1.1. Краткая характеристика расширения спектра сигналов методом ППРЧ
1.1.1. Основные принципы и методы расширения спектра сигналов
В случае, когда перед исследователями и разработчиками систем радиосвязи (СРС) встает проблема обеспечения надежной связи в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволн, а также осуществления многостанционного доступа при работе в пакетных сетях радиосвязи, наилучшие результаты могут быть получены при использовании в СРС сигналов с расширением спектра . Основные принципы известных методов расширения спектра сигналов, адекватно отражающие их физическую сущность, приведены в : ...расширение спектра сигнала есть способ передачи, при котором сигнал занимает полосу частот более широкую по сравнению с полосой, минимально необходимой для передачи информации; расширение полосы частот сигнала обеспечивается специальным кодом, который не зависит от передаваемой информации; для последующего сжатия полосы частот сигнала и восстановления данных в приемном устройстве также используется специальный код, аналогичный коду в передатчике СРС и синхронизированный с ним... Таким образом, способ передачи информации с расширением спектра заключается: на передающей стороне – в одновременной и независимой модуляции параметров сигнала специальным кодом (расширяющей спектр функцией) и передаваемым сообщением; на приемной стороне – в синхронной демодуляции сигнала в соответствии с расширяющей спектр функцией и восстановлении переданного сообщения .
Несмотря на то, что принципы расширения спектра сигналов в общем виде были известны уже в 20-30-х годах XX века, теоретической базой для разработки СРС с такими сигналами стала фундаментальная формула К.Е. Шеннона
которая, характеризуя предельные возможности гауссовского канала, кардинальным образом расширяет представление о возможности передачи информации по каналам радиосвязи с ограниченным по полосе аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ).
Так, из (1.1) следует, что пропускная способность (бит/с) канала радиосвязи, после того как она задана, в условиях действия аддитивной гауссовской помехи (шума) с ограниченной средней мощностью (Вт) может быть обеспечена либо использованием широкой полосы частот (Гц) с малым отношением сигнал-помеха , либо – узкой полосы частот (Гц) с более высоким отношением сигнал-помеха , где - средняя мощность сигнала. Следовательно, между полосой пропускания канала и отношением сигнал-помеха в этом канале возможен взаимообмен. При этом в соответствии с зависимостью (1.1) наиболее целесообразным является обмен мощности сигнала на полосу пропускания канала. Например, требуется обеспечить пропускную способность бит/с при отношении сигнал-помеха =. На основе (1.1) канал радиосвязи должен иметь полосу МГц. При большем отношении сигнал-помеха, например , пропускная способность канала радиосвязи бит/с может быть реализована достаточно узкой полосой частот кГц. Формула (1.1) указывает и на то, что при заданном отношении сигнал-помеха в канале радиосвязи с АБГШ пропускная способность может быть увеличена путем соответствующего расширения спектра си шала .
При малых отношениях сигнал-помеха выражение (1.1) принимает вид:
где 1,44 - модуль перехода от двоичных логарифмов к натуральным; в случае больших отношений из (1.1) с хорошим приближением следует, что
Предельное значение пропускная способность для гауссовского канала радиосвязи имеет при
где - односторонняя спектральная плотность мощности белого шума.
Выражение (1.2в) указывает на то, что в канале с шумами даже в предельном случае при отношение сигнал-помеха должно превышать определенное пороговое значение. Так, для передачи бита информации требуемая энергия сигнала (или ) .
Если пропускная способность равна требуемой скорости передачи информации , то из (1.1) и (1.2) видно, что при канал радиосвязи может работать при значительном превышении мощности помехи над мощностью полезного сигнала . Поэтому методы расширения спектра сигналов находят широкое применение в специальных СРС, которые должны обеспечивать надежную связь в условиях радиоэлектронного подавления (РЭП).
Методы расширения спектра могут базироваться на изменении (модуляции) амплитуды, фазы, частоты и временного положения (задержки) сигнала в соответствии со специальным кодом, формируемым на основе псевдослучайной последовательности.
Однако амплитудная модуляция для формирования сигнала с расширением спектра, как правило, не применяется, так как при этом получается сигнал с большим значением пиковой (мгновенной) мощности, который достаточно легко обнаруживается простыми приемниками станций радиотехнической разведки (РТР) .
Из-за недостаточной помехозащищенности самостоятельное применение в СРС не находит и метод расширения спектра за счет модуляции временного положения (задержки) сигнала, так называемый метод псевдослучайной время-импульсной модуляции (ПВИМ) . При методе ПВИМ расширение спектра достигается путем сжатия информационного сигнала во временной области. Сокращение времени передачи каждого информационного сигнала в раз приводит к расширению спектра сигнала в раз и уменьшает до общее время передачи. Информация передается только в заданные интервалы времени, которые следуют друг за другом в соответствии с выбранным кодом. При использовании метода ПВИМ, как и метода расширения спектра за счет амплитудной модуляции, имеет место большой пикфактор, что приводит к нерациональному расходованию мощности передатчика СРС.
Основными, базовыми методами расширения спектра сигналов, широко применяемыми в современных СРС, системах управления и распределения информации, являются:
Метод непосредственной модуляции несущей псевдослучайной последовательностью (ПСП);
Метод псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ);
Метод совместного (комплексного) использования различных методов; например, метода непосредственной модуляции несущей ПСП и метода ППРЧ; метода ППРЧ и метода ПВИМ и другие сочетания.
При первом методе расширение спектра сигнала достигается за счет непосредственной модуляции несущей частоты ПСП , элементы которой генерируются со скоростью , значительно превышающей скорость передачи элементов информационной последовательности , и затем накладываются на каждый информационный символ. Типовым примером таких сигналов являются фазоманипулированные широкополосные сигналы (ФМШПС) . При прямоугольной форме элементов информационной последовательности и при использовании ПСП , обеспечивающей расширение спектра сигнала, двоичный ФМШПС можно описать выражением
На рис.1.4, а, б в идеализированном виде изображены спектральные плотности мощности сигнала и узкополосной помехи в характерных точках структурных схем передатчика и приемника СРС с ФМШПС.
На рис. 1.4 видно, как происходит преобразование спектра полезного сигнала и расширение спектра узкополосной помехи в передающем и приемном устройствах СРС с ФМШПС.
Изначально метод расширенного спектра создавался для разведывательных и военных целей. Основная идея метода состоит в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, что в итоге позволит значительно усложнить подавление или перехват сигнала. Первая разработанная схема расширенного спектра известна как метод перестройки частоты. Более современной схемой расширенного спектра является метод прямого последовательного расширения. Оба метода используются в различных стандартах и продуктах беспроводной связи.
Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum - FHSS)
Для того чтобы радиообмен нельзя было перехватить или подавить узкополосным шумом, было предложено вести передачу с постоянной сменой несущей в пределах широкого диапазона частот. В результате мощность сигнала распределялась по всему диапазону, и прослушивание какой-то определенной частоты давало только небольшой шум. Последовательность несущих частот была псевдослучайной, известной только передатчику и приемнику. Попытка подавления сигнала в каком-то узком диапазоне также не слишком ухудшала сигнал, так как подавлялась только небольшая часть информации.
Идею этого метода иллюстрирует рис. 1.10.
В течение фиксированного интервала времени передача ведется на неизменной несущей частоте. На каждой несущей частоте для передачи дискретной информации применяются стандартные методы модуляции, такие как FSK или PSK. Для того чтобы приемник синхронизировался с передатчиком, для обозначения начала каждого периода передачи в течение некоторого времени передаются синхробиты. Так что полезная скорость этого метода кодирования оказывается меньше из-за постоянных накладных расходов на синхронизацию.
Рис. 1.10. Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты
Несущая частота меняется в соответствии с номерами частотных подканалов, вырабатываемых алгоритмом псевдослучайных чисел. Псевдослучайная последовательность зависит от некоторого параметра, который называют начальным числом. Если приемнику и передатчику известны алгоритм и значение начального числа, то они меняют частоты в одинаковой последовательности, называемой последовательностью псевдослучайной перестройки частоты.
Если частота смены подканалов ниже, чем скорость передачи данных в канале, то такой режим называют медленным расширением спектра (рис. 1.11а); в противном случае мы имеем дело с быстрым расширением спектра (рис. 1.11б).
Метод быстрого расширения спектра более устойчив к помехам, поскольку узкополосная помеха, которая подавляет сигнал в определенном подканале, не приводит к потере бита, так как его значение повторяется несколько раз в различных частотных подканалах. В этом режиме не проявляется эффект межсимвольной интерференции, потому что ко времени прихода задержанного вдоль одного из путей сигнала система успевает перейти на другую частоту.
Метод медленного расширения спектра таким свойством не обладает, но зато он проще в реализации и сопряжен с меньшими накладными расходами.
увеличить изображение
Рис. 1.11.
Соотношение между скоростью передачи данных и частотой смены подканалов
Методы FHSS используются в беспроводных технологиях IEEE 802.11 и Bluetooth.
В FHSS подход к использованию частотного диапазона не такой, как в других методах кодирования - вместо экономного расходования узкой полосы делается попытка занять весь доступный диапазон. На первый взгляд это кажется не очень эффективным - ведь в каждый момент времени в диапазоне работает только один канал. Однако последнее утверждение не всегда справедливо - коды расширенного спектра можно использовать и для мультиплексирования нескольких каналов в широком диапазоне. В частности, методы FHSS позволяют организовать одновременную работу нескольких каналов путем выбора для каждого канала таких псевдослучайных последовательностей, чтобы в каждый момент времени каждый канал работал на своей частоте (конечно, это можно сделать, только если число каналов не превышает числа частотных подканалов).
Прямое последовательное расширение спектра (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS)
В методе прямого последовательного расширения спектра 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.
Цель кодирования методом DSSS та же, что и методом FHSS, - повышение устойчивости к помехам. 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.
Соответственно, 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.
Количество битов в расширяющей последовательности определяет коэффициент расширения исходного кода. Как и в случае FHSS, для кодирования битов результирующего кода может использоваться любой вид модуляции, например BFSK.
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.
Беспроводные технологии обеспечивают безопасную и надежную связь с удаленными участками производства, когда возможность использования кабельной продукции ограничена. Для организации технического обслуживания беспроводные устройства осуществляют контроль состояния насосов и механизмов, передают данные удаленных станций мониторинга сточных вод и систем ввода/вывода.
В одном из решений беспроводная система получает показания метеостанции и показания расхода сточных вод химического производства. Заводская метеостанция располагается в 2.5 километрах от главного пульта управления, и в ней установлен регистратор, собирающий данные анемометра (скорость ветра), термометра и гигрометра. Регистратор подключен к беспроводному прибору WLM Remote RF компании Moore Industries, работающему на частоте 900 МГц, используя технологию смены рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) , передает данные с помощью директорной антенны, установленной на высоком кронштейне неподалеку от метеостанции. Серьезных проблем при эксплуатации пока не возникало.
Казалось, что организовать беспроводную связь со станцией мониторинга сточных вод невозможно. Хотя расстояние от станции до центрального пульта управления всего лишь 500м, радиочастотный сигнал должен был пройти через четырехэтажное здание котельной. Тем не менее, перед монтажом были проведены испытания, и радиосеть работала без проблем. Главный урок из всего этого – беспроводная технология работает даже там, где, как вам казалось, работать не должна. Все что необходимо сделать – протестировать систему.
Существует множество радиотехнологий. Понимание механизмов их функционирования необходимо для выбора лучшего решения для конкретного приложения. Беспроводная сеть может быть лицензируемой или нелицензируемой, с Ethernet или последовательным интерфейсом, с узким диапазоном или расширенным спектром, с безопасным или открытым протоколом, Wi-Fi … список можно продолжать. Эта статья – введение в беспроводную технологию.
Диапазон радиочастот
Диапазон от 9 килогерц (кГц) до тысяч гигагерц (ГГц) может использоваться для организации беспроводной связи. Частоты выше – инфракрасный спектр, спектр освещения, рентгеновские лучи, и т.д. Так как радиочастоты – ресурс ограниченный, используемый теле- и радиостанциями, мобильными телефонами и другими беспроводными устройствами, диапазоны, которые могут использоваться для определенных типов коммуникаций и передачи данных, определяются правительственными учреждениями.
В Соединенных Штатах, Федеральная Комиссия Связи (FCC) распределяет частоты между неправительственными пользователями. FCC определила, что промышленное, научное, и медицинское оборудование должно работать в диапазонах 902-928 МГц, 2400-2483.5 МГц, и 5725-5875 МГц с ограничениями по силе сигнала, мощности и другим параметрам радиопередачи. Эти диапазоны являются нелицензируемыми и могут использоваться свободно в рамках предписаний FCC. Другие диапазоны в спектре могут использоваться после предоставления лицензии. В таблице 1 указаны диапазоны спектра радиочастот и сферы их применения.
Источник: http://encyclopedia.thefreedictionary.com/radio%20frequency
Лицензируемые или нелицензируемые частоты
Лицензия, предоставляемая Федеральной комиссией связи, необходима для работы на лицензируемой частоте. В идеале эти частоты помехоустойчивы, и в случае возникновения помех, нарушитель может быть привлечен к юридической ответственности. Недостатки – сложная и длительная процедура получения лицензии, невозможность приобретения уже доступных устройств, так как они должны быть изготовлены для работы на лицензируемой частоте, и, конечно, затраты на получение лицензии.
Под нелицензируемой частотой понимается частота, определенная Федеральной Комиссией Связи, как свободная для использования без необходимости регистрации и авторизации. В зависимости от места расположения системы существуют ограничения по мощности сигнала. Например, в США в 900 мегагерцовом диапазоне максимальная мощность – 1 ватт или 4 ватта EIRP (эффективной изотропической мощности излучения).
Преимущества использования нелицензируемых частот очевидны: не нужно тратить время и деньги на получение лицензии; многие производители поставляют на рынок продукцию, поддерживающую эти частоты, низкая стоимость ввода в эксплуатацию из-за отсутствия затрат на лицензию. Недостатки лежат в самой идее нелицензируемого диапазона: на одной частоте могут работать одновременно несколько систем, что приводит к возникновению помех и потерям при передаче данных. В этом случае возникает необходимость использования технологии расширения спектра. Передатчики с расширяемым спектром очень эффективно справляются с возникающими помехами и работают даже в условиях радиочастотных шумов.
Системы с расширяемым спектром
Расширяемый спектр – это метод, расширяющий радиочастотный сигнал в широкий диапазон частот при низкой мощности, тогда как при передаче через узкополосный сигнал вся мощность концентрируется на одной частоте. Узкополосным называется сигнал, занимающий небольшой диапазон радиочастотного спектра. Широкополосный сигнал занимает гораздо больший сектор. Две самых распространенных технологии расширения спектра: скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) и расширение спектра сигнала прямой последовательностью (DSSS).
Как понятно из определения, в устройствах скачкообразного изменения частоты рабочая частота передатчика изменяется через определенный интервал времени. Преимущества скачкообразного изменения очевидны: поскольку передатчик меняет частоту передачи данных настолько часто, что только настроенный по такому же алгоритму приемник способен принять информацию. Приемник должен иметь аналогичную псевдослучайную последовательность принимаемых частот, чтобы в нужное время получить сигнал передатчика на правильной частоте. На рисунке 1 показано как частота сигнала изменяется во времени. Каждый скачкообразный переход имеет одинаковую мощность и время выдержки (время работы на канале). На рисунке 2 зависимости время-частота, видно, что скачок происходит через равные промежутки времени. Последовательность скачков является псевдослучайной.
Рисунок 1. В результате «скачков» несущая частота изменяется. Мощность сигнала остается постоянной.
DSSS объединяет сигнал данных с последовательностью символов, известных как ‘чипы’ – таким образом “расширяя” сигнал по большей полосе. Другими словами, исходный сигнал умножается на сигнал шума, сгенерированный псевдослучайной последовательностью положительного и отрицательного битов. Приемник, умножает полученный сигнал на ту же последовательность, получая исходную информацию (т.к. 1 x 1=1 и -1 x-1 = 1).
Когда сигнал “расширен”, мощность исходного узкополосного сигнала распределяется по широкому диапазону, уменьшая мощность на каждой конкретной частоте (т.н. низкая плотность мощности). На рисунке 3 показан сигнал на узкой части радиочастотного спектра. На рисунке 4, сигнал, расширенный на большую часть спектра, имеет такую же суммарную мощность, но меньшую мощность на каждую частоту. Так как расширение уменьшает силу сигнала на отдельных участках спектра, сигнал может восприниматься как шум. Приемник должен распознать и демодулировать полученный сигнал, очистив исходный сигнал от добавленных «чипов».
Технологии FHSS и DSSS широко используются в промышленности. В зависимости от каждого конкретного случая, та или иная технология может быть лучшим решением. Вместо дискуссий, какая из них лучше, гораздо важнее понимать различия и выбрать технологию, подходящую именно для вашего приложения. Вообще, на выбор влияют следующие характеристики:
Пропускная способность
Коллокация
Интерференция
Дальность связи
Безопасность
Пропускная способность
Пропускная способность – объем данных передаваемых или принимаемых системой за одну секунду. Это один из самых важных факторов при выборе необходимой технологии. DSSS имеет более высокую пропускную способность чем FHSS из-за более эффективного использования полосы частот и работе на большем диапазоне. Для большинства промышленных систем распределенного ввода-вывода данных низкая пропускная способность FHSS не является серьезной проблемой. Однако если увеличивается размер сети или скорость передачи дан ных, этому показателю уделяется боль шее внимание. Большинство радиопередатчиков FHSS имеют пропускную способность 50-115 кбит/с для сети Ethernet. DSSS работает с пропускной способностью 1-10 Мбит/с. Хотя DSSS-передатчики имеют более высокую пропускную способность, чем FHSS аналоги. Найти DSSS-устройство, обеспечивающее аналогичную сетевую безопасность и дальность работы, необхо димые для промышленного производства и SCADA-систем, не так просто.
В отличие от FHSS-передатчиков, работающих с диапазоном 26 мегагерц на базовой частоте 900 мегагерц (902- 928 МГц) и DSSS-передатчиков с диапа зоном 22 МГц на частоте 2.4 ГГц, радиопе редатчики, использующие лицензируемые частоты, ограничены спектром 12.5 кГц. Естественно, так как ширина спектра лимитирована, пропускная способность также ограничена. Большинство пере датчиков, работающих на лицензируемой частоте, предлагает пропускную способ ность 6400 – 19200 бит в секунду.
Коллокация
Под коллокацией понимается возмож ность работы нескольких радиосетей в не посредственной близости друг от друга. Технология DSSS не позволяет несколь- ким радиосетям функционировать по со седству, так как сигнал расширяется по одной полосе частот. Например, в пределах диапазона 2.4 ГГц ISM (промышленный, научный и медицинский диапазон), мож- но использовать только три DSSS канала. Каждый канал расширен до 22 мегагерц спектра, что позволяет работать без пере крытия частот только трем сетям одновре менно.
C другой стороны, благодаря исполь зованию различной последовательности скачков, на одном диапазоне частот могут функционировать несколько FHSS сетей. Последовательность скачков, при которой различные частоты используются в разное время на одной полосе частот, так же называется ортогональной последовательностью. В FHSS применяются программы ортогональной последовательности, обеспечивающие работу нескольких сетей без создания помех. Это – огромное преимущество при разработке больших сетей и необходимости разделения коммуникаций. Большинство лабораторных исследований показывает, что одновременно могут работать до 15 сетей FHSS и только 3 сети DSSS.
Очевидно, по причине работы на одном 12.5 мегагерцовом диапазоне спектра, узкополосные радиостанции не могут быть расположены слишком близко друг к другу.
Интерференция
Интерференция – радиошумы в соседней или той же части радиочастотного спектра. Наложение двух сигналов может генерировать новую радиоволну или привести к потерям данных, передаваемых рабочим сигналом. Технология расширения спектра очень хорошо справляется с возникающими шумами, хотя различные технологии решают эту проблему по-разному. Когда приемник DSSS обнаруживает узкополосный шум, происходит умножение полученного сигнала на значение «чипа» для восстановления исходного сообщения. Тем самым исходный первоначальный сигнал преобразовывается в узкополосный сигнал с большой мощностью; помехи, как широкополосный сигнал малой мощности, игнорируются.
В своей основе механизм, который размещает сигнал DSSS ниже уровня собственных шумов радиосети, позволяет игнорировать узкополосную интерференцию при демодуляции сигнала. Поэтому DSSS очень хорошо работает при сторонних шумах, однако если помеха имеет большую мощность, могут возникнуть серьезные проблемы, т.к. демодуляция не способна уменьшить сигнал помехи ниже мощности исходного сигнала.
Учитывая, что FHSS работает с полосой 83.5 МГц на частоте 4 ГГц и производит сигналы высокой мощности на определенных частотах (аналогично генерации синхронизированных пакетов данных на узкой полосе), тем самым, избегая помех, если узкополосный генератор шумов не работает на одной из используемых частот. Узкополосные шумы, в худшем случае, блокируют несколько скачков, которые система может компенсировать, передав сообщение еще раз на другой частоте. Кроме того, правила Федеральной комиссии связи требуют минимального разделения частоты в последовательности скачков, поэтому возможность создания помех узкополосным сигналом минимизирована.
В случае широкополосных помех, DSSS не работает так же надежно. Поскольку DSSS расширяет сразу весь сигнал на 22 МГц полосы с гораздо меньшей мощностью, при наложении на эти 22 мегагерца шума или более мощного сигнала, могут блокироваться до 100 % передачи DSSS, и только 25 % передачи FHSS. В этом случае, эффективность FHSS падает, но полной потери данных не происходит.
На лицензируемых частотах используется очень узкая полоса, поэтому даже небольшие помехи могут вызвать потерю информации. В этом случае направленные антенны и полосовые фильтры могут использоваться для организации непрерывной коммуникации, и в отношении организатора помех могут применяться юридические меры.
Радиоустройства стандарта 802.11 более подвержены воздействию помех, так как в этом диапазоне работают очень многие приборы. Вы замечали, какие помехи возникают в беспроводном телефоне при работе микроволновой печи? Оба устройства работают в 2.4 ГГц диапазоне, как и остальная часть устройств стандарта 802.11. При использовании таких передатчиков, сетевая безопасность становится серьезным предметом для беспокойства.
Если приемник определенного передатчика расположен к другому передатчику ближе, чем к собственному, возникает проблема взаимодействия приемника с этими передатчиками. Соседние передатчики могут забивать канал приемника посторонними сигналами высокой мощности. В такой ситуации большинство систем DSSS выйдут из строя. В такой же ситуации, несколько скачков FHSS-системы будут заблокированы, но в целом не нарушат работу сети. В случае системы работающей на лицензируемой частоте, эффективность работы системы будет зависеть от частоты постороннего сигнала. Если частота этих сигналов близка или аналогична частоте системы, ваш сигнал будет глушиться, что дает основания для юридического преследования нарушителя, если он не имеет аналогичную лицензию
Дальность связи
Дальность связи определяется возможностью организации коммуникаций, т.е. силой радиочастотной связи между передатчиком и приемником и расстоянием, на котором они могут поддерживать надежное соединение. При работе на одной мощности и с использованием одинакового алгоритма модуляции, радиопередатчик, работающий на частоте 900 МГц, обеспечивает более надежную связь, чем передатчик на 2.4 ГГц. При увеличении частоты радиочастотного спектра, дальность передачи данных уменьшается, при условии, что все остальные параметры остаются неизменными. Способность проникать через стены и объекты с увеличением частоты также уменьшается. Верхние частоты в спектре демонстрируют отражающие свойства. Например, радиоволна 2.4 ГГц может отражаться от стен зданий и туннелей. Это может использоваться для распространения сигнала на большие расстояния. Возможные сложности связаны с возникновением многолучевого распространения или полным отсутствием сигнала, из-за обратного отражения.
Федеральная комиссия связи ограничивает выходную мощность радиопередатчиков с расширенным спектром. DSSS последовательно передает данные с низкой мощностью, как показано выше, и попадает в ограничения Федеральной комиссии связи. Это ограничивает расстояние передачи радиопередатчиков DSSS, и таким образом делает их неподходящими для промышленного рынка. FHSS-передатчики, с другой стороны, передают сигналы высокой мощности на определенных частотах в последовательности скачков, но средняя мощность остается низкой, поэтому соответствует предписаниям. FHSS-сигнал передается с большей мощностью, чем сигнал DSSS, что позволяет работать на больших расстояниях. Большинство передатчиков FHSS могут передавать данные более чем на 20 км или еще большие расстояния, используя антенны с большим коэффициентом усиления.
Радиопередатчики стандарта 802.11, доступны в формате DSSS и в FHSS. Они работают на широком диапазоне частот и со скоростью передачи данных до 54 Мбит/с. Но необходимо отметить, что указанная пропускная способность, очень сильно уменьшается с ростом расстояния между радиомодемами. Например, расстояние 100 м уменьшает скорость с 54 Мбит/с до 2 Мбит/с. Это идеально для небольших офисных или домашних приложений, но не для промышленных приложений, где необходимо передавать данные на несколько километров.
Так как узкополосные радиопередатчики работают на низких частотах, они могут быть хорошим решением в случае, если FHSS не могут обеспечить необходимую дальность передачи. Потребность в использовании узкополосных лицензируемых частот, возникает, когда нужно передать данные на большое расстояние, или передача должна проходить ближе к поверхности Земли, так как организация связи в зоне прямой видимости невозможна.
Безопасность
Так как сигнал DSSS имеет очень маленькую мощность, хакерам не так просто его обнаружить. Одно из главных достоинств DSSS – способность уменьшить энергию сигнала, распределяя мощность первоначального узкополосного сигнала по большей полосе частот, уменьшая в результате спектральную плотность мощности. Это может снизить уровень сигнала до уровня собственных шумов радиосети, таким образом, делая его “невидимым” для потенциальных злоумышленников. В то же время, если «чип», известен или имеет небольшую длину, обнаружить передачу DSSS и восстановить сигнал намного легче, поскольку он имеет ограниченное число несущих частот. Многие системы DSSS предлагают шифрование как функцию безопасности, хотя это увеличивает стоимость системы и уменьшает эффективность работы, вследствие использования дополнительной мощности на кодирование сигнала.
Для успешной настройки на работающую FHSS-систему, злоумышленник должен знать используемые частоты, последовательность скачков, время работы, и метод шифрования. Учитывая, что для диапазона 2.4 ГГц время работы на канале 400 мс и более 75 используемых каналов, почти невозможно обнаружить и следовать за сигналом FHSS, если приемник не сконфигурирован на ту же последовательность скачков. Кроме того, большинство систем FHSS поставляются с расширенными функциями безопасности, такими как динамическое шифрование ключа и контроль циклического избыточного кода.
Сегодня беспроводные локальные сети (WLAN) становятся все более и более популярными. Они используют стандарт 802.11, открытый протокол, разработанный IEEE. Wi-Fi – эмблема стандарта, используемая Ассоциацией контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA), для сертификации продуктов 802.11. Хотя промышленные FHSS-устройства не поддерживают стандарт Wi-Fi, и поэтому не совместимы с WLAN, при их совместной работе, из-за работы в одной полосе частот, могут возникать помехи. Так как большинство продуктов Wi-Fi работают в 2.4 или 5 гигагерцовых диапазонах, хорошей идеей может оказаться использование, с разрешения руководящего органа, частоты 900 МГц, (в Европе допускается работа только на 2.4 ГГц). Это также обеспечит дополнительную защиту от радиочастотных снифферов (программ, используемых хакерами) применяемых в более популярном 2.4 гигагерцовом диапазоне.
Сетевая безопасность беспроводных технологий является одним из самых обсуждаемых вопросов. Последние статьи о “машине, управляемой хакерами” заставили потенциальных и существующих потребителей засомневаться в эффективности защиты от несанкционированных проникновений в беспроводную сеть. Необходимо понимать, что стандарты 802.11 – стандарты открытые, поэтому легко могут быть взломаны.
Причиной возникшей неразберихи в вопросах безопасности является нечеткое понимание технологии работы различных беспроводных систем. На сегодняшний момент, Wi-Fi (802.11a, b, и g), возможно является лучшей технологией для многих IT-приложений, дома и в небольшом офисе. 802.11 – открытый стандарт, поэтому квалифицированному хакеру достаточно просто обойти защиту сети и перехватить управление системой.
Так как же пользователи беспроводной технологии защищают себя от незаконных проникновений? Во многих приложениях на базе стандарта 802.11 безопасность практически не обеспечивается, и пользователь должен хорошо разбираться в настройке виртуальных частных сетей (VPN), или других сетей безопасности, чтобы защитить себя от нападений. Устройства других стандартов используют протоколы компаний-производителей для защиты сети от злоумышленников, наряду с применением элементов обеспечения безопасности, присущих технологии расширения спектра.
Представление о том, что сети, работающие на лицензируемой частоте, обеспечивают большую безопасность, ошибочно. Если частота известна, можно настроиться на сеть, и подобрав пароль и взломав систему шифрования, получить полный контроль. Все преимущества систем с расширяемым спектром отсутствуют, так как лицензируемые частоты работают в узкой полосе. Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра в настоящий момент является самой надежной и безопасной беспроводной технологией.
Ячеистая радиосеть
Технология ячеистой радиосети основана на способности радиопередатчиков взаимодействовать друг с другом. Это решение появилось не так давно и еще не столь широко используется в промышленности. Существует ряд проблем, с которыми разработчики ячеистой технологии пока не могут справиться, например, большая задержка передачи данных и низкая пропускная способность. Концепция ячеистой сети не нова. Интернет и телефонные сети – превосходный пример ячеистой сети в проводном мире, в этих сетях каждый узел может инициировать коммуникацию с другим узлом и обмениваться информацией
В беспроводном мире, полоса пропускания, ограниченный спектр радиочастот и помехи – только часть проблем, с которыми приходится сталкиваться ячеистым сетям. Сейчас эти сети все еще исследуются и развиваются. Новейшие ячеистые технологии, такие как гибридная и структурная ячеистая сети появились совсем недавно. В настоящее время все еще недостаточно данных, подтверждающих необходимую для использования в тяжелых промышленных условиях надежность и безопасность ячеистых сетей,.
Резюме
В заключении можно сказать, что выбор радио-технологии зависит от требований каждого конкретного приложения. Для большинства промышленных производств лучшим решением являются радиоустройства со скачкообразной сменой рабочей частоты с расширением спектра (рисунок 5), благодаря более низкой стоимости в сравнении с радиостанциями, работающими на лицензируемой частоте. Когда большие расстояния ограничивают использование FHSS-узлов с повторителями, для лучшей связи оптимальным решением представляется использование передатчиков, работающих в узкой полосе лицензируемой частоты. Стоимость лицензирования может оказаться меньше стоимость установки дополнительных повторителей FHSS-системы.
Одно из самых простых решений – пригласить одного или нескольких представителей компании-производителя беспроводных устройств на ваш завод и оценить возможность использования предлагаемой технологии. Например, Moore Industries установили на предприятии, упомянутом выше, в качестве «демо-версии» один из своих Wireless Link Module (WLM), и смонтировали всенаправленные антенны и передатчики на удаленных станциях. Испытания показали, что даже четырехэтажное здание не является помехой для беспроводных коммуникаций.
Поверьте, возможности современной беспроводной технологии могут удивить вас.
Приложение
Определения
| Полоса | Частота или диапазон частот |
| Диапазон частот | Диапазон частот, или длина радиочастотного спектра на котором передается сигнал. |
| Широкополосный канал | Радиоканал с шириной полосы пропускания от 1.5 Мбит/с на полосе 1 МГц |
| Коллокация | Работа нескольких радиосетей одновременно в одной зоне. |
| Демодуляция | Процесс получения и выделения первоначального цифрового сигнала из модулированной аналоговой несущей волны |
| Технология расширения спектра сигнала прямой последовательностью (DSSS) | Технология модуляции, объединяющая информационный сигнал с высокоскоростной битовой последовательностью, известный как «чип», тем самым «расширяя» сигнал на большую полосу. |
| Эффективная излучаемая мощность (EIRP) | Мощность сигнала излучаемая антенной. Равна мощность передатчика минус потери при передаче (вызванные коаксиальным кабелем, коннекторами, молниеотводами) плюс усиление антенны |
| Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI) | Европейский регулирующий орган по телекоммуникациям. |
| Федеральная комиссия связи (FCC) | Регулирующий орган США по коммуникациям |
| Скачкообразная смена рабочей частоты с расширением спектра (FHSS) | Техника модуляции, при которой частота передачи (несущая частота) изменяется в псевдослучайной последовательности («скачет») через регулярные временные интервалы. |
| Промышленный, научный и медицинский (ISM) диапазоны | Диапазоны 902-928 MГц, 2400-2483.5 MГц, и 5725-5875 MГц соответственно |
| Интерференция | Наложение двух и более радиоволн, работающих на соседних или общих частотах, приводящее к появлению дополнительной волновой структуры |
| Международный союз электросвязи (ITU) | Регулирующий орган ООН по телекоммуникациям |
| Линия прямой видимости (LOS) | Канал связи между передающей и принимающей антеннами, не имеющий физический препятствий, таких как деревья или здания. |
| Баланс мощности | Расчет, принимающий во внимание работу всех компонентов, усиливающих и ослабляющих радиосигнал (передатчики, антенны, кабели и т.д.) для определения максимальной дистанции для организации надежной радиосвязи |
| Многолучевое распространение | Процесс возникновения нескольких каналов распространения сигнала, отличных от первоначального |
| Узкополосный канал | Радиоканал с шириной полосы пропускания от 50 бит/с до 64 кбит/с |
| Национальная Администрация по Телекоммуникациям и Информации (NTIA) | Регулирующий орган, распределяющий радиочастоты между правительственными организациями США |
| Всенаправленная антенна | Антенна, получающая и передающая сигналы во всех направлениях |
| Спектральная плотность мощности (PSD) | Отношение общей мощность полосы к ширине полосы |
| Расширение спектра | Метод расширения радиочастотного сигнала по широкой полосе частот с низкой мощностью, в отличии от концентрации всей мощности на единичной частоте, в случае передачи данных по узкополосному каналу. |
| Пропускная способность | Объем данных, получаемых системой каждую секунду |
| Трансивер | Радиопередатчик и радиоприемник в общем корпусе |
| Виртуальная частная сеть (VPN) | Сеть для закрытых коммуникаций, использующая криптографическое туннелирование для обеспечения безопасности незащищенных сетей |
| Протокол шифрования в беспроводной связи (WEP) | Часть стандарта IEEE 802.11 определяющая требования обеспечения безопасности беспроводной сети |
| Ассоциация контроля совместимости с беспроводным Ethernet (WECA) | Сертифицирующий орган технологии WLAN |
| Wireless Fidelity (Wi-Fi) | Логотип стандарта, используемый WECA для обозначения сертифицированных продуктов стандарта 802.11 |
| Wireless Local Area Networks (WLAN) | Компьютерная сеть на базе радиоустройств |
| Директорная антенна | Антенна, отправляющая и получающая сигналы только в узком секторе |
Министерство транспорта Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Волжская государственная академия водного транспорта
Кафедра информатики, систем управления и телекоммуникаций
Курсовая
работа по теме:
«Модуляция
с расширением спектра. Прямое расширение
спектра»
Выполнил
студент группы
Р-312
Аминов А.Р.
Проверил
Преображенский
А.В.
Н.Новгород
2009г.
Модуляция с расширением
спектра.
Повсеместное
распространение беспроводных сетей,
развитие инфраструктуры хот-спотов, появление
мобильных технологий со встроенным беспроводным
решением (Intel Centrino) привело к тому, что
конечные пользователи (не говоря уже
о корпоративных клиентах) стали обращать
все большее внимание на беспроводные
решения. Такие решения рассматриваются,
прежде всего, как средство развертывания
мобильных и стационарных беспроводных
локальных сетей и средство оперативного
доступа в Интернет. Однако конечный пользователь,
не являющийся сетевым администратором,
как правило, не слишком хорошо разбирается
в сетевых технологиях, поэтому ему трудно
сделать выбор при покупке беспроводного
решения, особенно учитывая многообразие
предлагаемых сегодня продуктов.
Бурное
развитие технологии беспроводной связи
привело к тому, что пользователи, не
успев привыкнуть к одному стандарту,
вынуждены переходить на другой, предлагающий
еще более высокие скорости передачи.
Речь, конечно же, идет о семействе протоколов
беспроводной связи, известном как IEEE
802.11, куда входят следующие протоколы:
802.11, 802.11b, 802.11b+, 802.11a, 802.11g. В последнее время
стали говорить и о расширении протокола
802.11g.
Различные
типы беспроводных сетей отличаются
друг от друга и радиусом действия,
и поддерживаемыми скоростями соединения,
и технологией кодирования данных.
Так, стандарт IEEE 802.11b предусматривает
максимальную скорость соединения 11 Мбит/с,
стандарт IEEE 802.11b+ - 22 Мбит/с, стандарты
IEEE 802.11g и 802.11a - 54 Мбит/с.
Будущее
стандарта 802.11a довольно туманно. Наверняка
в России и в Европе этот стандарт не
получит широкого распространения, да
и в США, где он сейчас используется, скорее
всего, в ближайшее время произойдет переход
на альтернативные стандарты. А вот новый
стандарт 802.11g имеет значительные шансы
завоевать признание во всем мире. Другое
преимущество нового стандарта 802.11g заключается
в том, что он полностью совместим со стандартами
802.11b и 802.11b+, то есть любое устройство,
поддерживающее стандарт 802.11g, будет работать
(правда, на меньших скоростях соединения)
и в сетях стандарта 802.11b/b+, а устройство,
поддерживающее стандарт 802.11b/b+ - в сетях
стандарта 802.11g, хотя и с меньшей скоростью
соединения.
Совместимость
стандартов 802.11g и 802.11b/b+ обусловлена, во-первых,
тем, что они предполагают использование
одного и того же частотного диапазона,
а во-вторых, что все режимы, предусмотренные
в протоколах 802.11b/b+, реализованы и в стандарте
802.11g. Поэтому стандарт 802.11b/b+ можно рассматривать
как подмножество стандарта 802.11g.
Физический
уровень протокола 802.11
Обзор
протоколов семейства 802.11b/g целесообразно
начать именно с протокола 802.11, который,
хотя уже и не встречается в
чистом виде, в то же время является
прародителем всех остальных протоколов.
В стандарте 802.11, как и во всех
остальных стандартах данного семейства,
предусмотрено использование частотного
диапазона от 2400 до 2483,5 МГц, то есть частотный
диапазон шириной 83,5 МГц, который, как
будет показано далее, разбит на несколько
частотных подканалов.
Технология
расширения спектра
В
основе всех беспроводных протоколов
семейства 802.11 лежит технология уширения
спектра (Spread Spectrum, SS). Данная технология
подразумевает, что первоначально узкополосный
(в смысле ширины спектра) полезный информационный
сигнал при передаче преобразуется таким
образом, что его спектр оказывается значительно
шире спектра первоначального сигнала.
То есть спектр сигнала как бы «размазывается»
по частотному диапазону. Одновременно
с уширением спектра сигнала происходит
и перераспределение спектральной энергетической
плотности сигнала - энергия сигнала
также «размазывается» по спектру. В результате
максимальная мощность преобразованного
сигнала оказывается значительно ниже
мощности исходного сигнала. При этом
уровень полезного информационного сигнала
может в буквальном смысле сравниваться
с уровнем естественного шума. В результате
сигнал становится, в каком то смысле,
«невидимым» - он просто теряется на уровне
естественного шума.
Собственно,
именно в изменении спектральной
энергетической плотности сигнала
и заключается идея уширения спектра.
Дело в том, что если подходить к проблеме
передачи данных традиционным способом,
то есть так, как это делается в радиоэфире,
где каждой радиостанции отводится свой
диапазон вещания, то мы неизбежно столкнемся
с проблемой, что в ограниченном радиодиапазоне,
предназначенном для совместного использования,
невозможно «уместить» всех желающих.
Поэтому необходимо найти такой способ
передачи информации, при котором пользователи
могли бы сосуществовать в одном частотном
диапазоне и при этом не мешать друг другу.
Именно эту задачу и решает технология
уширения спектра.
Преимущества
систем с расширением
спектра
-
Высокая помехоустойчивость.
При ограниченной полосе спектральной
плотности помехи отношение сигнал /шум
увеличивается в G p = П ш /П
раз, где П –полоса исходного сигнала,
П ш - полоса сигнала после расширения
спектра, G p - коэффициент расширения
спектра. Если спектр помехи равномерен
(белый шум), отношение сигнал /шум не улучшается.
-
Конфиденциальность
связи.
Сообщение нельзя прочитать,
не зная алгоритма расширения спектра.
-
Возможность одновременной
передачи многих сообщений
на одной
несущей частоте в системе с кодовым разделением
каналов (CDMA
(англ.
Code Division Multiple Access) - множественный
доступ с кодовым разделением.
Каналы трафика при
таком способе разделения
среды создаются присвоением
каждому пользователю
отдельного числового
кода, который распространяется
по всей ширине полосы.
Нет временного разделения,
все абоненты постоянно
используют всю ширину
канала. Полоса частот
одного канала очень
широка, вещание абонентов
накладывается друг
на друга но, поскольку
их коды отличаются,
они могут быть дифференцированы.
Технология множественного
доступа с кодовым разделением
каналов известна давно.
В СССР первая работа,
посвящённая этой теме,
была опубликована ещё
в 1935 году Д. В. Агеевым
.)
-
Возможность передачи
маломощного сигнала.
Энергия сигнала
сохраняется высокой за счет увеличения
длительности сигнала. Обеспечивается
энергетическая скрытность связи. Сигнал
не обнаруживается, а воспринимается как
шум.
-
Высокая разрешающая
способность по времени
(чем шире спектр,
тем круче фронт сигнала). Момент начала
сигнала определяется очень точно, что
важно для систем измерения расстояния
по времени прохождения сигнала и для
синхронизации передатчика и приемника.
Наиболее
распространенные методы
расширения спектра
-
Прямое расширение спектра
(direct sequencing)
с использованием двоичной псевдослучайной
последовательности (ПСП), модулирующей
сигнал. Ширина спектра ограничивается
минимальной технически реализуемой длительностью
элементарного символа ПСП. Спектр расширяется
до десятков мегагерц.
-
Скачкообразная перестройка
несущей частоты
(frequency hopping).
Обычно используется
М-арная частотная манипуляция. М символам
соответствуют М частот, разнесенных друг
от друга на интервал
D
f. Центральная частота
f 0 этого диапазона изменяется
скачками под управлением ПСП в полосе
перестройки несколько раз за время передачи
одного символа сообщения (быстрая перестройка)
или с интервалом, равным длительности
нескольких символов (медленная перестройка).
Из-за скачков частоты трудно сохранить
когерентность сигнала. Поэтому демодуляция
обычно некогерентная. Для обеспечения
ортогональности сигналов расстояние
между частотами должно удовлетворять
условию
D
f = m/ T s , m –целое
число. Спектр может расширяться до нескольких
гигагерц: коэффициент расширения спектра
выше, чем при прямом расширении.
Прямое
расширение спектра
При
потенциальном кодировании информационные
биты - логические нули и единицы
- передаются прямоугольными импульсами
напряжений. Прямоугольный импульс длительности
T имеет спектр, ширина которого обратно
пропорциональна длительности импульса.
Поэтому чем меньше длительность информационного
бита, тем больший спектр занимает такой
сигнал.
Для
преднамеренного уширения спектра
первоначально узкополосного сигнала
в технологии DSSS в каждый передаваемый
информационный бит (логический 0 или 1)
в буквальном смысле встраивается последовательность
так называемых чипов. Если информационные
биты - логические нули или единицы
- при потенциальном кодировании информации
можно представить в виде последовательности
прямоугольных импульсов, то каждый отдельный
чип - это тоже прямоугольный импульс,
но его длительность в несколько раз меньше
длительности информационного бита. Последовательность
чипов представляет собой последовательность
прямоугольных импульсов, то есть нулей
и единиц, однако эти нули и единицы не
являются информационными. Поскольку
длительность одного чипа в n раз меньше
длительности информационного бита, то
и ширина спектра преобразованного сигнала
будет в n-раз больше ширины спектра первоначального
сигнала. При этом и амплитуда передаваемого
сигнала уменьшится в n раз.
Чиповые
последовательности, встраиваемые в
информационные биты, называют шумоподобными
кодами (PN-последовательности), что подчеркивает
то обстоятельство, что результирующий
сигнал становится шумоподобным и его
трудно отличить от естественного шума.
Как
уширить спектр сигнала и сделать
его неотличимым от естественного
шума, понятно. Для этого, в принципе,
можно воспользоваться произвольной
(случайной) чиповой последовательностью.
Однако, возникает вопрос: а как
такой сигнал принимать? Ведь если он
становится шумоподобным, то выделить
из него полезный информационный сигнал
не так то просто, если вообще возможно.
Оказывается, возможно, но для этого нужно
соответствующим образом подобрать чиповую
последовательность. Используемые для
уширения спектра сигнала чиповые последовательности
должны удовлетворять определенным требованиям
автокорреляции. Под термином автокорреляции
в математике подразумевают степень подобия
функции самой себе в различные моменты
времени. Если подобрать такую чиповую
последовательность, для которой функция
автокорреляции будет иметь резко выраженный
пик лишь для одного момента времени, то
такой информационный сигнал возможно
будет выделить на уровне шума. Для этого
в приемнике полученный сигнал умножается
на ту же чиповую последовательность,
то есть вычисляется автокорреляционная
функция сигнала. В результате сигнал
становится опять узкополосным, поэтому
его фильтруют в узкой полосе частот и
любая помеха, попадающая в полосу исходного
широкополосного сигнала, после умножения
на чиповую последовательность, наоборот,
становится широкополосной и обрезается
фильтрами, а в узкую информационную полосу
попадает лишь часть помехи, по мощности
значительно меньшая, чем помеха, действующая
на входе приемника.
Основные
требования к ПСП
-
Непредсказуемость появления знаков 1
и 0, благодаря чему спектр сигнала становится
равномерным, а определение алгоритма
формирования ПСП по ее участку ограниченной
длины – невозможным.
-
Наличие большого набора разных
ПСП одинаковой длины для построения
систем с кодовым разделением каналов.
-
Хорошие корреляционные свойства
ПСП, описываемые функциями автокорреляции
(ФАК) и взаимной корреляции (ФВК), периодическими
и апериодическими.
Характеристики
псевдослучайных
последовательностей (ПСП)
Характеристиками
ПСП являются функции автокорреляции
(ФАК) и взаимной корреляции (ФВК), периодические
и апериодические. ФАК и ФВК вычисляются
подсчетом разности числа совпадающих
и не совпадающих разрядов сравниваемых
ПСП при сдвигах одной из них.
Периодические
ФАК и ФВК
и т.д.................
Метод прямой последовательности (DSSS) можно представить себе следующим образом. Вся используемая «широкая» полоса частот делится на некоторое число подканалов - по стандарту 802.11 этих подканалов 11. Каждый передаваемый бит информации превращается, по заранее зафиксированному алгоритму, в последовательность из 11 бит, и эти 11 бит передаются как бы одновременно и параллельно (физически сигналы передаются последовательно), используя все 11 подканалов. При приёме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при её кодировке. Другая пара приёмник-передатчик может использовать другой алгоритм кодировки - декодировки, и таких различных алгоритмов может быть очень много.
Первый очевидный результат применения этого метода - защита передаваемой информации от подслушивания («чужой» DSSS-приёмник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика).
При этом сильно уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума, (то есть случайных или преднамеренных помех), так что передаваемый сигнал уже как бы неразличим в общем шуме. Но благодаря его 11-кратной избыточности принимающее устройство все же сумеет его распознать.
Еще одно чрезвычайно полезное свойство DSSS-устройств заключается в том, что благодаря очень низкому уровню мощности своего сигнала они практически не создают помех обычным радиоустройствам (узкополосным большой мощности), так как эти последние принимают широкополосный сигнал за шум в пределах допустимого. И наоборот - обычные устройства не мешают широкополосным, так как их сигналы большой мощности «шумят» каждый только в своем узком канале и не могут целиком заглушить весь широкополосный сигнал.
Использование широкополосных технологий дает возможность использовать один и тот же участок радиоспектра дважды - обычными узкополосными устройствами и «поверх них» - широкополосными.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
☙◈❧ Сэнсэй-3 . ͟͟И͟͟с͟͟к͟͟о͟͟н͟͟н͟͟ы͟͟й͟͟ ͟͟Ш͟͟а͟͟м͟͟б͟͟а͟͟л͟ы͟ ☙◈❧ Анастасия Новых. аудиокниги
2012 Crossing Over A New Beginning "FIRST EDITION"
☙◈❧ Эзоосмос ☙◈❧ Необычная рыбалка. Скрытая реальность. Тамга Прави. Анастасия Новых.
Технология
В каждый передаваемый информационный бит (логический 0 или 1) встраивается последовательность так называемых чипов. Если информационные биты - логические нули или единицы - при потенциальном кодировании информации можно представить в виде последовательности прямоугольных импульсов, то каждый отдельный чип - это тоже прямоугольный импульс, но его длительность в несколько раз меньше длительности информационного бита. Последовательность чипов представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, то есть нулей и единиц, однако эти нули и единицы не являются информационными. Поскольку длительность одного чипа в n раз меньше длительности информационного бита, то и ширина спектра преобразованного сигнала будет в n раз больше ширины спектра первоначального сигнала. При этом и амплитуда передаваемого сигнала уменьшится в n раз.
Чиповые последовательности, встраиваемые в информационные биты, называют шумоподобными кодами (PN-последовательности), что подчеркивает то обстоятельство, что результирующий сигнал становится шумоподобным и его трудно отличить от естественного шума.
Используемые для уширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определённым требованиям автокорреляции . Под термином автокорреляции в математике подразумевают степень подобия функции самой себе в различные моменты времени. Если подобрать такую чиповую последовательность, для которой функция автокорреляции будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени, то такой информационный сигнал возможно будет выделить на уровне шума. Для этого в приёмнике полученный сигнал умножается на ту же чиповую последовательность, то есть вычисляется автокорреляционная функция сигнала. В результате сигнал становится опять узкополосным, поэтому его фильтруют в узкой полосе частот и любая помеха, попадающая в полосу исходного широкополосного сигнала, после умножения на чиповую последовательность, наоборот, становится широкополосной и обрезается фильтрами, а в узкую информационную полосу попадает лишь часть помехи, по мощности значительно меньшая, чем помеха, действующая на входе приёмника (если не используется приёмник с алгоритмом Боцмана).
