Une séquence pseudo-bruit (PN) est une séquence binaire déterministe et pseudo-aléatoire qui présente des caractéristiques similaires à une séquence véritablement aléatoire. Dans le contexte des systèmes de communication, les séquences PN sont souvent utilisées comme codes d’étalement dans les techniques de modulation à spectre étalé, notamment les réseaux à accès multiple par répartition en code (CDMA). Examinons les détails des séquences PN et leur signification :
1. Génération de séquences PN :
- Les séquences PN sont généralement générées à l’aide de circuits ou d’algorithmes de retour de registre à décalage.
- Les registres à décalage à rétroaction linéaire (LFSR) sont couramment utilisés à cette fin.
- Le mécanisme de rétroaction amène le registre à décalage à parcourir une séquence d’états, produisant une séquence binaire qui semble aléatoire.
2. Propriétés des séquences PN :
- Pseudo-aléatoire :
- Bien que les séquences PN soient déterministes et générées par des algorithmes, elles présentent des propriétés aléatoires.
- Les séquences semblent aléatoires et manquent de modèles perceptibles, ce qui les rend adaptées aux applications où le pseudo-aléatoire est souhaitable.
- Périodicité longue :
- Les bonnes séquences PN ont une longue période, ce qui signifie que la séquence ne se répète qu’après un grand nombre d’étapes.
- La durée de la période dépend des caractéristiques du registre à décalage et des connexions de rétroaction.
- Équilibre des uns et des zéros :
- Dans une séquence PN idéale, il y a un nombre à peu près égal de uns et de zéros, ce qui contribue à une représentation équilibrée.
- Faible corrélation croisée :
- Les séquences PN sont conçues pour présenter une faible corrélation croisée, ce qui les rend adaptées à des applications telles que les communications à spectre étalé, dans lesquelles plusieurs utilisateurs partagent la même bande de fréquences sans interférence.
- Orthogonalité :
- Dans certaines applications, les séquences PN sont conçues pour être orthogonales ou presque orthogonales, ce qui améliore leur utilité dans la diffusion de codes pour CDMA.
3. Applications des séquences PN :
- Communication à spectre étalé :
- Les séquences PN sont largement utilisées dans les systèmes de communication à spectre étalé, y compris les réseaux CDMA.
- Dans CDMA, chaque appareil mobile se voit attribuer une séquence PN unique (code d’étalement), permettant à plusieurs utilisateurs de partager simultanément la même bande de fréquences.
- Chiffrement et brouillage :
- Les séquences PN sont utilisées dans les opérations de chiffrement et de brouillage dans les systèmes de communication sécurisés.
- Ils sont utilisés pour modifier les données transmises d’une manière qui ne peut être inversée que par un récepteur possédant la même séquence PN.
- Estimation du canal :
- Dans les systèmes de communication sans fil, les séquences PN sont utilisées pour l’estimation des canaux.
- En intégrant des séquences PN connues dans les signaux transmis, les récepteurs peuvent estimer les caractéristiques du canal et compenser les effets du canal.
4. Codes Or :
- Les codes Gold sont une classe spécifique de séquences PN construites en combinant au moins deux séquences PN plus courtes avec des propriétés mathématiques spécifiques.
- Les codes Gold sont couramment utilisés dans les applications CDMA.
5. Génération de nombres pseudo-aléatoires :
- En dehors des systèmes de communication, les séquences PN trouvent des applications dans la génération de nombres pseudo-aléatoires à diverses fins, notamment la simulation et la cryptographie.
6. Codes de diffusion CDMA :
- Dans les réseaux CDMA, chaque utilisateur se voit attribuer une séquence PN unique en tant que code d’étalement.
- L’utilisation de séquences PN dans CDMA permet à plusieurs utilisateurs de transmettre simultanément sur la même bande de fréquences sans interférence mutuelle.
7. Applications au-delà de la communication :
- Les séquences PN sont utilisées dans divers domaines au-delà de la communication, comme dans la conception de générateurs de nombres aléatoires, d’algorithmes cryptographiques et de systèmes radar.
En résumé, les séquences PN jouent un rôle crucial dans les systèmes de communication, en particulier dans les techniques de modulation à spectre étalé comme le CDMA. Leurs propriétés pseudo-aléatoires, leur longue périodicité et leur faible corrélation croisée les rendent utiles pour les applications dans lesquelles plusieurs utilisateurs doivent partager la même bande de fréquences tout en maintenant la séparation et la sécurité des signaux.