Spread Spectrum UTN.docx

7/24/2019 Spread Spectrum UTN.docx

1/16

Sistemas de

Comunicaciones

Spread Spectrum

Integrantes:

Acua, Claudio

De Simone, Mauro


2/16

Vacca, Guillermo

Introduccin

Espectro ensanchado o espectro expandido es un conjunto de tcnica demodulaci!n "ue se utili#a para la transmisi!n de datos digitales $ porradio%recuencia&

Como lo indica la denominaci!n, se ha'la de expandido de'ido a "ue elancho de 'anda utili#ado es mucho ma$or "ue el re"uerido para latransmisi!n de la seal original&Si ( es la )elocidad de transmisi!n *unamodulaci!n con)encional tendr+a un ancho de 'anda de aproximadamente (#- $ . es el ancho de 'anda empleado por la seal de espectroensanchado, se cumple "ue ./(001&

Es una trans%ormaci!n re)ersi'le de la seal de %orma "ue su energ+a sedisperse entre una 'anda de %recuencias ma$or "ue la "ue ocupa'aoriginalmente *)ariaci!n de la densidad espectral de potencia-&

En la transmisi!n, la seal ensanchada puede coexistir con seales en'anda estrecha, $a "ue solamente les aporta un pe"ueo incremento en elni)el de ruido&

El receptor solo puede recuperar la in%ormaci!n impl+cita en la sealensanchada, pero no la correspondiente a las seales en 'anda estrecha&

2os campos de aplicaci!n de estos tipos de modulaci!n son )arios,

inclu$endo los enlaces ethernet, G3S, tele%on+a inal4m'rica, comunicacionespersonales $ tele%on+a celular&

El ensanchamiento de la 'anda se reali#a a partir de una sealpseudoaleatoria, "ue se caracteri#a por tener una apariencia de ruido*tam'in se le llama pseudoruido-& 2a seal transmitida tendr4caracter+sticas pseudoaleatorias, $ s!lo se podr4 demodular si se es capa#de generar la misma seal de pseudoruido utili#ada por el transmisor, "ueen el caso del G&3&S& est4 situado en el satlite&

Ventajas y desventajas

En el diseo de un sistema de comunicaci!n, generalmente se priori#a lae5ciencia con "ue se utili#an $ apro)echan la energ+a $ el ancho de 'andade la seal&

Sin em'argo, en algunos casos es necesario sacri5car parte de la e5cienciadel sistema, a costa de lograr:

Ma$or resistencia a las inter%erenciasexternas de 'anda estrecha,

intencionadas *jamming- o no, "ue otros tipos de transmisi!n&
https://es.wikipedia.org/wiki/Interferenciahttps://es.wikipedia.org/wiki/Interferencia


3/16

2a transmisi!n es resistente a las inter%erencias pormulticamino *multipath-, por"ue aun"ue se trate de una inter%erencia dela seal so're s+ misma, tiene consecuencias parecidas a cual"uier otrainter%erencia de 'anda estrecha&

Es posi'le la transmisi!n simult4nea de )arias seales de espectro

ensanchado por el mismo medio, $a "ue siempre "ue se cumplan ciertascondiciones, como "ue las seales pseudoaleatorias generadas seanaproximadamente incorreladas unas respecto de otras, la transmisi!n esresistente a las inter%erencias de unos canales so're otros& En el caso delos G3S& esto es posi'le gracias a "ue los c!digos pseudoaleatoriosempleados son ortogonales entre s+& Esto da lugar a una tcnica deacceso m6ltiple al medio conocida como CDMA *acceso m6ltiple pordi)isi!n de c!digos-&

2a seal es di%+cilmente detecta'le, $a "ue su ni)el "ueda mu$ reducidopor su dispersi!n espectral& S!lo despus de la trans%ormaci!n dedesensanchado, sta recupera la relaci!n seal a ruido su5ciente para sudemodulaci!n&

En el caso de "ue se detecte la seal, la transmisi!n es ininteligi'le parael "ue no cono#ca la seal pseudoaleatoria utili#ada para el ensanchadodel espectro&

Como des)entajas se pueden considerar la ine5ciencia del ancho de 'anda$ "ue la implementaci!n de los circuitos es en algunos casos mu$ compleja&

Seales pseudoaleatorias

2a operaci!n de ensanchado $ desensanchado del espectro de la seal sereali#an operando so're una seal de pseudoruido "ue se o'tiene a partirde una secuencia pseudoaleatoria de 'its *secuencia de 7a8er-&

Estas secuencias tienen propiedades mu$ parecidas a las de una secuenciapuramente aleatoria de 'its, con la di%erencia de "ue las primeras sonperi!dicas $ pueden ser reproducidas& 9na secuencia pseudoaleatoria es,por lo tanto, una secuencia peri!dica de 'its, con un per+odo largo, dentrodel cual sus propiedades son similares a las de una secuencia aleatoria&

Sin em'argo, en un per+odo se ha de cumplir lo siguiente:

De'e ser 'alanceada, es decir, la di%erencia entre el n6mero de ceros$ el de unos ha de ser menor o igual "ue la unidad&

2as secuencias repetiti)as de ceros o unos han de estar distri'uidasde la siguiente %orma: la mitad han de ser de longitud uno, la cuartaparte de longitud dos, la octa)a parte de longitud tres, $ as+sucesi)amente&

De'e ser incorrelada&


4/16

ienen una cantidad "ue )ar+a por lo general entre 11 $ 1;; 'its&

Tipos de modulacin de espectro ensanchado

El resultado ser4 siempre el ensanchado del espectro de la seal&

Mediante la aplicaci!n de las tcnicas se logra "ue en el mismo inter)alo detiempo de un 'it de una seal digital *s-, se introdu#ca una cantidadmucho ma$or de 'its *per+odo de la secuencia pseudoaleatoria-, cada unode los cuales tam'in tiene asociado un inter)alo de tiempo *c-, muchomenor "ue el original&

El principio se 'asa en el concepto de "ue la disminuci!n de un inter)alo detiempo, trae aparejada una expansi!n en %recuencia&

2a capa %+sica de la especi5caci!n IEEE recuencia*>SS-&

Secuencia directa (DSSS)


5/16

En los sistemas de secuencia directa, es necesario compensar el ruido "uese introduce en cada canal de'ido a su ancho de 'anda, para ello cada 'itde datos se con)ierte en una serie de patrones de 'its redundantesllamados ?chips@& 2a redundancia "ue presenta cada chip com'inada con elensanchamiento de la seal pro)ee un mecanismo solido de detecci!n $correcci!n de errores, minimi#ando las retransmisiones&

En el proceso de transmisi!nrecepci!n se reali#an las siguientes acciones:

1- En el transmisor se modula una seal portadora con la seal en 'anda'ase de la %orma con)encional&

=- Al mismo tiempo se genera la secuencia pseudoaleatoria de pulsos'inarios, cu$o ancho de 'anda es mucho ma$or "ue el de la sealmodulada en paso'anda&

B- Se ejecuta una %unci!n ( con la seal, o'teniendo una sealcodi5cada "ue luego ser4 modulada usando 73SF *7inar$3haseShi%tFe$- antes de ser transmitida&

Es decir "ue la seal paso'anda "ue resulta de la primera modulaci!n

es modulada una segunda )e# con la seal ensanchadora&

El e%ecto de la segunda modulaci!n es ensanchar el espectro de la sealpaso'anda& Si se supone "ue la segunda modulaci!n consiste enmultiplicar la seal paso'anda por la seal ensanchadora, el resultadoen el dominio de la %recuencia ser+a la con)oluci!n del espectro de lasdos seales&

Al ser el espectro de la seal ensanchadora mucho ma$or "ue el de laseal paso'anda, el resultado de esta con)oluci!n ser4 una seal conun 7. mucho ma$or, aproximadamente igual al de la seal

ensanchadora& Este es el principio de la modulaci!n de espectroensanchado de secuencia directa *DSSS-&


6/16

- En la recepci!n, el proceso es in)erso& Esta seal, al ser reci'ida, esdecodi5cada usando una rplica local del c!digo de pseudoruido usadoen el emisor&

De este modo, el receptor solo decodi5car4 la seal "ue est codi5cada

con un c!digo determinado, resultando en un 5ltro natural para lasinter%erencias $ seales espurias&

2as seales transmitidas mediante espectro ensanchado presentan unaalta dispersi!n espectral, de'ida a "ue al ensanchar el espectro de una

seal conser)ando su energ+a, se reparte esta energ+a entre una 'anda de%recuencias ma$or&

2a densidad espectral de potencias puede llegar a ser in%erior a la potenciadel ruido trmico del canal, lo "ue )a a di5cultar no s!lo la escucha, sinotam'in la detecci!n de la seal por un receptor "ue no sea capa# dereali#ar el desensanchado&


7/16

Este tipo de modulaci!n es exigida por la >CC de los EE99 $ por la ma$or+ade los entes regulatorios de los pa+ses para utili#ar las 'andas de%recuencias li'res llamadas ISM *Industrial, Scienti5c and Medical- "ueoperan entre los =&;; G# $ los =&


8/16

esto no es a'solutamente necesario $a "ue am'os extremos de latransmisi!n conocen de antemano el patr!n de salto de %recuenciasutili#ado& Esta tcnica consigue una alta inmunidad a las inter%erencias $ alruido am'iente, so're todo cuando usa patrones aleatorios de salto de%recuencia& 2a des)entaja de esta tcnica es "ue solo se ha desarrollado enel mercado para )elocidades "ue no superan los = M'ps& Existen Hsu'canales de 1 M# "ue permiten de5nir secuencias de saltos "ue no sesolapan entre si&

Transmisin de una seal con salto de recuencia


9/16

!ecepcin de una seal con salto de recuencia

Salto de Tiempo (THSS)

Esta tcnica implica la di)isi!n del eje temporal en tramas "ue son los'lo"ues de in%ormaci!n& Estas tramas se su'di)iden en ranuras& 2a idea estransmitir en %orma pseudoaleatoria cada trama en una sola ranura, dejandolas otras )ac+as& Es as+ como el ensanchamiento depende de la cantidad deranuras, siendo sa la determinante en el incremento del ancho de 'andade la seal original&

A su )e# el periodo $ el ciclo de tra'ajo de una portadora )ar+an de %ormapseudoaleatoria &

Frecuencia modulada pulsada

Es una tcnica de ampliaci!n del espectro "ue utili#a pulsos chirp& Estatcnica consiste en un 'arrido lineal $ continuo "ue despla#a la %recuenciade la portadora $ pro)oca la ampliaci!n del espectro& Su utili#aci!n m4scom6n es en los sistemas de radar&

2a portadora de radio%recuencia se modula con un periodo 5jo $ unasecuencia de ciclo de tra'ajo 5ja& Al principio de cada pulso transmitido, laportadora se modula en %recuencia, causando un ensanchado adicional de la

portadora& El patr!n de la modulaci!n en %recuencia depender4 de la %unci!nde ensanchado "ue se elija& En algunos sistemas, la %unci!n de ensanchado


10/16

es un 'arrido en %recuencia modulada lineal, 'arriendo las %recuencias haciaarri'a o hacia a'ajo& 2a portadora se con)ierte en anal!gica&

Sistemas h"#ridos

Salto en recuencia y secuencia directa (FHSS $ DSSS)

En esta tcnica se di)ide un 'it de datos so're distintos canales, a los "uese accede por salto en %recuencia& En cada canal existe un c!digo depseudorruido "ue se multiplica con la seal "ue contiene los datos&

Salto en tiempo y recuencia (THSS $ FHSS)

Es un mtodo utili#ado en sistemas en los "ue muchos usuarios operansimult4neamente a grandes distancias so're una misma l+nea detransmisi!n $ recepci!n& Se logra "ue los usuarios transmitan a di%erentes

tiempos $ %recuencias&


11/16

De ste modo muchos canales pueden operar al mismo tiempo si suscam'ios en tiempo $ %recuencia son sincroni#ados&

!elacin capacidad de canal y ancho de #anda

De acuerdo a la le$ de Shannon, la capacidad te!rica m4xima de un canalde comunicacioneslimitado en 'andacon ruido A.G *ruido 'lancoaditi)ogaussiano- responde a la ecuaci!n:

3odr+a suponerse "ue el aumento ilimitado del ancho de 'anda secorresponder+a con un incremento en la misma proporci!n de la capacidaddel canal, lo cual no es posi'le&

Se puede hacer una aproximaci!n, considerando JK7, para recalcular lacapacidad del canal:

A su )e#, de la misma le$, se puede esta'lecer la relaci!n "ue existe entreel ancho de 'anda $ la relaci!n seal ruido a la salida&
https://es.wikipedia.org/wiki/Canal_de_comunicacioneshttps://es.wikipedia.org/wiki/Canal_de_comunicacioneshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ancho_de_bandahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_blancohttps://es.wikipedia.org/wiki/Canal_de_comunicacioneshttps://es.wikipedia.org/wiki/Canal_de_comunicacioneshttps://es.wikipedia.org/wiki/Ancho_de_bandahttps://es.wikipedia.org/wiki/Ruido_blanco


12/16

Se considera una seal de %recuencia m4xima %m4x *#-, "ue modula a unaportadora& 9na )e# modulada, la portadoraingresa a un demodulador, conun ancho de 'anda 7 $ una relaci!n seal ruido&

A la salida del demodulador, se o'tiene la seal modulante inicial *%m4x-,

con otra relaci!n seal ruido asociada&

Considerando al demodulador ideal, igualando las expresiones de Shannonpara las seales de entrada $ salida $ operando con)enientementehaciendo aproximaciones, llegamos a la conclusi!n de "ue la relaci!n sealruido a la salida mejora con el aumento del exponente 7/%m4x&

Caracter"sticas de la relacin seal%ruido (S%&) en lossistemas DS y FH

2a relaci!n seal deseada/seal inter%erente *S/I-out de salida se hacema$or "ue la relaci!n seal deseada/seal inter%erente *S/I-in de entrada $se de5ne como ganancia del proceso *3Gprocessinggain- del sistema& 2aganancia del proceso se considera el par4metro m4s importante de un

sistema SS&

9n )alor t+pico de 3G podr+a ser de 1;; a 1, o ma$or& 3or de5nici!n, 3G es:


13/16

2a caracter+stica de una relaci!n seal/ruido del sistema lineal DS deespectro ensanchado en presencia de ruido gaussiano se aplica al ruido delsistema receptor $ al ruido externo con caracter+sticas gaussianas& 3ara estacondici!n, la caracter+stica DS )iene dada por:

El sistema > consta esencialmente de un 5ltro de 'anda estrecha adaptadoa la anchura de 'anda de in%ormaci!n "ue se despla#a de manera

seudoaleatoria en %recuencia dentro de la anchura de 'anda SS& El ruidoexterno al sistema )iene por tanto go'ernado por la anchura de 'anda del5ltro de 'anda estrecha& Al e%ectuar un an4lisis del ruido o de una sealinter%erente no deseada "ue ocupe la anchura de 'anda total de los saltosde %recuencia se o'tiene una disminuci!n de la potencia de la seal nodeseada de salida "ue es igual a la relaci!n entre las anchuras de 'anda& 2a3G es pues, en este caso:

!elacin seal%intererencia

A continuaci!n se descri'e el an4lisis de la relaci!n S/I de los sistemas DS $>&

Cuando la anchura de 'anda de la seal inter%erente de entrada *7lin - esin%erior o igual a la anchura de 'anda de la seal de entrada deseada*7sin -, se ha o'tenido el 3G en %unci!n de la desinton+a *L-, como sigue:


14/16

El recha#o de la inter%erencia de 'anda estrecha por receptores DS puede

comprenderse como un proceso en el "ue la inter%erencia se expandeconsidera'lemente en la anchura de 'anda *a aproximadamente = 7sin-me#cl4ndose con la secuencia ensanchadora en el receptor& El 5ltrado de'anda estrecha en el correlador suprime toda la inter%erencia sal)o laporci!n dejada dentro de la pe"uea anchura de 'anda 7s de la sealdeseada&

Aun"ue la inter%erencia de 'anda estrecha es recha#ada hasta un gradocon%orme a la ecuaci!n anterior, la gran anchura de 'anda de = 7sin podr4incluir un gran n6mero de seales inter%erentes de 'anda estrecha& Si una om4s de estas seales inter%erentes es m4s %uerte "ue la seal deseada*posi'lemente de'ido a un transmisor inter%erente cercano $ a un

transmisor deseado alejado-, puede superar la ganancia del proceso para laseal DS e impedir el %uncionamiento apropiado del sistema& Esto se conocecomo el pro'lema NcercalejosO& Es necesario disear los sistemas DS demodo "ue no encuentren transmisores inter%erentes dentro de la anchura de'anda del receptor DS "ue sean m4s %uertes "ue la seal deseada& De estemodo, la utili#aci!n de una 7sin m4s amplia para o'tener un ma$or recha#oa la inter%erencia puede producir un pro'lema de'ido al ma$or n6mero deseales inter%erentes encontradas dentro de = 7sin&

Cuando la anchura de 'anda de la inter%erencia es superior a la de la sealdeseada, se ha o'tenido la 3G comosigue:

Como ca'+a esperar, esta %!rmula indica claramente "ue la ganancia es

proporcional a la relaci!n entre las anchuras de 'anda de 5ltrado $ alproducto tiempo por anchura de 'anda& Desde el punto de )ista de lasrelaciones de potencia a la salida, el sistema SS de 'anda ancha supera lainter%erencia en el mismo grado en "ue supera el ruido&

En el sistema de espectro ensanchado >, el generador de saltos de%recuencia reinserta la %recuencia portadora correcta para la seal deseada$ la me#cla con la %recuencia intermedia central& Cual"uier sealinter%erente "ue llegue con una %recuencia 5ja en relaci!n con la %recuenciacentral del sistema > se con)ierte tras el paso por el dispositi)o generadorde saltos de %recuencia en una seal de amplitud reducida $ %recuencia

desintoni#ada aleatoria de'ido a la acci!n del me#clador > $ del 5ltro de%recuencia intermedia&


15/16

2a seal inter%erente se 5ltra luego de manera "ue s!lo se transmitae%ecti)amente como inter%erencia a tra)s del sistema a"uellas seales "uecaen dentro del mismo canal de %recuencia "ue la seal deseada& Dado "ueexisten n canales de %recuencia posi'les, esto ocurre por trmino medio s!lodurante 1ensima parte del tiempo&

2a inter%erencia a la entrada del detector es, por tanto, similar a un procesode 3oisson& 2a degradaci!n a la entrada del receptor depende de laestructura del procesado de la seal& Dado "ue esta estructura inPu$emucho en el an4lisis de la degradaci!n, no es posi'le indicar una %!rmulageneral sencilla para las relaciones de entrada S/I necesarias& Sin em'argo,la determinaci!n de la degradaci!n resultante depende de la estructura delreceptor $ de la relaci!n S/I de entrada&

2os sistemas > no tienen necesariamente los pro'lemas Ncerca/lejosO "uea%ectan a los sistemas DS& Como una seal inter%erente de 'anda estrechas!lo a%ectar4 a un pe"ueo n6mero de saltos, s!lo producir4 un pe"ueo

n6mero de errores *"ue pueden tratarse con las tcnicas de correcci!n deerrores hacia adelante-& 9n sistema > alertado puede incluso o'ser)ar lossaltos "ue contienen seales inter%erentes $ elegir %recuencias alternati)as&

Cuando la inter%erencia se compone de una seal uni%orme de 'anda anchamodulada en amplitud *MA- con una anchura de 'anda igual a la de >, lasalida del generador de saltos de %recuencia se compone aproximadamentede una seal de amplitud constante con un trmino de despla#amiento de%recuencia aleatorio& En este caso, el an4lisis de la degradaci!n consiste enesencia en anali#ar una seal M> no deseada, reducida en potencia por larelaci!n entre las anchuras de 'anda, cual"uiera "ue sea el tipo deestructura del procesado de la seal, "ue se utilice posteriormente por elgenerador de saltos de %recuencia& Si la estructura de la detecci!n esapropiada a una modulaci!n en %recuencia *M>- o en %ase, la 3G ser4 similara la o'tenida para el ruido, excepto cuando exista una 'aja relaci!n S/I, encu$o caso se introducir4 un e%ecto de captura M>&

Cuando la inter%erencia se compone de una seal de M> de 'anda anchacon una anchura de 'anda igual a la de >, la seal de salida del generadorde saltos es de amplitud algo aleatoria con un despla#amiento de %recuenciaaleatorio& El e%ecto de esta seal ser+a mu$ similar al caso de inter%erenciade ruido, de manera "ue la 3G )iene dada por la primera ecuaci!n $ larelaci!n S/I necesaria de entrada es la misma "ue se re"uiere para el caso

de ruido gaussiano&

!ecursos 'e#

QQQ&itu&int/dmsRpu'rec/itur/rec/sm/((ECSM&1;HH;1;ITT3D>S&pd%

http://QQQ&up)&es/satelite/tra'ajos/pracGrupo/spectren&htm


16/16

http://QQQ&edutecne&utn&edu&ar/monogra5as/standardR

Spread Spectrum UTN.docx

Documents

Transcript of Spread Spectrum UTN.docx