مخابرات طیف گسترده

[یاسر خرمگاه]

سلام به شما دوست عزیز در مورد سیستمهای طیف گسترده مطلب میخواستم لطفا یا در این قسمت یا به ایمیلم بفرستین با تشکر از دوستانی که کمک میکنند و دوستانی که دوست دارند کمک کنند

 

[nazliii]

سلام به شما دوست عزیز در مورد سیستمهای طیف گسترده مطلب میخواستم لطفا یا در این قسمت یا به ایمیلم بفرستین با تشکر از دوستانی که کمک میکنند و دوستانی که دوست دارند کمک کنند

در گذشته اين عمل با اختصاص دادن طيف فركانسي به هر سرويس انجام مي گرفت، مثلاً باندهاي مختلف فركانسي براي كاربرد هاي سخن پراكني، راديو آماتوري، مخابرات ماهوره اي، مخابرات سيار و غيره اختصاص داده مي شد كه هنوز نيز اين روش ادامه دارد. اما اخيراً روشي ديگر براي حل اين مشكل مطرح شده است كه متكي به ويژگي هاي يك نوع مدولاسيون است كه باند فركانسي را بدون تداخل قابل ملاحظه به اشتراك مي گذارد و روش طيف گسترده نام دارد. هر ساله حدود بيست درصد به وسعت شبكه ها افزوده مي شود و اين روند همچنان ادامه دارد. چنين سرعتي تا زماني كه سيستم هاي موجود آنالوگ بودند، امكان پذير نبود. از زماني كه سيستم هاي ديجيتالي با بازار آمدند، چنين روند سرسام آوري را مي بينيم و دلايل آن را مي توان در موارد زير خلاصه كرد:
الف: ظرفيت بالاي سيستم هاي ديجيتالي
ب: قيمت پايين
ج: افزايش بازدهي با اضافه كردن خدماتي از قبيل ارسال ديتا
د: وجود گيرنده هاي ديجيتالي كوچك، كم مصرف، و قابل حمل.
در سال هاي اخير با توجه به حجم اطلاعات مبادله شده و افزايش تعداد مشتركين از يك طرف و محدوديت منابع عرض باند فركانسي از طرف ديگر، توجه به اين مطلب جلب شد كه سيستم هايي با خواص زير طراحي شوند:
الف: تعداد بيشتري از مشتركين را تحت پوشش قرار دهند.
ب: سرعت بالاتري از اطلاعات را بتوانند انتقال دهند.
ج: در مقابل تداخل و نويز مقاومت خوبي داشته باشند.
د: از ضريب امنيت خوبي برخوردار باشند.
سيستم هايي مانندTDMA و FDMA با نياز هاي امروز چندان منطبق نيستند. روشي كه پيشنهاد شده و كم كم در حال جا افتادن است، استفاده از سيستمي به نامCDMA است كه در آن اطلاعات در حوزه فركانس گسترده مي شود تا خواص مورد نظر را تا حدي تأمين كند. اين سيستم در حقيقت چيزي است كه در مخابرات به آن سيستم باند وسيع مي گويند.


2ـ تاريخچه
ايده هاي اوليه تكنيك طيف گسترده به سال 1935 باز مي گرددكه دو مهندس آلماني براي ثبت روشي اقدام كردند تا سيگنال صحبت را از طريق ادغام با نوعي سيگنال نويز كه توسط يك مولد چرخشي ايجاد مي شد، پنهان مي ساخت. گيرنده نيز شامل مولد چرخشي ديگر بود كه با فرستنده هماهنگ بوده و از آن براي باز سازي سيگنال صحبت استفاده مي شد.
در خلال جنگ جهاني دوم استفاده از امواج راديويي براي هدايت موشك ها فزوني يافت، ولي مشكل اصلي از آنجا ناشي مي شد كه اين امواج به سادگي توسط دشمن قابل شناسايي بود و با ايجاد تداخل عمدي، كارايي خود را از دست مي داد. اين مسأله موجب شد كه در سال 1924 روشي به ثبت رسد كه آن را سيستم مخابرات سري ناميدند. در اين سيستم فركانس حامل بين فرستنده و گيرنده بر طبق يك الگوي تصادفي ولي از پيش تعيين شده تغيير مي كرد و بنابر اين امكان شناسايي و ايجاد تداخل را از دشمن مي گرفت. در هر حال همزماني بين فرستنده و گيرنده مشكلات بسياري ايجاد مي كرد كه موجب شد تا از اين روش در طول جنگ استفاده نگردد.
در اوايل دهه شصت بود كه نام طيف گسترده با ادبيات سيستم هاي مخابراتي وارد گرديد، ولي همچنان آزمايش ها و فعاليت هاي تحقيقاتي در اين زمينه محرمانه و براي كاربردهاي نظامي بود و تنها چند مركز تحقيقاتي و دانشگاهي در مورد آن فعاليت داشتند. در اواسط دهه هشتاد ارتش امريكا تكنولوژي طيف گسترده را غير نظامي اعلام كرد و اين موجب شد تا استفاده از طيف گسترده در كاربردهاي تجاري نيز مورد استفاده قرار گيرد.
3ـ تكنيك طيف گسترده[1]:
آنچه كه موجب رشد روز افزون طيف گسترده شده است، تنها به قابليت آن در استفاده اشتراكي از پهناي باند يا خاصيت ضد تداخلي آن بر نمي گردد، بلكه مزاياي ديگر گسترده كه استفاده از آنها كيفيت بهتري را در كانال هاي ارتباطي جديد بدست مي دهد نيز در گسترش كاربرد آن تأثير به سزايي داشته است. اكثر روشهاي مدولاسيون براي انتقال اطلاعات در كانال هايي با نويز سفيد گوسي جمع شونده[2]AWGN بهينه هستند. اما كاربردهاي جديد كانال هايي را معرفي نموده اند كه با اين مدل قابل بين نيستند. به عنوان مثال در كانال هاي چند مسيره كه چندين مسير انتقال بين فرستنده و گيرنده وجود دارد- نظير آنچه كه در مخابرات سيار سلولي اتفاق مي افتد- سيگنال اصلي با نمونه هايي از خود كه با تأخير هاي متفاوت به گيرنده مي رسند تداخل نموده و موجب ايجاد پراكندگي[3] و يا محو شدگي مي گردد. طيف گسترده در اين موارد نيز موفق عمل كرده و كيفيت بهتري را در مقايسه با ساير روش ها ارائه مي نمايد. در مجموع مهمترين مزايا و ويژگي هاي طيف گسترده را به صورت زير مي توان بر شمرد:
الف: قدرت مقابله با تداخل عمدي و غير عمدي
ب: حذف يا كاهش اثر تداخل چند مسيره كه در مخابرات سيار عامل عمده اي در كاهش كيفيت سيستم محسوب مي شود.
ج: امكان تخصيص يك باند فركانسي براي كاربرهاي مختلف به علت شبه نويز بودن سيگنال طيف گسترده از نظر ساير كاربران.
د: به علت استفاده از كدهاي تصادفي( يا شبه تصادفي) امكان استراق سمع سيگنال طيف گسترده به سادگي ساير روشها وجود ندارد اين امر موجب مي شود كه تكنيك طيف گسترده از ضريب امنيت بالاتري برخوردار گردد.
ه : در طيف گسترده چون انرژي سيگنال در باند فركانسي وسيعي پخش مي شود، توان سيگنال در سطح بسيار پاييني بوده و لذا در برخي از باندهاي فركانسي نظير باندهاي اختصاص يافته به كاربردهاي صنعتي، علمي و پزشكي بدون كسب مجوز مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.
و: از آنجا كه تعداد زيادي كد مي توان تعريف كرد، تعداد مصرف كننده مي تواند وجود داشته باشد.
تعاريف مختلفي از تكنيك طيف گسترده وجود دارد، تعريفي كه به طور مناسب، مشخصات اين تكنيك را بيان مي دارد چنين است:
طيف گسترده روش ارسالي است كه در آن سيگنال ارسالي پهناي باندي به مراتب بيشتر از حداقل پهناي باند لازم را اشغال مي كند. گسترش پهناي باند در اين روش بوسيله يك كد كه مستقل از اطلاعات است ايجاد شده و از يك گيرنده منطبق بر كد گسترده زدايي و بازيابي اطلاعات استفاده مي شود.
با تعريف فوق، تكنيك هاي ديگر مدولاسيون نظيرFM يا PCM كه در آنها نيز پهناي باند ارسالي بشتري از حداقل پهناي باند مورد نياز براي ارسال سيگنال است، طيف گسترده معرفي نمي شود.
در مخابرات طيف گسترده، پهناي باند سيگنال قبل از ارسال گسترش داده مي شود، بطوري كه معمولاً تمام پهناي باند در دسترس كانال را اشغال مي نمايد. وقتي فقط يك كاربر از كانال استفاده نمايد اين روش از نظر استفاده از پهناي باند كارآ نيست. اما وقتي چندين كاربر وجود دارد، همگي مي توانند از باند فركانسي مشابهي استفاده نمايند. در اين صورت سيستم از نظر پهناي باند كارايي دارد. برخي از روشهاي مدولاسيون كه براي تكنيك طيف گسترده استفاده مي شوند، عبارتند از:
الف: روش دنباله مستقيم (Direct Sequence)
ب: روش پراش فركانسي (Frequency Hopping)
ج: روش پرش زماني (Time Hopping)
د: روش (Chrip)
ه: روش تركيبي
در يك سيستم طيف گسترده دنباله مستقيم(DSSS) گسترش طيف سيگنال از طريق ضرب سيگنال منبع در يك دنباله شبه تصادفي انجام مي گيرد، در حالي كه در روش پرش فركانسي(FHSS) اين كار با تغيير فركانس حامل از بين يك مجموعه فركانسي صورت مي پذيرد. الگويي كه بر اساس آن فركانس حامل تغيير (يا پرش) مي نمايد، از يك كد يا دنباله شبه تصادفي به دست مي آيد.
در روش پرش زماني(THSS) يك فريم به تعدادي بازه زماني تقسيم شده و بازه زماني كه براي ارسال اختصاص داده مي شود، مطابق با يك دنباله شبه تصادفي انتخاب مي گردد. بنابراين در هر نيم فريم، بازه متفاوتي براي ارسال مورد استفاده قرار مي گيرد.
در حال حاضر بيشترين جذابيت سيستم هاي طيف گسترده به خاطر كاربرد دستيابي چند گانه است كه در آن چندين كاربر به طور مشترك و همزمان از پهناي باند سيستم استفاده مي نمايد. هر كاربر كد يا دنباله مخصوص به خود دارد كه توسط آن طيف سيگنال خود را گسترش مي دهد. گيرنده نيز از كد متناظر براي باز سازي سيگنال استفاده مي كند. از نظر گيرنده مورد نظر سيگنال ساير كاربران در روش DS به صورت افزايش متوسط نويز خود را نشان مي دهد. در حالي كه در TH وFH به گونه اي ديگر است. در اين روش كدها به گونه اي به كاربران اختصاص مي يابند كه هيچ دو كاربري به طور همزمان از يك فركانس يا يك بازه زماني براي ارسال استفاده ننمايند و بنابراين از هر گونه تصادمي در ارسال اطلاعات جلوگيري مي شود.

 

[nazliii]

اینم دو تا پاورپویت در این زمینه است .
http://www.sce.carleton.ca/courses/sysc-4600/f07/.../spread-spectrum.ppt

http://engweb.info/.../Lecture 4 -...