SPREAD SPECTRUM

AND FREQUENCY HOPPING

Estudiante: José David Canqui CopaMateria: Ingeniería en TelecomunicacionesDocente: Ing. Félix PintoSemestre: NovenoFecha de Entrega: 13/10/15

LA PAZ – BOLIVIA

SPREAD SPECTRUMEl espectro ensanchado (también   llamado espectro esparcido, espectro disperso, spread spectrum o SS) es una técnica de modulación empleada en telecomunicaciones para la transmisión de datos digitales y por radiofrecuencia.

El fundamento básico es el "ensanchamiento" de la señal a transmitir a lo largo de una banda muy ancha de frecuencias, mucho más amplia, de hecho, que el ancho de banda mínimo requerido para transmitir la información que se quiere enviar. No se puede decir que las comunicaciones mediante espectro ensanchado son medios eficientes de utilización del ancho de banda. Sin embargo, rinden al máximo cuando se los combina con sistemas existentes que hacen uso de la frecuencia. La señal de espectro ensanchado, una vez ensanchada puede coexistir con señales en banda estrecha, ya que sólo les aportan un pequeño incremento en el ruido. En lo que se refiere al receptor de espectro ensanchado, él no ve las señales de banda estrecha, ya que está escuchando un ancho de banda mucho más amplio gracias a una secuencia de código preestablecido.

La traducción del inglés spread spectrum se hace con distintos adjetivos según las fuentes; pueden emplearse   indistintamente espectro ensanchado, expandido, desparramado, difuso o disperso para referirse en todos los casos al mismo concepto.

Podemos concluir diciendo que todos los sistemas de espectro ensanchado satisfacen dos criterios:

El ancho de banda de la señal que se va a transmitir es mucho mayor que el ancho de banda de la señal original.

El ancho de banda  transmitido se determina mediante alguna  función  independiente  del mensaje y conocida por el receptor.

El espectro ensanchado tiene muchas propiedades únicas y diferentes que no se pueden encontrar en  ninguna  otra   técnica  de  modulación.  Para   verlo  mejor,   se   listan  debajo  algunas   ventajas   y desventajas que existen en los sistemas típicos de espectro ensanchado:

Ventajas

Resiste todo tipo de interferencias, tanto las no intencionadas como las malintencionadas (más conocidas con el nombre de jamming), siendo más efectivo con las de banda estrecha.

Tiene la habilidad de eliminar o aliviar el efecto de las interferencias multitrayecto. Se puede compartir la misma banda de frecuencia con otros usuarios. Confidencialidad   de   la   información   transmitida   gracias   a   los   códigos   pseudoaleatorios 

(multiplexación por división de código).

Desventajas

Ineficiencia del ancho de banda. La implementación de los circuitos es en algunos casos muy compleja.

Características de Esparcir el Espectro.

Las características más importantes de los sistemas de modulación de espectro ensanchado son las siguientes:

Posibilidad de acceso múltiple: Si múltiples usuarios al mismo tiempo transmiten una señal,  el receptor   será   capaz   de   distinguir   entre   los   diferentes   usuarios   cuál   es   la   señal   que   debe   de recuperar  en base al  código  de  la  información,  mientras que otras señales  extendidas de otros usuarios serán vistos como ruido ante la señal deseada. 

Baja probabilidad de ser interceptada: Ante el  ensanchamiento  del  espectro se hace difícil   la recuperación de la información por parte de un receptor distinto al que va dirigido, ya que se genera una señal con una densidad de potencia muy baja comparable con niveles de ruido.

Alta inmunidad frente a interferencias: La posible interferencia de señales de banda angosta o ancha es despreciada si no se cuenta con el código de la señal deseada.

Alta inmunidad frente a interferencias de señales multi-trayecto: Al transmitir en RF las señales pueden tomar más de una ruta debido a fenómenos como la reflexión, refracción y difracción. Así las señales con diferentes rutas son copia de una señal  transmitida pero con distintas amplitudes y fases, resultando en una dispersión de la señal, sin embargo en el receptor se espera a que lleguen varias copias para recuperar su fase y ser sumadas para obtener una señal más fuerte.

Privacidad en las comunicaciones: La señal transmitida sólo puede ser recuperada si se cuenta con el código correspondiente.

Técnicas de Modulación Spread Spectrum

Las técnicas de modulación Spread Spectrum fueron originalmente desarrolladas para sistemas de comunicaciones militares por su resistencia ante señales de interferencia y por su baja probabilidad de detección. Los métodos de modulación para generar Spread Spectrum son los siguientes:

DSSS (Espectro Extendido por Secuencia Directa). FHSS (Espectro Extendido por Salto de Frecuencia). THSS (Espectro Extendido por Salto de Tiempo). HSS (Espectro Extendido Híbrido).

APLICACION

FRECUENCY HOPPINGEs la técnica en la que la señal se mueve de una frecuencia a otra, es decir, la expansión de la señal se  produce   transmitiendo  una   ráfaga  en  una   frecuencia,   saltando   luego  a  otra   frecuencia  para transmitir otra ráfaga y así sucesivamente.

La tecnología de espectro ensanchado por salto en frecuencia (FHSS) consiste en transmitir  una parte de la información en una determinada frecuencia durante un intervalo de tiempo llamada dwell time  e   inferior  a  400  ms.  Pasado  este   tiempo  se  cambia   la   frecuencia  de  emisión  y  se  sigue transmitiendo a otra frecuencia. De esta manera cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuencia distinta durante un intervalo muy corto de tiempo.

El orden en los saltos en frecuencia se determina según una secuencia pseudoaleatoria almacenada en unas tablas, y que tanto el emisor y el receptor deben conocer. Si se mantiene la sincronización en los saltos de frecuencias se consigue que, aunque en el tiempo se cambie de canal físico, a nivel lógico se mantiene un solo canal por el que se realiza la comunicación.

Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con un ancho de banda de 1MHz cada uno. El número de saltos por segundo es regulado por cada país, así, por ejemplo, Estados Unidos fija una tasa mínima de saltos de 2.5 por segundo.

El estándar IEEE 802.11 define la modulación aplicable en este caso. Se utiliza la modulación en frecuencia FSK (Frequency Shift Keying), con una velocidad de 1Mbps ampliable a 2Mbps.

En la revisión del estándar, la 802.11b, esta velocidad también ha aumentado a 11Mbps. La técnica FHSS seria equivalente a una multiplexación en frecuencia

Los   sistemas   FH  se   clasifican  de  acuerdo  a   la   cantidad  de   tiempo   que   permanecen   en   cada frecuencia discreta antes de saltar a la siguiente, se les divide en:

Salto   en   frecuencia   lento.   Son   sistemas   en   los   que   se   transmite   uno   o   más   bits   de información en cada frecuencia.

Salto en frecuencia rápido. Son sistemas en  los cuales en cada frecuencia se transmite parte de un bit y son necesarios varios saltos para transmitir el bit completo.

El modelo para la transmisión de FH es:

En cualquier instante la salida consiste en una señal FSK o PSK cuya frecuencia de centro cambia todo el tiempo

A menos que se conozca de antemano la secuencia de cambios en frecuencia, va a ser poco probable que alguien ajeno pueda descifrar lo que sucede

El modelo para la recepción de FH es:

La secuencia de frecuencias tiene que ser idéntica tanto para el transmisor como para el receptor

Si el receptor sigue la secuencia correcta ,  la salida del detector sincrónico producirá na señal   coherente,   similar   a   lo   que   se   hubiese   recibido   por   un   receptor   perfectamente sintonizado

Si alguien intenta interceptar la transmisión tendría que observar toda la banda amplia, pero lo que observaría sería similar a ruido

APLICACIONES

Este tipo de tecnología se puede ver aplicada en la tecnología Bluetooth.

BIBLIOGRAFIA

http://macs.citadel.edu/chenm/sigma_xi/Presentation_Skinner.pdf    http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/83/1/CD-0055.pdf    http://html.rincondelvago.com/cdma.html    https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-hopping_spread_spectrum    https://es.wikipedia.org/wiki/   

Espectro_ensanchado_por_secuencia_directa#FHSS_.28Espectro_ensanchado_por_salto_de_frecuencia.29_Frequency_Hopping_Spread_Spectrum