擴展頻譜通信與光纖通信、衛(wèi)星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。

擴頻通信(SSC，Spread Spectrum Communication，擴展頻譜通信技術(shù))，通過增加信號帶寬降低信噪比，提高抗干擾容限。其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身的帶寬。

與傳統(tǒng)窄帶通信相比，擴頻通信具備許多優(yōu)點：多址能力、低截獲率、抗干擾能力強以及時間分辨率高等，被廣泛應(yīng)用于無線通信中。

具有代表性的擴頻方式主要有兩種：直接序列擴頻與跳頻擴頻。

如果在數(shù)據(jù)上直接加入偽隨機序列碼，可得到直序擴頻(DSSS);如果偽隨機碼作用在載波頻率上，則得到跳頻擴頻(FHSS)。也可以綜合形成DSSS + FHSS混合擴頻技術(shù)。

DSSS：直序擴頻

什么是DSSS?

——直接序列擴頻(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式，簡稱直擴方式(DS方式)，是目前應(yīng)用較廣的一種擴頻方式。就是用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。

LoRa技術(shù)就是一種基于直序擴頻的調(diào)制方式。

DSSS代表直接序列擴頻，信息位是由PN碼(芯片)調(diào)制。PN碼是偽噪聲碼符號。與信息位相比，此 PN 代碼的持續(xù)時間較短。與用戶相比，這里通過空中傳輸?shù)男畔⒄加酶嗟膸捫畔⑽?。DSSS是基于IEEE802.11的 WLAN 兼容產(chǎn)品中采用的調(diào)制技術(shù)。在DSSS系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)帶寬始終可供每個用戶使用。

DSSS發(fā)射器與DSSS接收器框圖，PRS代表

直序擴頻特點：

(1)抗衰落。直序擴頻的帶寬很寬，由于傳輸引起的部分頻譜的衰落而引起的變化不會使信號頻譜發(fā)生嚴重衰落。

(2)抗多路徑干擾。擴頻系統(tǒng)中的PN碼通常具有很好的自相關(guān)特性，很容易將不同路徑的反射信號分離開，經(jīng)處理后在時間和相位上重新對齊，形成幾路疊加，大幅度的改善系統(tǒng)的性能。

(3)抗截獲能力強。信號經(jīng)過擴頻后，隨著頻譜的展開，其功率譜密度下降，甚至可以淹沒在噪聲中，信號也很難會被不同PN碼的接收端解析得到。

(4)易實現(xiàn)多址通信。

FHSS：跳頻擴頻

什么是FHSS?

——跳頻擴頻(FHSS，F(xiàn)requency Hopping Spread Spectrum)技術(shù)是在無線電傳輸過程中對載波頻率進行重復(fù)切換，以減少干擾并避免攔截。

在跳頻擴頻中，帶寬頻譜的廣切部分被劃分為許多可能的廣播頻率，供傳輸信號使用。跳頻擴頻數(shù)字無線電傳輸方法，其中無線電信號在較窄的頻譜范圍內(nèi)傳播，信號以偽隨機順序跳到其他窄范圍，所有這些都在定義的總體范圍內(nèi)，以實現(xiàn)比DSSS更好的抗噪性，比DSSS更大的范圍和固有的信號安全性。

FHSS代表跳頻擴頻，RF載波頻率根據(jù)偽隨機序列(PRS或PN序列)變化。發(fā)射器和接收器都知道該PN序列，因此有助于解調(diào)/解碼信息。在一個芯片持續(xù)時間內(nèi)，RF頻率不會改變?；谶@一事實，有兩種類型的FHSS，快速跳躍FHSS和慢跳FHSS。在快速跳躍的FHSS中，跳躍的速率快于消息(信息)比特率。在慢速跳躍的FHSS中，跳頻以比信息比特率慢的速率完成。

FHSS發(fā)射器與DSSS接收器框圖

跳頻擴頻特點：

(1)抗干擾。采用離散的頻點進行通信，即使某一段頻點受到干擾，其他頻點也可以正常保持通信。

(2)兼容性強。頻點數(shù)量多，可以在任意一個頻點和其他設(shè)備完成通信。

(3)易實現(xiàn)多址通信。

DSSS與FHSS區(qū)別對比

由于FHSS系統(tǒng)依賴于不同的RF載波頻率，因此主要由于頻率選擇性衰落而導(dǎo)致誤差突發(fā)。

錯誤率：在DSSS中，信息位分布在頻率和時間平面上，因此最大限度地減少了干擾和衰落的影響。因此，DSSS系統(tǒng)容易出錯，但與FHSS系統(tǒng)相比處于較低水平。FHSS會產(chǎn)生強烈的突發(fā)錯誤。

盡管這兩種技術(shù)都存在錯誤，但可以看出FHSS中的錯誤率高于DSSS系統(tǒng)。每當任何設(shè)備在通道之間跳躍時接近阻塞頻率時，F(xiàn)HSS系統(tǒng)的帶寬就會下降。

與DSSS相比，F(xiàn)HSS的解碼過程更容易。DSSS中需要特定的算法來建立發(fā)送方和接收方之間的連接。

網(wǎng)絡(luò)容量：DSSS的傳輸速率高于FHSS，DSSS提供高達22 Mbps的容量，而FHSS支持高達3 Mbps的容量。

可靠性：DSSS比FHSS系統(tǒng)更可靠，F(xiàn)HSS在應(yīng)用中的可靠性較低。但對于移動應(yīng)用FHSS更節(jié)能。

采集時間：即將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號所需的時間，在DSSS系統(tǒng)中比在FHSS系統(tǒng)中更多。

使用成本：DSSS比FHSS成本更高。在較低的Mbps(如2 Mbps)下，F(xiàn)HSS的成本較低，但通常，無線電信號以較高的Mbps使用，DSSS將比FHSS便宜。

應(yīng)用場景：在惡劣的環(huán)境中，包括大覆蓋范圍，噪音，多路徑和藍牙頻率波等的存在，DSSS是點對點應(yīng)用的理想選擇，而FHSS可用于具有出色性能的點對多點部署。

另外，還有一種時間跳變擴頻技術(shù)(THSS)，利用偽隨機序列控制發(fā)射信號的開或關(guān)。這也是一種線性調(diào)頻脈沖技術(shù)，即在一個周期內(nèi)線性掃描載頻。不過該項技術(shù)到目前為止沒有大的突破。

擴頻通信是擴展頻譜通信的簡稱，它是一種信息傳輸方式，其特點是傳輸信息所用的帶寬遠大于信息本身的帶寬。這種技術(shù)是通過增加信號帶寬降低信噪比，從而提高抗干擾容限。

在發(fā)端，擴頻通信技術(shù)以擴頻編碼進行擴頻調(diào)制;

在收端，通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)接收信息。

擴頻通信技術(shù)是由海蒂·拉瑪發(fā)明的一種信息技術(shù)。最初，這項技術(shù)主要用于軍事保密通信和電子對抗系統(tǒng)，隨著世界范圍政治格局的變化和冷戰(zhàn)的結(jié)束，該項技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向商業(yè)化?，F(xiàn)在，它已經(jīng)在電力、金融、公安、交通等行業(yè)收到了明顯的社會、經(jīng)濟效益，引起了國內(nèi)通信界人士的廣泛關(guān)注。

擴頻通信技術(shù)的優(yōu)點主要包括：

1、抗干擾能力強：由于信號帶寬被大大擴展，發(fā)送端用擴頻碼序列進行擴頻調(diào)制，以及在接收端用相關(guān)解調(diào)技術(shù)，這使得該技術(shù)具有許多窄帶通信難以替代的優(yōu)良性能。

2、誤碼率低：由于信號在傳輸過程中受到的干擾較小，因此誤碼率也相對較低。

3、隱蔽性好：擴頻通信的信號在傳輸過程中不易被捕獲和破解。

4、可以實現(xiàn)碼分多址：允許多個用戶在同一時間、同一頻率上進行通信。

5、抗多徑干擾：對多徑傳播產(chǎn)生的信號衰落和時延擴散有很好的抵抗力。

6、能精確地定時和測距：適用于需要精確時間同步的應(yīng)用環(huán)境。

7、適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸：可以有效保證數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量。

8、開展多種通信業(yè)務(wù)：可以進行語音通話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)。

9、安裝簡便，易于維護：設(shè)備安裝方便，日常維護工作相對較少。 審核編輯 黃宇