直接串行擴頻，又稱直接序列擴頻，就是直接用具有高碼率的擴頻碼序列在發(fā)送端去擴展信號的頻譜。而在接收端，用相同的擴頻碼序列去進(jìn)行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。
特征
DSSS使用一串連續(xù)的偽隨機碼(pseudonoise，PN)序列，用相位偏移調(diào)制的方法來調(diào)制信息。這一串連續(xù)的偽隨機碼稱為碼片(chips)，其每個碼的持續(xù)時間遠(yuǎn)小于要調(diào)制的信息位。即每個信息位都被頻率更高的碼片所調(diào)制。因此，碼片速率遠(yuǎn)大于信息位速率。
DSSS通訊架構(gòu)中，發(fā)送端產(chǎn)生的碼片在發(fā)送前已經(jīng)被接收端所獲知。接收端可以使用相同的碼片來解碼接收到的信號，解調(diào)用此碼片調(diào)制過的信號，還原為原來的信息。
概念簡介
直接序列擴頻通過利用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進(jìn)行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。直接序列擴頻技術(shù)在軍事通信和機密工業(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，例如信號基站、無線電視、蜂窩手機、無線嬰兒監(jiān)視器等，是一種可靠安全的工業(yè)應(yīng)用方案。
直接序列擴頻（英語：direct-sequence spread spectrum，DSSS），簡稱直擴（DS），是一種調(diào)制技術(shù)。就是在發(fā)送端，直接用高碼率的擴頻碼序列去擴展信號的頻譜，在接收端，用相同的擴頻碼序列將信號解擴，把展寬的信號還原到原始狀態(tài)。其名稱中的“擴頻”來自這樣一個事實，即載波信號發(fā)生設(shè)備的發(fā)射頻率充滿了整個帶寬（頻譜）。在一些IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中，使用了DSSS技術(shù)來調(diào)制信號。
工作原理
接收機在收到發(fā)射信號后，首先通過偽碼同步捕獲電路來捕獲發(fā)送來到偽碼精確相位，并由此產(chǎn)生跟發(fā)送端的偽碼相位完全一致的偽碼相位，作為本地解擴信號，以便能夠及時恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，完成整個直擴通信系統(tǒng)的信號接收。
傳送原理
直接序列擴頻的原理如圖所示。
例如我們用窄脈沖序列對某一載波進(jìn)行二相相移鍵控調(diào)制。如果采用平衡調(diào)制器，則調(diào)制后的輸出為二相相移鍵控信號，它相當(dāng)于載波抑制的調(diào)幅雙邊帶信號。圖中輸入載波信號的頻率為fc，窄脈沖序列的頻譜函數(shù)為G(C)，它具有很寬的頻帶。平衡調(diào)制器的輸出則為兩倍脈沖頻譜寬度，而fc被抑制的雙邊帶的展寬了的擴頻信號，其頻譜函數(shù)為fc+G(C)。
在接收端應(yīng)用相同的平衡調(diào)制器作為解擴器。可將頻譜為fc+G(C)的擴頻信號，用相同的碼序列進(jìn)行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號fc。
抗干擾原理
直擴系統(tǒng)的抗干擾能力是由接收機對干擾的抑制產(chǎn)生的，如果干擾信號的帶寬與信息帶寬相同（即窄帶），此干擾信號經(jīng)過發(fā)送機偽噪聲碼調(diào)制后將展寬為與發(fā)送信號相同的帶寬，而其譜密度卻降低了若干倍。相反，直擴信號經(jīng)偽噪聲碼解擴后變成了窄帶信息，從而使增益提高了若干倍。
優(yōu)點介紹
抗干擾能力強
擴頻解調(diào)器實際上是一個相關(guān)器，擴頻信號通過相關(guān)器后能有效地恢復(fù)，干擾信號（包括瞄準(zhǔn)性窄帶干擾和寬帶干擾）由于與本地PN碼不相關(guān)而被相關(guān)器抑制掉。
表示擴頻通信特性的一個重要參數(shù)是擴頻增益G(Spreading Gain),其定義為擴頻前的信號帶寬B1與擴頻后的信號帶寬B2之比。G=B2/B1擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調(diào)，只提取擴頻編碼相關(guān)處理后帶寬為B1的信號成份，而排除了擴展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當(dāng)于把接收信噪比提高了G倍。考慮到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗，可以認(rèn)為實際的擴頻增益帶來的信噪比的改善為：M=G-輸出端信噪比——系統(tǒng)損耗公式中的M叫做抗干擾容限。在第四章的系統(tǒng)仿真中，我們可以更直觀地觀察到系統(tǒng)的抗干擾性能。
抗多徑干擾能力強
無線電波在傳播的過程中，除了直接到達(dá)接收天線的直射信號外，還會有各種反射體（如大氣對流層、建筑物、高山、樹木、水面、地面）等引起的反射和折射信號被接收天線接收。反射和折射信號的傳播時間比直射信號長，它對直射信號產(chǎn)生的干擾稱為多徑干擾。多徑干擾會造成通信系統(tǒng)的嚴(yán)重衰落甚至無法工作。由擴頻序列的自相關(guān)函數(shù)的特性知道。當(dāng)兩個接收信號序列相對時間超過碼元寬度時，相關(guān)器輸出只為碼長的倒數(shù)，故被很大程度地抑制掉。直序擴頻技術(shù)還有一種更先進(jìn)的接收技術(shù)，叫RAKE接收技術(shù)，它可以實現(xiàn)多徑分集接收，即將各種路徑來的信號，包括直接、折射、反射繞射信號解擴后在相位上根據(jù)峰值校齊并進(jìn)行疊加，使信號強度更高，不僅避免了多徑干擾還增強了接收信號強度。但是RAKE接收技術(shù)的實現(xiàn)比較復(fù)雜且昂貴。
抗截獲能力強
理論分析表明，信號的檢測概率與信號能量與噪聲功率譜密度之比成正比，與信號的頻帶寬度成反比。直擴信號正好具有這兩方面的優(yōu)勢，它的功率譜密度很低，單位時間內(nèi)的能量就很小，同時它的頻帶很寬。因此，它具有很強的抗截獲性。簡單地說：由于信息信號經(jīng)過擴頻調(diào)制后頻譜被大大擴展，使信號的功率譜密度大大降低，接收端接收到的信號譜密度比接收機噪聲低，即信號完全淹沒在噪聲中，這樣對其他同頻段電臺的接收不會形成干擾，信號也就不容易被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步檢測出信號就更難，所以有非常高的隱蔽性，非常適合保密通信，特別適合應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的通信。正因為有此特點，FCC規(guī)定使用擴頻通信機不必申請專用頻率。
可同頻工作
由于采用相關(guān)解擴，所以只要每部通信的解擴碼（PN）不同，幾部通信機就可以使用同一載頻而不會有互相干擾，只是多增加一點背景噪聲而已。
便于實現(xiàn)多址通信
由于不同的擴頻碼是正交或接近正交的，彼此相互影響很小，所以可以把不同的擴頻碼作為用戶的地址碼，則很容易實現(xiàn)碼分多址（CDMA）通信。移動通信系統(tǒng)采用CDMA方式，理論上可以使通信容量比目前的蜂窩式通信容量大。
擴頻原理圖1是直接序列擴頻通信系統(tǒng)的原理框圖。欲傳輸?shù)臄?shù)字信號ak（t）經(jīng)信息調(diào)制（一般為PSK調(diào)制）獲得窄帶已調(diào)信號bk（t）。它再與碼片速率很高的擴頻碼Ck（t）進(jìn)行調(diào)制（擴頻調(diào)制），其輸出為頻譜帶寬被擴展的信號Sk（t），這個過程稱為擴頻。擴展頻譜信號Sk（t）再變換為射頻信號發(fā)射出去。
直擴通信速率高
直擴通信速率可達(dá)2M，8M，11M，無須申請頻率資源，建網(wǎng)簡單，網(wǎng)絡(luò)性能好。在802.15.4通信標(biāo)準(zhǔn)中，要求的無線通信的速度是250Kbps,所以，CC2430高頻部分也是使用這個通信速度。
GDS=10lg（Rc/Rb）
其中：Rc為直擴碼速率；Rb為信息碼速率，其比率即為擴頻碼長度，也稱擴頻信號的帶寬擴展因子。
應(yīng)用缺陷
直接序列擴頻在實際應(yīng)用中往往會遇到以下幾個問題：
頻道數(shù)減少
當(dāng)采用跳頻/擴頻體制時，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)入接收機前端的干擾信號增多。
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?a href="/hebeideji/554916166361545984.html">速率的提高。
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)前各國大多采用多進(jìn)制擴頻技術(shù)，相對有效的解決這些問題。
傳播頻率
除了直接序列擴頻以外還有其他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用到各種無線技術(shù)中。
固定頻率
在一個特定的頻段范圍（通常非常窄）內(nèi)傳播信號的方式。通過此方式傳輸?shù)男盘柾ǔＲ蟾吖β实男盘柊l(fā)射器并且獲得使用許可。如果遇到較強的干擾，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產(chǎn)生的干擾。
跳頻擴頻
使用被發(fā)射器和接收器都知曉的偽隨機序列，在很多頻率信道內(nèi)快速跳變以發(fā)射無線電信號。FHSS有較強的抗干擾能力，一旦信號在某信道中受阻，它將迅速在下一跳中重新發(fā)送信號。
直接擴頻
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。用戶數(shù)據(jù)在空間傳送之前，先附加“擴頻碼”，實現(xiàn)擴頻傳輸。接收器在解調(diào)制的過程中將干擾剔除。在去除擴頻碼、提取有效信號時，噪聲信號同時剔除。
正交頻分復(fù)用
同時在多個子載波頻率上以廣播形式發(fā)射信號。每個子載波的帶寬都很窄，可以承載高速數(shù)據(jù)信號。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。對窄帶干擾的抗干擾能力也不錯，因為大量的正交的子載波和與DSSS相似的信道編碼機制。
實現(xiàn)方法
直接序列擴頻信號的調(diào)制分為擴頻調(diào)制和載波調(diào)制兩部分。
擴頻調(diào)制
擴頻調(diào)制為信息碼和擴展碼模2相加，這里為了簡單，采用m序列作為擴展碼調(diào)制信息碼，信息碼用全0代替進(jìn)行擴頻調(diào)制。當(dāng)信息碼為全0時，擴頻調(diào)制信號即原來的m碼序列。擴展碼的設(shè)計碼速率為4MHz，擴頻調(diào)制產(chǎn)生的擴頻調(diào)制信號即m碼序列存為ds.wfm。要注意的是，實際擴頻調(diào)制時，由于信息碼和擴展碼速率不同，需要對信息碼波形進(jìn)行水平擴展，擴展的倍數(shù)約等于擴展碼速率與信息碼速率的比值。例如，實際調(diào)制碼分多址信號時，信息碼速率為20KHz，擴展碼速率為4MHz，則ds.wfm=expand（“infor.wfm”，constant）“GOLD.wfm”，constant約為200。
載波調(diào)制
載波調(diào)制為擴頻調(diào)制信號與載波相乘，即dsspread.wfm×carrier.wfm，產(chǎn)生的載波調(diào)制信號存為ds-out.wfm，如圖6所示。要注意的是擴頻調(diào)制信號對載波進(jìn)行反相鍵控時，要求擴頻調(diào)制信號必須為1、-1兩種狀態(tài)，另外，由于擴頻調(diào)制信號的碼速率和載波頻率不同，載波調(diào)制時需要對擴頻調(diào)制信號進(jìn)行水平擴展（expand），擴展的倍數(shù)約等于載波頻率與擴頻調(diào)制信號速率的比值。例如載波信號的頻率為70MHz，擴頻調(diào)制信號的速率為4MHz，則ds-spread.wfm=expand（“ds.wfm”，13），水平擴展倍數(shù)為13。
參考資料 >