Direct Sequence o Frequency Hopping

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1 Direct Sequence o Frequency Hopping Questo documento vuole essere un punto di riferimento per aiutare quanti si avvicinano per la prima volta alla tecnologia delle wireless Fidelity LAN Wi-Fi. Un confronto tra i metodi di propagazione Spread Spectrum Le specifiche di IEEE x definiscono gli standard per tre metodi di emissioni senza fili wireless. Due di questi metodi di emissione, usano le onde radio, nel terzo metodo trattato nello standard, viene indicata la luce infrarossa come metodo di trasporto senza fili. Tuttavia poiché gli infrarossi hanno una tecnologia limitata che è solo in grado di trasmettere a una distanza relativamente corta, in questo documento esploreremo le due opzioni RF, conosciute come Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Per analizzare se tali tecnologie si adattino meglio al nostra applicazione, è importante capire la reale differenza tra queste due tecnologie e l impiego pratico che con esse e possibile fornire. Panorama della tecnologia Direct Sequence Da una prima fase di analisi e da una ulteriore implementazione pratica, nel metodo di trasmissione Direct Sequenze Spread Spectrum (DSSS) possiamo riscontrare che in pratica viene emessa una portante che rimane fissata a una specifica banda di frequenza molto amplia. Il segale dei dati, invece di essere trasmesso su una banda ristretta come viene fatto con le comunicazioni a microonde, viene diffuso sopra un più largo campo di frequenze (RF larghezza di banda circa Mhz) usando uno specifico schema di codifica. Questo schema di codifica è noto come Pseudo-noise Sequenze ( o sequenza PN).

2 Si noti che il segnale a banda stretta e l'uso del segnale Spread Spectrum vi sia la stessa quantità di potenza concentrata per trasportare le stesse informazioni. Tuttavia, la densità di potenza del segnale di propagazione dello spettro di frequenza più ampio è molto più bassa. Di conseguenza, risulta molto più difficile rilevare la presenza di un segnale Spread Spectrum. Ciò permette ai dispositivi di DSSS di fornire un collegamento di comunicazioni molto stabile. L algoritmo usato PN genera un numero pseudo-random che viene poi combinato, attraverso un processo di codifica binaria, con una informazione binaria dai dati. Il segnale risultante viene propagato sopra una quantità più grande di banda di quella normalmente usata per una trasmissione dati, ma ad un livello di potenza molto più basso. L algoritmo usato PN genera un numero pseudo-random che viene poi combinato, attraverso un processo di codifica binaria, con una informazione binaria dai dati. Il segnale risultante viene propagato sopra una quantità più grande di banda di quella normalmente usata per una trasmissione dati, ma ad un livello di potenza molto più basso. Figura 1 Questo segnale DSSS ha anche un fattore di ridondanza costruito al suo interno, poiché esso trasmette contemporaneamente almeno 10 copie di informazioni pienamente ridondanti dei dati originali e tutte allo stesso tempo. Tale ridondanza nel segnale è una chiave di vantaggio del DSSS.

3 Il segnale di ridondanza aiuta a fornire una immunità dalle interferenze, così che solo uno dei 10 segnali di ridondanza è necessario che venga ricevuto per essere correttamente assemblato. Questo segnale fornirà una banda larga di trasmissione piena di dati della radio sia attraverso il ricevimento di una singola copia sia attraverso l assemblaggio di una copia dei dati dalle porzioni di una o più copie. La ridondanza del segnale insito rende la trasmissione DSSS una soluzione molto robusta di comunicazioni. Figura 2 Se c è un segnale di interferenza presente nella stessa banda, ( Vedere Figura 2) esso apparirà tipicamente come una potenza più alta, segnale a banda ristretta. Poiché il guadagno del processo usato dal dispositivo DSSS, l interferenza verrà disseminata durante il processo di diffusione alla fine del ricevimento. Il processo di de-spreading causa una drammatica riduzione della densità della potenza dell interferenza, generalmente maggiore del 90%. Ne risulta che l impatto dell interferenza è notevolmente ridotto o eliminato. Questo è come il dispositivo di DSSS combatte ed elimina l interferenza tuttavia dobbiamo precisare che questo metodo di trasmissione penalizza la quantità di informazioni trasmesse a favore di una certa sicurezza delle informazioni trasmesse via radio. FH (Frequenzy hopping) La diffusione in Frequenzy hopping Spread Spectrum (FHSS) cerca di raggiungere gli stessi risultati inviando le sue trasmissioni su una frequenza saltando di frequenza a tempi prestabiliti. Questa modalità di emissione prevede quindi di saltare su una predeterminata frequenza campione pseudo random, usando sub canali di 1 MHz lungo l intera banda prestabilita. (Vedi Figura 3) L FCC richiede che la banda venga divisa in almeno 75 sub canali. Le radio FHSS vengono limitate a mandare solo piccole quantità di dati su ogni canale per un periodo di tempo designato devono saltare in sequenza al canale successivo. Figura 3

4 Questa parte di tempo è chiamata tempo di sosta. I Dispositivi di FHSS sono limitati ad un tempo di sosta di 400 microsecondi. Dopo ciascun salto il dispositivo deve risincronizzarsi con l altra radio prima che possa riprendere qualsiasi trasmissione di dati. L intento del campione di salto pseudo random è quello di evitare segnali di interferenza non spendendo molto tempo per ciascuna specifica frequenza. Durante i salti di frequenza qualora si dovesse cadere su di una frequenza impegnata questo andrebbe avanti fino a trovare una l prima frequenza libera da interferenze minimizzando il tempo di attesa. Frequency Hopping SS o Direct Sequance SS Tra le caratteristiche della tecnologia Frequency Hopping Spread Spectrum possiamo riscontrare che non impiega nessuna metodologia di controllo di guadagno. Avere un dispositivo di controllo di guadagno può sicuramente migliorare le possibilità di successo quando si riceve un segnale qualsiasi esso sia. Ne conviene quindi che questo segnale quindi potrebbe essere trasmesso con potenze minori. Come abbiamo accennato quindi i sistemi che sfruttano FHSS non possono realizzare lo stesso rapporto di S/N dei sistemi di DSSS. Inoltre usando la tecnologia del Frequency Hopping, possono sorgere delle difficoltà per la fase di sincronizzazione tra la stazione ricevente e quella trasmittente. Entrambi dovranno utilizzare un metodo di sincronismo sui tempi molto preciso per la ricerca dei segnali e la sincronizzazioni delle trasmissioni e molto spesso questo porta via del tempo molto prezioso. Nei modi di emissione Direct Sequence, la sincronizzazione del tempo non è un problema così come lo è in FHSS in questo caso ovviamente si ottiene un miglioramento delle prestazioni. Permettendo ai dispositivi con DSSS di avere uno stato latente molto più basso per tutte le trasmissioni di dati. Questo stato latente più basso è una delle ragioni per cui il DS fornisce l'utilizzazione molto più alta sul rendimento di dati confrontata ai sistemi di FH. Ulteriore elemento fondamentale che ne aumenta le caratteristiche risiede nel fatto che viene implementato meccanismo per il controllo sul guadagno che ne aumenta le prestazioni del rapporto segnale disturbo.

5 Considerazioni Finali Nella ricerca della soluzione che più si adatta alle esigenze comunicazioni per il trasferimento a banda larga fixed-wireless broadband, è importante trovare un prodotto che è sicuro, robusto e può fornire le prestazioni necessarie per le applicazioni. Fra le tecnologie disponibili quindi, Spread Spectrum Direct Sequence ha sicuramente una sicurezza migliore rispetto al trasferimento del traffico. Per questo motivo, molti prodotti usano la tecnologia Direct Sequence Spread Spectrum, per le comunicazioni wireless a banda larga. Punti salienti tra le due tecnologie Direct Sequence Basso tempo di latenza Un costante controllo sul processo di guadagno Gain = A Better Signal to Noise Ratio. Collegamento veloce per sincronizzare altri utenti Nessun tempo di abilitazione Non necessita di Re-sync con altri operatori Radio Poca copertura all interno delle abitazioni Possibilità di percorrere lunghe distanze fino a (40km) Trasferimento di dati più elevato Frequency Hopper Alto tempo di latenza Nessun processo sul controllo di guadagno Collegamento lento in fase di sincronismo di altri utenti. (Deve essere ricercato il canale) 400 Microsecond Tempo di Abilitazione Necessita di Re-sync con altri operatori Radio e ogni Every Hop Poca copertura all interno delle abitazioni Possibilità di percorrere lunghe distanze limitata fino a (10km) Trasferimento di dati più basso Spero di aver fatto cosa gradita a tutti Vito IW0GAC & Maurizio IW9BAX

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