移动计算中的扩频技术

扩频是一种用于电信和无线电通信的无线通信技术。在该技术中，发射信号（即电信号、电磁信号或声学信号）的频率被有意改变，并产生比其频率未被改变的信号大得多的带宽。

换句话说，“扩频是一种技术，其中特定频率的发射信号略有变化，以获得比初始带宽更大的带宽。”

现在，扩频技术被广泛应用于无线电信号传输，因为它能够轻松地减少噪声和其他信号问题。

扩频示例

让我们看一个例子来理解无线通信中扩频的概念

我们知道，传统的无线信号频率通常以兆赫兹（MHz）或千兆赫兹（GHz）为单位指定。它不会随时间变化（有时它会以小的、快速的波动形式发生异常变化，这种波动通常是由于调制引起的）。假设您想在收音机上收听 104.8 MHz 频率的 FM 立体声，并且一旦您设置了频率，信号就会保持在 104.8 MHz。它不会上升到 105.1 MHz 或下降到 101.1 MHz。您会看到收音机频率拨盘上的设置数字始终保持不变。传统无线信号的频率保持恒定，以将带宽保持在一定范围内，并且想要检索信息的人可以轻松找到该信号。

在这种传统的无线通信模型中，您可能会遇到至少两个问题

1. 频率恒定的信号容易受到灾难性干扰。当另一个信号在指定信号的频率或其附近被发送时，就会发生这种干扰。
2. 恒定频率信号很容易被拦截。因此，它不适用于必须在源（发送方）和接收方之间保持信息机密的应用。

扩频模型用于克服这种传统通信模型。在这里，发射信号频率有意地在电磁辐射频谱的相对较大的部分上变化。这种变化是根据特定的但复杂的数学函数进行的。如果接收器想要拦截信号，则必须调谐到根据该函数精确变化频率。

使用扩频的原因

• 扩频信号分布在很宽的频率范围内，然后被收集并接收回接收器。另一方面，宽带信号类似于噪声，难以检测。
• 最初，扩频被用于军事应用，因为它具有抗干扰和难以拦截的特性。
• 现在，它也被用于商业无线通信。
• 它之所以最受欢迎，是因为它具有有用的带宽利用能力。

扩频的用途

使用这种扩频技术进行无线通信的原因有很多。以下是其中一些原因

• 它可以成功建立安全的通信媒介。
• 它可以提高对自然干扰（如噪声和干扰）的抵抗力，以防止检测。
• 它可以限制功率通量密度（例如，在卫星下行链路中）。
• 它能够实现多址通信。

扩频的类型

扩频可以分为两种类型

• 跳频扩频 (FHSS)
• 直接序列扩频 (DSSS)

跳频扩频 (FHSS)

• 跳频扩频或 FHSS 允许我们正确且最大程度地利用带宽。在这种技术中，整个可用带宽被分成许多信道，并在信道之间展开，连续排列。
• 频率时隙是随机选择的，并且根据其占用情况传输频率信号。
• 发射器和接收器不断地在可用信道上跳跃，持续特定时间（以毫秒为单位）。
• 因此，您可以看到它在 FHSS 中同时实现了频分复用和时分复用。

跳频扩频或 FHSS 也可以分为两种类型

• 慢跳频： 在慢跳频中，多个比特在特定频率或相同频率上传输。
• 快跳频： 在快跳频中，单个比特被分割，然后在不同的频率上传输。

跳频扩频 (FHSS) 的优点

以下是跳频扩频 (FHSS) 的一些优点

• 跳频扩频或 FHSS 最大的优点是其高效率。
• 跳频扩频或 FHSS 信号对窄带干扰具有很高的抵抗力，因为信号跳到不同的频带。
• 它需要更短的采集时间。
• 它非常安全。如果跳频模式未知，则其信号很难被拦截；这就是它被推荐用于军事服务的原因。
• 我们可以轻松地对其进行编程以避免频谱的某些部分。
• 跳频扩频或 FHSS 传输可以与多种类型的传统传输共享频带，而相互干扰最小。FHSS 信号对窄带通信的干扰最小，反之亦然。
• 它提供了非常大的带宽。
• 与 DsSS 相比，它可以简单实现。

跳频扩频 (FHSS) 的缺点

以下是跳频扩频 (FHSS) 的一些缺点

• FHSS 不太稳健，因此有时需要纠错。
• FHSS 需要复杂的频率合成器。
• 与 DSSS 支持的 11 Mbps 数据速率相比，FHSS 支持较低的数据速率 3 Mbps。
• 它对于范围和范围速率测量不是很有用。
• 由于接收器对 SNR 的要求较高，因此它支持较低的覆盖范围。
• 如今，由于无线产品中出现的新无线技术，它不太受欢迎。

跳频扩频 (FHSS) 的应用

以下是跳频扩频或 FHSS 最常用的应用列表

• 跳频扩频或 FHSS 用于无线局域网 (WLAN) 的 Wi-Fi 标准。
• FHSS 也用于无线个人区域网 (WPAN) 的蓝牙标准。

直接序列扩频 (DSSS)

直接序列扩频 (DSSS) 是一种扩频调制技术，主要用于减少电信中的整体信号干扰。直接序列扩频调制使发射信号的带宽比信息带宽更宽。在 DSSS 中，消息位通过称为扩展序列的位序列处理来调制。这种扩展序列位被称为码片。它的持续时间比原始消息位短得多（带宽更大）。以下是直接序列扩频或 DSSS 的特征。

• 在直接序列扩频或 DSSS 技术中，需要传输的数据被分成较小的块。
• 之后，每个数据块都附带一个高数据速率位序列，并从发送端传输到
• 接收端。
• 数据块再次重新组合，以在接收端生成原始数据，该数据由发送方发送，借助数据速率位序列。
• 如果由于某种原因丢失了数据，则还可以使用这些数据速率位来恢复数据块。
• 将数据分成较小块的主要优点是它可以减少噪声和无意的干扰。

直接序列扩频或 DSSS 也可以分为两种类型

• 宽带扩频
• 窄带扩频

直接序列扩频 (DSSS) 的优点

以下是直接序列扩频或 DSSS 的一些优点

• 直接序列扩频或 DSSS 不太容易受到噪声的影响；这就是 DSSS 系统在存在噪声时的性能优于 FHSS 系统的原因。
• 在直接序列扩频或 DSSS 中，信号很难被检测到。
• 它提供了对多径信号的最佳区分。
• 在直接序列扩频中，干扰的机会很少，因为它能有效避免故意干扰（如干扰）。

直接序列扩频 (DSSS) 的缺点

以下是直接序列扩频或 DSSS 的一些缺点

• 直接序列扩频或 DSSS 系统需要很长的采集时间；这就是其性能较慢的原因。
• 它需要具有小相位失真的宽带信道。
• 在 DSSS 中，伪噪声发生器以高速率生成序列。

直接序列扩频 (DSSS) 的应用

以下是直接序列扩频或 DSSS 最常用的应用列表

• 直接序列扩频或 DSSS 用于局域网技术。
• 直接序列扩频或 DSSS 也用于卫星通信技术。
• DSSS 用于军事和许多其他商业应用中。
• 它用于低概率的截获信号。
• 它支持码分多址。