DSSS直序扩频与FHSS跳频扩频的对比和扩频技术的优点

DSSS直序扩频和FHSS跳频扩频

现如今的无线网主要使用三种通信技术：红外线Infrared Ray、扩展频谱和窄带微波三种，其中扩展频谱就是本文要聊的主要内容。

在香农公式中，C = B × log2 (1 + S/N) ，其中C是信道容量，表示一种所期待的性能；B是信道带宽；S/N是信号噪声功率比信噪比，主要受周围环境和干扰影响，尤其是在干扰或噪声较大的环境下，信噪比较低。由公式可以推出C/B正相关于S/N，所以在信噪比较低的情况下想要维持较高的通信性能（信道容量），可以通过提高信道带宽B来实现。

扩频其实就是使用一个伪随机序列对信号进行调制，以此来拓展信号的带宽，在接收端再使用相同的伪随机序列对信号进行恢复，如下图。扩频其实就是把通频带扩大，当通频带拓宽了，带宽也就增大了。

1、FHSS跳频扩频

跳频扩频（Frequency-Hopping Spread Spectrum）技术是伪随机序列来控制信息载波，使载波工作的中心频率不断跳跃改变。每一个分组都采用不同的频率传输，且每一跳只传送很短的分组。如下图，使用跳频模式来传输分组。这十个分组分别用f3、f4、f6、f2、f1、f4、f8、f2、f9、f3来表示。

在802.11.标准中，每一跳最长时间为400ms，分组长度为30ms，而且频点间隔为1MHz，当一个频点由于信号衰落而传输出错，400ms后将以不同频率重发数据。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，从而实现了扩频的目的。

FHSS通信的对应于PLCP帧格式上图所示，SYNC是0和1的序列，SFD（Start Frame Delimiter）的位模式为0000110010111101，用作帧的起始界定符。
(1）FHSS。对应于FHSS通信的PLCP帧格式如图5-13所示。SYNC是0和1的序列，PLW代表帧长度，共12位，帧最大长度可以达到4096字节。PSF用来标识不同的数据速率，起始数据速率为1Mbps，以0.5的步长递增，16位的CRC是为了保护PLCP头部，它能纠正2位错，而MPDU代表MAC 协议数据单元。

2、DSSS直序扩频

直序扩展频谱技术（Direct Sequence Spread Spectrum）是目前应用较广的一种扩频方式。直接序列扩频在扩展器上，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，信号源的每一位用码片的N个位来传输，因此DSSS信号的带宽是原来数据带宽的N倍。

如下图，DSSS就算将信息流和随机位相异或，假如信息位是1，则其将随机码置反后传输；假如信息位为0，则随机码不变，经过处理后比原来的信息流具有更宽的带宽，如此例中使用4位码片来传输1位信息流。

如下图，在DSSS通信时帧格式中，SFD字段的位模式为1111001110100000。Signal字段表示数据速率，步长为100Kbps，比 FHSS的0.5M精确5倍。例如Signal字段=00001010时，10×100Kbps=1MbpsSignal字段=00010100时，20×100Kbps=2Mbps;Service字段保留未用。Length字段指MPDU 的长度，单位为us。

3、FHSS和DSSS的对比与优点

两种技术对比
1、FHSS和DSSS都可以应用在2.4G的ISM频段，FHSS的中心频率间隔为1MHz，而DSSS为5MHz，且DSSS的传输高于FHSS。

2、FHSS在很宽的频带范围上来传送非常短的脉冲信号,因此干扰影响很小，比DSSS的抗干扰性能更好。

扩频技术优点
抗干扰特性。因为干扰和阻塞信号不带有扩频因子，所以会被抑制掉。经过解扩处理后，只有包含扩频因子的信号会出现在接收器内；而不带有扩频因子的干扰信号在解扩后会被忽略。

防信号拦截。未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。没有正确的扩频因子，扩频信号就相当于噪声或者干扰。

小tips：扩频不是一种调制方式，不应该同其他类型的调制相混淆。比如利用扩频技术发射一个经过FSK或BPSK调制的信号。扩频是宽带技术，但宽带技术不是扩频，宽带技术不一定包括扩频技术。