擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(shù)（Spread Spectrum Communication），它的基本特點是其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身的帶寬。除此以外，擴頻通信還具有如下特征：

　　2.1 是一種數(shù)字傳輸方式；

　　2.2 帶寬的展寬是利用與被傳信息無關的函數(shù)（擴頻函數(shù)）對被傳信息進行調(diào)制實現(xiàn)的；

　　2.3 在接收端使用相同的擴頻函數(shù)對擴頻信號進行相關解調(diào)，還原出被傳信息。

　　1、直擴系統(tǒng)（DS）就是采用高碼速率的直接序列（Direct　Sequence）偽隨機碼在發(fā)端進行擴頻，在收端采用相同的偽碼（ＰＮ）進行相關解擴。

　　2、跳頻系統(tǒng)（ＦＨ）就是采用跳頻（Frequency Hopping）方式進行擴頻，形象地說是采用特定的偽碼控制的多頻率移頻鍵控。

　　3、跳時系統(tǒng)（ＴＨ）就是采用跳時（Time Hopping）方式進行擴頻，形象地說是采用特定的偽碼控制的多時片的時移鍵控。

　　4、混合系統(tǒng)就是直擴，跳頻和跳時的相應組合即DS/FH/TH混合系統(tǒng)。

　　長期以來，人們總是想法使信號所占領譜盡量的窄，以充分利用十分寶貴的頻譜資源。為什么要用這樣寬頻帶的信號來傳送信息呢？ 簡單的回答就是主要為了通信的安全可靠。

　　擴頻通信的基本特點，是傳輸信號所占用的頻帶寬度（W）遠大于原始信息本身實際所需的最?。ㄓ行В挘―F），其比值稱為處理增益Gp:

　　Gp = W/DF?? ……? （1）

　　眾所周知，任何信息的有效傳輸都需要一定的頻率寬度，如話音為1.7 --- 3.1kHz，電視圖像則寬到數(shù)兆赫。為了充分利用有限的頻率資源，增加通路數(shù)目，人們廣泛選擇不同調(diào)制方式，采用寬頻信道（同軸電纜、微波和光纖等），和壓縮頻帶等措施，同時力求使傳輸?shù)拿浇橹袀鬏數(shù)男盘栒加帽M量窄的帶寬。因現(xiàn)今使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻或脈沖編碼調(diào)制制式，Gp值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴頻通信的Gp值，高達數(shù)百、上千，稱為? “寬帶通信”。

　　擴頻通信的可行性，? 是從信息論和抗干擾理論的基本公式中引伸而來的。

　　信息論中關于信息容量的仙農(nóng)（Shannon）公式為：

　　C ＝ WLog2（1十P/N）?? ……? （2）

　　式中：

　　C --- 信道容量（用傳輸速率度量）

　　W --- 信號頻帶寬度

　　P --- 信號功率

　　N --- 白噪聲功率

　　式（2）說明，在給定的傳輸速率C不變的條件下，頻帶寬度W和信噪比P／N是可以互換的。即可通過增加頻帶寬度的方法，在較低的信噪比P／N（S／N）情況下，傳輸信息。

　　擴展頻譜換取信噪比要求的降低，正是擴頻通信的重要特點，并由此為擴頻通信的應用奠定了基礎。

　　擴頻通信可行性的另一理論基礎，為柯捷爾尼可夫關于信息傳輸差錯概率的公式：

　　Powj??=? f（E/N。）? ……? （3）

　　式中：

　　Powj --- 差錯概率

　　E --- 信號能量

　　N。--- 噪聲功率譜密度

　　因為，

　　信號功率? P＝E／T? （T為信息持續(xù)時間）

　　噪聲功率? N＝WN。? （W為信號頻帶寬度）

　　信息帶寬 D F＝l／T

　　則式（3）可化為：

　　Powj? ? f（TW.P/N） = f（P/N.W/D F ）? ……??? （4）

　　式（4）說明，對于一定帶寬 DF的信息而言，用Gp值較大的寬帶信號來傳輸，可以提高通信抗干擾能力，保證強干擾條件下，? 通信的安全可靠。? 亦即式（4）與式（2）一樣，說明信噪比和帶寬是可以互換的。

　　總之，我們用信息帶寬的100倍，甚至1000倍以上的寬帶信號來傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強干擾條件下保證可靠安全地通信。這就是擴展頻譜通信的基本思想和理論依據(jù)。

　　1、抗干擾能力強

　　擴頻信號的不可預測性，使擴頻通信系統(tǒng)具有很強的抗干擾能力。擴頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴展了信號帶寬，所以使信噪比很低，甚至在有用信號功率低于干擾信號功率的情況下，仍然能不受外界干擾。信號的頻譜被擴展的越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。此外，對于單頻及多載波信號的干擾，其他偽隨機調(diào)制信號的干擾，以及脈沖正弦信號的的干擾等，擴頻系統(tǒng)都有抑制干擾提高信噪比的作用。簡單的說，若將頻帶展寬 10 倍，在總功率不變的情況下，其干擾強度只是原來的 1/10。而一般頻譜帶寬至少是信息帶寬的幾十倍甚至更高。另外，由于接受端采用了偽隨機序列進行相關檢測，即使采用同類型信號進行干擾，如果不能檢測出有用信號的偽隨機序列，干擾也起不了太大作用?？垢蓴_性能強是擴頻通信最突出的優(yōu)點。

　　2、隱蔽性好、低截獲性

　　由于擴頻信號的頻譜被展寬到很寬的頻帶上，單位帶寬的功率也隨之降低，信號功率密度很低，信號被淹沒在噪聲中、難以被發(fā)現(xiàn)，因而不易被敵方截獲；加之擴頻編碼，就更難獲取有用信號，而且擴頻信號的功率密度極低，對周圍的電信設備產(chǎn)生干擾的可能性極小。

　　3、保密性好

　　在一定的發(fā)射功率下，擴頻信號分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號功率 譜密度很低，有用信號被淹沒在噪聲下，而且不同的通信在發(fā)射時采用不同的擴頻序列，只有接受方知道擴頻序列的具體內(nèi)容，其他不知道地接受方幾乎不可能破譯，因此擴頻技術(shù)能很好的保證通信的可靠性。

　　4、抗多路徑干擾性能好

　　多路徑干擾是電波傳輸過程中因遇到各種非期望反射體（如電離層、高山、建筑物等）引起的反射或散射，在接受端的這些反射或散射信號與直接路徑信號相互干擾。多路徑干擾會嚴重影響通信。擴頻通信系統(tǒng)中增加了擴頻調(diào)制和解擴過程，從多徑信號中分離出最強的有用信號，或者將多徑信號中的相同碼序列信號疊加，這樣就可以有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號衰落現(xiàn)象，是擴頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。

　　5、易于實現(xiàn)碼分多址

　　由于擴頻通信要用偽隨機序列進行擴頻調(diào)制發(fā)送，而信號接收需要用相同的偽隨機序列做相關的解擴才能恢復出信號，這就給頻分復用和多址通信提供了基礎。充分利用不同碼型的偽隨機序列之間的自相關特性和互相關特性，分配給不同用戶不同的偽隨機序列，就可以區(qū)別不同用戶的信號，眾多用戶，只要配隨使用自己的偽隨機序列，就可以互不干擾的同時使用同一頻率通信，從而實現(xiàn)了頻分復用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的偽隨機序列，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣，接收者用不同的偽隨機序列，就可以接收到不同發(fā)送方送來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了多址通信。

　　6、能精確的定時和測距

　　我們知道電磁波在空間傳播速度是固定不變的。人們自然會想到如果能夠精確測量電磁波在兩個物體之間傳播的時間，也就等于測量兩個物體之間的距離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的偽隨機序列速率很高，每個碼片所占用的時間就很短。當發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來，在接受端接跳出偽隨機序列，然后比較收發(fā)兩個碼序列相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出兩者之間的距離。測量精度取決于碼片的寬度，碼片越窄，精度越高。

　　1.擴頻通信為接入網(wǎng)增添光彩：接入網(wǎng)是個新的技術(shù)概念，它是由傳統(tǒng)的用戶線，用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)逐步發(fā)展、演變和升級而形成的?，F(xiàn)代電信網(wǎng)絡分為3大部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)。由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展規(guī)律的“瓶頸”，各國都很重視，接入網(wǎng)一天天變“熱“，各類接入技術(shù)和系統(tǒng)應運而生。例如，有線接入系統(tǒng)， 包括銅線接入、光纖接入和光纖同軸混合接入等；無線接入分為移動接入和固定接入系統(tǒng)。其中光纖接入和無線固定接入成為“熱網(wǎng)”中的兩個“熱點”。擴頻通信的出現(xiàn)，使得無線通信舊貌換新顏。擴頻微波與常規(guī)微波相比有三個優(yōu)點：抗干擾強；頻點問題好處理；價格比較便宜。因此，擴頻微波接入系統(tǒng)將成為無線接入的一支新軍，為接入網(wǎng)增添光彩。

　　2.語音接入（點對點）：現(xiàn)有的擴頻微波，速率從64 kb/s~8Mb/s，可傳1~120路（PCM）語音。特別是E1、2＊E1和4＊E1可取代常規(guī)的30路、60路和120路中小容量微波，抗干擾極強，誤碼率可低到1E-10　量級，準光纖水平。時分雙工（TDD）E1，距離近些；頻分雙工（FDD）E1，距離還可遠些，在視距通信范圍，擴頻微波可取代超短波（VHF/UHF），常規(guī)小微波，以及電纜和光纖（如沒有，可不架設）。它可以單獨或與各種復用設備結(jié)合，用于衛(wèi)星通信最后“一公里”，局間中繼，GMS系統(tǒng)基站到交換機間通信等很多場合。

　　3.數(shù)據(jù)接入：采用擴頻Modem和復用器，可以實現(xiàn)點對點的數(shù)據(jù)通信，再逐級匯集，也可組成很大的專用數(shù)據(jù)網(wǎng)，例如銀行的同城結(jié)算網(wǎng)；可應用于ISDN網(wǎng)和DDN網(wǎng)；

　　4.視頻接入：采用N＊64kb/s或2Mb/s的擴頻Modem加上會議電視終端可傳會議電視信息。若將多個點對點擴頻信道和MCU相連，可以組成良好的多點擴頻會議電視系統(tǒng)。采用每秒可輸出22~25幀的圖像編解碼器（CODEC），利用擴頻E1，就可傳送實時動態(tài)電視圖像。

　　5.多媒體接入：采用復用器，可在擴頻信道上同時傳送語音、數(shù)據(jù)和視頻圖像等多媒體信息?，F(xiàn)在已有的擴頻Modem與當前的多媒體通信發(fā)展水平相適應，設備輕巧，易安裝，是較好的無線多媒體接入手段。

　　6.國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）接入：利用64kb/s~8Mb/s的擴頻Modem直接接入Internet網(wǎng)已有很多實例了，它是專線而不是租用線，費用會省些。

　　（1）擴頻通信具有消息隱蔽性、低截獲概率和抗干擾等能，對軍事通信有很大應用潛力。國外軍事通信已經(jīng)裝備使用 HF、VHF和UHF頻段的跳頻電臺，直接序列擴頻電臺也開始進入實用階段。

　?。?）利用不同的預定擴頻碼（地址碼）序列，可以在相同頻段實現(xiàn)碼分多址（CDMA）和選址通信，在衛(wèi)星通信和室內(nèi)有線、無線通信中得到使用。

　?。?）直接序列擴頻信號具有同距離無關的高分辨率測距能力，在全球定位系統(tǒng)（GPS）和深空探測中得到應用。

　　處理增益和抗干擾容限是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要性能指標。

　　處理增益G也稱擴頻增益（Spreading Gain）

　　它定義為頻譜擴展前的信息帶寬DF與頻帶擴展后的信號帶寬W之比：

　　G＝W／DF

　　在擴頻通信系統(tǒng)中。接收機作擴頻解調(diào)后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為DF 的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益G反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。

　　抗干擾容限

　　是指擴頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為：

　　Mj = G － [（S/N）out + Ls]

　　其中：

　　Mj --- 抗干擾容

　　G --- 處理增益

　　（S／N）out --- 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比

　　Ls --- 接收系統(tǒng)的工作損耗

　　處理增益和抗干擾容限是擴頻通信系統(tǒng)的兩個重要性能指標。

　　處理增益G也稱擴頻增益（Spreading Gain）

　　它定義為頻譜擴展前的信息帶寬DF與頻帶擴展后的信號帶寬W之比：

　　G＝W／DF

　　在擴頻通信系統(tǒng)中。接收機作擴頻解調(diào)后，只提取偽隨機編碼相關處理后的帶寬為DF 的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益G反映了擴頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。

　　抗干擾容限

　　是指擴頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為：

　　Mj = G － [（S/N）out + Ls]

　　其中：

　　Mj --- 抗干擾容

　　G --- 處理增益

　　（S／N）out --- 信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比

　　Ls --- 接收系統(tǒng)的工作損耗