Introdução SS
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Introdução SS


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IInnttrroodduuççããoo aaoo eessppaallhhaammeennttoo eessppeeccttrraall 
((\u201c\u201cSSpprreeaadd SSppeeccttrruumm\u201d\u201d)) 
Sílvio A. Abrantes 
DEEC/FEUP 
Introdução ao espalhamento espectral 2 
 Espalhamento espectral 
 
 
Introdução ao espalhamento espectral 3 
 Espalhamento espectral 
\u2022 Abordagem convencional 
 Atribuição de bandas de frequência a diferentes serviços 
(radiodifusão, serviços móveis, amadores, comunicações 
aeronáuticas, etc.). 
\u2022 Abordagem menos comum: 
 Partilha da mesma banda de frequência por vários serviços sem 
que estes sintam uma interferência mútua significativa. 
É o que se faz nos sistemas de espalhamento espectral (SS). 
O que é um sistema de espalhamento espectral (ou 
sistema SS)? 
Definição: 
Um sinal de comunicações digitais é considerado um sistema SS se, 
cumulativamente: 
1. o sinal transmitido ocupar uma largura de banda maior que a 
largura de banda mínima necessária para transmitir a 
informação; 
2. a expansão de largura de banda for obtida com um código 
independente da informação. 
 A segunda condição exclui os sistemas de FM porque aí a expansão de 
largura de banda (recordar a regra de Carson!) depende do sinal a 
transmitir. 
Introdução ao espalhamento espectral 4 
Tipos básicos de sistemas de 
espalhamento espectral 
Há três tipos básicos de sistemas SS: 
\u2022 DS (\u201cDirect Sequence\u201d) \u2014 Sequência Directa 
\u2022 FH (\u201cFrequency Hopping\u201d) \u2014 Saltos em frequência 
\u2022 TH (\u201cTime Hopping\u201d) \u2014 Saltos no tempo 
Também pode haver sistemas híbridos. 
DS: 
O espalhamento espectral é obtido multiplicando a fonte por um sinal 
pseudo-aleatório. 
FH: 
O espalhamento espectral é obtido fazendo saltitar a frequência da 
portadora de forma pseudo-aleatória entre valores de um conjunto 
grande de frequências. 
TH: 
Blocos de bits são transmitidos intermitentemente em um ou mais 
intervalos de tempo (\u201ctime slots\u201d) dentro de uma trama com um 
número elevado de intervalos. A escolha dos intervalos de tempo 
usados em cada trama é pseudo-aleatória. 
Introdução ao espalhamento espectral 5 
Quem inventou o espalhamento espectral? 
 
Inventores: 
Hedwig Kiesler Markey ("Hedy Lamarr") e George Antheil 
A patente (1942): 
 
 
Introdução ao espalhamento espectral 6 
Quem inventou o espalhamento espectral? 
 
AA aaccttrriizz ddee cciinneemmaa HHeeddyy LLaammaarrrr 
((11991144--22000000)) 
 
 
Leia a história na página seguinte. 
Introdução ao espalhamento espectral 7 
Quem inventou o espalhamento espectral? 
Quando morreu é que o contributo de Hedy Lamarr para a 
invenção do método de "frequency hopping" foi publicamente 
reconhecido e recordado. 
Um exemplo (Reino Unido: 
 
 
Introdução ao espalhamento espectral 8 
Quem inventou o espalhamento espectral? 
Outro exemplo (Israel): 
 
Introdução ao espalhamento espectral 9 
Espalhamento espectral: DS e FH 
Sequência directa ("Direct Sequence") 
 
Saltos em frequência ("Frequency Hopping") 
 
Introdução ao espalhamento espectral 10 
Espalhamento espectral 
CCoonnssiiddeerraaççõõeess ggeennéérriiccaass 
1. Pretende-se que o sinal SS transmitido se pareça com ruído para 
que passe despercebido a um receptor indesejado. 
 (as primeiras aplicações foram militares\u2026) 
\u21d2 É necessário codificar a mensagem de uma maneira 
supostamente aleatória. 
2. Como o receptor desejado precisa de usar o mesmo código para 
extrair a mensagem, este tem, na verdade, de ser determinístico. 
\u21d2 Deve ser usado um código pseudo-aleatório (também chamado 
código PN, de \u201cpseudo noise\u201d). 
3. A largura de banda do sinal pseudo-aleatório é muito maior que a 
largura de banda da mensagem. 
4. No emissor o código PN espalha o espectro; no receptor o mesmo 
código \u201cdesespalha-o\u201d devolvendo-o à sua forma original. 
5. As propriedades de rejeição de interferências tornam os sistemas SS 
muito adequados a ambientes com multi-utilizadores. 
Introdução ao espalhamento espectral 11 
Espalhamento espectral 
CCaarraacctteerrííssttiiccaass aattrraaeenntteess ddaa mmoodduullaaççããoo SSSS 
\u2022 Resiste a interferências intencionais e não-intencionais 
 (importante na comunicação em áreas congestionadas, como cidades) 
\u2022 Consegue eliminar ou atenuar o efeito da propagação 
multipercurso 
 (o multipercurso pode ser um grande obstáculo em meios urbanos) 
\u2022 Pode partilhar a mesma banda de frequências com outros 
utilizadores 
 (porque o sinal tem características tipo ruído) 
\u2022 Pode ser usado em bandas que não requerem licença 
 (por exemplo, na banda ISM (\u201cIndustrial, Scientific and Medical\u201d) de 2,4 GHz) 
\u2022 Oferece um certo grau de privacidade, devido ao uso de 
códigos de espalhamento pseudo-aleatórios 
 (estes códigos fazem com que seja difícil interceptar o sinal) 
Introdução ao espalhamento espectral 12 
Espalhamento espectral 
OO eessppaallhhaammeennttoo ddoo eessppeeccttrroo 
aauummeennttaa aa iimmuunniiddaaddee aa iinntteerrffeerrêênncciiaass 
 
Introdução ao espalhamento espectral 13 
Espalhamento espectral 
AApplliiccaaççõõeess 
Inicialmente e durante muito tempo as técnicas de espalhamento 
espectral tiveram uma utilização estritamente militar e por isso 
evoluiram a partir de ideias relacionadas com radar, comunicações 
secretas e sistemas de telecomando de torpedos e mísseis. 
Hoje em dia há inúmeras aplicações civis. Eis algumas: 
\u2022 GPS (\u201cGlobal Positioning System\u201d) 
\u2022 Redes celulares móveis de 2ª geração (IS-95, EUA) 
\u2022 Redes celulares móveis de 3ª geração (IMT-2000) 
\u2022 Redes de satélites para comunicações pessoais (ex.: Globalstar) 
\u2022 \u201cWireless LANs\u201d (ex.: IEEE802.11 (EUA) e BRAN (Europa)) 
\u2022 Sistemas de alarmes em edifícios 
O principal interesse actual dirige-se às aplicações que envolvem 
acesso múltiplo (CDMA): 
\u2022 Em DS/SS 
 Todos os utilizadores partilham a mesma banda de frequências e 
transmitem os sinais simultaneamente; no receptor o sinal 
pseudo-aleatório \u201cdesespalha\u201d e extrai o sinal desejado; pelo 
contrário, os sinais indesejados são espalhados visto não terem 
sofrido previamente a operação de espalhamento no emissor. 
\u2022 Em FH/SS e TH/SS 
 Cada utilizador usa um código PN diferente, de tal modo que não 
há dois emissores a usar a mesma frequência ou o mesmo \u201ctime 
slot\u201d ao mesmo tempo. 
 Os emissores evitam a colisão uns com os outros. 
Introdução ao espalhamento espectral 14 
Espalhamento espectral 
AApplliiccaaççõõeess 
 
Parâmetros de W-CDMA e Wideband cdmaOne 
 
In Tero Ojanperä and Ramjee Prasad, \u201cAn Overview of Air Interface Multiple Access for IMT-
2000/UMTS\u201d, IEEE Communications Magazine, vol. 36, nº. 9, Setembro 1998, pp. 82 \u2013 86. 
Introdução ao espalhamento espectral 15 
Espalhamento espectral 
AApplliiccaaççããoo ddee SSSS eemm ssiittuuaaççõõeess ddeessffaavvoorráávveeiiss 
As técnicas de espalhamento espectral melhoram o desempenho 
de sistemas de comunicação. A melhoria do desempenho é 
quantificada pelo chamado ganho de processamento do sistema SS: 
Definição 
O ganho de processamento, PG, é a diferença entre o desempenho com 
espalhamento espectral e o desempenho sem espalhamento espectral. 
Verifica-se que 
 
largura de banda espalhada
largura de banda não espalhada
PG = 
Os sistemas SS são particularmente adequados para lidar com 
certas situações e problemas de comunicação. Dois exemplos: 
1. Empastelamento de comunicações 
Alguém tenta dificultar a comunicação entre um emissor e um 
receptor emitindo impulsos de ruído. 
2. Baixa probabilidade de detecção ou intercepção 
Por vezes deseja-se que ninguém se aperceba da comunicação entre 
um emissor e um receptor. Para isso é necessário dificultar a sua 
detecção por entidades estranhas. 
Introdução ao espalhamento espectral 16 
Empastelamento de comunicações com 
ruído impulsivo 
 
t 
 
Pressupostos: 
1. Sistema BPSK. A sua probabilidade de bit errado é 
0
2 b
b
EP Q
N
\u239b \u239e= \u239c \u239f\u239c \u239f\u239d \u23a0
. 
2. O \u201cjammer\u201d emite impulsos de ruído gaussiano branco com largura 
de banda limitada, B, à sua escolha,