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扩频通信中的:直接序列扩频与跳频扩频

2024-11-13 11:38:55

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  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):

  直序扩频(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。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。

  例如,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。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。

  FHSS(跳频扩频):

  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,以实现比直序扩频更好的抗噪性,比直序扩频更大的范围和固有的信号安全性。

  直序扩频跳频扩频的区别对比:

  由于跳频扩频系统依赖于不同的RF载波频率,因此主要由于频率选择性衰落而导致误差突发。

  在直序扩频中,信息位分布在频率和时间平面上,因此最大限度地减少了干扰和衰落的影响。因此,直序扩频系统容易出错,但与跳频扩频系统相比处于较低水平。跳频扩频会产生强烈的突发错误。

  直序扩频的传输速率高于跳频扩频直序扩频提供高达22 Mbps的容量,而跳频扩频支持高达3 Mbps的容量。

  直序扩频跳频扩频系统更可靠,跳频扩频在应用中的可靠性较低。但对于移动应用跳频扩频更节能。

  直序扩频跳频扩频成本更高。在较低的Mbps(如2 Mbps)下,跳频扩频的成本较低,但通常,无线电信号以较高的Mbps使用,直序扩频将比跳频扩频便宜。

  在恶劣的环境中,包括大覆盖范围,噪音,多路径和蓝牙频率波等的存在,直序扩频是点对点应用的理想选择,而跳频扩频可用于具有出色性能的点对多点部署。

  另外,还有一种时间跳变扩频技术(THSS),利用伪随机序列控制发射信号的开或关。这也是一种线性调频脉冲技术,即在一个周期内线性扫描载频。不过该项技术到目前为止没有大的突破。

  扩频通信具备的许多优良特性是窄带通信难以替代的,在手机网络、卫星通信、蓝牙、Wi-Fi等诸多领域得到了非常广泛的应用。