1. 4 Thủ tục phát và thu tín hiệu
2.2.3. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH CDMA)
2.2.3.1. Nguyên lý chung
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số được chọn theo mã trong một tập hợp các tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần được chia nhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau. Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần số nào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.
Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng đểđiều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số khác nhau.
46
Hình 2.11: Sơ đồ khối của hệ thống trải phổ FH
Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb= 1/Tb , được mã hoá NZR. Sau đó được điều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t) được điều khiển bởi một bộ tạo mã. Bộ tổng hợp tần số sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc. Do đó, tần số sóng mang được xác định theo một tập hợp của log2N chip (N là số lượng các tần số sóng mang có thể có). Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra log2N chip liên tiếp. Như vậy, tần số sóng thay đổi theo các bước. Bước của tần số là RH =Rc /log2 N. Tại máy thu, sóng mang được nhân với một sóng mang chưa điều chế được tạo ra giống hệt bên phát. Sóng mang này được tạo ra nhờ bộ tạo mã PN giống như bên phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp. Như vậy, sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại bỏ tại nơi thu.
Điều chế FSK thường sử dụng cho các hệ thống này. Giải điều chế là không kết hợp do tần số sóng mang luôn thay đổi trong quá trình truyền tin.
Có 2 loại trải phổ nhảy tần là:
- Trải phổ nhảy tần nhanh. - Trải phổ nhảy tần chậm.
47
Trong hệ thống trải phổ nhảy tần (FH-SS), tần số vô tuyến phát đi không đổi trong mỗi chip (trong mỗi khoảng nhảy tần) nhưng thay đổi từ chip đến chip. Tần số nhảy tần được phát đi bởi bộ tổng hợp tần số được điều khiển bởi những từ “word”, mà mỗi từ word gồm m số nhị phân, word m bit này tạo ra M = 2m, với m = 1,2,3,…
Trong hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (SFH) có bước nhảy ngắn, tốc độ chip fH bé hơn tốc độ chip fb của tín hiệu băng gốc. Do đó trong cùng một tần số có nhiều bit băng gốc phát đi trước, khi nó nhảy đến tần số vô tuyến RF kế.
Gọi một bước nhảy tần số giữa hai tần số kề cận nhau của bộ tổng hợp tần số là f (f phải lớn hơn tốc độ bit 1).
Bề rộng dải tần vô tuyến của tín hiệu phát là W = K.M.f Với K là hệ số nhân tần.
M là số tần số có thể của bộ tổng hợp tần số. Tăng ích xử lý của hệ thống nhảy tần:
GP =
f W
= K.M
Chu kỳ bước nhảy ngắn T H liên quan với chu kỳ bit là T H = kTP . fc=
H H
T f
Trải phổ nhảy tần nhanh:
Trong hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh (FFH) tốc độ chip rất nhanh, tốc độ chip lớn hơn tốc độ tin tức gốc. Trong trường hợp này, một chu kỳ bít thông tin được phát đi nhờ hai hay nhiều tín hiệu RF nhảy tần. Chu kỳ nhảy là:
TC =T H =
k
1
Tb k= 1,2,3…
Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh trong một bít truyền xảy ra k bước nhảy tần số, có nghĩa là Tb = kTC hay fb =
c
f
1
, nên băng thông của tín hiệu phát là: BWRF = k.(K.M.f)
48 G= mod BW BWRF = f f M K k . . . =K.k.M
Do đó tăng ích xử lý của hệ thống FFH phụ thuộc vào tần số khác nhau M, số bước nhảy trên bit k, và hệ số nhân tần K.
Đặt tính của hệ thống trải phổ nhảy tần trong môi trường nhiễu giao thoa: Trong hệ thống CDMA, trải phổ nhảy tần với giả thiết tạp âm nhiệt không đáng kể và không mã hóa sửa sai. Xác xuất sai lỗi trung bình là:
e
P =
M J
Với J là số lượng can nhiễu có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất sóng mang của tín hiệu đang xét.
M là tổng số các tần số có thể của bộ tổng hợp tần số.
Trong trường hợp áp dụng mã hóa sửa sai và nhảy tần nhanh thì: Pe= c x c x r x q p r c ( r c ) = )! ( ! ! r c r c là tổ hợp chập của c phần tử. Với p= M J
là xác suất sai đơn. q = 1-p
c: Là số lượng chip cho một bit tin tức nguồn. r: Là số lượng chip sai dẫn đến một bit lời giải sai.
2.2.3.2. Kỹ thuật FH/SS nhanh
Ở kỹ thuật FH/SS nhanh, có ít nhất một lần nhảy với một bít số liệu. Với T là chu kỳ của tín hiệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì T/Th ≥ 1. Trong khoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số j tần số { f0 , f0 + f , f0 +2 f , … , f0+(j-1) f } được phát. Trong đó f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thường được chọn bằng 1/Th. Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu như sau:
49
Hình 2.12: Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T=3Th
2.2.3.3. Kỹ thuật FH/SS chậm
Khi tốc độ nhảy tần số của sóng mang trải phổ nhỏ hơn tốc độ dữ liệu ta có hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (T/TH < 1). Về cơ bản thì hai hệ thống trải phổ nhảy tần chậm và nhảy tần nhanh tương tự nhau. Dưới đây là biểu đồ tần số của hệ thống trải phổ nhảy tần chậm với T/TH= 1/2:
50
Hình 2.13: Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T/T = ½