Espansione di banda nella codifica spread spectrum
Codificare un segnale con spread spectrum aumenta significativamente la sua banda occupata—spesso di ordini di grandezza—preservando il tasso dati originale. Questo spreading deliberato è la caratteristica distintiva delle tecniche spread spectrum.
Perché la banda aumenta
Il segnale dati in banda base (banda Bdata) è modulato da un codice di spreading ad alto tasso (tasso chip Rc ≫ tasso dati). La banda RF risultante approssima il tasso chip: BSS ≈ Rc. Il fattore di spreading (guadagno di elaborazione) è Gp = Rc / Rdata = BSS / Bdata.
Due varianti principali
- Sequenza Diretta (DSSS): I dati sono moltiplicati da un codice di rumore pseudo-casuale (PN). Lo spettro si diffonde continuamente. Usato in Wi-Fi (802.11b), GPS, CDMA.
- Salto di Frequenza (FHSS): La portatrice salta su una banda ampia in una sequenza pseudo-casuale. La banda istantanea è stretta; la banda aggregata è ampia. Usato in Bluetooth, radio militari.
Benefici della banda espansa
| Beneficio | Meccanismo |
|---|---|
| Rifiuto interferenze | Interferenti a banda stretta interessano solo una piccola frazione dell'energia diffusa; il despreading le sopprime di Gp. |
| Sicurezza / Bassa probabilità di intercettazione | La densità spettrale di potenza scende sotto il pavimento di rumore senza il codice di despreading. |
| Resistenza al multipath | Ritardi (multipath) decorreggono dal codice PN; i ricevitori RAKE possono combinarli. |
| Accesso multiplo (CDMA) | Codici ortogonali/unici permettono a molti utenti di condividere la stessa banda simultaneamente. |
Compromesso chiave
Il tasso dati non aumenta. Teorema di Shannon-Hartley: C = B log₂(1+S/N). Lo spreading scambia banda per miglioramento del rapporto S/N (guadagno di elaborazione), non per capacità grezza. Permette collegamenti affidabili in spettri ostili, non maggiore throughput per Hz.
Analogia
Pensa a un getto d'acqua stretto ad alta pressione (banda stretta) vs. una nebbia ampia a bassa pressione (spread spectrum). Entrambi erogano la stessa quantità totale di acqua (dati), ma la nebbia è più difficile da bloccare con uno scudo piccolo (disturbatore) e meno probabile che schizzi indietro coerentemente (multipath).