Spread spectrum modulation 2 - Fondamenti di telecomunicazioni

Spread Spectrum Modulation

È una particolare Tecnica di trasmissione, completamente opposta a quelle viste fin ora: finora il nostro scopo è stato ridurre la banda del segnale per avere un rapporto segnale rumore elevato e rendere quindi ridotto le BER. Questa Tecnica invece consiste nell'allargare lo spettro del segnale fino a fargli occupare l'intero exiolo(?), così facendo la potenza del segnale si distribuisce su un numero maggiore di frequenze e il segnale diventa come una sorta di rumore di fondo.

• (TECNICHE CLASSICHE)
• (SPREAD SPECTRUM MODULATION)

N.B.

La potenza del segnale (Area a strisce blu) si mantiene uguale!

Osservazioni:

• Questa tecnica permette di risparmiare potenza, nella trasmissione infatti, abbiamo un bit-rate più efficace e questo consente di trasferire in velocità maggiore.
• Le comunicazioni sono più sicure perché un segnale che occupa più banda, si distribuisce su più frequenze e quindi più difficile da essere intercettato.
• È una tecnica sviluppata a punto in ambito militare.

Come allargare la banda?

Esistono diverse tecniche, quelle che analizzeremo sono:

• FHSS ( Frequency-hopping-spread spectrum )
• DSSS ( Direct-sequence-spread spectrum )

Spread Spectrum Modulation

È una particolare Tecnica di trasmissione, completamente opposta a quelle viste fin'ora; fin'ora il nostro scopo è stato ridurre le bande ad un minimo per avere un rapporto segnale rumore elevato e rendere quindi minimi le BER. Questa Tecnica invece consiste nell'allargare lo spettro del segnale fino a fargli occupare l'intero canale. Così facendo la potenza del segnale si distribuisce su un numero maggiore di frequenze e il segnale diventa come una sorta di rumore di fondo.

N.B. La potenza del segnale (Area a strisce blu) si mantiene uguale!

Osservazioni

• Questa tecnica permette di risparmiare potenza, sulla trasmissione infatti, abbassano un bit-rate più elevato e quindi consente di trasmettere a velocità maggiore.
• Le comunicazioni sono più sicure perchè un segnale che occupa più banda, si distribuisce su più frequenze e quindi più difficile da essere intercettato.
• È una tecnica sviluptata appunto in ambito militare.

Come Allargare la Banda?

Esistono diverse tecniche, quelle che erano elencate sono:

• FHSS (Frequency-hopping spread spectrum)
• DSSS (Direct-sequence spread spectrum)

DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM

Consideriamo una generica sequela m(t)

Per allargare la banda di m(t), basta ridurre "T_b" il più preso possibile, e quindi bisosgna moltiplicare m(t) per una sequenza abitraria c(t) che varia velocemente nel tempo.

Trasmittore e ricevitore devono essere sincronizzati e devono conoscere c(t). La sequenza c(t) è caratterizzata dal Tempo di Chip T_c, che è la durata delle forme d'onda del codice che utilizzo per lo spreading.

Facendo il prodotto di c(t) con m(t) allaghiamo le bande del spettro

N.B. Dato che la sequenze c(t) è pseudo-random, può essere generato casualmente all’interno di un periodo se si ripete ciclicamente.

Risolvente la sequenza è generato da Flip-Flop in XOR tra loro. La lunghezza max di c(t) è N = 2^k - 1 k = n⁰ flip-flop

Proprietà della sequenze di massima lunghezza: -x numero di 1 e 0 è 7 del n° di 8°.

SPREAD SPECTRUM IN BANDA BASE

Consideriamo una sequenza b(t) con associato ad esso una codice polare, unipolare di dorve trasmettere.

devono essere sincronizzati tra tx e rx

Effettuiamo lo spreading

N.B. L'intera sequenza c(t) deve entrare in un T_b e si deve ripetere per ogni bit del sequale b(t). I singoli bit di c(t) si chiamano chip e durano T_c

T_c = 1/R_c → R_c = 1/T_c

Esprimiamo il "process gain" cioè il processo di guadagno o spreading.

PG = N = T_b/T_c

i_t(t) = Potenze dell'interferente

Detto r(t) = b(t)·c(t) + i(t) in questo momento non possiamo riconoscerlo un recatore, per forza dobbiamo effettuare il Despreading.

~~b(t) = b(t) - 2/4(t) + i(t)·c(t)

=

L'Area blu è la pot. dell'utile, l'Area rosse rappresenta il “Margine di Jamming” (Jamming=interferente), ovvero il guadagno da ottenere nel rapporto segnale/interferente.

SPREAD SPECTRUM IN BANDA PASSANTE

Il procedimento è identico a quello in banda base, solo che di regola viene associata una modulazione B-PSK.

Analizziamo le fasi di despreading:

SNR_IN = ^E_b/_{Tb J}

SNR_out = ^2E_b/_J•Tc

Scriviamola come funzione delle altre:

(SNR)_out = ^2T_b/_Tc (SNR)_IN

In dB =>

10 log₁₀(SNR)_out = 10 log₁₀ (SNR)_IN + 3 + 10 log₁₀ (PC)

MARGINE DI JAMMING

^J-P/_P=^P_A/_Eb/^N0 rapporto tra potenza interferente e potenza del rumore.

FREQUENCY-HOPPING SPREAD SPECTRUM

Dato che la Tecnica "DSSS" ha un limite, ovvero che all'aumentare delle lunghezza di chip aumentala frequenza, e questo significa audire rumore a frequenze non lineari, cerchiamodi risolvere questo problema utilizzando le tecnica "FHSS".Con questa tecnica possiamo allargare lo spettro quanto vogliamo,perche' avremo dei salti in frequenza. In questo caso al segnaleassociamo una M-FSK

Si prende il codice Pseudocasuale, lo si suddivide in blocchidi "l" bit, ed a ciascun blocco si associa la frequenza di hop

Tre pennelli vengono presunti "2" canali per ciascuna frequente in cuessi verranno trasmessi i segnali M-FSK

N.B. Nelle DSSS il segnale veniva moltiplicato per l'intero periodoqui invece solo per i due gruppi di bit.

N.B. Il "BPF" serve a filtrare le capacità che si formano moltiplicandoil segnale M-FSK con i due gruppi di bit.

Esistono due tipi di frequency-hopping:

• SLOW FREQUENCY-HOPPING
• FAST FREQUENCY-HOPPING