Krzysztof Włostowski pok. 467 tel

Transkrypt

1 Systemy z widmem rozproszonym ( (Spread Spectrum) Krzysztof Włostowski chrisk@tele tele.pw.edu.pl pok. 467 tel

2 Systemy SS - Spread Spectrum (z widmem rozproszonym) CDMA Code Division Multiple Access (wielodostęp z podziałem kodowym) 2

3 Systemy z widmem rozproszonym Sygnał danych rozproszony na szerokie pasmo - spreading W>>B (W pasmo sygnału transmitowanego, B - pasmo sygnału informacyjnego) Sekwencja rozpraszająca ciąg pseudolosowy Odbiornik wykorzystuje tą samą sekwencję do odtworzenia sygnału danych - despreading SS jest podstawą wielodostępu CDMA (Code Division Multiple Access) Realizacje: DS - Direct Sequence FH - Frequency Hopping TH - Time Hopping 3

4 Systemy z widmem rozproszonym Widmowa gęstość mocy Sygnał danych Sygnał transmitowany (po rozproszeniu) Częstotliwość f 0 W B Zysk modulacyjny (współczynnik rozproszenia) Dane (sygnał informacyjny) R b =1/T b Sekwencja (kod) rozpraszająca R c =1/T c W B = R c R b 4

5 Systemy z widmem rozproszonym Zalety: Odporność na zakłócenia (głównie wąskopasmowe) i interferencje (odporność tym większa im większy zysk modulacyjny) Wielu użytkowników może współdzielić to samo pasmo Sygnał danych niedostępny bez znajomości kodu rozpraszającego CDMA nie wymaga synchronizacji sieciowej Wady: Wymaga szerokiego pasma Wymagana precyzyjna synchronizacja kodu 5

6 Systemy z widmem rozproszonym Direct Sequence satelita dane R b =1/T b d(t) X X X DPF X c(t) generator kodu R c =1/T c cos2πf c t R c >> R b cos2πf c t kod synch. c(t) generator kodu 1 T b T b (..)dt 0 dane d(t) T c T b kod c(t) d(t) c(t) c(t) dane odebrane 6

7 Systemy z widmem rozproszonym Direct Sequence sygnały niepożądane satelita dane 1 SPREADING 2 W >> B 3 DESPREADING dane odebrane 4 1 psd 3 psd zakłócenie sygnał + szum + sygnały innych użytk. 2 psd B W częstotliwość 4 psd f c częstotliwość f c częstotliwość częstotliwość 7

8 Systemy z widmem rozproszonym Direct Sequence odbiornik X X odtworzony sygnał danych KOD SYNC c(t) GENERATOR KODU 2cos2πf c t ODTWARZANIE NOŚNEJ Koherentna demodulacja wymusza odtworzenie sygnału mośnego w odbiorniku. Despreading jest wykonywany przed demodulacją aby zredukować interferencje od innych źródeł sygnałów oraz aby poprawić jakość odtwarzania nośnej. 8

9 Systemy z widmem rozproszonym generacja kodu rozpraszającego Clock f = 1/T c rejestr przesuwny n komórek T c T c T c kod szybkość: R c =1/T c okres: 2 n -1 chips Przykład: Funkcja Korelacji Kodu -1/(2 n -1) R code (δ) T c Widmowa Gęstośc Mocy Kodu 2 n -1 chips 0 -R c R c f=r c /(2 n -1) δ częstotliwość T c T c T c + n=3 rejestr przesuwny

10 Systemy z widmem rozproszonym Frequency hopping (FH) Częstotliwość generowana przy skoku jest określona przez sekwencję (kod) rozpraszającą i jest zmieniana co T c Czas trwania bitu T b Wolne (slow) SFH (T c T b, skok raz na kilka elementów danych) Szybkie (fast) FFH (T c < T b, wiele skoków na element danych) Odporność na zakłócenia rośnie ze wzrostem liczby używanych częstotliwości 10

11 Systemy z widmem rozproszonym Sekwencje (kody) rozpraszające Sekwencje pseudolosowe maksymalnej długości dobre właściwości auto i cross-korelacji mała liczbamożliwych sekwencji kodowych Kody Golda i Kasami. Generowane z sekwencji o maksymalnej długości. Podobne właściwości korelacyjne, większa liczba sekwencji możliwych do użycia Kody Walsha i Hadamarda 11

12 Systemy z widmem rozproszonym Porównanie DS i FH DS Spread Spectrum Nadaje się do realizacji systemów z różnymi przepływnosciami Duża pojemność Wymagana kontrola mocy FH Spread Spectrum Korzystne dla systemów ad hoc, np. WPAN Limitowana przepływność (mała szybkość transmisji) DS i FH są wykorzystywane do realizacji CDMA Możliwe połączenie z OFDM - Flash OFDM 12

13 Wielodostęp Umoźliwia współdzielenie kanału przez wielu użytkowników. Protokoły ze stałym przydziałem: O FDMA (SCPC) O TDMA O CDMA Protokoły z dostepem na żądanie: O DAMA-TDMA O DAMA- FDMA O reservation ALOHA 13

14 Wielodostęp Frequency Division Multiple Access (FDMA) Użytkownik 1 Użytkownik 2 Użytkownik 3 czas Każdy z użytkowników wykorzystuje przydzielone pasmo częstotliwości Problemem jest interferencja między sygnałami. Utrudniona modyfikacja (dodawanie nowych użytkowników) częstotliwość 14

15 Wielodostęp Time Division Multiple Access (TDMA) Użytkownik 1 Użytkownik 2 Użytkownik czas Każdy z użytkowników wykorzystuje całe pasmo w określonych momentach (szczelinach czasowych). Systemy cyfrowe, konieczna synchronizacja sieciowa. Problemem jest interferencja międzysymbolowa ISI. częstotliwość 15

16 Wielodostęp moc nośnej T F TDMA szybkość R TDMA czas T P moc nośnej FDMA szybkość R FDMA czas TDMA wymaga dużej mocy chwilowej nadajnika R TDMA = R TDMA T F T P Optymalnie: uplink - FDMA downlink - TDMA 16

17 Wielodostęp Code Division Multiple Access (FH-CDMA) Użyt częstotliwość Użyt. 1 czas Całe pasmo dostępne przez cały czas. Każdy z użytkowników przeskakuje po częstotliwościach w sposób zależny od sekwencji kodowej i danych. Użykownicy rozróżniani są po sekwencjach kodowych. Odporność na zakłoćenia wąskopasmowe (interferencje). zastosowanie: np. Bluetooth 17

18 Wielodostęp Code Division Multiple Access (DS-CDMA) kod Użytkownik 3 Użytkownik 2 Użytkownik 1 czas Całe pasmo dostępne przez cały czas. Sygnał zmodulowany jest rozproszony na szerokie pasmo przez wymnożenie danych przez sekwencję kodową. Użykownicy rozróżniani są po sekwencjach kodowych. Odporność na zakłoćenia wąskopasmowe (interferencje) zastosowanie: IS- 95, systemy 3G częstotliwość 18

19 CDMA NAD ODB Użytkownik 1 zakłócenia cos2πf c t Użytkownik 2 cos2πf c t Użytkownik n cos2πf c t 19

20 CDMA Pojemność systemu założenie: źródłem zakłóceń są sygnały innych użytkowników K - liczba stacji (użytkowników) R b - szybkość transmisji danych R c - szybkość transmisji kodu C - moc sygnału (E b /N 0 ) W - wymagana wartość (E b /N 0 ) dla założonej stopy błędów (BER) E b = C R b N 0 = (K-1)C R c E b N 0 W = R c 1 R b (K-1) K R c 1 = + 1 max R b (E b N 0 ) W / 20

21 CDMA Zakodowana wiadomość 1101 użytkownik użytkownik użytkownik 21