直序扩频概述
发布时间:2008/8/18 0:00:00 访问次数:593
概述
尽管许多的文献和书籍对这一专题进行了论述，在许多网页上也能找到解释但是仍旧有许多电子工程师问及这个问题。实际上，不用公式推导一些复杂的概念那些简单的解释是不容易被接收的。有些文章专门详细地论述了几个方面的技术但又忽略其他的(例如：这直接扩频的重点在pn码的产生上)。
接下来本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。
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) = 1.443 ln(1+s/n)
应用maclaurin级数：ln(1+x) = x – x2/2 + x3/3 – x4/4 + ...+ (-1)k+1xk/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 1.433 s/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。)
概述
尽管许多的文献和书籍对这一专题进行了论述，在许多网页上也能找到解释但是仍旧有许多电子工程师问及这个问题。实际上，不用公式推导一些复杂的概念那些简单的解释是不容易被接收的。有些文章专门详细地论述了几个方面的技术但又忽略其他的(例如：这直接扩频的重点在pn码的产生上)。
接下来本文将尽可能全面的论述扩频技术所包括的所有方面。
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) = 1.443 ln(1+s/n)
应用maclaurin级数：ln(1+x) = x – x2/2 + x3/3 – x4/4 + ...+ (-1)k+1xk/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 1.433 s/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。)
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