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擴展頻譜以確保無線通信的安全

2013年05月01日  | RAHUL GARG與PRAKHAR GOYAL,CYPRESS SEMICONDUCTOR CORP

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DSSS的工作原理

直接序列頻譜擴展是將一個訊息信號的每一位元都乘以一個碼序列,然後再發射。這樣,信號就分佈在一個較寬的頻率範圍上,因為碼片序列(亦稱偽雜訊碼(pseudo-noise),PN碼)包含了多個頻率成份。這裡用的乘法是一種邏輯XOR運算,它將每一位元分割成k個碼片,k是PN碼的長度(圖3 )。

圖 3
圖3 此處所使用的乘法是一種邏輯XOR運算,它將每個位元分割成k個碼片,其中k是PN碼的長度。



由於PN碼為每個傳輸的位元都增加了一個冗餘位元模式,因此頻譜擴展直接對系統的有效資料速率產生影響。對於R P 的實體信號速率,有效資料速率R E 將依照方程式3 給出:

方程式3


由於提高了信號的抗干擾能力,從而補償了下降的資料速率。如果模式中一個或多個位元在傳輸中遭到損壞,也可以用適當的糾錯(error-correcting)方法,以處理冗餘位元的方式而恢復原始資料。

採用PN碼後,DSSS接收機能“調準”(tune in)到相關的發射機,而將其他信號看作是雜訊。這種選擇性衰減提高了信號的抗干擾能力,降低了所需的最低信噪比。

FHSS是在某個特定時間,將發射能量聚集在一個子頻帶內,而DSSS的能量分佈則是均勻的。DSSS系統會在一組頻率上同時發射;因此,其工作範圍覆蓋了較寬的頻段。這種均勻性使得遠近問題對DSSS更具有關鍵性。

DSSS中的PN碼提供了一種可以防止竊聽的安全性,這與FHSS的跳頻類似,但在DSSS中,一個序列必須滿足更嚴格的要求,才能當作一個PN碼使用。


 


圖4 圖中DSSS接收機是一個功能描述方法,它解釋了有關PN碼的一些概念。



基於DSSS的系統在發射機端使用PN碼序列,將窄帶的資訊承載信號擴充為一個寬頻信號。在發射期間,各種雜訊和干擾都會影響到帶寬。要正常通信,相應的接收機就必須僅恢復那些所需要的編碼資訊,而排除掉所有其他的信號。因此,每台接收機都要使用一個相關器(correlator),這是一種特殊類型的匹配濾波器,它只對用某種PN碼編碼的信號回應(圖4 )。圖中顯示的DSSS接收機解釋了與PN碼相關的概念。

(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)


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