Widmo rozproszenia sekwencji bezpośredniej - Direct-sequence spread spectrum

W telekomunikacji , widmo rozproszone o sekwencji bezpośredniej ( DSSS ) jest techniką modulacji widma rozproszonego , wykorzystywaną głównie w celu zmniejszenia ogólnych zakłóceń sygnału . Modulacja sekwencji bezpośredniej sprawia, że transmitowany sygnał ma szersze pasmo niż pasmo informacji. Po rozproszeniu lub usunięciu modulacji sekwencji bezpośredniej w odbiorniku, szerokość pasma informacji zostaje przywrócona, podczas gdy niezamierzone i celowe zakłócenia są znacznie zmniejszone.

Pierwszy znany schemat tej techniki wprowadził szwajcarski wynalazca Gustav Guanella . W przypadku DSSS bity wiadomości są modulowane przez pseudolosową sekwencję bitów znaną jako sekwencja rozpraszająca. Każdy bit sekwencji rozpraszającej, znany jako chip, ma znacznie krótszy czas trwania (większe pasmo) niż bity oryginalnej wiadomości. Modulacja bitów wiadomości szyfruje i rozprzestrzenia fragmenty danych, a tym samym skutkuje rozmiarem szerokości pasma prawie identycznym z sekwencją rozpraszania. Im krótszy czas trwania chipa, tym większa przepustowość wynikowego sygnału DSSS; większa szerokość pasma zmultipleksowana do sygnału wiadomości skutkuje lepszą odpornością na zakłócenia.

Niektóre praktyczne i efektywne zastosowania DSSS obejmują metodę wielodostępu z podziałem kodu (CDMA), specyfikację IEEE 802.11b używaną w sieciach Wi-Fi oraz Global Positioning System .

funkcje

DSSS przesuwa w fazie pseudolosowo falę sinusoidalną z ciągłym ciągiem chipów, z których każdy ma znacznie krótszy czas trwania niż bit informacji . Oznacza to, że każdy bit informacji jest modulowany przez sekwencję znacznie szybszych chipów. Dlatego częstotliwość chipów jest znacznie wyższa niż przepływność informacji .
DSSS wykorzystuje strukturę sygnału , w której sekwencja rozpraszania wytwarzana przez nadajnik jest już znana przez odbiornik. Odbiornik może następnie wykorzystać tę samą sekwencję rozpraszania, aby przeciwdziałać jej wpływowi na odbierany sygnał w celu zrekonstruowania sygnału informacyjnego.

Metoda transmisji

Transmisje z rozproszeniem widma z sekwencją bezpośrednią zwielokrotniają dane przesyłane przez pseudolosową sekwencję rozpraszającą, która ma znacznie większą szybkość transmisji niż oryginalna szybkość transmisji danych. Wynikowy przesyłany sygnał przypomina biały szum o ograniczonym paśmie , podobnie jak nagranie dźwiękowe „statyczne”. Jednak ten podobny do szumu sygnał jest używany do dokładnej rekonstrukcji oryginalnych danych na końcu odbiorczym, poprzez pomnożenie ich przez tę samą sekwencję rozpraszającą (ponieważ 1 × 1 = 1 i -1 × -1 = 1). Proces ten, znany jako desspreading, jest matematycznie korelacją przesyłanej sekwencji rozpraszania z sekwencją rozpraszania, o której odbiornik wie, że używa nadajnik. Po rozproszeniu, stosunek sygnału do szumu jest w przybliżeniu zwiększany o współczynnik rozproszenia, który jest stosunkiem szybkości sekwencji rozpraszania do szybkości transmisji danych.

Podczas gdy przesyłany sygnał DSSS zajmuje znacznie szersze pasmo niż wymagałaby prosta modulacja oryginalnego sygnału, jego widmo częstotliwości może być nieco ograniczone ze względu na oszczędność widma przez konwencjonalny analogowy filtr pasmowoprzepustowy, aby uzyskać obwiednię z grubsza w kształcie dzwonu wyśrodkowaną na częstotliwości nośnej . W przeciwieństwie do tego, widmo rozproszone z przeskokiem częstotliwości pseudolosowo dostraja nośną i wymaga jednorodnej odpowiedzi częstotliwościowej, ponieważ dowolne kształtowanie szerokości pasma powodowałoby modulację amplitudy sygnału przez kod przeskokowy.

Jeśli niepożądany nadajnik nadaje na tym samym kanale, ale z inną sekwencją rozpraszania (lub w ogóle bez sekwencji), proces rozpraszania zmniejsza moc tego sygnału. Efekt ten jest podstawą właściwości wielodostępu z podziałem kodu (CDMA) DSSS, która umożliwia wielu nadajnikom współdzielenie tego samego kanału w granicach właściwości korelacji krzyżowej ich sekwencji rozprzestrzeniania.

Korzyści

Odporność na niezamierzone lub zamierzone zacięcie
Udostępnianie jednego kanału wielu użytkownikom
Zmniejszony poziom sygnału/szumów tła utrudnia przechwytywanie
Określenie względnego czasu między nadajnikiem a odbiornikiem

Zastosowania

Amerykańskie systemy nawigacji satelitarnej GPS , europejski Galileo i rosyjski GLONASS ; wcześniej GLONASS używał DSSS z pojedynczą sekwencją rozprzestrzeniania w połączeniu z FDMA , podczas gdy później GLONASS używał DSSS do osiągnięcia CDMA z wieloma sekwencjami rozprzestrzeniania.
DS-CDMA (Direct-Sequence Code Division Multiple Access) to schemat wielokrotnego dostępu oparty na DSSS, poprzez rozproszenie sygnałów od/do różnych użytkowników o różnych kodach. Jest to najczęściej używany rodzaj CDMA .
Telefony bezprzewodowe działające w paśmie 900 MHz, 2,4 GHz i 5,8 GHz pasma
IEEE 802.11b 2,4 GHz Wi-Fi i jego poprzednik 802.11-1999 . (Ich następca 802.11g wykorzystuje zarówno OFDM, jak i DSSS)
Automatyczny odczyt licznika
IEEE 802.15.4 (używany np. jako warstwa PHY i MAC dla ZigBee lub jako warstwa fizyczna dla WirelessHART )
Model sterowany radiowo Pojazdy samochodowe, lotnicze i morskie

Zobacz też

Bibliografia

Początki komunikacji w widmie rozproszonym
Ten artykuł zawiera materiał z domeny publicznej z dokumentu General Services Administration : „Federal Standard 1037C” .
NTIA Podręcznik przepisów i procedur dotyczących federalnego zarządzania częstotliwościami radiowymi

Linki zewnętrzne

Historia widma rozprzestrzeniania się cywilnego

Languages

In other projects