TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP TRONG CDMA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP TRONG CDMA THẦY HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU TRUNG HỌC VIÊN: VŨ TUẤN ANH SHHV: CB100610 LỚP: ĐTVT1 HÀ NỘI 2012 TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP TRONG CDMA DIRECT-SEQUENCE SPREADING SPECTRUM IN CDMA TÓM TẮT Ở các hệ thống thông tin thông thường , độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này thường được thiết kế sao cho sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt. Tuy nhiên với hệ thống thông tin trải phổ thì độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng gấp nhiều lần truợc khi phát. Trong các kỹ thuật trải phổ thì kỹ thuật trải phổ thì trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS) được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin ( đặc biệt trong hệ thống CDMA). Đây là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao. 1. GIỚI THIỆU Trong các hệ thống thông tin trải phổ (viết tắt là SS: Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS, sử dụng băng tần như vậy không có hiệu quả. Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, các người sử dụng này có thể dùng chung một băng tần SS (trải phổ) và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ. Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct- Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS: Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS: Time-Hopping Spreading Spectrum). Cũng có thể nhận được các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên. Trong các hệ thống trải phổ trên thì DSSS được biết đến nhiều nhất và đặc biệt được sử dụng trong CDMA . DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Hình 1 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Hình 1. Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) 2. TRI PH CHUI TRC TIP TRONG CDMA Tri ph chui trc tip c s dng nhiu trong CDMA. Di õy l mụ hỡnh mỏy thu v mỏy phỏt dựng DSSS. Trong đó: P T E A b b 2 2 , b T B 2 , với E b là năng l-ợng bit và P là công suất trung bình. Dữ liệu nhị phân l-ỡng cực b i (t) biên độ 1 chu kỳ T b . Mã PN trải phổ c i (t) là mã nhị phân l-ỡng cực biên độ 1 có chu kỳ chip T c = T b /P. 1 -1 1 b 1 (t) c 1 (t) )2cos(2 1 tfP c 2 b 2 (t) c 2 (t) )2cos(2 2 tfP c k b k (t) c k (t) )2cos(2 kc tfP . . . n(t) r(t) Hỡnh 2:S khi h thng phỏt DSSS-CDMA r(t) c 1 (t) )'2cos( 1 tfB c Hỡnh 3: S khi mỏy thu tung quan DSSS-CDMA >0 or <0 t = iT Sóng trải phổ trực tiếp cho tín hiệu i là: )2cos()()()( iciii tfAtctbts Giả sử tại máy phát có K tín hiệu phát đồng thời và đều có công suất nh- nhau. Giả thiết này đúng nếu có thể điều khiển động công suất cho tất cả đầu cuối. Vì tất cả các tín hiệu phát là dị bộ nên có thông số trễ k trong mô hình. Tạp âm n(t) là tạp âm trắng cộng Gauso (AWGN) có trung bình bằng 0 với hai biên PSD (mật độ phổ công suất) bằng N 0 /2 (W/Hz). Nếu coi về bản chất kênh thu là cộng, thì tất cả K tín hiệu phát trễ và tạp âm cộng với nhau ở máy thu. Xét cụ thể quá trình thu ở máy thu thứ nhất. Tín hiệu đầu vào máy thu thứ nhất nếu bỏ qua ảnh h-ởng của tạp âm đ-ợc xác định: K i i tststr 1 1 )()()( . ở máy thu này mã PN nội đồng bộ với mã PN trải phổ trong tín hiệu ở luồng 1, nên sau bộ nhân thu đ-ợc K i iciic K i iciic tftctctAbtftAb tftctctAbtftctAbtctr 1 111 1 11 2 111 )2cos()()()()2cos()( )2cos()()()()2cos()()()()( Nh- vậy sau khi nhân, tín hiệu luồng 1 đ-ợc nén phổ còn tín hiệu của các luồng khác sẽ bị trải phổ. Trong cụng ngh a truy nhp phõn chia theo mó da trờn CDMA, mt tp mó trc giao c s dng v mi ngi s dng c gỏn mt mó tri ph riờng. Cỏc mó tri ph ny phi m bo iu kin trc giao sau õy: 1. Tớch hai mó ging nhau bng 1: c i c i =1 2. Tớch hai mó khỏc nhau s l mt mó mi trong tp mó: c i c j =c k 3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã  1 1 0 N k k C N    , trong đó N là số chip và C k là giá trị chip k trong một mã Bảng 1.1. cho thấy thí dụ sử dụng bộ mã gồm tám mã trực giao: c0, c1, …, c7. Bảng 1.2 và 1.3 cho thấy thí dụ khi nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được 1 và nhân hai mã khác nhau trong bảng 1.1 ta được một mã mới Bảng1.1. Thí dụ bộ tám mã trực giao c 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 c 1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c 2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 c 3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 c 4 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 c 5 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 c 6 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 c 7 +1 -1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 Bảng 1.2. Thí dụ nhân hai mã giống nhau trong bảng 1 được một c 1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1          c 1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1 c 1 c 1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 Bảng 1.3. Thí dụ nhân hai mã khác nhau trong bảng 1 được một mã mới trong tập 8 mã c 1 +1 +1 +1 +1 -1 -1 -1 -1          c 3 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 = c 2 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau: 11 KK i i i ii y y c x    (1.1) Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk). Nhân (1.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được: 1 K k k i i i ik x x c x     (1.2) Thành phần thứ nhất trong (1.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình1.2 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k. Hình 1.2a cho thấy sơ đồ giải trải phổ DSSS. Hình 1.2b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ K máy phát sau trải phổ, hình1.2c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 1.2d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb. Hình 4. Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu. Từ hình 4 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 1.2.b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 1.2.c: SIR=S1/S2. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain). [...]... nghệ DSSS -CDMA được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin, đặc biệt là trong hệ thống thông tin tế bào và PCS Với công nghệ này thì có những ưu điểm như sau: khả năng chống nhiễu phá, xác xuất chặn thấp, khả năng chống pha đinh đa huớng , tái sử dụng một tần số, quản lý tần số dễ dàng, sec tơ hóa…vv MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT DSSS: Direct-Sequence Spreading Spectrum- Trải phổ chuỗi trực tiếp CDMA: Code... Multiple Access- Đa truy nhập theo mã SS: Spread Spectrum- Trải phổ TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Trung, Kỹ thuật trải phổ và truyền dẫn đa sóng mang, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Trần Thiện Chính,, Kỹ thuật trải phổ, Nhà xuất bản khao học và kỹ thuật http://www.ebook.edu.vn/?page=1.1&view=3370 http://www.wirelesscommunication.nl/reference/chaptr05 /cdma/ dscd ma.htm