擴(kuò)展頻譜通信，簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻通信，是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列（一般是偽隨機(jī)碼）來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)；在接收端則用同樣的碼進(jìn)行相關(guān)同步接收、解擴(kuò)及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。

定義
擴(kuò)展頻譜通信與光纖通信、衛(wèi)星通信一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。

理論基礎(chǔ)
根據(jù)香農(nóng)（C.E.Shannon）在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即香農(nóng)公式：
C=W×Log2（1+S/N）
式中：C--信息的傳輸速率S--有用信號(hào)功率W--頻帶寬度N--噪聲功率
由式中可以看出：
為了提高信息的傳輸速率C，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬W或提高信噪比S/N。換句話說(shuō)，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率C一定時(shí)，信號(hào)帶寬W和信噪比S/N是可以互換的，即增加信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下也是可能的。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。

工作原理
在擴(kuò)頻發(fā)信機(jī)中，射頻載波通常經(jīng)過(guò)兩次調(diào)制過(guò)程：一次同常規(guī)調(diào)制一樣，被信息信號(hào)所調(diào)制；另一次由碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，相應(yīng)地在收信機(jī)中先用約定的碼序列做相關(guān)處理（解擴(kuò)），然后再進(jìn)行信息信號(hào)的解調(diào)。
在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜。展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。
在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。
由此可見(jiàn)，—般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。
與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。

系統(tǒng)分類
擴(kuò)頻系統(tǒng)包括以下幾種擴(kuò)頻方式：
（1）直接序列擴(kuò)頻
簡(jiǎn)稱DS（DirectSequence）：就是用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端直接去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在收端直接使用相同的擴(kuò)頻碼序列對(duì)擴(kuò)展的信號(hào)頻譜進(jìn)行解調(diào)，還原出原始的信息。直接序列擴(kuò)頻信號(hào)由于將信息信號(hào)擴(kuò)展成很寬的頻帶，它的功率頻譜密度比噪聲還要低，使它能隱蔽在噪聲之中，不容易被檢測(cè)出來(lái)。對(duì)于干擾信號(hào)，收信機(jī)的碼序列將對(duì)它進(jìn)行非相關(guān)處理，使干擾電平顯著下降而被抑制。這種方式運(yùn)用最為普遍，成為行業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
（2）跳頻擴(kuò)頻
簡(jiǎn)稱FH（FrequencyHopping）：所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說(shuō)，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。頻率跳變系統(tǒng)有稱為"多頻、碼選、頻移鍵控"系統(tǒng)，主要由碼產(chǎn)生器和頻率合成器兩部分組成。一般選取的頻率數(shù)為十幾個(gè)至幾百個(gè)，頻率跳變的速率為10～105跳/秒。信號(hào)在許多隨機(jī)選取的頻率上迅速跳頻，可以避開(kāi)跟蹤干擾或有干擾的頻率點(diǎn)。
（3）跳時(shí)擴(kuò)頻
簡(jiǎn)稱TH（TimeHopping）：與跳頻相似，跳時(shí)是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。首先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)主要通過(guò)擴(kuò)頻碼控制發(fā)射機(jī)的通斷，可以減少時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)之間的干擾。
（4）寬帶線性調(diào)頻
簡(jiǎn)稱Chirp（ChirpModulation）：如果發(fā)射的射頻脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。因?yàn)槠漕l率在較寬的領(lǐng)帶內(nèi)變化，信號(hào)的頻帶也被展寬了。這種擴(kuò)頻調(diào)制方式主要用在雷達(dá)中，但在通信中也有應(yīng)用。
（5）混合方式
上述幾種基本擴(kuò)頻系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)使用一種系統(tǒng)有時(shí)難以滿足要求，將以上集中擴(kuò)頻方法結(jié)合就構(gòu)成了混合擴(kuò)頻系統(tǒng)，常見(jiàn)的有FH/DS、TH/DS、FH/TH等。

特點(diǎn)
由于擴(kuò)頻通信能大大擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，以及在接收端用相關(guān)解調(diào)技術(shù)，使其具有許多窄帶通信難以替代的優(yōu)良性能，能在民用后，迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中，主要有以下幾項(xiàng)特點(diǎn)：
（1）易于重復(fù)使用頻率，提高了無(wú)線頻譜利用率
無(wú)線頻譜十分寶貴，雖然從長(zhǎng)波到微波都得到了開(kāi)發(fā)利用，仍然滿足不了社會(huì)的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來(lái)防止信道之間發(fā)生干擾。為此，世界各國(guó)都設(shè)立了頻率管理機(jī)構(gòu)，用戶只能使用申請(qǐng)獲準(zhǔn)的頻率。擴(kuò)頻通信發(fā)送功率極低，采用了相關(guān)接收技術(shù)，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與各種窄道通信共享同一頻率資源。所以，在美國(guó)及世界絕大多數(shù)國(guó)家，擴(kuò)頻通信無(wú)須申請(qǐng)頻率，任何個(gè)人與單位都可以無(wú)執(zhí)照使用。
（2）抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低
擴(kuò)頻通信在空間傳輸時(shí)所占用的帶寬相對(duì)較寬，而接收端又采用相關(guān)檢測(cè)的辦法來(lái)解擴(kuò)，使有用寬帶信息信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，而把非所需信號(hào)擴(kuò)展成寬帶信號(hào)，然后通過(guò)窄帶濾波技術(shù)提取有用的信號(hào)。這樣，對(duì)于各種干擾信號(hào)，因其在接收端的非相關(guān)性，解擴(kuò)后窄帶信號(hào)中只有很微弱的成分，信噪比很高，因此抗干擾性強(qiáng)。當(dāng)處理增益Gp35dB時(shí)，抗干擾容限Mj22dB，即在負(fù)信噪聲比（22dB）條件下，可以將信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)。在商用的通信系統(tǒng)中，擴(kuò)頻通信是能夠工作在負(fù)信噪比條件下的通信方式。
（3）隱蔽性好，對(duì)各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小
由于擴(kuò)頻信號(hào)在相對(duì)較寬的頻帶上被擴(kuò)展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號(hào)湮沒(méi)在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進(jìn)一步檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)如偽隨機(jī)編碼序列就更加困難，因此說(shuō)其隱蔽性好。再者，由于擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的功率譜密度，它對(duì)使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。國(guó)外軍事通信已經(jīng)裝備使用HF、VHF和UHF頻段的跳頻電臺(tái)，直接序列擴(kuò)頻電臺(tái)也開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用階段。
（4）可以實(shí)現(xiàn)碼分多址
擴(kuò)頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價(jià)。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大大提高頻帶的利用率。由于在擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，提取出有用信號(hào)。這樣一來(lái)，在一寬頻帶上許多對(duì)用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。
（5）抗多徑干擾
在無(wú)線通信的各個(gè)頻段，長(zhǎng)期以來(lái)，多徑干擾始終是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。在以往的窄帶通信中，采用以下兩種方法來(lái)提高抗多徑干擾的能力：一是把最強(qiáng)的有用信號(hào)分離出來(lái)，排除其他路徑的干擾信號(hào)，即采用分集接收技術(shù)；二是設(shè)法把不同路徑來(lái)的不同延遲、不同相位的信號(hào)在接收端從時(shí)域上對(duì)齊相加，合并成較強(qiáng)的有用信號(hào)，即采用梳狀濾波器的方法。
這兩種技術(shù)在擴(kuò)頻通信中都易于實(shí)現(xiàn)。利用擴(kuò)頻碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加合成，這相當(dāng)于梳狀濾波器的作用。另外，在采用頻率跳變擴(kuò)頻調(diào)制方式的擴(kuò)頻系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一個(gè)信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用。
（6）能精確地定時(shí)和測(cè)距
電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速，人們自然會(huì)想到如果能夠精確測(cè)量電磁波在兩個(gè)物體之間的傳播時(shí)間，也就等于測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的距離。在擴(kuò)頻通信中如果擴(kuò)展頻譜很寬，則意味著所采用的擴(kuò)頻碼速率很高，每個(gè)碼片占用的時(shí)間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴(kuò)頻信號(hào)在被測(cè)量物體反射回來(lái)后，在接收端解調(diào)出擴(kuò)頻碼序列，然后比較收發(fā)兩個(gè)碼序列相位之差，就可以精確測(cè)出擴(kuò)頻信號(hào)往返的時(shí)間差，從而算出兩者之間的距離。測(cè)量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴(kuò)展頻譜的寬度。碼片越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬，精度越高。
（7）適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開(kāi)展多種通信業(yè)務(wù)
擴(kuò)頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)，適用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，適合于數(shù)據(jù)和圖像傳輸。
（8）安裝簡(jiǎn)便，易于維護(hù)
擴(kuò)頻通信設(shè)備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術(shù)，因此，十分可靠、小巧，大量運(yùn)用后成本低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。

應(yīng)用范圍
擴(kuò)頻通信技術(shù)的發(fā)展是從測(cè)距開(kāi)始的，20世紀(jì)80年代以來(lái)廣泛應(yīng)用于軍事中，近年來(lái)在現(xiàn)代科技的許多領(lǐng)域中，得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
（1）軍事通信中的應(yīng)用
在軍事通信中，擴(kuò)頻通信是通信反對(duì)抗最重要的技術(shù)手段，它廣泛應(yīng)用于各種通信、信息系統(tǒng)，武器系統(tǒng)和C3I（通信、控制、指揮及情報(bào)）系統(tǒng)。在地面、海、空戰(zhàn)術(shù)通信中，通常采用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高通信電臺(tái)的抗干擾能力，提高抗干擾性能和數(shù)字化將是戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)發(fā)展的主流。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，以美國(guó)為首的聯(lián)軍使用了采用擴(kuò)頻技術(shù)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）、定位報(bào)告系統(tǒng)（PLRS）以及大量的單信道地面與機(jī)載系統(tǒng)（SINCGARS）等系統(tǒng)。實(shí)踐應(yīng)用充分證明了擴(kuò)頻技術(shù)在軍事通信系統(tǒng)中的重要性。
（2）移動(dòng)通信中的應(yīng)用
在民用通信中，新一代數(shù)字蜂房移動(dòng)通信系統(tǒng)已廣泛采用擴(kuò)頻技術(shù)，其目的是提高頻譜利用率及減少共信道干擾的影響。利用擴(kuò)頻技術(shù)的碼分多址系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)都分配一個(gè)特有的、隨機(jī)的碼序列，且彼此都不相關(guān)，以此來(lái)區(qū)分各個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)，因此，在一個(gè)信道中能容納更多的用戶，其頻譜利用率是頻分多址通信系統(tǒng)的20倍左右，每一小區(qū)容納的用戶數(shù)可達(dá)2500個(gè)。此外，在移動(dòng)通信中多徑效應(yīng)產(chǎn)生的衰落較為嚴(yán)重，而采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)可以有效地克服多徑效應(yīng)對(duì)移動(dòng)通信的影響。
（3）衛(wèi)星通信中的應(yīng)用
在軍事衛(wèi)星通信中直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。由于擴(kuò)頻碼分多址系統(tǒng)組網(wǎng)靈活，以及當(dāng)網(wǎng)內(nèi)同時(shí)工作的用戶數(shù)增多并超過(guò)設(shè)計(jì)的載荷時(shí)，具有承受過(guò)載的能力，所以在民用衛(wèi)星通信中也得到了應(yīng)用。民用衛(wèi)星通信采用擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)和偽隨機(jī)序列直接擴(kuò)展頻譜的方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行能量擴(kuò)散，以減少衛(wèi)星系統(tǒng)的干擾。
（4）測(cè)距定位中的應(yīng)用
GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）是多星共用兩個(gè)載波頻率發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)的系統(tǒng)，需要采用擴(kuò)頻碼分多址方式來(lái)區(qū)分各個(gè)衛(wèi)星的地址。每顆衛(wèi)星分配有一個(gè)偽隨機(jī)序列碼型，偽隨機(jī)序列的碼片寬度越窄，測(cè)距精度就越高。同時(shí)，采用直接序列擴(kuò)頻使得測(cè)距抗干擾能力大為增強(qiáng)。又由于它采用無(wú)源定位方式，即在定位過(guò)程中不需要用戶終端發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，所以該系統(tǒng)可容納的用戶數(shù)目沒(méi)有限制，這正像一個(gè)廣播電臺(tái)對(duì)收聽(tīng)節(jié)目的用戶收音機(jī)數(shù)目沒(méi)有限制一樣。中國(guó)軍事和民用部門已廣泛使用GPS接收設(shè)備，利用GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位工作。

發(fā)展趨勢(shì)
21世紀(jì)將是擴(kuò)頻通信的時(shí)代，無(wú)論在軍用或民用方面，擴(kuò)頻通信都將大有用武之地，技術(shù)將進(jìn)一步成熟，應(yīng)用將更為廣泛。在未來(lái)的軍事通信中，擴(kuò)頻通信將在電子對(duì)抗（ECM）與反對(duì)抗（ECCM）中扮演重要角色。在民用通信的應(yīng)用與發(fā)展領(lǐng)域，主要有數(shù)字蜂房移動(dòng)通信、個(gè)人通信網(wǎng)（PCN）、煙火匪情等報(bào)警及公安隱蔽通信、體育競(jìng)賽與證券交易通信、數(shù)字立體聲廣播與業(yè)余無(wú)線電通信等。VLSI芯片及低功率發(fā)射技術(shù)，可以使擴(kuò)頻設(shè)備做到體積小、重量輕、價(jià)格低，它將成為未來(lái)城市無(wú)線通信的基本手段，如：個(gè)人通信PCN、無(wú)線商務(wù)通信PBX以及無(wú)線ISDN等。
擴(kuò)頻通信受到的限制主要來(lái)自技術(shù)方面。對(duì)直接序列擴(kuò)頻的限制在于用很高的PN碼率進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，采用CMOS使最大的時(shí)片率可達(dá)70Mchips/s，而采用砷化鎵FET器件，則可高達(dá)2Gchips/s。對(duì)跳頻（FH）的限制在于頻率合成器的高速轉(zhuǎn)換而又無(wú)雜波產(chǎn)生，數(shù)字控制振蕩器可以產(chǎn)生這樣的信號(hào)，在20MHz帶寬內(nèi)跳頻速率高達(dá)1M跳/秒。此外，重疊在同一頻帶上的用戶數(shù)對(duì)擴(kuò)頻通信也是一個(gè)限制，重疊越多，信噪比越低，差錯(cuò)概率增加，這就需要通過(guò)分配頻帶或制定法規(guī)來(lái)提高頻帶的利用率。毋庸置疑，擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)將在克服這些限制的過(guò)程中不斷成熟、向前發(fā)展，為人類社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。