07 espalhamento, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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espalhamento espectral marcelo bj^1

Espalhamento Espectral

Spread Spectrum

Introdução

 CDMA – code division multiple access

 acesso múltiplo por divisão de código,  é um sistema de transmissão digital no qual todos usuários ocupam simultaneamente a mesma banda de transmissão,  a tecnologia cdma utiliza a técnica de espalhamento espectral para permitir que mais de um usuário ocupe a mesma banda,  o espalhamento espectral é executado utilizando um código independente dos dados,  como consequência, o sistema apresenta um uso melhor do espectro de radio frequência quando comparado com outras tecnologias.

 aplicações:

• celular norte americano, bluetooth, gps, 4G GSM, ... marcelo bj

 Espalhamento Espectral

 o sinal de informação é multiplicado por uma sequência código (com múltiplos bits) com as seguintes características:

• faixa larga,
• pseudoaleatória (semelhante ao ruído branco),
• descorrelacionada com o sinal.  como resultado o sinal é espalhado por uma banda muito maior do que a mínima requerida.  o sinal transmitido apresenta as mesmas propriedades do código, ou seja, se assemelha a um ruído branco,
• dando ao sistema a habilidade de rejeitar interferências, baixa probabilidade de interceptação, ....

marcelo bj

-Rb^ Rb

-Rc Rc

espectro de amplitude do sinal digital original.

marcelo bj

espectro de amplitude do sinal digital (espalhado) após a multiplicação pelo código.

espalhamento

fundamentos da técnica

 Diagrama em blocos do transmissor

RF

si(t)

sci(t)

dados d(t) si(t)sci(t)

 O processo de espalhamento e transmissão envolve dois passos:

 a portadora de RF é modulada pelos dados da informação digital,

• taxa de bits de d(t)  Rb = 1/Tb  o sinal si(t) é multiplicado pela sequência código sci(t).
• taxa de chip ( chip rate )  Rc = 1/Tc tal que: Rc >> Rb  o sinal resultante si(t)sci(t), espalhado espectralmente, é transmitido com outros M sinais. marcelo bj

 Durante a transmissão

 os M sinais são contaminados por ruído [ n (t) ] e outras interferências [ i (t) ] tal que:

r   t s   t sc   t i   t n   t

M

j

  j j  

 1

s 1 ( t ) sc 1 ( t )

s M ( t ) scM ( t )

n ( t )

i ( t )

r ( t )

marcelo bj

 assim, o sinal u(t) se reduz a:

u   t  ksi   t  ruído

 o filtro passa banda:

• seleciona ksi(t),
• reduz ainda mais o ruído,
• na saída obtém o canal “i”.

v   t  ksi   t

 o demodulador:

• demodula o sinal de RF e recupera a informação d(t).

marcelo bj

Bw dados

G Bw espalhado

i

p  t

o

p

j LSNR

G

M

 parâmetros importantes:

• Ganho de processamento ou fator de espalhamento
• determina o número de usuários do sistema

margem de interferência

marcelo bj

• L → representa perdas durante a transmissão.
• SNR → relação sinal/ruído de saída mínima para uma desejada probabilidade de erro.

 saída do bloco multiplicador: t (^) x  dtsci

Rc

• Rb Rb

-Rc

-Rc Rc

dt

sc

t x  dtsci

Tb

Tc

tempo frequência sinal no domínio do tempo e da frequência para um sistema por sequência direta. marcelo bj

 Efeitos da multiplicação:

 espalhar o espectro da banda base de Rb para Rc.  o espalhamento se dá sobre uma faixa muito maior que a da informação.

Bwdt  Rb  Bwss  Rc  o sinal espalhado tem a aparência de um ruído.  a amplitude no tempo, e consequentemente a potência permanecem as mesmas.  assim, densidade espectral de potência é muito menor pois o sinal é espalhado por toda a faixa.

 Ganho de processamento

c b

c i

ss p (^) R N

R Bw

Bw G   

 Nc fator de expansão da largura de banda. marcelo bj

 Saída do bloco multiplicador tem-se:

d (^) r  rxscr

 desde que: sc (^) r  sct e rx  dtsct  dr  dtsc t^2

 a sequência código alterna-se entre os níveis:  1, assim:

Rsc (   0 )  sct  1  dr  dt 2

 se a sequência scr não é sincronizada com sct ou então scr  sct os dados não podem mais ser recuperados.  como as sequências são pseudo aleatórias a, função de correlação cruzada é muito pequena, próxima de zero, isto é:

Rc ( )  sct. scr  1   dr  0

marcelo bj

-Rc Rc

sc

tempo frequência

-Rc Rc

rx

Tc

• Rb Rb

dr

Tb

sinal no domínio do tempo e da frequência para a detecção no sistema de sequência direta.

marcelo bj

esquema de geração

 Sequências pseudo-aleatórias são geradas utilizando registradores de deslocamento e portas ou exclusivo como abaixo,

1 2 M

LÓGICA BINÁRIA

relógio

saída

 propriedades:  lógica com somadores módulo-2  o registrador é linear,  o estado nulo não é permitido,  tamanho da sequência: Nc  2 M^ - 1,  se Nc = 2M^ - 1  sequência de comprimento máximo (sequência- m). marcelo bj

 exemplo:

 gerador de sequência de comprimento máximo com três registradores de deslocamento.

relógio

s^ saída 0 s^1 s^2 s^3

 admitindo como estado inicial: ( s 1 , s 2 , s 3 ) = (1, 0, 0) tem-se: s 0 s 1 s 2 s 3 = saída 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 ← retorno ao estado inicial

repete-se com período NC Nc = 2^3 - 1 = 7

marcelo bj