擴頻做到了！高抗干擾、低截獲率、多址通信！

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。比如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代表偽隨機序列

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(dāng)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。

時間跳變擴頻（THSS）

擴頻通信具備的許多優(yōu)良特性是窄帶通信難以替代的，在手機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、藍牙、Wi-Fi等諸多領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。