Sekwencja pseudoszumowa (PN) to deterministyczna i pseudolosowa sekwencja binarna, która wykazuje cechy podobne do sekwencji prawdziwie losowej. W kontekście systemów komunikacyjnych sekwencje PN są często wykorzystywane jako kody rozpraszające w technikach modulacji widma rozproszonego, w tym w sieciach wielodostępu z podziałem kodowym (CDMA). Zagłębmy się w szczegóły sekwencji PN i ich znaczenie:
1. Generacja sekwencji PN:
- Sekwencje PN są zwykle generowane przy użyciu obwodów lub algorytmów sprzężenia zwrotnego rejestru przesuwnego.
- W tym celu powszechnie stosuje się rejestry przesuwne z liniowym sprzężeniem zwrotnym (LFSR).
- Mechanizm sprzężenia zwrotnego powoduje, że rejestr przesuwny iteruje po sekwencji stanów, tworząc sekwencję binarną, która wydaje się losowa.
2. Właściwości sekwencji PN:
- Pseudolosowość:
- Chociaż sekwencje PN są deterministyczne i generowane przez algorytmy, wykazują właściwości losowości.
- Sekwencje wyglądają losowo i brakuje im dostrzegalnych wzorców, dzięki czemu nadają się do zastosowań, w których pożądana jest pseudolosowość.
- Długa okresowość:
- Dobre sekwencje PN mają długi okres, co oznacza, że sekwencja powtarza się dopiero po dużej liczbie kroków.
- Długość okresu zależy od charakterystyki rejestru przesuwnego i połączeń sprzężenia zwrotnego.
- Bilans jedynek i zer:
- W idealnej sekwencji PN jest mniej więcej równa liczba jedynek i zer, co przyczynia się do zrównoważonej reprezentacji.
- Niska korelacja krzyżowa:
- Sekwencje PN są zaprojektowane tak, aby mieć niską korelację krzyżową, dzięki czemu nadają się do zastosowań takich jak komunikacja w widmie rozproszonym, gdzie wielu użytkowników korzysta z tego samego pasma częstotliwości bez zakłóceń.
- Ortogonalność:
- W niektórych zastosowaniach sekwencje PN są zaprojektowane tak, aby były ortogonalne lub prawie ortogonalne, co zwiększa ich użyteczność w rozpowszechnianiu kodów dla CDMA.
3. Zastosowania sekwencji PN:
- Komunikacja w widmie rozproszonym:
- Sekwencje PN są szeroko stosowane w systemach komunikacji w widmie rozproszonym, w tym w sieciach CDMA.
- W CDMA każdemu urządzeniu mobilnemu przypisana jest unikalna sekwencja PN (kod rozprzestrzeniania), umożliwiająca wielu użytkownikom jednoczesne współdzielenie tego samego pasma częstotliwości.
- Szyfrowanie i szyfrowanie:
- Sekwencje PN są wykorzystywane w operacjach szyfrowania i szyfrowania w bezpiecznych systemach komunikacyjnych.
- Służą do modyfikacji przesyłanych danych w sposób, który może zostać odwrócony jedynie przez odbiornik posiadający tę samą sekwencję PN.
- Oszacowanie kanału:
- W systemach komunikacji bezprzewodowej sekwencje PN służą do estymacji kanału.
- Osadzając znane sekwencje PN w transmitowanych sygnałach, odbiorniki mogą oszacować charakterystykę kanału i kompensować efekty kanału.
4. Złote kody:
- Złote kody to specyficzna klasa sekwencji PN, które są konstruowane poprzez połączenie dwóch lub więcej krótszych sekwencji PN o określonych właściwościach matematycznych.
- Złote kody są powszechnie używane w aplikacjach CDMA.
5. Generowanie liczb pseudolosowych:
- Poza systemami komunikacyjnymi sekwencje PN znajdują zastosowanie w generowaniu liczb pseudolosowych do różnych celów, w tym do symulacji i kryptografii.
6. Kody rozprzestrzeniania CDMA:
- W sieciach CDMA każdemu użytkownikowi przypisana jest unikalna sekwencja PN jako kod rozpowszechniający.
- Wykorzystanie sekwencji PN w CDMA umożliwia wielu użytkownikom jednoczesną transmisję w tym samym paśmie częstotliwości bez wzajemnych zakłóceń.
7. Zastosowania wykraczające poza komunikację:
- Sekwencje PN są wykorzystywane w różnych dziedzinach poza komunikacją, na przykład w projektowaniu generatorów liczb losowych, algorytmów kryptograficznych i systemów radarowych.
Podsumowując, sekwencje PN odgrywają kluczową rolę w systemach komunikacyjnych, szczególnie w technikach modulacji widma rozproszonego, takich jak CDMA. Ich właściwości pseudolosowe, długa okresowość i niska korelacja krzyżowa czynią je przydatnymi w zastosowaniach, w których wielu użytkowników musi współużytkować to samo pasmo częstotliwości, zachowując jednocześnie separację sygnału i bezpieczeństwo.