Espectro expandido: Secuencias pseudo-aleatorias (PN)

Espectro expandido:
Secuencias pseudo-aleatorias (PN)


Introducción: Descripción general

Como sabemos, las señales de espectro expandido se utilizan para la transmisión de información digital y se caracterizan porque utilizan ancho de banda que es superior al mínimo necesario para enviar dicha información, realizándose un ensanchado en el espectro mediante un código que es independientede los datos.

Uno de los elementos más importantes en el diseño de señales de espectro expandido es la pseudo-aleatoriedad, ya que la modulación consistirá básicamente en combinar la señal de información d(t) con una señal pseudoaleatoria s(t), tal como se muestra en la figura 1, de manera que la señal transmitida aparezca indistinguible frente al fondo de ruido y por tanto sea muy difícil dedemodular por receptores que no dispongan de la señal pseudoaleatoria con la que se moduló la información.


Figura 1. Modulación de espectro expandido en el dominio temporal

Podemos ver que la velocidad de la señal pseudoaleatoria s(t) es mayor que la de la señal de datos d(t), con lo que la modulación dará lugar a un ensanchado del espectro, tal y como se aprecia en la figura 2.Básicamente, los principales objetivos al aplicar esta técnica son los siguientes:

Eliminar el efecto de posibles interferencias no deseadas, ya sean las intencionadas (jamming), las debidas a otros usuarios del canal o las propias interferencias debidas a la propagación multipath.

Ocultar la señal de forma que sea difícil de interceptar por usuarios no autorizados. Esto se consigue, como ya hemoscomentado, haciendo que los mensajes sean indistinguibles frente al ruido de fondo mediante el ensanchado del espectro en frecuencia.
Conseguir privacidad en la comunicación. Esto se puede conseguir combinando la señal transmitida con una secuencia pseudo-aleatoria (PN), de forma que solo el usuario autorizado que disponga del código usado para producir la secuencia PN pueda descifrar elmensaje.







Figura 2. Modulación de espectro expandido en el dominio de la frecuencia


Secuencias pseudo-aleatorias: Funcionalidad y aplicación

Lo primero que cabe preguntarse al tratar de entender las secuencias o códigos pseudo-aleatorios y su aplicación en sistemas de espectro expandido es el porqué de su nombre y cuál es su utilidad. Una secuencia pseudoaleatoria se define comoun conjunto de señales binarias, periódicas y de cierta longitud de tal forma que, dentro de cada período, la señal puede aproximarse a una señal aleatoria. Se hace esto para tener la certeza de que la misma secuencia puede generarse tanto en el transmisor como en el receptor. Si fuese totalmente aleatoria esto no sería posible (de ahí el nombre de pseudo-aleatorias). Para entender sus propiedadesdentro de su aplicación en el campo de la técnica de espectro expandido haremos referencia al primer objetivo de dicha técnica comentado en el apartado anterior.

Para conseguir, en primer lugar, evitar las interferencias indeseadas (jamming), el transmisor debe introducir cierta aleatoriedad en la señal que pretende transmitir, pero teniendo cuidado de que ningún posible atacante conozca lasecuencia pseudoaleatoria utilizada.

En cuanto a la interferencia de otros usuarios, ésta aparece en sistemas de múltiple acceso en la que varios usuarios comparten un mismo ancho de banda. En este escenario puede ocurrir que un subconjunto de usuarios decida transmitir de forma simultánea. Para poder distinguir entre los diferentes flujos de información, es necesario que las secuencias PNutilizadas por cada usuario sean diferentes y ortogonales entre sí, de manera que solo el usuario que disponga del código pseudo-aleatorio correcto puede recuperar la información que le corresponde.

Por último, las componentes resultantes de la propagación multipath pueden considerarse como autointerferencias, y también podrán ser eliminadas combinando las señales transmitidas con secuencias PN....