RF 신호를 시간 영역에서는 파형으로, 주파수 영역에서는 별개의 모양으로 시각화했습니다. 이러한 모양은 종종 다소 높고 좁아서 전송된 에너지의 상당량이 비교적 작은 주파수 범위에 집중되어 있음을 나타냅니다.
우리는 또한 매우 다른 종류의 스펙트럼, 즉 더 넓고 짧은 스펙트럼을 생성할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 다시 말해, 우리는 RF 회로를 변경하여 전송 전력이 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 분산되는 신호를 생성할 수 있습니다. 이러한 신호는 적절하게 "확산 스펙트럼"으로 설명됩니다.
총 전송 전력이 감소하지 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 변하는 것은 피크 전력인데, 전송 전력이 더 넓은 주파수 대역에 분산되기 때문입니다.
스펙트럼을 확산하는 방법
표준 RF 신호를 스프레드 스펙트럼 신호로 변경하는 것은 피크 전력을 대역폭으로 교환하는 프로세스입니다. 그러나 피크 전력을 줄이기 위해 특정 조치를 취할 필요는 없습니다. 회로의 다른 모든 것이 동일하게 유지되면 전체 전송 전력도 동일하게 유지됩니다. 우리가 해야 할 일은 신호의 대역폭을 늘리는 것뿐이며, 자연스러운 결과는 위에 표시된 것과 같이 사용 가능한 RF 에너지가 더 넓고 짧은 스펙트럼으로 분배되는 것입니다.
이전 페이지에서 RF 파형의 대역폭은 기저대역 신호에 존재하는 가장 높은 주파수에 해당한다는 것을 알고 있습니다. 진폭 변조 페이지에서 기저대역 스펙트럼의 양수 및 음수 주파수가 캐리어 주파수를 중심으로 대칭 스펙트럼을 형성하기 위해 위쪽으로 이동하는 방식을 살펴보았습니다. 따라서 기저대역 신호에서 더 높은 주파수를 사용하면 변조된 신호의 대역폭이 증가합니다. 그러면 기저대역 신호에 더 높은 주파수를 통합하여 스펙트럼을 확산할 수 있습니다. 하지만 기저대역 정보를 변경하지 않고 어떻게 이를 달성할 수 있을까요?
해결책은 확산 시퀀스라고 불리는 것으로, 의사 잡음(PN) 코드 또는 의사 난수 잡음(PRN) 코드라고도 합니다. 이것은 1과 0의 무작위 연속을 닮도록 의도된 디지털 시퀀스입니다. 기저대역 신호는 확산 시퀀스에 곱해지지만, 논리 0은 음의 1처럼 처리되어 파형이 논리 하이 기간 동안 변경되지 않고 논리 로우 기간 동안 반전됩니다. 다음 다이어그램은 이 프로세스를 보여줍니다.
보시다시피, PN 코드의 주파수(각 펄스를 "칩"이라고 부르기 때문에 "칩 속도"라고 함)는 기저대역 신호의 주파수보다 높습니다. 이런 방식으로 기저대역 신호를 자르면 더 높은 주파수 에너지가 유입되고 실제로 스펙트럼이 확산되는 요인은 칩 속도와 기저대역 데이터 속도의 비율과 같다는 것을 직관적으로 알 수 있습니다.
스펙트럼 확산을 해제하는 방법
이제 우리는 기저대역 신호의 대역폭을 늘렸고, 결과적으로 전송된 신호의 대역폭도 늘렸지만, 정보가 심각하게 변경된 것으로 보입니다. 원래 기저대역 파형에 인코딩된 데이터를 어떻게 복구할까요? 사실, 아주 간단합니다(적어도 이론적으로는). 수신된 파형을 같은 PN 코드로 곱하기만 하면 됩니다. 송신기가 1로 곱한 섹션은 다시 1로 곱해지고(즉, 변경되지 않은 채로 유지됨), 반전된 섹션은 다시 반전됩니다(즉, 원래 상태로 돌아갑니다).
왜 스펙트럼을 넓히는가?
지금까지 설명한 절차는 불필요한 복잡함으로 보일 수 있지만, 특정 상황에서는 노력할 만한 가치가 있습니다. 근본적인 이점은 적절하게 "선택성"으로 설명될 수 있습니다. 스프레드 스펙트럼 통신은 수신기가 관련 주파수 대역에 존재할 수 있는 다양한 다른 신호 중에서 원하는 신호를 선택할 수 있는 더 큰 능력을 제공합니다.
이 선택성은 수신된 신호를 PN 코드로 곱하는 흥미로운 효과에서 비롯됩니다. 이 수신기 곱셈은 원하는 신호만 , 또는 더 구체적으로 원래 같은 PN 코드로 곱해진 신호만 역확산합니다. 원치 않는 신호에 협대역(즉, 확산되지 않은) 스펙트럼이 있는 경우 PN 코드가 이를 확산합니다. 원치 않는 신호에 다른 PN 코드로 생성된 확산 스펙트럼이 있는 경우 반전된 섹션과 반전되지 않은 섹션은 1과 0과 일치하지 않으므로 원래 상태로 복원되지 않습니다.
먼저 스펙트럼을 확산하는 것이 어떻게 시스템을 방해와 간섭에 강하게 만드는지 고려해 보겠습니다. 강한 간섭 신호가 확산되지 않은 스펙트럼의 중심 주파수에 가까운 주파수에서 전송되면 수신기가 원하는 신호에서 간섭을 분리하기 어려울 것입니다. 그러나 스펙트럼이 전송 전에 확산되면 확산 해제 작업은 간섭 스펙트럼을 확산하고 원하는 스펙트럼을 복원하여 간섭 수준을 줄입니다.
동일한 개념이 여러 장치가 제한된 범위의 사용 가능한 주파수를 공유해야 하는 무선 시스템에도 적용됩니다. 이러한 시스템은 간섭과 관련된 문제를 최소화하는 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 스프레드 스펙트럼 통신이 그 중 하나입니다. 서로 다른 장치가 동일한 대역을 공유할 수 있으며 스펙트럼이 겹칠 수 있습니다. 수신기는 PN 코드를 통해 원하는 신호를 선택하여 원하는 신호만 확산 해제합니다.
주파수 호핑
지금까지 논의한 스프레드 스펙트럼 기법은 직접 시퀀스 스프레드 스펙트럼(DSSS)이라고 합니다. 대안적인 접근 방식은 전송된 신호의 협대역 특성을 유지하면서 주기적으로 캐리어 주파수를 변경하는 것입니다. 이를 주파수 호핑이라고 하며, 전송이 시간에 따라 평균화되면 피크 전력이 비슷하게 감소합니다. DSSS와 마찬가지로 간섭에 대한 저항성이 향상된데, 통신 장치가 새로운 캐리어 주파수로 전환한 후에는 간섭 신호가 더 이상 원하는 신호를 손상시키지 않기 때문입니다.
요약
- 스프레드 스펙트럼 신호는 기존 기저대역 신호에 PN 코드라고도 하는 확산 시퀀스를 곱하여 생성할 수 있습니다.
- 원래 신호는 스프레드 스펙트럼 신호에 동일한 PN 코드를 곱하여 복구됩니다.
- 스프레드 스펙트럼 신호는 피크 전력이 낮고, 총 전력은 동일하며, 대역폭이 더 넓습니다. 즉, 사용 가능한 전송 전력이 더 넓은 주파수 범위에 분산됩니다.
- 확산 스펙트럼 기술은 시스템을 방해와 간섭에 더 강하게 만들어줍니다.
- 주기적으로 신호의 반송파 주파수를 변경하면 비슷한 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 주파수 호핑이라고 합니다. RF 신호를 시간 영역에서는 파형으로, 주파수 영역에서는 별개의 모양으로 시각화했습니다. 이러한 모양은 종종 다소 높고 좁아서 전송된 에너지의 상당량이 비교적 작은 주파수 범위에 집중되어 있음을 나타냅니다.
표준 RF 신호를 스프레드 스펙트럼 신호로 변경하는 것은 피크 전력을 대역폭으로 교환하는 프로세스입니다. 그러나 피크 전력을 줄이기 위해 특정 조치를 취할 필요는 없습니다. 회로의 다른 모든 것이 동일하게 유지되면 전체 전송 전력도 동일하게 유지됩니다. 우리가 해야 할 일은 신호의 대역폭을 늘리는 것뿐이며, 자연스러운 결과는 위에 표시된 것과 같이 사용 가능한 RF 에너지가 더 넓고 짧은 스펙트럼으로 분배되는 것입니다.해결책은 확산 시퀀스라고 불리는 것으로, 의사 잡음(PN) 코드 또는 의사 난수 잡음(PRN) 코드라고도 합니다. 이것은 1과 0의 무작위 연속을 닮도록 의도된 디지털 시퀀스입니다. 기저대역 신호는 확산 시퀀스에 곱해지지만, 논리 0은 음의 1처럼 처리되어 파형이 논리 하이 기간 동안 변경되지 않고 논리 로우 기간 동안 반전됩니다. 다음 다이어그램은 이 프로세스를 보여줍니다.스펙트럼 확산을 해제하는 방법
지금까지 설명한 절차는 불필요한 복잡함으로 보일 수 있지만, 특정 상황에서는 노력할 만한 가치가 있습니다. 근본적인 이점은 적절하게 "선택성"으로 설명될 수 있습니다. 스프레드 스펙트럼 통신은 수신기가 관련 주파수 대역에 존재할 수 있는 다양한 다른 신호 중에서 원하는 신호를 선택할 수 있는 더 큰 능력을 제공합니다.먼저 스펙트럼을 확산하는 것이 어떻게 시스템을 방해와 간섭에 강하게 만드는지 고려해 보겠습니다. 강한 간섭 신호가 확산되지 않은 스펙트럼의 중심 주파수에 가까운 주파수에서 전송되면 수신기가 원하는 신호에서 간섭을 분리하기 어려울 것입니다. 그러나 스펙트럼이 전송 전에 확산되면 확산 해제 작업은 간섭 스펙트럼을 확산하고 원하는 스펙트럼을 복원하여 간섭 수준을 줄입니다.주파수 호핑
- 스프레드 스펙트럼 신호는 기존 기저대역 신호에 PN 코드라고도 하는 확산 시퀀스를 곱하여 생성할 수 있습니다.
- 원래 신호는 스프레드 스펙트럼 신호에 동일한 PN 코드를 곱하여 복구됩니다.
- 스프레드 스펙트럼 신호는 피크 전력이 낮고, 총 전력은 동일하며, 대역폭이 더 넓습니다. 즉, 사용 가능한 전송 전력이 더 넓은 주파수 범위에 분산됩니다.
- 확산 스펙트럼 기술은 시스템을 방해와 간섭에 더 강하게 만들어줍니다.
- 주기적으로 신호의 반송파 주파수를 변경하면 비슷한 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 주파수 호핑이라고 합니다.
- 요약
- 지금까지 논의한 스프레드 스펙트럼 기법은 직접 시퀀스 스프레드 스펙트럼(DSSS)이라고 합니다. 대안적인 접근 방식은 전송된 신호의 협대역 특성을 유지하면서 주기적으로 캐리어 주파수를 변경하는 것입니다. 이를 주파수 호핑이라고 하며, 전송이 시간에 따라 평균화되면 피크 전력이 비슷하게 감소합니다. DSSS와 마찬가지로 간섭에 대한 저항성이 향상된데, 통신 장치가 새로운 캐리어 주파수로 전환한 후에는 간섭 신호가 더 이상 원하는 신호를 손상시키지 않기 때문입니다.
- 동일한 개념이 여러 장치가 제한된 범위의 사용 가능한 주파수를 공유해야 하는 무선 시스템에도 적용됩니다. 이러한 시스템은 간섭과 관련된 문제를 최소화하는 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 스프레드 스펙트럼 통신이 그 중 하나입니다. 서로 다른 장치가 동일한 대역을 공유할 수 있으며 스펙트럼이 겹칠 수 있습니다. 수신기는 PN 코드를 통해 원하는 신호를 선택하여 원하는 신호만 확산 해제합니다.
- 이 선택성은 수신된 신호를 PN 코드로 곱하는 흥미로운 효과에서 비롯됩니다. 이 수신기 곱셈은 원하는 신호만 , 또는 더 구체적으로 원래 같은 PN 코드로 곱해진 신호만 역확산합니다. 원치 않는 신호에 협대역(즉, 확산되지 않은) 스펙트럼이 있는 경우 PN 코드가 이를 확산합니다. 원치 않는 신호에 다른 PN 코드로 생성된 확산 스펙트럼이 있는 경우 반전된 섹션과 반전되지 않은 섹션은 1과 0과 일치하지 않으므로 원래 상태로 복원되지 않습니다.
- 왜 스펙트럼을 넓히는가?
- 이제 우리는 기저대역 신호의 대역폭을 늘렸고, 결과적으로 전송된 신호의 대역폭도 늘렸지만, 정보가 심각하게 변경된 것으로 보입니다. 원래 기저대역 파형에 인코딩된 데이터를 어떻게 복구할까요? 사실, 아주 간단합니다(적어도 이론적으로는). 수신된 파형을 같은 PN 코드로 곱하기만 하면 됩니다. 송신기가 1로 곱한 섹션은 다시 1로 곱해지고(즉, 변경되지 않은 채로 유지됨), 반전된 섹션은 다시 반전됩니다(즉, 원래 상태로 돌아갑니다).
- 보시다시피, PN 코드의 주파수(각 펄스를 "칩"이라고 부르기 때문에 "칩 속도"라고 함)는 기저대역 신호의 주파수보다 높습니다. 이런 방식으로 기저대역 신호를 자르면 더 높은 주파수 에너지가 유입되고 실제로 스펙트럼이 확산되는 요인은 칩 속도와 기저대역 데이터 속도의 비율과 같다는 것을 직관적으로 알 수 있습니다.
- 이전 페이지에서 RF 파형의 대역폭은 기저대역 신호에 존재하는 가장 높은 주파수에 해당한다는 것을 알고 있습니다. 진폭 변조 페이지에서 기저대역 스펙트럼의 양수 및 음수 주파수가 캐리어 주파수를 중심으로 대칭 스펙트럼을 형성하기 위해 위쪽으로 이동하는 방식을 살펴보았습니다. 따라서 기저대역 신호에서 더 높은 주파수를 사용하면 변조된 신호의 대역폭이 증가합니다. 그러면 기저대역 신호에 더 높은 주파수를 통합하여 스펙트럼을 확산할 수 있습니다. 하지만 기저대역 정보를 변경하지 않고 어떻게 이를 달성할 수 있을까요?
- 스펙트럼을 확산하는 방법
- 총 전송 전력이 감소하지 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 변하는 것은 피크 전력인데, 전송 전력이 더 넓은 주파수 대역에 분산되기 때문입니다.
- 우리는 또한 매우 다른 종류의 스펙트럼, 즉 더 넓고 짧은 스펙트럼을 생성할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 다시 말해, 우리는 RF 회로를 변경하여 전송 전력이 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 분산되는 신호를 생성할 수 있습니다. 이러한 신호는 적절하게 "확산 스펙트럼"으로 설명됩니다.