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擴頻通信中的:直接序列擴頻與跳頻擴頻

2024-11-13 11:38:55

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  擴頻通信(SSC,Spread Spectrum Communication,擴展頻譜通信技術),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。

  如果在數據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。

  DSSS(直序擴頻):

  直序擴頻(DSSS,Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式,簡稱直擴方式(DS方式),是目前應用較廣的一種擴頻方式。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。

  例如,LoRa技術就是一種基于直序擴頻的調制方式。DSSS代表直接序列擴頻,信息位是由PN碼(芯片)調制。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。DSSS是基于IEEE802.11的 WLAN 兼容產品中采用的調制技術。在DSSS系統(tǒng)中,整個系統(tǒng)帶寬始終可供每個用戶使用。

  FHSS(跳頻擴頻):

  跳頻擴頻(FHSS,Frequency Hopping Spread Spectrum)技術是在無線電傳輸過程中對載波頻率進行重復切換,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。跳頻擴頻數字無線電傳輸方法,其中無線電信號在較窄的頻譜范圍內傳播,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,以實現比直序擴頻更好的抗噪性,比直序擴頻更大的范圍和固有的信號安全性。

  直序擴頻跳頻擴頻的區(qū)別對比:

  由于跳頻擴頻系統(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致誤差突發(fā)。

  在直序擴頻中,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,直序擴頻系統(tǒng)容易出錯,但與跳頻擴頻系統(tǒng)相比處于較低水平。跳頻擴頻會產生強烈的突發(fā)錯誤。

  直序擴頻的傳輸速率高于跳頻擴頻,直序擴頻提供高達22 Mbps的容量,而跳頻擴頻支持高達3 Mbps的容量。

  直序擴頻跳頻擴頻系統(tǒng)更可靠,跳頻擴頻在應用中的可靠性較低。但對于移動應用跳頻擴頻更節(jié)能。

  直序擴頻跳頻擴頻成本更高。在較低的Mbps(如2 Mbps)下,跳頻擴頻的成本較低,但通常,無線電信號以較高的Mbps使用,直序擴頻將比跳頻擴頻便宜。

  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,直序擴頻是點對點應用的理想選擇,而跳頻擴頻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(THSS),利用偽隨機序列控制發(fā)射信號的開或關。這也是一種線性調頻脈沖技術,即在一個周期內線性掃描載頻。不過該項技術到目前為止沒有大的突破。

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