Mô phỏng kỹ thuật trải phổ

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

Trang 2

BO GIAO DUC VA DAO TAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP.HCM Đơc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý: SV phải đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

Họ và tên SV : - Phạn nh é MSSVv: 403101 ,11s®< `

Ngành : ~.Đãn, ÌL.- liệt, ThƠYM, Lớp : -Ư-32.L2 1 Đầu đề luận án tốt nghiệp:

3 Ngày giao nhiệm vụ luậnán: 01/10/2007 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 12/01/2008

5 Họ tên người hướng dan: Phần hướng dẫn :

1/ 1s.caZa € He 22p Acca / conn DG eran

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỜNG DẪN CHÍNH -

Ngày 4Š tháng ⁄Ð năm 2007 (ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC ¬Y [HUẬT làn | duy» —

KAU TEN ĐIỆN T i

| TS HO NGOC BA BP Phan Hee ? Hus, ig Hating

Trang 5

LOI CAM ON

Trước hết, em xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô Phan

Hồng Phương, bộ môn Viễn thông trường Đại Học Bách Khoa Tp Hỗ Chí Minh,

người đã hết lòng chỉ bảo và dẫn dắt em trên con đường khoa học của mình Xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện-Điện tử trường Đại học Kỹ thuật

công nghệ thành phố Hồ Chí Minh những người đã tận tình dạy bảo và truyền

đạt cho em những kiến thức cùng với những kinh nghiệm quý báu

Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, các bạn đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong học tập

Trang 6

8.1.0 1 Chuong 1: Téng quan vé trai 01 2 0n 2/90/ 000) 00577 5 Chương 3: Hệ thống trải phô chuỗi trực "0 9 I Hệ thống DS/SS BPSK .-. 5à soi 10 II Hệ thống DS/SS QPSK -. -5- 5c 15 Chương 4: Hệ thống trải phổ nhảy tần FHSS . - 18 I Hệ thống FEH -+-cS+ertrrErktrrr.trrrrrrririri 20 I8;(¡ 00:07 26

Chương 5: Hệ thống trải phổ nhảy thời gian và so sánh các hệ thống trải phé

Trang 7

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRI

LOI NOI DAU

Viễn thông một trong những ngành công nghệ cao phát triển nhanh nhất hiện nay Với việc phát triển khoa học kỹ thuật, các hệ thống analog đang dần được thay thế băng các hệ thống số nhờ đó đã được những thành tựu to lớn phục vụ cuộc sống

Thông tin thoại là một trong những dịch vụ cần thiết trong liên lạc Do sự phát triển nhanh của nền kinh tế, mạng hữu tuyến đang dần trở nên thiếu linh động, không đáp ứng hết nhu cầu ngày càng cao của con người Sự ra đời của thông tin di dong cellular số là cần thiết và có nhiều ưu điểm Tuy nhiên, hiện nay hệ thống 2G phổ biến là GSM và CDMA One có nhiều ưu điểm nhưng có những hạn chế cho vận hành cũng như khách hàng khi nhu cầu tăng (trong việc quy hoạch tần số, những dịch vụ mới, ) Do đó, CDMA đang thu hút sự chú ý của mọi ngudi

Bên cạnh đó, cùng với sự phat triển bùng nỗ của Internet, dịch vụ , đòi hỏi truy cập Internet tốc độ cao nhưng giá thành thấp dẫn đến có nhiều chuẩn mới ra đời nhằm thoả mãn khách hàng không chỉ dịch vụ di động thoại mà cả hình ảnh, Internet

Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp này, em tìm hiểu về kĩ thuật trải phổ, nội dung các chương bao gồm tổng quan về trải phố, các chuỗi trải phổ, các hệ thống trải phố, ứng dụng của trải phố và mô phỏng trải phố ( gồm các chuỗi trải

phổ, hệ thống trải phổ DS và ứng dụng DS-CDMA )

Tuy nhiên, trong luận văn này cũng không thể tránh khỏi những sai sót em rất mong những ý kiến nhận xét của thầy cô để em có thể khắc phục và rút kinh nghiệm trên con đường nghiên cứu khoa học của mình

Em xin chân thành cám ơn Ì

Trang 8

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRÍ

CHƯƠNG 1 : TÔNG QUAN VỀ TRẢI PHÔ

L Nguồn gốc phương pháp trải phố ( Spread Spectrum) :

Ý nghĩa của tái sử dụng tần số là khi một người ngừng sử dụng thì người

khác có thể bắt đầu sử dụng

Phổ tần số hữu hạn ở chổ, đối với một công nghệ cho trước ta chỉ có thể

sử dụng một dải tần số nhất định Càng có nhiều công nghệ và các dịch vụ thông tin tranh nhau chiếm đoạt từng phần của phổ tần vô tuyến giá trị này

Quản lý việc sử dụng phổ tần là một nhiệm vụ hết sức phức tạp do tính đa dạng của dịch vụ và các công nghệ liên quan Trước đây vấn đề này được giải quyết bằng cách cấp phát băng hay các phổ tần cho các dịch vụ khác nhau Nhưng mới đây đã xuất hiện một phương pháp khác để giải quyết vấn đề này Phương pháp này dựa trên khả năng một số phương pháp điều chế có thể sử dụng chung tần số mà không gây ra mức độ nhiễu đáng kể Phương pháp này gọi là

điều chế trai phố

II Khái niệm trải phô :

Trải phổ là một phương thức truyền dữ liệu chiêm một băng thông rộng

hơn băng thông tối thiểu cần thiết ban đầu để gửi dữ liệu

Phổ tín hiệu trải rộng ra là do trước đó nó đã sử dụng một loại mã mà không liên quan gì với mã đữ liệu trong suốt quá trình phát dữ liệu Phía thu cùng

sử dụng một loại mã đồng bộ so với phía phát để giải trải phổ tín hiệu thu nhằm

khôi phục tín hiệu gốc

Đây là các khái niệm dựa trên tài liệu viết tay tổng quát về thuyết liên lạc

trải phố của Pickholt Schilling Milsteim năm 1982

Trang 9

Power density 4

Signal bandwidth B, before spreading

settee aoe ảo >> > Frequency +————- ———— >

Signal bandwidth B after spreading

Hình 1 : Mật độ phổ công suất tín hiệu sau khi trải phd

Qua khái niệm trên ta thấy có một số kĩ thuật điều chế tiêu chuẩn chẳng hạn điều chế tần số và PCM cũng thõa mãn phần I của khái niệm nhưng chúng không được gọi là kĩ thuật trải phố vì không đáp ứng phần 2

Điều chế trải phố có nhiều tính năng hấp dẫn ,các tính năng quan trọng

nhất là:

- Chống loại các loại nhiễu ở các vùng thông tin hay bị nghẽn như ở thành phố

- _ Hạn chế ảnh hưởng của nhiễu đa đường

- Co kha nang dung chung bang tần ( chồng lấn ) với người sử dụng

khác nhờ các đặc trưng tín hiệu giống tạp âm của nó

- - Đảm bảo thông tin cá nhân nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên nên khó bắt trộm tín hiệu

Có 3 hệ thống trãi phổ cơ bản : chuỗi tryc tiép ( DS — Direct Sequence),

nhảy tần ( FH — Frequency Hopping ) va nhay thoi gian ( TH — Time Hopping ) ngoài ra còn có hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên

Hệ thống DS trải phố bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên, FH trải phổ bằng cách thay đổi tần số sóng mang đã gắn với dữ liệu, mẫu để nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên, còn ở TH một khối các bit số liệu được nén và được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian, mẫu nhảy thời gian để xác định các khe thời gian nào được sử dụng đê truyên dẫn trong mỗi khung

Trang 10

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRi

Ta thấy cá 3 hệ thống này đều dưa trên một mã trải chống nhiễu gọi là mã giả ngẫu nhiên

Ban đầu các kĩ thuật trải phố được sử dung trong các hệ thống thông tin quân sự, ý tưởng ban đầu là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn bằng cách gây khó khăn cho các máy thu này trong việc tách và lấy ra được bản tin Để thực hiện được quá trình này ta sử dụng một mã được coi là ngẫu nhiên để mã hóa bản tin, ta muốn mã này giống ngẫu nhiên nhất , tuy nhiên máy thu kết nối phải biết được mã này để có thể tạo

ra chính xác và đồng bộ với mã được phát để lấy ra dữ liệu Vì thế mã giả ngẫu

nhiên phải xác định

Mã ngẫu nhiên được thiết kế để tín hiệu tạo ra có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của đữ liệu gốc , quá trình này gọi là trải phố ở máy phát, máy thu giải trải phố của tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ băng độ rộng của dữ liệu

Trang 11

CHUONG 2 : CHUOI PN

I Khai quat vé chuéi PN :

Các tín hiệu trải phố băng rộng giống tạp âm được tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm hay mã giả ngau nhién PN ( Pseudo- Noise)

Trong hé théng trai phố chuỗi trực tiếp, chuỗi trải phố là một hàm thời gian của chuỗi PN

Trong hệ thống trải phổ nhảy tần các mẫu nhảy tần có thể được tạo ra từ một mã PN

Chuỗi PN phải được tạo ra một cách xác định, nhưng vẫn phải giếng

chuỗi ngẫu nhiên đối với người quan sát bình thường, chuôi PN tạo ra dạng sóng

theo thời gian giống như một tín hiêu tạp âm ngẫu nhiên

Chuỗi ngẫu nhiên thường có dạng là một thanh ghi dịch nhị phân có chiều

dai cực đại hay có tên là chuỗi M Đây là thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính từ các mạch công XOR Một chuỗi thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính được tạo bởi một đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m >0 B(X) = BmX” + gmIX””” + + BmX † Bọ Hồi qui gạ„y= 0 nên m-2 m m-] = mix + Bm2X ~+ + Bix +t Bo

khi gj = 1 thì mạch khóa đóng và ngược lại khóa hở

Trang 12

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRi Vì đây là thanh ghi dịch chuỗi nhị phân có m phần tử nhớ nên số trạng thái khác 0 ở ngõ ra cực đại là 2ml cũng là chu kì cực đại của chuỗi ngõ ra

C =(Cọ, CỊ,Cạ, )

Trạng thái của thanh ghi dịch tại xung clock thứ 1 được xác định bởi

vector :

S; = (si(1), sj (2), ,si(m))

Và ngõ ra tại xung clock thứ ¡ là c¡m = s;(m) Điêu kiện hôi qui ngốõ ra :

Ciim= Đ1Cam Ÿ1 † B2C+m-—2 Ê - - -Ÿ Bm-1Ci+1 T Ci

Trong một thanh ghi dịch tao chuỗi tuyến tính nhị phân, với chu kì N = 2"! trong dé m 1a số đơn vị nhớ trong mạch hay bậc của đa thức tạo mã sẽ được gọi là chuỗi nhị phân có chiêu dài cực đại hay chuỗi m

II Da thức nguyên thủy

Đa thức tạo mã gọi là đa thức nguyên thủy

Định nghĩa đa thức nguyên thủy bậc m nếu số nguyên nhỏ nhất n, mà đối

với số này x"”! chia hết cho đa thức g(x), bằng n = 2” - I

Thí dụ :

g(x) =x + x'+x3+x-+ 1 là một đa thức nguyên thủy bậc 5 vi số nguyên

n nhỏ nhất mà x" + 1 chia hết cho đa thức g(x) là n= 2” - 1 =31

‘ 2” -1

Sô các đa thức nguyên thủy bậc m băng : m ợ( — )

Trong đó ø(n) là hàm Euler xác định bởi :

Trang 13

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRÍ R(i) _ 1/=0 —iz0 N 1 =n] Ja-— p(n) mt D>

p|n ki hiéu tat cd các ước số nguyên tô của n

Nên ø(ø) bằng số các số nguyên dương nhỏ hơn n và là các sô nguyên tô tương đôi so với n Thí dụ : (15) =15.0—-2)0-4) =8 ? “3p US Và ta thấy rằng 1, 2, 4, 7,8, 11, 13, 14 là các số nguyên tố tương đối so với 15

III Cac thuộc tính của chuỗi PN :

1/ Số số 1 nhiều hơn số số 0, mọi chuỗi m trong tập S„ chứa 2"! số số ]

và 2"! — 1 số số 0

2/ Hàm tự tương quan dạng đầu đỉnh , hàm tự tương quan tuần hoàn chuẩn

Trang 14

comme MAX IMAl ~~~ fandom binary

À—,

oat ia

Figure 2.9: Autocorrelations of maximal sequence and random binary sequence

Hình 3 : hàm tự tương quan của chuỗi m ( chu kì là N ) và chuỗi nhị phân

ngẫu nhiên

Ý nghĩa hàm tự tương quan : nếu so sánh một chuỗi giả ngẫu nhiên với chính nó dich đi một số bit bất kỳ nào đó thì độ chênh lệch giữa số bit giống nhau và khác nhau tối đa là 1 ( hàm tự tương quan bang -1)

3.Tính run : mỗi đường chạy ( run length ) của một chuỗi nhị phân được định nghĩa là một chuỗi con chỉ chứa giá trị 0 và 1 Hay nếu xuất hiện một số nhị

phân khác thì sẽ bắt đầu đường chạy mới Một chuỗi giả ngẫu nhiên phải có tính

Run nghĩa là tống số các đường chạy chiều dài bằng 1 bang !/ tổng số các đường chạy , số các đường chạy chiều dài bằng 2 bằng 172 tổng số các đường chạy, số các đường chạy chiều dài bằng 3 bằng Ì tổng số các đường chạy số các đường chạy chiều dài bằng n bằng 1/,, tong số các đường chạy

Trang 15

CHƯƠNG 3 : HỆ THÓNG TRẢI PHO CHUOI TRUC TIEP

Ta dùng mã trải phố để trải phố bản tin ở phía phát và giải trải phố ở phía thu Tuy nhiên nếu tín hiệu này thực sự ngẫu nhiên thì thậm chí máy thu đã được chỉ định ban đầu cũng không thé lấy ra được bản tin vì không thể đồng bộ Vì thế phải thay thế bằng một mã giả ngẫu nhiên Đây là mã đã được máy thu được chỉ định biết trước nhưng thể hiện giống tạp âm đối với các máy thu thông thường, mã này thường được gọi là chuỗi giả tạp âm ( PN - pseudo Noise ) Chuỗi PN là một chuỗi các số được lặp lại theo một chu kì nhất định

Để một chuỗi {a;} là một chuỗi giả tạp âm tốt thì giá trị của a; phải độc lập VOI aj đối với mọi ¡ # j, mà để thực hiên được điều này thì chuỗi nói trên không được lặp lại hay chu kì của nó là œ Nhưng thực tế chuỗi PN là một chuỗi tuần hoàn nên chu kì của nó phải lớn để đạt được thuộc tính ngẫu nhiên tốt

Trong hệ thống DS/§S, chuỗi PN dùng để trải phổ là một tín hiệu liên tục

theo thời gian, và là chuỗi nhị phân nên nhận 2 giá trị là +1 va -1 nén

cứ)= _ œ11„ Œ—kT,)

k=-00 C, duge goi la chip

Trang 17

Ham số liệu của bản tin được biêu diễn:

b(t) = Š b,1„— k7)

=—œ

b, =+ 1 1a bit dữ liệu thứ k T là độ rộng 1 bit dữ liệu

Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng cách nhân với tín hiệu PN c(t) Tín hiệu

Trang 18

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRI Mục đích của máy thu là lấy ra bản tin b(Ð từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm, do quá trình truyền bị trễ một khoảng thời gian z nên tín hiệu thu là :

sứ —z)+n() = Ab(t—r)c(t—1) cos| 27 f,(t—7) + Ø']+nữ) n(£) là tạp âm của kênh truyền

Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp

Trước hết tín hiệu thu được giải trải phổ để giảm băng tần rộng thành băng tần hẹp, sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc

Để giải trải phổ, ta nhân tín biệu thu với tín hiệu đồng bộ PN c(t-z ) , ta

được :

w(t) = Ab(—z)c?(—z)cos[2zz ƒ,( + Ø'] = Ab(—7).cos(2z /t+Ø')

Vì c() = +l và Ø#=Ø-2zƒ,r

Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha Ø' (và tần số f, ) cũng như điểm khởi đầu của từng bit

Bộ giải điều chế BPSK còn bao gồm một bộ tương quan dùng để đánh giá ngưỡng.Để tách ra bit số liệu thứ ¡, thì bộ tương quan tính toán : +P z,= f w(t)cos(2x ft +0')dt i t f GAT =4 { b(t-r)cos*(2a ft +0')dt £47 A J b(t —)[1 + cos(4z ft +20']dt 2

t,=iT +r là thời điểm đầu của bịt thứ ¡

b(t—r) = +1, nên khi lẫy tích phân sẽ có giá trị là + T

Trang 19

Còn tích phân của ö(/—z).cos(4z ƒ,/ +2Ø') sẽ bằng không vì đây là 2 thành

phần tần SỐ

Cho nên z¡ = + AT/2

Từ đó ta có thể đánh giá ngưỡng của bộ so sánh với ngưỡng 0

Tín hiệu PN đóng vai trò như một mã được biết trước ở cả máy phát lẫn máy thu chủ định, vì máy thu chủ định đã biết trước được mã nên nó có thể giải trải phổ tín hiệu SS để lấy ra bản tin, còn máy thu không chủ định thì không thé

làm điều này vì theo công thức trải phố nó chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên +1

Thông thường máy thu biết được tần số sóng mang f, nên nó có thể tạo ra băng cách sử dụng bộ dao đông nội Nếu có sự sai lệch giữa bộ dao động nội và tần số sóng mang, thì một tần số gần với f, có thể được tạo ra và từ đó ta có thé

| dò được tần số chính xác bằng một vòng khóa pha

| May thu phải nhận được các thông số khác như z,t¡ Ø', quá trình nhận

được z là quá trình đồng bộ, quá trình nhận được t; là quá trình khôi phục đồng

hồ, còn quá trình nhận Ø' được gọi là khôi phục sóng mang 3 Mật độ pho cong suat:

Ta xét mô hình bản tin là tín hiệu ngẫu nhiên cơ số hai có tốc độ bit 1/T

(bps) do d6 c6 PSD:

®,(f)= Tsine’(fT)

có độ rộng băng tần 1/T còn tín hiệu PN có tốc độ chip 1/T; và PSD:

®œ,(Ð= T‹sincffT)

với độ rộng băng tần 1/T, Vì T/T, là một số nguyên và mỗi bit khởi đầu

cua b(t) và c(t) trùng nhau nên b().c(t) có PSD:

®,,.=T,sine*(fT)

có độ rộng băng tần 1/T, giống như độ rộnhbăng tan cua c(t)

| Ở máy thu tín hiệu s(t-+) là tín hiệu trễ của s(t) nên có phổ không thay đỗi | s(t-t) sau khi trai phổ một lần nữa ta được tín hiệu W() vói phô PSD:

| ®,(0= ^T { sin((EAJT) + sine'((ft,}D)]

Trang 20

Ta thấy rằng ®„(f) có PSD băng hẹp có cùng dạng phố b(t) nhưng được dịch trái phải và băng tin W(t) bang 2/T rong gap hai lan b(t)

4 Độ lợi xử lý:

Độ lợi xử lý (PG- Processing Gain) được định nghĩa :

Độ rộng băng tần của tín hiệu SS

PG =

2(D6 rong bang tan cua ban tin)

Ta thường biểu dién PG bang dB PGgp=10 logioPG D6 Igi xứ lý cho thay

tín hiệu bản tin phát đi được trải phổ bao nhiêu lần.Đây là một thông số chất lượng quan trọng của hệ thong SS, vi PG cao thi chéng nhiéu tốt

Đối với hệ thống DS/SS-BFSK, độ lợi xử lý là: 2/7, 7 _

2/T T,

Vi du :như N=1023, độ rộng bang tần bản tin được điều chế tăng 1023 lần

Trang 21

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRÍ Sơ đồ gồm 2 nhánh: nhánh đồng pha và nhánh vuông góc Tín hiệu DS/SS QPSK có dạng: s(t) = S¡(Ð + s¿() =—Ab()e,()sin(2z ƒ.t +Ø)+ Ab()c;,(f)cos(2Z /#¡+Ø) =42Acos(2z ƒ1+Ø+z)) Trong đó : z/4, nếu c¡(Qb()= 1,ca()b(= 1 3z/4, nếu c¡()b()= 1, c2(t)b(t) = -1 _ 4 | 6()5Œ) | _ k y(t) = tan [20% | 5z/4, nếu c¡()b() = -1, c2(t)b(t) = -1 7/4, néu c;(t)b(t) = -1, c2(t)b(t) = 1 Vay tin higu s(t) co thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau : Ø + 7/4, 0 +3z/4, Ø9 + 5z/4,0 +7zi/4 Sơ đồ khối máy thu : s(-f) —— 2cos{(a, + Ory + ø] Ỷ

A ahi a ack Ước lượng

Trang 22

Các thành phần đồng pha và vuông góc được giải trải phổ độc lập với nhau bởi c¡(£) và ca(£)

Giả thiết với thời gian trễ z , tín hiệu thu được sẽ là :

s(~z)=—Ab(f—z)e,(—z)sin(2Z f1 +8') + Ab—7)c,(—z)cos(2Z ƒf + Ø)

Trong đó Ø =Ø—2z.ƒ,z Các tín hiệu trước bộ cộng là:

u,(t) = Ab(t—1).sin? (2x ft +0')— Aba ft + Ot —1).G,(t—7).c, (t-2) sin(2z ft +6').cos(2z fit +8’) = Ab(t— nil —cos(4z ƒ++2Ø')]— Ab ~z)e,(f—+)e; (f -1)5 sin(4z ft +20’)

u,(t) =—Ab(t—1).¢,(t -7).c, ( —7)sin(2Z ƒ„t +Ø').cos(2Z /+Ø)+ Ab(— 7).cos” (22 ƒt + Ø')

=—Ab(t—7).c,(t-1).c, (t-7) ; sin(4z ft +26’) + Ab(t — dsl +cos(4n ft +20’)

Tổng của 2 nhánh trên sau đó được lấy tích phân trên khoảng thời gian Ï bit, kết quả cho ta z¡ = + AT vì tất cả các thành phần tần số 2f, có giá trị trung bình bằng 0 Do đó đầu ra của bộ so sánh là + l

Hai tín hiệu PN c¡( £ ) và cạ( t ) có thể là 2 tín hiệu PN độc lập với nhau hay chúng có thể lấy ra từ cùng một tín hiệu PN, chẳng hạn c¡( t ) sử dụng các chip lẻ của c( t ) va c;( t ) sử dụng các chip chan cua c (t )

s(t ) và s( t ) là 2 tín hiệu trực giao và cùng chiếm độ rộng băng tần, nên độ rộng băng tần s( t ) cũng bằng độ rộng băng tan ca s;(t) va so(t) va bang 2 IT

Độ rộng băng tần bị chiếm bởi tín hiệu DS/SS QPSK phụ thuộc vào tốc độ chip của c¡(t ) và c;( t )

NHÂN XÉT :

Ưu điểm của các hệ thống DS/SS QPSK so với các hệ thống DS/SS BPSK

là ở tính trực giao của các sóng mang sin(2Z ƒ;/ +Ø) và cos(2Z #4+Ø) ở các nhánh đồng pha và vuông góc, sử dụng độ rộng băng tần chỉ còn một nữa so với BPSK, và nếu cùng độ rộng băng tan thì xác xuất lỗi thấp hơn,ngoài ra DS/SS QPSK có thể phát gấp 2 lần số liệu so với hệ thống BPSK

Nhưng nhược điểm là hệ thống này phức tạp hơn so với BPSK, ngoài ra nếu các sóng mang được sử dụng để giải điều chế ở máy thu không thực sự trực giao thì sẽ xảy ra xuyên âm giữa 2 nhánh và gây suy giảm chất lương của hệ thống

Trang 23

CHUONG 4 : HE THONG TRAI PHO NHAY TAN FHSS

1 Khái niêm: ˆ ¬

Hệ thống FH/§S nhảy hay chuyên đôi tân sô sóng mang ở một tập hợp các tần số theo mẫu được xác định bởi chuỗi giả tạp âm PN, lưu ý rằng chuỗi PN

ở đây không mang giá trị + 1, không giống như chuỗi PN ở các hệ thống DS/SS,

nó chỉ có nhiệm vụ xác định mẫu nhảy tần

Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay chậm hơn tốc độ dữ liệu nên có 2 loại : Nháy tần nhanh và nhảy tần chậm

2 Nguyên lý hoạt đơng: © ; ¬

Trong các hệ thông thông tin kiêu trải phô nhảy tân sô (FH- Frequency Hopping ), mã trải phổ không trực tiếp điều chế sóng mang đã được điều chế,

nhưng nó được dùng để điều khiển bộ tổng hợp tần số Tại mỗi thời điểm nhảy

tần, bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra một đoạn k chip mã để điều khiển bộ tổng hợp; dưới sự điều khiển của đoạn k chip mã này, bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang và làm việc tại tần số tương ứng thuộc tập 2* tần số

Mỗi đoạn gồm k chip mã được gọi là một từ tin sé (frequency of word), bởi vậy nó sẽ có 2 từ tần số Do các từ tần số xuất hiện ngẫu nhiên nên tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra nhận một giá trị thuộc tập 2 tần số cũng

mang tính ngẫu nhiên

Phổ của tín hiệu nhảy tần có bể rộng giống như bể rộng của tần số sóng mang đã được điều chế, chỉ khác là nó bị dịch đi một khoảng băng tần số đao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra và nhỏ hơn rất nhiều so với độ rộng băng trải phố W;¿ Tuy nhiên, tính trung bình trên nhiều bước nhảy thì phổ của tín hiệu nhảy tần lại chiếm toàn bộ bề rộng băng trải phé W,, nay

Tin tức nguồn được điều chế vào một sóng mang sử dụng kĩ thuật FSK hoặc BPSK thông thường để tạo ra một tín hiệu FSK hoặc BPSK Việc nhảy tần được thực hiện bằng một mạch trộn trong đó tín hiệu dao động nội LO do một bộ tổng hợp tần số cung cấp Bộ tổng hợp tần số này được thay đổi bởi chuỗi trải PN Bộ chuyển đổi nối tiếp song song đọc vào k chip nôi tiếp của mã trải phô và

Trang 24

đưa ra một từ song song k chip cho các bộ chia có thê lập trình được nằm trong bộ tor 4 | | PiỦ£-ĐAT TT oe {4 i J TS 1 pee AE | Pf fi 1| 1: TT pap tte ts | et} baa bas pais | JTAIT : ' sơn ¡ " | poe kj My | | fond 4 ¬¬—- | Plo a eee | fO43Ar | | TT Ti + | chee pen ro | — mx3aAartr† mt vf pm pee | em | | LÍ m1 6 Ba | f0+Af† bi i _] _ | | i bot dk |_ Poe boa Ee, r x 1/Th=3 ¡ B =I Thoi gian HT Số liều | ¬ GỐ | I i 1 a 7 O a a | ma jd J

Co M = 2* tan sé nhay duge diéu khiến bởi mã trải phô trong đó từ k chip được sủ dụng để xác định từng tần số nhảy Từ k chip xác định một trong M = 2* tần số nhảy có thé CÓ Øq, Ø2, Ø3, ®M-

Tại máy thu cũng có bộ tạo mã trải phố c( t ) giống như ở máy phát để cung cấp cho bộ tổng hợp tần sé Hoạt động của bộ tạo mã trải phố ở máy thu cần được đồng bộ với mã trải phổ máy phát Điều này sẽ tạo nên sự co phổ ( giải điều chế trải phổ) của tín hiệu FH và nguồn thông tin m( t ) được khôi phục bằng

các bộ giải điều chế FSK hoặc BPSK

Với các kĩ thuật ngày nay cho phép các hệ thống trải phổ loại này đạt được bề rộng băng trải phổ lên đến Ghz, lớn hơn rất nhiều lần so với bề rộng băng trải phố của hệ thống trải phổ trực tiếp Tuy nhiên, do hoạt động trên những băng tần rộng như vậy nên khó có thể tao ra được các bộ tổng hợp tần số có khả năng duy trì liên kết pha của dao động khi nó nhảy từ tần số này sang tần số khác, vì vậy ở hệ thống nhảy tần thường dùng kĩ thuật điều chế không kết hợp ( noncoherent detection)

Trang 25

Tùy theo tốc độ nhảy tần f, nhanh hơn hay chậm hơn với tốc độ truyền số

liệu fy mà ta phân loại , với trường hợp ña > íy được gọi là phương pháp nhảy tần nhanh ( FFH -Fast Frequency Hopping ) va fy < fy được gọi là phương pháp nhảy tần cham ( SFH- Slow Frequency Hopping )

3 Hé thong FFH: ——

Ở hệ thông này tốc độ nhảy tân lớn hơn tôc độ truyền sô liệu ( toc độ nhảy lớn hơn tốc độ 1 bit ) nên một từ thông tin sẽ được truyền bởi một tín hiệu nhảy tần RE hay nhiều bit đi vào được găn lên sóng mang đi vào Ta có : T; = nh Trong đó : Ts chu kì phát 1 tín hiệu symbol Tụ chu kì nhảy tần n số lần nhảy trên một kí hiệu Bang thong RF : BW, =nMAf Độ lợi xử lý: _ PH _ nMOS _aM G, = BH _mM Af _ p= nM BW no Af BW oa Af

Như vậy độ lợi xử lý của FEH phụ thuộc vào các tần số khác nhau sử dung (M ) va tần số nhảy trên một kí hiệu ( n )

Trang 26

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRi a May phat : BO TAO CHUOI PN BO TONG HỢP TẤN SỐ ĐIỀU CHẾ BỘ NHÂN BPF BẰNG —* FSK TAN RONG GIẢI ĐIỀU

BPF BĂNG BPF BĂNG CHET

RONG RONG NHAT QUAN KHONG BO TONG HỢP TẤN SỐ BỘ TẠO CHUỖI PN

Hình 10 : Sơ đồ khối máy phát và máy thu FFH

Tín hiệu FSK x( t ) được điều chế từ luồng dữ liệu b( t ) Trong khoảng

thời gian mỗi bit x(t ) có một trong 2 tần số f“ và f“ + A7, tương úng với bít Ö và

bit 1 của dữ liệu

cos(2Z /†), nếu bit số liệu bằng 0

x(t)= trong thời gian 1 bit

cos|(2z( + Af 2#], nếu bit số liệu bằng

Tín hiệu này được trộn với tín hiệu y(t ) từ bộ tổng hợp tần số, cứ mỗi Tụ

giây tần số của y(t ) lại thay đổi theo các giá trị của M bit nhận được từ bộ tổng

hợp tần số của chuỗi PN Vì có 2* tổ hợp M bit nên ta có thể có tới 2* tần số

Trang 27

khác nhau được tạo ra bởi chuỗi tổng hợp tần số Bộ trộn tạo ra tân số của tông và hiệu, một trong hai tần số này được lọc ra ở bộ lọc băng thông BPF Nên tín hiệu ở đầu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhảy như sau :

g(t)s(t) = “{cos[ 2m f+ fot 2i,Af +b, Aft +, +8, |+ cos| 2a(f, ~ fo +b, Af t+ 9, -6, }\

S eos(2z(ƒ"+Aƒ)Y +, -0')

vOi aT, <f<(œ+1)T,,

Trong do i, € {0,2, 2(2! -1)} là một số nguyên chẵn, f, là một tần số

không đổi, còn @, 1a pha

Giá trị ¡„ được xác định bởi M bit nhận được từ bộ tạo chuỗi giả tạp âm

Giả thiết răng bộ lọc BPF lấy ra tần số tổng ở đầu ra của bộ trộn, khi đó tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc BPF trong bước nhảy øz là:

sứ)=2Acos[2z( +i„Aƒ +b„AƒX +6, |

b„€(0,1);fạ=Ê+f

Trang 28

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRÍ B.Máy thu:

Tín hiệu thu được lọc bởi bộ lọc băng thông BPEF băng rộng có độ rộng băng thông bằng độ rộng băng thông băng độ rộng băng của tín hiệu FH/SS Ta không cần khôi phục sóng mang vì máy thu sử dụng điều chế không nhất quán, vì ở tốc độ nhảy tần nhanh máy thu rất khó theo dõi pha của sóng mang khi pha này thay đổi ở mỗi đoạn nhảy tần

Bộ tạo chuỗi PN nội đồng bộ với chuỗi thu Ở đoạn nhảy a đầu ra của bộ tổng hợp tần số là:

gữ)=cos|[ 2Z(ƒ„ +i„Aƒ)t +6, |x

Bỏ qua tạp âm, đầu vào BPF sẽ là :

g)sŒ)= Acos|2Z(, +i„Aƒ3 +6, |eos[2zŒ; +¡,Aƒ +b„A/% +6, |

gữ)sữ)= “{cos[ 2m fet fot 2i,Af +b, Af Itt 6, +6, ]+eos[2Z(/, — ƒy +b„Aƒ +6, —Ø.ÌÌ

Thành phân tân số cao bị bộ lọc BPF băng hẹp loại bỏ va chỉ còn thành phần tần số

| thấp Ta kí hiéu fy =f, + f

Vay đầu vào bộ điều chế ESK là :

2 cos(2z.ƒL+, -6@') ,néub,=0

W(t) =

2 eos(2z( ƒ'+Af)i+0 —Ø'), nêu bạ= Ì

Đầu ra này hoặc chứa f hoặc f+A/ (Hz) vi by khong thay đổi trong thời gian T của một bit Như vậy trong khoảng thời gian T giây bộ giải điều chế FSK

| tách ra tần số này và tạo ra đầu ra nhị phân

| c Tốc độ dịch tần : ‹

Tốc độ chuyển đổi tần số tôi thiêu áp dụng được cho hệ thông FH được xác định nhờ vào một số tham số sau:

Trang 29

Việc truyền thông tin qua hệ thống FH thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau trong các hệ thống khác nhau Dạng tín hiệu số được sử dụng có thể là tín hiệu analog hoặc số liệu đã được mã hóa Giả sử tốc độ số đã được định trước

và FH được chọn là môi trường truyền dẫn

Hệ thống FH cung cấp một lượng lớn các tần số và số lượng yêu cầu phụ

thuộc vào tốc độ lỗi của hệ thống

Ví dụ : một hệ thống có 1000 tần số sẽ hoạt động tốt khi giao thoa hoặc các tạp âm khác phân bố đồng đều trên toàn bộ các tần số Công suất tạp âm với giao thoa thông tin có thể lớn hơn gấp 1000 lần so với tần số công suất dự định vì tạp âm được phân bố đồng đều trên tất cả các kênh

Trong trường hợp độ dư liên quan đến việc quyết định bit khi thiết bị đo

giao thao ,băng tần số đơn hẹp được sử dụng đối với một hoặc nhiều tần số tạo ra

tốc độ lỗi là 1.10 thì nó có thể được chấp nhận như giá trị số

Tốc độ lỗi mong muốn đối với hệ thống FH đơn giản không truyền dư số

liệu là :J/N |

Với J biểu thị công suất giao thoa bằng hoặc lớn hơn công suất tín hiệu và N biểu thị tổng các tần số có thể trong hệ thống

Trong thực tế các tần số bên cạnh trong hệ thống FH của một tần số thu mong muốn có thể chồng lắn tần số Sự chồng lắn này sẽ làm giảm độ rộng của băng RF yêu cầu đối với tín hiệu truyền dẫn trải phổ

Một ảnh hưởng khác trong tốc độ chip là các tín hiệu có sự khác pha với cùng tần số Các tín hiệu này được tạo ra bởi giao thoa đa đường hoặc giao thoa dự kiến Trong đa số trường hợp thi tín hiệu đa đường thu tại đầu thu không được sử dụng một cách liên tục vì nó quá nhỏ so với tín hiệu yêu cầu Nhưng nếu tín

hiệu thu được từ bộ phát tần số do sóng giao thoa và được khuếch đại, điều chế

cùng với tạp âm, lúc này nó sẽ có công suất truyền dẫn tương đương với tín hiệu gốc và ảnh hưởng giao thoa của nó tăng lên

Để tránh hiện tượng này thì FH nên có một tốc độ dịch tần sao cho có thể chuyền đổi thành tần số khác trong thời gian đáp ứng của thiết bị đo giao thoa và tôc độ dịch tân nên lớn

Trang 30

D Đồng bộ cho hệ thống FH

Đông bô thô: - "¬ ;

Hệ thống thông tin không kêt hợp nhu FSK cân đông bộ bit đê cho phép phục hồi tín hiệu đầu thu; đồng bộ pha và sóng mang để cho phép giải điều chế tín hiệu Trong hệ thống trải phố, đồng bộ pha dùng để tạo lại dạng sóng chia ( chipping waveform ) giống với tín hiệu phát Quá trình đồng bộ của FH tương tự như kĩ thuật tìm nối tiếp trong hệ thống DS ngoại trừ tọa độ chuỗi ngẫu nhiên tần số nhảy Acos(wt + @) Tông hợp | tần số =1 CO) | BPF | ,| Env.Det | Cos(wit + Wot + 0) Ap ngưỡng May phat PN generator | 2 Tông hợp tân sô _— S Clock f, | S VCO PN generator | Diéu khién đóng/ ngắt Clock fh |

Mach gồm : bộ trộn, bộ BPF có tần số trung tâm là fọ với băng thông gấp

2 lần tốc độ nhảy ( BW = 2f¡ ), bộ tách sóng hình bao, bộ so sánh và VCO VCO

gồm xung clock, bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên, bộ tổng hợp tần số

Xung clock được điều khiến bởi ngõ ra bộ so sánh và được truyền tới bộ tạo PN Bộ tạo chuỗi PN và bộ tổng hợp tần số ở máy phát và máy thu giống nhau Bộ tổng hợp tần số chỉ có một bộ dao động mà tần số của nó được điều khiển bởi chuỗi giả ngẫu nhiên Do đó, khi chuỗi giả ngẫu nhiên thay đổi trạng thái thì bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy từ f¡ tới f;, , ñy và sau đó quay trở lại f1

Mạch đồng bộ thô dùng để điều chỉnh sao cho bộ tạo chuỗi PN ở máy thu

đồng bộ với máy phát Ta cần có một thời gian đáp ứng cho bộ tách sóng nên thời gian tạo chuỗi PN ở máy thu thay đổi trạng thái chậm hơn thời gian thay đổi trạng thái của máy phát Do sự đáp ứng chậm này , ngõ ra của bộ tách sóng giữ

Trang 31

nguyên ở trên mức điện áp ngưỡng va vẫn điều khiển bộ hoạt động trong suốt thời gian khi hai chuỗi PN không đạt cùng trạng thái

4, Hé thong SFH:

Ở hệ thống này tốc độ nhảy nhỏ hơn tốc độ bit nên phải có hai hay nhiều

bit gốc được truyền cùng tần số trước khi truyền đến tần số RF khác Ty=nTh Fh= 1/Th Với Tụ : chu kì nhảy Tp : chu kì bit T; : chu kì kí hiệu Bang thong RF : BWer = MAf Trong đó : M = 2 : số tần số được tạo ra bởi tổng hợp tần số k : là số chip PN tạo mã

Af : khoảng cách giữa hai tần số phân biệt cạnh nhau

Xét hệ thống SFH sử dụng 4-FSK, mỗi khoảng Aƒ có 4 tần số điều chế Do

đó cần có 2 bit để xác định tần số Giả sử chuỗi giả ngẫu nhiên dùng 3 bit để điều

Trang 32

Chương 5 : TRẢI PHO NHAY THOI GIAN VA SO SANH CAC HE THONG TRAI PHO

I Hé thong trai phé nhay thoi Blan:

Trong hệ thông này, sô liệu được phát thành các cụm Mỗi cụm gồm k bít số liệu và thời gian chính xác để phát mỗi cụm được xác định bởi một chuỗi PN

Giả sử thang thời gian được chia thành các khung T; giây Mỗi khung lại

được chia thành J khe thời gian Vì thế mỗi khe thời gian chiếm độ rộng là : Ts =

Tr/ 1 giây

Trong thời gian mỗi khung một nhóm k bịt được phát trong Ts giây, hay một trong j khe thời gian

Khe thời gian được sử dụng để phát được xác định bởi chuỗi PN Mỗi bit

chỉ chiếm Tạ = Ts/ k giây khi phát

Giả sử thời gian của một bit số liệu là T Để kịp truyền dẫn số liệu vào ta

cin T; = kT Néu các bit số liệu vào là b, , ¡ số nguyên, ta biểu diễn tín hiệu

TH/SS như sau :

3 xsn

Trong đó II„(/) là xung chữ nhật biên độ đơn vị và độ rộng To giây, a, €[0,1, 7 -1] là số ngẫu nhiên được xác định bởi j bit của chuỗi PN và J = 2Ÿ

Ta thấy số liệu được truyền ở các cụm k bít mỗi lần với mỗi bít được

truyền trong khoảng T„ = ( T:/ J ) giây Vì thế tốc độ bit khi phát cụm là 1 / Tụ,

Để truyền băng thông gốc, độ rộng băng tần là 1/ Tạ Hz Nếu sử dụng truyền băng thông, độ rộng băng tần là 2 / Tạ HZ Vì bản tin có độ rộng là 1 / T,

độ rộng băng tần được mở rộng bởi một thừa số là ( 1/T,)(1/T) = (KT)J/T:= J khi.,

truyền dẫn băng gốc và một thừa số là 2J khi truyền băng thông

Hệ thống trải phố nhảy thời gian cũng tương tự điều chế xung của hệ thống nhảy tần FHSS Nghĩa là day ma dong / ngắt bộ phát, thời gian đóng / ngắt bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo mã và đạt được 50% yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhau với hệ thống trải phổ nhảy tần đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống nhảy tần thì sự nhảy tần chỉ xảy ra trong trạng thái dịch

Trang 33

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRi ‘Tao ma 16ng tin iu vao

chuyển mã trong hệ thống trải phổ nhảy thời gian, tức là thay vì sử dụng khe tần số ( trong hệ thống FH ) thì hệ thống TH sẽ sử dụng khe thời gian

SƠ ĐÔ KHÓI HỆ THÓNG TH ĐƠN GIẢN Bộ phát xung điêu chê Céng1 | Tao ma Céng 0 y Tach xung Tach xung y y Quyét dinh Thong tin dau ra

Trong hệ thống TH trên, bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã đều có thể được sử đụng đối với bộ điều chế THSS

Do hệ thống THSS có thể dễ dàng bị ảnh hường bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FHSS để loại trừ giao thoa có khả năng gây suy giảm lớn đôi với tân sô

II SO SANH CAC HE THONG TRAI PHO SS:

Ngoài các dang hệ thống được giới thiệu ở trên , còn có dang trải phổ

hệ thống lai ( Hybrid), đây là hệ thống tổng hợp của 3 hệ thống cơ ban DS,

TH, FH Mỗi loại hệ thống đều có ưu nhược điểm riêng, việc chọn hệ thống nào phải dựa trên ứng dụng cụ thé

Trang 34

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRI Các hệ thống DS/SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải rộng nó ở

một phổ tần rộng Trong các hệ thống FH/SS ở mọi thời điểm cho trước,

những người sử dụng phát các tần số khác nhau vì thế có thể tránh được

nhiễu giao thoa Các hệ thống TH/SS tránh nhiễu giao thoa băng cách tránh

không đề nhiều hơn mộ người sử dụng phát trong cùng một thời điểm

Có thể thiết kế các hệ thống DS/SS với giải điều chế nhất quan và

không nhất quán Tuy nhiên, do sự chuyên dịch tần số phát nhanh rất khó

duy trì đồng bộ pha ở các hệ thống FH/SS, vì thể chúng thường đòi hỏi giải

điều chế không nhất quán Trong thực tế các hệ thống DS/SS nhận được chất

lượng tốt hơn ( ở tỷ số SNR để đạt được xác suất lỗi bit nhất định ) vào

khoảng 3đB so với hệ thống FH/§S nhờ giải điều chế nhất quán Nhưng cái giá phải trả cho ưu điểm này là giá thành của mạch khóa pha sóng mang

Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ tạo mã PN, FH/SS có thể nhảy trên băng tần rộng hơn nhiều so với băng tần của tín hiệu DS/SS Ngoài ra, ta có thể tạo ra tín hiệu TH/SS có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều độ rộng băng tan DS/SS khi các bộ tạo chuỗi PN của hai hệ thống này có cùng tốc độ đồng hồ FH/SS cũng loại trừ được các kênh tần số gây nhiễu giao thoa mạnh và thường xuyên

DS/SS thì nhạy cảm nhất với van đề gần xa đây là hiện tượng mà nguồn nhiễu giao thoa gần có thể làm xấu và thậm chí xóa hẳn thông tin chủ định do công suất trung bình của nguồn nhiễu gần cao Các hệ thống FH/SS nhảy cảm hơn với thu trộm so với các hệ thống DS/SS, đặc biệt khi tốc độ nhảy tần chậm và đối phương sử dụng máy thu định kênh thích hợp

Thời gian cần thiết để bắt mã PN ngắn nhất ở các hệ théng FH/SS, trong khi đó các hệ thống DS/SS và TH/SS cần thời gian bắt mã lâu hơn Tuy nhiên thiết kế máy thu và máy phát FH đắt tiền hơn vì sự phức tạp của bộ tổng hợp tần số

Các hệ thống FH chịu được fading nhiều tia và các nhiễu Các máy thu DS/SS đòi hỏi mạch đặc biệt để có thể làm việc trong môi trường trên

Trang 35

Chương 6: ĐA THÂM NHẬP VÀ ỨNG DỰNG TRAI PHO

I $0 LUOC VE MOT SO HE THONG DA TRUY

NHAP

1 FDMA ( Frequency Division multiple access ) Đa truy nhập ph Gn chia

tân số

Kĩ thuật này được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh, cap va truyén sóng vô tuyến mặt đất FDMA chia nhỏ băng tần thành những những kênh phụ có băng tần nhỏ hơn và đề có thể được sử dụng trong hầu hết thời gian truyền Để lọc được từng tìn hiệu ta cần các bộ lọc thông dai để chặn kịp thời khi tín hiệu suy giảm Hơn nữa những băng tần bảo vệ phải được đặt năm giữa 2 phổ tần số nằm kế cận nhau để có thể xử lý những tần số sai lệch từ máy phát và giảm can nhiễu từ những kênh truyền liền kề Ưu điểm của kĩ thuật này đó là sử dụng công suất máy phát thấp và vừa không cần các kênh băng nhau và vừa đơn giản hơn so với các kĩ thuật khác

2_ TDMA ( Time Division Multiple Access ) Đa truy nhập phân chịa thời

gian

Đây cũng là một kĩ thuật phổ biến được dùng như một tiêu chuẩn quốc tế Người dùng trong hệ thống TDMA được cấp một băng tần giống nhau và được chia thành những khoảng thời gian nhỏ riêng biệt được gọi là time slot Do chia thành những timeslot như vậy nên ta cần phải có những bộ cân bằng phức tạp Tín hiệu trong FDMA và CDMA là những tín hiệu trực giao vì vậy trong hệ

thống đa cell, nhiễu từ những kênh truyền kết hợp chỉ tồn tại khi tái sử dụng tần

SỐ

3 CDMA (Code Division Multiple Access ) Da truy nhập phân chia theo

ì

mã

Trái ngược với 2 hệ thống trên, trong hệ thống CDMA tất cả người dùng phát cùng một tần số cùng một thời gian tróen cùng một sóng mang và sử dụng băng thông rộng hơn so với hệ thống TDMA Tín hiệu của từng người được phân

biệt bằng cách cấp những mã trãi phổ Ưu điểm của kĩ thuật trãi phổ đó là khả

Trang 36

Trang 37

Trong cac hé thống thông tin thông thường khi nhiều người sử dụng cùng chia sẽ một kênh thì đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) hay đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được sử dụng Đối với các hệ thống này mỗi người sử dụng được cấp phát một băng tần với độ rộng có định hay một khe thời gian cố định để truyền dẫn Tổng số người sử dụng được xác định bởi độ rộng băng tần dành cho mỗi người sử dụng và tổng độ rộng băng được phép ở một hệ thống FDMA hay thời gian của một khung và thời gian của một khe thời gian ở hệ thống TDMA Vì băng tần ( hay khe thời gian ) được cấp phát là cô định đối với một người sử dụng, nghĩa là người sử dụng khác không thể sử dụng cùng băng tần ( hay khe thời gian) này, nên tránh được nhiều giao thoa của những người sử dụng khác Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp người sử dụng chỉ sử dụng một phần thời gian băng tần ( hay khe thời gian ) được cấp phát Vì thế hiệu suất của toàn bộ hệ thống có thể thấp Để tăng hiệu suất, người ta có thể sử dụng việc phân bố băng tần động, nghĩa là chỉ phân bố cho người sử dụng theo yêu cầu cần phát, nhưng do tính phức tạp sẽ tăng lên khi điều khiển

quá trình phân bố Ngoài ra, ở hệ thống thông tin tổ ong bị ứ nghẽn, khi một

người sử dụng đi qua ranh giới giữa hai ô, nếu không có kênh tần số ở ô mới thì

cuộc gọi có thể bị mắt

Trong các hệ thống DS/SS mỗi người sử dụng được phân bố một mã PN duy nhất có thuộc tính tương quan chéo thấp, do vậy cho phép nhiều người sử dụng dùng chung một băng tần ( rộng) Các tín hiệu từ các người sử dụng khác trở thành nhiễu giống tạp âm Các hệ thống này gọi là đa thâm nhập theo mã CDMA Bởi vì tồn bộ băng tần ln luôn được sử dụng, nên có thể sử dụng độ rộng băng tần này hiệu quả hơn ( nghĩa là độ rộng băng tần đương cho một người sử dụng nhỏ hơn ) các hệ thống thông thường Số người sử dụng mà hệ thống này cho phép được xác định bởi tỷ số tín hiệu trên tạp âm ( SNR ) cho phép, tỷ số này được xác định bởi yêu cầu thiết kế hệ thống Lưu ý rằng có giới hạn về băng tần và thời gian cho người sử dụng ở FDMA và TDMA Tuy nhiên, trong CDMA giới hạn rất nhỏ, nghĩa là số người sử dụng cực đại không phải là giới hạn rõ ràng

Trang 38

II

Trong cac hé théng FHSS tin hiệu của người sử dụng có một tần số và tần số này nhảy trên băng tần được cấp phát sao cho không có hai người cùng sử dụng một tần số ở cùng một thời điểm Khi mẫu sử dụng tần số được phân bố hợp lý cho các người sử dụng thì phổ được chiếm ở hầu hết thời gian và sử dụng băng tần được cấp phát một cách hiệu quả Tình trạng tương tự cũng xảy ra Ở các hệ thống TH/SS, chỉ khác là tín hiệu nhận được từ các đoạn nhảy thời gian của mỗi người sủ dụng phải được thực hiện sao cho không có hai tín hiệu sử dụng cùng một khe thời gian ở cùng một thời điểm

NGUYÊN LÝ CDMA a MO DAU

Trong trai phổ chuỗi trực tiếp, tín hiệu số băng gốc được trải phố rộng nhờ một mã giả ngấu nhiên (PN) hay mã trải phổ Tín hiệu trải phố có mật độ phổ công suất thấp (đo bang W/Hz) Đối với một máy thu thông thường, nó thể hiện gần giống như tạp âm nền và thường ít gây nhiễu Có thé coi rằng thông tin trải phổ là thông tin cá nhân: chỉ có máy chủ định biết được mã trải phố mới có thé giải phố và giải mã thông tin Khi các tin hiệu trải phố sử dụng cùng một băng tần sẽ có một lượng xuyên âm nhất định, hay giao thoa tương hỗ: tuy nhiên

không như ở truyền dẫn băng hẹp, nhiễu không nguy hiểm Sở dĩ như vậy vì ta

có thể thiết kế các mã trải phổ tốt với các giá trị tương quan chéo thấp hầu như trực giao, nghĩa là hàm tương quan chéo hầu như bằng 0 Nhờ vậy nhiễu tương hỗ nghiêm trọng Như vậy hiệu năng của hệ thống giảm đáng kể khi tăng số người sử dụng

Trước hết, điều chế số là BPSK và tất cả dạng sóng của số liệu và trải phổ

đều hình chữ nhật Thứ hai, sự giảm chất lượng kênh là do tạp âm trắng Gausơ

cộng (AWGN) và nhiều giao thoa nhiều người sử dụng (MUI — Multi-User Interference) xây ra do phát đồng thời Thứ ba, máy thu tương quan nhất quán đơn giản được sử dụng

b MÔ HÌNH HỆ THÓNG

Đa thâm nhập phân chia theo mã có lợi ít nhất là ở hai trường hợp sau: thông tin vệ tính và các hệ thống di động tổ ong Đối với cả hai trường hợp này

Trang 39

ta quan tâm đến kênh thông tin đường lên (vì nhiều máy đầu cuối phát đến một vệ tỉnh) hay hướng về (vì nhiều đầu cuối di động phát đến một trạm gốc trong

một ô) Trong cả hai trường hợp hệ thống thông tin đa thâm nhập đếu đị bộ, nghĩa là mỗi đầu cuỗi có chuân thời gian khác nhau

Figure 1-10 Principle of DS-CDMA

Để xét hệ thống DS/CDMA chỉ tiếp hơn, sơ đồ khối hệ thống điển hình

dược cho ở hình 8.2 Ở hình 8.2, có tin hiệu phát đồng thời tới máy thu Mỗi tín hiệu phát được gán một chỉ số k, trong đó k=1,2, ,K Dạng sóng số liệu cơ số

hai (+) b,(t) 1a ham chir nhat có biên độ +l hay -l và có thể đổi dấu sau T giây

Dạng sóng trải phố (+), c„(t), cũng có hình chữ nhật, nhưng nó tuần hoàn và có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ bit số liệu Ta coi rằng thời gian một bit số

liệu (T giây) chứa đúng một chu ky (N chip) mã trải phố sao cho tốc độ chip bang N/T = 1/T,, trong đó T, là thời gian chip hay độ lau chip Vi thế tốc độ chip

gấp N lần tốc độ bit (1/T) Thực chất, do dạng sóng số liệu được điều chế ở đạng sóng trải phố và sóng mang, nên sóng trải phô chuỗi trực tiếp là:

Trang 40

LUAN VAN TOT NGHIEP SVTH: PHAN MINH TRI s(t) = b, (Ne, V2P cos(2af.t + 9,) Bl(t) 71 Cl(t @ V2 Pcos(2nf,t+01 B2(t) > tl > Ss v2 Pcos(2zf.t+02 N(t) Bk(t) ti V2 Pcos(2nf,t+0k Bộ lấy mẫu | —— yị vàsosánh | y ———$— C1) Coss(27ftnuät+Ð:)

So dé thu phat CDMA

s(t) có độ rộng băng truyền dẫn băng B=2/T, = N.2/T, lớn gấp N lần độ

rộng băng truyền dẫn cần thiết thông thường đối với BPSK Có thể thấy rõ điều

này nếu xét sóng trải phố là một tín hiệu BPSK có thể thay đổi pha 180° 6 moi T, giây thay cho thay đổi ở mọi T=NT giây Tín hiệu BPSK gốc được trải phố rộng hơn N lần và mật độ phố công suất của nó giảm tương tmg 1/N lần so với các giá trị ban đầu

Công suất trung bình của s(t) bằng P và ta coi rằng tất cả các tín hiệu thu

được đều có công suất như nhau Giả thiết này đúng nếu có thể điều khiển động công suất cho tất cả các đầu cuối Thông số , là pha của sóng mang Vì tất cả các tín hiệu phát là dị bộ, cũng cần có thông số trễ tụ trong mô hình Tạp âm n(t) là tạp âm trắng cộng Gausơ (AWGN) có trung bình không với hai biên PSD (mật

độ phổ công suất) bằng Nz/2(W/Hz) Hàm tự tương quan đối với n(£) (là biến đổi

ngược Fourier cia PSD) 14 8(t)No/2, trong do + là một thông số thời gian khác

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	7,53 MB