DSSS

　　DSSS概述

　　直接序列展頻技術(shù)(Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)是利用10個(gè)以上的chips來代表原來的「1」或「0」位，使得原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率。而每個(gè)bit使用多少個(gè)chips稱做Spreading chips，一個(gè)較高的Spreading chips可以增加抗噪聲干擾，而一個(gè)較低Spreading Ration可以增加用戶的使用人數(shù)。 基本上，在DSSS的Spreading Ration是相當(dāng)少的，例如在幾乎所有2.4GHz的無線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品所使用的Spreading Ration皆少于20。而在IEEE802.11的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，其Spreading Ration大約在100左右。

　　Direct Sequence Spread Spectrum直接序列擴(kuò)頻，用高速率的偽噪聲碼序列與信息碼序列模二加（波形相乘）后的復(fù)合碼序列去控制載波的相位而獲得直接序列擴(kuò)頻信號(hào)，即將原來較高功率、較窄的頻率變成具有較寬頻的低功率頻率，以在無線通信領(lǐng)域獲得令人滿意的抗噪聲。

　　DSSS通信時(shí)的幀格式為:SFD字段的比特模式為11110011 1010 0000,Signal字段表示數(shù)據(jù)速率,步長(zhǎng)為

　　100Kb/s,比FHSS精確5倍,例如Signal字段=00001010時(shí),10*100Kb/s=1Mb/s,signal 字段=00010100時(shí),20*100Kb/s=2Mb/s.service字段還未使用.length 字段指MPDU的長(zhǎng)度,單位為us.

　　直接序列擴(kuò)頻通過利用高速率的擴(kuò)頻序列在發(fā)射端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來的信號(hào)。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)在軍事通信和機(jī)密工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在甚至普及到一些民用的高端產(chǎn)品，例如信號(hào)基站、無線電視、蜂窩手機(jī)、監(jiān)控寶護(hù)神、嬰兒監(jiān)視器等，是一種可靠安全的工業(yè)應(yīng)用方案。

　　工作原理

　　直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）技術(shù)是一種常用的擴(kuò)頻通信物理層技術(shù)。通信時(shí)，發(fā)送端利用高速率的擴(kuò)頻序列與發(fā)送信號(hào)序列進(jìn)行模2加后生成的復(fù)合序列去調(diào)制載波，從而擴(kuò)展信號(hào)頻譜。接收端在收到發(fā)射信號(hào)后，首先進(jìn)行同步，然后利用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻序列對(duì)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，從而恢復(fù)出數(shù)據(jù)。圖1是DSSS通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

　　在發(fā)射機(jī)端，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)與偽隨機(jī)碼（擴(kuò)頻碼）波形相乘（或與偽隨機(jī)碼序列模2加），形成的復(fù)合碼對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后由天線發(fā)射出去。在收信機(jī)端，要產(chǎn)生一個(gè)和發(fā)信機(jī)中的偽隨機(jī)碼同步的本地參考偽隨機(jī)碼，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，這一相關(guān)處理過程通常稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的信號(hào)送到解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)出傳送的信息。

　　由于窄帶噪聲和多徑干擾與本地參考擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)，在進(jìn)行相關(guān)處理時(shí)被削弱，實(shí)際上干擾信號(hào)和本地參考擴(kuò)頻信號(hào)相關(guān)處理后，其頻帶被擴(kuò)展，也就是干擾信號(hào)的能量被擴(kuò)展到整個(gè)傳輸頻帶之內(nèi)，降低了干擾信號(hào)的電平（單位頻率內(nèi)的能量或功率），如圖2（a）所示。由于有用信號(hào)和本地參考擴(kuò)頻信號(hào)有良好的相關(guān)性，在通過相關(guān)處理后被壓縮到帶寬為Bb=2Rb的頻帶內(nèi)，因?yàn)橄嚓P(guān)器后的中頻濾波器通頻帶很窄，通常為Bb=2Rb，所以中頻濾波器只輸出被基帶信號(hào)調(diào)制的中頻信號(hào)和落在濾波器通頻帶內(nèi)的那部分干擾信號(hào)和噪聲，而絕大部分的干擾信號(hào)和噪聲的能量（功率）被中頻濾波器濾除，這樣就大大改善了系統(tǒng)的輸出信噪比，如圖2（c）所示。以解擴(kuò)前后信號(hào)功率譜密度示意圖來說明這一問題。

　　特點(diǎn)

　　無線局域網(wǎng)絡(luò)在性能和能力上的差異，主要是取決于所采用的是FHSS還是DSSS來實(shí)現(xiàn)、以及所采用的調(diào)變方式。截至目前，若以現(xiàn)有的產(chǎn)品參數(shù)詳加比較，可以看出DSSS技術(shù)在需要最佳可靠性的應(yīng)用中具有較佳的優(yōu)勢(shì)，而 FHSS技術(shù)在需要低成本的應(yīng)用中較占優(yōu)勢(shì)。我們?cè)谶x擇無線產(chǎn)品時(shí)，需要注意的是廠商在DSSS和FHSS展頻技術(shù)的選擇，必須要審慎端視產(chǎn)品在市場(chǎng)的定位而定，因?yàn)樗梢越鉀Q無線局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力及特性，包括：抗干擾能力、使用距離范圍、頻寬大小、及傳輸資料的大小。

　　一般而言，DSSS由于采用全頻帶傳送資料，速度較快，未來可開發(fā)出更高傳輸頻率的潛力也較大。DSSS技術(shù)適用于固定環(huán)境中、或?qū)鬏斊焚|(zhì)要求較高的應(yīng)用，因此，無線廠房、無線醫(yī)院、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、分校連網(wǎng)等應(yīng)用，大都采用DSSS無線技術(shù)產(chǎn)品。FHSS則大都使用于需快速移動(dòng)的端點(diǎn)，如行動(dòng)電話在無線傳輸技術(shù)部分即是采用FHSS技術(shù)；且因FHSS傳輸范圍較小，所以往往在相同的傳輸環(huán)境下，所需要的FHSS技術(shù)設(shè)備要比DSSS技術(shù)設(shè)備多，在整體價(jià)格上，可能也會(huì)比較高。以目前企業(yè)需求來說，高速移動(dòng)端點(diǎn)應(yīng)用較少，而大多較注重傳輸速率、及傳輸?shù)姆€(wěn)定性，所以未來無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)會(huì)以 DSSS技術(shù)為主流。

　　用戶選購無線局域網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要特別注意下列的特性，以決定自己合適的產(chǎn)品，包括：涵蓋范圍、傳輸率、受Multipath影響程度、提供資料整合程度、和有線的基礎(chǔ)設(shè)施之間的互操性、和其它無線的基礎(chǔ)設(shè)施之間的互操性、抗干擾程度、保密能力、電流消耗情況等等。

　　應(yīng)用缺陷

　　直接序列擴(kuò)頻在實(shí)際應(yīng)用中往往會(huì)遇到以下幾個(gè)問題：

　　頻道數(shù)減少

　　當(dāng)采用跳頻/擴(kuò)頻體制時(shí)，為獲得足夠大的處理增益，系統(tǒng)占用帶寬太大，這就減少了可供跳頻的信道數(shù)。

　　帶寬增大

　　系統(tǒng)帶寬太大，進(jìn)入接收機(jī)前端的干擾信號(hào)增多。

　　信息量增大

　　要得到有效的抗多徑和利用多徑的能力，擴(kuò)頻碼片必須足夠窄，信息比特必須足夠?qū)挘笳哂窒拗屏诵畔鬏斔俾实奶岣摺?/p>

　　為了解決系統(tǒng)占用頻帶過寬、外部干擾增多和傳輸速率受限的矛盾，當(dāng)前各國(guó)大多采用多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)，相對(duì)有效的解決這些問題。

　　相關(guān)比較

　　與其他無線傳播方式的比較

　　不同的無線傳播方式有不同的特性。這些特性決定了在不同距離上傳輸不同數(shù)據(jù)量的能力。以下提及的傳輸方式已被運(yùn)用到各種無線技術(shù)中。其具體與DSSS的區(qū)別如下

　　無線傳播方式頻率比較

　　無線傳播方式頻率比較

　　固定頻率

　　在一個(gè)特定的頻段范圍（通常非常窄）內(nèi)傳播信號(hào)的方式。通過此方式傳輸?shù)男盘?hào)通常要求高功率的信號(hào)發(fā)射器并且獲得使用許可。如果遇到較強(qiáng)的干擾，信道內(nèi)或者附近的固定頻率發(fā)射器將受到影響。對(duì)于許可證的要求就是為了減少相鄰的系統(tǒng)在使用相同的信道時(shí)產(chǎn)生的干擾。

　　跳頻擴(kuò)頻

　　使用被發(fā)射器和接收器都知曉的偽隨機(jī)序列，在很多頻率信道內(nèi)快速跳變以發(fā)射無線電信號(hào)。FHSS有較強(qiáng)的抗干擾能力，一旦信號(hào)在某信道中受阻，它將迅速再下一跳中重新發(fā)送信號(hào)。

　　直接序列擴(kuò)頻

　　在設(shè)備的特定的發(fā)射頻率內(nèi)以廣播形式發(fā)射信號(hào)。用戶數(shù)據(jù)在空間傳送之前，先附加“擴(kuò)頻碼”，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻傳輸。接收器在解調(diào)制的過程中將干擾剔除。在去除擴(kuò)頻碼、提取有效信號(hào)時(shí)，噪聲信號(hào)同時(shí)剔除。

　　正交頻分復(fù)用

　　同時(shí)在多個(gè)子載波頻率上以廣播形式發(fā)射信號(hào)。每個(gè)子載波的帶寬都很窄，可以承載高速數(shù)據(jù)信號(hào)。OFDM適用于嚴(yán)酷的信道條件。由于OFDM具有較高的復(fù)雜度，有很多方式來抗干擾。對(duì)窄帶干擾的抗干擾能力也不錯(cuò)，因?yàn)榇罅康恼坏淖虞d波和與DSSS相似的信道編碼機(jī)制。

　　實(shí)現(xiàn)方法

　　直接序列擴(kuò)頻信號(hào)的調(diào)制分為擴(kuò)頻調(diào)制和載波調(diào)制兩部分。

　　擴(kuò)頻調(diào)制

　　擴(kuò)頻調(diào)制為信息碼和擴(kuò)展碼模2相加，這里為了簡(jiǎn)單，采用m序列作為擴(kuò)展碼調(diào)制信息碼，信息碼用全0代替進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。當(dāng)信息碼為全0時(shí)，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)即原來的m碼序列。擴(kuò)展碼的設(shè)計(jì)碼速率為4MHz，擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生的擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)即m碼序列存為ds.wfm。要注意的是，實(shí)際擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)，由于信息碼和擴(kuò)展碼速率不同，需要對(duì)信息碼波形進(jìn)行水平擴(kuò)展，擴(kuò)展的倍數(shù)約等于擴(kuò)展碼速率與信息碼速率的比值。例如，寶護(hù)神嬰兒監(jiān)視器實(shí)際調(diào)制碼分多址信號(hào)時(shí)，信息碼速率為20KHz，擴(kuò)展碼速率為4MHz，則ds.wfm=expand（“infor.wfm”，constant）“GOLD .wfm”，constant約為200。

　　載波調(diào)制

　　載波調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)與載波相乘，即dsspread.wfm×carrier.wfm，產(chǎn)生的載波調(diào)制信號(hào)存為ds-out.wfm，如圖6所示。要注意的是擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行反相鍵控時(shí)，要求擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)必須為1、-1兩種狀態(tài)，另外，由于擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)的碼速率和載波頻率不同，載波調(diào)制時(shí)需要對(duì)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行水平擴(kuò)展（expand），擴(kuò)展的倍數(shù)約等于載波頻率與擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)速率的比值。例如載波信號(hào)的頻率為70MHz，擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào)的速率為4MHz，則ds-spread.wfm=expand（“ds.wfm”，13），水平擴(kuò)展倍數(shù)為13。