CDMA - Spread Spectrum
Todas as técnicas de modulação e demodulação buscam maior potência e / ou eficiência de largura de banda em um canal de ruído estacionário aditivo Gaussiano branco. Como a largura de banda é um recurso limitado, um dos principais objetivos do projeto de todos os esquemas de modulação é minimizar a largura de banda necessária para a transmissão. Por outro lado, as técnicas de espalhamento espectral usam uma largura de banda de transmissão que é ordem da magnitude maior do que a largura de banda necessária para o sinal mínimo.
A vantagem da técnica de espalhamento espectral é que - muitos usuários podem usar simultaneamente a mesma largura de banda sem interferir uns com os outros. Portanto, espalhar espectro não é econômico quando o número de usuários é menor.
Espalhamento de espectro é uma forma de comunicação sem fio na qual a frequência do sinal transmitido é deliberadamente variada, resultando em uma largura de banda maior.
O espectro de dispersão é aparente no teorema da capacidade do canal de Shannon e Hartley -
C = B × log 2 (1 + S / N)
Na equação dada, 'C' é a capacidade do canal em bits por segundo (bps), que é a taxa máxima de dados para uma taxa de erro de bit teórica ( BER ). 'B' é a largura de banda do canal necessária em Hz, e S / N é a relação de potência sinal-ruído.
O espectro de dispersão usa sinais de banda larga semelhantes a ruído que são difíceis de detectar, interceptar ou demodular. Além disso, os sinais de espalhamento espectral são mais difíceis de interferir (interferir) do que os sinais de banda estreita.
Como os sinais de espalhamento espectral são tão amplos, eles transmitem a uma densidade de potência espectral muito menor, medida em watts por hertz, do que os transmissores de banda estreita. Os sinais de espectro espalhado e de banda estreita podem ocupar a mesma banda, com pouca ou nenhuma interferência. Essa capacidade é a principal atração para todo o interesse em espalhar espectro hoje.
Points to Remember -
A largura de banda do sinal transmitido é maior do que a largura de banda mínima da informação, necessária para transmitir o sinal com êxito.
Alguma função diferente da informação em si é normalmente empregada para determinar a largura de banda transmitida resultante.
A seguir estão os dois tipos de técnicas de espalhamento espectral -
- Sequência direta e
- Salto de frequência.
A sequência direta é adotada pelo CDMA.
Sequência direta (DS)
O Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Sequência Direta (DS-CDMA) é uma técnica para multiplexar usuários por códigos diferentes. Nesta técnica, a mesma largura de banda é usada por usuários diferentes. Cada usuário recebe um código de distribuição próprio. Esses conjuntos de códigos são divididos em duas classes -
- Códigos Ortogonais e
- Códigos Não Ortogonais
As sequências de Walsh entram na primeira categoria, que são os códigos ortogonais, enquanto outras sequências, ou seja, PN, Gold e Kasami, são sequências de registro de deslocamento.

Os códigos ortogonais são atribuídos aos usuários, a saída do correlacionador no receptor será zero, exceto a sequência desejada. Na sequência direta síncrona, o receptor recebe a mesma sequência de código que foi transmitida para que não haja deslocamento de tempo entre os usuários.
Demodulando sinais DS - 1
Para demodular sinais DS, você precisa saber o código que foi usado no momento da transmissão. Neste exemplo, multiplicando o código usado na transmissão para o sinal de recepção, podemos obter o sinal transmitido.
Neste exemplo, vários códigos foram usados no momento da transmissão (10,110,100) para o sinal recebido. Aqui, nós calculamos usando a lei de dois aditivos (Adição Módulo 2). Ele é ainda demodulado pela multiplicação do código que foi usado no momento dessa transmissão, chamado dereverse diffusion(propagação). No diagrama abaixo, pode-se ver que durante a transmissão dos dados para o espectro de banda estreita (Banda Estreita), o espectro do sinal é difundido.

Demodulando sinais DS - 2
Por outro lado, se você não souber o código que foi usado no momento da transmissão, não poderá demodular. Aqui, você está tentando demodulação no código de diferentes (10101010) e o tempo de transmissão, mas falhou.
Mesmo olhando para o espectro, ele está se espalhando durante o tempo de transmissão. Quando passa por um filtro passa-banda (Band Path Filter), apenas este pequeno sinal permanece e estes não são demodulados.

Características do Spread Spectrum
Conforme mostrado na figura a seguir, a densidade de potência dos sinais Spread Spectrum pode ser menor do que a densidade de ruído. Este é um recurso maravilhoso que pode manter os sinais protegidos e manter a privacidade.

Ao espalhar o espectro do sinal transmitido, pode-se reduzir sua densidade de potência de forma que se torne menor que a densidade de potência do ruído. Desta forma, é possível ocultar o sinal no ruído. Ele pode ser demodulado se você souber o código que foi usado para enviar o sinal. Caso o código não seja conhecido, o sinal recebido permanecerá oculto no ruído mesmo após a demodulação.
DS-CDMA
O código DS é usado em CDMA. Até agora, foi explicada parte básica da comunicação de espalhamento espectral. A partir daqui, explicaremos como funciona o Acesso Múltiplo por Divisão de Código de Sequência Direta (DS-CDMA).
O sinal, que é espalhado por espectro, pode ser demodulado apenas por um código usado para transmissão. Ao usar isso, o sinal de transmissão de cada usuário pode ser identificado por um código separado ao receber o sinal. No exemplo dado, o sinal difundido do usuário A no código A e o sinal difuso do usuário B no código B. Cada um dos sinais quando recebe são misturados. Porém, pelo difusor inverso (Despreadder), ele identifica o sinal de cada usuário.
DS-CDMA System - Forward Link

DS-CDMA System - Reverse Link

Código de propagação
Cross-Correlation
Correlação é um método de medição de quão precisamente um determinado sinal corresponde a um código desejado. Na tecnologia CDMA, cada usuário recebe um código diferente, o código que está sendo atribuído ou escolhido pelo usuário é muito importante para modular o sinal, pois está relacionado ao desempenho do sistema CDMA.
Um obterá o melhor desempenho quando houver uma separação clara entre o sinal dos usuários desejados e os sinais dos outros usuários. Esta separação é feita correlacionando o código de sinal desejado que foi gerado localmente e outros sinais recebidos. Se o sinal corresponder ao código do usuário, a função de correlação será alta e o sistema poderá extrair esse sinal. Se o código desejado pelo usuário não tiver nada em comum com o sinal, a correlação deve ser o mais próxima possível de zero (eliminando o sinal); também conhecido como correlação cruzada. Então, há umself-correlation (Autocorrelação) e cross-correlation (Correlação cruzada).
As propriedades de autocorrelação e código são mostradas no diagrama dado abaixo, onde a correlação entre o código de espalhamento 'A' e o código de espalhamento 'B' é mostrada. Neste exemplo, a correlação calculada do código de espalhamento 'A (1010110001101001) e do código de espalhamento' B '(1010100111001001) é fornecida, durante a execução de cálculos no exemplo abaixo, o resultado chegou a 6/16.

Preferable Codes
O código preferível é usado em CDMA. Existem diferentes códigos que podem ser usados dependendo do tipo de sistema de CDMA. Existem dois tipos de sistema -
- Sistema Síncrono (Síncrono) e
- Sistema assíncrono (assíncrono).
Em um sistema síncrono, códigos ortogonais (código ortogonal) podem ser usados. Em sistema assíncrono para isso, como código pseudo-aleatório (Ruído Pseudo-aleatório) ou código Gold é usado.
A fim de minimizar a interferência mútua no DS-CDMA, os códigos de espalhamento com menos correlação cruzada devem ser escolhidos.
Synchronous DS-CDMA
- Os códigos ortogonais são apropriados. (Código Walsh etc.)
Asynchronous DS-CDMA
- Códigos de ruído pseudoaleatório (PN) / sequência máxima
- Códigos Ouro
Synchronous DS-CDMA
Os sistemas CDMA síncronos são realizados em sistemas ponto a multiponto. Por exemplo, Encaminhar link (estação base para estação móvel) no telefone móvel.

O sistema de sincronização é usado em sistemas um-para-muitos (ponto a multiponto). Por exemplo, em um determinado momento, em um sistema de comunicação móvel, uma única estação base (BTS) pode se comunicar com vários telefones celulares (link direto / downlink).
Neste sistema, um sinal de transmissão para todos os usuários pode se comunicar em sincronização. Significa, "Sincronização" neste ponto é um sentido que pode ser enviado para alinhar a parte superior de cada sinal do usuário. Neste sistema, é possível usar códigos ortogonais e também é possível reduzir a interferência mútua. E códigos ortogonais, é o sinal, como correlação cruzada, ou seja, 0.
Asynchronous DS-CDMA
No sistema CDMA assíncrono, os códigos ortogonais têm correlação cruzada ruim.

Ao contrário do sinal da estação base, o sinal da estação móvel para a estação base torna-se o sistema assíncrono.
Em um sistema assíncrono, aumenta um pouco a interferência mútua, mas usa os outros códigos, como código PN ou código Gold.
Vantagens do Spread Spectrum
Como o sinal é espalhado por uma ampla banda de frequência, a densidade espectral de potência torna-se muito baixa, de modo que outros sistemas de comunicação não sofrem com esse tipo de comunicação. No entanto, o ruído gaussiano aumenta. Dada a seguir está uma lista de algumas das principais vantagens do Spread Spectrum -
O multipath pode ser combinado, pois um grande número de códigos pode ser gerado, permitindo um grande número de usuários.
Em espalhamento espectral, não há limite de usuários, enquanto há limitações de usuários na tecnologia FDMA.
Segurança - sem conhecer o código de propagação, dificilmente é possível recuperar os dados transmitidos.
Rejeição descendente - conforme grande largura de banda é usada, o sistema; é menos suscetível à deformação.
Sequência PN
O sistema DS-CDMA usa dois tipos de sequências de propagação, ou seja, PN sequences e orthogonal codes. Conforme mencionado acima, a sequência PN é gerada pelo gerador de ruído pseudo-aleatório. É simplesmente um registrador de deslocamento de feedback linear binário, consistindo em portas XOR e um registrador de deslocamento. Este gerador PN tem a capacidade de criar uma sequência idêntica para o transmissor e o receptor,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.
Uma sequência PN tem muitos recursos, como ter um número quase igual de zeros e uns, correlação muito baixa entre versões alteradas da sequência e correlação cruzada muito baixa com outros sinais, como interferência e ruído. No entanto, é capaz de se correlacionar bem consigo mesmo e com seu inverso. Outro aspecto importante é a autocorrelação da sequência, pois determina a capacidade de sincronizar e travar o código de espalhamento para o sinal recebido. Esta luta afeta efetivamente a interferência múltipla e melhora o SNR. Sequências M, códigos Gold e sequências de Kasami são os exemplos dessa classe de sequências.
Uma sequência de ruído pseudo-aleatório (PN) é uma sequência de números binários, por exemplo, ± 1, que parece ser aleatório; mas é, na verdade, perfeitamente determinista.
As sequências PN são usadas para dois tipos de técnicas de espectro de propagação PN -
Espectro de propagação de sinal direto (DS-SS) e
Espectro de propagação de salto de frequência (FH-SS).
Se 'u' usa PSK para modular a sequência PN, isso resulta em DS-SS.
Se 'u' usa FSK para modular a sequência PN, isso resulta em FH-SS.
Tecnologia de salto de frequência
O salto de frequência é um espectro de propagação no qual a propagação ocorre por meio do salto de frequência em uma banda larga. A ordem precisa em que a quebra ocorre é determinada por uma tabela de salto gerada usando uma sequência de código pseudo-aleatória.
A taxa de salto é uma função das informações de velocidade. A ordem das frequências é selecionada pelo receptor e ditada pela sequência de ruído pseudo-aleatório. Embora a transmissão de um espectro de sinal de salto de frequência seja bastante diferente daquela de um sinal de sequência direta, é suficiente notar que os dados distribuídos por uma banda de sinal é maior do que o necessário para transportar. Em ambos os casos, o sinal resultante aparecerá como ruído e o receptor usa uma técnica semelhante, que é usada na transmissão para recuperar o sinal original.