CDMA - Spectre étalé

Toutes les modulations et démodulations techniques visent une plus grande puissance et / ou efficacité de bande passante dans un canal de bruit stationnaire additif gaussien blanc. La bande passante étant une ressource limitée, l'un des principaux objectifs de conception de tous les schémas de modulation est de minimiser la bande passante requise pour la transmission. D'autre part, les techniques d'étalement de spectre utilisent une bande passante de transmission qui est d'un ordre de grandeur supérieure à la bande passante requise pour le signal minimum.

L'avantage de la technique du spectre étalé est que - de nombreux utilisateurs peuvent utiliser simultanément la même bande passante sans interférer les uns avec les autres. Par conséquent, l'étalement du spectre n'est pas économique lorsque le nombre d'utilisateurs est inférieur.

  • Le spectre étalé est une forme de communication sans fil dans laquelle la fréquence du signal transmis est délibérément variée, ce qui entraîne une bande passante plus élevée.

  • L'étalement du spectre est apparent dans le théorème de capacité de canal de Shannon et Hartley -

    C = B × log 2 (1 + S / N)

  • Dans l'équation donnée, «C» est la capacité du canal en bits par seconde (bps), qui est le débit de données maximal pour un taux d'erreur binaire théorique ( BER ). «B» est la largeur de bande de canal requise en Hz et S / N est le rapport de puissance signal / bruit.

  • Le spectre étalé utilise des signaux de type bruit à large bande qui sont difficiles à détecter, intercepter ou démoduler. De plus, les signaux à spectre étalé sont plus difficiles à brouiller (interférer avec) que les signaux à bande étroite.

  • Étant donné que les signaux à spectre étalé sont si larges, ils émettent à une densité de puissance spectrale beaucoup plus faible, mesurée en watts par hertz, que les émetteurs à bande étroite. Les signaux à spectre étalé et à bande étroite peuvent occuper la même bande, avec peu ou pas d'interférences. Cette capacité est le principal attrait de tout l'intérêt pour l'étalement du spectre aujourd'hui.

Points to Remember -

  • La largeur de bande du signal transmis est supérieure à la bande passante minimale d'informations, qui est nécessaire pour transmettre le signal avec succès.

  • Une fonction autre que les informations elles-mêmes est normalement employée pour déterminer la bande passante transmise résultante.

Voici les deux types de techniques à spectre étalé -

  • Séquence directe et
  • Saut de fréquence.

Direct Sequence est adopté par CDMA.

Séquence directe (DS)

Le DS-CDMA (Direct Sequence Code Division Multiple Access) est une technique permettant de multiplexer les utilisateurs par différents codes. Dans cette technique, la même bande passante est utilisée par différents utilisateurs. Chaque utilisateur se voit attribuer son propre code d'épandage. Ces ensembles de codes sont divisés en deux classes -

  • Codes orthogonaux et
  • Codes non orthogonaux

Les séquences de Walsh entrent dans la première catégorie qui est celle des codes orthogonaux tandis que d'autres séquences, c'est-à-dire PN, Gold et Kasami, sont des séquences de registre à décalage.

Des codes orthogonaux sont attribués aux utilisateurs, la sortie du corrélateur dans le récepteur sera nulle sauf la séquence souhaitée. En séquence directe synchrone, le récepteur reçoit la même séquence de code qui a été transmise de sorte qu'il n'y ait pas de décalage temporel entre les utilisateurs.

Démodulation des signaux DS - 1

Afin de démoduler les signaux DS, vous devez connaître le code qui a été utilisé au moment de la transmission. Dans cet exemple, en multipliant le code utilisé dans la transmission par le signal de réception, on peut obtenir le signal émis.

Dans cet exemple, plusieurs codes ont été utilisés au moment de la transmission (10,110,100) au signal reçu. Ici, nous avons calculé en utilisant la loi de deux additifs (Modulo 2 Addition). Il est ensuite démodulé en multipliant le code qui était utilisé au moment de cette transmission, appelé lereverse diffusion(désétalement). Dans le schéma ci-dessous, on peut voir que lors de la transmission des données vers le spectre à bande étroite (bande étroite), le spectre du signal est désétalé.

Démodulation des signaux DS - 2

Par contre, si vous ne connaissez pas le code qui a été utilisé au moment de la transmission, vous ne pourrez pas démoduler. Ici, vous essayez de démoduler dans le code de différents (10101010) et l'heure de transmission, mais cela a échoué.

Même en regardant le spectre, il se propage pendant le temps de transmission. Lorsqu'il passe à travers un filtre passe-bande (Band Path Filter), seul ce petit signal reste et ceux-ci ne sont pas démodulés.

Caractéristiques de Spread Spectrum

Comme le montre la figure suivante, la densité de puissance des signaux à spectre étalé peut être inférieure à la densité de bruit. C'est une fonctionnalité merveilleuse qui peut protéger les signaux et maintenir la confidentialité.

En étalant le spectre du signal émis, on peut réduire sa densité de puissance de telle sorte qu'elle devienne inférieure à la densité de puissance du bruit. De cette manière, il est possible de masquer le signal dans le bruit. Il peut être démodulé si vous connaissez le code qui a été utilisé pour envoyer le signal. Dans le cas où le code n'est pas connu, le signal reçu restera caché dans le bruit même après la démodulation.

DS-CDMA

Le code DS est utilisé dans CDMA. Jusqu'à présent, il a été expliqué une partie de base de la communication à spectre étalé. À partir de là, nous expliquerons comment fonctionne l'accès multiple par division de code de séquence directe (DS-CDMA).

Le signal qui est à spectre étalé ne peut être démodulé que par un code utilisé pour la transmission. En utilisant cela, le signal de transmission de chaque utilisateur peut être identifié par le code séparé lorsqu'il reçoit le signal. Dans l'exemple donné, le signal étalé de l'utilisateur A au code A, et le signal diffusé de l'utilisateur B au code B. Chacun des signaux lorsqu'il reçoit sont mélangés. Cependant, par le diffuseur inverse (Despreadder), il identifie le signal de chaque utilisateur.

DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Code de diffusion

Cross-Correlation

La corrélation est une méthode de mesure de la précision avec laquelle un signal donné correspond à un code souhaité. Dans la technologie CDMA, chaque utilisateur se voit attribuer un code différent, le code qui est attribué ou choisi par l'utilisateur est très important pour moduler le signal car il est lié aux performances du système CDMA.

On obtiendra les meilleures performances lorsqu'il y aura une séparation claire entre le signal des utilisateurs souhaités et les signaux des autres utilisateurs. Cette séparation est effectuée en corrélant le code de signal souhaité qui a été généré localement et d'autres signaux reçus. Si le signal correspond au code de l'utilisateur, alors la fonction de corrélation sera élevée et le système peut extraire ce signal. Si le code souhaité par l'utilisateur n'a rien de commun avec le signal, la corrélation doit être aussi proche de zéro que possible (éliminant ainsi le signal); également connu sous le nom de corrélation croisée. Donc, il y a unself-correlation (Auto-corrélation) et cross-correlation (Corrélation croisée).

Les propriétés de l'autocorrélation et du code sont présentées dans le diagramme ci-dessous où la corrélation entre le code d'étalement «A» et le code d'étalement «B» est représentée. Dans cet exemple, la corrélation calculée du code d'étalement 'A (1010110001101001) et du code d'étalement' B '(1010100111001001) est donnée, tout en effectuant les calculs dans l'exemple ci-dessous, le résultat est venu à 6/16.

Preferable Codes

Le code préférable est utilisé dans CDMA. Il existe différents codes qui peuvent être utilisés selon le type de système de CDMA. Il existe deux types de système -

  • Système synchrone (synchrone) et
  • Système asynchrone (asynchrone).

Dans un système synchrone, des codes orthogonaux (Orthogonal Code) peuvent être utilisés. Dans le système asynchrone pour cela, comme le code pseudo-aléatoire (bruit pseudo-aléatoire) ou le code Gold est utilisé.

Afin de minimiser les interférences mutuelles dans DS-CDMA, les codes d'étalement avec moins d'intercorrélation doivent être choisis.

Synchronous DS-CDMA

  • Les codes orthogonaux sont appropriés. (Code Walsh etc.)

Asynchronous DS-CDMA

  • Codes de bruit pseudo-aléatoire (PN) / Séquence maximale
  • Codes or

Synchronous DS-CDMA

Les systèmes CDMA synchrones sont réalisés dans des systèmes point à multipoint. Par exemple, Forward Link (de la station de base à la station mobile) dans le téléphone mobile.

Le système de synchronisation est utilisé dans les systèmes un-à-plusieurs (point à multipoint). Par exemple, à un instant donné, dans un système de communication mobile, une seule station de base (BTS) peut communiquer avec plusieurs téléphones portables (liaison aller / liaison descendante).

Dans ce système, un signal de transmission pour tous les utilisateurs peut communiquer en synchronisation. Signifie, "Synchronisation" sur ce point est un sens qui peut être envoyé pour aligner le haut de chaque signal utilisateur. Dans ce système, il est possible d'utiliser des codes orthogonaux et il est également possible de réduire les interférences mutuelles. Et les codes orthogonaux, c'est le signe, comme l'intercorrélation c'est à dire 0.

Asynchronous DS-CDMA

Dans un système CDMA asynchrone, les codes orthogonaux ont une mauvaise corrélation croisée.

Contrairement au signal de la station de base, le signal de la station mobile à la station de base devient le système asynchrone.

Dans un système asynchrone, les interférences quelque peu mutuelles augmentent, mais il utilise les autres codes tels que le code PN ou le code Gold.

Avantages de Spread Spectrum

Puisque le signal est étalé sur une large bande de fréquences, la densité spectrale de puissance devient très faible, de sorte que les autres systèmes de communication ne souffrent pas de ce type de communication. Cependant, le bruit gaussien augmente. Vous trouverez ci-dessous une liste de quelques avantages majeurs de Spread Spectrum -

  • Multipath peut être convenu, car un grand nombre de codes peut être généré, permettant un grand nombre d'utilisateurs.

  • Dans le spectre étalé, il n'y a pas de limite d'utilisateurs alors qu'il y a des limites d'utilisateurs dans la technologie FDMA.

  • Sécurité - sans connaître le code de diffusion, il n'est guère possible de récupérer les données transmises.

  • Rejet descendant - le système utilise une large bande passante; il est moins sensible à la déformation.

Séquence PN

Le système DS-CDMA utilise deux types de séquences d'étalement, à savoir, PN sequences et orthogonal codes. Comme mentionné ci-dessus, la séquence PN est générée par le générateur de bruit pseudo-aléatoire. Il s'agit simplement d'un registre à décalage à rétroaction linéaire binaire, composé de portes XOR et d'un registre à décalage. Ce générateur PN a la capacité de créer une séquence identique pour l'émetteur et le récepteur,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.

Une séquence PN présente de nombreuses caractéristiques telles qu'un nombre presque égal de zéros et de uns, une très faible corrélation entre les versions décalées de la séquence et une très faible corrélation croisée avec d'autres signaux tels que les interférences et le bruit. Cependant, il est capable de bien corréler avec lui-même et son inverse. Un autre aspect important est l'autocorrélation de la séquence car elle détermine la capacité de synchroniser et de verrouiller le code d'étalement pour le signal reçu. Ce combat affecte efficacement les interférences multiples et améliore le SNR. Les séquences M, les codes Gold et les séquences Kasami sont les exemples de cette classe de séquences.

  • Une séquence de bruit pseudo-aléatoire (PN) est une séquence de nombres binaires, par exemple ± 1, qui semble être aléatoire; mais il est en fait parfaitement déterministe.

  • Les séquences PN sont utilisées pour deux types de techniques à spectre étalé PN -

    • Direct Signal Spread Spectrum (DS-SS) et

    • Spectre d'étalement de sauts de fréquence (FH-SS).

  • Si «u» utilise PSK pour moduler la séquence PN, il en résulte DS-SS.

  • Si «u» utilise FSK pour moduler la séquence PN, il en résulte FH-SS.

Technologie de saut de fréquence

Le saut de fréquence est un spectre étalé dans lequel la propagation a lieu par saut de fréquence sur une large bande. L'ordre précis dans lequel la coupure se produit est déterminé par une table de sauts générée à l'aide d'une séquence de code pseudo-aléatoire.

Le taux de saut est fonction des informations de vitesse. L'ordre des fréquences est sélectionné par le récepteur et est dicté par la séquence de bruit pseudo-aléatoire. Bien que la transmission d'un spectre de signal à sauts de fréquence soit assez différente de celle d'un signal à séquence directe, il suffit de noter que les données sont réparties sur une bande de signal plus grande que nécessaire à transporter. Dans les deux cas, le signal résultant apparaîtra sous forme de bruit et le récepteur utilise une technique similaire, qui est utilisée dans la transmission pour récupérer le signal d'origine.