Autor: Zoran Ristić .

U modernim telekomunikacijama sve je češće prisutan princip emitovanja signala metodama proširenog spektra (spread spectrum). Nezavisno od toga da li se radi o frekvencijskom skakanju (frequency hooping), direktnoj sekvenci (direct sequence) ili o vremenskom skakanju (time hooping), ove metode proširenog spektra imaju nekoliko zajedničkih osobina:

• Odličan odnos signal/šum,

• Efikasnije iskorišcenje radio spektra,

• Velika imunost na ometanja i minimizovana opasnost od 'prisluškivanja'.

Ubrzan razvoj mikrokontrolera i njihova sve šira primena prosto vapi ka primeni ovih uredaja u savremenim telekomunikacijama. Ovaj clanak ima namenu da predstavi jednostavnost izrade jednog primopredajnika koji radi na principu proširenog spektra, tačnije po metodi frekvencijskog skakanja.

Opšti princip frekvencijskog skakanja
Metoda frekvencijskog skakanja se koristi za prenos digitalnih signala. Kada bi se signal slao u osnovnom opsegu učestanosti bila bi potrebna odredena širina spektra da bi se obavio prenos. Medutim, princip frekvencijskog skakanja je zasnovan na čestoj promeni učestanosti nosioca čime se znatno širi frekvencijski opseg potreban za prenos.
Svaka promena učestanosti nosioca naziva se 'skok' (hoop). U zavisnosti od brzine promene fekvencije nosioca razlikujemo dve metode frekvencijskog skakanja:

• Više skoka po bitu i

• Više bita po skoku.

Prva metoda podrazumeva da se u toku prenošenja jednog bita učestanost nosioca promeni više puta, npr. tri skoka po bitu. Druga metoda se odnosi na slučaj kada na jednoj učestanosti prenosimo više bita, npr. dva bita po skoku.
Ne gubeci opštost, radi lakšeg razumevanja razmatraćemo slučaj 'jedan skok po jednom bitu'. Kada se jednom shvati princip rada, vrlo lako je kasnije menjati režim rada i time 'zbunjivati protivnika'.

Princip rada

Digitalni signal (informacija) se dovodi na ulaz FSK kodera (frequency shift keying). Ovaj sklop na izlazu daje sinusoidalni signal učestanosti 10kHz i 20kHz u zavisnosti da li se na ulazu nalazi logička nula ili jedinica. 

FSK signal se dalje vodi u modulator MC1496 (Motorola) gde se pomoću oscilatora informacija premešta u viši opseg učestanosti. Za svaki bit informacije oscilator generiše posebnu učestanost nosioca fosc.

Srce oscilatora predstavlja PIC16F84 (Microchip), koji upravlja PLL-om MC145151-2 (Motorola). PLL ima ulogu da generiše i tačno odredi radnu učestanost, t.j. nosilac. Kao generator nosioca koristi se strujno kontrolisani oscilator XR2206 (Exar). Učestanost ovog oscilatora je proporcionalna struji koja se 'izvlaci' iz nožice br.7 ovog kola.
Izlaz iz PIC-a (nožice 6,7,8,9,10 i 11) je binarna kombinacija koja označava jednu radnu učestanost. 

U suštini, ovaj binarni broj govori PLL-u na koju učestanost treba postaviti oscilator. Jednostavnom promenom binarne kombinacije moguce je menjati i radnu učestanost predajnika. Radi jednostavnosti, uzmimo da učestanost nosioca raste od 200KHz do 800KHz sa korakom od 40KHz, što znaci da imamo ukupno 15 radnih kanala. Ako uzmemo da je protok digitalnog signala 1200bps, lako se izračunava da imamo 1200 skoka u sekundi.
Kompozitni signal sa izlaza modulatora se filtrira, šalje na pojacavac i emituje preko antene. Razume se da predajnik ne mora da radi u opsegu od 200kHz do 800kHz, zato filtri i pojačavač nisu razmatrani u ovom članku.

Prijemnik
U prijemniku se sve dešava suprotnim redom. Ulazni signal se pojačava i filtrira da bi se eliminisale neželjene smetnje van radnog opsega. Integralnim kolom MC1496 signal se demoduliše i vraća u osnovni FSK opseg učestanosti.Šema demodulatora je data na slici 5

Najveći problem u prijemu se može javiti usled neusaglašenosti oscilatora prijemnika i predajnika. Za pravilnu koherentnu demodulaciju neophodno je sinhronizovati oscilatore u predajniku i prijemniku. Sinhronizacija se može izvesti na razne načine i postoji čitava oblast u telekomunikacijama koja se bavi problematikom. Razmatranje sinhronizacije bi oduzelo isuviše prostora, stoga se u našem slučaju podrazumeva da postoji sinhronizacioni signal Sync koji usaglašava dva oscilatora. U nekom od narednih brojeva sigurno ćemo se detaljnije pozabaviti ovim problemom.
Demodulisani FSK signal se filtrira tako da se komponenta od 20kHz otklanja iz signala. Ovako dobijen signal se iz LP filtra dalje vodi na dekoder tona koji 'prepoznaje' učestanost od 10kHz i generiše logičku nulu. U slučaju kada nema signala od 10kHz, na izlazu dekodera tona postoju visoko stanje t.j. logicka jedinica, a to je upravo ono što nas interesuje. Dekoder tona je realizovan pomoću čuvenog kola LM567 i šema je data na slici 6.

Dalja poboljšanja
Integralno kolo XR2206 je namenjeno za rad na učestanostima do 1MHz. Za rad na višim učestanostima do 20MHz može se koristiti naponski kontrolisan oscilator realizovan pomoću kola MAX038 (Maxim). Za povećanje binarnog protoka neophodno je povisiti FSK ucestanosti, a to zahteva širi radni kanal i bolju realizaciju LP filtra izmedu PLL-a i oscilatora.
Metoda frekvencijskog skakanja je samo jedna od metoda proširenog spektra. Videli smo kako se pomoću PIC-a relativno jednostavno može realizovati primopredajnik koji radi na ovom principu. Dalja poboljšanja i izmene su moguća, što izuzetno širi primene primopredajnika.

Pročitajte više o ovoj temi Povezivanje LCD-a Step motor i PIC  PIP02  Portovi Primopredajnik sa proširenim spektrom upravljan PIC-om

C o p y r i g h t  1998 mikroElektronika. All Right Reserved. Za sva pitanja obratite se redakciji