所有技术调制和解调都力求在白色高斯加性固定噪声信道中提高带宽的功率和/或效率。由于带宽是有限的资源，因此所有调制方案的主要设计目标之一是最小化传输所需的带宽。另一方面，扩频技术使用的传输带宽的数量级大于最小信号所需的带宽。

扩频技术的优势在于-许多用户可以同时使用相同的带宽而不会互相干扰。因此，当用户数较少时，扩频是不经济的。

• 扩频是无线通信的一种形式，其中故意改变发射信号的频率，从而导致更高的带宽。

• 扩频在香农和哈特利通道容量定理中很明显-

  C = B×对数₂ (1 + S / N)

• 在给定的方程式中，“ C”是每秒比特数(bps)的信道容量，它是理论误码率( BER )的最大数据速率。 “ B”是所需的通道带宽，单位为Hz，S / N是信噪功率比。

• 扩频使用难以检测，截取或解调的宽带，类似噪声的信号。此外，扩频信号比窄带信号更难阻塞(干扰)。

• 由于扩频信号是如此之宽，因此与窄带发射机相比，它们以低得多的频谱功率密度(以瓦/赫兹为单位进行测量)进行发射。扩频和窄带信号可以占据同一频带，而几乎没有干扰。该功能是当今所有对扩频感兴趣的主要吸引力。

要记住的要点–

• 传输的信号带宽大于成功传输信号所需的最小信息带宽。

• 通常使用除信息本身以外的某些函数来确定最终的传输带宽。

以下是两种类型的扩频技术-

• 直接序列和
• 跳频。

CDMA采用直接序列。

直接序列(DS)

直接序列码分多址(DS-CDMA)是一种通过不同代码复用用户的技术。在此技术中，不同的用户使用相同的带宽。每个用户都分配有一个自己的扩展代码。这些代码集分为两类-

• 正交码和
• 非正交码

沃尔什(Walsh)序列属于第一类，即正交码，而其他序列(即PN，金和Kasami)是移位寄存器序列。

将正交码分配给用户，除了所需序列之外，接收机中相关器的输出将为零。在同步直接序列中，接收器接收与发送的相同的代码序列，因此用户之间没有时间偏移。

解调DS信号-1

为了解调DS信号，您需要知道传输时使用的代码。在此示例中，通过将传输中使用的代码乘以接收信号，我们可以获得传输的信号。

在此示例中，在向接收信号传输(10,110,100)时使用了多个代码。在这里，我们使用两种添加剂(模数2加法)的定律进行了计算。通过乘以此传输时使用的代码(称为反向扩散(解扩))，可以对其进行进一步解调。在下面给出的图中，可以看出在将数据传输到窄带(Narrow Band)频谱期间，信号的频谱被扩展了。

解调DS信号-2

另一方面，如果您不知道传输时使用的代码，则将无法解调。在这里，您尝试使用不同的代码(10101010)和传输时间进行解调，但是失败了。

即使查看频谱，它也会在传输期间扩散。当它通过一个带通滤波器(Band Path Filter)时，仅保留了这个小信号，并且这些信号不被解调。

扩频特性

如下图所示，扩频信号的功率密度可能低于噪声密度。这是一个很棒的功能，可以保持信号保护并保持隐私。

通过扩展发射信号的频谱，可以降低其功率密度，使其变得小于噪声的功率密度。这样，可以将信号隐藏在噪声中。如果您知道用于发送信号的代码，则可以将其解调。如果代码未知，那么即使在解调之后，接收到的信号也将隐藏在噪声中。

DS-CDMA

DS码用于CDMA。到目前为止，已经解释了扩频通信的基本部分。从这里，我们将说明直接序列码分多址(DS-CDMA)的工作原理。

扩频信号只能通过用于传输的代码进行解调。通过使用此功能，每个用户的传输信号在接收到该信号时都可以通过单独的代码进行识别。在给定的示例中，用户A在代码A处的扩频信号和用户B在代码B处的扩频信号。接收时，每个信号都被混合。但是，通过反向扩散器(Despreadder)，它可以识别每个用户的信号。

DS-CDMA系统-前向链路

DS-CDMA系统-反向链路

传播代码

互相关

关联是一种测量给定信号与所需代码的匹配程度的方法。在CDMA技术中，为每个用户分配一个不同的代码，由用户分配或选择的代码对于调制信号非常重要，因为它与CDMA系统的性能有关。

当所需用户的信号与其他用户的信号之间存在明显的分隔时，一个将获得最佳性能。通过将本地生成的所需信号代码与其他接收到的信号相关联，可以实现这种分离。如果信号与用户代码匹配，则相关函数将很高，系统可以提取该信号。如果用户期望的代码与信号没有共同点，则相关度应尽可能接近零(从而消除信号)；也称为互相关。因此，存在自相关(Self-Correlation)和互相关(Cross-Correlation)。

下图显示了自相关和代码的属性，其中显示了扩展码“ A”和扩展码“ B”之间的相关性。在该示例中，给出了扩频码“ A(1010110001101001)”和扩频码“ B”(1010100111001001)的计算相关性，同时在以下示例中执行计算时，结果变为6/16。

优惠代码

在CDMA中使用优选的代码。根据CDMA系统的类型，可以使用不同的代码。有两种类型的系统-

• 同步(Synchronous)系统和
• 异步(异步)系统。

在同步系统中，可以使用正交码(Orthogonal Code)。为此，在异步系统中，使用了伪随机码(Pseudo-random Noise)或Gold码。

为了使DS-CDMA中的相互干扰最小，应该选择互相关较少的扩频码。

同步DS-CDMA

• 正交码是合适的。 (沃尔什码等)

异步DS-CDMA

• 伪随机噪声(PN)码/最大序列
• 黄金代码

同步DS-CDMA

在点对多点系统中实现了同步CDMA系统。例如，移动电话中的前向链接(基站到移动站)。

同步系统用于一对多(点对多点)系统。例如，在给定的时间，在移动通信系统中，单个基站(BTS)可以与多个手机进行通信(前向链路/下行链路)。

在该系统中，所有用户的传输信号可以同步通信。意思是，在这一点上，“同步”是可以发送以对齐每个用户信号顶部的一种感觉。在该系统中，可以使用正交码，并且还可以减少相互干扰。而正交码则是符号，例如互相关即0。

异步DS-CDMA

在异步CDMA系统中，正交码具有不良的互相关性。

与来自基站的信号不同，从移动站到基站的信号成为异步系统。

在异步系统中，相互干扰会有所增加，但是会使用其他代码，例如PN代码或Gold代码。

扩频的优势

由于信号分布在宽频带上，因此功率谱密度变得非常低，因此其他通信系统不会受到这种通信的影响。但是，高斯噪声增加。以下列出了扩频的一些主要优点-

• 可以同意多路径，因为可以生成大量代码，从而允许大量用户。

• 在扩频中，FDMA技术没有用户的限制，而用户也有限制。

• 安全性-在不知道扩展码的情况下，几乎不可能恢复传输的数据。

• 下降拒绝-由于使用了大带宽系统；它不易变形。

PN序列

DS-CDMA系统使用两种类型的扩展序列，即， PN序列和正交码。如上所述，PN序列由伪随机噪声发生器产生。它只是一个二进制线性反馈移位寄存器，由XOR门和一个移位寄存器组成。该PN发生器具有创建对于发射机和接收机都相同的序列的能力，并保持噪声随机性比特序列的期望特性。

PN序列具有许多特征，例如具有几乎相等数量的零和一，序列的移位版本之间的相关性非常低，以及与其他信号(例如干扰和噪声)的交叉相关性非常低。但是，它能够与自身及其逆相关良好。另一个重要方面是序列的自相关，因为它确定了同步和锁定接收信号扩展码的能力。这种斗争有效地影响了多重干扰并提高了SNR。 M序列，Gold码和Kasami序列是此类序列的示例。

• 伪随机噪声(PN)序列是二进制数的序列，例如±1，它似乎是随机的。但这实际上是完全确定的。

• PN序列用于两种类型的PN扩频技术-

  • 直接信号扩频(DS-SS)和

  • 跳频扩频(FH-SS)。

• 如果“ u”使用PSK调制PN序列，则结果为DS-SS。

• 如果“ u”使用FSK调制PN序列，则结果为FH-SS。

跳频技术

跳频是一种扩展频谱，其中传播是通过在宽带上跳频来进行的。中断发生的确切顺序由使用伪随机码序列生成的跳频表确定。

跳频率是速度信息的函数。频率的顺序由接收机选择，并由伪随机噪声序列决定。尽管跳频信号频谱的传输与直接序列信号的传输有很大不同，但足以注意到数据分布在一个信号频带中，该频带大于携带所需的频带。在这两种情况下，结果信号都将显示为噪声，并且接收机使用类似的技术，该技术在传输中用于恢复原始信号。