Rozprestreté spektrum

Rozpočet tohoto webu pro rok 2017 : 85.000,- Kč / Příjmy doposud : 84.733,- Kč Chci přispět
Sraz 14.10.2017 Nelahozeves | US Air Force - pracovní log - přehled věcí k udělání (pomoc vítána)
Vývoj a novinky na tomto fóru + hlášení chyb | US Army - pracovní log - přehled věcí k udělání (pomoc vítána)

Rozprestreté spektrum

    Avatar
    Rozprestreté spektrum (Spread Spectrum)
    Teoreticky boli zvládnuté základy rozloženého spektra už v roku 1940 C. E. Shannonom. Najdôležitejším výsledkom tejto práce sú základné vzťahy medzi kapacitou prenosového kanála, výkonom signálu, výkonom šumu a šírkou pásma. Tento vzťah hovorí, že pre rovnakú prenosovú kapacitu sú v podstate dve možnosti prenosu – buď silný signál a malá šírka pásma, alebo veľká šírka pásma a potom postačuje aj slabý signál. Zväčšenie šírky pásma však zo sebou prináša aj nárast tepelného šumu, čo pomer S/N zhoršuje. Napriek tomu, je využitie slabého signálu napriek veľkej šírke zabratého pásma lákavé. Z predchádzajúcich vzorcov dochádzame k záveru, že napríklad, ak budeme prenášať dáta rýchlosťou 4 kb. s -1 a pomer S/N bude 40 dB (šum bude 100x silnejší), potrebujeme šírku pásma W = 4000.100 = 400 000 Hz = 400 kHz. Takéto možnosti sú veľmi lákavé, najmä ak si uvedomíme, že rušivým signálom nemusí byť iba šum, ale napríklad aj iné vysielanie. Užitočný signál vlastne ukrývame.


    Prví užívatelia tohto systému boli vojaci, ktorí sa vždy snažili, aby protivník ich komunikačné spoje ani nezistil a tým pádom nemohol lokalizovať komunikačné body a ani účinne rušiť spoje. Skutočné používanie rozprestretého spektra umožnil až rozvoj číslicovej techniky. Postupne sa technika rozprestretého spektra dostala aj do civilných sfér. Využíva sa napríklad v bezlicenčných mikrovlnných spojoch na spoločných frekvenciách. Ďalším využitím je GPS (Global Positioning System) kde je signál na povrchu zeme v úrovni asi -135 dBm a šumový výkon prijímačov so šírkou pásma 9 MHz, je približne -104,5 dBm, teda asi 30,5 dBm nad prijímaným signálom.


    Technika rozprestretého spektra používa v súčasnosti dva základné druhy modulácie: s rozšíreným spektrom, Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) a s frekvenčným skákaním, Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS).


    Pri DSSS sa na vytvorenie širokého spektra využíva rozmietanie úzkopásmovej modulácie pseudonáhodnou bitovou sekvenciou. Takýto signál sa podobá šumu. Výhoda tohto systému je v tom, že silný rušivý signál sa pri demodulácii rozprestrie okolo užitočného signálu. Tým dosiahneme, že predtým slabý užitočný signál s rušením v úzkom spektre sa stane silným úzkym a silný úzky rušivý signál sa stane širším a slabším. Vychádza sa z teórie „plochy signálu“ ktorá zostáva konštantná. Zjednodušený vzťah ju definuje ako sila signálu x šírka pásma = konštante.


    Do prijímača aj vysielača sa naprogramujú zhodné sekvencie. Demodulácia je možná iba ak pseudonáhodná sekvencia je zhodná, ale aj časovo synchronizovaná. Práve táto požiadavka spôsobovala najväčšie problémy pri zavádzaní techniky rozprestretého spektra. Až integrované obvody umožnili spľahlivé a ekonomické riešenie tohoto problému. Sfázovávanie pseudonáhodných sekvencií sa uskutočňuje pomocou autokorelácie. Preto je taktovacia frekvencia v prijímači nižššia ako vo vysielači. Pomocou synchronizačných obvodov sa prijímačová sekvencie zasynchronizuje a prebieha demodulácia. Pritom poznáme synchronizáciu počiatočnú a priebežnú. Ak sa používa dlhá pseudonáhodná sekvencia, tak na začiatku sa používajú kratšie synchronizačné sekvencie, ktoré umožnia rýchlejšiu synchronizáciu. Počas príjmu sa synchronizácia zabezpečuje tzv. trackingom. Na výstupe demodulátora dostávame štandardný úzkopásmový signál, ktorý ďalej spracovávame bežnými spôsobmi.


    Ďalší spôsob je Frequency Hopping Spread Spectrum FHSS, pri tomto sa v krátkych časových úsekoch, napr. 50 ms, mení frekvencia nosnej úzkopásmového signálu, opäť pomocou pseudonáhodnej bitovej sekvencie. V prijímači sa opäť sfázujú pseudonáhodné sekvencie a potom prebieha vlastná komunikácia skákaním nosnej.


    Ďalšie používané sú: časové skákanie Time Hopping, kde je kódom určovaný okamžik vysielania signálu a Chirpmodulation pri ktorej sa počas jedného pulzu preladí určitý frekvenčný úsek (používa sa pri radaroch).


    Vplyv rušenia na širokopásmové signály. Keďže signál pri DSSS je rozložený do širokého spektra, úzkopásmový signál nemôže prenos výrazne ovplyvniť. Aj pri určitej strate prenášaného pásma je signál demodulovateľný. Úmyselné rušenie je vďaka skrytiu signálu v šume dosť obtiažne. Problém býva ak je v blízkosti prijímača cudzí vysielač s takým silným signálom, že prijímač nie je schopný správne vyhodnotiť užitočný signál. Tento problém sa v americkej literatúre označuje ako „near-Far Problem“. Pri FHSS sa síce jedná o úzkopásmový signál, ale vďaka tomu, že je na určitej, rušenej, frekvencii iba krátky okamžik, opäť pri výpadku tohoto úseku je informácia po zistení zopakovaná na inej frekvencii. Moderné systémy sú schopné chovať sa adaptívne a pri dlhšom rušení určitej frekvencie túto automaticky preskakujú.


    Najmenej priaznivá situácia nastáva ak je v určitom pásme viac širokopásmových signálov. Aby nedochádzalo k rušeniu, musia používať rôzne kódovacie sekvencie. Ak ich dokáže korelátor jednoznačne odlíšiť, môže v jednom pásme existovať aj viac širokopásmových signálov bez vzájomného rušenia.


    Zdroj: Bezdrôtová komunikácia (som autorom)

    DSSS

    FHSS
    URL : http://forum.valka.cz/topic/view/85827#317402Verze : 0
    MOD