Спектр расширения прямой последовательности в беспроводных сетях это метод, который передает сигнал данных в диапазоне частот, равномерно распределяя его по выделенному спектру. Расширение спектра прямой последовательностью используется для обеспечения того, чтобы конкретная полоса частот (и соответствующий ей диапазон частот) оставалась свободной от помех. Этот метод может быть связан с решением проблемы внутриканальных помех (например, двух разных беспроводных сетей, передающих в одной и той же полосе частот) и перекрестных помех. Расширение спектра с прямой последовательностью также можно использовать в качестве альтернативного подхода к мультиплексированию с ортогональным частотным разделением, при котором сигнал основной полосы частот кодируется и передается по нескольким фиксированным заранее определенным каналам. В этой ситуации каждый канал может передавать разную информацию, сигналы данных или временные интервалы для разных приложений в одной и той же сети.
Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) — это система связи, разработанная в 1980-х годах. Он делит полосу пропускания радиоканала на широкие полосы частот и передает эти сигналы на отдельных частотах. В этом процессе скачкообразной перестройки частоты каждому сигналу назначается разная ортогональная последовательность частот.
Все остальные радиостанции в диапазоне должны последовательно принимать каждый сигнал, а затем передавать его, что значительно снижает риск помех от внешних источников или глушения. Время, необходимое для этого процесса, пропорционально количеству частот, используемых для передачи. Когда агентствам безопасности необходимо быть готовыми к тайному обмену данными, DSSS можно внедрить таким образом, чтобы их передачи не могли быть прослушаны другими сторонами, которые отслеживают передачи на более коротких волнах или через прослушивающие устройства.
Например, спецификация NIST для Advanced Encryption Standard, используемая в программе Secure Electronic Transaction, определяет систему, которая использует восемь битов данных на передаваемый символ в восьмибитной проводной передаче для передачи 128-битного криптографического ключа. Получатель должен будет сопоставить восемь различных символов, чтобы вычислить хеш-значение. Если бы только один из этих символов был закодирован синхронным с источником кодом, то приемнику пришлось бы получать каждый из восьми сигналов по порядку, что заняло бы время, пропорциональное количеству сигналов. Однако с помощью DSSS можно передать один сигнал, доступный для корреляции и расшифровки в любой момент.
Работающий
Для того чтобы в беспроводных сетях можно было использовать расширенный спектр прямой последовательности, необходимо, чтобы каждый узел сети имел синтезатор частоты. Этот синтезатор полезен для определения сигналов, которые необходимо передавать, и частот, на которых эти сигналы необходимо усиливать, чтобы гарантировать возникновение помех. Также важно, чтобы каждый узел имел средства приема сигналов, что обычно достигается с помощью соответствующих средств демодуляции, которые могут компенсировать функцию расширения.
- Расширение спектра прямой последовательностью использует кодирование с исправлением ошибок в передатчике и приемнике. Для этого требуется внешнее аппаратное устройство, называемое коррелятором, которое может сравнивать входящие последовательности с последовательностями, генерируемыми передатчиком.
- Расширение спектра прямой последовательностью представляет собой конкретную схему расширения сигнала, которая включает в себя две взаимодополняющие схемы, называемые расширением спектра прямой последовательностью и расширением спектра со скачкообразной перестройкой частоты. В расширении спектра прямой последовательностью код расширения содержится в передаваемом сигнале, который будет использоваться для расширения.
- Код расширения можно передавать несколькими способами, такими как двоичная фазовая манипуляция (BPSK), квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) или более сложные схемы модуляции, такие как квадратурная амплитудная модуляция (QAM).
- Различные схемы модуляции используются для выбора мощности передачи для достижения определенных характеристик. Более высокое отношение пикового значения к среднему может быть достигнуто при более низкой мощности передачи при использовании схемы модуляции QAM более высокого порядка.
Ключевые моменты
- Предположим, что беспроводная базовая станция использует расширенный спектр прямой последовательности для передачи данных в каждом частотном канале. Первоначально базовая станция использует только 1 бит для представления каждого символа из-за того, что она передает только один бит в секунду. Код известен как двоичная фазовая манипуляция (BPSK).
- Для передачи большего количества битов на символ скорость изменяется с 1 бода в секунду на 2 бода. Для синхронизации всех этих изменений они выбираются равномерно со скоростью 0,5 бод и передаются один раз каждые 2 секунды. Это приведет к следующей последовательности: [0,1,2,…].
- Предположим, базовая станция хочет передать больше битов на символ, поэтому скорость изменения составляет от 2 бод до 3 бод. Для синхронизации всех этих изменений они выбираются одинаково со скоростью 0,667 бод и передаются один раз каждые 3 секунды. Это приведет к следующей последовательности: [0,1,2,…].
- Ключевым моментом здесь является то, что когда количество битов в секунду изменяется, а не изменяется один за другим, как мы делали выше, в расширенном спектре с прямой последовательностью количество битов в секунду соответствует тем частотам, которые используются для радиочастотной передачи.
Особенности и метод передачи
Смущает разница между широкополосным множественным доступом с кодовым разделением каналов ( WCDMA ) и широкополосным расширенным спектром с прямой последовательностью (W-DSSS). Это две разные системы в одном семействе, но с разными методами кодирования:
- Передача: W-DSSS — это метод передачи данных по оптоволокну. Он использует один фиксированный код, который передается постоянно, известный как сигнал «преамбула». Узкополосный сигнал DSSS передается поверх этого известного сигнала с использованием случайно сгенерированного кода.
- Декодирование: приемник сопоставляет сигнал преамбулы с каждым уникальным кодом, чтобы восстановить точные часы для обработки узкополосного сигнала DSSS. W-DSSS является более эффективной системой из двух. WCDMA использует более традиционный метод расширения спектра, при котором после передачи некоторого количества символов сигнал регенерируется с использованием псевдослучайной последовательности. Приемник сопоставляет этот сигнал с другой псевдослучайной последовательностью, что позволяет создавать помехи.
Использование и преимущества
Основным преимуществом технологии DSSS является возможность защиты сигналов от помех и помех.
- DSSS — это метод модуляции широкого спектра, при котором две (или более) последовательности данных перемножаются вместе, модулируются на радиочастотную несущую, передаются через антеннуи принимаются антенной. Две последовательности данных обычно называют I- и Q-каналами.
- Они могут быть сгенерированы независимо или могут быть получены из одной и той же последовательности данных, например, I=cos(2πfct) и Q=sin(2πfct), где c — основная частота передачи (символьная скорость). В случае бинарной фазовой манипуляции (BPSK) I и Q одинаковы.
- Однако при квадратурной амплитудной модуляции (QAM) I и Q несут разные данные (т. е. I может быть цифровым 0, а Q — цифровой 1).
- Основное преимущество расширения спектра с прямой последовательностью заключается в том, что безопасность повышается без какого-либо дополнительного оборудования.
- Любые помехи, возникающие в результате радиосвязи через канал, который в противном случае был бы безопасным, например, диапазон ISM, будут уменьшены в тот момент, когда генератор помех работает в том же диапазоне частот.
- Кроме того, поскольку каждый символ шифруется своим особым кодом, отсутствуют известные характеристики передачи, которые можно использовать для экстраполяции закодированной информации. Отсутствие корреляции между символами исключает возможность прослушивания или перепутывания двух разных сообщений или двух разных получателей в режиме реального времени.
