Espalhamento Espectral


Inicialmente, a aplicação das técnicas de espalhamento espectral ("Spread Spectrum") dirigiu-se para o desenvolvimento de sistemas de guiamento e de comunicações militares. Após a Segunda Guerra "espalhamento espectral" já era um conceito familiar entre os engenheiros de radar e nos anos seguintes a investigação sobre o assunto foi motivada primariamente pelo desejo de obter sistemas de comunicação altamente resistentes a interferência ("jamming").

Como resultado dessa pesquisa, emergiram outras aplicações em áreas como redução na densidade de energia e acesso múltiplo. As técnicas aqui discutidas são chamadas de espalhamento espectral porque a largura de faixa empregada é muito maior que a mínima largura de faixa necessária para transmitir a informação. Um sistema é definido como sendo de espalhamento espectral se preencher os seguintes requisitos:

1. O sinal ocupa uma largura de banda muito maior que a mínima largura de faixa necessária para enviar a informação. Valores típicos para esta relação estão entre cem e um milhão (20 a 60 dB).

2. O espalhamento é obtido a partir de um sinal de espalhamento também conhecido como sinal código, que é independente da informação.

3. No receptor, a recuperação da informação original é feita pela correlação entre o sinal recebido com uma réplica sincronizada do sinal de espalhamento usado no processo de espalhamento no transmissor.

Esquemas de modulação em freqüência ou por código de pulso também espalham o espectro do sinal mas não se qualificam como sistemas de espalhamento espectral por não satisfazerem as condições enunciadas acima.

Existem inúmeras razões para se espalhar o espectro e muitos benefícios podem ser obtidos se isto for realizado adequadamente.

1. Rejeição a interferência intencional ("jamming") pois as transmissões alheias na mesma faixa de freqüência do sinal de interesse, e conseqüentemente descorrelacionadas deste, são fortemente atenuadas no receptor;

2. Rejeição a interferência natural devido ao ganho de processamento inerente ao processo;

3. Baixa probabilidade de interceptação por dois aspectos: faixa mais larga a ser monitorada e densidade de potência do sinal a ser detectado reduzida pelo processo de espalhamento de espectro;

4. Possibilidade de comunicação multiusuário de acesso aleatório por endereçamento seletivo que consiste na transmissão de sinais de vários usuários simultaneamente no tempo, ocupando a mesma faixa de freqüência. Esta é a chamada capacidade de Múltiplo Acesso por Divisão de Código (CDMA) dos sistemas de espalhamento espectral;

5. Resistência aos efeitos dos múltiplos percursos (quando o sinal transmitido percorre mais de um caminho até o receptor, devido a reflexões na superfície, prédios, árvores e atmosfera, produzindo interferências no sinal recebido). Por exemplo: supondo-se a resposta impulsiva do canal com múltiplo percurso invariante no tempo. Uma vez que o receptor intercepte o sinal recebido pelo caminho direto e obtenha a correlação deste com a seqüência de código previamente conhecida, os outros sinais que chegam por múltiplos percursos, ainda que possuam o mesmo código, estarão defasados no tempo e, conseqüentemente, descorrelacionados com o primeiro;

6. Medidas de distância com alta resolução em sistemas de radar que utilizam técnicas de espalhamento espectral conseguem resolução melhor que os convencionais devido ao ganho de processamento inerente e à capacidade desses sistemas distinguirem pulsos muito próximos oriundos de reflexões no mesmo alvo, recebidos por múltiplos percursos;

7. Referência de tempo universal precisa apesar de problemas de múliplo percurso. A distinção de pulsos muito próximos recebidos por múltiplos percursos aliado ao ganho de processamento proporcionado pelas técnicas de espalhamento espectral, torna possível a um transmissor informar o mesmo referencial de tempo (com uma precisão tanto maior quanto mais elaborado for o sistema de espalhamento espectral), a receptores que conheçam o código utilizado no espalhamento.