Понимание модуляции спектрального спектра в радиочастотных системах
В этом техническом обзоре обсуждаются характеристики и преимущества модуляции с расширенным спектром, используемые в радиочастотных системах.
Связанная информация
Новый сетевой протокол беспроводной сети
Есть хороший шанс, что вы видели термин «расширенный спектр» или, по крайней мере, аббревиатуру DSSS, которая означает «спектр с прямой последовательностью». Если вы когда-нибудь задумывались, что это значит или почему люди говорят об этом, читайте дальше.
Во-первых, нам нужно понять, что термин «расширенный спектр» может использоваться в контексте как цифровой электроники, так и радиочастотных систем. В этой статье основное внимание уделяется расширенному спектру по отношению к РФ, и мы рассмотрим цифровую сторону спектра распространения в отдельной статье.
Узкополосный сигнал
Типичная передача РЧ включает в себя синусоидальную несущую волну с заданной частотой. Информация передается путем модуляции амплитуды, частоты или фазы несущей. Представление передаваемого сигнала в частотной области выглядит примерно так:
Это называется «узкополосным» сигналом. Полоса частот, покрываемых сигналом, равна.,, ну, узкий.
Что произойдет, если мы возьмем этот переданный сигнал и изменим его таким образом, чтобы увеличить пропускную способность при сохранении той же общей передаваемой мощности »« src = »// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/TB_SSRF_2.jpg" />
Как вы можете видеть, исходный сигнал был «распространен» в том смысле, что ширина полосы намного шире, но средняя амплитуда намного ниже. Теперь у нас есть сигнал с расширенным спектром.
Инвертирование и переключение
Один из способов распространения спектра - умножить исходный сигнал на последовательность, состоящую из единиц и отрицательных; это эквивалентно инвертированию сигнала везде, где он умножается на отрицательный. Кроме того, переходы в этом умножающем сигнале происходят на частоте, которая выше (на практике намного выше), чем исходная частота передаваемого сигнала. Вы можете визуализировать это следующим образом:
Два перевернутых сечения синусоиды указывают на умножение на отрицательную
Эти высокочастотные инверсии вводят высокочастотные спектральные компоненты в сигнал, другими словами, ширина полосы пропускания увеличилась, но мы ничего не сделали, чтобы увеличить общую мощность, подаваемую на антенну. Этот метод называется спектром с прямой последовательностью (DSSS), а последовательность умножения известна как псевдошумовой (PN) код.
Вы можете добиться аналогичных преимуществ, неоднократно меняя несущую частоту. Этот метод называется скачкообразной перестройкой частоты; тем не менее, это немного запутывает включение скачкообразной перестройки частоты в той же категории, что и DSSS, потому что она не распространяется по спектру совершенно так же. Частотный скачок последовательно расширяет спектр; мощность передачи распределяется по более широкой полосе только при усреднении по времени.
Зачем беспокоиться?
Методы спектрального спектра далеко не удобны, но в некоторых приложениях преимущества оправдывают повышенную сложность системы.
Суть в том, что распространение спектра позволяет создать более надежную и надежную систему радиосвязи. Подумайте о графиках частотной области, показанных выше: если есть другой передатчик, работающий на той же частоте, что и исходный узкополосный сигнал, у вас будут серьезные помехи. Но такой же мешающий сигнал будет намного менее проблематичным для сигнала с расширенным спектром, потому что эта узкополосная помеха не влияет на большую часть передаваемой энергии.
Эта же идея относится к скачкообразной перестройке частоты: мешающий сигнал будет вызывать проблемы изначально, но связь будет восстановлена, как только передатчик и приемник переключится на новую несущую частоту.
Вывод
Этот сценарий помех можно распространить на другие ситуации: распространение спектра (или изменение несущей частоты) делает RF-соединение устойчивым к заклиниванию (что является просто преднамеренным вмешательством) и перехватом. Таким образом, неудивительно, что методы расширенного спектра ценны для военных приложений, хотя они также используются в коммерческих протоколах, включая Bluetooth и IEEE 802.11.