ky thuat trai pho

Quá trính trải phổ đạt được bằng cách nhảy tần số sóng mang trên một tập lớn các tần số.Sự nhảy tần của tần số sóng mang được quyết định của các mã nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên đượ[r]

Kĩ Thuật Trải Phổ

Tổng quan Tổng quan

Kĩ thuật trải phổ công nghệ sử dụng nhiều qn có đặc tính chống nhiều bảo mật cao Ngày thành phần tất yếu hệ thống

Các ưu việt CN trải phổ

Các ưu việt CN trải phổ • Tính bảo mật cao

• Chống nhiễu tốt

Phân Loại Phân Loại

• Trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS)

Quá trình đạt cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên cách trực tiếp tín

hiệu trải phổ đưa có độ rộng phổ xấp xỉ tốc độ mã giả ngẫu nhiên

• Trải phổ nhảy tần

Kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp

Kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp

Sử dụng mã trải phổ băng rộng để điều chế tín hiệu

DSSS sử dụng điều chế BPSK

DSSS sử dụng điều chế BPSK

Mã trải phổ tín hiệu NRZ (non return to zero) có giá trị  điều chế trực tiếp tín hiệu sóng mang

điều chế BPSK

Bộ điều chế liệu

S(t) C(t)

d(t)

Dữ liệu nhị phân

Sóng mang

Mã trải phổ 1

 t 2PCos 0t (t)

Sd   d

 t PCos t  t  t 

ST  0 d c

• Nếu c(t) d(t) nhận gía trị  ST(t)

được viết đơn giản sau ST (t) = d(t) c(t) Cos0t

= c(t)2P Cos [0t + d (t)]

Trong

Ở bên nhận

Ở bên nhận

Lọc thông

Dải Giải điều chế BPSK

 t  PCt  Td Cos t  Td dt  Td 

R 0

 T

C(t - d) Sd(t)

• Việc giải điều chế tín hiệu thu tiến hành theo bước Bước : Thực trình nén phổ

Bước thực cách nhân R(t) với C(t - d)

R*(t) = c(t-Td) c(t- d) Cos[0(t-Td) + d(t-Td) + ]

Nếu đồng tốt Td = d c(t- Td)c(t - d) =

Khi tín hiệu lọc thơng dải cịn mang tín hiệu dliệu

R*(t) = Cos[0(t-Td) + d(t-Td) + ]

Như sau nén phổ ta thu đc dliệu giống bên phát bị trễ khoảng thời gian Td



T

P

2 T 

T T

P

• Bước : Gi i i u ch pha ả đ ề

ã Tín hiệu sau lọc thông dải R*(t) đ ợc qua giải điều

chế BPSK để thu lại d liệu d(t).ữ

Sau ta xem xét phổ công suất sãng mang ®iỊu chÕ DS/BSK

DSSS sử dụng điều chế QPSK

DSSS sử dụng điều chế QPSK

• ĐiỊu chÕ pha mức (QPSK) sử dụng nguyên lý tổ hợp bit

Khối phát

Khối phát

P

P

Bộ điều chế pha Bộ lai cầu phương Dữ liệu vào d(t)  C1(t) C2(t) ST(t) Sd(t)

Cos[0t+d(t)]

P

Sin[0t+d(t)]

Cos0t

P

I

Đầu điều chế pha tín hiệu điều chế pha trạng thái

Sd(t) = Cos[0t + d(t)]  t  Ts

trong d(t) góc pha sóng mang bị điều chế nhận giá trị /4, 3/4, -/4 , -3/4 tuỳ theo cặp bit t ơng ứng

P

00 01

10 11

D liệu sau qua điều chế pha đ ợc đ a qua chuyển ữ đổi nối tiếp song song tạo tín hiệu sóng mang đ ợc điều chế liệu trực giao với đ ờng đ ợc gọi kênh I ( kênh đồng pha ) kênh Q ( kênh cầu ph ơng )

Sãng mang trªn kªnh I là: SdI(t) = Cos[0t + d(t)] Sóng mang kênh Q là: SdQ(t) = Sin[0t + d(t)]

sóng mang kênh điều chế với mã trải phổ

C1(t) vµ C2(t) t ơng tự nh trinh điều chế trải phổ BPSK

• Tín hiệu trải phổ kênh I Q

• STI(t) = Cos[0t + d(t) + C1(t)] • STQ(t) = Sin[0t + d(t) + C2(t)] • Tín hiệu phát :

ST(t) = STI(t) + STQ(t)

= C1(t) Cos[0t + d(t)] + C2(t) Sin[0t + d(t) ]

P

P

Khối thu

Khối thu



T

Bé chia c«ng suÊt

Lọc thông dải

 phaQPSKGiải đchế TÝn hiÖu thu

ST(t-Td)

2Cos[(0 + IF)t + ]

2Sin[(0 + IF)t + ]

X(t)

Tín hiệu đầu vào giải điều chế

ST(t-Td) = C1(t-Td) Cos[0t + d(t)] + C2(t-Td)

Sin[0t + d(t) ]

Sau chia cơng suất thi tín hiệu nhánh X(t) Y(t) cịn nửa cơng suất tần số không đổi , bỏ qua lệch pha ngãu nhiên

X(t) Y(t) có dạng :

X(t) = C1(t-Td) C1(t- d) Cos[0t + d(t)] 2Cos[(0+ IF)t] + C2(t-Td) C1(t- d).Sin[0t + d(t) ]

2Cos[(0+ IF)t]

P P

2 /

P T 

T

2 /

Nếu đạt đồng tốt X(t) có dạng:

X(t) =  Cos[20t+IFt+d(t)] + Cos[-IFt +d(t)] 

lọc thông dải điều chỉnh để cộng hưởng tần số trung tâm IFt có độ rộng đủ lớn để sóng qua mà

khơng bị biến dạng, tín hiệu X(t) lân cận tần số trung tâm

IFt :

X*(t) = Cos[-IFt +d(t)]

Tương tự cho Y(t) kết có dạng Y*(t) = Cos[-IFt +d(t)]

Tín sau lọc thơng dải :

Z*(t) = X*(t) + Y*(t) = Cos[-IFt +d(t)]

Như ta thấy sóng mang điều chế liệu phục hồi , cho qua giải điều chế QPSK ta thu liệu d(t)

Thông số quan trọng trình trải phổ độ tăng ích hệ thống định nghĩa tỷ số độ rộng băng tần trải phổ tốc độ liệu vào :

GP = WSS / Rb

WSS : độ rộng băng tần trải phổ có giá trị xấp xỉ tốc độ chip mã trải phổ

Wss  Rc=1/Tc

Rb : Tốc độ d liệu Rb=1/Tbữ

GP = WSS/ Rb = Tb/Tc

Kĩ thuật trải phổ nhảy tần

Kĩ thuật trải phổ nhảy tần

o Được phát minh nữ diễn viên Hollywood Hedy Lamarr o Là kĩ thuật điều chế tần số sóng mang nhảy

các dải tần khác

o Được thiết kế với mục đích quân chia 83,5 Mhz phổ thành 79 kênh , kênh 1Mhz công tác tần số 900Mhz, tốc độ nhảy tần khoảng 2,5 hops/s (US)

Các ưu nhược điểm Các ưu nhược điểm

Ưu điểm :

• Giảm fading đa đường tín hiệu sóng mang có tần số khác

• Sủ dụng phần dải thông nhỏ thời điểm

Nhược điểm :

• Fụ thuộc nhiều vào yếu tố mơi trường

Phân Loại

Phân Loại

Phân loại dựa tương quan tốc độ nhảy tần RH tốc độ điều chế RS

ã Nếu RH bội RS thỡ ta cú nhy tn nhanh

ã Nếu RS béi cđa RH thì ta có nhảy tần chậm

Phân loại theo kiểu điều chế giải điều chế ta có loại :

• Hệ thống nhảy tần kết hợp (Coherent FH/SS)

• Hệ thống nhảy không tần kết hợp (Non Coherent FH/SS) Sau hình ảnh minh họa cho loại nhảy tần nhanh

Mơ hình hệ thống trải phổ nhảy tần

Mơ hình hệ thống trải phổ nhảy tần

Điều chế nhảy tần

Tạo mã PN Bộ điều chế

MFSK

Giải điều chế Nhảy tần

Giải điều chế MFSK

Tạo mã PN Dữ liệu

d(t)

1 … k … k

Dữ liệu Kênh

truyền



Nhiễu

Bên phát Bên thu

Xung nhịp Xung nhịp

Hoạt động

Hoạt động

• Ở phía phát liệu d(t) đưa tới điều chế MFSK để điều chế sóng mang sau đưa tới điều chế

nhảy tần với mã nhảy tần giả ngẫu nhiên

• Ở phía thu q trình diễn ngược lại,tín hiệu qua giải điều chế nhảy tần đễ khơi phục lại sóng mang, sau sóng mang qua giải điều chế MFSK thông thường để khôi phục lại liệu

Hệ thống nhảy tần chậm kết hợp

Hệ thống nhảy tần chậm kết hợp

Bộ điều chế

Dữ liệu Lọc thông cao

Trải phổ nhảy tần

Tạo mã PN

1 k

…

D liƯu vµo d(t)ữ

Nhịp

hT(t)

P

2P

2

S(t) = Cos2P 0t

Sơ đồ khối phía thu

Mạch lọc tần

số ảnh Lọc thông dải

Trải phổ nhảy tần

1 k

… Nhịp

hR(t)

Bộ giải điều chế MFSK

Cos0t

P

Tín hiệu hT(t) đầu chọn lọc tần số có dạng

• hT(t) = 2p(t - nTC ) Cos(nt + n)

• p(t): hàm xung đơn vị độ rộng xung nhảy tần Tc( thời

gian tån t¹i tone)

 n: tÇn sè gãc cđa tone nhÈy thø n víi - < n < +

 n : góc pha tone nhẩy thứ n (đ ợc xác định lại phía thu để

thùc hiƯn gi¶i điều chế quán- kết hợp

 

Từ sơ đồ ta thấy sóng nhảy tần phát tích hR(t) hàm Sd(t)

Tại phía thu tín hiệu nhận có dạng :

ST(t-Td) = p(t-Td -nTC) Cos[(0+n)t - n+

d(t-Td)-(0+n)Td]

Trong Td trễ truyền dẫn

Tín hiệu đổi tần xuống th hR(t)

hR(t) = p(t - d - nTC ) Cos(nt + n -  d)

  d    T d    c  n n

T t S t h t S t p t nT Cos t

S      

Trong trường hợp lý tưởng sóng mang phía thu đồng với sóng mang phía phát tức d=Td

Sau qua lọc thông dải để loại bỏ thành phần tần số khơng cần thiết ta có tín hiệu tới giải điều chế MFSK :

S*d(t) = ST(t-Td) hR(t)

= p(t - Td - nTC ) Cos[0t - 0Td+d(t-Td)]

= Cos[0t - 0Td+d(t-Td)]

Như Sd*(t) sóng mang bị điều chế liệu, sau qua giải điều chế thông thường , ta nhận liệu d(t) đầu

 T

P

2 

  n

P

• Các tín hiệu trải phổ sử dụng mã giả ngẫu Các tín hiệu trải phổ sử dụng mã giả ngẫu

nhiên để trải phổ tín hiệu điều khiển nhảy tần số

nhiên để trải phổ tín hiệu điều khiển nhảy tần số

nên vấn đề đồng xem yếu tố sống

nên vấn đề đồng xem yếu tố sống cịn

• Với kĩ thuật trải phổ cần phải có Với kĩ thuật trải phổ cần phải có thơng tin thời gian tín hiệu phát để nén

thơng tin thời gian tín hiệu phát để nén

tín hiệu thu giải điều chế tín hiệu vừa

tín hiệu thu giải điều chế tín hiệu vừa

được nén Đặc biệt hệ thống DS-SS

được nén Đặc biệt hệ thống DS-SS

chúng ta chệch khoảng thời gian chip

chúng ta chệch khoảng thời gian chip

thì khơng thể nén tín hiệu trải phổ thu

thì khơng thể nén tín hiệu trải phổ thu

được nên khơng thể tìm tín hiệu liệu ban

được nên khơng thể tìm tín hiệu liệu ban

đầu

đầu

Vấn đề đồng trải phổ

Đồng chia làm giai đoạn

• Bắt mã( Acqition)

Ở bước mã trải phổ (mã thu mã tự sinh bên nhận ) đồng chỉnh với nhau, đồng máy phát máy thu khoảng thời gian xac định  Tc

• Bám mã (tracking)

Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc đồng bộ

Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc đồng bộ

• Khoảng cách máy thu máy phát khơng xác định dẫn đến tính tốn giá trị trễ truyền dẫn khơng xác

• Nhịp tương đối giữ máy thu máy phát không thiết lập dẫn đến khác pha tín hiệu trải phổ máy phát máy thu

Đặc điểm hầu hết chiến lược đồng

Bước bắt mã

Bước bắt mã

Tín hiệu thu

Bộ tạo tín hiệu PN

tham chiếu

BPF Tách

lượng

Thiết bị định

Bên thu chọn pha cho dãy PN máy thu để nén phổ tín hiệu thu được.Tín hiệu sau nén phổ cho qua lọc thông dải Nếu pha chúng giống BPF nhận tồn cơng suất tín hiệu vừa thu thiết bị điều khiển cho kết thúc chu trình bám Ngược lại pha thử chọn khơng khớp với tín hiệu thu

được, xuất tín hiệu băng rộng đầu vào BPF thu nhận phần công suất nhỏ Dựa vào điều máy thu định pha dò không