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扩频
扩频（Spread Spectrum，SS）是将传输信号的频谱（spectrum）打散到较其原始频宽更宽的一种通信技术，常用于无线通信领域。
基本介绍
- 中文名：扩频
- 外文名：Spread Spectrum
- 简称：SS
- 领域：信息科学
简介
扩频（Spread Spectrum，SS）是将传输信号的频谱（spectrum）打散到较其原始频宽更宽的一种通信技术，常用于无线通信领域。比较严格的定义则分成两个部分：
- 扩频调製之后，其信号传输频宽应远大于原始信号；
- 传输端会採用一个独特的码（code），此码与传送数据是无关的，接收端也必须使用这个独特的码才能解扩频以获得传输端的数据。
代表性的扩频方式有两种：
- 直接序列扩频（简称直序扩频，Direct-sequence spread spectrum，DSSS）
- 跳频（Frequency-hopping spread spectrum，FHSS）
扩频通信
所谓扩展频谱通信，可简单表述如下：“扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频频宽度远大于所传信息必需的最小频宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调製的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。
特点
一、信号的频谱被展宽了。 我们知道，传输任何信息都需要一定的频宽，称为信息频宽。例如人类的语音的信息频宽为300Hz --- 3400Hz，电视图像信息频宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是儘量採用大体相当的频宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的频宽与所传信息的频宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其频宽为语音信息频宽的两倍；电视广播射频信号频宽也只是其视频信号频宽的一倍多。这些都属于窄带通信。一般的调频信号，或脉冲编码调製信号，它们的频宽与信息频宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号频宽与信息频宽之比则高达100 --- 1000，属于宽频通信。 为什幺要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗?
二、採用扩频码序列调製的方式来展宽信号频谱。 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频频宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的频宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调製，则可产生很宽频带的信号。如下面介绍的直接序列扩频系统就是採用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所採用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。
三、在接收端用相关解调来解扩 正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与传送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽频信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信本质的关键所在。
直接序列扩频
直接序列扩频（英语：direct-sequence spread spectrum，DSSS），简称直扩（DS），是一种调製技术。就是在传送端，直接用高码率的扩频码序列去扩展信号的频谱，在接收端，用相同的扩频码序列将信号解扩，把展宽的信号还原到原始状态。其名称中的“扩频”来自这样一个事实，即载波信号发生设备的发射频率充满了整个频宽（频谱）。在一些IEEE 802.11标準中，使用了DSSS技术来调製信号。
跳频扩频
跳频扩频（Frequency-hopping spread spectrum,FHSS）是扩频技术的一种；经由载波快速在不同频率中切换，并在接收与发射端使用一种伪随机的过程。
发展历史
在二次世界大战时，公众形象为花瓶的好莱坞艳星海蒂·拉玛（Hedy Lamarr）提供了不停更换无线电频率以躲避干扰及侦察的概念，但是问题在于如何同步化（现代则可以使用计算机来同步）；而前卫音乐家乔治·安塞尔（George Antheil）则提供了使用自动演奏钢琴的原理来达到传送端与收讯端同步的方法，两人共同发明了该技术，并于1942年8月11日获得专利（美国专利 2,292,387）。但由于是花瓶演员及音乐家发明的技术，加上自动演奏钢琴的大体积，此项发想在当时难以说服军方使用。直到电晶体发明以后，此技术才开始套用在军事上，一直到现代，海蒂·拉玛的天才才真正获得广泛的认同。
扩频原本套用在军事和情报系统，主要的概念是将数据信号扩展成较宽的频谱，使得信号不易被干扰和截取。后来技术开放，便套用到CDMA（2G手机通信）、无线区域网路（WLAN，也就是IEEE802.11系列）等领域。
优点与用途
- 对背景的噪声（noise）、干扰（interference）以及自体多路径干扰（Multipath interference）有免疫力。
- 对人为的刻意干扰（jamming）信号有良好的抵御能力，这也是扩频最早套用于军方通信系统中对抗人为的干扰重要原因其一。
- 较良好的隐密性，通信过程被截收的可能性较低。这是因为扩频后，单位频率的功率值降低，截收者不易透过频谱分析仪获得敌方通信的信息；即使电波被接收了，由于截收者不知道扩频码的内涵，因此无法恢复编码的信息。所以扩频通信亦具有简单的保密通信能力。
- 降低电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）
- 若对电子设备的时钟频率产生器（Clock generator）做扩频，也就是刻意在时钟频率信号（Clock signal）中添加抖动（jitter），则可以将特定造成电磁干扰的能量由特定频率打散，进而减轻其干扰程度，本质上和通信技术的扩频是相同的。
- 在个人计算机的BIOS设定中常常可以看到“Spread Spectrum”的选项。此处这个选项的主要目的是用于降低电磁干扰，依据不同的系统配置可能能够有效降低电磁辐射的量。但是副作用是降低了信号的清晰度，对超频之后的系统稳定性影响较大。
- 藉由扩频技术，可以达成码分多址（CDMA）通信，让多个用户能够独立地同时使用更大的频宽。