擴頻

擴頻（Spread Spectrum，SS）是將傳輸信號的頻譜（spectrum）打散到較其原始帶寬更寬的一種通信技術，常用於無線通信領域。比較嚴格的定義則分成兩個部分：

代表性的擴頻方式有兩種：

所謂擴展頻譜通信，可簡單表述如下：“擴頻通信技術是一種信息傳輸方式，其信號所佔有的頻帶寬度遠大於所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調製的方法來實現的，與所傳信息數據無關；在接收端則用同樣的碼進行相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據”。

一、信號的頻譜被展寬了。 我們知道，傳輸任何信息都需要一定的帶寬，稱為信息帶寬。例如人類的語音的信息帶寬為300Hz --- 3400Hz，電視圖像信息帶寬為數MHz。為了充分利用頻率資源，通常都是儘量採用大體相當的帶寬的信號來傳輸信息。在無線電通信中射頻信號的帶寬與所傳信息的帶寬是相比擬的。如用調幅信號來傳送語音信息，其帶寬為語音信息帶寬的兩倍；電視廣播射頻信號帶寬也只是其視頻信號帶寬的一倍多。這些都屬於窄帶通信。一般的調頻信號，或脈衝編碼調製信號，它們的帶寬與信息帶寬之比也只有幾到十幾。擴展頻譜通信信號帶寬與信息帶寬之比則高達100 --- 1000，屬於寬帶通信。 為什麼要用這樣寬的頻帶的信號來傳輸信息呢? 這樣豈不太浪費寶貴的頻率資源了嗎?

二、採用擴頻碼序列調製的方式來展寬信號頻譜。 我們知道，在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈衝信號，其頻譜則很寬。信號的頻帶寬度與其持續時間近似成反比。1微秒的脈衝的帶寬約為1MHz。因此，如果用限窄的脈衝序列被所傳信息調製，則可產生很寬頻帶的信號。如下面介紹的直接序列擴頻系統就是採用這種方法獲得擴頻信號。這種很窄的脈衝碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列。這裏需要説明的一點是所採用的擴頻碼序列與所傳信息數據是無關的，也就是説它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸的透明性。擴頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用。

三、在接收端用相關解調來解擴 正如在一般的窄帶通信中，已調信號在接收端都要進行解調來恢復所傳的信息。在擴頻通信中接收端則用與發送端相同的擴頻碼序列與收到的擴頻信號進行相關解調，恢復所傳的信息。換句話説，這種相關解調起到解擴的作用。即把擴展以後的信號又恢復成原來所傳的信息。這種在發端把窄帶信息擴展成寬帶信號，而在收端又將其解擴成窄帶信息的處理過程，會帶來一系列好處。弄清楚擴頻和解擴處理過程的機制，是理解擴頻通信本質的關鍵所在。 ^[2] 

直接序列擴頻（英語：direct-sequence spread spectrum，DSSS），簡稱直擴（DS），是一種調製技術。就是在發送端，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。其名稱中的“擴頻”來自這樣一個事實，即載波信號發生設備的發射頻率充滿了整個帶寬（頻譜）。在一些IEEE 802.11標準中，使用了DSSS技術來調製信號。 ^[3] 

跳頻擴頻（Frequency-hopping spread spectrum,FHSS）是擴頻技術的一種；經由載波快速在不同頻率中切換，並在接收與發射端使用一種偽隨機的過程。

在二次世界大戰時，公眾形象為花瓶的好萊塢豔星海蒂·拉瑪（Hedy Lamarr）提供了不停更換無線電頻率以躲避干擾及偵察的概念，但是問題在於如何同步化（現代則可以使用計算機來同步）；而前衞音樂家喬治·安塞爾（George Antheil）則提供了使用自動演奏鋼琴的原理來達到發送端與收訊端同步的方法，兩人共同發明了該技術，並於1942年8月11日獲得專利（美國專利 2,292,387）。但由於是花瓶演員及音樂家發明的技術，加上自動演奏鋼琴的大體積，此項發想在當時難以説服軍方使用。直到晶體管發明以後，此技術才開始應用在軍事上，一直到現代，海蒂·拉瑪的天才才真正獲得廣泛的認同。

擴頻原本應用在軍事和情報系統，主要的概念是將數據信號擴展成較寬的頻譜，使得信號不易被幹擾和截取。後來技術開放，便應用到CDMA（2G手機通信）、無線局域網（WLAN，也就是IEEE802.11系列）等領域。 ^[1]