Yöntem frekans atlamalı spektrum yayılımı (FHSS - Frekans Atlamalı Yayılma Spektrumu), geniş bir frekans aralığında sabit taşıyıcı atlamasını temel alır.

Taşıyıcı frekansı F1, ..., FN olarak adlandırılan belirli bir süre sonra rastgele değişir. kesme süresi (çip) , sözde rastgele bir dizi oluşturmak için seçilen algoritmaya göre. Modülasyon (FSK veya PSK) her frekansta uygulanır. Bir frekansta iletim, belirli bir veri bölümünün (Veri) iletildiği sabit bir zaman aralığı için gerçekleştirilir. Her iletim periyodunun başında, alıcıyı verici ile senkronize etmek için senkronizasyon bitleri kullanılır, bu da faydalı iletim hızını azaltır.

Taşıyıcının değişim hızına bağlı olarak 2 yayılı spektrum modu ayırt edilir:

· Spektrumun yavaş yayılması - bir kesme periyodunda birkaç bit iletilir;

· Spektrumun hızlı yayılması - bir bit birkaç kesme periyodu boyunca iletilir, yani birkaç kez tekrarlanır.

İlk durumda veri aktarım süresi daha küçük çip iletim süresi, ikinci - daha fazla.

Hızlı yayılan spektrum yöntemi, aynı bitin değerinin farklı frekanslarda tekrar tekrar tekrarlanması nedeniyle girişim varlığında daha güvenilir veri iletimi sağlar, ancak uygulanması yavaş spektrum yayma yöntemine göre daha zordur.

İleri sıralı yayılma

Doğrudan Dizi Yayılım Spektrumu (DSSS) aşağıdaki gibidir.

İletilen verilerdeki her bir "bir" bit, aşağıdakilerden ikili bir dizi ile değiştirilir: n biraz denir genişleyen dizi ve "sıfır" bit, yayılma dizisinin ters değeri ile kodlanır. Bu durumda, iletim saat hızı şu kadar artar: n kez, bu nedenle, sinyal spektrumu da genişler n bir Zamanlar.

Kablosuz iletim (iletişim hattı) için tahsis edilen frekans aralığını bilerek, veri iletim hızını ve değerini uygun şekilde seçebilirsiniz. n böylece sinyal spektrumu tüm aralığı doldurur.

FHSS gibi DSSS kodlamasının temel amacı gürültü bağışıklığını iyileştirmektir.

çip hızı Ortaya çıkan kodun iletim hızıdır.

Genişleme oranı- bit sayısı n genişleyen bir sırayla. Genellikle n 10 ile 100 arasındadır. Daha fazla n, iletilen sinyalin spektrumu ne kadar büyükse.

DSSS, hızlı yayılan spektrumdan daha az parazite karşı bağışıktır.

Kod Bölmeli Çoklu Erişim

Spektrum yayma yöntemleri, hücresel ağlarda, özellikle CDMA erişim yöntemini (Kod Bölmeli Çoklu Erişim) uygularken yaygın olarak kullanılır - Kod Bölmeli Çoklu Erişim ... CDMA, FHSS ile birlikte kullanılabilir, ancak kablosuz ağlarda daha sık DSSS ile kullanılabilir.

Ağdaki her düğüm, alıcı düğümün toplanan sinyalden veri çıkarabilmesi için seçilen kendi yayılma dizisini kullanır.

CDMA'nın avantajı, veri iletiminin artan güvenliği ve gizliliğinde yatmaktadır: yayılma sırasını bilmeden bir sinyal almak ve hatta bazen varlığını tespit etmek imkansızdır.

WiFi teknolojisi. WiMax teknolojisi. Kablosuz kişisel ağlar. Bluetooth teknolojisi. ZigBee teknolojisi. Kablosuz sensör ağları. Kablosuz teknolojilerin karşılaştırılması.

WiFi teknolojisi

Kablosuz LAN (WLAN) teknolojisi, bir fiziksel katmanı ve MAC ve LLC olmak üzere iki alt katmana sahip bir veri bağlantı katmanını tanımlayan IEEE 802.11 protokol yığını tarafından tanımlanır.

Fiziksel katmanda, farklı olan birkaç özellik seçeneği tanımlanmıştır:

· Kullanılan frekans aralığı;

· Kodlama yöntemi;

· Veri aktarım hızı.

WiFi adı verilen 802.11 standardının kablosuz LAN'ları oluşturma seçenekleri.

IEEE 802.11 (Seçenek 1):

· İletim ortamı - kızılötesi radyasyon;

· Görüş hattında iletim;

Radyasyon yayılımının 3 çeşidi kullanılır:

Çok yönlü anten;

Tavandan yansıma;

Odak yönlü radyasyon ("noktadan noktaya").

IEEE 802.11 Seçenek 2:

Kodlama yöntemi - FHSS: 79 frekans bandına kadar genişlik

Her birinin süresi 400 ms olan 1 MHz (Şekil 3.49);

· Sinyalin 2 durumunda, 4 - 2 Mbit/s'de 1 Mbit/s'lik iletim ortamı bant genişliği sağlanır.

IEEE 802.11 Seçenek 3:

· İletim ortamı - mikrodalga aralığı 2,4 GHz;

· Kodlama yöntemi - Yayılma dizisi olarak 11 bit kodlu DSSS: 10110111000.

IEEE 802.11a:

1) frekans aralığı - 5 GHz;

2) iletim hızları: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps;

3) kodlama yöntemi - OFDM.

Dezavantajları:

· Çok pahalı ekipman;

· Bu aralıktaki frekanslar bazı ülkelerde lisanslamaya tabidir.

IEEE 802.11b:

1) frekans aralığı - 2,4 GHz;

2) iletim hızı: 11 Mbps'ye kadar;

3) kodlama yöntemi - modernize edilmiş DSSS.

IEEE 802.11g:

1) frekans aralığı - 2,4 GHz;

2) maksimum aktarım hızı: 54 Mbps'ye kadar;

3) kodlama yöntemi - OFDM.

Eylül 2009'da IEEE 802.11n standardı onaylandı. Uygulaması, 802.11g standartlarındaki cihazlara kıyasla veri aktarım hızını neredeyse dört kat artıracaktır. Teoride 802.11n, 600 Mbps'ye kadar veri hızları sunabilir. IEEE 802.11 kablosuz ağlarının menzili 100 metreye kadardır.

WiMax teknolojisi

Yüksek bant genişliğine sahip kablosuz geniş bant erişim teknolojisi WiMax, IEEE 802.16 standartlar grubu tarafından temsil edilir ve başlangıçta bölgesel veya büyükşehir ağları sınıfına ait uzun (50 km'ye kadar) kablosuz ağlar oluşturmak için tasarlanmıştır.

İlk noktadan çok noktaya standart olan IEEE 802.16 veya IEEE 802.16-2001 standardı (Aralık 2001), 10 ila 66 GHz spektrumunda çalışmaya odaklandı ve sonuç olarak verici ve alıcının içinde olmasını gerektirdi. özellikle kentsel koşullarda önemli bir dezavantaj olan görüş hattı. Açıklanan spesifikasyonlara göre, 802.16 ağı, T-1 kanal hızında (1.554 Mbps) 60 istemciye kadar hizmet verebilir.

Daha sonra, verici ve alıcı arasındaki görüş hattı gereksiniminin kaldırıldığı IEEE 802.16a, IEEE 802.16-2004 ve IEEE 802.16e (mobil WiMax) standartları ortaya çıktı.

WiMax teknolojisinin listelenen standartlarının ana parametreleri.

Ana düşünün teknoloji farklılıkları WiFi'den WiMax.

1. Düşük hareketlilik. Standart başlangıçta uzun menzilli sabit kablosuz iletişim için geliştirildi ve bir bina içinde kullanıcı hareketliliğine izin verdi. Sadece 2005 yılında mobil kullanıcıları hedefleyen IEEE 802.16e standardı geliştirildi. Şu anda, mobil (mobil) istemcilerin 300 km / s hıza kadar çalışmasını destekleyen erişim ağları için yeni 802.16f ve 802.16h spesifikasyonlarının geliştirilmesi.

2. Daha kaliteli radyolar ve vericiler kullanma daha yüksek ağ inşaat maliyetlerine yol açar. 3. Uzun mesafe veri iletimi için bir takım özel problemlerin çözülmesi gerekir: farklı güçteki sinyallerin oluşumu, çeşitli modülasyon şemalarının kullanımı, bilgi güvenliği sorunları.

4. Çok sayıda kullanıcı bir hücrede.

5. Daha yüksek verim kullanıcıya sağlanır.

6. Multimedya trafiği için yüksek hizmet kalitesi.

Başlangıçta IEEE'nin 802.11 – mobil Ethernet analogu, 802.16 - kablosuz kablolu TV'nin sabit analogu... Ancak, mobil kullanıcıları desteklemek için WiMax (IEEE 802.16e) teknolojisinin ortaya çıkması ve geliştirilmesi bu iddiayı tartışmalı hale getiriyor.

Yayılmış spektrum aslen istihbarat ve askeri amaçlar için yaratılmıştır. Yöntemin ana fikri, bilgi sinyalini geniş bir radyo aralığı bandına dağıtmaktır, bu da sonuç olarak sinyalin bastırılmasını veya ele geçirilmesini önemli ölçüde zorlaştıracaktır. Geliştirilen ilk yayılı spektrum şeması, frekans atlama tekniği olarak bilinir. Daha modern bir yayılma spektrumu şeması, doğrudan sıralı yayılma yöntemidir. Her iki yöntem de çeşitli kablosuz standartlarda ve ürünlerde kullanılmaktadır.

Frekans Atlamalı Yayılma Spektrumu (FHSS)

Radyo trafiğinin dar bant gürültüsü tarafından engellenmesini veya bastırılmasını önlemek için, geniş bir frekans aralığında sabit bir taşıyıcı değişikliği ile iletilmesi önerildi. Sonuç olarak, sinyal gücü tüm menzile dağıtıldı ve belirli bir frekansın dinlenmesi çok az gürültü üretti. Taşıyıcı dizi, yalnızca verici ve alıcı tarafından bilinen, sözde rasgele idi. Sinyali dar bir aralıkta bastırma girişimi de, bilginin sadece küçük bir kısmı bastırıldığı için sinyali çok fazla düşürmedi.

Bu yöntemin fikri Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.10.

Sabit bir zaman aralığında iletim, sabit bir taşıyıcı frekansında gerçekleştirilir. FSK veya PSK gibi standart modülasyon teknikleri, her bir taşıyıcı frekansında ayrık bilgileri iletmek için kullanılır. Alıcının verici ile senkronize olabilmesi için, her bir iletim periyodunun başlangıcını belirtmek için zaman içinde senkronizasyon bitleri gönderilir. Dolayısıyla, bu kodlama yönteminin yararlı hızı, sabit senkronizasyon yükü nedeniyle daha azdır.

Pirinç. 1.10. Frekans Atlamalı Spread Spektrum

Taşıyıcı frekansı, sözde rasgele sayı algoritması tarafından üretilen frekans alt kanallarının sayılarına göre değişir. Sözde rastgele dizi, adı verilen bazı parametrelere bağlıdır. ilk sayı. Alıcı ve verici, çekirdeğin algoritmasını ve değerini biliyorsa, sözde rastgele frekans atlama dizisi adı verilen aynı dizideki frekansları değiştirirler.

Alt kanal değiştirme sıklığı kanaldaki veri hızından düşükse bu moda denir. yavaş yayılma(şek.1.11a); yoksa uğraşıyoruz hızlı yayılan spektrum(Şekil 1.11b).

Hızlı yayılan spektrum girişime karşı daha dayanıklıdır, çünkü belirli bir alt kanaldaki sinyali bastıran dar bantlı girişim, değeri farklı frekans alt kanallarında birkaç kez tekrarlandığından bit kaybına neden olmaz. Bu modda, semboller arası girişimin etkisi kendini göstermez, çünkü yollardan biri boyunca geciken sinyal geldiğinde, sistemin başka bir frekansa geçmek için zamanı vardır.

Yavaş spektrum yayma yöntemi bu özelliğe sahip değildir, ancak uygulanması daha kolaydır ve daha az ek yük içerir.

resmi büyüt
Pirinç. 1.11. Veri Hızı ile Alt Kanal Değişim Hızı Arasındaki İlişki

FHSS teknikleri, IEEE 802.11 ve Bluetooth kablosuz teknolojilerinde kullanılmaktadır.

FHSS'de frekans aralığını kullanma yaklaşımı diğer kodlama yöntemleriyle aynı değildir - ekonomik olarak dar bir bant genişliği kullanmak yerine, mevcut tüm aralığı işgal etmeye çalışır. İlk bakışta, bu çok etkili görünmüyor - sonuçta, aralıkta aynı anda yalnızca bir kanal çalışıyor. Bununla birlikte, son ifade her zaman doğru değildir - yayılı spektrum kodları, çok sayıda kanalı geniş bir aralıkta çoğaltmak için kullanılabilir. Özellikle, FHSS yöntemleri, her kanal için bu tür sözde-rastgele dizileri seçerek birkaç kanalın aynı anda çalışmasını düzenlemeye izin verir, böylece her an her kanal kendi frekansında çalışır (elbette bu, yalnızca kanal sayısı varsa yapılabilir). kanalları, frekans alt kanallarının sayısını geçmez).

Doğrudan Dizi Yayılım Spektrumu (DSSS)

Doğrudan Sıralı Yayılma ayrıca tek bir kablosuz bağlantıya tahsis edilen tüm frekans bandını kullanır. FHSS yönteminin aksine, tüm frekans aralığı, frekanstan frekansa sürekli geçiş nedeniyle değil, her bir bilgi bitinin N-bit ile değiştirilmesi nedeniyle, böylece sinyal iletiminin saat hızının artması nedeniyle işgal edilir. N kere. Bu, sırayla, sinyal spektrumunun da bir N faktörü ile genişletildiği anlamına gelir. Sinyal spektrumunun tüm aralığı doldurması için baud hızının ve N değerinin uygun seçilmesi yeterlidir.

DSSS kodlamasının amacı, FHSS yöntemiyle aynıdır - parazite karşı bağışıklığı arttırmak. Dar bant paraziti, sinyal spektrumunun yalnızca belirli frekanslarını bozar, böylece alıcı muhtemelen iletilen bilgiyi doğru bir şekilde tanıyabilir.

Orijinal bilginin ikili biriminin yerini alan koda denir. genişleyen dizi, ve böyle bir dizinin her biti bir çiptir.

Buna göre, elde edilen kodun iletim hızına denir. yonga hız. İkili sıfır, yayılma dizisinin tersi ile kodlanır. Alıcıların, iletilen bilgiyi anlamak için vericinin kullandığı yayılma sırasını bilmesi gerekir.

Yayılma dizisindeki bit sayısı, kaynak kodun yayılma faktörünü belirler. FHSS'de olduğu gibi, elde edilen kodun bitlerini kodlamak için BFSK gibi herhangi bir modülasyon kullanılabilir.

Yayılma faktörü ne kadar büyük olursa, ortaya çıkan sinyalin spektrumu o kadar geniş ve parazit bastırma derecesi o kadar yüksek olur. Ancak aynı zamanda kanalın kapladığı spektrum aralığı artar. Tipik olarak, genişleme katsayısı 10 ila 100 arasındadır.

SPEKTRUM GENİŞLETME SİSTEMLERİ

Yayılmış spektrum terimi, çok sayıda askeri ve ticari iletişim sisteminde kullanılmıştır. Yayılmış spektrum sistemlerinde, her mesaj taşıyıcısı, geleneksel modüle edilmiş bir sinyalden çok daha geniş bir RF bant genişliği gerektirir. Daha geniş bant genişliği, başka yollarla elde edilmesi zor olan bazı faydalı özelliklere ve özelliklere izin verir.

Yayılı spektrum, yalnızca sinyalin spektrumunu yaymakla kalmayan, aynı zamanda diğer sinyaller üzerindeki etkisini de azaltan ek bir modülasyon aşaması kullanarak bir yayılı spektrum sinyali üretme yöntemidir. Ek modülasyonun iletilen mesajla hiçbir ilgisi yoktur.

Aşağıdaki potansiyel faydalar nedeniyle geniş bant sistemleri kullanılmaktadır:

Artan gürültü bağışıklığı;

CDMA teknolojisini kullanan sistemlerde buna dayalı çoklu erişim için kanalların kod bölünmesini sağlama olanakları;

Düşük spektral yoğunluk seviyesi nedeniyle enerji gizliliği;

Yüksek çözünürlüklü mesafe ölçümleri;

İletişim güvenliği;

Kasıtlı müdahalenin etkilerine dayanma yeteneği;

Bazı hücresel kişisel iletişim sistemlerinde artan bant genişliği ve spektral verimlilik;

Aynı HF kanalını aynı anda işgal eden kullanıcı sayısındaki artışla iletişim kalitesinde kademeli bir düşüş;

Düşük uygulama maliyeti;

Modern eleman tabanının mevcudiyeti (entegre devreler).

Şekil 6.1 - Doğrudan yayılmış spektrum sisteminin yapısı

Yayılı spektrum sistemleri, kullanılan mimari ve modülasyon tiplerine göre aşağıdaki ana gruplara ayrılabilir.

CDMA sistemleri dahil, sözde rastgele dizilere (PRS) dayalı doğrudan yayılmış spektrum,

Yavaş ve hızlı frekans atlamalı CDMA sistemleri dahil olmak üzere frekans atlamalı (frekans atlamalı),

Taşıyıcı Algısı Çoklu Erişim (CSMA),

Sinyallerin zamansal konumunun yeniden yapılandırılması ("atlama" zamanı),

çip modülasyonu,

Karışık yayılı spektrum teknikleri ile.

Sözde rastgele diziler kullanarak doğrudan yayılmış spektrum

Şekil 6.1, sözde-rastgele dizilere (a - PSK ve sonraki spektrum vericisi, b - temel bant yayılmış spektrum vericisi, c - alıcı) dayanan bir doğrudan yayılmış spektrum sisteminin kavramsal bir diyagramını göstermektedir. Birinci modülatör, fb = 1 / Tb sembol oranı ile sıfıra dönüşsüz (NRZ) formatında iletilen mesajın d(t) ikili dijital sinyali ile ara frekans sinyalinin faz kaydırma anahtarlamasını (PSK) gerçekleştirir.

Bir mobil radyo iletişim sisteminin bir hücresinde, kural olarak, her biri aynı taşıyıcı frekansı frh kullanan ve aynı Vrc frekans bandını işgal eden, aynı anda iletişimi kullanan birkaç kullanıcı vardır.

Çoklu erişimli sistemlerde yayılı spektrumlu sinyal oluşturma süreci iki aşamada gerçekleşir: modülasyon ve yayılı spektrum (veya PSP aracılığıyla ikincil modülasyon). İkincil modülasyon, ideal çarpma işlemi g (t) s (t) kullanılarak gerçekleştirilir. Bu çarpma ile, bastırılmış bir taşıyıcıya sahip genlik modülasyonlu iki bantlı bir sinyal oluşturulur. Birinci ve ikinci modülatörler, sistemin potansiyel özelliklerini değiştirmeden değiştirilebilir.

Yayılmış spektrum sinyali g(t)s(t), istenen radyo frekansına dönüştürülür. Frekans dönüştürme yukarı ve aşağı çoğu sistem için pratik olarak gerekli bir süreç olsa da, bu adım kritik değildir. Bu nedenle, aşağıda, g(t)s(t) sinyalinin, yukarı ve aşağı frekans dönüştürme alt sistemini dikkate alınmadan, bir ara frekansta iletildiğini ve alındığını varsayacağız.

Bu nedenle, alıcıya giriş, aynı RF bant genişliğini işgal eden M bağımsız yayılı spektrum sinyalinin toplamıdır.

Frekans yayılı spektrum sistemleri kavramı, birçok açıdan doğrudan yayılı spektrum sistemleri kavramına benzer. Burada, ikili PRS jeneratörü, bir frekanstan diğerine mevcut frekans setinden geçişin ("atlama") gerçekleştirildiği frekans sentezleyicisini kontrol eder. Böylece, burada, değeri mevcut f1, ..., fN frekanslarından seçilen, N'nin birkaç bin veya daha fazla değerlere ulaşabileceği, taşıyıcı frekansın sözde rastgele ayarlanması nedeniyle spektrum genişletme etkisi elde edilir. . Mesajların yeniden yapılandırılma hızı (frekansların değişim hızı) mesajların aktarım hızını aşarsa, o zaman frekansı hızlı bir şekilde yeniden yapılandıran bir sistemimiz var demektir. Atlama hızı mesaj iletim hızından daha düşükse, böylece atlama aralığı sırasında birkaç bit iletilirse, o zaman yavaş frekans atlamalı bir sistemimiz var demektir.

Bir korelasyonsuz PRSP sinyalleri topluluğu seçilirse, spektrum sıkıştırma işleminden sonra sadece modüle edilmiş faydalı sinyal korunur. İlişkisiz olan diğer tüm sinyaller, geniş bantlarını korur ve demodülatör filtresinin kesme bant genişliğini aşan bir spektral genişliğe sahiptir. Şekil 6.2, sinyal spektrumunu genişletme ve sıkıştırma işlemlerini niteliksel olarak gösteren basitleştirilmiş zamanlama ve spektral diyagramları göstermektedir. Özellikle, taşıyıcı sinyalden yoksundurlar.

Şekil 6.2 - Yayılmış spektrumlu diyagramlar

Yayılmış spektrumlu sistemlerde, çalışma frekansı ayarlanarak, ikincisi her ayar aralığında sabit tutulur, ancak aralıktan aralığa atlamalı olarak değişir. İletim frekansları, seri veya paralel biçimde alınan ve m ikili sembol (bit) içeren bir kod ("kelimeler") tarafından kontrol edilen bir dijital frekans sentezleyici tarafından üretilir.Her m-bit kelimesi veya parçası, M'den birine karşılık gelir. = 2m frekanslar. Frekans ayarlaması yapmak için M = 2m, m = 2, 3 frekans olmasına rağmen, hepsinin belirli bir sistemde kullanılması zorunlu değildir. Frekans yayılı spektrum sistemleri yavaş, hızlı ve orta hızlı süpürme sistemleri olarak sınıflandırılır.

Yavaş atlamalı sistemlerde, atlama hızı fh, mesaj hızı fb'den daha azdır. Böylece, iki veya daha fazla mesaj biti (bazı sistemlerde 1000'in üzerinde), frekans atlama gerçekleşmeden önce atlama aralığı sırasında iletilebilir. Ortalama atlama hızına sahip sistemlerde, atlama hızı iletim hızına eşittir. En yaygın olanı, çalışma frekansının hızlı ve yavaş ayarlanmasına sahip sistemlerdir.

Yayılmış spektrum sinyallerini alırken alıcıları senkronize etmek için üç senkronizasyon cihazı gerekebilir:

Taşıyıcı faz senkronizasyonu (taşıyıcı kurtarma);

Sembolik senkronizasyon (saat kurtarma);

Kod veya sözde rastgele diziler oluşturan üreteçlerin zaman senkronizasyonu.

Zaman senkronizasyonu, aşağıdakilerin gerçekleştirildiği iki aşamada sağlanır:

Arama (ilk, kaba senkronizasyon);

İzleme (hassas senkronizasyon).

Şekil 6.3, frekans atlamalı sistemin verici ve alıcı bölümlerinin blok şemalarını göstermektedir.

Şekil 6.3 - Yazılım frekans ayarlı sistem

GSM standardı, Gauss Spektral Verimli Frekans Kaydırma Anahtarlama (GMSK) kullanır. Manipülasyona Gauss adı verilir, çünkü modülatörden önceki bilgi bitleri dizisi, yayılan radyo sinyalinin frekans bandında önemli bir azalmayla sonuçlanan bir Gauss özelliği olan bir alçak geçiren filtreden (LPF) geçer. GMSK radyo sinyalinin oluşumu, taşıyıcı faz bir bilgi biti aralığında 90 ° değişecek şekilde gerçekleştirilir. Bu, bu tip modülasyonla tanınan mümkün olan en küçük faz değişikliğidir. Sinüzoidal bir sinyalin fazının sürekli olarak değiştirilmesi, ayrı bir frekans değişikliği ile frekans modülasyonu ile sonuçlanır. Gauss filtresinin kullanılması, frekansta ayrı bir değişiklikle "düzgün geçişler" elde etmenizi sağlar. GSM standardı, normalleştirilmiş bir bant genişliği ile GMSK modülasyonunu kullanır VT = 0.3, nerede V- filtrenin bant genişliği -3 dB düzeyinde, T- 1 bitlik dijital mesajın süresi. Modülatörün fonksiyonel diyagramı Şekil 6.4'te gösterilmiştir.

Şekil 6.4 - Modülatörün fonksiyonel şeması

GMSK sinyal şekillendiricinin çekirdeği bir kareleme (1 / Q) modülatörüdür. Devre iki çarpan ve bir toplayıcıdan oluşmaktadır. Bu devrenin amacı, sürekli doğru faz modülasyonu sağlamaktır. Bir çarpan, sinüzoidalin genliğini ve ikincisi, kosinüs salınımını değiştirir. Çarpandan önceki giriş sinyali iki kareleme bileşenine bölünür. Ayrışma "sin" ve "cos" olarak adlandırılan iki blokta gerçekleşir.

GMSK sinyalinin oluşumunu gösteren diyagramlar Şekil 4.9'da gösterilmiştir.

GMSK modülasyonu, mobil iletişim için tercih edilen aşağıdaki özelliklere sahiptir:

C sınıfı modunda güç amplifikatörleri ile verimli iletim cihazlarının kullanımına izin veren sabit seviye zarfı;

Düşük düzeyde bant dışı radyasyon sağlayan verici cihazın güç amplifikatörünün çıkışında kompakt spektrum;

İletişim kanalının iyi gürültü bağışıklığı özellikleri.

Şekil 6.5 - GMSK sinyalinin oluşumu

Konuşma işleme. GSM standardında ses işleme, iletilen mesajların yüksek kalitede olmasını sağlamak ve ek hizmet yeteneklerini uygulamak için gerçekleştirilir. Ses işleme, kullanıcı bir konuşma başlattığında vericinin açılmasını ve duraklamalar sırasında ve konuşmanın sonunda kapatmasını sağlayan, benimsenen Süreksiz İletim (DTX) sistemi çerçevesinde gerçekleştirilir. DTX, gürültü seviyesi konuşma seviyesiyle karşılaştırılabilir olduğunda bile gürültülü konuşmaları ve konuşulmayan gürültüleri algılayan ve izole eden bir Ses Aktivite Detektörü (VAD) tarafından kontrol edilir. Kesintili konuşma iletim sistemi ayrıca, verici kapatıldığında konuşma duraklamaları sırasında açılan ve dinlenen bir konfor gürültüsü üreten cihazı da içerir. Verici kapatıldığında duraklamalar sırasında alıcı çıkışındaki arka plan gürültüsünün kapatılmasının aboneyi rahatsız ettiği ve konuşma anlaşılırlığını azalttığı deneysel olarak kanıtlanmıştır, bu nedenle duraklamalarda konfor gürültüsü kullanılması gerekli görülmektedir.. Alıcıdaki DTX işlemi kanal hataları nedeniyle kaybolan konuşma parçalarının enterpolasyonunu varsayar.

Yayılmış Spektrum Teknikleri

Başlangıçta, askeri kontrol ve iletişim sistemlerinin geliştirilmesinde yayılı spektrum yöntemleri (PC veya SS - Spread-Spectrum) kullanıldı. İkinci Dünya Savaşı sırasında, kasıtlı müdahaleyle mücadele etmek için radarda yayılı spektrum kullanıldı. Son yıllarda, bu teknolojinin gelişimi, dar bantlı sinyalleri gürültülü kanallar üzerinden iletirken ve bunların yakalanmasını zorlaştırırken yüksek gürültü bağışıklığı sağlamak için etkili radyo iletişim sistemleri oluşturma arzusuyla açıklanmaktadır.

Bir iletişim sistemi, aşağıdaki durumlarda bir yayılı spektrum sistemidir:

İletim için kullanılan frekans bandı, mevcut bilgilerin iletilmesi için gereken minimumdan çok daha geniştir. Bu durumda, bilgi sinyalinin enerjisi, düşük sinyal-gürültü oranı ile tüm bant genişliği boyunca genişler, bunun bir sonucu olarak sinyalin saptanması, kesilmesi veya parazit oluşturarak iletiminin engellenmesi zordur. Toplam sinyal gücü büyük olabilse de, herhangi bir frekans aralığında sinyal-gürültü oranı küçüktür, bu da radyo iletişiminde yayılmış spektrum sinyalinin tespit edilmesini ve steganografik bilgi gizleme bağlamında insanlar tarafından ayırt edilmesini zorlaştırır. .

Yayılma, iletilen bilgiden bağımsız olan bir yayılma (veya kod) sinyali kullanılarak gerçekleştirilir. Tüm frekans bantlarında sinyal enerjisinin varlığı, yayılı spektrum radyo sinyalini girişime karşı dirençli hale getirir ve yayılı spektrum yöntemi kullanılarak konteynere gömülü olan bilgi, onun ortadan kaldırılmasına veya kaptan çıkarılmasına karşı dirençlidir. Bir iletişim sistemine yönelik sıkıştırma ve diğer tür saldırılar, spektrumun bazı bölümlerinden sinyal enerjisini kaldırabilir, ancak ikincisi tüm menzile yayıldığından, diğer bantlarda bilgiyi kurtarmak için yeterli veri vardır. Sonuç olarak, elbette, kod sinyalini oluşturmak için kullanılan anahtarı ifşa etmezseniz, yetkisiz kişiler tarafından bilgi alma olasılığı önemli ölçüde azalır.

Birincil bilginin kurtarılması (yani, "spektrumun daraltılması"), alınan sinyal ve kod sinyalinin senkronize bir kopyası karşılaştırılarak gerçekleştirilir.

Radyo iletişiminde spektrumu yaymanın üç ana yolu vardır:

Doğrudan PSP (RSPP) yardımıyla;

Frekans atlama yardımı ile;

chirp kullanarak sıkıştırma yoluyla.

Spektrumu doğrudan bir sekansla yayarken, bilgi sinyali, belirtilen sınırlar içinde sözde rasgele değerler alan ve bir zaman sabiti ile çarpılan bir fonksiyon tarafından modüle edilir - çiplerin (yongaların) frekansı (hızı). Bu sözde rastgele sinyal, yayıldığında sinyal enerjisini geniş bir aralıkta modüle eden tüm frekanslarda bileşenler içerir.

Frekans atlamalı yayılmada, verici anında bir taşıyıcı frekansı diğerine değiştirir. Bu durumda gizli anahtar, sözde rastgele frekans değişimi yasasıdır.

Cıvıltı sıkıştırmasında sinyal, frekansı zamanla değişen bir fonksiyon tarafından modüle edilir.

Bu yöntemlerden herhangi birinin, steganografik sistemler inşa edilirken uzaysal alanda kullanılmak üzere genişletilebileceği açıktır.

Yazarları J.R. Smith ve V.O. Comiskey olan RSPP yöntemi uygulamasının varyantlarından birini ele alalım. Modülasyon algoritması aşağıdaki gibidir: bir mesajın her biti bazı temel işlevlerle temsil edilir, boyut, bit değerine (1 veya 0) bağlı olarak +1 veya -1 ile çarpılır:

(11.7)

Bu durumda alınan modüle edilmiş mesaj, boyut olarak gri tonlamalı bir görüntü olarak kullanılan kap görüntüsüne eklenen piksel pikseldir. Sonuç, bir stegano görüntüsüdür. .

Yayılmış spektrum, radyo iletişim teknolojilerinde son derece önemli bir rol oynar. Bu yöntem, bir analog sinyal kullanarak hem dijital hem de analog verileri iletmek için kullanılabildiğinden, önceki bölümde tanımlanan kategorilerin hiçbirine uymaz.

Yayılmış spektrum aslen istihbarat ve askeri amaçlar için yaratılmıştır. Yöntemin ana fikri, bilgi sinyalini geniş bir radyo bandına dağıtmaktır, bu da sonuç olarak sinyalin bastırılmasını veya ele geçirilmesini önemli ölçüde zorlaştıracaktır. Geliştirilen ilk yayılı spektrum şeması, frekans atlama tekniği olarak bilinir. Daha modern bir yayılmış spektrum şeması, doğrudan dizi yöntemidir. Her iki yöntem de çeşitli kablosuz standartlarda ve ürünlerde kullanılmaktadır.

Aşağıda, kısa bir genel bakışın ardından, adı geçen yayılı spektrum teknikleri ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. Ek olarak, bu bölümde yayılı spektrum çoklu erişim yöntemi incelenecektir.

Kulağa inanılmaz gelse de, Hollywood film yıldızı Hedy Lamarr, 1940 yılında 26 yaşındayken frekans ayarlamasıyla spektrum genişletmeyi icat etti. 1942'de Lamarr, buluşunu (11 Ağustos 1942 tarihli ABD patenti 2,292,387), bir süre sonra çalışmaya katılmaya başlayan bir ortakla patentledi. Kız, keşfettiği iletişim yönteminin Amerika Birleşik Devletleri'nin II.

7.1. Yayılmış spektrum kavramı

İncirde. 7.1, bir yayılı spektrum sisteminin temel unsurlarını özetler. Giriş sinyali, belirli bir frekansta ortalanmış nispeten dar bir bant genişliğine sahip bir analog sinyal üreten bir kanal kodlayıcıya beslenir. Sinyal daha sonra yayılma kodu veya yayılma dizisi adı verilen bir dizi sayı ile modüle edilir. Genellikle, her zaman olmasa da, yayılma kodu bir rasgele sayı üreteci tarafından üretilir. Modülasyonun bir sonucu olarak, iletilen sinyalin bant genişliği önemli ölçüde genişletilir (başka bir deyişle, sinyalin spektrumu genişletilir). Alındığında, sinyal aynı yayılma kodu kullanılarak demodüle edilir. Son adım, veri kurtarma için sinyalin kanal kod çözücüye beslenmesidir.

Pirinç. 7.1. Yayılmış spektrum kullanan bir dijital iletişim sisteminin genel şeması

Spektrum fazlalığı, aşağıdaki faydaların elde edilmesini mümkün kılar.

Çok yollu yayılımın neden olduğu bozulmaların yanı sıra çeşitli gürültü türlerine karşı sinyal bağışıklığı. Bu, genişletilmiş sinyalin karıştırma girişimlerine karşı sağlamlığı nedeniyle, yayılma spektrumunun askeri amaçlar için ilk kez kullanılmasıydı.

Yayılmış spektrum, sinyalleri gizlemenizi ve şifrelemenizi sağlar. Yalnızca uzantı kodunu bilen bir kullanıcı şifrelenmiş verileri kurtarabilir.

Birden fazla kullanıcı, aynı frekans bandını çok az karşılıklı parazitle aynı anda kullanabilir. Bu özellik, kod bölmeli çoğullama (CDM) veya kod bölmeli çoklu erişim (CDMA) olarak bilinen bir mobil iletişim teknolojisinde kullanılır.