Una sequenza pseudo-rumore (PN) è una sequenza binaria deterministica e pseudo-casuale che presenta caratteristiche simili a una sequenza veramente casuale. Nel contesto dei sistemi di comunicazione, le sequenze PN sono spesso utilizzate come codici di diffusione nelle tecniche di modulazione dello spettro diffuso, comprese le reti CDMA (Code Division Multiple Access). Analizziamo i dettagli delle sequenze PN e il loro significato:
1. Generazione di sequenze PN:
- Le sequenze PN vengono generalmente generate utilizzando circuiti o algoritmi di feedback del registro a scorrimento.
- A questo scopo vengono comunemente utilizzati i registri a scorrimento con feedback lineare (LFSR).
- Il meccanismo di feedback fa sì che il registro a scorrimento esegua un’iterazione attraverso una sequenza di stati, producendo una sequenza binaria che appare casuale.
2. Proprietà delle sequenze PN:
- Pseudo-casualità:
- Sebbene le sequenze PN siano deterministiche e generate da algoritmi, mostrano proprietà di casualità.
- Le sequenze appaiono casuali e mancano di schemi distinguibili, il che le rende adatte per applicazioni in cui è desiderabile la pseudo-casualità.
- Periodicità lunga:
- Le buone sequenze PN hanno un lungo periodo, il che significa che la sequenza si ripete solo dopo un gran numero di passaggi.
- La durata del periodo dipende dalle caratteristiche del registro a scorrimento e dalle connessioni di feedback.
- Equilibrio tra uno e zero:
- In una sequenza PN ideale, c’è un numero più o meno uguale di uno e di zeri, che contribuiscono a una rappresentazione equilibrata.
- Correlazione incrociata bassa:
- Le sequenze PN sono progettate per avere una bassa correlazione incrociata, rendendole adatte per applicazioni come la comunicazione a spettro esteso, in cui più utenti condividono la stessa banda di frequenza senza interferenze.
- Ortogonalità:
- In alcune applicazioni, le sequenze PN sono progettate per essere ortogonali o quasi ortogonali, migliorando la loro utilità nella diffusione dei codici per CDMA.
3. Applicazioni delle sequenze PN:
- Comunicazione a spettro esteso:
- Le sequenze PN sono ampiamente utilizzate nei sistemi di comunicazione a spettro esteso, comprese le reti CDMA.
- In CDMA, a ciascun dispositivo mobile viene assegnata una sequenza PN univoca (codice di diffusione), consentendo a più utenti di condividere contemporaneamente la stessa banda di frequenza.
- Cifratura e codifica:
- Le sequenze PN vengono impiegate nelle operazioni di cifratura e codifica nei sistemi di comunicazione sicuri.
- Vengono utilizzati per modificare i dati trasmessi in modo che possa essere invertito solo da un ricevitore che possiede la stessa sequenza PN.
- Stima del canale:
- Nei sistemi di comunicazione wireless, le sequenze PN vengono utilizzate per la stima del canale.
- Incorporando sequenze PN note nei segnali trasmessi, i ricevitori possono stimare le caratteristiche del canale e compensare gli effetti del canale.
4. Codici Oro:
- I codici Gold sono una classe specifica di sequenze PN costruite combinando due o più sequenze PN più brevi con proprietà matematiche specifiche.
- I codici Gold sono comunemente usati nelle applicazioni CDMA.
5. Generazione di numeri pseudocasuali:
- Al di fuori dei sistemi di comunicazione, le sequenze PN trovano applicazioni nella generazione di numeri pseudocasuali per vari scopi, tra cui la simulazione e la crittografia.
6. Codici di diffusione CDMA:
- Nelle reti CDMA, a ciascun utente viene assegnata una sequenza PN univoca come codice di diffusione.
- L’uso di sequenze PN in CDMA consente a più utenti di trasmettere simultaneamente sulla stessa banda di frequenza senza interferenze reciproche.
7. Applicazioni oltre la comunicazione:
- Le sequenze PN vengono impiegate in vari campi oltre alla comunicazione, come nella progettazione di generatori di numeri casuali, algoritmi crittografici e sistemi radar.
In sintesi, le sequenze PN svolgono un ruolo cruciale nei sistemi di comunicazione, specialmente nelle tecniche di modulazione dello spettro diffuso come CDMA. Le loro proprietà pseudo-casuali, la lunga periodicità e la bassa correlazione incrociata li rendono preziosi per le applicazioni in cui più utenti devono condividere la stessa banda di frequenza mantenendo la separazione e la sicurezza del segnale.