1. 5 Kết luận
2.1 Kỹ thuật trải phổ và phân loại
Sau chiến tranh thế giới thứ II, xuất phát từ vấn đề bảo mật và chống nhiễu cố ý đặt ra đối với thông tin vô tuyến và ra đa, từ cuối những năm 1940 quân đội Mỹ, đặt biệt là các chuyên gia nghiên cứu ITT (international telephone Telegraph) đã xúc tiến một nguyên tắc thông tin hoàn toàn mới dựa trên công trình của Claude Elwood Shannon: thông tin dựa trên nguyên tắc trải phổ tín hiệu. Nguyên tắc thông tin này cho phép che dấu tín hiệu trong nền tạp âm bằng cách phát nó với công suất thấp và dãn phổ tín hiệu rộng hơn. Ngày nay kỹ thuật này đang được sử dụng nhằm cho phép truyền tin tin cậy trong một loạt ứng dụng thương mại bao gồm thông tin trên xe di dộng và thông tin vô tuyến.
Các hệ thống thông tin trải phổ là các hệ thống sử dụng tín hiệu có băng tần W rất rộng, thường gấp hàng trăm lần tốc độ bít của hệ thống nhờ sử dụng kỹ thuật trải phổ bằng các tín hiệu giả tạp PN (Pseudo Noise). Khi chỉ có một người sử dụng băng tần trải phổ, thì hiệu quả băng tần là thấp, nhưng nếu nhiều người cùng sử dụng một băng tần thì hiệu quả băng tần là cao mà vẫn giữ được ưu điểm của kỹ thuật trải phổ.
Ý tưởng của kỹ thuật trải phổ dựa trên định lý thứ ba của Shannon, định lý này được phát biểu như sau: với một kênh có tạp âm trắng chuẩn cộng tính (AWGN: Additive white gaussion noise), tương quan giữa dung lượng kênh, công suất và độ rộng dải tần và chất lượng được cho bởi:
C=B.log2(1+S/N)
trong đó C là dung lượng kênh, B là độ rộng phổ tần chiếm của tín hiệu còn S/N là tỷ số công suất tín hiệu và tạp âm.
Như vậy với một dung lượng C xác định, có thể truyền với tỷ số tín hiệu trên tạp rất thấp nếu tín hiệu có phổ rất rộng. Điều này có thể thực hiện nhờ trải rộng phổ
ở phần phát và nén phổ ở phần thu. Trên cơ sở này cho phép hệ thống liên lạc tốt trong điều kiện có nhiễu mạnh, thậm chí che giấu tín hiệu trong nền nhiễu, nhờ đó đối phương rất khó phát hiện tin tức truyền đi. Hơn nữa việc sử dụng các dãy giả ngẫu nhiên nên về mặt thực tế đối phương hầu như không thể giải mã được thông tin. Hình 2.1 dưới đây là sơ đồ khối của một hệ thống truyền thông số thông thường. Mỗi một khối thực hiện một chức năng cụ thể. Khối mã hóa nguồn lấy dữ liệu được cung cấp bởi nguồn tin và mã hóa nó theo một cách tối ưu cho việc truyền đi bằng cách bỏ các bits dư thừa hoặc nén thông tin. Khối mã mật lại mã hóa dữ liệu một lần nữa để tăng cường tính bảo một cho việc truyền đi. Việc mã hóa kênh sẽ thực hiện một số biến đổi lên dữ liệu đầu vào để giảm sự suy giảm chất lượng khi truyền trên kênh truyền. Quá trình điều chế đưa dữ liệu vào trong sóng mang vô tuyến, sau đó có thể được kết hợp với các tín hiệu khác trong mô hình đa truy cập rồi truyền đi qua anten phát. Ở phía thu mỗi khối sẽ thực hiện chức năng ngược lại với phía phát để khôi phục lại thông tin
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền thông số
Truyền thông số sử dụng kỹ thuật hỗn loạn cũng yêu cầu các khối tương tự như như trên, tuy nhiên chúng ta có thể áp dụng tính chất phi tuyến tính vào từng
Nguồn tin Mã nguồn Mã Mã kênh Điều chế K ên h
Trải phổ Đa truy
cậpNguồ
Tải tin Giải mã nguồn Giải mã mật Giải mã kênh Giải điều chế Giải trải phổ Đa truy cập Máy phát Máy thu
khối. Ở khối mã hóa/giải mã chúng ta có thể “nhúng” dữ liệu vào một chuỗi hỗn loạn mà chỉ ở phía thu biết để tăng cường sự bảo mật. Ở khối mã hóa/giải mã kênh chúng ta có thể sử dụng các kỹ thuật mã hóa kênh hỗn loạn để đạt được sự chống lại hiện tượng kênh fading tốt hơn. Ở khối trải phổ người ta có thể sử dụng tính chất hỗn loạn thay cho các chuối PN code để dùng trong trải phổ. Đặc biệt việc điều chế sử dụng sóng mang hỗn loạn với rất nhiều ưu điểm như cho có thể truyền thông băng rộng, cải tiến được tính chống lại fading và hỗ trợ đa truy cập kênh đang được nghiên cứu rất nhiều.
Đặc điểm cơ bản của hệ thống thông tin trải phổ là phổ tín hiệu được truyền đi rất rộng. Tuy nhiên không phải hệ thống thông tin nào có phổ rộng cũng được gọi là hệ thống thông tin trải phổ. Một hệ thống thông tin được định nghĩa là hệ thống thông tin trải phổ nếu nó thỏa mãn ba điều kiện sau đây:
1. Tín hiệu truyền đi chiếm một độ rộng băng tần truyền dẫn W lớn hơn rất nhiều bề rộng băng tần truyền dẫn tối thiểu Bi cần thiết để truyền thông tin.
2.Việc trải phổ tín hiệu được thực hiện nhờ tín hiệu trải thường được gọi là mã trải phổ độc lập với dữ liệu cần truyền. Tín hiệu trải phổ thường được chọn nhằm tạo ra một phổ tổng cộng gần giống phổ tạp âm.
3.Quá trình nén phổ được thực hiện nhờ tính tương quan giữa tín hiệu thu đ- ược và tín hiệu giải trải là bản sao đồng bộ của tín hiệu đã trải đã sử dụng ở phần phát.
Các phần tử cơ sở của một hệ thống thông tin trải phổ được minh họa ở hình 2.2. Trong mô hình hệ thống thông tin trải phổ chúng ta thấy bộ mã hóa, bộ giải mã, bộ điều chế và bộ giải điều chế là các phần tử cơ sở của một hệ thống thông tin số truyền thống.
Hình 2.2: Mô hình một hệ thống thông tin trải phổ
Ngoài các phần tử này, hệ thống thông tin trải phổ còn có hai bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên như nhau, một trong chúng giao tiếp với bộ điều chế ở đầu phát, bộ kia thì giao tiếp với bộ giải điều chế ở đầu thu. Hai bộ này tạo ra một chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên hay giả tạp (PN: Pseudo Noise) được sử dụng tại bộ điều chế để trải tín hiệu phát đi về phổ và giải trải tín hiệu thu được tại bộ giải điều chế.
Chuỗi PN được tạo ra ở máy thu phải đồng bộ với chuỗi PN hàm chứa trong tín hiệu thu được để giải trải tín hiệu thu được đã được trải phổ. Trong một hệ thống thực tế việc đồng bộ được thiết lập trước khi truyền thông tin bằng cách truyền mộtmẩu bít PN cố định được thiết kế sao cho máy thu sẽ tách được nó với xác suất cao ngay cả khi có nhiễu. Sau khi việc đồng bộ thời gian của các PN đã thực hiện xong, việc truyền thông tin bắt đầu. Trong chế độ truyền dữ liệu, hệ thống thông tin thường bám định thời với tín hiệu thu được và giữ cho bộ PN được đồng bộ.
Sơ đồ chức năng của một hệ thống thông tin trải phổ được trình bày trong
hình 2.2. Từ sơ đồ khối trải phổ trong một hệ thống thông tin vô tuyến ta thấy rằng: phổ của tín hiệu số sau khi được xử lý: nén dữ liệu, mã hóa sửa sai, sau đó sẽ được trải rộng đến băng tần cần thiết bằng cách nhân tín hiệu với chuỗi PN tạo ra từ khối tạo chuỗi PN. Tiếp theo, tín hiệu qua bộ điều chế chuyển phổ này tới băng tần truyền dẫn. Tín hiệu đã điều chế được khuếch đại công suất và phát trên kênh truyền dẫn mặt đất hoặc kênh vệ tinh. Tại đầu thu, máy thu sẽ thực
Bộ điều chế Kênh Bộ giải điều chế Bộ tạo mẫu giả ngẫu nhiên Bộ tạo mẫu giả ngẫu nhiên Dãy tín hiệu vào Dãy tín hiệu ra Bộ giải mã kênh Bộ mã hóa kênh
Để tách được tín hiệu cần thiết thì cần có sự đồng bộ chuỗi PN giữa đầu thu và đầu phát. Việc đồng bộ được thực hiện nhờ khối đồng bộ chuỗi. Việc đồng bộ đ- ược thiết lập ban đầu và thực hiện liên tục trong suốt quá trình truyền dữ liệu. Trên kênh truyền dù là kênh mặt đất hoặc kênh vệ tinh, chắc chắn luôn có sự tác động của nhiễu. Đối với hệ thống thông tin trải phổ, hiệu quả chống nhiễu là khá cao đối với các nhiễu không cố ý.
