同步。

跳频序列没有固定模型可用，只能根据信道数、序列周期、序列数量、相关性、信号中断恢复时间，以及最大用户数等有关数据，進行数学计算得到结果。

DSSS与FHSS是目前应用在航模遥控器上两种主流的抗干扰技术。两者原理虽有不同，但抗干扰性能各有优劣。如DSSS可抗同频干扰，但遇到大带宽的强干扰信号时，误码率会显著升高；而FHSS虽不能抗同频干扰，但可避开干扰。目前看来，只有采用DSSS与FHSS配合使用的双扩频技术才能实现最佳的抗干扰性能。而在不久的将来，随着ODFM（正交频分复用技术，属多载波调制的一种）的普及，航模遥控器又会迎来新一轮的技术更替。