2.2.2 Đồng bộ trong hệ thống trải phổ nhảy tần FH-SS
2.2.2.1 Quá trình bắt mã PN trong các hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần
Các hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần thông th-ờng có hai loại sơ
đồ bắt mã PN: sơ đồ đầu tiên sử dụng bộ t-ơng quan tích cực, sơ đồ thứ hai sử dụng bộ t-ơng quan thụ động.
a/ Sơ đồ sử dụng bộ t-ơng quan tích cực
Sơ đồ bắt mã PN sử dụng bộ t-ơng quan tích cực đ-ợc mô tả trong hình 2.17(a). Đây là sơ đồ giữ chậm cố định với quét dò lần l-ợt. Giả sử chúng ta sử dụng bộ giải điều chế FSK, tín hiệu thu đ-ợc là:
) ( ) ) (
2 cos(
2 )
(t P f0 i f b f t n t
r l l (2.41) víi lTh t(l1)Th
ở đây Th là khoảng thời gian một b-ớc nhảy. Δf là tần số phân cách giữa hai tần số liền kề của các tần số nhảy, θ là pha (ch-a biết khi tới máy thu) của sóng mang, il là số nguyên chẵn, bl = 0 hoặc 1, phụ thuộc vào giá trị của bit thông tin trong b-ớc nhảy thứ l. Giá trị f0 + (il + bl)Δf là tần số đ-ợc truyền trong khoảng thời gian b-ớc nhảy thứ l, t(lTh,(l1)Th).
Nhắc lại il là một số nguyên chẵn đ-ợc xác định bởi máy phát PN. Ta biết không có dữ liệu nào đ-ợc phát trong thời gian bắt, do vậy bl = 0. lúc
đó:
r(t) 2Pcos(2(f0 ilf)t)n(t)
Víi lTh t (l1)Th (2.42) Giả sử rằng thời gian máy phát PN đ-ợc cập nhật là Th giây sau mỗi lần quyết định không gióng pha. Tín hiệu đ-ợc tạo do bộ tổng hợp tần số nội là:
w( t) = cos (2kl Δft),
víi lTh + < t < (l + 1)Th + (2.43)
Bộ tạo PN
u LPF
LPF
(.)2
(.)2 r(t)
?
K
Đến bám
§óng -giãng
Sai (không gióng)
)
(t
) 2 sin( f0t
) 2 cos( f0t
Bộ tổng hợp tÇn sè
j bit
0Th
Giải điều chế không kết hợp
Bộ tạo trễ PN với Th
f i
f0 0 f0i1f f0i2f v.v.
Th 2Th
0
Th f
k0 k2f v.v.
f k i f0(0 0)
f k i f0(1 0)
f k i f0(1 1)
v.v.
Tần số của r(t)
Tần số của w(t)
TÇn sè sau BPF
(a) Sơ đồ khối chức năng
(b) Biểu đồ tần số f k1
Hình 2.17: Hệ thống FH ’SS bắt nối tiếp dùng bộ t-ơng quan tích cực
ở đây kl là một số ngyên chẵn, đ-ợc xác định bởi máy phát PN,
2
h /
T
. Chú ý rằng bắt đầu mỗi b-ớc nhảy w(t) có chậm hơn sau r(t) giây, có thể quan sát trong biểu đồ tần số hình 2.17(b). Ta biết bộ tín hiệu PN nội ở máy thu và bộ tọa tín hiệu PN ở máy phát cần phải đồng nhất tức là dãy {...., k0, k1, k2, ...} giống dãy { ...., i0, i1, i2, .... }, ngoại trừ có thể dịch
tức là kl = il + v, ở đây v là số nguyên. Nếu kl = il, hai máy tạo tín hiệu PN
đ-ợc gióng không xa hơn Th/2, tức là chúng đã đ-ợc bắt pha. Nếu = 0 và v
= 0 hai máy trong trạng thái đồng bộ lý t-ởng.
Tích của r(t) và w(t) đ-ợc lọc qua bộ lọc thông dải và sau đó chúng
đi qua bộ giải điều chế không kết hợp. BPF có tần số trung tâm là f0 với độ rông băng hẹp. Kết quả của bộ giải điều chế không kết hợp là đ-ợc tích phân trên khoảng Th giây. Nếu đầu ra bộ tích phân u lớn hơn một ng-ỡng K, việc bắt đã đ-ợc xác nhận; ng-ợc lại, máy phát PN đ-ợc cập nhật pha Th
(một b-ớc nhảy) và quá trình đ-ợc lặp lại. Xem biểu đồ hình 2.17(b), tích của w(t)r(t) có chứa tần số f0 + (il - kl)Δf đối với phần chia của mỗi b-ớc nhảy (từ lTh tới lTh + nếu ’Th/2<0, hoặc từ + lTh tới (l + 1)Th nếu 0<
<Th/2), khi này nó chứa tần số f0 + (il - kl)Δf hoặc f0 + (il ’ kl+1)Δf đối với phần chia còn lại của b-ớc nhảy. Tín hiệu w(t).r(t) cũng chứa các tổng của các tần số f0 + (il + kl)Δf và f0 + (il+kl ± 1)Δf, phần này bị lọc đi sau khi qua bộ lọc thông dải BPF. Nếu kl = il, đây là tr-ờng hợp gióng pha, khi đó tần số f0 + (il - kl)Δf bằng f0, tần số này sẽ qua bộ lọc dải BPF và đ-a đến đầu ra của bộ tích phân, trong khi đó tần số f0 + (il + kl±1)Δf đã đ-ợc lọc bỏ sau khi qua BPF. Chúng ta có thể biểu diễn tín hiệu ở đầu ra ở bộ tích phân với kl = il là:
u = S + N (2.44) Trong đó N là nhiễu, S là tín hiệu cho bởi:
P Th
P Th
S ( ) 16
8
(2.45) Giá trị S lớn đối với đủ lớn. Mặc khác, nếu kl = kl + v, trong khi đó 1, khi t-ơng ứng với việc không gióng pha, thì các tần số trong tất cả các b-ớc
đều có dạng f0 + mΔf, trong đó m # 0, sẽ đ-ợc lọc qua BPF, và thành phần tín hiệu đầu ra của bộ tích phân sẽ bằng 0. Việc sử dụng các giá trị đó và
tham số thống kê nhiễu, chúng ta có thể tính toán ng-ỡng K và khoảng tích phân Th để xác suất cảnh báo nhầm bảo đảm một vài giá trị mong muốn.
b/ Sơ đồ sử dụng bộ t-ơng quan thụ động
Sơ đồ sử dụng bộ t-ơng quan thụ động đ-ợc biểu diễn trên hình 2.18.
0Th )
2 cos( k0ft
r(t)
BPF f0
Giải điều chế không
kết hợp
TrÔ Th
) 1 (
0Th )
2 cos( k1ft
BPF f0
Giải điều chế không
kết hợp
TrÔ Th
) 2 (
0Th
) 2 cos( k1ft
BPF f0
Giải điều chế không
kết hợp
TrÔ 0
?
k Tới bám
§óng (giãng)
Sai ( không gióng)
. . . . . .
u
Hình 2.18: Hệ thống bắt tuần tự dùng bộ t-ơng quan thụ động
ở đây, tần số cố định (klΔf, l = 0,...., -1) đ-ợc tạo máy thu để sử dụng cho nhánh t-ơng quan. Các tần số đó phải cùng tần số và cùng thứ tự với tần số đ-ợc tạo ra tại bộ tổng hợp tần số của máy phát, tức là kl = il
+ v, l= 0, 1, ...., -1, đối với một vài số nguyên v. Trong nhánh thứ l, r(t)
đ-ợc trộn với cos(2klΔf), sau đó qua bộ lọc BPF băng hẹp có tần số trung tâm là f0, tiếp là bộ giải điều chế không kết hợp (xem trên hình 2.18), một bộ tích phân trên một b-ớc (Th giây), và một bộ trễ ( - l)Th giây. Các giá trị từ nhánh đ-ợc cộng và kiểm tra việc gióng pha một lần trên một b-ớc
(tức là mỗi Th giây). Các bộ trễ đ-ợc đặt trên các nhánh, do đó kết quả đối với b-ớc liên tiếp, mà mỗi b-ớc từ mỗi một trong số nhánh sẽ xuất hiện tại cùng thời điểm tại bộ cộng. Khi tần số đ-ợc sử dụng tại máy thu trùng với các tần số phát trong b-ớc liên tiếp, thì giá trị đầu ra bộ cộng là cao.
Nếu không thì giá trị sẽ thấp. Do đó, việc gióng pha ng-ợc với việc không gióng pha có thể đ-ợc quyết định dựa trên giá trị u. Chú ý rằng hệ thống trong hình 2.17 thực hiện mỗi lần quyết định trong một b-ớc, trong khi đó hệ thống trong hình 2.18 chỉ quyết định một lần trong b-ớc. Do vậy, hệ thống trong hình 2.18 có một thời gian bắt ngắn hơn. Tuy nhiên, việc phân tích của nó lại khó hơn do đầu ra của bộ cộng có thể không độc lập thống kê từ b-ớc này sang b-ớc khác.
2.2.1.2 Quá trình bám mã trong hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần