扩频专利_扩频码是什么_扩频因子

本文介绍了扩频原理，内容包括直序扩频和跳频扩频方式。所提供的理论公式可用于性能评估。本文还介绍了扩频技术在和TDMA中的应用，给出了码序发生器的结构以及DSSS和FHSS方式的频谱图。

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：直接扩频的重点在PN码的产生)。

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。扩频技术也为提高频率的利用率(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 = BLog2 (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+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。

扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号来发射。

香农(Shannon)在信息论的研究中得出了信道容量的公式：

C=Wlog2(1+P/N)

这个公式指示出：如果信息传输速率C不变，则带宽W和信噪比P/N是可以互换的，就是说增加带宽就可以在较低的信噪比的情况下以相同的信息率来可靠的传输信息，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。）

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