Sistema de espalhamento do espectro

Sistema Spread Spectrum

INTRODUÇÃO

Nos últimos tempos a segurança nas comunicações digitais vem sendo cada vez mais fundamental e tem sido cada vez mais comercialmente explorada.

O Spread Spectrum (Espalhamento de Freqüência) é uma técnica de codificação para transmissão digital, bastante resistente à interferência e interceptação, pois transforma o sinal de informação de maneira que ele se assemelhe a um ruído. O ruído possui um espectro achatado e uniforme sem picos coerentes e que podem geralmente ser removidos por filtragem. Por causa dessa característica de se assemelharem a ruídos os sinais Spread Spectrum são difíceis de serem interceptados, demodulados, ou ainda misturados a sinais de banda estreita.

A técnica de codificação do Spread Spectrum modifica o espectro do sinal, espalhando-o de tal forma que o novo espectro possui uma densidade de potência muito menor, mas a mesma potência total. Esta é, então, a primeira importante característica de um sistema de transmissão Spread Spectrum:

A largura de banda do sinal transmitido é muito maior do que a largura de banda da informação propriamente dita.

O espalhamento do espectro é feito antes da transmissão, através do uso de um código que independe da seqüência de dados. Um mesmo código é usado no receptor, que deve operar em sincronismo com o transmissor para decodificar o sinal recebido e então recuperar a seqüência original de dados.

A expansão da largura de banda transmitida se dá devido à inserção desses códigos, chamados "Pseudo Randômicos" ou "Pseudo Ruídos", e minimiza a interferência de outros usuários, pois abaixa a densidade de potência como já dito anteriormente. A operação de decodificação no receptor é que impede a interferência e desvanecimento por múltiplos caminhos. A segunda importante característica do Spread Spectrum, então é:

A seqüência de pseudo-códigos é que determina o sinal a ser recebido.

Por estas razões de segurança, a modulação Spread Spectrum foi desenvolvida para aplicações militares na época da Segunda Guerra Mundial, onde se fazia extremamente necessária a imunidade à interferência e interceptação dos sinais pelos inimigos. Os primeiros desenvolvimentos visavam melhorar os sistemas de radares, a comunicação e a navegação.

O exército americano vem utilizando sinais de Spread Spectrum nas comunicações por satélite a no mínimo 25 anos, entretanto, várias aplicações civis surgiram se beneficiando dessas importantes características do Spread Spectrum. Por exemplo, a rejeição de múltiplos caminhos numa estação terrestre de rádio comunicação móvel, ou ainda, comunicações de múltiplo acesso no qual um número de usuários independente compartilha um mesmo canal sem a existência de um mecanismo de sincronização externa .

O ESPALHAMENTO ESPECTRAL

No espalhamento espectral a energia média do sinal transmitido é espalhada sobre uma largura de faixa que é muito mais larga que a largura de faixa que contém a informação. Esses sistemas compensam uma maior largura de faixa de transmissão, por uma menor densidade espectral de potência e proporcionam uma melhora na rejeição aos sinais interferentes operando na mesma faixa de freqüências.

Um sistema é definido como sendo de espalhamento espectral se preencher os seguintes requisitos:

1. O sinal ocupa uma largura de banda muito maior que a mínima largura de faixa necessária para enviar a informação. Valores típicos para esta relação estão entre cem e um milhão (20 a 60 dB).

2. O espalhamento é obtido a partir de um sinal de espalhamento também conhecido como sinal código, que é independente da informação.

3. No receptor, a recuperação da informação original é feita pela correlação entre o sinal recebido com uma réplica sincronizada do sinal de espalhamento usado no processo de espalhamento no transmissor.

Esquemas de modulação em freqüência ou por código de pulso também espalham o espectro do sinal mas não se qualificam como sistemas de espalhamento espectral por não satisfazerem as condições enunciadas acima.

Existem inúmeras razões para se espalhar o espectro e muitos benefícios podem ser obtidos se isto for realizado adequadamente:

• Capacidade de Múltiplo Acesso - Se vários usuários transmitem um sinal espalhado no espectro ao mesmo tempo, o receptor deverá estar apto para distinguir entre os usuários sob a condição de que cada usuário tem um único código que tem uma correlação cruzada muito baixa com os outros códigos. Correlacionando o sinal recebido com um sinal de código de um certo usuário deve-se então somente decodificar o sinal desse usuário, enquanto os outros sinais de espectro espalhado, devem manter-se espalhados sobre uma largura de banda grande. Assim, dentro da largura de banda da informação a potência do usuário desejado deverá ser maior que a potência da interferência, providenciando que não haja muita interferência, e o sinal desejado possa ser extraído;

• Proteção contra Interferência Multicanais - Em um canal de rádio não há exatamente uma trajetória entre um transmissor e um receptor. Devido a reflexões (e refrações) um sinal será recebido em um número de trajetórias diferentes. Os sinais em diferentes trajetórias são todos cópias do mesmo sinal transmitido mas com diferentes amplitudes, fases, atrasos, e ângulos de chegada. As somas