高等計算機網路作業 –
DSSS and RAKE receiver
目錄
一、
DSSS( Direct Sequence Spread Spectrum )
Ÿ
技術介紹
Ÿ
原理
Ÿ
優點
Ÿ
應用
二、
RAKE receiver
Ÿ
技術介紹
Ÿ
原理
Ÿ
優點
Ÿ
應用
三、
參考資料
一、DSSS( Direct
Sequence Spread Spectrum )
技術介紹
為一種連續展頻調變方式，是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術，其目的是希望在惡劣的戰爭環境中，依然能保持通信信號的穩定性及保密性，在無線區域網路的應用是依據FCC ( Federal Communications Committee； 美國聯邦通訊委員會 )規定的ISM ( Industrial Scientific, and Medical )，頻率範圍開放在
原理
簡單來說DSSS利用高頻率的信號，透過各個調變技術展頻將發送端的頻譜信號展開，而在收端，用相同的展頻技術去進行解碼，把展頻後的信號還原成原始的信息。 它是一種數位調變方法，就是將信號源與一定的PN碼（Pseudo Noise）進行混合。 在此用下圖說明：
( fig.1 DSSS範例 )
由於DSSS的原始訊號必須透過二次展頻碼的處理才可獲得還原的訊號，所以當第一次展開的訊號在大氣中傳播時，可能會與環境的干擾訊號一起被接收端所接收，但是由於這些訊號還必須經過一次展頻碼的處理，於是原始訊號被還原了，同時雜訊也會被展頻碼變成一個低功率高頻寬的訊號，這樣的結果我們就可以利用一個濾波器將這個雜訊與原始訊號分離，如此一來就可以對抗環境所產生的干擾源。 下圖為DSSS系統示意圖：
( fig.2 DSSS系統示意圖)
DSSS提供了一種非常簡單且穩定的解決方案，在設計初期，藉由寬頻使得選擇性衰減只能剔除一個或多個載波信號，而非整個傳輸信號。對於頻帶內的干擾，將只損失一個載波信號。
一般來說，DSSS由於是採用全頻帶傳送資料，故速度較快，且未來可開發出更高傳輸頻率的潛力也較大。其技術適用於固定環境中、或對傳輸品質要求較高的應用，所以無線廠房、無線醫院、網絡社區及分校連網等應用，大部份都採用DSSS無線技術產品。
優點
Ø 抗干擾
Ø 防竊聽
Ø 高隱蔽性
直接序列展頻的技術提供一個可靠的無線連結，他將要發送的基頻(Base Band)訊號轉換為能量降低但是頻寬更寬的展頻(Spreading Signal)訊號再傳送出去，在此同時雜訊也會被展頻碼變成一個低功率高頻寬的訊號，可以利用濾波器將這個雜訊與原始訊號分離，如此一來就可以對抗環境所產生的干擾源。這樣的機制提高了對環境干擾的抵抗能力。
由於DSSS的原始訊號必須透過二次展頻碼的處理才可獲得還原的訊號，所以當第一次展開的訊號在大氣中傳播時，可能會與環境的干擾訊號一起被接收端所接收，但是由於這些訊號還必須經過一次展頻碼的處理，使原始訊號被還原並且有防竊聽的能力。
信號擴展在很寬的頻帶上，單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低，信號淹沒在Noise之中，別人難以發現信號的存在，而極低的功率譜密度，對於其他通訊設備也很少造成干擾。
應用
DSSS可以應用在IEEE 802.1X、無線電話、GPRS…等等技術上。
已運用DSSS技術的產品：
Vishay Intertechnology 2.4GHz ISM收發器模組，該系列元件支援七個工作訊息通道，每個訊息通道均具有獨特的直接序列展頻(DSSS)程式碼。這些模組結合了多種功能特性，鎖定各種無線應用，包括負載感測器與稱重系統、應變計、感測器、IP語音及音視訊系統。
可在2.5V~3.6V的寬泛電壓範圍內執行，訊息通道的切換時間為60μs，數據速率為
二、RAKE receiver
技術介紹
RAKE receiver是接收訊號品質關鍵 ，在西元1956年Price和Green首先提出由於傳播路徑的延遲，使得在接收端會產生多重路徑，因此可以利用RAKE receiver將每一個路徑由分支(finger)接收進來，最後再相結合在一起，以得到最佳的效果。RAKE receiver將已接收訊號的品質最佳化是關鍵要素，特別是與寬頻分碼多工(W-CDMA)有關聯時。在必須處理多重路徑介面以及訊號不穩的環境下，RAKE receiver上就會需要有更多分支(Finger)，以確保通話的品質，否則就得使用更為複雜的接收電路。下圖為RAKE receiver的示意圖。
( fig.3 RAKE receiver示意圖)
當訊號經過DSSS展頻後的頻寬會變得較寬，信號頻寬若大於通道的同調頻寬（coherent bandwidth）時，信號在經過無線通道時會遭受頻率選擇性衰減（frequency selective fading）的問題。 如果在移動無線電頻道反射波延遲了一小段時間抵達，DSSS有特殊的特性使其不易多重路徑接收，在接收端為了克服信號失真則必須利用比較複雜的RAKE receiver來收集每個路徑的信號，才能克服多重路徑（multipath）的影響。
原理
根據DSSS原理及QPSK調製器結構，如圖所示。模擬的發送信號(message)是由一串序列模擬而成，多用戶通過正交的Walsh碼進行展頻，並通過QPSK調變形成複合信號。
( fig.4 RAKE receiver架構圖)
在實際環境中，發送信號在到達接收機的路徑上遇到高層建築物、樹木和正在移動的車輛等物體時會導致反射、衍射和局部散射。從而發送信號會通過不同的路徑，並發生多徑衰落，導致其在略微不同的多個時間內到達接收機.，RAKE receiver的多個相關器，在接收信號時不同的信號，每個手指只看到進來的信號，解析單一路徑時，展頻碼任何時間都有一個非常小偏移的值。 衰弱在現實環境中是不可避免的，因此在為DSSS系統估計連接模型或設計RAKE receiver時，就需要考慮到多路徑衰減通道(multipath fading channel)的問題，模擬如圖所示。
( fig.5 RAKE receiver multipath fading channel模擬示意圖)
當要將來自不同路徑的訊號能量加以組合時，可採用天線的最大比率組合(MRC)，最大比率組合(MRC)是一種RAKE receiver常用的方式，可獲得天線分集的最佳增益。此訊息用來決定應該要分配給特定使用者的分支數量，以及計算初始延遲或是分支的偏移。每一個分支都會經過加權的小型關聯器(Correlator)方式執行，乘以分支的輸出，然後加以組合並提供MRC輸出。
優點
Ø 解決multipath fading 的問題
基地台發送信號在到達接收機的路徑上，遇到障礙時會導致信號折射。因而導致信號衰落並在略微不同的多個時間內到達接收機.，RAKE receiver在接收信號時不同的信號，經由每個手指來解析，就可以解決multipath fading的問題。
應用
RAKE receiver在，CDMA系統中對信號的接收矽能有很大的影響，傳統採用固定區間的信號參數來估計平均抵達的時間以抑制接收噪音，但估計錯誤便會影響信號的解析，透過RAKE receiver可以較準確的估計信號，也可以應用於小區域的切換中使用。如應用在：「TMS
三、參考資料
http://www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr05/cdma/rake.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/DSSS
http://gis.nchc.org.tw/lsi/Linux_Basic/album/2002_05_23/Part2/know_ss.html
http://www.eettaiwan.com/ART_8800321229_617723_TA_6172e2cf.HTM
http://www.eettaiwan.com/ART_8800370103_876045_NP_0a385724.HTM
http://www.umtsworld.com/technology/cdmabasics.htm
http://www.eettaiwan.com/ART_8800380430_622964_TA_104d651a.HTM