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扩展频谱通信与光纤通信、卫星通信一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式 。
扩频通信(SSC , Spread Spectrum Communication , 扩展频谱通信技术) , 通过增加信号带宽降低信噪比 , 提高抗干扰容限 。 其传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽 。
与传统窄带通信相比 , 扩频通信具备许多优点:多址能力、低截获率、抗干扰能力强以及时间分辨率高等 , 被广泛应用于无线通信中 。
具有代表性的扩频方式主要有两种:直接序列扩频与跳频扩频 。
如果在数据上直接加入伪随机序列码 , 可得到直序扩频(DSSS);如果伪随机码作用在载波频率上 , 则得到跳频扩频(FHSS) 。 也可以综合形成DSSS + FHSS混合扩频技术 。
DSSS:直序扩频什么是DSSS?
——直接序列扩频(DSSS , Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式 , 简称直扩方式(DS方式) , 是目前应用较广的一种扩频方式 。 就是用高速率的扩频序列在发射端扩展信号的频谱 , 而在接收端用相同的扩频码序列进行解扩 , 把展开的扩频信号还原成原来的信号 。
LoRa技术就是一种基于直序扩频的调制方式 。
DSSS代表直接序列扩频 , 信息位是由PN码(芯片)调制 。 PN码是伪噪声码符号 。 与信息位相比 , 此 PN 代码的持续时间较短 。 与用户相比 , 这里通过空中传输的信息占用更多的带宽信息位 。 DSSS是基于IEEE802.11的 WLAN 兼容产品中采用的调制技术 。 在DSSS系统中 , 整个系统带宽始终可供每个用户使用 。
DSSS发射器与DSSS接收器框图 , PRS代表伪随机序列
直序扩频特点:
(1)抗衰落 。 直序扩频的带宽很宽 , 由于传输引起的部分频谱的衰落而引起的变化不会使信号频谱发生严重衰落 。
(2)抗多路径干扰 。 扩频系统中的PN码通常具有很好的自相关特性 , 很容易将不同路径的反射信号分离开 , 经处理后在时间和相位上重新对齐 , 形成几路叠加 , 大幅度的改善系统的性能 。
(3)抗截获能力强 。 信号经过扩频后 , 随着频谱的展开 , 其功率谱密度下降 , 甚至可以淹没在噪声中 , 信号也很难会被不同PN码的接收端解析得到 。
(4)易实现多址通信 。
FHSS:跳频扩频什么是FHSS?
——跳频扩频(FHSS , Frequency Hopping Spread Spectrum)技术是在无线电传输过程中对载波频率进行重复切换 , 以减少干扰并避免拦截 。
在跳频扩频中 , 带宽频谱的广切部分被划分为许多可能的广播频率 , 供传输信号使用 。 跳频扩频数字无线电传输方法 , 其中无线电信号在较窄的频谱范围内传播 , 信号以伪随机顺序跳到其他窄范围 , 所有这些都在定义的总体范围内 , 以实现比DSSS更好的抗噪性 , 比DSSS更大的范围和固有的信号安全性 。
FHSS代表跳频扩频 , RF载波频率根据伪随机序列(PRS或PN序列)变化 。 发射器和接收器都知道该PN序列 , 因此有助于解调/解码信息 。 在一个芯片持续时间内 , RF频率不会改变 。 基于这一事实 , 有两种类型的FHSS , 快速跳跃FHSS和慢跳FHSS 。 在快速跳跃的FHSS中 , 跳跃的速率快于消息(信息)比特率 。 在慢速跳跃的FHSS中 , 跳频以比信息比特率慢的速率完成 。
FHSS发射器与DSSS接收器框图
跳频扩频特点:
(1)抗干扰 。 采用离散的频点进行通信 , 即使某一段频点受到干扰 , 其他频点也可以正常保持通信 。
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