직접 시퀀스 확산 스펙트럼 방법. 확장된 ISO 범위: 정말 유용한 기능 또는 교활한 마케팅 전략
FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)는 송신기와 수신기에 알려진 알고리즘에 따라 반송파 주파수의 주기적인 변경을 기반으로 하는 방법입니다. 구현 원칙: 무선 채널의 주파수 범위는 번호가 지정된 하위 채널로 나뉩니다. 알고리즘 작동 중에 의사 난수 시퀀스가 생성되고 각 번호에는 주파수 하위 채널 번호가 할당됩니다. 하나의 단일 비트를 전송하는 동안 주파수가 변경되지 않거나(느린 확산) 여러 번 변경될 수 있습니다(빠른 확산). 라인 코딩은 주파수 또는 위상 변조를 사용합니다.
방법의 특징: 별도의 부채널을 청취할 때 전송된 데이터를 복구할 수 없는 잡음과 같은 신호를 얻습니다. 고속 확산 스펙트럼을 사용하는 경우 별도의 부채널에서 전송되는 신호의 왜곡으로 인해 전송된 비트가 손실되지 않습니다. 결과적으로 반송파 주파수의 변경은 기호 간 간섭의 영향을 줄입니다. 이 방법은 여러 데이터 스트림의 다중화를 구성하는 데 사용할 수 있습니다. 각 스트림에 대해 별도의 의사 무작위 시퀀스가 선택됩니다. 구현 용이성.
Direct Sequential Spread Spectrum DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) - 이 방법은 전송된 각 비트를 N 비트로 대체하는 것을 기반으로 하며, 이는 N-폴드의 증가를 수반합니다. 클럭 주파수송신기 및 확산 스펙트럼. 구현 원리: 전송된 각 이진 단위는 기본(확산) 시퀀스라고 하는 비트 시퀀스로 대체됩니다. 이진 0은 확장 시퀀스의 역 값으로 대체됩니다. 확산 시퀀스의 비트를 기본 신호(칩)라고 합니다. 칩의 전송 속도를 칩 속도라고 합니다. 기본 시퀀스의 비트 수를 확산 인자라고 합니다.
예: 기본 시퀀스가 (Barker 시퀀스)인 경우 다음 칩 시퀀스가 전송을 위해 전송됩니다.
방법의 특징: 확장 계수가 클수록 전송된 신호의 스펙트럼이 넓어집니다. 이 방법은 FHSS 방법보다 간섭에 대한 보호 수준이 낮습니다. 좁은 주파수 대역의 신호 왜곡으로 인해 수신기에서 수신된 비트를 잘못 인식할 수 있기 때문입니다.
코드 분할 다중 액세스(CDMA) 코드 분할 다중 액세스(CDMA)는 DSSS 방법을 기반으로 합니다. 구현 원칙: 전송 중에 각 CDMA 네트워크 노드는 고유한 기본 시퀀스(ES)를 사용합니다. m을 확장 시퀀스의 길이라고 하고 벡터는 e에 해당합니다. e.p의 보수(역전)인 S를 나타냅니다. S를 표시합시다(벡터를 작성하기 위해 양극 표기법을 사용할 것입니다. 이진수 0은 -1로 표시되고 이진수 단위는 +1로 표시됨). 기본 시퀀스는 쌍으로 직교하도록 선택됩니다. 저것들. 각 벡터 S 및 T에 대해 정규화된 스칼라 곱 ST는 0과 같아야 합니다. Σ i=1 m 1 – m S i T i = 0 ST
ST = 0에서 ST=0을 따릅니다. e.p.의 정규화된 스칼라 곱에 유의하십시오. on 자체는 1과 같습니다. Σ i=1 m 1 – m SiSiSiSi SS = Σ i=1 m 1 – m Si2Si2 = Σ m 1 – m ±1 2 = = 1 SS = -1 모든 스테이션이 동기화되었다고 가정하고, 티 모든 스테이션은 동시에 데이터 비트 전송을 시작합니다. 동시 방송에서 양극성 신호는 선형으로 추가됩니다. 예 1. 스테이션 A, B 및 C가 각각 +1, -1 및 +1을 보내는 경우 결과는 +1이 됩니다.
예 2. 스테이션 A, B, C가 다음 eps를 사용하도록 하자: A: = () B: = () C: = () 이러한 스테이션에 의한 동시 데이터 전송의 예를 고려하십시오. _ _ 1 С = () _ 1 1 B+C = () 1 0 _ A+B = () A+B+C = ()
수신기는 모든 송신 스테이션의 기본 시퀀스를 미리 알고 있습니다. 디코딩을 위해 수신 시퀀스(수신 신호의 합)와 스테이션의 기본 시퀀스의 정규화된 스칼라 곱이 계산됩니다. 예 3. 스테이션 A, B 및 C가 각각 1, 0, 1을 전송하도록 하십시오(바이폴라 표기법으로 +1, -1, +1). 수신기는 신호 S=A+B+C의 합을 수신한 다음 SA = (A+B+C)A = AA + BA + CA = = 1 SB = (A+B+C)B = AB + BB + CB = = -1 SC = (A+B+C)C = AC + BC + CC == 1 스테이션 A, B 및 C가 각각 1, 0, _를 전송하게 하십시오(바이폴라 표기법에서 +1, -1, _) . 수신기는 신호 S=A+B의 합을 수신한 다음 SA = (A+B)A = AA + BA = 1+0 = 1 SB = (A+B)B = AB + BB = 0-1 = - 1 SC = (A+B)C = AC + BC = 0+0 = 0
방법의 특징: 쌍별 직교 시퀀스는 Walsh 방법(Walsh 코드)을 사용하여 생성됩니다. e.p가 길수록 노이즈의 배경에 대한 올바른 인식 가능성이 더 커집니다(실제로는 64개 또는 128개 칩이 있는 시퀀스가 자주 사용됨). 신뢰성을 향상시키기 위해 오류 수정 코드가 사용됩니다. 서로 다른 스테이션에서 수신된 신호의 전력을 균등화하기 위해 전력 보상 방법이 사용됩니다. 약한 신호기지국에서 수신할수록 더 강한 신호를 이동국에서 전송해야 함). 알고리즘 설명의 가정: 네트워크 스테이션의 동기화; 수신된 모든 신호의 동일한 전력(기지국에서 이동국의 등거리); e.p.의 기지국 지식 모든 전송 스테이션.
프레임 형식 프레임 제어 DurationA.1A. 2A. 3NumberA.4데이터 체크섬 VersionType에서 DS로 DS MFRepeatPower 계속 WSubtypeO 프레임 유형: 정보 서비스 제어 1.프레임 제어(2바이트) 버전(2비트) – 프로토콜 버전; 유형(2비트) – 프레임 유형(정보, 서비스, 제어) 하위 유형(4비트) - 프레임 하위 유형(CTS, RTS, 신호, 인증 등) 정보 프레임:
K DS(1비트) – 프레임이 분배 시스템으로 전송됩니다. DS(1비트)에서 – 프레임이 분배 시스템의 방향으로 전송됩니다. MF(더 많은 조각, 1비트) - 다른 조각이 뒤따른다는 것을 나타냅니다. 반복(1비트) – 단편의 반복 전송을 나타냅니다. 전원(1비트) – 저전력 모드로 전환하거나 종료할 스테이션의 표시. 계속(더 많은 데이터, 1비트) - 보낸 사람이 보낼 프레임이 더 있음을 나타냅니다. W(1비트) - WEP 암호화 사용을 나타냅니다. O(1비트) - 프레임을 순서대로 엄격하게 처리해야 함을 나타냅니다.
2. 지속 시간(2바이트) - 프레임 전송 및 승인(ACK) 수신의 예상 시간 표시 3. A.1(6바이트) - 발신자 주소 4. A.2(6바이트) - 수신자 주소 5. A .3(6바이트) – 소스 셀 주소 6.Number(2바이트) – 단편화 및 재조립에 사용되는 4비트 단편 번호 하위 필드와 프레임 번호 지정에 사용되는 12비트 시퀀스 번호를 포함합니다. 7. A.4(6바이트) – 대상 셀 주소; 8. 데이터(바이트) - 전송된 데이터; 9. 체크섬(4바이트). 제어 프레임에 A3 및 A4 필드가 없습니다. 서비스 프레임(RTS, CTS, ACK)에는 A3, A4, 숫자, 데이터 필드가 없습니다.
무선 서비스 지역을 허용 가능한 최소 수준으로 줄입니다(이상적으로는 무선 서비스 지역이 통제 영역을 벗어나지 않아야 함). MAC 인증을 기반으로 한 액세스 제어. FHSS 기술에서 고유한 주파수 호핑 시퀀스 사용. 미리 정의된 IP 주소로 장치를 필터링합니다. WEP(Wired Equivalent Privacy) 사용 - 64비트 및 128비트 키가 있는 RC4 알고리즘 기반 암호화(알고리즘에서 심각한 취약점이 발견됨). WiFi 장비에 구현된 보호 방법:
IEEE 802.1x 표준에 기반한 인증 및 권한 부여 - AAA 서버(예: RADIUS) 및 동적 암호화 키 사용. WPA 및 WPA2(Wi-Fi Protected Access) 프로토콜 사용. WPA는 임시 암호화 키의 원칙을 구현하고 TKIP 임시 키 무결성 프로토콜(WPA는 WEP를 대체하기 위해 개발됨)과 상호 연결됩니다. 2008년에는 WPA 기술에서 취약점이 발견되었습니다. WPA2는 알고리즘을 사용하는 강력한 보안 프로토콜인 i 표준을 구현합니다. AES 암호화(고급 암호화 표준). 구현 WiFi 네트워크에 기반 VPN- 가상 배포 사설망기존 무선보다
러시아 연방 교통부
주립 교육 기관
고등 전문 교육
볼가 주립 수상 아카데미
정보, 제어 시스템 및 통신학과
주제에 대한 교과 과정:
“스프레드 스펙트럼 변조. 직접 확산 스펙트럼"
이행
R-312 그룹의 학생
아미노프 A.R.
체크
프레오브라젠스키 A.V.
N.노브고로드
2009년
확산 스펙트럼 변조.
편재 무선 네트워크, 핫스팟 인프라의 개발, 통합 무선 솔루션(인텔 센트리노)을 통한 모바일 기술의 출현으로 인해 기업 고객은 말할 것도 없고 최종 사용자가 무선 솔루션에 점점 더 많은 관심을 기울이게 되었습니다. 이러한 솔루션은 주로 모바일 및 고정 무선 근거리 통신망을 배포하는 수단과 인터넷에 대한 온라인 액세스 수단으로 간주됩니다. 그러나 네트워크 관리자가 아닌 최종 사용자는 일반적으로 네트워크 기술, 그래서 그는 특히 오늘날 제공되는 다양한 제품을 고려할 때 무선 솔루션을 구매할 때 선택을 하기가 어렵습니다.
기술의 급속한 발전 무선 통신사용자는 한 표준에 익숙해질 시간이 없어 다른 표준으로 전환해야 하므로 더 많은 것을 제공합니다. 고속전염. 물론 이것은 IEEE 802.11로 알려진 무선 통신 프로토콜 제품군에 관한 것으로, 여기에는 802.11, 802.11b, 802.11b+, 802.11a, 802.11g 프로토콜이 포함됩니다. 최근에는 802.11g 프로토콜 확장에 대한 논의가 있었습니다.
다른 유형의 무선 네트워크는 범위, 지원되는 연결 속도 및 데이터 인코딩 기술이 서로 다릅니다. 따라서 IEEE 802.11b 표준은 최대 연결 속도 11Mbps, IEEE 802.11b+ 표준(22Mbps), IEEE 802.11g 및 802.11a 표준(54Mbps)을 제공합니다.
802.11a의 미래는 다소 모호합니다. 확실히 이 표준은 러시아와 유럽에서 널리 사용되지 않을 것이며, 현재 사용 중인 미국에서는 가까운 장래에 대체 표준으로 전환될 가능성이 큽니다. 그러나 새로운 표준 802.11g는 전 세계적으로 인정을 받을 가능성이 높습니다. 새로운 802.11g 표준의 또 다른 장점은 802.11b 및 802.11b+ 표준과 완벽하게 호환된다는 것입니다. 그리고 802.11b/b+ 표준을 지원하는 장치 - 802.11g 네트워크에서 연결 속도는 더 느리지만.
802.11g 및 802.11b/b+ 표준의 호환성은 첫째, 동일한 주파수 범위를 사용한다고 가정하고 둘째, 802.11b/b+ 프로토콜에서 제공하는 모든 모드도 구현된다는 사실에 기인합니다. 802.11 표준 g. 따라서 802.11b/b+ 표준은 802.11g 표준의 하위 집합으로 간주될 수 있습니다.
802.11 프로토콜의 물리적 계층
802.11b/g 제품군 프로토콜의 검토를 802.11 프로토콜로 시작하는 것이 좋습니다. 802.11 프로토콜은 더 이상 순수한 형태로 발견되지 않지만 동시에 다른 모든 프로토콜의 조상입니다. 이 제품군의 다른 모든 표준과 마찬가지로 802.11 표준은 2400~2483.5MHz의 주파수 범위, 즉 83.5MHz의 주파수 범위 사용을 제공하며, 이는 아래에 나와 있는 것처럼 여러 주파수 하위 채널로 나뉩니다. .
확산 스펙트럼 기술
모든 802.11 무선 프로토콜은 SS(Spread Spectrum) 기술을 기반으로 합니다. 이 기술은 초기의 협대역(스펙트럼 폭 측면에서) 유용한 정보 신호가 전송 중에 스펙트럼이 원래 신호의 스펙트럼보다 훨씬 더 넓은 방식으로 변환된다는 것을 의미합니다. 즉, 신호의 스펙트럼은 주파수 범위에서 "번짐"됩니다. 신호 스펙트럼의 확장과 동시에 신호의 스펙트럼 에너지 밀도의 재분배가 발생합니다. 신호 에너지도 스펙트럼에 "번져"집니다. 결과적으로 변환된 신호의 최대 전력은 원래 신호의 전력보다 훨씬 낮습니다. 이 경우 유용한 정보 신호의 레벨은 말 그대로 자연 노이즈의 레벨과 비교할 수 있습니다. 결과적으로 신호는 어떤 의미에서는 "보이지 않는" 상태가 됩니다. 즉, 단순히 자연 노이즈 수준에서 손실됩니다.
실제로, 스펙트럼 확장의 아이디어가 거짓말을 하는 것은 신호의 스펙트럼 에너지 밀도의 변화에 있습니다. 사실 데이터 전송 문제에 전통적인 방식으로 접근한다면, 즉 각 라디오 방송국이 고유한 방송 범위를 할당받는 공중파 방식으로 접근하면 불가피하게 제한된 공유 사용을 위한 무선 범위, 모든 사람에게 "맞는" 것은 불가능합니다. 따라서 같은 주파수 대역에서 사용자들이 서로 간섭하지 않고 공존할 수 있는 정보를 전송할 수 있는 방법을 찾는 것이 필요하다. 스펙트럼 확장 기술이 해결하는 것은 바로 이 문제입니다.
확산 스펙트럼 시스템의 이점
- 높은 노이즈 내성.간섭 스펙트럼 밀도의 제한된 대역폭으로 신호 대 잡음비는 G p = P w / P 배만큼 증가합니다. 여기서 P는 원래 신호의 대역, P w는 스펙트럼을 확산한 후의 신호 대역, G p는 스펙트럼의 확산 계수입니다. 간섭 스펙트럼이 균일하면(백색 잡음) 신호 대 잡음비가 개선되지 않습니다.
- 통신 프라이버시.스펙트럼 확산 알고리즘을 모르면 메시지를 읽을 수 없습니다.
- 여러 메시지를 동시에 보낼 수 있는 기능코드 분할 시스템에서 하나의 반송파 주파수( CDMA
(영어 코드 분할 다중 액세스) - 코드 분할을 통한 다중 액세스.
이러한 미디어 분리 방법을 사용하는 트래픽 채널은 각 사용자에게 전체 대역폭에 분산된 별도의 숫자 코드를 할당하여 생성됩니다. 시분할이 없으며 모든 가입자는 지속적으로 전체 채널 너비를 사용합니다. 한 채널의 주파수 대역은 매우 넓고 가입자의 방송은 중복되지만 코드가 다르기 때문에 구분할 수 있습니다.
코드 분할 다중 접속 기술은 오래전부터 알려져 왔습니다. 소련에서 이 주제에 대한 첫 번째 작업은 D. V. Ageev에 의해 1935년에 다시 출판되었습니다..)
- 저전력 신호를 전송하는 기능.신호 지속 시간을 늘려 신호 에너지를 높게 유지합니다. 에너지 넘치는 통신 비밀이 제공됩니다. 신호는 감지되지 않지만 노이즈로 인식됩니다.
- 높은 시간 분해능(스펙트럼이 넓을수록 신호 에지가 더 가파르다). 신호 시작 순간은 매우 정확하게 결정되며, 이는 신호 이동 시간에 의한 거리 측정 시스템과 송신기와 수신기의 동기화에 중요합니다.
가장 일반적인 확산 스펙트럼 기술
- 직접 확산 스펙트럼(직접 시퀀싱) 신호를 변조하는 이진 의사 난수 시퀀스(PRS)를 사용합니다. 스펙트럼의 폭은 기본 PRS 심볼의 기술적으로 가능한 최소 지속 시간에 의해 제한됩니다. 스펙트럼은 수십 메가헤르츠로 확장됩니다.
- 캐리어 주파수 호핑(주파수 호핑).M-ary 주파수 편이 키잉이 일반적으로 사용됩니다. M개의 심볼은 간격으로 서로 분리된 M개의 주파수에 해당합니다.디 에프. 이 대역의 중심 주파수 f 0 는 튜닝 대역에서 SRP의 제어 하에 하나의 메시지 심볼을 전송하는 동안(고속 홉) 또는 여러 심볼의 지속 시간과 동일한 간격(저속 홉)으로 여러 번 도약합니다. 주파수 도약은 신호 일관성을 유지하기 어렵게 만듭니다. 따라서 복조는 일반적으로 일관성이 없습니다. 신호의 직교성을 보장하려면 주파수 간 거리가 조건을 만족해야 합니다.디 f = m/ T s , m 은 정수입니다. 스펙트럼은 수 GHz까지 확산될 수 있습니다. 확산 계수는 직접 확산보다 높습니다.
직접 확산 스펙트럼
잠재적 코딩을 통해 정보 비트(논리적 0과 1)는 직사각형 전압 펄스에 의해 전송됩니다. 지속 시간 T의 직사각형 펄스는 폭이 펄스 지속 시간에 반비례하는 스펙트럼을 갖습니다. 따라서 정보 비트의 지속 시간이 짧을수록 그러한 신호가 차지하는 스펙트럼이 커집니다.
DSSS 기술에서 초기에 협대역 신호의 스펙트럼을 의도적으로 확장하기 위해 소위 칩 시퀀스가 문자 그대로 전송된 각 정보 비트(논리적 0 또는 1)에 포함됩니다. 잠재적인 정보 인코딩이 있는 정보 비트(논리적 0 또는 1)가 일련의 직사각형 펄스로 표시될 수 있는 경우 각 개별 칩도 직사각형 펄스이지만 지속 시간은 정보 비트의 지속 시간보다 몇 배 짧습니다. 칩 시퀀스는 직사각형 펄스의 시퀀스, 즉 0과 1이지만 이러한 0과 1은 정보가 아닙니다. 한 칩의 지속 시간은 정보 비트의 지속 시간보다 n배 짧기 때문에 변환된 신호의 스펙트럼 폭은 원래 신호의 스펙트럼 폭보다 n배 더 큽니다. 이 경우 전송된 신호의 진폭은 n배 감소합니다.
정보 비트에 내장된 칩 시퀀스를 PN 시퀀스(noise-like code)라고 하며, 이는 결과 신호가 노이즈와 유사해지고 자연 노이즈와 구별하기 어렵다는 사실을 강조합니다.
신호 스펙트럼을 확장하고 자연 노이즈와 구별할 수 없도록 만드는 방법은 분명합니다. 이를 위해 원칙적으로 임의(임의) 칩 시퀀스를 사용할 수 있습니다. 그러나 문제가 발생합니다. 그러한 신호를 수신하는 방법은 무엇입니까? 결국 소음처럼되면 유용한 정보를 추출하십시오. 정보 신호가능하다면 그렇게 쉽지만은 않습니다. 가능한 것으로 밝혀졌지만 이를 위해서는 그에 따라 칩 시퀀스를 선택해야 합니다. 신호 스펙트럼을 확장하는 데 사용되는 칩 시퀀스는 특정 자기상관 요구사항을 충족해야 합니다. 수학에서 자기상관이라는 용어는 서로 다른 시점에서 함수가 자기 자신과 유사한 정도를 의미합니다. 자기 상관 함수가 시간의 한 순간 동안만 뚜렷한 피크를 갖는 칩 시퀀스를 선택하면 그러한 정보 신호는 노이즈 레벨에서 식별될 수 있습니다. 이를 위해 수신된 신호에 수신기에서 동일한 칩 시퀀스가 곱해집니다. 즉, 신호의 자기 상관 함수가 계산됩니다. 그 결과 신호는 다시 협대역이 되어 협주파수 대역에서 필터링되며, 원래 광대역 신호의 대역에 속하는 간섭은 반대로 칩 시퀀스를 곱한 후 광대역이 되어 차단된다. 필터에 의해 차단되고 간섭의 일부만 좁은 정보 대역으로 들어가므로 전력에 따라 수신기의 입력에서 작용하는 잡음보다 훨씬 적습니다.
PSP의 기본 요구 사항
- 신호의 스펙트럼이 균일하게 되는 기호 1과 0의 출현을 예측할 수 없으며 제한된 길이의 섹션으로 SRP 형성 알고리즘을 결정하는 것이 불가능합니다.
- 코드 분할 시스템을 구축하기 위해 동일한 길이의 다양한 SRP 세트를 사용할 수 있습니다.
- 자기상관(ACC) 및 교차상관(CFC), 주기적 및 비주기적 기능으로 설명되는 SRP의 우수한 상관 특성.
의사 난수 시퀀스(PRS)의 특성
PSP의 특성은 주기적 및 비주기적 자기상관(AFC) 및 교차상관(CFC)의 기능입니다. FAC 및 FCC는 비교 PSS의 일치 및 일치하지 않는 자릿수의 차이를 그 중 하나의 이동으로 계산하여 계산됩니다.
정기 FAK 및 FVK
등.................
방법 주파수 도약 스펙트럼 확산 (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum)은 넓은 주파수 범위 내에서 캐리어의 지속적인 변화를 기반으로 합니다.
반송파 주파수 F1, ..., FN은 일정 시간 후에 무작위로 변경됩니다. 컷오프 기간(칩) , 의사 난수 시퀀스를 생성하기 위해 선택된 알고리즘에 따라. 각 주파수는 변조됩니다(FSK 또는 PSK). 하나의 주파수에서의 전송은 일정 시간 간격 동안 수행되며 그 동안 일정 부분의 데이터(Data)가 전송됩니다. 각 전송 기간이 시작될 때 동기화 비트를 사용하여 수신기를 송신기와 동기화하여 유용한 전송 속도를 줄입니다.
반송파의 변화율에 따라 2가지 확산 스펙트럼 모드가 있습니다.
스펙트럼의 느린 확산 - 한 컷오프 기간에 여러 비트가 전송됩니다.
스펙트럼의 빠른 확산 - 한 비트가 여러 컷오프 기간에 걸쳐 전송됩니다. 즉, 여러 번 반복됩니다.
첫 번째 경우 데이터 전송 기간더 적은 칩 전송 기간, 두 번째 - 더.
고속 확산 스펙트럼 방식은 동일한 비트 값의 반복적인 반복으로 인해 간섭이 있는 경우 보다 안정적인 데이터 전송을 제공합니다. 다른 주파수, 그러나 느린 확산 스펙트럼 방법보다 구현하기가 더 어렵습니다.
직접 직렬 확산 스펙트럼
DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 방식은 다음과 같다.
전송된 데이터의 각 "1" 비트는 다음의 이진 시퀀스로 대체됩니다. N비트 호출 확장 시퀀스 , 그리고 "제로" 비트는 확산 시퀀스의 역 값에 의해 인코딩됩니다. 이 경우 전송 속도는 다음과 같이 증가합니다. N따라서 신호의 스펙트럼도 다음과 같이 확장됩니다. N한 번.
에 전념하는 것을 알고 무선 전송(링크) 주파수 범위에 따라 전송 속도와 값을 선택할 수 있습니다. N신호 스펙트럼이 전체 범위를 채우도록 합니다.
FHSS와 같은 DSSS 코딩의 주요 목표는 노이즈 내성을 향상시키는 것입니다.
칩 속도– 결과 코드의 전송 속도.
팽창 계수- 비트 수 N확장하는 순서로. 대개 N는 10에서 100 사이입니다. 더 N, 전송된 신호의 스펙트럼이 더 커집니다.
DSSS는 빠른 확산 스펙트럼보다 간섭에 덜 영향을 받습니다.
코드 분할 다중 액세스
스펙트럼 확산 기술은 다음 분야에서 널리 사용됩니다. 셀룰러 네트워크, 특히 CDMA(Code Division Multiple Access) 접근 방식을 구현할 때 - 코드 분할 다중 액세스 . CDMA는 FHSS와 함께 사용할 수 있지만 무선 네트워크에서 더 일반적으로 DSSS와 함께 사용할 수 있습니다.
각 네트워크 노드는 수신 노드가 합 신호에서 데이터를 추출할 수 있도록 선택되는 자체 확산 시퀀스를 사용합니다.
CDMA의 장점은 데이터 전송의 보안 및 기밀성이 향상된다는 점입니다. 확산 순서를 모르면 신호를 수신할 수 없으며 때로는 존재를 감지하기도 합니다.
와이파이 기술. 와이맥스 기술. 무선 개인 네트워크. 블루투스 기술. 지그비 기술. 무선 센서 네트워크. 무선 기술의 비교.
와이파이 기술
무선 LAN(WLAN) 기술은 IEEE 802.11 프로토콜 스택에 의해 정의되며 물리 계층 및 링크 레이어 MAC 및 LLC의 두 가지 하위 수준이 있습니다.
에 물리적 수준다음과 같이 다양한 사양의 변형이 정의됩니다.
사용 주파수 범위;
코딩 방법
데이터 전송 속도.
WiFi라고 하는 802.11 표준의 무선 LAN을 구축하기 위한 옵션입니다.
IEEE 802.11(옵션 1):
전송 매체 - 적외선;
시선의 전송;
방사선 전파의 3가지 변형이 사용됩니다.
무지향성 안테나;
천장에서 반사;
집중된 방향성 방사("점대점").
IEEE 802.11(옵션 2):
코딩 방식 - FHSS: 최대 79개 주파수 대역 폭
1MHz, 각각의 지속 시간은 400ms입니다(그림 3.49).
신호의 2개 상태에서 제공됩니다 처리량 1Mbps의 전송 미디어, 4 - 2Mbps.
IEEE 802.11(옵션 3):
전송 매체 - 마이크로파 대역 2.4GHz;
인코딩 방법 - 11비트 코드를 확장 시퀀스로 사용하는 DSSS: 10110111000.
IEEE 802.11a:
1) 주파수 범위 - 5GHz;
2) 전송 속도: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54Mbps;
3) 인코딩 방식 - OFDM.
결점:
너무 비싼 장비
· 일부 국가에서는 이 범위의 주파수가 라이센스 대상입니다.
IEEE 802.11b:
1) 주파수 범위 - 2.4GHz;
2) 전송 속도: 최대 11Mbps;
3) 코딩 방법 - 현대화된 DSSS.
IEEE 802.11g:
1) 주파수 범위 - 2.4GHz;
2) 최대 속도전송: 최대 54Mbps;
3) 인코딩 방식 - OFDM.
2009년 9월 IEEE 802.11n 표준이 승인되었습니다. 이를 사용하면 802.11g 표준 장치에 비해 데이터 전송 속도가 거의 4배 증가합니다. 이론적으로 802.11n은 최대 600Mbps의 데이터 전송 속도를 제공할 수 있습니다. IEEE 802.11 무선 네트워크의 범위는 최대 100미터입니다.
와이맥스 기술
무선 기술 광대역 액세스고대역폭의 WiMax는 IEEE 802.16 표준 그룹으로 대표되며 원래 지역 또는 대도시 네트워크 클래스에 속하는 확장된(최대 50km) 무선 네트워크를 구축하도록 설계되었습니다.
최초의 point-to-multipoint 표준인 IEEE 802.16 또는 IEEE 802.16-2001(2001년 12월) 표준은 10 ~ 66GHz 스펙트럼에서 작동하는 데 중점을 두었고 결과적으로 송신기와 수신기가 특히 도시에서 심각한 단점입니다. 설명된 사양에 따르면 802.16 네트워크는 T-1 링크 속도(1.554Mbps)에서 최대 60개의 클라이언트에 서비스를 제공할 수 있습니다.
나중에 IEEE 802.16a, IEEE 802.16-2004 및 IEEE 802.16e(모바일 WiMax) 표준이 등장하여 송신기와 수신기 간의 가시선 요구 사항이 제거되었습니다.
나열된 WiMax 기술 표준의 주요 매개변수.
주요 고려 기술 차이 WiFi에서 WiMax.
1. 작은 이동성.처음에 표준은 장거리 고정 무선 통신을 위해 개발되었으며 건물 내 사용자의 이동성을 위해 제공되었습니다. 2005년이 되어서야 IEEE 802.16e 표준이 모바일 사용자를 위해 개발되었습니다. 현재 최대 300km/h의 속도로 모바일(모바일) 클라이언트의 작동을 지원하는 액세스 네트워크용으로 새로운 802.16f 및 802.16h 사양이 개발되고 있습니다.
2. 더 나은 라디오 및 송신기 사용네트워크 구축에 더 높은 비용을 초래합니다. 삼. 장거리데이터 전송을 위해서는 다음과 같은 특정 문제를 해결해야 합니다. 신호 생성 다른 힘, 여러 변조 방식의 사용, 정보 보안 문제.
4. 많은 수의 사용자한 셀에서.
5. 더 높은 처리량사용자에게 제공됩니다.
6. 고품질멀티미디어 트래픽 서비스.
IEEE는 원래 802.11 – 이더넷의 모바일 아날로그, 802.16 – 무선 고정 아날로그 케이블 TV . 그러나 모바일 사용자를 지원하기 위한 WiMax(IEEE 802.16e) 기술의 출현과 개발은 이러한 주장을 무색하게 만듭니다.
방법 아이디어 주파수 도약 스펙트럼 확산 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS)는 제2차 세계 대전 중에 무선이 비밀 통신 및 어뢰와 같은 군사 목표물 제어에 널리 사용되었을 때 시작되었습니다. 무선 트래픽이 협대역 잡음에 의해 가로채거나 억제되는 것을 방지하기 위해 넓은 주파수 범위에 걸쳐 일정한 반송파 변화로 전송하는 것이 제안되었습니다. 그 결과 신호 전력이 전 대역에 걸쳐 분산되었고, 특정 주파수를 들어도 약간의 노이즈만 발생했다. 반송파 주파수의 시퀀스는 송신기와 수신기에만 알려진 의사 난수(pseudo-random)로 선택되었습니다. 일부 좁은 범위에서 신호를 억제하려는 시도는 정보의 작은 부분만 억제되었기 때문에 신호를 너무 많이 저하시키지 않았습니다.
이 방법의 아이디어는 그림 1에 나와 있습니다. 10.12.
쌀. 10.12. 주파수 도약 스펙트럼 확산
일정한 시간 간격 동안 일정한 반송파 주파수로 전송한다. 각 반송파 주파수에서 개별 정보가 전송됩니다. 표준 방법 FSK 또는 PSK와 같은 변조. 수신기가 송신기와 동기화하기 위해 동기화 비트는 각 전송 주기의 시작을 나타내는 시간 주기 동안 전송됩니다. 따라서 이 인코딩 방법의 유용한 속도는 일정한 동기화 오버헤드로 인해 더 적습니다.
의사 난수 알고리즘에 의해 생성된 주파수 부채널의 수에 따라 반송파 주파수가 변한다. 의사 난수 시퀀스는 호출되는 일부 매개 변수에 따라 다릅니다. 초기 번호. 수신기와 송신기가 알고리즘과 초기 숫자 값을 알고 있으면 동일한 순서로 주파수를 변경합니다. 의사 무작위 주파수 튜닝 시퀀스.
하위 채널 변경 빈도가 채널의 데이터 전송률보다 낮으면 이 모드를 호출합니다. 느린 확산 스펙트럼(그림 10.13, a); 그렇지 않으면 우리가 다루고 있습니다 빠른 확산 스펙트럼(그림 10.13, b).
고속 확산 스펙트럼 방식은 특정 부채널에서 신호를 억제하는 협대역 간섭이 다른 주파수 부채널에서 그 값이 여러 번 반복되므로 비트 손실이 발생하지 않기 때문에 간섭에 더 강합니다. 이 모드에서는 경로 중 하나를 따라 지연된 신호가 도착할 때까지 시스템이 다른 주파수로 전환할 시간이 있기 때문에 기호 간 간섭의 영향이 나타나지 않습니다.
쌀. 10.13. 데이터 전송률과 부채널 변경률의 관계
저속 스펙트럼 확산 방식은 이러한 특성이 없지만 구현이 쉽고 오버헤드가 적습니다.
FHSS 방법은 다음에서 사용됩니다. 무선 기술 IEEE 802.11 및 블루투스. FHSS 방법에서 주파수 범위를 사용하는 접근 방식은 다른 코딩 방법과 동일하지 않습니다. 좁은 대역폭을 저장하는 대신 전체 사용 가능한 범위를 차지하려고 시도합니다. 언뜻 보기에 이것은 그다지 효율적이지 않은 것처럼 보입니다. 결국 주어진 시간에 범위에서 하나의 채널만 작동합니다. 그러나 확산 스펙트럼 코드는 넓은 범위에 걸쳐 여러 채널을 다중화하는 데 사용될 수도 있기 때문에 후자의 말이 항상 사실인 것은 아닙니다. 특히, FHSS 방법을 사용하면 매 순간마다 각 채널이 고유한 주파수에서 작동할 수 있는 기회를 제공하는 의사 난수 시퀀스와 같은 각 채널을 선택하여 여러 채널의 동시 작동을 구성할 수 있습니다. 채널 수가 주파수 부채널 수를 초과하지 않는 경우에만 수행됨) .
확산 스펙트럼
용어 확산 스펙트럼수많은 군사 및 상업 통신 시스템에서 사용되었습니다. 확산 스펙트럼 시스템에서 각 메시지 전달 신호는 기존 변조 신호보다 훨씬 더 많은 RF 대역폭을 필요로 합니다. 더 넓은 대역폭은 일부 유용한
다른 수단으로 달성하기 어려운 특성 및 특성.
스펙트럼 확산은 신호의 스펙트럼을 확장할 뿐만 아니라 다른 신호에 대한 영향을 줄이는 추가 변조 단계를 추가하여 확산 스펙트럼 신호를 생성하는 방법입니다. 추가 변조는 전송된 메시지와 관련이 없습니다. 따라서 이러한 대역폭 확장은 광대역 주파수 변조의 경우와 같이 AWGN(가산 백색 가우시안 잡음)의 영향을 약화시키는 것을 허용하지 않습니다.
확산 스펙트럼 시스템의 이점
스펙트럼 밀도 4) 거리 측정을 위한 고해상도 5) 통신 보안6) 의도적인 간섭의 영향을 견딜 수 있는 능력
8) 동일한 HF 채널을 동시에 점유하는 사용자의 증가에 따른 통신 품질의 점진적인 저하
9) 낮은 구현 비용
10) 현대적인 요소 기반(집적 회로)의 존재.
확산 스펙트럼 시스템의 주요 그룹
사용된 아키텍처 및 변조 유형에 따라,
확산 스펙트럼 시스템은 다음과 같은 주요 그룹으로 나눌 수 있습니다.
CDMA 시스템을 포함한 PRS(Pseudo-Random Sequence Direct Spread) 시스템.
저속 및 고속 호핑 CDMA 시스템을 포함하는 주파수 호핑(주파수 호핑) 시스템.
캐리어 감지 확산 스펙트럼 다중 액세스(CSMA) 시스템.
신호의 시간 위치를 재구성하는 시스템("점프" 시간).
신호의 선형 주파수 변조(칩 변조)가 있는 시스템. 스펙트럼 확산의 혼합 방법을 사용하는 시스템.
이동 무선 통신 시스템 및 무선 로컬 네트워크직접 확산 스펙트럼, 주파수 민첩성 및 반송파 감지 확산 스펙트럼은 널리 응용되고 있습니다.
의사 난수 시퀀스를 사용한 직접 스펙트럼 확산
쌀. 1. 블록 다이어그램
직접 시스템
확산 스펙트럼
신호
의사 무작위
시퀀스: a -
신호 송신기
PSK 및 그 이상
확산 스펙트럼; b - 송신기 등가 회로, 여기서
확산 스펙트럼
변조 주파수 대역에서 수행; c - 수신기.
확산 스펙트럼 신호를 생성하는 프로세스는 변조 및 확산(또는 의사 난수 시퀀스에 의한 2차 변조)의 두 단계로 발생합니다. 중고등 학년
변조는 곱셈 g(t)s(t)의 이상적인 연산을 사용하여 수행됩니다(그림 1).
반송파가 억제된 진폭 변조된 2측파대 신호.
PSK 신호는 다음 식으로 정의됩니다.
여기서 d(t)는 +1 및 -1의 두 가지 상태를 갖는 필터링되지 않은 2레벨 신호입니다. ωpch - 중간 주파수, Ps - 신호 전력.
스펙트럼 확산 신호 g(t)는 심볼 반복률 f=1/Tc인 PRS(pseudo-random sequence) 신호를 사용한다. 반복되는 변조의 결과로 확산 스펙트럼이 있는 PSK 신호가 형성됩니다.
이 중간 주파수 신호는 RF(무선 주파수) 합성기를 사용하여 원하는 주파수까지 전송됩니다. 여기서 ω0는 중간 IF ω 또는 무선 주파수 ωRF를 나타냅니다.
따라서 수신기의 입력은 동일한 RF 대역폭을 차지하는 M개의 독립적인 확산 스펙트럼 신호의 합을 수신합니다.
여기서 M은 동시에 전송하는(활성) 사용자의 수입니다. g 나는 (t) -PSP i번째 쌍송수신기; i(t) 변조된 신호; I(t) - 간섭(의도적 또는 자체적) n(t) - AWGN.
메시지가 의도된 사용자의 수신자에는 압축을 제공하는 시간 동기화된 신호 gi(t)가 있습니다.
스펙트럼 및 표현 정확한 사본해당 송신기의 PSP 신호. 스펙트럼 압축 후 수신된 협대역 PSK 신호는 복조됩니다. 표시된 예에서는 이진 위상 변조/복조가 사용됩니다. 그러나 다른 유형의 구현도 가능합니다.
MSK, GMSK, GFS^ FBPSK 및 FQFSK와 같은 변조.
상관되지 않은 PRS 신호의 앙상블이 선택되면 스펙트럼 압축 작업 후에 변조된 유용한 신호만 유지됩니다. 상관 관계가 없는 다른 모든 신호는 광대역을 유지하고 복조기 필터의 차단 대역폭을 초과하는 스펙트럼 폭을 갖습니다.
시스템의 수신 부분은 그림 4에 나와 있습니다. 여기에서 이진 SRP 생성기는 주파수 합성기를 제어하여 사용 가능한 주파수 세트에서 한 주파수에서 다른 주파수로 전환("점프")이 수행됩니다. 확장 효과는 다음과 같습니다.
스펙트럼은 사용 가능한 주파수 f j 에서 값이 선택되는 캐리어 주파수의 의사 랜덤 튜닝에 의해 달성됩니다. . . , f N ,
여기서 N은 수천 이상의 값에 도달할 수 있습니다.
메시지 호핑율(주파수 변경율)인 경우
메시지 전송 속도를 초과하면 빠른 시스템이 있습니다. 주파수 튜닝.변화율이 변화율보다 작은 경우
메시지 전송, 튜닝 간격에서 여러 비트가 전송되도록 하면 다음과 같은 시스템이 있습니다. 느린 주파수 튜닝.
