Espectro ensanchado por secuencia directa
Keywords: Espectro ensanchado por secuencia directa, Código de pseudorruido, Espectro ensanchado, FHSS, IEEE, WLAN
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El espectro ensanchado por secuencia directa (del inglés direct sequence spread spectrum o DSSS), también conocido en comunicaciones móviles como DS-CDMA (acceso múltiple por división de código en secuencia directa), es uno de los métodos de modulación en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas radiofónicas que más se utilizan. Tanto DSSS como FHSS están denidos por la IEEE en el estándar 802.11 para redes de área local inalámbricas WLAN.
El espectro ensanchado por secuencia directa es una técnica de modulación que utiliza un código de pseudorruido para modular directamente una portadora, de tal forma que aumente el ancho de banda de la transmisión y reduzca la densidad de potencia espectral (es decir, el nivel de potencia en cualquier frecuencia dada). La señal resultante tiene un espectro muy parecido al del ruido, de tal forma que a todos los radiorreceptores les parecerá ruido menos al que va dirigida la señal.
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Modelo de modulación en secuencia directa
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La técnica de modulación por secuencia directa se suele implementar con un modulador, en el que la fase de la señal portadora varía en concordancia con la señal de datos a transmitir, y un generador de pseudorruido utilizado para ensanchar el espectro de la señal de datos.
Hay dos formas posibles de enfocar la implementación de la secuencia directa, ya que los procesos llevados a cabo por el modulador y el generador de pseudorruido se pueden cambiar de orden. En esta sección asumiremos que en una primera etapa el transmisor ensancha la señal de datos, y en una segunda etapa, la señal se modula. De esta forma se podrá explicar cada etapa por separado. En el receptor basta con seguir el orden inverso: primero demodular la señal recibida y después proceder a su desensanchamiento para recuperar la información original. El procedimiento que acabamos de explicar puede verse con más claridad en el siguiente diagrama de bloques de la Figura 1.
El transmisor
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En la Figura 2 volvemos a representar el diagrama de bloques de un transmisor en secuencia directa, pero esta vez se han detallado los componentes que lo constituyen:
El ensanchador
Vemos que el ensanchador de la gura anterior está compuesto por un generador de código de pseudorruido y un sumador binario. La salida binaria del generador de pseudorruido se suma en módulo 2 con el mensaje binario que contiene la información que queremos transmitir, como se muestra en la Figura 3.
Lo que se obtiene con esta operación es el ensanchamiento del espectro de la señal de datos. Para comprender mejor por qué ocurre esto, podemos ver el ejemplo particular de la Figura 4. En ella, suponemos que tenemos un pulso cuadrado de duración Tb que representa una parte de la señal binaria que contiene la información. Su transformada de Fourier, es una función seno cociente que cruza por cero para valores 1/Tb. Esta señal se multiplica por una secuencia de pseudorruido con pulsos de corta duración, Tc, y que en el dominio de la frecuencia cruza por cero en 1/Tc, formando así la señal en espectro ensanchado. Es aquí donde mejor se aprecia que la señal a la que el ancho de banda de la señal a la que se le ha ensanchado el espectro es mucho mayor que el del mensaje que se quería transmitir. El incremento de tiempo más pequeño en la secuencia de pseudorruido, Tc, se le conoce en cualquier bibliografía consultada como tiempo chip.
El modulador
Una vez que se obtiene la suma (es decir, la señal ya ensanchada en frecuencia), se utilizará para modular una portadora mediante un modulador equilibrado. Esta modulación será, tal y como especica el estándar IEEE 802.11, DBPSK (differential binary phase shift keying) o DQPSK (differential quadrature phase shift keying), proporcionando unas velocidades de transferencia de 1 y 2 Mbps respectivamente. Por lo tanto, la señal resultante se transmite de tal forma, que cada bit del mensaje original se envía varias veces con una frecuencia distinta. Esta redundancia aumenta las posibilidades de que el mensaje pueda pasar incluso a través de zonas urbanas muy pobladas, donde las interferencias son un problema. En cuanto a cifras, en el caso de Estados Unidos y de Europa la tecnología de espectro ensanchado por secuencia directa, DSSS, opera en el rango que va desde los 2.4 GHz hasta los 2.4835 GHz, es decir, con un ancho de banda total disponible de 83.5 MHz. Este ancho de banda total se divide en un total de 14 canales con un ancho de banda por canal de 5 MHz de los cuales cada país utiliza un subconjunto de los mismos según las normas reguladoras para cada caso particular. En el caso de España se utilizan los canales 10 y 11 ubicados en una frecuencia central de 2.457 GHz y 2.462 GHz respectivamente.
El receptor
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La recepción de la señal se realiza siguiendo los pasos inversos al proceso de modulación:
- Se recibe la portadora y se amplica.
- La señal recibida se mezcla con una portadora local (como en cualquier proceso normal de demodulación) para recuperar la señal ensanchada.
- Se genera un código de pseudorruido que esté sincronizado con la señal que se acaba de obtener y se multiplica por la señal que se acaba de recibir. Puesto que el código está formado por unos positivos y ceros o unos negativos, esta operación elimina completamente el código de pseudorruido de la señal, quedando sólo la señal de datos.
Una observación curiosa es que la operación que hace el ensanchado y la que lo deshace es la misma. La consecuencia es que cualquier posible señal de jamming en el canal de radio será desensanchada antes de que se ejecute la detección de los datos. Por lo tanto se reducen los efectos de las interferencias malintencionadas. En cambio, uno de los problemas al aplicar el ensanchado mediante secuencia directa es el así conocido como efecto cerca-lejos, que se ilustra en la Figura 5.
Este efecto se presenta cuando hay un transmisor que interere porque está mucho más cerca del receptor que el transmisor que en realidad le corresponde. Aunque la correlación cruzada entre los códigos de pseudorruido de A y de B es baja, la correlación entre la señal recibida del transmisor interferente B y el código de A puede ser mayor que la correlación entre la señal recibida del transmisor que le corresponde y el código de A. El resultado es que no es posible una detección correcta de los datos.