En telecomunicaciones , especialmente en radiocomunicaciones , el espectro ensanchado son técnicas mediante las cuales una señal (por ejemplo, eléctrica, electromagnética o acústica) generada con un ancho de banda particular se distribuye deliberadamente en el dominio de la frecuencia sobre una banda de frecuencia más amplia . Las técnicas de espectro ensanchado se utilizan para el establecimiento de comunicaciones seguras, aumentando la resistencia a la interferencia natural , el ruido y las interferencias , para evitar la detección, limitar la densidad del flujo de potencia (por ejemplo, en enlaces descendentes de satélites ) y permitir comunicaciones de acceso múltiple.
El espectro ensanchado generalmente utiliza una estructura de señal similar a un ruido secuencial para difundir la señal de información de banda normalmente estrecha sobre una banda de frecuencias (radio) relativamente ancha . El receptor correlaciona las señales recibidas para recuperar la señal de información original. Originalmente había dos motivaciones: resistir los esfuerzos del enemigo para bloquear las comunicaciones (anti-jam o AJ), o ocultar el hecho de que se estaba produciendo una comunicación, a veces llamada baja probabilidad de interceptación (LPI). [1]
El espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS), el espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS), el espectro ensanchado por salto de tiempo (THSS), el espectro ensanchado por chirrido (CSS) y las combinaciones de estas técnicas son formas de espectro ensanchado. Las dos primeras de estas técnicas emplean secuencias de números pseudoaleatorios, creadas utilizando generadores de números pseudoaleatorios , para determinar y controlar el patrón de dispersión de la señal a través del ancho de banda asignado. El estándar inalámbrico IEEE 802.11 utiliza FHSS o DSSS en su interfaz de radio.
La idea de intentar proteger y evitar interferencias en las transmisiones de radio se remonta a los inicios de la señalización por ondas de radio. En 1899, Guglielmo Marconi experimentó con la recepción selectiva de frecuencia en un intento de minimizar las interferencias. [2] El concepto de salto de frecuencia fue adoptado por la compañía de radio alemana Telefunken y también descrito en parte de una patente estadounidense de 1903 por Nikola Tesla . [3] [4] El libro alemán de 1908 del pionero de la radio Jonathan Zenneck Wireless Telegraphy describe el proceso y señala que Telefunken lo estaba usando anteriormente. [2] Tuvo un uso limitado por parte del ejército alemán en la Primera Guerra Mundial , [5] fue propuesto por el ingeniero polaco Leonard Danilewicz en 1929, [6] apareció en una patente en la década de 1930 de Willem Broertjes ( patente estadounidense 1.869.659 , emitida 2 de agosto de 1932), y en el sistema de comunicaciones ultrasecreto del Cuerpo de Señales del Ejército de los EE. UU. de la Segunda Guerra Mundial llamado SIGSALY .
Durante la Segunda Guerra Mundial, la actriz de la Edad de Oro de Hollywood , Hedy Lamarr , y el compositor de vanguardia George Antheil desarrollaron un sistema de guía de radio resistente a interferencias para su uso en torpedos aliados , patentando el dispositivo con la patente estadounidense 2.292.387 "Sistema de comunicaciones secreto" el 11 de agosto de 1942. Su enfoque fue único en el sentido de que la coordinación de frecuencias se realizó con rollos de piano de papel, un enfoque novedoso que nunca se puso en práctica. [7]
La generación de reloj de espectro ensanchado (SSCG) se utiliza en algunos sistemas digitales síncronos , especialmente aquellos que contienen microprocesadores, para reducir la densidad espectral de la interferencia electromagnética (EMI) que generan estos sistemas. Un sistema digital síncrono es aquel que funciona mediante una señal de reloj y, debido a su naturaleza periódica, tiene un espectro de frecuencia inevitablemente estrecho. De hecho, una señal de reloj perfecta tendría toda su energía concentrada en una sola frecuencia (la frecuencia de reloj deseada) y sus armónicos.
Los sistemas digitales síncronos prácticos irradian energía electromagnética en una serie de bandas estrechas distribuidas en la frecuencia del reloj y sus armónicos, lo que da como resultado un espectro de frecuencia que, en ciertas frecuencias, puede exceder los límites regulatorios para la interferencia electromagnética (por ejemplo, los de la FCC en los Estados Unidos). Estados Unidos, JEITA en Japón y IEC en Europa).
La sincronización de espectro ensanchado evita este problema al reducir el pico de energía radiada y, por lo tanto, sus emisiones electromagnéticas, cumpliendo así con las regulaciones de compatibilidad electromagnética (EMC). Se ha convertido en una técnica popular para obtener la aprobación regulatoria porque sólo requiere una simple modificación del equipo. Es aún más popular en dispositivos electrónicos portátiles debido a velocidades de reloj más rápidas y a la creciente integración de pantallas LCD de alta resolución en dispositivos cada vez más pequeños. Como estos dispositivos están diseñados para ser livianos y económicos, las medidas electrónicas pasivas tradicionales para reducir la EMI, como capacitores o blindaje metálico, no son viables. En estos casos se necesitan técnicas activas de reducción de EMI , como la sincronización de espectro ensanchado.
En los sistemas PCIe, USB 3.0 y SATA, la técnica más común es la distribución descendente, mediante modulación de frecuencia con una fuente de frecuencia más baja. [8] La sincronización de espectro ensanchado, al igual que otros tipos de cambios dinámicos de frecuencia , también puede crear desafíos para los diseñadores. El principal de ellos es la desalineación del reloj/datos o el desfase del reloj . Un bucle de fase bloqueada en el lado receptor necesita un ancho de banda lo suficientemente alto para rastrear correctamente un reloj de espectro ensanchado. [9]
Aunque la compatibilidad SSC es obligatoria en los receptores SATA, [10] no es raro encontrar chips expansores que tengan problemas para manejar dicho reloj. En consecuencia, se considera útil la capacidad de desactivar el reloj de espectro ensanchado en los sistemas informáticos. [11] [12] [13]
Tenga en cuenta que este método no reduce la energía radiada total y, por lo tanto, no es necesariamente menos probable que los sistemas causen interferencias. Distribuir la energía en un ancho de banda mayor reduce efectivamente las lecturas eléctricas y magnéticas dentro de anchos de banda estrechos. Los receptores de medición típicos utilizados por los laboratorios de pruebas de EMC dividen el espectro electromagnético en bandas de frecuencia de aproximadamente 120 kHz de ancho. [14] Si el sistema bajo prueba irradiara toda su energía en un ancho de banda estrecho, registraría un gran pico. Distribuir esta misma energía en un ancho de banda mayor evita que los sistemas pongan suficiente energía en cualquier banda estrecha para exceder los límites legales. A menudo se debate la utilidad de este método como medio para reducir los problemas de interferencia de la vida real, [9] ya que se percibe que la sincronización del espectro ensanchado oculta, en lugar de resolver, problemas de mayor energía radiada mediante la simple explotación de lagunas en la legislación EMC o en los procedimientos de certificación. . Esta situación da como resultado que los equipos electrónicos sensibles a anchos de banda estrechos experimenten mucha menos interferencia, mientras que aquellos con sensibilidad de banda ancha, o incluso operados en otras frecuencias más altas (como un receptor de radio sintonizado en una estación diferente), experimentarán más interferencia.
Las pruebas de certificación de la FCC a menudo se completan con la función de espectro ensanchado habilitada para reducir las emisiones medidas dentro de los límites legales aceptables. Sin embargo, el usuario puede desactivar la funcionalidad de espectro extendido en algunos casos. Como ejemplo, en el área de las computadoras personales, algunos escritores de BIOS incluyen la capacidad de deshabilitar la generación de reloj de espectro ensanchado como una configuración de usuario, anulando así el objeto de las regulaciones EMI. Esto podría considerarse una laguna jurídica , pero generalmente se pasa por alto siempre que el espectro ensanchado esté habilitado de forma predeterminada.
Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).