2.4.1. Tổng quan
Hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng kỹ thuật này thì các trạm của mạng phát liên tục trên cùng băng tần của kênh. Để có thể nhận dạng được tín hiệu mong muốn, mỗi máy phát và máy thu phải có một chữ ký riêng biệt. Chữ ký này được biểu diễn dưới dạng một dãy số nhị phân, gọi là mã. Mã đó được kết hợp với thông tin hữu ích tại mỗi máy phát. Tập các mã được sử dụng cần phải có các tính chất tương quan sau đây:
- Mỗi mã phải dễ dàng phân biệt được với chính bản sao của nó được dịch chuyển theo thời gian.
- Mỗi mã phải dễ dàng phân biệt với bất kỳ mã nào được sử dụng trong mạng.
Việc truyền mã kết hợp với thông tin hữu ích như vậy yêu cầu khả năng độ rộng dải tần vô tuyến lớn hơn nhiều so với yêu cầu truyền thông tin.
Có hai kỹ thuật được sử dụng trong đa truy nhập CDMA, đó là: - Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp, DS (Direct Sequence)
- Kỹ thuật trải phổ nhảy tần, FH (Frequency Hopping)
Các tín hiệu từ tất cả các trạm đều có cùng một vị trí trong bộ phát đáp về thời gian và tần số. Phía thu thực hiện quá trình trải ngược lại, sử dụng mã giống như đã dùng trải phổ ở phía phát để thu lại tín hiệu ban đầu. Điều này cho phép chỉ
thu các tín hiệu mong muốn, ngay cả khi các sóng mang trải phổ với các mã khác đến cùng thời gian.
2.4.2. Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-CDMA)
Mô hình đơn giản của một hệ thống thông tin vệ tinh truyển dẫn và đa truy nhập phân chia theo mã dùng kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp (DS-CDMA):
Đoạn tin nhị phân m(t) ở đầu vào được mã hóa dưới dạng mã đường dây NRZ, [m(t)= 1] và tốc độ bit là Rb = 1/Tb được nhân với chuỗi nhị phân p(t) để tạo tín hiệu đã được mã hóa dưới dạng đường dây NRZ, [p(t) = 1] và có tốc độ bit
Rc=1/Tc lớn hơn nhiều lần so với tốc độ bit của đoạn tin đầu vào.
Hình 2-9: Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống DS-CDMA trong thông tin vệ tinh
Tín hiệu hỗn hợp sau khi đã mã hóa được điều chế với sóng mang có tần số
fc theo phương thức khóa dịch pha và sau đó khuếch đại công suất để truyền lên bộ phát đáp của vệ tinh.
2.4.3. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH-CDMA)
2.4.3.1. Nguyên lý hoạt động
Đoạn tin đầu vào m(t) được mã hóa dưới dạng đường dây NRZ có tốc độ bit
Rb = 1/Tb được đưa vào điều chế với một sóng mang có tần số mà sóng mang đó được tạo ra bởi một bộ tổng hợp tần số điều khiển bởi một bộ tạo mã hoặc tạo chuỗi nhị phân. Bộ tạo mã này phân phát các chip có tốc độ bit là Rc. Nguyên lý điều chế thực hiện theo nguyên tắc điều chế dịch pha (QPSK, …).
Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền dẫn và đa truy nhập phân chia theo mã, ứng dụng kỹ thuật nhảy tần (FH-CDMA)
2.4.3.2. Thực hiện đa truy nhập
Các sóng mang khác nhau của các trạm trong mạng có thể theo các hành trình khác nhau. Tại máy thu, chỉ có sóng mang nào trùng với hành trình của sóng mang được tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số nội tại mới được giải điều chế. Do đó, tín hiệu đầu ra của bộ nhị phân, r(t) trong khoảng thời gian tH khi tần số của bộ tổng hợp tần số w0/2 là hằng số.
2.4.4. Tạo mã trong đa truy nhập CDMA
Một trong những yêu cầu quan trọng của đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) là phía phát cũng như phía thu phải có mã trải phổ. Hình dưới mô tả sơ đồ khối nguyên lý của một phương thức tạo dãy mã ngẫu nhiên.
Mô hình bao gồm một tập hợp r các bộ flip-flop hình thành một thanh ghi dịch chuyển với một tập hợp các đường nồi tiếp được tạo thành từ các mạch logic “OR”. Chuỗi các chip tại đầu ra biến đổi theo tốc độ Rc của xung đồng hồ.
Chuỗi các chip tại đầu ra tuần hoàn với chu kỳ 2n
– 1 và mỗi chu kỳ chứa 2n-1 – 1 bằng 0 và 2n-1
– 1 chip bằng 1.
2.4.5. Đồng bộ trong đa truy nhập CDMA
Việc đồng bộ giữa bộ tạo mã giả ngẫu nhiên tại máy thu và chuỗi mã giả ngẫu nhiên trong phổ của sóng mang mà máy thu thu được là điều kiện chủ yếu để thực hiện việc đa truy nhập. Chính nhờ có điều kiện này mà máy thu có thể phân biệt được đoạn tin hữu ích m(t). Việc đồng bộ được thực hiện theo hai pha:
- Thu nhận chuỗi mã. - Bám chuỗi mã.
2.4.5.1. Thu nhận chuỗi mã
Ở đây sóng mang thu nhận được s1(t) được nhân với chuỗi giả ngẫu nhiên được tạo ra tại máy thu. Chuỗi đó có lệch pha so với chuỗi thu được p(t). Tín hiệu s2(t) ở đầu ra của bộ nhân được đưa đến bộ lọc thông dải BPF (Band Pass Filter). Bộ lọc thông dải có dải thông ứng với sóng mang wc ở điểm giữa và có phổ tần rộng so với m(t) nhưng lại hẹp so với p(t). Bộ lọc đó có hiệu ứng của tích trung bình và như vậy tín hiệu đầu ra của bộ lọc được biểu diễn bởi:
Bộ tách hình bao được đặt sau bộ lọc để tách các giá trị đỉnh của tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc giá trị đỉnh của tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc.
Khi biên độ của sóng mang được điều chế bởi tín hiệu m(t) là hằng số thì tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng đường bao sẽ cho giá trị tuyệt đối của hàm tương quan
p(t), do đó:
Hình 2-12: Mô tả nguyên lý thu nhận chuỗi mã trong hệ thống DS-CDMA
Quá trình này lặp lại cho đến khi biên độ ở đầu ra của bộ tách đường bao vượt quá mức ngưỡng cố định và điều đó nói lên rằng quá trình đã đạt được đỉnh tương quan đối với . Sau đó quá trình chuyển sang chế độ bám.
2.4.5.2. Bám chuỗi mã
Vòng thu nhận ở đây bao gồm hai nhánh: một nhánh tiến và một nhánh lùi. Tín hiệu được tạo ra bởi bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên trong nhánh tiến là p(t + Tc/2)
và trong nhánh lùi là p(t - Tc/2). Hai tín hiệu tại đầu ra của bộ tách đường bao được
trừ nhau để tạo ra tín hiệu lỗi và tín hiệu đó
sau khi lọc sẽ được dùng để điều khiển bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên sẽ tiến hay lùi. Dấu của chỉ ra hướng hiệu chỉnh sẽ được thực hiện và sự biến đổi của là hàm của và nó có đặc tính của một tín hiệu lỗi trong vòng kiểm tra.
Hình 2-13: Nguyên lý hoạt động của quá trình bám mã
2.4.6. Nhận xét chung về đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
Chuỗi mã được sử dụng cho trải phổ có thể xem như là chữ ký của máy phát. Phía máy thu phục hồi lại thông tin hữu ích bằng cách giảm phổ của sóng mang đã được phát về độ rộng dải tần gốc của nó. Hoạt động này đồng thời cũng là trải (mở rộng) phổ của những người sử dụng khác bằng cách tương tự là những phổ đó xuất hiện như tạp âm của mật độ tạp âm thấp.
Hệ thống này có hiệu quả chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít nhiều tới các hệ thống khác. Tuy nhiên hệ thống này cần độ rộng băng tần lớn và gây ra tạp âm nhiễu lẫn nhau khi nhiều trạm dùng chung một bộ phát đáp, vì thế dẫn tới dung lượng truyền dẫn trên bộ phát đáp rất nhỏ.
Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) có những ưu điểm sau đây:
- Đơn giản trong vận hành bởi vì nó không cần bất kỳ một sự đồng bộ truyền nào giữa các trạm. Việc đồng bộ chỉ thực hiện ở phía máy thu với dãy mã của sóng mang thu được.
- Có tính kháng nhiễu cao, đặc biệt là nhiễu từ các hệ thống khác và nhiễu đa đường. Điều này rất tốt với những mạng có những trạm mặt đất cở nhỏ, búp sóng anten rộng và các hệ thống thông tin di động vệ tinh.
Nhược điểm chủ yếu của đa truy nhập CDMA là thông lượng thấp, độ rộng dải thông của đoạn không gian lớn được sử dụng có dung lượng toàn mạng nhỏ.
Chƣơng 3. CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG