A Spread-Spectrum RF kommunikáció megértése

Tudjon meg többet egy érdekes technikáról, amely a vezeték nélküli kommunikációt robusztusabbá és megbízhatóbbá teszi.

A könyv során RF jeleket jelenítettünk meg mind az időtartományban lévő hullámalakként, mind a frekvenciatartomány különálló alakjaiként. Ezek az alakzatok gyakran meglehetősen magasak és keskenyek, jelezve, hogy nagy mennyiségű továbbított energia koncentrálódik egy viszonylag kis frekvenciatartományba:

Kiderül, hogy egy nagyon eltérő spektrumot is előállíthatunk, nevezetesen egy szélesebb és rövidebb spektrumot. Más szavakkal, megváltoztathatjuk az RF áramkört úgy, hogy olyan jelet generáljon, amelynek továbbított teljesítménye szélesebb frekvenciatartományban oszlik meg. Ezeket a jeleket „szétszórt spektrumnak” nevezik:

Fontos megérteni, hogy a teljes átvitt teljesítmény nem csökken. A csúcsteljesítmény változik, mivel az átadott teljesítmény szélesebb frekvenciasávban oszlik meg.

Hogyan lehet spektrumot elosztani
A szokásos RF jel eloszlatott spektrumú jévé változtatása a csúcsteljesítmény cseréje a sávszélességre. A csúcsteljesítmény csökkentésére azonban nem kell semmiféle konkrét lépést tennünk: Ha az áramkörben minden más változatlan marad, a teljes átvitt teljesítmény szintén változatlan marad. Csak annyit kell tennünk, hogy megnöveljük a jel sávszélességét, és a természetes eredmény az elérhető RF energia eloszlása ​​egy szélesebb, rövidebb spektrumba, mint például a fent bemutatott.

A korábbi oldalakból tudjuk, hogy egy RF hullámforma sávszélessége megfelel az alapsávú jel legmagasabb frekvenciáinak. Az amplitúdómodulációs oldalon láthattuk, hogy az alapsáv spektrumának pozitív és negatív frekvenciái hogyan mozognak felfelé, hogy egy szimmetrikus spektrumot képezzenek, amelynek középpontjában a vivőfrekvencia áll. 

Így ha magasabb frekvenciákat használunk az alapsávú jelben, akkor a modulált jel sávszélessége növekszik. A spektrumot akkor szétszórhatjuk, ha magasabb frekvenciákat építünk be az alapsávú jelbe. De hogyan tudjuk ezt elérni az alapsávú információk megváltoztatása nélkül?

A megoldás szétszórt szekvencia, úgynevezett ál-zaj (PN) vagy ál-véletlen zaj (PRN) kód. Ez egy digitális sorozat, amelynek célja, hogy hasonlítson egy véletlenszerű egymást követő sorrendre és nullára. 

Az alapsávú jelet megszorozzuk a szórási sorrenddel, azzal a különbséggel, hogy a logikai nullát negatívként kezeljük, oly módon, hogy a hullámforma változatlan marad a logikai magas periódusok alatt, és fordítottan ingadozzon a logikai alacsony periódusokban. A következő ábra szemlélteti ezt a folyamatot:

 

Mint láthatja, a PN-kód frekvenciája („chip rate” -nek nevezzük, mivel minden impulzust „chipnek” hívunk) magasabb, mint az alapsávú jel frekvenciája. 

Intuitív módon felismerhetjük, hogy az alapsávú jel ilyen módon történő feldarabolása magasabb frekvenciájú energiát eredményez, és valójában a spektrum eloszlási tényezője megegyezik a chip sebességének az alapsávú adatsebesség arányával.

A spektrum eloszlatása

Most megnöveljük az alapsávú jel sávszélességét, és ennek következtében az átadott jel sávszélességét, de úgy tűnik, hogy az információ súlyosan megváltozott. Hogyan állíthatjuk elő az adatokat, amelyeket eredetileg az alapsávú hullámforma kódolt? 

Valójában ez elég egyszerű (legalábbis elméletben): csak annyit kell tennünk, hogy a vett hullámformát megsokszorozjuk ugyanazzal a PN-kóddal. Azok a szekciók, amelyekben az adó megszorozzuk, ismét meg lesznek szorozva (azaz változatlanok maradnak), és a megfordított szakaszok ismét meg lesznek fordítva (azaz visszaállnak eredeti állapotukba).

Miért terjesszen spektrumot?
Az eddig leírt eljárás szükségtelen bonyolultnak tűnhet, de bizonyos helyzetekben megéri az erőfeszítést. Az alapvetõ elõnyt helyesen lehet „szelektivitásnak” nevezni: a spektrumú kommunikáció nagyobb lehetõséget biztosít a vevõnek a kívánt jel kiválasztására a különbözõ egyéb jelek közül, amelyek az adott frekvenciasávban lehetnek.

Ez a szelektivitás a vett jelek PN-kóddal való szorzásának érdekes hatásából származik: Ez a vevőszorzó csak a kívánt jelet, vagy pontosabban csak azt a jelet terjeszti, amelyet eredetileg ugyanazzal a PN-kóddal szoroztunk. 

Ha a nem kívánt jelnek keskeny sávú (azaz nem elterjedt) spektruma van, a PN-kód eloszlatja azt. Ha a nem kívánt jel szétszórt spektruma eltérő PN-kóddal lett létrehozva, akkor a fordított és nem invertált szakaszok nem igazodnak a részekhez és a nullákhoz, tehát nem állítják vissza az eredeti állapotát.

Először mérlegeljük, hogy a spektrum eloszlása ​​miként teszi egy rendszert ellen az akadályok és az interferencia szempontjából. Ha egy erős zavaró jelet egy nem szétszórt spektrum középfrekvenciájához közeli frekvencián továbbítanak, akkor a vevőnek nehéz lesz elválasztania az interferenciát a kívánt jeltől. Ha azonban a spektrum átvitel előtt el van terjedve, akkor a szétszóródási művelet eloszlatja a zavaró spektrumot, és helyreállítja a kívánt spektrumot, csökkent interferenciaszinthez vezetve:




Ugyanez a koncepció vonatkozik a vezeték nélküli rendszerekre, amelyekben több eszköznek meg kell osztania a rendelkezésre álló frekvencia korlátozott tartományát. Az ilyen rendszerek különféle módszereket alkalmazhatnak az interferenciával kapcsolatos problémák minimalizálására, és ezek között az egyik a szétszórt spektrumú kommunikáció. A különböző eszközök megoszthatják ugyanazt a sávot, és spektrumuk átfedésben lehet; a vevő kiválasztja a kívánt jelet a PN-kód segítségével, amely csak a kívánt jelet terjeszti.

Frekvenciaugrás

Az elterjedt spektrum technika, amelyet eddig tárgyaltunk, direkt szekvencia eloszlású spektrumnak (DSSS) nevezik. Alternatív megközelítés a továbbított jelek szűk sávú jellegének fenntartása, de a vivőfrekvencia időszakos megváltoztatása. 

Ezt frekvenciaugrásnak hívják, és a csúcsteljesítmény hasonló csökkenését érinti el, ha az átvitel átlagolása az idő függvényében történik. A DSSS-hez hasonlóan javítja az interferencia-ellenállást, mivel egy zavaró jel már nem rontja a kívánt jelet, miután a kommunikáló eszközök új vivőfrekvenciára váltottak.

Összegzésként

* Széles spektrumú jel létrehozható úgy, hogy a meglévő alapsávú jelet megszorozzuk egy szórási szekvenciával, más néven PN-kóddal.

* Az eredeti jelet úgy állítják elő, hogy a szórási spektrum jelet megszorozzuk ugyanazzal a PN-kóddal.

* A szétszórt spektrumú jel alacsonyabb csúcsteljesítménnyel, egyenlő teljes teljesítménygel és szélesebb sávszélességgel rendelkezik. Más szavakkal, a rendelkezésre álló átviteli teljesítmény szélesebb frekvenciatartományban van elosztva.

* Az elosztott spektrumú technikák robusztusabbá teszik a rendszert az elakadás és az interferencia ellen.

* Hasonló eredmény érhető el a jel vivőfrekvenciájának időszakos megváltoztatásával; ezt a megközelítést frekvenciaugrásnak hívják.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista