Sistemi spread spectrum [era: Sonde spaziali]

From: Nicola Scolari <nicola.scolari.mosfet_at_epfl.ch>
Date: Tue, 24 Sep 2002 14:50:12 +0200

Sto lavorando con dei sistemi spread spectrum, dunque provo a dare il
mio contributo. Penso che in tutto il discorso ci sia una piccola
confusione, allora vediamo di chiarire i concetti.
Nei sistemi di comunicazione critici si usano varie tecniche combinate
assieme: la prima e chiaramente una di quelle fondamentali sono i codici
di correzione degli errori. Questo sistema essenzialmente prende una
sequenza di n bit e ci aggiunge m bit di correnzione. A seconda del
rapporto m/n si possono correggere un certo numero di errori o
dettetarne un numero piu' alto.
Una seconda categoria che e' molto usata sono i sistemi di scrambling e
di interleaving che si sovrappongo a sistemi di correzione degli errori.
In pratica si mischiano i bits (o bytes) per rendere piu' efficenti i
sistemi di correzione di errori e per evitare segnali troppo periodici
(che influiscono sui sistemi di ricezione che solitamente sono "tarati"
per funzionare cos segnali aleatori). Questa categoria non e' necessaria
  ma migliora la qualita' della ricezione.
La terza categoria che e' forse quella su cui si stava discutendo e'
quella dello spread spectrum. Quello che fa in pratica e' aumentare la
larghezza della banda del segnale. Qui si distinguono 2 categorie: i
sistemi a direct sequence (UMTS?) e quelli a frequency hopping (per
esempio i sistemi WiFi).
Il frequency hopping fa quello che dice: in pratica non c'e' piu' una
portante fissa, ma la portante salta da una frequenza all'altra. Per
esempio i sistemi Bluetooth hanno 79 bande da 1 MHz e la trasmissione si
fa saltando da un canale all'altro. I salti avvengono in base a sequenze
che vengono dette pseudo-casuali, poiche' il loro spettro ricorda quello
di un rumore bianco. Questa tecnica viene usata per evitare disturbi
localizzati che bloccherebbero un canale e sono molto apprezzati anche
da militari, poiche' se la sequenza di salti non e' conosciuta e'
difficile ricostruire il segnale. Con le sequenze giuste si possono
avere anche piu' utenti sugli stessi canali, ma qui entriamo in un
discorso che non c'entra nulla.
La tecnica di direct sequence e' quella a cui probabilmente fa
riferimento e' quella un po' piu' complessa (anche da gestire...).
In pratica ad ogni simbolo (che puo' essere un bit o una serie di bit)
viene associata una serie di bits (secondo vari criteri: ad esempio per
le serie di Barker si somma in binario il bit da codificare per tutti i
bit della serie). Questa serie di bits sono solitamente sequenze pseudo
aleatorie che permettono di avere un segnale che ricorda un rumore
bianco. Si ottiene un segnale ad un bitrate piu' elevato che dunque
occupa una banda piu' larga. Trasmettendo alla stessa potenza si aumenta
chiaramente la capacita' del canale e allargando di molto la banda si
puo' anche diminuire la potenza. Un'altra caratteristica di questi
segnali e' che, essendo pseudo aleatori, hanno un prodotto di
autocorrelazione molto simile ad un delta di Dirac. Cioe' quando si
riceve il segnale se lo si rimoltiplica per la stessa sequenza si riesce
facilmente ad estrarre il segnale. Inoltre visto che in ricezione si
rimoltiplica per la stessa sequenza, qualunque segnale a banda stretta
viene "speadato" (spalmato? :-) su di una banda piu' larga. Questo
permette di aggirare i rumori localizzati, ma anche segnali modulati con
la stessa tecnica ma con sequenze differenti (in genere per i sistemi
CDMA (code division multiple access) si usano sequenze con prodotti di
intercorrelazione molto bassi. Una volta ho fatto una simulazione dove
riuscivo ad estrarre un segnale con un rapporto SNR di -20 (!!!!) con
delle sequenze di 2047 bit...

Spero possa essere stato utile!
Ciao

-- 
Nicola Scolari
"Smile, tomorrow will be worse."
Received on Tue Sep 24 2002 - 14:50:12 CEST

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