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Direct Sequence Spread Spectrum: die Grundlagen

Direct Sequence Spread Spectrum: die Grundlagen


Das DSSS-Spreizspektrum mit direkter Sequenz ist eine Form der Spreizspektrumübertragung, bei der Spreizcodes verwendet werden, um das Signal über eine größere Bandbreite zu verteilen, als dies normalerweise erforderlich wäre.

Die Technik hinter dem direkten Sequenzspreizspektrum, DSSS, ist auf den ersten Blick nicht intuitiv, aber DSSS wird in einer Reihe von Bereichen eingesetzt, in denen erhebliche Vorteile erzielt werden können.

Grundlagen des direkten Sequenzspreizspektrums

Das Direktsequenz-Spreizspektrum ist eine Übertragungsform, die über die Bandbreite der Übertragung dem weißen Rauschen sehr ähnlich sieht. Sobald sie jedoch mit den richtigen Entschlüsselungscodes empfangen und verarbeitet wurden, können die erforderlichen Daten extrahiert werden.

Bei der Übertragung eines DSSS-Spreizspektrumsignals wird das erforderliche Datensignal mit einem sogenannten Spreiz- oder Chipcode-Datenstrom multipliziert. Der resultierende Datenstrom hat eine höhere Datenrate als die Daten selbst. Oft werden die Daten mit der XOR-Funktion (exklusives ODER) multipliziert.

Jedes Bit in der Spreizsequenz wird als Chip bezeichnet, und dies ist viel kürzer als jedes Informationsbit. Die Spreizsequenz oder Chipsequenz hat die gleiche Datenrate wie die endgültige Ausgabe des Spreizmultiplikators. Die Rate wird als Chiprate bezeichnet, und dies wird häufig in Form einer Anzahl von M Chips / s gemessen.

Der Basisbanddatenstrom wird dann auf einen Träger moduliert und auf diese Weise wird das Gesamtsignal über eine viel größere Bandbreite verteilt, als wenn die Daten einfach auf den Träger moduliert worden wären. Dies liegt daran, dass Signale mit hohen Datenraten größere Signalbandbreiten belegen als Signale mit niedrigen Datenraten.

Um das Signal zu decodieren und die Originaldaten zu empfangen, wird das CDMA-Signal zuerst vom Träger demoduliert, um den Hochgeschwindigkeitsdatenstrom wiederherzustellen. Dies wird mit dem Spreizcode multipliziert, um die Originaldaten neu zu generieren. Wenn dies erledigt ist, werden nur die Daten neu generiert, die mit demselben Spreizcode generiert wurden. Alle anderen Daten, die aus verschiedenen Spreizcode-Streams generiert wurden, werden ignoriert.

Die Verwendung eines direkten Sequenzspreizspektrums ist ein leistungsfähiges Prinzip und hat viele Vorteile.

DSSS-Direktsequenz-Spreizspektrum-Codierungs- / Decodierungsprozess

Um zu visualisieren, wie der Prozess des Direktsequenz-Spreizspektrums funktioniert, besteht die einfachste Methode darin, ein Beispiel dafür zu zeigen, wie das System tatsächlich in Bezug auf Datenbits arbeitet und wie die Daten aus dem DSSS-Direktsequenz-Spreizspektrumsignal wiederhergestellt werden.

Der erste Teil des Prozesses besteht darin, das DSSS-Signal zu erzeugen. Nehmen Sie als Beispiel, dass die zu übertragenden Daten 1001 und der Chip- oder Spreizcode 0010 sind. Für jedes Datenbit wird der vollständige Spreizcode verwendet, um die Daten zu multiplizieren, und auf diese Weise für jedes Datenbit die Spreizung oder erweitertes Signal besteht aus vier Bits.

1001Zu übertragende Daten
0010001000100010Chip- oder Spreading-Code
1101001000101101Resultierende Spread-Datenausgabe

Mit dem empfangenen und gesendeten Signal muss es im Fernempfänger decodiert werden:

1101001000101101Eingehendes CDMA-Signal
0010001000100010Chip- oder Spreading-Code
1111000000001111Ergebnis der Ausbreitung
1001Integrierter Ausgang


NB: 1 x 1 = 01 x 0 = 1

Auf diese Weise ist ersichtlich, dass die Originaldaten genau unter Verwendung des gleichen Spreiz- oder Chipcodes wiederhergestellt werden. Wäre ein anderer Code verwendet worden, um das CDMA-Spreizspektrumsignal zu regenerieren, hätte dies nach dem Entspreizen zu einer zufälligen Sequenz geführt. Dies wäre als Rauschen im System aufgetreten.

Der in diesem Beispiel verwendete Spreizcode war nur vier Bit lang. Dadurch konnte der Prozess einfacher visualisiert werden. Üblicherweise verteilte Codes können 64 Bit oder sogar 128 Bit lang sein, um die erforderliche Leistung bereitzustellen.

DSSS Spreading Gain

Die Bandbreite des Spreizspektrumsignals ist viel breiter als der ursprüngliche Datenstrom. Um die Zunahme der Bandbreite zu quantifizieren, wird ein Begriff verwendet, der als Spreizverstärkung bekannt ist. Wenn die Bandbreite des DSSS, direktes Sequenzspreizspektrumsignal ist W. und die Eingangsdatenbitlänge oder -periode 1 / R. dann kann die DSSS-Spreizverstärkung definiert werden:

Es zeigt sich, dass die Leistung des Systems umso effektiver ist, je größer die Spreizverstärkung des Spreizspektrumsignals mit direkter Sequenz ist. Dies liegt daran, dass das gewünschte Signal größer wird. In dem oben gezeigten Beispiel beträgt die Spreizverstärkung vier, wie aus der Tatsache hervorgeht, dass für jedes erforderliche Datenbit vier "1" erzeugt werden. Daten, die von anderen Verteilungscodes erzeugt werden, erscheinen als Rauschen und können verworfen werden, da sie einen niedrigeren Wert haben.

Anwendungen mit direktem Sequenzspreizspektrum

DSSS wird in einer Reihe von Bereichen eingesetzt, in denen es aufgrund seiner Eigenschaften einige einzigartige Vorteile gegenüber anderen Techniken bietet.

  • Verdeckte Kommunikation: DSSS wurde zuerst verwendet, um sichere und verdeckte Kommunikation bereitzustellen. Die Signale waren anfangs schwer zu erkennen, da sie wie Breitbandrauschen klangen und oft damit verwechselt worden wären. Um auf die Daten zugreifen zu können, muss auch der Code bekannt sein, der zur Erzeugung des Signals verwendet wird
  • CDMA-Mobiltelefontechnologie: Die DSSS-Technik wurde verwendet, um ein Mehrfachzugriffsschema bereitzustellen, das für die 3G-Cellophan-Technologie verwendet wurde. Jedes Mobiltelefon verwendete einen anderen Zugangscode oder Spreizcode, wodurch mehrere Benutzer auf derselben Frequenz auf die Basisstation zugreifen konnten.
  • GNSS: Satellitenbasierte Navigationssysteme verwenden DSSS, da dies eine Signalverstärkung ergibt, indem das Signal über eine große Bandbreite verteilt wird. Außerdem können verschiedene Satelliten denselben Kanal ohne gegenseitige Störung verwenden.

Schau das Video: DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM DSSS (Oktober 2020).