4.3.1.Giới thiệu
Trong các hệ thống thơng tin việc sử dụng hiệu quả băng tần là vấn đề được quan tâm hàng đầu. Các hệ thống được thiết kế sao cho độ rộng băng tần càng nhỏ càng tốt. Trong W-CDMA để tăng tốc độ truyền dữ liệu, phương pháp đa truy cập kết hợp TDMA và FDMA trong GSM được thay thế bằng phương pháp đa truy cập phân chia theo mã CDMA hoạt động ở băng tần rộng (5MHz) gọi là hệ thống thơng tin trải phổ.
Đối với các hệ thống thơng tin trải phổ (SS : Spread Spectrum) độ rộng băng tần của
tín hiệu được mở rộng trước khi được phát. Tuy độ rộng băng tần tăng lên rất nhiều nhưng lúc này nhiều người sử dụng cĩ thể dùng chung một băng tần trải phổ, do đĩ mà hệ thống vẫn sử dụng băng tần cĩ hiệu quả đồng thời tận dụng được các ưu điểm của trải phổ. Ở phía thu, máy thu sẽ khơi phục tín hiệu gốc bằng cách nén phổ ngược với quá trình trải phổ bên máy phát.
Cĩ ba phương pháp trải phổ cơ bản sau :
- Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên cĩ tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit
- Trải phổ nhảy tần (FHSS : Frequency Hopping Spreading Spectrum) : Hệ thống FHSS thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số. Mẫu nhảy tần cĩ dạng mã ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian một chip TC được cố
định khơng đổi . Tốc độ nhảy tần cĩ thể thực hiện nhanh hoặc chậm, trong hệ thống
nhảy tần nhanh nhảy tần thực hiện ở tốc độ cao hơn tốc độ bit của bản tin, cịn trong hệ thống nhảy tần thấp thì ngược lại.
- Trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nén một khối các bit số liệu và phát ngắt quảng trong một hay nhiều khe thời gian. Mẫu nhảy tần thời gian sẽ xác định các khe thời gian được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung.
để lấy ra tín hiệu bằng cách nén phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng nhiễu phổ
rộng, cơng suất thấp giống tạp âm. Trong các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã ngẫu nhiên sao cho khơng cĩ cặp máy phát nào dùng
chung tần số hoặc khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh bị xung đột. Nĩi cách khác DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột. Hệ thống thơng tin di động cơng nghệ CDMA chỉ sử dụng DSSS nên ta chỉ xét kỹ thuật trải phổ DSSS.
4.3.2.Nguyên lý trải phổ DSSS
Trải phổ dãy trực tiếp (DSSS : Direct Sequence Spreading Spectrum) : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên cĩ tốc độ chip cao hơn rất nhiều so với tốc độ bit
Tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên và tốc độ bit được tính theo cơng thức sau : RC = 1/TC
Rb = 1/Tb Trong đĩ :
RC : tốc độ chip tín hiệu giả ngẫu nhiên. Rb : tốc độ bit.
TC : thời gian một chip. Tb : thời gian một bit.
4.3.3.Mã trải phổ
Các tín hiệu trải phổ băng rộng được tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm PN (Pseudo Noise). Mã giả tập âm cịn được gọi là mã giả ngẫu nhiên do cĩ các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN (Additive White Gaussian Noise) và cĩ biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định. Tuy nhiên máy thu cần biết mã này để tạo bản sao một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin. Vì thế mã giả ngẫu nhiên phải hồn tồn xác định.
Mã giả ngẫu nhiên được tạo ra bằng các bộ thanh ghi dịch cĩ mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR : Linear Feedback Shift Register) và các cổng XOR.
ci Si(1) Si(2) g1 g2 gm-1 ci-m Đến bộ điều chế Si(m)
Hình 4.10. Mạch thanh ghi dịch tạo chuỗi PN
Si(j) : Là giá trị phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. gi = 0 : khĩa mở, gi = 1 : khĩa đĩng.
Tb = Tn
Tb = Tn Tc
Tb : Thời gian một bit của luồng số cần phát
Tn : Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ TC : Thời gian một chip của mã trải phổ
mã tuyến tính bậc m (m > 0) : ( ) 1 1 0 1x ... g x g g x g x g m m m m + + + + = − − (với gm = g0 = 1). xm : Đơn vị trễ.
Giả sử ta nạp chuỗi giá trị khởi đầu cho thanh ghi dịch : S0 = {S0(1), S0(1), …S0(m)}
Giá trị đầu ra trong (m -1) xung đồng hồ đầu tiên là : C0 = S0(m)
C1 = S0(m-1) ….
Cm-1 = S0(1)
Tại xung đồng hồ thứ i (i > m-1) ta cĩ trạng thái của thanh ghi dịch : Si(m) = Si-1(m-1) = Si-2(m-2) = …= Si-m+1(1) (*) Si-m+1(1) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m) (gm = 1) => Si(m) = g1.Si-m(1) + g2.Si-m(2) + …+ Si-m(m)
Áp dụng cơng thức (*), ta cĩ :
Si(m) = g1.Si-1(m) + g2.Si-2(m) + …+ Si-m(m)
Giá trị đầu ra tại xung thứ i chính là giá trị phần tử nhớ Si(m) của thanh ghi dịch : => Ci = g1.Ci-1 + g2.Ci-2 + …+ Ci-m
Hay :
Ci+m = g1.Ci+m-1 + g2.Ci+m-2 + …+ Ci
Tốc độ của mạch như trên bị hạn chế về tốc độ do tổng thời gian trễ trong các
thanh ghi và các cổng loại trừ ở đường hồi tiếp. Để hạn chế thời gian trễ, nâng cao tốc