مخابرات طیف گسترده

مخابرات طیف گسترده  روشی مخابراتی است که در آن توانِ سیگنال ارسالی، عمداً در یک بازهٔ فرکانسیِ بزرگ (معمولاً چندین مگاهرتز) پخش می‌شود. البته با این کار، آشکارسازی سیگنال، سخت‌تر می‌شود. این روش مخابراتی در برابر تداخل عمدی (پارازیت) و غیرعمدی (سیگنال فرستنده‌های هم‌کانال دیگر) پایدار است، اما بر خلاف تصور رایج، در برابر نویزِ سفید بی‌تأثیر است.

مخابرات طیف گسترده کاربردهای نظامی و غیرنظامی دارد. از کاربردهای رایج غیرنظامی آن می‌توان به بلوتوث، وای فای (Wi-Fi)، و مخابرات سیار (Mobile Communication) اشاره کرد.

با توجه به نحوه عملکرد گیرنده سیستم طیف گسترده، مشکل چندمسیره بودن کانال مخابراتی (Multipath channel) در این سیستم به خوبی حل شده و تأثیر آن کم خواهد بود.

مخابرات طیف گسترده اغلب به دو روش دنبالهٔ مستقیم (Direct Sequence)، و پرشِ فرکانسی (Frequency Hopping) پیاده می‌شود. در هر دو این روش‌ها، سیگنالی موسوم به سیگنال (یا کد) گسترده‌کننده، نقشی اساسی دارد.

کد گسترده‌کننده (Spreading code) 
کد گسترده‌کننده، رشته‌ای (دنباله‌ای) نسبتاً طولانی از ۰ و ۱ هاست که بر اساس الگویی مشخص و البته شبه‌تصادفی (Pseudo-random) تولید شده‌اند. در واقع، کد گسترده‌کننده از تکرار (نامحدود) این رشته ساخته می‌شود. از رایج‌ترین روش‌های تولید کدهای گسترده‌کننده، استفاده از شیفت‌رجیسترِ فیدبک‌دارِ خطی (LFSR) است. تولید کدهای گسترده‌کننده، در ریاضیاتِ گسسته، و به‌طور ویژه، در مبحث میدان‌های محدود (Finite fields) مطرح می‌شود.

کدهای گسترده‌کننده دارای ویژگی‌های منحصر به فردی هستند؛ از جمله اینکه تعداد صفر و یک‌ها در یک دورهٔ تناوب کد، تقریباً برابر است، و نیز اینکه تابع خودهمبستگی (Autocorrelation) کدهای گسترده‌کننده، همیشه شکل یکسان و منحصر به فردی دارد. هر دورهٔ تناوب کد گسترده‌کننده و نسخه‌های شیفتِ دوره‌ای یافتهٔ آن، شباهت بسیار کمی به هم دارند. این موضوع با اهمیت است و منجر به شکل منحصر به فردِ تابعِ خودهمبستگیِ کدِ گسترده‌کننده می‌شود. هر دورهٔ تناوب کد گسترده‌کننده ای به طول ، دارای  نسخهٔ شیفت (دوره‌ای) یافته‌ است که همگی منحصر به فرد هستند. به هر نسخهٔ شیفت یافتهٔ کد گسترده‌کننده، اصطلاحاً یک فازِ کد گسترده‌کننده می‌گویند.

در کاربردهای مخابراتی، فرکانس کلاک (Clock frequency) کد گسترده‌کننده، به مراتب از فرکانس کلاک سیگنال پیام بیشتر است، و به همین دلیل پهنای باند سیگنال گسترده‌کننده از سیگنال پیام بسیار بیشتر است.

پیاده‌سازی سیستم طیف گسترده

پرش فرکانسی 
در روش پرش فرکانسی، از کد گسترده‌کننده و نسخه‌های شیفت‌یافتهٔ آن برای تغییر (پرش) مداوم فرکانس حاملِ (Carrier Frequency) سیگنال ارسالی استفاده می‌شود. برای پیاده‌سازی آن، می‌توان از اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ (VCO) دیجیتال استفاده کرد و فازهای کد را به عنوان ورودی VCO در نظر گرفت.

دنبالهٔ مستقیم 
در روش دنبالۀ مستقیم، سیگنال پیام باینری به صورت BPSK (که در آن "۰" باینری به مقدار عددی ، و "۱" باینری به  نگاشته می‌شود) به‌طور مستقیم در نسخهٔ BPSK کد گسترده‌کننده، ضرب و پس از مدولاسیون، ارسال می‌شود. به همین دلیل به این روش، دنباله "مستقیم" می‌گویند. سیگنال دریافت‌شده در گیرنده، بعد از دمدولاسیون در همان کد گسترده‌کننده (که در گیرنده تولید شده) ضرب می‌شود. در صورت سنکرون (همزمان) بودن سیگنال گسترده‌کنندهٔ دریافت‌شده و نسخهٔ تولیدشده آن در گیرنده، سیگنال پیام بازیابی می‌شود. در غیر این صورت سیگنال پیام قابل بازیابی نخواهد بود.

مسئله هم‌زمانی کد (Code Synchronization) در طیف گسترده 
هم‌زمانیِ کد گسترده‌کننده در گیرندهٔ سیستم‌های طیف گسترده بسیار مهم است، و انتخاب سیگنال گسترده‌کننده باید به گونه‌ای باشد که به هم‌زمانی کمک کند. برای همین، سیگنال گسترده‌کننده باید دوره تناوب نسبتاً بزرگی داشته و به صورتی باشد که نسخه‌های شیفت‌یافته (فازهای) آن کمترین شباهت را به هم داشته باشند. این موضوع در مرحله هم‌زمان کردن و حذف سیگنال‌های تداخل‌گر در گیرنده بسیار مهم است.

منابع 
 

تسهیم‌سازی
حالت‌های مدولاسیون رادیو
روش‌های دسترسی به کانال
مخابرات
مدیریت منابع رادیویی
ویکی‌سازی رباتیک