Spread Spectrum Vs. Narrow Band

Fissato il rapporto segnale rumore, l’aumento della banda di un canale trasmissivo migliora le prestazioni e l’immunità degli errori nel canale.

Il principio dello Spread Spectrum utilizza l’ampliamento di banda per compensare il degradamento del rapporto segnale rumore.
La modulazione DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) strutta questa considerazione.

Il segnale digitale utile, con bit rate Rs è opportunamente combinato con una sequenza pseudocasuale a bit rate più elevato Rc (denominato anche chip sequence).
Il risultato è che l’energia del segnale utile è distribuita su una più ampia banda in relazione a Rc (spread). 
Ottenendo un segnale a larga banda e ampiezza inversamente proporzionale alla banda, indicativamente, nella trasformazione, si può considerare costante il prodotto ampiezza segnale – banda passante (la potenza totale del segnale).

Il risultato, apparentemente peggiore, porta il segnale a larga banda a livelli del rumore o anche inferiore.
Il meccanismo di ripristino del segnale consiste, a lato ricevitore nel combinare il segnale ricevuto con lo stesso pseudocodice usato a lato trasmettitore (una operazione di convoluzione, un-spread) che riporta il segnale utile entro la banda iniziale. Il rumore, che non è in correlazione con il codice, subisce il processo inverso e viene distribuito sulla banda Rc e di fatto attenuato.

 


Da https://www.okob.net

Il rapporto Rc/Rb è indicato come guadagno di processo (processing gain) normalmente espresso in dB Gp=10*log⁡(Rc/Rb) e può essere pensato come un equivalente aumento del rapporto S/N.

È utile sottolineare che una trasmissione simile, sulla stessa frequenza, ma con un differente pseudocodice, è vista dal ricevitore come rumore e quindi non ripristinata ed ignorata (ma contribuisce a peggiorare il rapporto segnale rumore).
Lo spread spectrum si presta a trasmissioni con segnali deboli, ma ha lo svantaggio di richiedere segnali di riferimento (clock) precisi e tecniche di sincronizzazione onerose in termini di potenza di elaborazione. Per favorire la sincronizzazione è necessario in trasmissione un preambolo[Nota 1] relativamente lungo.

Questa tecnica ed altre simili è ampiamente usata in molti campi, come nel GPS o nel Wi-Fi.

Le tecniche di trasmissione a banda stretta (Narrow Band), contrariamente allo spread spectrum, per migliorare il rapporto segnale rumore restringono la banda.
Da ricordare che il rumore ha una intensità proporzionato alla banda, N0*B con N0 densità di rumore in W/Hz e B banda in Hz, quindi riducendo la banda si riduce il rumore.
A parità di segnale una banda stretta migliora il rapporto S/N e il maggiore margine utile al lato ricevente, anche considerando le attenuazioni di tratta trasmettitore – ricevitore, si amplia la distanza possibili.

Di contro, per la condizioni Shannon-Hartley, il massimo bit rate possibile è basso.

È il caso della tecnologia adottata dal protocollo Sigfox.

 

 

 

[1] Il preambolo è una opportuna parte iniziale della trasmissione che non trasporta dati utili.

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