Modula¸c˜ c˜ ao Digit ao Digital al e Espal Espalhamento hamento Esp Espectral ectral Prof. Prof. Rafael Rafael Guimar˜ Guimar˜aes aes Redes sem Fio
Aula 5
Sum um´ ´ ario
Sum´ ario
1 Motiva¸c˜ c˜ ao e Ob ao Objet jetiv ivos os
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Espalhamento Espectral Sequˆ Se quˆenci en cias as de Pseu Ps eudo do-R -Ru u´ıdo ıdo Espectro Espe ctro Espalhado de Sequˆ Se quˆ encia encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ Frequˆencia encia (SS-FH)
3 Ref Refer erˆ ˆ en cias enci as
Motiva¸ c˜ ao e Objetivos
Sum´ ario
1 Motiva¸c˜ ao e Objetivos
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Espalhamento Espectral Sequˆencias de Pseudo-Ru´ıdo Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆencia (SS-FH)
3 Referˆ encias
Motiva¸ c˜ ao e Objetivos
Motiva¸c˜ ao e objetivos
Motiva¸c˜ ao As t´ecnicas de modula¸c˜ao lutam para conseguir maior eficiˆencia de potˆencia e/ou largura de banda em um canal de ru´ıdo gaussiano aditivo (AWGN). Rejei¸c˜ao de interferˆencias intencionais. Redu¸c˜ao do efeito de interferˆencias por m´ ultiplos percursos. Acesso M´ ultiplo.
Objetivos Conceituar e caracterizar as t´ ecnicas de Espalhamento Espectral.
Espalhamento Espectral
Sum´ ario
1 Motiva¸c˜ ao e Objetivos
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Espalhamento Espectral Sequˆencias de Pseudo-Ru´ıdo Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆencia (SS-FH)
3 Referˆ encias
Espalhamento Espectral
Espalhamento Espectral
O sinal ocupa uma banda muito maior do que a banda m´ınima necess´aria para enviar a informa¸c˜ao. O espalhamento ´e feito por meio da utiliza¸c˜ao de um c´odigo independente dos dados de informa¸c˜ao Exclus˜ao do FM
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Regra de Carson!
No receptor o sinal original ´e recuperado atrav´es de uma opera¸ c˜ao de correla¸c˜ao entre o sinal recebido e uma r´eplica sincronizada do c´ odigo utilizado na transmiss˜ao.
Espalhamento Espectral
Espalhamento Espectral Os sinais do espectro espalhado s˜ao pseudoaleat´ orios e possuem propriedades tipo ru´ıdo quando comparados com dados de informa¸ c˜ao digital. A forma de onda com espalhamento ´e controlada por uma sequˆencia de pseudo-ru´ıdo (PN) ou c´ odido de pseudo-ru´ıdo , que ´e uma sequˆencia bin´aria que parece ser aleat´ oria, mas que pode ser reproduzida de maneira determin´ıstica por receptores intencionados. Os sinais de espectro espalhado s˜ ao demodulados no receptor por meio da correla¸c˜ao cruzada com uma versao da portadora pseudo-aleat´ oria gerada localmente. A correla¸c˜ao cruzada com a sequˆencia PN desespalha o sinal e restaura a mensagem original, enquanto a correla¸c˜ao cruzada com um sinal indesejado resulta em um sinal que pode ser tratado como ru´ıdo.
Espalhamento Espectral
Espalhamento Espectral - Vantagens Rejei¸c˜ao a interferˆencia intencional (”jamming”) pois as transmiss˜ oes alheias na mesma faixa de frequˆencia do sinal de interesse, e consequentemente descorrelacionadas deste, s˜ao fortemente atenuadas no receptor; Rejei¸c˜ao a interferˆencia natural devido ao ganho de processamento inerente ao processo; Baixa probabilidade de intercepta¸c˜ao por dois aspectos: faixa mais larga a ser monitorada e densidade de potˆencia do sinal a ser detectado reduzida pelo processo de espalhamento de espectro; Possibilidade de comunica¸c˜ao multiusu´ario de acesso aleat´ orio por endere¸camento seletivo que consiste na transmiss˜ao de sinais de v´arios usu´arios simultaneamente no tempo, ocupando a mesma faixa de frequˆencia Esta ´e a chamada capacidade de M´ ultiplo Acesso por Divis˜ao de C´ odigo (CDMA) dos sistemas de espalhamento espectral;
Espalhamento Espectral
Espalhamento Espectral - Vantagens
Resistˆencia aos efeitos dos m´ ultiplos percursos (quando o sinal transmitido percorre mais de um caminho at´e o receptor, devido a reflex˜oes na superf´ıcie, pr´edios, ´arvores e atmosfera, produzindo interferˆencias no sinal recebido). Uma vez que o receptor intercepte o sinal recebido pelo caminho direto e obtenha a correla¸c˜ao deste com a sequˆencia de c´odigo previamente conhecida, os outros sinais que chegam por m´ultiplos percursos, ainda que possuam o mesmo c´ odigo, estar˜ao defasados no tempo e, consequentemente, descorrelacionados com o primeiro;
Espalhamento Espectral
Espalhamento Espectral - Vantagens
Medidas de distˆancia com alta resolu¸c˜ao em sistemas de radar que utilizam t´ecnicas de espalhamento espectral conseguem resolu¸ c˜ao melhor que os convencionais devido ao ganho de processamento inerente e `a capacidade desses sistemas distinguirem pulsos muito pr´ oximos oriundos de reflex˜ oes no mesmo alvo, recebidos por m´ ultiplos percursos; Referˆencia de tempo universal precisa apesar de problemas de m´ ultiplo percurso A distin¸c˜ao de pulsos muito pr´ oximos recebidos por m´ ultiplos percursos aliado ao ganho de processamento proporcionado pelas t´ ecnicas de espalhamento espectral, torna poss´ıvel a um transmissor informar o mesmo referencial de tempo (com uma precis˜ ao tanto maior quanto mais elaborado for o sistema de espalhamento espectral), a receptores que conhe¸cam o c´odigo utilizado no espalhamento.
Espalhamento Espectral
Sequˆ encias de Pseudo-Ru´ıdo
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Espalhamento Espectral Sequˆencias de Pseudo-Ru´ıdo Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆencia (SS-FH)
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Sequˆ encias de Pseudo-Ru´ıdo
Sequˆ encias PN Uma sequˆencia de Pseudo-Ru´ıdo (PN) ´e uma sequˆencia que tem caracter´ısticas semelhantes a uma sequˆencia aleat´ oria durante um per´ıodo de tempo N´umero de 1’s e 0’s quase igual. Correla¸c˜ao baixa entre vers˜oes deslocadas de sequˆencia. Correla¸c˜ao cruzada baixa entre duas sequˆencias quaisquer.
O c´ odigo PN consiste em sequˆencias de 1’s e 0’s, `a uma taxa maior que a taxa dos bits de transmiss˜ao, com propriedades ortogonais.
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Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
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Espalhamento Espectral Sequˆencias de Pseudo-Ru´ıdo Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆencia (SS-FH)
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Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
SS-DS Um sistema de Espectro Espalhado de Sequˆencia Direta (SS-DS) espalha os dados da banda base multiplicando diretamente os pulos de dados por uma sequˆencia PN. Um u ´nico pulso ou s´ımbolo PN ´e chamado chip . No receptor DSSS o ”desespalhamento” ´e feito multiplicando o sinal recebido pelo gerador local de sinal PN.
Espalhamento Espectral
SS-DS
Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
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SS-DS
Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
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Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
Espalhamento Espectral
Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
SS-DS Para a camada DSSS tamb´em foram definidos dois tipos de modula¸c˜ao, para duas taxas de transmiss˜ao diferentes. A taxa de 1 Mbps ´e baseada na modula¸c˜ao DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying, ou simplesmente DPSK), transmitindo 1 bit por s´ımbolo. Enquanto a taxa de 2 Mbps utiliza a modula¸c˜ao DQPSK (D Quadrature PSK), transmitindo 2 bits por s´ımbolo. No entanto, o uso da modula¸c˜ao DQPSK requer uma melhor rela¸c˜ao sinal-ru´ıdo, ou seja, isso ser´a um limitante para a distˆancia entre os terminais. Logo, a taxa de transmiss˜ao utilizada ser´a definida pelo fator distˆancia, resultando em um raio de alcance menor para a taxa de 2 Mbps, e a partir desse ponto at´e um raio de alcance um pouco maior, utiliza-se a taxa de 1 Mbps.
Espalhamento Espectral
Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS)
SS-DS
O padr˜ao 802.11 DSSS define tamb´em um c´ odigo PN de 11 bits para a codifica¸c˜ao dos s´ımbolos, chamado de sequˆencia de Barker. Cada sequˆencia de 11 bits ser´a utilizada para codificar 1 ou 2 bits, de acordo com a taxa utilizada, gerando ent˜ao os s´ımbolos, que ser˜ao transmitidos `a taxa de 1 MSps (mega s´ımbolos por segundo). Os c´ odigos da sequˆencia de Barker ser˜ao gerados a partir da seguinte sequˆencia: +1, -1, +1, +1, -1, +1, +1, +1, -1, -1, -1.
Espalhamento Espectral
Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
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Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
SS-FH
O salto de frequˆencia envolve uma mudan¸ca peri´ odica de frequˆencia na transmiss˜ao. O sinal pode ser considerado como uma sequˆencia de rajada de dados moduladas com frequˆencia (FSK) de portadoras pseudo-aleat´ orias, vari´aveis no tempo. Ou seja, ao inv´es de utilizar frequˆencias f1 e f2 pr´e-definidas, as frequˆencias utilizadas para se transmitir 0 ou 1 s˜ao alterados de acordo com uma sequˆencia pseudo-aleat´ oria gerada (c´ odigo PN). Os dados s˜ao enviados atrav´es de saltos na portadora do transmissor para canais aparentemente aleat´ orios, que s˜ao conhecidos apenas pelo receptor desejado.
Espalhamento Espectral
SS-FH
Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
Espalhamento Espectral
SS-FH
Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
Espalhamento Espectral
Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
SS-FH
Para que este sistema funcione, ´e necess´ario que todas as suas esta¸co˜es estejam sincronizadas e funcionando simultaneamente com a mesma sequˆencia pseudoaleat´ oria de frequˆencias, para que possa haver compatibilidade entre elas. Isto ´e poss´ıvel se os geradores de n´ umeros pseudoaleat´ orios de todas elas utilizarem a mesma semente, pois desta forma, a sequˆencia pseudoaleat´oria gerada em cada uma delas ser´a a mesma. ´ poss´ıvel que dois sistemas de FH utilizem uma mesma banda de E frequˆencia, pois se eles forem configurados para utilizarem sequˆencias de hopping diferentes, isto impedir´a que ocorra interferˆencia entre eles.
Espalhamento Espectral
Espectro Espalhado por Salto de Frequˆ encia (SS-FH)
SS-FH
A modula¸c˜ao definida para a camada FHSS ´e o 2-GFSK para a taxa de 1 Mbps, e o 4-GFSK para 2 Mbps, utilizando um canal de 1 Mhz. O 2-GFSK utiliza 2 frequˆencias poss´ıveis, transmitindo 1 bit por s´ımbolo, enquanto o 4-GFSK utiliza 4 frequˆencias poss´ıveis, transmitindo ent˜ao 2 bits por s´ımbolo.
Referˆencias
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Espalhamento Espectral Sequˆencias de Pseudo-Ru´ıdo Espectro Espalhado de Sequˆ encia Direta (SS-DS) Espectro Espalhado por Salto de Frequˆencia (SS-FH)
3 Referˆ encias
Referˆencias
Referˆ encias
Alessandro de Paula Oliveira, notas de aula, ”Modula¸c˜ao PAM,PWN, PMM , dipon´ıvel em: http://paginapessoal.utfpr.edu.br/alessandro M´arlio Jos´e do Couto Bonfim, notas de aula, ”T´ecnicas de Modula¸c˜ao”, dispon´ıvel em: http://www.eletr.ufpr.br/marlio/te241/aula3.pdf
