DSSS(直序扩频)

什么是IEEE802.11:802.11为IEEE（美国电气和电子工程师协会，The Institute of Electrical and Electronics Engineers）于1997年公告的无线区域网路标准，适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。

802.11的规格说明：A)802.11B)802.11aC)802.11bD)802.11gE)802.11n实现无线局域网的三种关键技术:红外线跳频扩频（FHSS）直接序列扩频（DSSS）扩展频谱技术:什么是扩展频谱技术？所谓的扩展频谱技术是指发送的信息带宽的一种技术。

是指发送的信息被展宽到一个比信息带宽宽得多的频带上去，接收端通过相关接收将其恢复到原信息带宽的一种通信手段。

扩展频谱技术的分类：DSSS（直序扩频）FHSS（跳频扩频）扩展频谱技术特点：很强的抗干扰能力可进行多址通信安全保密抗多径干扰IEEE802.11支持DSSS、FHSS两种扩频方式，规定其工作频段为2.4GHz ISM频段跳频扩频（FHSS）:跳频扩频（FHSS）技术是通过“伪随机码”的调制，信息的载波受一伪随机序列的控制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变，这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的“伪随机码”，就可以达到同步，排除了噪音和其它干扰信号。

虽然在某一时刻频谱是窄带的，但在整个时间内，跳频系统在整个频带内跳变是宽带的，从而达到了扩频的目的。

FHSS局域网支持1Mb/s数据速率，共22组跳频图案，包括79个信道，输出的同步载波经调解后，可获得发送端送来的信息。

直接序列扩频（DSSS）:直序扩展频谱技术（DSSS）是目前应用较广的一种扩频方式。

直接序列扩频系统是将要发送的信息用伪随机码（PN码）扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出发送的信息。

DSSS局域网可在很宽的频率范围内进行通信，支持1~2Mb/s数据速率，在发送和接收端都以窄带方式进行，而传输过程中则以宽带方式通信。

伪随机码:使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流看上去是随机的，实际上是按照特定的算法由数字电路产生的，称为“伪随机码”（Pseudo-noise，PN码）。

DSSS与FHSS:DSSS和FHSS无线局域网都使用无线电波作为媒体，覆盖范围大，发射功率较自然背景的噪声低，基本避免了信号的偷听和窃取，使通信非常安全。

同时，无线局域网中的电波不会对人体健康造成伤害，具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。

DSSS与FHSS之间的比较1、WLAN的FHSS与DSSS相比，更不易受到干扰。

这是因为FHSS的传输将在很宽的频带范围上来传送非常短的脉冲信号,干扰影响很小。

2、网络容量（带宽）方面。

DSSS WLAN的传输速度远远高于FHSS。

FHSS发送的脉冲一般是1MHz（最高3MHz），而DSSS则是22MHz。

本文出自“Richard&NetWork”博客，请务必保留此出处/428351/191794直序扩频概述短暂的历史有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil提出的。

基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路，他们申请了美国专利#2.292.387。

不幸的是，当时该技术并没有引起美国军方的重视，直到十九世纪八十年代才引起关注，将它用于敌对环境中的无线通信系统。

解决了短距离数据收发信机、如：卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。

扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。

扩频技术理论证明在Shannon和Hartley信道容量定理中可以明显看出频谱扩展的作用：C = B Log2(1+ S/N)式中：C是信道容量、单位为比特每秒(bps)，它是在理论上可接受的误码率(BER)下所允许的最大数据速率；B是要求的信道带宽，单位是Hz；S/N是信噪比。

C表示通信信道所允许的信息量，也表示了所希望得到的性能，带宽(B)则是付出的代价，因为频率是一种有限的资源，S/N表示周围的环境或者物理特性(障碍物、干扰发射台、冲突等)。

用于恶劣环境(噪声和干扰导致极低的信噪比)时，从上式可以看出：需要提高信号带宽(B)来维持或提高通信的性能,甚至于信号的功率可以低于噪声基底。

(公式中并没有禁止这种条件！)。

修改上述公式的对数基底可得：C/B = (1/Ln2)Ln(1+S/N) = 1.443Ln(1+S/N)应用MacLaurin级数：Ln(1+x) = x – x2/2 + x3/3 – x4/4 + ...+ (-1)k+1x k/k +...:C/B = 1.443(S/N – 1/2(S/N)2 + 1/3(S/N)3 - ...)在扩频技术应用中，信噪比较低(正如以上所提到的，信号功率甚至可以低于噪声基底)。

假定较大的噪声使信噪比远远小于1(S/N <<1)，则Shannon表示式近似为：C/B 1.433S/N可进一步简化为：C/B S/N或: N/S B/C在信道中对于给定的信噪比要无差错发射信息，我们仅仅需要提高发射的带宽。

这个原理似乎简单、明了，但是由于对基带扩频(扩展到一个非常大的量级)的同时还需要相应的解扩处理，具体实现起来将非常复杂。

定义扩频技术在具体实施时由多种方案，但思路相同：把索引(也称为码或序列)加入到通信信道，插入码的方式正好定义了所讨论的扩频技术。

术语“扩频”指将信号带宽扩展几个数量级，在信道中加入索引即可实现扩频。

扩频技术更加精确的定义是：扩频是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。

扩展带宽与初始信号之比称为处理增益(dB)，典型的扩频处理增益可以从10dB到60dB。

采用扩频技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码，这个过程称为扩频处理，结果将信息扩散到一个更宽的频带内。

在接收链路中数据恢复之前移去扩频码，称为解扩。

解扩是在信号的原始带宽上重新构建信息。

显然，在信息传输通路的两端需要预先知道扩频码。

(在一些情况下，它应该仅仅被两个当事人知道。

)图1.扩频处理的带宽效果下图对通信链路中信号带宽进行了估计：图2.扩频调制作用于通用调制器(如BPSK)的前端或直接转换，没有接受扩频的代码保持不变，没有扩频。

解扩处理的带宽效果同样的，解扩过程如下图所示：图3.解扩通常在解调之前进行，在传输过程中加入的信号(例如干扰或阻塞)将在解扩处理中被扩频。

由于扩频所造成的带宽浪费通过多用户所弥补由于扩频占用更宽的频带，浪费了有限的频率资源。

然而，所占用的频带可以通过多用户共享同一扩大了的频带得到补偿。

图4.扩频是宽带技术与规则的窄带技术相比，扩频过程是一种宽带技术。

例如，W-CDMA和UMTS属于需要更宽频带(相对于这窄带无线电设备)的宽带技术。

抗干扰和抗阻塞性能通过扩频可以获得较高的抗干扰和抗阻塞特性，这也正是扩频的优势。

因为干扰和阻塞信号不带有扩频因子，所以被抑制掉。

解扩处理后只有包含括频因子的、所希望的信号出现在接收器内。

图5.干扰信号可能是窄带的、也可能是宽带的；如果干扰信号不包括扩频因子，解扩后可忽略其影响。

这种抑制能力同样也作用于其它不具有正确扩频因子的扩频信号，正是由于这一点，扩频通信允许不同用户共享同一频带(比如CDMA)。

注意：扩频通信是宽带技术，反之并不成立，也就是说：宽带技术并非都是扩频技术。

交叉抑制交叉抑制是通过扩频获得的第二个优势。

因为没有授权的用户不知道扩展原始信号的扩频因子，所以他们无法解码。

当然，如果扩频因子很短，则可利用扫描方法破解。

更加可喜的是，扩频通信允许信号低于噪声基底，因为扩频处理降低了频谱密度(总能量相同，但被展宽到整个频域内)。

这样，可以将信息隐藏起来，这一效果是直序扩频的显著特点。

其它接收器无法“看到”传送信息，它们只是检测到噪声电平有一点提高！图6.衰落抑制(多径影响)无线信道通常具有多径传播效应，从发射端到接收端存在不止一条路径。

这些路径是由于空气的反射或折射以及从地面或物体(如建筑物等)的反射产生的。

图7.反射路径(R)对直接路径(D)产生干扰被称为衰落现象。

因为解扩过程与信号D同步，所以，即使信号R包含有相同的扩频因子，也同样会被抑制掉。

可以对反射路径的信号进行解扩、并将其均方根值叠加到主信号上。

扩频技术在CDMA中的应用值得注意的是：扩频不是一种调制方式，不应该同其他类型的调制相混淆。

例如，我们能够利用扩频技术发射一个经过FSK或BPSK调制的信号。

从编码基本理论来看，扩频也能作为实现多址通信的一种方法(实际上或从外观上存在多址，链接到同一物理层通信)。

至今为止，主要有三种方式：FDMA: 频分多址频分多址(FDMA)给每个通信信道分配一个特定的载波频率，用户数受频谱的频段数限制。

FDMA的频带利用率最低，典型应用包括：无线广播、TV、AMPS和TETRAPLOE。

图8.TDMA: 时分多址TDMA中，不同用户之间的通信基于被分配的时隙。

这样，在一个载波频率上可以建立不同的通信信道。

TDMA被应用于GSM、DECT、TETRA和IS-136。

图9.CDMA: 码分多址CDMA的空间接入取决于扩频因子或码。

从某种角度上讲，扩频是CDMA的一种方式。

典型应用包括：IS-95 (DS)、IS-98、蓝牙技术和WLAN。

图10.实际应用中可以综合利用上述多址方式，例如：GSM组合了TDMA和FDMA，利用不同的载波频率定义了拓扑区域(蜂窝, cells)，并在每一个蜂窝内设置时隙。

扩频和编解码“密钥”我们知道，扩频的主要特点就是发射机和接收机必须预先知道一个预置的扩频码或密钥，扩频码必须足够长，尽量接近类似于噪声的随机数字序列。

但是，在任何情况下，他们必须保持可恢复性。

否则，接收机将不能提取发射信息。

因此，这序列是近似随机的，扩频码通常称为伪随机码(PRN)或伪随机序列。

通常采用反馈型移位寄存器产生伪随机序列：图11.关于伪随机序列(PRN)的产生及其特性可以在许多书籍中查找到，有关这方面的探讨超出了本文的范畴。

只是简单了解其架构或适当地选择序列(或一组序列)还远远不够，为保证有效的扩频通信，PRN序列必须遵循一定的规则，如：序列长度、自动校准、互相关、正交性和位平衡等。

最通用的PRN序列有：Barker码、M序列、Gold码、Hadamard-Walsh码。