Skip to main content
TECNOLOGÍA DE LAS COMUNICACIONES
ESPECTRO EXPANDIDO
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
1
Spread Spectrum
 Analog or digital data
 Analog signal
 Spread data over wide bandwidth
 Makes jamming and interception harder
 Frequency hoping
 Signal broadcast over seemingly random series
of frequencies
 Direct Sequence
 Each bit is represented by multiple bits in
transmitted signal
 Chipping code
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
2
Spread Spectrum Concept
 Input fed into channel encoder
 Produces narrow bandwidth analog signal around
central frequency
 Signal modulated using sequence of digits
 Spreading code/sequence
 Typically generated by pseudonoise/pseudorandom
number generator
 Increases bandwidth significantly
 Spreads spectrum
 Receiver uses same sequence to demodulate
signal
 Demodulated signal fed into channel decoder
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
3
General Model of Spread
Spectrum System
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
4
Gains
 Immunity from various noise and multipath
distortion
 Including jamming
 Can hide/encrypt signals
 Only receiver who knows spreading code can
retrieve signal
 Several users can share same higher bandwidth
with little interference
 Cellular telephones
 Code division multiplexing (CDM)
 Code division multiple access (CDMA)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
5
Pseudorandom Numbers
 Generated by algorithm using initial
seed
 Deterministic algorithm
 Not actually random
 If algorithm good, results pass reasonable
tests of randomness
 Need to know algorithm and seed to
predict sequence
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
6
Frequency Hopping Spread
Spectrum (FHSS)
 Signal broadcast over seemingly
random series of frequencies
 Receiver hops between frequencies in
sync with transmitter
 Eavesdroppers hear unintelligible blips
 Jamming on one frequency affects only
a few bits
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
7
Basic Operation
 Typically 2k carriers frequencies forming 2k
channels
 Channel spacing corresponds with bandwidth of
input
 Each channel used for fixed interval
 300 ms in IEEE 802.11
 Some number of bits transmitted using some
encoding scheme
 May be fractions of bit (see later)
 Sequence dictated by spreading code
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
8
Frequency Hopping Example
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
9
Frequency Hopping Spread
Spectrum System (Transmitter)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
10
Frequency Hopping Spread
Spectrum System (Receiver)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
11
Slow and Fast FHSS
 Frequency shifted every Tc seconds
 Duration of signal element is Ts seconds
 Slow FHSS has Tc  Ts
 Fast FHSS has Tc < Ts
 Generally fast FHSS gives improved
performance in noise (or jamming)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
12
Slow Frequency Hop Spread
Spectrum Using MFSK (M=4, k=2)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
13
Fast Frequency Hop Spread
Spectrum Using MFSK (M=4, k=2)
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
14
FHSS Performance
Considerations
 Typically large number of frequencies
used
 Improved resistance to jamming
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
15
Direct Sequence Spread
Spectrum (DSSS)
 Each bit represented by multiple bits using
spreading code
 Spreading code spreads signal across wider
frequency band
 In proportion to number of bits used
 10 bit spreading code spreads signal across 10 times
bandwidth of 1 bit code
 One method:
 Combine input with spreading code using XOR
 Input bit 1 inverts spreading code bit
 Input zero bit doesn’t alter spreading code bit
 Data rate equal to original spreading code
 Performance similar to FHSS
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
16
Direct Sequence Spread
Spectrum Example
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
17
Direct Sequence Spread
Spectrum Transmitter
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
18
Direct Sequence Spread
Spectrum Transmitter
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
19
Direct Sequence Spread
Spectrum Using BPSK Example
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
20
Approximate
Spectrum of
DSSS Signal
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
21
Code Division Multiple
Access (CDMA)
 Multiplexing Technique used with spread spectrum
 Start with data signal rate D
 Called bit data rate
 Break each bit into k chips according to fixed
pattern specific to each user
 User’s code
 New channel has chip data rate kD chips per
second
 E.g. k=6, three users (A,B,C) communicating with
base receiver R
 Code for A = <1,-1,-1,1,-1,1>
 Code for B = <1,1,-1,-1,1,1>
 Code for C = <1,1,-1,1,1,-1>
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
22
CDMA Example
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
23
CDMA Explanation
 Consider A communicating with base
 Base knows A’s code
 Assume communication already
synchronized
 A wants to send a 1
 Send chip pattern <1,-1,-1,1,-1,1>
 A’s code
 A wants to send 0
 Send chip[ pattern <-1,1,1,-1,1,-1>
 Complement of A’s code
 Decoder ignores other sources when using
A’s code to decode
 Orthogonal codes
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
24
CDMA for DSSS
 n users each using different
orthogonal PN sequence
 Modulate each users data
stream
 Using BPSK
 Multiply by spreading code of
user
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
25
CDMA in a DSSS Environment
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
26
Seven Channel CDMA
Encoding and Decoding
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
27
Required Reading
Stallings chapter 9
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC
28