Trata-se de uma técnica, desenvolvida na época da Segunda Grande Guerra, cuja finalidade era dificultar a interceptação de mensagens, sendo hoje é empregada de forma ampla em diversos sistemas de telecomunicações.
No início, a tecnologia da Modulação Espalhada era utilizada principalmente nos sistemas de comunicações militares devido à sua imunidade às interferências como também pela dificuldade de sua interceptação.
Com o tempo, as vantagens deste tipo de modulação se mostraram também importantes para sistemas comerciais.
Assim, em pouco tempo ela passou a ser usada também em outros sistemas de telecomunicações como por exemplo a telefonia móvel celular, redes sem fio, etc., seguindo o padrão IEEE 802.11.
As redes sem fio são um exemplo de sistemas de telecomunicações que usando o padrão IEEE 802.11 se baseia justamente nas técnicas de pacotes de rádio e espectro espalhado para sua operação.
Espectro Espalhado ou Spread Spectrum descreve uma técnica de modulação onde a energia do sinal emitido é espalhada numa faixa de freqüências muito mais larga do que a normalmente necessária para a transmissão da informação, nas condições normais.
Pode parecer estranho para muitos as vantagens de se espalhar um sinal de modo que ele ocupe um espectro mais largo Já temos um problema de ocupação do espectro, trabalhar com bandas mais estreitas é fundamental para termos um melhor aproveitamento.
No entanto, não é apenas o espalhamento do sinal que deve ser considerado ao se fazer esta análise, mas sim a forma como este espalhamento é feito.
Verificamos que esta técnica tem algumas vantagens muito importantes que a tornam especialmente atrativa para as telecomunicações modernas, principalmente nas redes sem fio, sistemas de comunicações móveis e outros.
Analisemos a partir de uma forma simples: a forma mais simples de se fazer o espalhamento de sinais é a denominada salto de frequências ou “frequency hop” (FH), se usarmos o termo inglês correspondente.
Com esta técnica, o que se faz é mudar a frequência do canal que está sendo usado de uma forma rápida e pseudo-aleatória dentro de uma faixa determinada de frequências, conforme mostra a figura 1.
Inicialmente pode parecer que a comunicação está ocupando todo o canal disponível ao longo do tempo, mas na realidade não assim.
O que temos é o espalhamento da energia transmitida por toda a faixa de tal forma que a potência média em cada parte estreita amostrada da banda é minimizada.
Para receber tais sinais é fundamental que o receptor esteja absolutamente sincronizado com o transmissor, de modo a acompanhar os deslocamentos de freqüência do sinal, conforme mostra a figura 2.
Cada vez que o transmissor muda de frequência, ou seja, a cada salto da frequência, o receptor deve mudar sua sintonia procurando a nova frequência em que ele se encontra para poder sintonizá-lo.
Tomando como exemplo o padrão 802.11, temos a especificação de deve ser usada para a faixa ISM de 2,4 GHz.
Esta faixa ISM tem uma largura de 83 MHz e foi subdividida em canais de 1 MHz para a especificação FH. Segundo o FCC, numa transmissão usando esta modalidade de modulação, o sinal que está sendo transmitido deve passar por pelo menos 79 frequências diferentes a cada 30 segundos.
Isso significa que ele deve realizar 2,5 “hops” ou saltos de frequência a cada segundo.
Uma outra forma de espectro espalhado é a denominada DS ou “Direct Spread” ou espalhamento direto, usando o termo correspondente em português.
Nesta técnica os dados são misturados por portas XOR numa sequência pseudo-aleatória antes de serem transmitidos modulados em PSK, aplicado sobre a portadora.
A sequência de dados que podem ser transmitidos tem uma velocidade muito alta alcançando um valor muitas vezes maior do que a velocidade com que os dados são gerados.
Na faixa ISM, o espalhamento está limitado para não ser menor do que a relação 10:1.
Como consequência disso é que a densidade de energia ao longo da faixa ocupada cai.
O resultado final é o sinal passa a interferir muito menos nos usuários de banda estreita.
Também se obtém uma maior imunidade às interferências. No receptor que processa os sinais DS temos inicialmente uma etapa que reúne os sinais.
Essa reunião é feita misturando o sinal com a mesma sequência PN que foi usada para fazer o espalhamento, conforme mostra a figura 3.
Com este procedimento o sinal volta a ocupar a faixa original de frequências.
Paralelamente, o receptor também elimina os sinais que correspondem aos espalhamentos dos outros canais que estão operando na mesma faixa.
Isso significa que, se houver algum tipo de interferência nessa faixa, ela também ficará distribuída por toda a faixa minimizando os efeitos no canal recuperado.
Com isso ela pode ser facilmente eliminada pelo filtro de dados.
Depois que a energia do sinal voltou a se concentrar na faixa original, sua energia espectral aumenta de acordo com o ganho do circuito.
A taxa de aumento da energia do sinal é proporcional a taxa de redução da faixa.
Com isso, um sinal que tenha sido recebido com uma intensidade abaixo do nível de ruído na faixa, depois deste processamento passa a ter um nível acima do ruído o que torna fácil sua demodulação.
Uma outra vantagem do sistema DS é que ele permite que mais de um usuário ocupe ao mesmo tempo o mesmo canal, proporcionando o que se denomina de acesso múltiplo.
Diversas pessoas podem ocupar a mesma faixa de frequência ao mesmo tempo, sem que suas comunicações “se confundam”, como ocorre no caso da telefonia celular.
Cada receptor DS reduz somente o sinal desejado para a faixa original, possibilitando assim sua recuperação de forma independente sem problemas.
Os sinais que não interessam permanecem espalhados, ficando assim somente uma pequena dos sinais indesejáveis.
Ver também:
• I/Q (795)
• Bit (280)
• Modulação digital (796)
• Antena (4)
• Ondas eletromagnéticas (23)
