Nhiễu tạp õm xung thường cú ưu điểm hơn về khả năng tập trung năng lượng nhiễu trong cỏc xung ngắn. Mỏy phỏt nhiễu xungcúthểgõyrasự gia tăng đỏng kểtốc độ lỗi bitso với mỏygõy nhiễuliờntục vớicụng suất như nhau.
Nhiễu tạp õmxung xuất hiện khimột mỏy phỏt nhiễucú cụng suất J=J0/ρ, với J là cụng suất nhiễu tại đầu ra mỏy thumong muốn và ρlàmột phần nhỏ củathờigiangõy nhiễuđượcbật lờn.
Xỏcsuấtlỗi bitcho một hệ thốngBFSKkhụng kết hợpkhi sử dụngnhiễutạp õm xungcú thể đượctớnh toỏn như sau:
Pb = 1-ρ2 e -Eb 2N0+ ρ 2 e -Eb 2(N0+J0/ρ) (2.26) Xỏc suất lỗibitđối với một hệ thốngBPSKkết hợp khi sử dụngnhiễutạp õmxung là: Pb = 2Eb N0+J0 ρ + (1-ρ)Q 2Eb N0 (2.27) 2.5.3 Nhiễu tone
Trong trường hợp gõy nhiễu toneđối vớiBFSK khụng kết hợp, hệ thốngthụng tinbị tấn cụng bởimộtnhiễu tone:
SJ(t) = AJ cos[2π(ƒc + Δƒ/2)t + θj ]
Với θt là một biến ngẫunhiờnbiến thiờntrongkhoảng [0,2π]. Xỏc suấtlỗibitđối với một hệ thốngBFSKkhụng kết hợp khi sử dụngnhiễutone là:
Pb = 12 Q( Pj
N0/Tb),( Pc
N0/Tb) (2.28) Ở đõy, Q (α, β) là hàm Q theo cụng thức của Marcum, Pj là cụng suất nhiễu, Pclàcụng suất súng mang.Tổngquỏtcủa hàmQ theo cụng thức Marcumlà:
Q(α,β) = β ∞ xe X2+a2 2 I0(αx)dx ( 2.29) I0(x)làhàmBesselđầu tiờn.
Trong trường hợp gõy nhiễu toneđối với BPSK kết hợp, hệ thống truyềnthụngbị tấn cụng bởinhiễu tone
Sj (t) = 2AJcos[2πƒc + θt ] ,với θtlà biến ngẫu nhiờn trong khoảng (0, 2π).
Xỏc suất lỗibitđối với một hệ thốngBPSKkết hợp khi sử dụng nhiễu tone là: Pb = 1π 0 π Q( 2Eb N0(1 + Pj Pc cosθj)) dθj (2.30) Ở đõy, Pj là cụng suất nhiễu, Pb là cụng suất súng mang
2.6 Lý thuyết gõy nhiễu bằng trải phổ
Như đó nờu ở trờn, cú nhiều dạng súng khỏc nhau cú thể được sử dụng để gõy nhiễu cỏc hệ thống thụng tin liờn lạc. Cỏc dạng súng gõy nhiễu chớnh cho thụng tin liờn lạc phổ trải rộng là nhiễu tạp õm băng thụng rộng, nhiễu tạp õm dải cục bộ, nhiễu đa õm, nhiễu xung, nhiễu lặp lại.
2.6.1 Nhiễu tạp õm băng thụng rộng
Nếu muốn gõy nhiễu toàn bộ phổ trải rộng của băng thụng, Wss, với năng lượng cốđịnhcủa nú, việc gõy nhiễuđược hướng theogõy nhiễubăng rộng, vàmật độphổ cụng suấtnhiễu là:
J0 = WJ
ss ( 2.31) J là cụng suất nhiễu cố định thu được
Trong chương II đó chỉ ra xỏc suất lỗi bitPb đối với một hệ thốnggiải điều chếBPSKkết hợp là:
Pb = Q 2Eb N0
39
Mật độ phổ cụng suất nhiễu N0 đặc trưng cho tạp õm nhiệt ở cuối đầu vào mỏy thu. Việc sử dụng nhiễu đó làm tăng mật độ phổ cụng suất nhiễu từ đến (N0 + J0). Vỡ vậy, xỏcsuấtlỗi bittrungbỡnhđối với một hệ thốngBPSKkết hợp khi sử dụngnhiễubăng thụng rộnglà:
Pb= Q 2Eb
N0+J0 = Q
2Eb/N0
1+J0/N0 (2.33) Sử dụng phương trỡnh 2.19 chỳng ta cú thể viết được phương trỡnh 2.34 như sau:
Pb =Q 1+(Eb+N0)(J/S)/(Wss+R)2Eb/N0 = Q 1+(Eb+N0)(J/S)/G2Eb/N0
p(2.34) Ở đõy, Gp là độ khuếch đại xử lý (Wss/R). Với tỷ lệ nhất định cường độ nhiễu và cường độ tin hiệu sẽ gõy ra xỏc suất lỗi. Cỏch duy nhất làm giảm xỏc suất lỗi này là tăng tốc độ xử lý.
2.6.2 Nhiễu tạp õm dải cục bộ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu mục tiờu gõy nhiễu là chế ỏp một dải tần số trong toàn bộ băng thụng trải phổ, Wss, với cường độ khụng đổi, thỡ nhiễu đú được gọi là nhiễu cục bộ. Một nguồn nhiễu thường cú thể tăng hệ số suy giảm đối với một hệ thống nhảy tần bằng cỏch sử dụng nhiễu cục bộ. Giả thiết rằng, dạng điều chế nhảy tần được phỏt hiện là FSK nhị phõn khụng kết hợp và khi đú xỏc suất lỗi bớt là:
Pb = 12 e -Eb
2N0 (2.35)
Chỳng ta xỏc định được tham số ρ với 0< ρ <1, tương ứng với phần băng thụng bị nhiễu. Mỏy gõy nhiễu cú thể thay đổi dải thụng bị gõy nhiễu với cựng cường độ nhiễu trong toàn dải, như vậy băng thụng bị gõy nhiễu là W=Wssρ, như vậy mật độ phổ cụng suất nhiễu cú thể được tập trung tới mức J0/ρ, do đú duy trỡ một cường độ nhiễu ở mỏy thu là J=J0Wss
Trong trường hợp gõy nhiễu cục bộ, xỏc suất truyền cỏc ký tự khụng bị ảnh hưởng bởi nhiễu là 1-ρ, và bị gõy nhiễu với cụng suất mỏy phỏt nhiễu cú mật độ phổ J0/ρ là ρ. Vỡ vậy xỏc suất lỗi bit trung bỡnh cú thể tớnh theo cụng thức: Pb = 1-ρ2 e -Eb 2N0+ρ 2 e -Eb 2(N0+J0/ρ) (2.36) Khi đú, trong mụi trường nhiễu, thường là J0 >> N0, chỳng ta cú thể đơn giản húa phương trỡnh 2.37
Pb = ρ2 e -ρEb
2J0 (2.37)
Một mỏy phỏt nhiễu thụng minh, với cường độ cố định, cú thể gõy ra suy giảm đỏng kể với nhiễu cục bộ hơn nhiễu dải rộng.
2.6.3 Nhiễu đa õm
Trong trường hợp gõy nhiễu đa õm, mỏy gõy nhiễuphõn chiatổng sốnăng lượng nhậnđượccủa núJ,thành từng phần khỏc biệt, nănglượngbằng nhau, cỏc õm CW pha ngẫu nhiờn. Nhiễu được phõn phối trờn toàn bộ băng thụng trải phổ, Wss. Việc phõn tớch những ảnh hưởng của nhiễu tone phức tạp hơn so với nhiễu tạp õm của cỏc hệ thốngDS. Vỡ vậy, hiệu quả của việc nộn tone thường xấp xỉ bằng tạp õm Gaussian. Đối với việc hoạt động của một hệ thống FH / FSK khụng kết hợp trong khi dựng nhiễu tone dải cục bộ, hiệu suất thường được tớnh toỏn giống nhiễu tạp õm cục bộ. Tuy nhiờn, nhiềuCW đa õm cú thể hiệu quả hơn nhiễu tạp õmdải cục bộ đối với cỏc tớn hiệu FH/MFSK vỡCW tone là cỏch hiệu quả nhất cho việc gõy nhiễu để gõy ảnh hưởng năng lượng đầu vào cỏc thiết bị dũ tỡm khụng kết hợp.
2.6.4 Nhiễu xung
Xem xột một hệ thống thụng tin liờn lạc trải phổ DS/BPSK khi sử dụng nhiễu tạp õm xung. Mỏy gõy nhiễu tạp õm xung truyền cỏc xung nhiễu tạp trắng Gaussian cú cụng suất nhận được ứng với cỏc khoảng thời gian trung bỡnh là J, mặc dự năng lượng thực tế trong thời gian xung gõy nhiễu là lớn hơn. Giả sử rằng mỏy gõy nhiễu cú thể chọn cỏc tần số trung tõm và băng thụng của nhiễu giống như tần số trung tõm và băng thụng của mỏy thu. Giả sử, nguồn nhiễu cú thể thay đổi chu kỡ ứng với tăng cụng suất nhiễu, nếu gõy nhiễu trong một khoảng thời gian 0 <ρ< 1 thỡmật độ phổ cụng suất nhiễu được tăng lờn đến mức J0 /ρ, do đú duy trỡ cụng suất trong cỏc khoảng thời gian trung bỡnh là J. Xỏc suất lỗi bit Pbđối với một hệ thống giải điều chế kết hợp BPSK được đưa ra trong phương trỡnh 2.38 như sau:
Pb = Q 2Eb
N0 (2.38) N0 là mật độ phổ cụng suất nhiễu tương ứngvớitạp õm nhiệt tại đầu cuối mỏy thu. Sự xuất hiện của nguồn nhiễu làm tăngmật độ phổ cụng suất nhiễu từ N0 lờn (N0 + J0 /ρ). Kể từ khi nguồn nhiễu truyền với chu kỳ (ρ), xỏc suất lỗi bit trung bỡnh:
41 Pb = (1-ρ).Q 2Eb
N0 + ρ.Q.
2Eb
N0+J0/ρ (2.39) Chỳng tacú thể giả thiếtrằng trongmộtmụi trườnggõy nhiễucú thểbỏ qua N0, do đú, chỳng ta cú thểviết là:
Pb = ρ.Q. 2EJbρ
0 (2.40) Cỏc nguồn nhiễu sẽ cố gắng lựa chọn chu kỳ ρ để cú Pb là lớn nhất.Tỉ số Eb / Jb giữa gõy nhiễu băng thụng rộng và gõy nhiễu xung trường hợp xấu nhất sẽ sai khỏc gần 40 dB. Với cựng một cụng suất nhiễu, mỏy gõy nhiễu cú thể gõy ra những tỏc hại đỏng kể cho hệ thống DS/BPSK với nhiễu xung so với gõy nhiễu cụng suất liờn tục. Hiệu quả của gõy nhiễu tạp õm xung đến DS/BPSK là tương tự như hiệu quả của gõy nhiễu tạp õmdải cục bộ trờnFH/BFSK.
2.6.5 Nhiễu lặp lại
Rừ ràng là việc nhảy tần nhanh dễ dàng che giấu cỏc tớn hiệu từ nguồn gõy nhiễu. Để đo đạc khả năng chống nhiễu, hay gọi là độ khuếch đại xử lớ,Gρ, dựa trờn giả thiết rằng nguồn nhiễu là một nguồnnhiễu cõm, cú nghĩa là nguồn gõy nhiễu biết được dải thụng của tớn hiệu trải phổ, Wss, nhưng khụng biết chớnh xỏcvị trớ phổ của tớn hiệu tại thời điểm bất kỡ. Giả thiết rằng tốc độ nhảy tần là đủ nhanh để ngăn cản việc nguồn gõy nhiễu bỏm theo tớn hiệu được truyền đi vỡ vậy nguồn gõy nhiễu phải thaycỏch thức gõy nhiễu.
Cỏc thiết bị gõy nhiễu thụng minh được biết đến là cỏc nguồn gõy nhiễu lặp lại, hay cỏc nguồn gõy nhiễu theo tần số (FF). Thiết bị gõy nhiễu này bỏm theo một tớn hiệu vụ tuyến (thường là thụng qua chựm cỏnh súng bờn từ ăng-ten truyền). Chỳng cú cỏc mỏy thu dải rộng và khả năng xử lý tớn hiệu tốc độ cao cho phộp chỳng nhanh chúng tập trung năng lượng tớn hiệu nhiễu trong vựng phổlõn cận của tớn hiệu FH / FSK của hệ thống thụng tin liờn lạc. Bằng cỏch làm như vậy, cỏc mỏy gõy nhiễu thụng minh cú thể tăng cụng suất nhiễu tức thời trong dải thụng của thống thụng tin liờn lạc, nhờ đú thu được lợi ớch hơn gõy nhiễu băng rộng. Chỳ ý rằng cỏch gõy nhiễu này chỉ hữu ớch chống lại cỏc tớn hiệu nhảytần.
KẾT LUẬN CHƢƠNG II
Trong chương II luận văn đó trỡnh bày về cỏc loại nhiễu cỏc đặc trưng cơ bản của nhiễu trờn cơ sở đú hiểu được bản chất của việc gõy nhiễu trong tỏc chiến điện tử, đồng thời để đối phú với cỏc thiết bị thụng tin số thế hệ mới, luận văn cũng tiến hành nghiờn cứu lý thuyết gõy nhiễu cho BPSK và BFSK, cũng như nhiễu cho cỏc thiết bị thụng tin sử dụng kỹ thuật trải phổ đó đỏp ứng được yờu cầu của nhiệm vụ an ninh, quốc phũng hiện nay.
43
CHƢƠNG III
GÂY NHIỄU ĐƢỜNG TRUYỀN SỐ LIỆU CỦA MẠNG THễNG TIN DI ĐỘNG
3.1 Nhiễu trờn mạng thụng tin di động
Khi người dựng mạng di động đề nghị được cung cấp dịch vụ nhưng khụng được đỏp ứng trong thời gian chờ cực đại, chỳng ta núi rằng phủ nhận dịch vụ (Denial of Service DOS) đó xảy ra. Tấn cụng bằng DOS đó được sử dụng lần đầu trong liờn lạc vụ tuyến của quõn đội. Trong quõn đội, khỏi niệm này được gọi là "soft kill" (giết mềm), đú là một kiểu tấn cụng điện tử (EA). Trong đú mục tiờu tấn cụng là sử dụng phổ điện từ hoặc năng lượng điện từ hướng vào đối phương. Cỏc mạng di động dõn sự cú thể bị tấn cụng DOS bằng việc sử dụng cỏc cụng nghệ gõy nhiễu trong viễn thụng. Ở đõy chỳng ta phõn tớch nguy cơ bởi Jamming và tớnh chất dễ tổn thương của hệ thống GSM. Một số phương thức tấn cụng vào mạng trờn cũng được nờu ra một cỏch ngắn gọn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phần lớn cỏc hệ thống điện thoại hiện nay hoạt động trong dải tần UHF, từ 300 MHz đến 3 GHz. Trong băng tần UHF, cỏc vật cản như cỏc tũa nhà là làm suy giảm mạnh súng truyền đi, nờn hầu như súng điện từ lan truyền hoàn toàn đầy đủ theo đường nhỡn thấy (line-of-sight). Cỏc trạm thu phỏt thường được đặt ở cỏc điểm cú khụng gian thoỏng và sử dụng cỏc Anten vụ hướng để cú thể bao trựm được một khụng gian rộng, vỡ thế dễ bị tổn thương bởi Jamming. Đặc biệt trong thụng tin vệ tinh, UHF thường khụng được bảo vệ khỏi jamming và dễ bị gõy nhiễu.
Gõy nhiễu thành cụng khi tớn hiệu gõy nhiễu phỏ hủy việc truyền dẫn thụng tin. Trong truyền thụng kỹ thuật số, khả năng sử dụng thụng tin nơi nhận khụng đạt yờu cầu khi lỗi trong việc truyền dữ liệu khụng được bự bằng việc sửa lỗi. Thụng thường một cuộc tấn cụng thành cụng yờu cầu năng lượng của súng gõy nhiễu mạnh tương đương với năng lượng của tớn hiệu tại nơi nhận.
Ảnh hưởng của nhiễu phụ thuộc vào tỉ lệ Nhiễu/Tớn hiệu (J/S), phụ thuộc sơ đồ điều chế, mó húa kờnh và ghộp xen tớn hiệu của hệ thống mục tiờu. Nếu gõy nhiễu khụng cú đủ năng lượng để tạo nhiễu liờn tục trong một dải băng thụng rộng, nú cú thể tạo ra cỏc nhiễu xung. Nhiễu xung, sẽ quột một dải rộng gõy nhiễu cỏc băng súng con hẹp trong chu kỳ thời gian ngắn.
Tỷ lệ Nhiễu/Tớn hiệu (Bỏ qua cỏc hiệu ứng truyền ) cú thể tớnh theo cụng thức: j j jr rt tr t r r tr rj jr j B L R G G P B L R G G P S J 2 2 (3.1)
𝑃𝑗= Cụng suất nguồn nhiễu
𝑃𝑡= Cụng suất trạm phỏt
𝐺𝑗𝑟= Hệ số khuếch đại của Anten từ nguồn nhiễu đến mỏy thu
𝐺𝑟𝑗= Hệ số khuếch đại của Anten từ mỏy thu đến nguồn nhiễu
𝐺𝑟𝑡= Hệ số khuếch đại của Anten từ mỏy thu đến trạm phỏt
𝐺𝑡𝑟= Hệ số khuếch đại của Anten từ trạm phỏt đến mỏy thu
𝐵𝑟= Độ rộng của băng thụng mỏy thu
𝐵𝑗= Độ rộng băng thụng của mỏy phỏt nhiễu
𝑅𝑡𝑟= Khoảng cỏch giữa mỏy phỏt và mỏy thu tớn hiệu
𝑅𝑗𝑟= Khoảng cỏch giữa mỏy phỏt nhiễu và mỏy thu tớn hiệu
𝐿𝑗= Hệ số suy hao của nhiễu do đường truyền
𝐿𝑟= Hệ số suy hao của tớn hiệu do đường truyền.
Kiểm tra cụng thức trờn đó chỉ ra rằng nhiễu ERP (Hiệu quả của bức xạ năng lượng) được quyết định bằng cỏc hệ số của Anten và năng lượng ở đầu phỏt. Việc gõy nhiễu đạt kết quả cao khi hiệu suất gõy nhiễu ở mức cao nhất. Mặt khỏc, trong cỏc cỏch ngăn chặn nhiễu, năng suất của Anten hướng về phớa đối tượng truyền thụng sẽ phải đạt mức cao nhất và về phớa gõy nhiễu ở mức thấp nhất. Như cụng thức trờn đó chỉ ra rằng, đối với Anten định hướng, mối quan hệ giữa gúc và hướng để phỏt ra súng gõy nhiễu là rất quan trọng.
Khoảng cỏch cú ảnh hưởng trực tiếp đến suy hao tớn hiệu. Nếu khoảng cỏch giữa vị trớ phỏt tớn hiệu nhiễu và vị trớ cần gõy nhiễu tăng gấp đụi thỡ phải tăng gấp 4 lần cụng suất tớn hiệu gõy nhiễu thỡ mới đạt được hiệu quả gõy nhiễu tương đương như ban đầu. cần phải lưu ý rằng mất mỏt tớn do việc làm nhiễu khỏc với mất tớn hiệu do đường truyền thụng. Trong mụi trường quõn sự, thiết bị làm nhiễu thường ở mỏy bay, trực thăng, thiết bị bay khụng người lỏi (UAV), cỏc thiết bị này cú mụi trường truyền thuận lợi hơn so với cỏc thiết bị đặt dưới mặt đất.
Hầu hết cỏc hệ thống truyền thụng số đều cú cỏc tớn hiệu đồng bộ truyền giữa cỏc thiết bị truyền thụng. Việc gõy nhiễu cú thể tạp trung vào cỏc tớn hiệu đồng bộ này, làm giảm hiệu quả việc truyền dữ liệu. Hệ thống đồng bộ rất dễ bị gõy nhiễu. Sau khi đồng bộ húa bị mất, gõy nhiễu cú thể kết thỳc việc phỏt tớn hiệu gõy nhiễu và sẽ khởi động lại khi việc động bộ húa bắt đầu hoạt động. Tuy nhiờn, thường là rất khú cho hệ thống gõy nhiễu trong việc xỏc định khi nào đồng bộ húa bị mất.
Gõy nhiễu truyền thống đơn giản là phỏt tạp õm băng giới hạn. Đối tượng gõy nhiễu bị chốn tạp õm vào dải tần số truyền với mục đớch làm tớn hiệu truyền
45
trờn thực tế hoàn toàn bị bao phủ bởi nhiễu. Tựy thuộc vào cỏch truyền tải, một vài dạng súng khỏc cú thể được sử dụng truyền hiệu quả hơn. Dạng súng được sử dụng cho việc gõy nhiễu bao gồm tạp õm điều chế FM, tạp õm cụm, nhiễu đơn tần CV hay tớn hiệu quột. Thụng thường việc gõy nhiễu cú hiệu quả khi sử dụng dạng súng để gõy nhiễu cú dạng giống như dạng súng tớn hiệu. Nhiễu ảo được tạo ra bằng cỏch ghi lại cỏc tớn hiệu đó phỏt rồi sau đú phỏt lại cỏc tớn hiệu đó thu được.
3.2 Phƣơng phỏp trải phổ súng vụ tuyến
Trải phổ là một kỹ thuật liờn lạc vụ tuyến, nú cú tỏc dụng định hướng và việc gõy nhiễu khú hơn. Trong truyền thụng trải phổ, tớn hiệu được kộo dón ra để phự hợp với một mó ngẫu nhiờn qua một dải tần số lớn hơn băng thụng nhỏ nhất cần thiết cho việc truyền tớn hiệu. Một số kỹ thuật trải phổ thụng dụng như trải phổ chuỗi trực tiếp (DS) và nhảy tần (FH). Cũng cú thể hai hoặc nhiều kỹ thuật vào trong việc trải phổ.
Điều chế trải phổ đầu tiờn được phỏt triển trong mụi trường truyền thụng vụ tuyến của quõn đội, khả năng chống nhiễu của nú rất cao. Gần đõy, nhiều ứng dụng dõn sự đó sử dụng sự độc đỏo của trải phổ vỡ nú chống được suy giảm đa đường và làm thực hiện được khả năng đa truy cập. Trong cụng nghệ đa truy cập, một số người cú thể chia sẻ một kờnh mà khụng phải sử dụng đến cơ chế đồng bộ.
Trong trải phổ chuỗi trực tiếp, tớn hiệu được truyền trờn toàn bộ băng tần bằng cỏc chuỗi bớt nhị phõn ngẫu nhiờn (mó phõn bố). Một số người sử dụng cú thể dựng cựng một dải tần, việc gõy nhiễu lờn nhau là tương đối nhỏ. Việc bảo vệ chống lại cỏc dạng súng gõy nhiễu được thực hiện bằng cỏch làm cho cỏc tớn hiệu truyền thụng chiếm một dải băng thụng rộng hơn dải băng thụng cần thiết để truyền tớn hiệu. Đõy là nguyờn nhõn tớn hiệu truyền thụng giống như nhiễu pha trộn vào trong dải truyền tin.
Một Bớt trong dữ liệu được ỏnh xạ với một dóy cỏc phần tử (chip) trong mặt phẳng miền tần số. Số phần tử biểu diễn 1 bớt gọi là tỷ số trải. Việc lựa chọn tỷ số trải rất quan trọng. Nếu tỷ số này lớn hơn, cỏc hiệu ứng nhiễu giảm, nếu tỷ số này nhỏ hơn, nú sẽ sử dụng tốt hơn phổ. Tỷ lệ tớn hiệu trờn nhiễu thu được bằng cỏch sử dụng trải phổ được gọi là độ lợi xử lý. Độ lợi xử lý cho trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) cú thể tớnh bằng phương trỡnh:
p G s c s s c r r r r r
𝑟𝑐 là lưu lượng phần tử (chip rate), 𝑟𝑠 là lưu lượng cỏc ký hiệu bản tin (message (3.2)
symbol rate). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vớ dụ, nếu độ lợi xử lý là 30 dB, gõy nhiễu sẽ phải tăng độ mạnh của