[03.05.11] Лекция №11 (Конспект - Основы телекоммуникаций)

Лекция №11 [03.05.11]

Методы расширения спектра

Расширение спектра (распределение радиосигнала по всему доступному диапазону) – для защиты от перехвата сигнала:

1) FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – метод скачкообразной перестройки частоты. Метод заключается в периодическом скачкообразном изменении несущей частоты по некоторому алгоритму, известному приемнику и передатчику. Преимущество метода — простота реализации. Метод используется в Bluetooth. Хоть занимается и весь частотный диапазон, но в каждый момент времени используется только одна частота.

Если частота смены подканалов ниже, чем скорость передачи данных в канале, то такой режим называют медленным расширением спектра, если наоборот – быстрым расширением.

Метод с быстрым расширением более устойчивый к помехам. А с медленным более прост в реализации.

2) DSSS - повышение тактовой частоты модуляции, при этом каждому символу передаваемого сообщения ставится в соответствие некоторая достаточно длинная псевдослучайная последовательность (ПСП). Метод используется в таких системах как CDMA и системах стандарта IEEE 802.11.

Также используется весь частотный диапазон, выделенный для одной беспроводной линии связи. В отличие от метода FHSS, весь частотный диапазон занимается не за счет постоянных переключений с частоты на частоту, а за счет того, что каждый бит информации заменяется N-битами, так что тактовая скорость передачи сигналов увеличивается в N раз. А это, в свою очередь, означает, что спектр сигнала также расширяется в N раз. Достаточно соответствующим образом выбрать скорость передачи данных и значение N, чтобы спектр сигнала заполнил весь диапазон.

Устойчивость к помехам и защищённость от перехвата. Узкополосная помеха будет искажать только определенные частоты спектра сигнала, так что приемник с большой степенью вероятности сможет правильно распознать передаваемую информацию.

Код, которым заменяется двоичная единица исходной информации, называется расширяющей последовательностью, а каждый бит такой последовательности - чипом.

Количество битов в расширяющей последовательности определяет коэффициент расширения исходного кода. Как и в случае FHSS, для кодирования битов результирующего кода (передачи расширяющей последовательности) может использоваться любой вид модуляции, например BFSK.

Скорость передачи результирующего кода называют чиповой скоростью. Двоичный нуль кодируется инверсным значением расширяющей последовательности. Приемники должны знать расширяющую последовательность, которую использует передатчик, чтобы понять передаваемую информацию.

Чем больше коэффициент расширения, тем шире спектр результирующего сигнала и выше степень подавления помех. Но при этом растет занимаемый каналом диапазон спектра. Обычно коэффициент расширения имеет значение от 10 до 100.

Метод DSSS в меньшей степени защищен от помех, чем метод быстрого расширения спектра, так как мощная узкополосная помеха влияет на часть спектра, а значит, и на результат распознавания единиц или нулей.

Очень часто в качестве значения расширяющей последовательности берут последовательность Баркера (Barker), которая состоит из 11 бит: 10110111000 (для нуля - инвертированная). Если передатчик использует эту последовательность, то передача трех битов 110 ведет к передаче следующих битов: 10110111000 10110111000 01001000111

Последовательность Баркера позволяет приёмнику быстро синхронизироваться с передатчиком, то есть, надёжно выявлять начало последовательности. Если сравнивать последовательность Баркера с такой же, но со сдвинутой на один бит (влево или вправо), мы получаем меньше половины совпадений битов:

1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0

1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0

1 1 1