tìm hiểu kỹ thuật cdma

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA - Phổ của tín hiệu trong trường hợp tổng quát là một hàm phức, biến thực œ được viết dưới dạng: - Hay là Xa= Re X@ + jlm Xo - Các hàm / Xœ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NGHANH: DIEN TU — VIEN THONG

LUAN VAN TOT NGHIEP

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU KỸ THUẬT CDMA

GVHD : Ths DUONG HIEN THUAN

[TRUONG BHOL-KTCN SVTH_ : NGUYEN VAN TRUNG

1.1.2d Mat độ phổ năng lượng, mật độ phổ công suất: - -.-:-5-: 5

1.2 Tín hiệu ngẫu nhiên: s- s5 s se S9S989595959509595959595093950500300980s5ø 7

ID 2ê.) nan 4 7 1.2.2 Phương pháp phân tÍCh: «Gv TH HH nhu 7

1.2.2a Quá trình ngẫu nhiÊn: ¿22c S3 xvvvzEErtrrvexexerrerrrvrkervree 7

1.2.2b Quá trình dừng và quá trình ergOdIC: Ăn nhe, 7

1.2.2c Đặc tính của tín hiệu ngẫu nhiên 2S cv 2n re §

B Tín Hiệu Điều Chế PSK,FSK . -s c5ccscscscscsrssesssesssesesssssee 9 1.1 Định nghĩa và mục đích của điều chế tín hiệu . s-scc«se<csesssseses 9 1.1.1 Dinh nh ố ae 9 1.1.2 Mục đích điều chế tín hiệu: .- G- 2c co Sư S9 vn ng Hư cuc crkp 9

1.2.1 Điều chế dịch pha hai trạng thái BPSK: - cà S net 9 1.2.1a Biểu thức của BPSK (kg HH 111 1010112110121 11x re 10 1.2.1b Phổ tần của BPSK - St SE k 1v E1E1111 110101 0110 1x tk 10 1.2.1c Cách mzchị điều chế và giải điều chế BPSK +s+ 55: 12

1.2.2 Điều chế dịch pha bốn trạng thái QBSK: cSneehHeeeeeve 13

1.2.2a Biểu thức của QPSK 5c 2t 2 tt 13

1.2.2b Giản đồ vector của QPSKK nh 1T TT ngưng 13

1.2.2c Phổ của tín hiệu QPSK sẶĂcScsieeeeeerrrsrsseeeeeerrree L4 1.2.2d Mach điều chế và giải điều chế QBSK ¬ 14

1.3 Điều chế dịch tần FSK: s6 s5< cóc cv 1 uE2seseserseseersee 15

1.3.1 Điều chế dịch tần nhị phân BFSK: - 5 St St St eveterererrerrreen 15

1.3.1a Biểu thức của BESK càng HH re 15

1.3.1b Phổ của tín hiệu BFSK ĐH HH HH HH HH vớ 16

1.3.1c Giải điều chế tín hiệu BESK - - G c s St ng ng re 16

ị 1.3.2 Điều chế dịch tần bậc M Q1 tt HH HH1 tre 17

1.1 Đa truy cập phân chia theo tần số EFDMA 55Ă5<c<sSssssssssreesee 18

1.2 Đa truy cập theo thời gian TDMA: "— 20 1.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA: có G Ăn 110115066866556 22 1.4 So sánh các kỹ thuật đa truy cập FDMA, TDMA, CDMA 23

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TRẢI PHÔ - 25

2.1 Nguyên lý trải phhổ o.sc se 39 319 3012019150030 90895306040340130396205s089956 25

"nề 25

2.1.2 Nguyên lý trải phổ - ST c TS TT KH HH HT HH TH re, 25

2.1.3 Ưu — Nhược điểm của kỹ thuật trải phổ 5-57 sctecsreveererres 25 2.1.4 Các hệ thống thông tin trải phổ cà cà tt 1 1g 26 2.2 Các phương pháp trải phổi .- s5 s s56 svseEsvsstsetsesetkstsrrsessrssssssse 27

2.2.1.1b Máy thu DS/SS QPSK QQQHnnH Hs ng HH HH ngàn 36

2.2.1.3 Hiệu năng của hệ thống DS/SS - L0 02H ST Hee 37 2.2.1.3a Ảnh hưởng của tạp âm trắng và nhiễu gây nghẽn 37

2.2.1.3b Ảnh hưởng của can nhiễu và truyền đa tia co co 40

2.2.1.3c Tính chất khó thu trộm -© sec s52 t1 n Hs ng kg nghe 41

2.2.2.2 FH nhanh với điều chế FSK - M trạng thái (M-FSK) - 48

2.2.2.3 Tốc độ xung clock cho các hệ thống FH nhanh .-: - 46

2.2.2.4 Hệ thống FH chậm 6 1 122323 10191 1111171711121 01 00 Tre 47

2.2.3 Trải phổ nhảy thời gian 5:22 2c S* 232 HE 2111111112111 tk 48 2.2.4 Hệ thống trải phổ lai ghép T191 HH HỆ TH TH TH TH HH cet 49

2.2.4.1 Nhảy tần chuỗi trực tiếp ¬ &&&&= 50

2.2.4.2 Hệ thống nhảy tần thời gian lai ghép - - - cccsscrrerrrrrree 52 2.2.4.3 Hệ thống nhảy thời gian —chuỗi trực tiếp . -ccsccccccccce, 52

2.2.4.4 Hệ thống nhảy thời gian tần số — chuỗi trực tiếp 53

2.3 So sánh các phương pháp trải phổi . 5-55 S5 S<c<csSsssSssseksssesesesrsree 53

CHƯƠNG 3: CHUỖI GIÁ NHẪU NHIÊN PN ::::++++ 54

sms ắắắắ=a1nnDDnD 54

3.1.3 Chudi Kasamiinn ccccccccsccccscscscscscscssscsssssscscscsesessscscssssssecsvsssssesssscassnenenecees 60 3.1.4 Chudi Walsh ễš:aâỶẳẳỶỪỒ.Ở 60 3.1.5 Chuỗi — m phức .-.- - — HH0 H11 Hư 62

CHƯƠNG 4: ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG CDMA 64

4.1.2 Bắt mã PN trong hệ thống nhảy Tân (FH/SS) - -ccr re, 71

4.1.2a Hệ thống với bộ tương quan tích cựC - se Exrxeerereed 7l

4.1.2b Hệ thống với bộ tương quan thụ động -¿-¿- se cccscxecerrxsve2 73

4.2 Bám mã trong hệ thống PN — 73 4.2.1 Bám mã trong hệ thống DS/SS Cà Làn HH HH Hye 74

4.2.1a Vòng khóa trễ -:- t2 x21 2112511510711111211117521121111115EeEEsrxee 74

4.2.1b Vòng khóa pha với giải điều chế không kết hợp .- 5-5 s¿ 75

4.2.1c Vòng Tau — Dither .- - Ăn ng kg ngày 77

4.2.2 Quá trình bám mã PN đối với hệ thống FH/SS . -c- c.c 7Ø

CHƯƠNG 5: CẤU TRÚC HỆ THỐNG CDMA2000 VÀ WCDMA 81 5.1 Cấu trúc và chức năng các phần tử trong mạng CDMA2000 81

5.1.1 Cấu tric mang CDMA2000 ccccsseccccssevsececseseeesusucstaveversstavstsesseavaveveetees 81 5.1.2 Cau triic Node CDMA2000 wo.c.ccccsesssesssssscesssrsssrseceeseseesesneseseressetsveseavn 81

5.1.3 Chife nang cdc phan tf trong mang .cccccccssscsecsssescscssceceescsnsnsstsvseacevevees 82

5.2 Cấu trúc và chức năng các phần tử trong mạng WCDMA 83

5.2.1 Sơ đồ khối chungg -s- skk E9 kEE ST 2111181811512111151.15 E25 Eccee 83

5.1.2 Chức năng các phần tử trong mạng . ¿2s St cteEEEEevererkrrres 85

5.1.2a Chức năng các phần tử trong mạng truy nhập vô tuyến 84

5.1.2b Chức năng các phần tử trong mạng mạng Odes cceesseesessecsesesecssessuecsnceseen 85

5.2.3 Cấu trúc phân lớp của mang WCDMA oceccsccssccscsssseedessseevsseesecarerseeeee 88

Mục Lục Hình Về

Hình 1.1 Dạng sóng tín hiệu điều chế BPSK ¿5c sc c2 Series 10

Hình 1.2 Phổ tần số của tín hiệu Xgpse(ƒf) ¿- ¿5c 2c nề tx t1 1x ve 11 Hinh 1.3 Mach diéu ché BPSK 0 cc eccceececseseesscescesseeseeees Hs ng ng kg ưng 12

Hình 1.4 Mạch giải điều chế BPSK -. 52c 22 St S3 2v rrrrerrrred 12 Hình 1.5 Mạch tái tạo sóng mang cân bằng Costas .ccccccseseseeseseeeecerereeteeeeees 12

Hình 1.6 Giản đổ vector của QPSK - - E2 SnH ng HH Hy yyt 13 Hình 1.7 Sơ đổ khối của mạch điểu chế QPSK - + Sc St sssreei 14 Hình 1.8 Sơ đổ khối của mạch điều chế BESK - ¿cv vs 15

Hình 1.9 Phổ của tín hiệu BESK - + St nthttrrHhHrrrrerie l6

Hình 1.10 Sơ đồ khối của mạch giải điều chế BESK S5 16

Hình I.11 Các phương pháp đa truy CẬP Án nh nhờ 18

Hinh 1.12 Khái niệm về hệ thống FDMA S2 t2 ket 19

Hinh 1.13 Khái niệm về hệ thống TDMA " 21

Hinh 1.14 Khái niệm về hệ thống CDMA (cv vvsrrrrrrrrerersvee 22

Hinh 2.1 Sơ đồ kỹ thuật trải phổ trực tiếp - 5 treo 27 Hình 2.2 Dạng tín hiệu của kỹ thuật trải phổ trực tiếp - ¿55c cscsszssa 27 Hinh 2.3 Hệ thống trải phổ trực tiếp ¿2 222v ct2 22 ttrerrrrrrrrre 28

Hinh 2.4 Sơ đồ khối máy phát trải phổ trực tiếp DS/SS BPSK KH «HH ng khu 29 Hình 2.5 Ví dụ về các tín hiệu phát . 25-222 S2* S2 ve 30 Hình 2.6 Sơ đổ máy thu DS/SS BPSK - .- c2 St ngnneh nêu 31

Hình 2.7 Mật độ phổ công suất 5 555cc cstseererrrrrrree 33

Hình 2.8 So sánh tín hiệu trải phổ và chưa trải phổ trong hệ thống CDMA 33

Hình 2.9 Sơ đồ khối máy phát và dạng sóng cho hệ trống DS/SS QPSK 35

Hình 2.10 Sơ đồ khối máy thu cho hệ thống DS/SS QPSK - 36

Hình 2.11 Biểu đồ tần số cho hệ thống FH/SS nhanh với điều chế FSK 43

Hình 2.12 Máy phát của hệ thống FH nhanh - 5c 2c St cty 44 Hinh 2.13 Máy thu của hệ thống FH nhanh . ó5 2c 32tr 45 Hình 2.14 Biểu đồ tần số cho hệ thống FH nhanh với điều chế M-FSK (M=4) 47

Hình 2.15 Biểu đô tân số cho hệ thống FH chậm điều chế FSk cơ số hai 48

Hình 2.16 Biểu đồ thời gian cho hệ thống TH/SS -. - 5 52 ++++sssvzvrs 49

Hình 2.17 Sơ đồ khối máy phát cho hệ thống lai FH/DS -.- s55: 50 Hình 2.18 Máy thu hệ thống lai FH/DS - (c2 sererrrrrrrere 52

Hình 3.1 Mạch thanh ghi dịch .- -ccc nnnnnnHg HH HH2 51k 34 Hình 3.2 Chuỗi thanh ghi dịch với đa thức sinh - sàn nreirerrrei 35

Hình 3.3 Mạch thanh ghi dịch với đa thức sinh - ác nnhheHerre 56

Hình 3.4 Đồ thị hàm tự tương quan - 22 c1 St 192121111911 11x tra 57

Hình 3.4 Đồ thị hàm tự tương quan - + 2 5 EEEEeE*E* E3 cersvs 57 Hình 3.5 Bộ tạo chuỗi Gold cho cặp mong muốnn - 2-2 55s sce£eecscsceee 59 Hình 3.6 Mạch thanh ghi dịch chuỗi —m phỨc - 2 + 2-5-2 2S e=exexsssses 62

Hình 4.1 Sơ đồ khối chức năng của bộ thu hệ thống DS/SS 64

Hình 4.2 Sơ đồ bắt mã song song với bộ giải điều chế kết hợp 67

Hình 4.3 Sơ đồ bắt mã song song với bộ giải điều chế không kết hợp 68

Hình 4.4 Sơ đồ bắt mã nối tiếp với bộ giải điều chế không kết hợp 70

Hình 4.5 Sơ đổ bắt mã nối tiếp sử dụng bộ tương quan tích cực ¬ 72

Hình 4.6 Hệ thống bắt mã nối tiếp FH/SS sử dụng các bộ tương quan thụ động 73

Hình 4.7 Sơ đồ khối của vòng khoá trễ 2-2-5252 ©z+Ex+£xzeExeersersserxee 74 Hình 4.8 Tach sóng đường bao với giải điều chế không kết hợp 76

Hình 4.9 Sơ đồ khối của vòng Tau-Dither - - 5 scs+s+eckxekeeksersersred 78

Hình 4.10 Bám mã trong hệ thống FH/SS . - 2-5-5 2 S5 cc+ccesesrrrsrsrsre 80 Hình 5.1 Cấu trúc hạ tầng của mạng CDMA2000 55-52cScscesreereee 81

Hình 5.2 Cấu trúc Node của CDMA2000 CS Save serkrkresee 81

Hinh 5.3 So dé 16p mang UTMS thé hé thit 3 WCDMA uu eeeseceseesecesseseeeeeeees 84

Hình 5.4 Sơ đổ mạng truy nhập vô tuyếTn 2 2° ®©s£xEEererrxereers 85

Hình 5.5 Cấu trúc phân lớp mạng WDMA 2© <5 xe revcsvs 89

Hình 5.6 Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến -5- s-cecczccscereeree 89

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật thông tin vô tuyến, từ truyền tương tự

sang truyền kỹ thuật số, từ dịch vụ thoại sang dịch vụ đa phương tiện và từ hệ thống

khu vực sang hệ thống có tính chất toàn cầu Cùng với sự phát triển như vậy nhu cầu

của khách hàng ngày càng cao, ngày nay lượng khách hàng sử dụng dịch vụ di động

ngày càng tăng và không chỉ yêu cầu về chất lượng mà còn tốc độ dịch vụ cao, truyền

dẫn đa phương tiện như hình ảnh, video Để đáp ứng những nhu cầu này chúng ta cần phát triển hệ thống có dung lượng lớn, truyền dẫn đạt tốc độ cao, từ vài kbit/s cho thoại đến 1-2Mbit/⁄s cho các dịch vụ đa phương tiện, nhưng làm sao vẫn phải tiết kiệm phổ tân đến mức tối đa Một hệ thống mới được ra đời là hệ thống thông tin di động sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA làm tăng dung lượng trong hệ thống thông tin di động và sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên Ngoài ra để đáp ứng được các nhu cầu khác như đa truy cập, loại trừ nhiễu hoạc bảo mật chống xâm nhập trái phép vào hệ thống bằng một kỹ thuật được

gọi là kỹ thuật trãi phổ Kỹ thuật trải phổ cho phép rất nhiều người sử dụng có thể sử

dụng chung một băng tần rộng qua kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA Không dùng lại ở đó kỹ thuật CDMA là cơ sở để phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) Kỹ thuật 3G cho phép các thiết bị cầm tay di động gửi và thu dữ liệu với tốc độ cao hơn và cung cấp giải pháp truy nhập Internet di động và các ứng dụng

thoại, dữ liệu tốc độ cao trong phát triển kế tiếp Với tính chất quan trọng và cấp thiết cho mạng thông tin di động trong nước và quốc tế trong hiện tại cũng như trong tương

lai, vì vậy trong luận văn này em nghiên cứu cơ bản về kỹ thuật CDMA ứng dụng trong mạng thông tin di động Luận văn gồm năm chương:

Chương l: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp đa truy cập

+ Phân loại và phương pháp phân tích tín hiệu

+ Các phương pháp điều chế

+ Các phương pháp đa truy cập

Chương 2: Tìm hiểu các phương pháp trải phổ

Chương 3: Chuỗi giả ngẫu nhiên- Giới thiệu một một số chuỗi giả ngẫu nhiên

được ứng dụng trọng hệ thống

Chương 4: Quá trình đổng bộ trọng hệ thống CDMA

Chương 5: Giới thiệu hệ thống thông tin di động thứ 3: Mạng CDMA 2000 và

Mạng WCDMA Mục đích của đề tài là tìm hiểu kỹ thuật CDMA để từ đó chúng ta có nền tảng

để đánh giá, phân tích và so sánh ưu nhược điểm với các hệ thống khác, không phải

đi sâu vào một hệ thống cụ thể Do còn hạn chế vể kiến thức và thời gian

nghiên cứu nên luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mang được

sự đánh giá và góp ý của quý thầy cô.

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Các tín hiệu xác định là các tín hiệu mà diễn biến của chúng theo thời gian có thể

hoàn toàn được dự kiến trước nhờ một mô hình toán học quen thuộc

Tín hiệu xác định được phân thành các loại :

- - Các tín hiệu tuần hoàn thỏa mãn quan hệ x(7) = x(+k7) với k - nguyên, tuân

theo qui luật lặp lại đều với chu kỳ T

- _ Các tín hiệu không tuần hoàn không thỏa mãn tính chất trên

*ˆ Dựa vào các thông số năng lượng của tín hiệu mà người ta chia chúng thành hai loại quan trọng:

- Một tín hiệu xác định x(/) được coi là một tín hiệu năng lượng nếu năng lượng của nó hữu hạn, có nghĩa là:

Với tín hiệu năng lượng hữu hạn:

E, = [ix] = [ (Re xP] + [dm x] = Epox + Em x (1.8)

Và với tín hiệu công suất

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

P, = <ixh> =< (Re x)'> + <(Im x}ˆ> = Prey + Pin x (1.9)

Có thể thấy năng lượng và công suất của tín hiệu là đại lượng có tính chất cộng đối

với thành phần thực và ảo của nó

e Thanh phén xoay chiều và một chiều

Thành phần một chiều của tín hiệu được ký hiệu là x, nó chính là giá trị trung bình

của tín hiệu Còn thành phần xoay chiều là hiệu của tín hiệu và thành phần một chiều:

Công suất và năng lượng của tín hiệu là:

Ey = 0 Xen # XP] = [cn] + 2 Keoki) + 1X 1] = Een +E x1 (1.19)

Py =< (Koh + XP > = Ko op> + 2K op Xp> + <> = Prop + Py (1.20)

1.1.2b Phân tích tương quan tín hiệu

e HỆ SỐ tương quan

Để so sánh hai tín hiệu người ta thường xác định khoảng cách đ(x¿„x;) giữa chúng,

đó là mức độ khác nhau giữa hai tín hiệu, nó sẽ bằng không nếu hai tín hiệu hoàn toàn

giống nhau Khoảng cách Ơcơlic của hai tín hiệu x;(/) và xz(7), xét trong khoảng thời

gian 7 được xác định theo công thức

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

œ

= | ix,(OF dt - Re | X1(OX2*(Odt + Ỉ Ixx(Of dt (1.22)

Năng lượng của tín hiệu E„ phụ thuộc vào tích vô hướng giữa x;(7) và xz?), có nghĩa

là khoảng cách giữa hai tín hiệu sẽ cực đại nếu tích vô hướng của nó bằng không (x;()

Và xz(7) trực giao), và cực tiểu(bằng không) nếu x;(f) = xz(7)

Hệ số tương quan giữa hai tin hiéu x,(t), xz) được xác định như sau:

Néu Q)2 = a, = 0thì các tín hiệu x„ x¿ là trực giao và ta có năng lượng tổng của hai

tín hiệu bằng tổng năng lượng của từng tín hiệu Trong trường hợp chung thì

(2;z Z ø¿;) Ta còn định nghĩa hệ số tương quan chuẩn hoá giữa hai tín hiệu x„ x¿:

œ=ơ¡¿ đ¿¡, œ là một số thực có giá trị trong khoảng (0 < œ < 1)

e Ham tuong quan

- Tín hiệu năng lượng hữu hạn:

Hàm tương quan của hai tín hiệu năng lượng được ký hiệu là #, nó được xác định bởi tích vô hướng của hai tín hiệu khi một trong chúng dịch chuyển trong miễn thời gian

Các hàm #®;z(7), &z;(z)còn được gọi là hàm tương quan chéo Giá trị của chúng là

diện tích giới hạn dưới đồ thị tích của hai tín hiệu

Hàm tự tương quan của tín hiệu x(#) 1a:

Ru(Q= | x()x*ứŒ - dt (1.27)

Ý nghĩa của hàm tự tương quan là cho biết sự giống nhau giữa tín hiệu gốc và tín hiệu

nguồn sau khi dịch một khoảng thời gian +

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Tính chất quan trọng của hàm tương quan và tự tương quan:

từ công thức này ta thấy rằng, năng lượng của tín hiệu chính là giá trị của hàm tự tương

quan tại 7 = @

— Tín hiệu công suất trung bình hữu hạn:

+ Tín hiệu tuần hoàn:

Hàm tương quan của tín hiệu tuần hoàn ta ký hiệu bằng chữ ự⁄z) và được định nghĩa:

Hàm tương quan của tín hiệu không tuần hoàn được định nghĩa như sau:

T)= lim — {x(f f—7)đf = lim — jx(t+r oat Œ-

V„Œ)= lim — ƒx()y)Œ=z)#= lim ——- Jxứ+z)y (9

1 1 * 1 ] : * 1.3 )

— — _ = | ——— It ( 2

y „(f)= lim SHOX (í-?)di im J y(f+7r)x (0d

1 T * ] 7T * 1.33) z)= lim —— [x(0x (f-r)df = lim —— †x(f+r)x (ÐĐøœr Ấ

V„(C)= lim có [x()x'ứ=r)đ= lim c Jxứt£)xˆ()

1.1.2c Phân tích phổ của tín hiệu:

Phân tích phổ là phương pháp quan trọng để phân tích tín hiệu Nó có những ưu

điểm sau:

+ Có thể sử dụng để phân tích nhiều loại tín hiệu: Tín hiệu xác định, tín hiệu ngẫu nhiên

+ Cơ sở lý thuyết phân tích được nghiên cứu đây đủ

+ Có mối quan hệ với các phương pháp khác nhau như đã phân tích thời gian và phân tích tương quan

+ Có biểu diễn vật lý rõ ràng

Đây là phương pháp được ứng dụng nhiều nhất để phân tích tín hiệu đặc biệt là tín

hiệu thông tin (điện thoại, phát thanh, truyền hình, điện thoại ) Cũng như trong việc

nghiên cứu các tín hiệu tự nhiên như nhiễu trong các hệ htống thông tin

e Điổ của tín hiệu:

- Ta gọi biến đổi thuận Fourier của tín hiéu x(t) là phổ của nó

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

- Phổ của tín hiệu trong trường hợp tổng quát là một hàm phức, biến thực

œ được viết dưới dạng:

- Hay là

X(a)= Re X(@) + jlm X(o)

- Các hàm / X(œ) /, P(@), Q(œ) là các hàm thực biến ø và có tên gọi tương

ứng là phổ biên độ, phổ pha, phổ thực và phổ ảo của tín hiệu x(/) Đó là các đại lương đặc trưng cho cấu trúc tần số của tín hiệu chúng có quan hệ với nhau qua các biểu thức

Nếu tín hiệu x(/) là phức, có nghĩa là mô hình trừu tượng, không vật lý của tín hiệu

thực, thì khi đó ta khó nhận được biểu diễn vật lý của phổ Đối với tín hiệu thực có biến đổi Fourier (1.33) thì phổ biên độ và phổ pha của nó sẽ biểu diễn rõ ràng Nhờ việc biến đổi bằng phổ phức (1.34) mà các đặc trưng của phổ được xác định trên toàn

trục tần số ø Phần bên phải với ø > 0, phổ biên độ sẽ mô tả mật độ phân bố biên độ

trên thang tần số, phổ pha mô tả mật độ phân bố pha

1.1.2d Mật độ phổ năng lượng, mật độ phổ công suất:

s _ Mật đô phổ năng lượng:

+ Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu x(/)là đại lượng:

+ Chú ý rằng khái niệm mật độ phổ năng lượng chỉ xét cho tín hiệu năng lượng

Theo định lý về hàm tự tương quan (#2) = | X(Ox*(t - dt <> [X(a)/ ?) thi binh phuong

biên độ phổ là phổ của hàm tự tương quan của tín hiệu x(/) Hàm tự tương quan và mật

độ phổ năng lượng của tín hiệu tạo thành cặp biến đổi Fourier:

- _ Trực tiếp từ tích phân bình phương modul tín hiệu

- Tw ham tự tương quan của tín hiệu khi r = 0

- _ Từ mật độ phổ năng lượng, nó chính bằng diện tích dưới đường cong ự() chia cho 2z Mật độ phổ năng lượng là đại lượng đặc trưng cho tín hiệu, nó mô tả sự

phân bố năng lượng của tín hiệu trên thang tần số

e _ Aât độ phổ công suất:

+ Xét tín hiệu công suất x(t), hàm tự tương quan chuẩn hoá của nó được định

¡: hằng số không đổi và R(z) cũng tuần hoàn với chu ky T,

+ Mật độ phổ công suất (PSD: Power Spectral Density) của x() kí hiệu bởi ọ(œ) được định nghĩa như là biến đổi Fourier của hàm tự tương quan, nghĩa là:

Ø()=F[R(ÐJ= | R()ed: (1.45)

Do đó hàm tự tương quan là biến đổi Fourier ngược của PSD:

RŒ) =F!(0(@})= | o(@e”*do (1.46)

+ Mật độ phổ công suất cho biết công suất trung bình của tín hiệu được phân

bố trong vùng tần số như thế nào, công suất trung bình của một tín hiệu bằng giá trị

trung bình của hàm tự tương quan của nó ở t = 0 Cũng có nhận được nó bằng cách lấy

tích phân PSD

P„„=R(0=[ | 9(ae*do],.o= | o(a)de (1.47)

+ Như vậy công suất của tín hiệu được xác định theo ba cách:

- Trực tiếp từ tích phân bình phương tín hiệu khi xét giới hạn t) >

- Từ hàm tự tương quan #7) tại t = 0

- Từ mật độ công suất @(œ), công suất của tín hiệu chính bằng tích phân

từ —oo—>œ của mật độ phổ công suất

Các tín hiệu ngẫu nhiên là các tín hiệu không thể dự kiến trước hành vi của chúng

theo thời gian và để biểu diễn chúng phải dựa vào các phương pháp thống kê

Trong tín hiệu ngẫu nhiên có thể phân thành hai loại chính:

+ các tín hiệu ngẫu nhiên dừng (Stationary) với các đặc tính thống kê đều bất

biến theo thờ gian

+ Các tín hiệu ngẫu nhiên không dừng, không có tính chất trên

Các tín hiệu ngẫu nhiên tạo nên một lớp đặc biệt quan trọng của tín hiệu Điều này

là do chỉ có một tính chất ngẫu nhiên nào đó mới chuyển được thông tin Một lý do khác nữa là có một số lượng lớn các trạng thái trong đó người ta cố gắn để phòng

chống nhiễu ngẫu nhiên Một tín hiệu ngẫu nhiên được quan sát phải được xem như một sự tạo thành đặc biệt một tập các tín hiệu gần giống nhau nhưng lại có thể được

tạo nên bởi cùng một hiện tượng (hay quá trình) ngẫu nhiên

1.2.2 Phương pháp phân tích

1.2.2a Quá trình ngẫu nhiên

Quá trình ngẫu nhiên là một quá trình vật lý xảy ra trong tự nhiên theo thời gian, chẳng hạn quá trình xảy ra các tín hiệu điện hoặc tín hiệu nhiễu theo thời gian Tập (ensemble) các quá trình ngẫu nhiên của một tín hiệu vật lý là tập hợp các tín hiệu theo thời gian mà đại lượng vật lý đó có thể xảy ra Trung bình thống kê (ensemble average) là giá trị trung bình của biến trên tập quá trình ngẫu nhiên tại một thời điểm

nhất định (biến số thời gian t được giữ không đổi):

1.2.2b Quá trình dừng và quá trình ergodic

Quá trình ngẫu nhiên là quá trình dừng (stationary) khi các thông số đặc trưng của quá

trình không đổi theo thời gian Nói cách khác, khi thay đổi gốc thời gian của hàm ngẫu

nhiên thì trung bình trên tập không đổi Hệ quả của đặc tính đừng

+ Giá trị trung bình trên tập là hằng số: E(X(t) = ux(t) = ux = m,

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

+ Hàm tự tương quan tại thời điểm t¡ và t; chỉ phụ thuộc vào độ chênh lệch thời gian 7 = (;-;: EJX(¡).X(12)} = R„(¡-tz) = R„(z) hay nói cách khác

RY) = BHIX().XŒ- tL)] = EIXí + t)X(ĐJ (1.50)

Ta suy ra thêm các tính chất sau:

„(+ nT;)=R„(¿ nếu X(0tuần hoàn với chu ky To (1.54)

Quá trình ergodic là quá trình ngẫu nhiên trong đó trung bình thống kê (ensemble

average) bằng trung bình thời gian (time average) của tín hiệu Quá trình ergodic nhất

thiết là quá trình đừng, nhưng ngược lại quá trình đừng chưa chắc là quá trình ergodic

1.2.2c Đặc tính của tín hiệu ngẫu nhiên

© Cong suét tín hiệu và trung bình thời gian:

Gọi X/) là tín hiệu ngẫu nhiên dừng (stationary), được xem là phần tử của tập các

quá trình ngẫu nhiên dừng X,s)

Công suất trung bình của tín hiệu trong khoảng thời gian T là:

7/2

Tra Trung bình trên tập của ?;() được viết là E/Pz⁄4)j (trên tập các quá trình ngẫu

Phổ công suất hay mật độ phổ công suất được ký hiệu là: øy#) (power spectral

density) của một tín hiệu ngẫu nhiên dừng X7) mô tả sự phân bố công suất của tín

hiệu trên miền tần số ø„) có thể được suy ra từ hàm tự tương quan E;,(z) nhờ phép

biến đổi Fourier:

OAD =FIR()] = [R,(r)e"??**af (1.57)

Và phép biến đổi Fourier ngược cũng cho hàm tự tương quan

e Tinh chat chong chập công suất

Giả sử tín hiệu ngẫu nhiên Z7) là tổ hợp của hai tín hiệu ngẫu nhién X(t) va Y(t)

1.1.2 Mục đích của điều chế tín hiệu:

+ Dịch chuyển phổ của tín hiệu thông tin về miền tân số cao, tối ưu cho quá

trình bức xạ tín hiệu vào không gian dưới dạng sóng điện từ

+ Điều chế tín hiệu cho phép ta sử dụng hữu hiệu kênh truyền, có nghĩa là cho phép trộn nhiều kênh thông tin trên cùng một môi trường truyền

+ Tăng khả năng chống nhiễu cho hệ thống thông tin, bởi vì các tín hiệu điều chế có khả năng chống nhiễu, mức độ tuỳ thuộc vào các loại điều chế khác nhau

Có nhiều loại điều chế nhưng trong phạm vi dé tai ta chi xét hai loại điều chế là:

+ Điều chế khoá dịch pha PSK (Phase Shift Keying) + Điều chế khoá dịch tần số FSK (Frequence Shift Keying)

1⁄2 Điều chế dich pha PSK(phase- shift-keying)

Trong điều chế số dịch pha PSK, pha của sóng mang hình sine tần số cao sẽ biến

thiên theo mức luận lý 0 hoặc 1 của chuối số Trong điều chế PSK ta có hai kiểu điều

chế là:

+ Điều chế dịch pha hai trạng thái BPSK( binary phase shift keying)

+ Điều chế dịch pha bốn trạng thái QPSK (quarternary phase shift keying)

1.2.1 Điều chế dịch pha hai trạng thái BPSK:

Pha của sóng mang hình sin được thay đổi lần lượt 180” tuỳ theo mức luận lý 0 hay 1 của chuỗi số, như được vẽ minh họa ở hình 1.1 Ta có thể coi biểu thức sóng mang ở hai trường hợp này lần lượt là Acosœ;tvà Acos(af + 180, ) = -A cos@gt

1.2.1a Biểu thức của BPSK

Một cách tổng quát, ta có thể viết biểu thức BPSK dưới dạng sau:

trong đó A là biên độ; œ; là tần số và ¿ là góc pha ban đâu của sóng mang; d(t) là luồng bit nhị phân cần truyền, với qui ước d(t) = +1 nếu bit nhị phân có mức luận lý 1

và d() = -I nếu bit có mức luận lý 0

Thông thường, để đơn giản hoá biểu thức và không làm mất tính tổng quát, ta chọn >

= 0 Ngoài ra, ta có thể xem mối liên quan giữa biên độ A của sóng mang với công

suất phát của sóng mang Ps là:

Do đó (1.64) trở thành:

Xppsx(t) = A2Ïs d(†).cos(@at ) (1.66)

Nếu luồng bit nhị phân d(t) có tốc độ bít là f,, hay chu kỳ là 7;=/⁄, như vậy năng

lượng phát của sóng mang cho mỗi bit chuyển tải là:

1.2.1b Đổ ẩn sốcủa BPSK

Từ phương trình (1.66), ta có thể xem như x;zsx(/) là tích số của tín hiệu xung / Py dt

VỚI sóng mang 42 cos(@;£) Do đó ø(0 là hàm mật độ phổ công suất của VPs dtva Øsps.( là hàm mật độ phổ công suất của 42 cos(ø;f ) thì theo hệ quả của định lý

điểu chế ta có quan hệ

Vì JP; dt la tin hiéu xung nén ham mat độ phổ công suất là:

fo+ f,) (do đó, có thể xem dai tần phổ của BPSK 1a B = 2f,) Thiết bị thu chỉ cần thu

được búp phổ chính là có thể giải điều chế được tín hiệu Tuy nhiên các bước sóng

phụ, nhất là búp thứ nhất và thứ hai ở cả hai dải biên, vẫn có thể gây ảnh hưởng đến các kênh tân số lân cận của sóng mang Để khắc phục ảnh hưởng này, ta có thể dùng

phương pháp lọc để làm suy giảm các thành phần tần số cao của đ(/) (tín hiệu xung)

trước khi đưa vào điều chế, để triệt các búp phụ bậc cao Tuy nhiên, điều này lại khiến

dạng sóng thời gian của d(t) bị nén thành phần tần số cao, các bit sẽ bị trải rộng về thời gian và do đó có thể gây nhiễu giao thoa ký hiéu ISI (Inter Symbol Interfrence) 6 nơi phát Lúc này ở phía thu cần bộ cân bằng tín hiệu (equalizer), có chức năng tương

tự như bộ lọc tần số, để sửa phổ tần số của tín hiệu thu được

—————-PỲ-yay

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

1.22c Các mạch điều chế và giải điều chế BPSK

Mạch điều chế BPSK dựa trên nguyên tắc mạch nhân giữa một sóng mang Acos@ot

với chuỗi đ(7) đặc trưng cho tín hiệu nhị phân (d(t)+ 1), như được biểu diễn ở hình 1.3

Hình 1.3 Mạch điều chế BPSK Hình 1.4 Mạch giải điều chế BPSK

Mạch giải điều chế cũng dựa trên nguyên tắc mạch nhân giữa tín hiệu xzssx(7) với sóng mang được tái tạo cosœgf, có tần số và pha cùng với sóng mang gốc, như được

trình bày ở hình 1.4 Nếu tín hiệu từ bộ tái tạo là 2cosoat thì ngõ ra mạch nhân sẽ cho:

Xppsk(U).2 COSWot = [A.d(t) cosa@ot].2 cosWot

= Ad(t) + Ad(†f) cos(2agf) (1.71)

Tín hiệu này được đưa qua mạch lọc thông thấp LPF, thành phần tần s6 cao 2apsé

bị triệt tiêu do đó tín hiệu tái tạo là: đt) = Ad(f) (1.72)

Mach (4i tao s6ng mang Costas

Hình 1.5 giới thiệu một tái tạo sóng mang vòng costas Trong vòng costas, mạch VCO (bộ tạo dao động điều chỉnh bằng điện áp ) có tân số trung tâm là fạ sẽ chịu tác động hiệu chỉnh của điện áp W„= == sin(2.6) để đạt đến trạng thái góc lệch pha Ø giữa sóng mang tái tạo và sóng mang gốc bằng 0° Tuy nhiên, lưu ý rằng mạch vòng costas cũng có thể tạo độ lệch Ø= 180° (tức 20=360° ), cũng giữ cho vòng ở trạng thái cân bằng Do đó, sóng mang tái tạo cũng có thể ngược pha với sóng mang gốc

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDOMA

1.2.2 Điều chế QPSK

Điều chế số QPSK, còn gọi là điểu chế 4-PSK, là quá trình điều chế pha của sóng

mang hình sin với bốn giá trị khác nhau và vuông góc với nhau, tuỳ thuộc vào chuỗi bit

số liệu điều chế

1.2.2a Biểu thức của QPSK Nếu ta gọi ð„(7) và øz/7) lần lượt 1a bit chan va bit 1é trong mỗi ký hiệu hai bits, biểu thức của tín hiệu QPSK được viết dưới dạng

Giá trị góc pha ổ(ƒ)của sóng mang tương với mỗi ký hiệu 2-bits Lúc này biên độ „2 A4

và tân số ø¿ của sóng mang cố định, chỉ có góc pha ø(/)thay đổi theo chuỗi bit

1.22b Giản đồ vector của QPSK

Từ biểu thức QPSK ở (1.73) và bảng trạng thái pha, ta có thể vẽ được sự phân bố

các vector pha của các trạng thái sóng mang QPSK ở hình (1.6) nếu ta xem hai trục tọa độ lần lượt là trục I (có góc pha cos(œ;f), trùng với pha sóng mang chuẩn) và trục

Q (có góc pha sin(@pt +2), vubng pha với sóng mang chuẩn), thì biểu thức (1.73)có thể

viết dưới dạng:

Xopsk()) = A.b,(t) cosœgt+Ab,(†) sin(@ot +2) (1.74)

Gọi „là công suất tín hiệu phát, thì Ø; liên quan đến biên độ sóng 4 là Ø = 47(do

từng nhóm 2-bits điều chế), do đó (1.74) được viết lại

Xopsk(f) = 4|P; b¿(f) cosœgt+.|P; by(†) sin(@gf +Zz) (1.75)

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Ta gọi Zs la nang lượng của mỗi ký hiệu 2-bits, ta có thể viết:

1.22c Phé cila tin hiéu QPSK

Nếu công suất tín hiệu tổng là Ps thì biên độ của mỗi thành phần sẽ là 4 = Ps

(không phải là a =./2P, ) vì Ø là tổng của hai công suất thành phần I và Q

Giả sử rằng tốc độ bit của các bit chấn ø„) và bit lẻ ø„//) đều là Ø, thì so với tốc độ

2-bits # thì ta có:

Phổ mật độ công suất Øors() là tổ hợp của phổ mật độ công suất của hai tín hiệu

thành phân BPSK, ta có thể suy ra từỪ Øgps.(2 được cho ở (1.70):

_, PT, |(sinx(f- £)T, \` (sinz(f+ #6)? Y ØQgs„( f) = 2 2 | z(f- §)1, 4 z(f+ £)T, |

trong đó, chú ý rằng hệ số 2 ban đầu tượng trưng cho tổng x của hai phổ thành phần và

7; = 7⁄2 Nếu so sánh (1.78) với (1.70), ta nhận thấy phổ của QPSK có dang tương tự phổ của BPSK nhưng do # = #⁄2 nên dải phổ tần của QBSK hẹp hơn gấp hai lần dải phổ tân của QPSK tương ứng có cùng tốc độ bít truyền

1.22d Mạch điều chế và giải điều chế QPSK

Hình 1.7 giới thiệu sơ đổ khối của mạch điều chế QBSK

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Chuỗi dữ liệu đầu vào đ(/) có hai mức luận ly a(t) =+1 tương ứng với luận lý 1 và 0,

được đặt vào bộ chuyển đổi nối tiếp / song song (5⁄2) để tạo thành hai luồng bit chấn

b(t) va bit lé bo) Một dao động sóng mang được đặt vào khối dịch pha Øtạo thành

hai s6ng Acos(@ot) và Asín(@gf+Z) Bộ nhân (điều chế cân bằng ) và cộng cho phép

tạo tín hiệu Xgpsx(t) cd biểu thức như ở (1.74) bộ lọc thông thấp ở ngõ ra có chức năng

loại bỏ các hài cao tần của sóng mang

1.3 Điều chế dịch tin FSK (Frenquence Shift Keying)

Trong điều chế số dịch tan FSK (Frequence Shift Keying), chudi số dữ liệu nhị phân

được dùng để thay đổi dịch chuyển tần số của sóng mang hình sin; nói cách khác, nội

dung thông tin được chứa đựng trong tần số khác nhau của sóng mang Với phương

thức truyền từng bit nhị phân một, ta có hai tần số sóng mang, được gọi là điều chế

dịch tần nhị phân BFSK(Binary FSK); ngược lại, với phương thức truyền mỗi N bit nhị

phân một, ta có M = 2N trạng thái tần số khác nhau của sóng mang, ta có điều chế dịch

tần bậc M (M-ary FSK)

1.3.1 Điều chế dịch tần nhị phân BESK

1.3.12 Biểu thức của BFSK

Giả sử tần số sóng mang được chọn øœ„và œ; tương ứng với chuỗi bit (7) như sau:

- @ =ø;khi b()= Luận lý 1 (hoặc đ(ƒ) = +7) -@ =ứ; khi ð(7)= Luận lý 0 (hoặc đ(?) = -7)

Biểu thức của BFSK có thể được viết dưới dạng:

Xnrsk(t) = 4|2Ps cosf®o + đ(f)A œjt (1.79)

Biểu thức xzzsx(7) có thể được viết dưới dạng khác như sau:

Xprsx(f= V42P, Du(†)COS@pf + J2P, 0(f)cosørf (1.81) Trạng thái của hàm pu(© và p(f) tương ứng với các trạng thái nhị phan (d()= +1)

Hình 1.9: Phổ của tín hiệu BESK

Dé hiéu qua ta chon wy va @; sao cho cdc búp phổ chính có chung điểm cắt, như hình vẽ trên, suy ra độ rộng phổ của BESK là:

b) Sơ đồ khối bộ giải điều chế BFSK dùng vòng khoá pha

c) Sơ đồ khối bộ giải điều chế BFSK kiểu kết hợp (coherent)

- 16

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

mm Tïẳ-ẳẲẳẳễẳễšŠÏï=ï“ï“zuueaaaơơơờợờợơờứïửẳmcsassa>aa=ss=ẫ>5ằïœs%ïïïễsrzrễr.ẳễ-.seằœœơợ/WằẶéứtẵẽĩtẪầéầa

Hình 1.10 a,b,c giới thiệu sơ đồ khối của mạch giải điều chế BFSK kiểu kết hợp và

không kết hợp (tách sóng biên độ) và kiểu dùng vòng khoá pha

Tín hiệu xz;sx(/) về bản chất được xem như tín hiệu điểu chế tần số nên có thể dùng

các phương pháp giải điều tần (chẳng hạn, dùng vòng khoá PLL); mặt khác về hình

thức xzzex(0 có thể xem như tổng hợp của hai tín hiệu ASK ở hai sóng mang ø„và ø;

khác nhau, do đó có thể dùng các phương pháp tách sóng biên độ hoặc tách sóng nhân

kết hợp để giải điều chế

1.3.2b Điều chế dịch tân bậc M(M-ary FSK)

Trong điều chế dịch tần bậc M, ta dùng M = 2Ÿ tần số sóng mang, đặc trưng cho M

trạng thái tương ứng với N bit nhị phân của luồng dữ liệu ĐỂ đạt được trực giaocủa M

tân số sóng mang thì tần số phát của mỗi ký hiệu số M mức (fs) phải được chọn cách

nhau khoảng 2fs = 2f/N và phải là các bội số nguyên lần của fs trong điều kiện

này,phổ tần số của tín hiệu xwrsx(t) được xem là tổng hợp của M tín hiệu điều chế

ASK riêng biệt ở các tần số tương ứng là 2kfs Chú ý để các tần số trực giao với nhau,

các điểm triệt tiêu của hàm mật độ phổ công suất của hai sóng mang kể nhau phải

trùng nhau, do đó khoảng cách tần số của hai sóng mang kể nhau phải là 2fs

C Các phương pháp đa truy cập

Đa truy cập trong hệ thống thông tin là việc nhiều phần tử trong mạng (gọi tắt là các

user) cùng chia sẽ một nguồn tài nguyên thông tin Tài nguyên thông tin ở đây là các

thiết bi phân cứng, là các phần mền hay băng tân số Nếu các user truy cập nguồn tài

nguyên thông tin vô tuyến thì được gọi là đa truy nhập vô tuyến Trong lĩnh vực thông

tin di động, user là các thuê bao đi động MS(Mobile Station) và tài nguyên thông tin là

các trạm thu phát sóng BTS(Base Transceiver Station), băng tần số Đa truy cập trong

thông tin di động cũng là một dạng đa truy cập vô tuyến

Tuỳ theo cách thức chia sẽ nguồn tài nguyên thông tin mà tổn tại các phương pháp

đa truy cập khác nhau, trong phần này chúng ta chỉ giới thiệu ba phương pháp đa truy

cập là:

-17-

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

+ Da truy cap phan chia theo m4 CDMA ( Code Division Multiple Access)

Do tính chất, yêu cầu cũng như yếu tố lịch sử mà mỗi hệ thống sử dụng các kiểu đa

truy cập khác nhau hoặc có thể kết hợp nhiều phương pháp để nâng cao hiệu quả của

nguồn tài nguyên

Hình 1.11 Các phương pháp đa truy nhập

1.1 Đa truy cập theo tần số FDMA

FDMA (Frequence Division Multiple Access) là hệ thống đa truy cập phân chia

theo tần số FDMA được sử dụng phổ biến nhất cho các hệ thống thông tin mặt đất, bởi

vì nó có thể phân biệt các kênh một cách dễ dàng bằng các bộ lọc trong miền tần số Mỗi một tín hiệu khác nhau được phân biệt bằng kênh tần số khác nhau, tức là mỗi

một đường tín hiệu chiếm giữ một tần số ( hay nói cách khác tín hiệu được cấp phát

một tần số) Để làm việc đúng với tần số được cấp phát, tại máy phát của mỗi người dùng, mỗi kênh tín hiệu được điều chế với sóng mang kết hợp để sao cho phổ tín hiệu

sau khi điều chế không chồng chéo lên nhau Tại máy thu sẽ thu chọn lựa kênh tín

hiệu chỉ định bằng bộ lọc thông dãi tương ứng FDMA có thể sử dụng cho tất cả các

phương pháp điều chế như điều chế biên độ, điều chế tần số hay điều chế pha Hình 1.12a là phổ của hệ thống FDMA Ở đây băng thông của hệ thống được chia thành các

băng thông nhỏ

BS

18

Kénh 2

Thời gian

c) Phân bố kênh Hình 1.12 Khái niệm về hệ thống FDMA Giữa các kênh kể nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tân số sóng mang Khi một ngừi dùng gửi yêu cầu đến BS (Base Station), BS

sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và dành riêng cho người dùng đó trong

suốt cuộc gọi Tuy nhiên ngay khi cuộc gọi kết thúc, kênh được ấn định lại cho người

dùng khác Khi có năm người dùng xác lập và duy trì cuộc gọi như trên hình 1.12b, có

thể ấn định kênh như trên hình 1.12c

- Du - Nhược điểm của FDMA

Uu điểm:

+ Phần cứng đơn giản vì nó có thể phân biệt các kênh bằng các bộ lọc

+ Không cần phải có đồng bộ hay điều khiển định thời như trong các hệ thống

TDMA hay CDMA

+ Vì độ rộng băng thông của mỗi kênh trong hệ thống FDMA rất hẹp nên chúng

ta chỉ phải xem xét pha đinh phẳng

+ Nhiễu điều chế tăng theo số lượng sóng mang

+ Khó thực hiện việc truyền dẫn với tốc độ thay đổi do một thiết bị đầu cuối

cần sử dụng nhiều modem Do vậy việc truyền kết hợp thoại và đữ liệu phí thoại cũng

+ Cần phải có các bộ lọc phát và thu giá trị Q (hệ số phẩm chất) cao để đảm

bảo chọn lọc kênh cao

+ Rất dễ bị nhiễu xuyên kênh

1.2 Đa truy cập theo thời gian TDMA

TDMA (Time Division Multiple Access) 14 hé thống truy cập phân chia theo thời

gian TDMA được sử dụng trong các hệ thống nhằm khắc phục sự hạn chế chỉ có một

cuộc gọi trên tần số vô tuyến TDMA là một phương pháp cho phép người dùng truy

nhập một băng tân đã được ấn định, mỗi kênh chiếm toàn bộ băng tần hệ thống, nhưng

chỉ trong một khoảng thời gian gọi là một khe, theo chu kỳ Các hệ thống TDMA truyền dữ liệu theo phương pháp đệm và theo cụm (Buffer-and-Burst), do đó việc

truyền dữ liệu cho mỗi người là không liên tục vì thế trong hệ thống TDMA phải sử dụng phương pháp điều chế số

Các đặc điểm của hệ thống TDMA

v TDMA chia sẽ một tần số sóng mang cho một số người sử dụng, mỗi người sử

dụng một khe thời gian và số khe thời gian phụ thuộc vào một số thông số, chẳng hạn

như kỹ thuật điều chế, băng thông đường truyền

YO đường lên, mỗi thiết bị đầu cuối truyển thông tin trong một khe được ấn định của mỗi khung Do đó, để chống xung đột dữ liệu, mỗi thiết bị đầu cuối phải truyền chính xác trong một khe của mình với một định thời khe được chỉ định

Y Dé ngăn các xung đột có một cách đơn giản là dự phòng một khoảng thời gian bảo vệ đủ dài để đệm sự khác nhau về độ dài đường truyền Cách khác đẻ tránh xung đột cụm dữ liệu (burst) là dùng kỹ thuật cân chỉnh thời gian Kỹ thuật này làm giảm thời gian bảo vệ, vì vậy nó được áp dụng phần lớn các hệ thống thông tin di động mặt

đất TDMA

vO đường xuống, tất cả các tín hiệu khe được BS (Base Stasion: Trạm gốc) truyền Do đó tín hiệu truyền không phải là tín hiệu TDMA mà là tín hiệu TDM (Time Division Multiplexing)

v Trong hệ thống TDMA, các thuê bao khác nhau có thể được cung cấp số khe thời gian khác nhau, vì vậy băng thông đường truyền có thể được cung cấp theo nhu cầu của người sử dụng

¥ TDMA sit dung các khe thời gian khác nhau cho việc truyền và nhận đữ liệu, vì

vậy vấn đề song công là không cần thiết

vx Hiệu quả sử dụmg tân số được nâng lên, dung lượng của hệ thống tăng cao, do các phần tử trong mạng làm việc không liên tục còn gọi là phương pháp thu phát gián đoạn

- 20

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

v Có thể dễ dàng thay đổi dung lượng truyền tải bằng việc thay đổi khoảng thời

gian phát / thu, nên hệ thống có ưu điểm là linh hoạt trong việc cấp phát kênh

Dưới đây là hình mô tả khái niệm các hệ thống TDMA

Hình 1.13 Khái niệm các hệ thống TDMA: a) phổ tân của hệ thống

TDMA; b) mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi cho 5 người dùng; c)phân

bố khe(kênh), trong đó giả thiết dùng TDMA 3 kênh

1.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

CDMA (Code Division Multiple Access) là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã

Tín hiệu trước khi truyền đi được điều chế trải phổ để làm cho độ rộng phổ tăng lên gấp nhiều lân Khi đó tín hiệu trên tạp âm sẽ giảm xuống rất thấp Mục đích ban đầu

của việc trải phổ là bảo mật thông tin Để thực hiện việc trải phổ thì hệ thống này

dùng một chuỗi giả mã nhị phân ngẫu nhiên Ở đầu thu, nếu muốn thu được tín hiệu này thì phải giải trải phổ, nghĩa là máy thu phải tạo ra tín hiệu mã giống như đâu phát

Do đó các máy thu không chỉ định thì không những không dồn phổ được mà thậm chí

còn trải phổ trực tiếp

Đặc điểm có tính phân biệt lớn nhất của các hệ thống CDMA là tất cả các thiết bị

đầu cuối chia sẻ PROGHE TNE chong hệ thống và mỗi tín hiệu của thiết bị đầu cuối

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

được phân biệt bởi mã Khi mỗi người dùng gửi một yêu câu đến BS (Base Stasion),

BS sẽ chỉ định một trong các mã trải cho người dùng

Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên có tốc độ bit lớn hơn nhiễu so với

N gười d ù ng 2 SOC ICICI OT

tân số

Người dùng 4 Người

Hình 1.14 Khái niệm về hệ thống CDMA: a) Phổ tần của hệ thống

CDMA; b) Mô hình khởi đầu và duy trì cuộc gọi cho 5 người dùng; c)Phân

bố khe(kênh) Trong CDMA, công suất thuê bao tại máy thu xác định nền nhiễu sau khi giải tương quan Nếu công suất của mỗi thêu bao trong một Cell không được điều khiển thì hiệu ứng “gần -xa” xuất hiện (ở hướng lên) Vấn đề gần xa xuất hiện khi nhiều thuê bao di động chia sẻ cùng một kênh truyền Trong trường hợp này thì tín hiệu truyền thu được mạnh nhất sẻ chiếm giữ bộ giải điểu chế tại máy thu Trong CDMA, các mức tín hiệu

thu được mạnh hơn sẻ nâng cao nền nhiễu tại các bộ giải điều chế tại các trạm gốc với

các tín hiệu thu được yếu hơn Để tránh hiệu ứng “gần — xa” ta phải sử dụng điều khiển cong suất khi sử dụng CDMA Việc thực hiện điểu khiển công suất được thực hiện tại mỗi trạm gốc trong hệ thống Cellular và đảm bảo rằng mỗi thuê bao trong vùng phủ sóng của trạm gốc cung cấp một mức tín hiệu tại bộ phận thu của trạm gốc Điều khiển công suất được thực hiện tại trạm gốc bằng cách lấy mẫu số đo cường độ

Ầ_Ắ7 _ẮỂỀ 7/////,,

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

tín hiệu vô tuyến của mỗi thuê bao di động và sau đó gửi lệnh thay đổi công suất trên

đường vô Mặc đù có sử dụng điều khiển công suất trong mỗi Cell nhưng các thuê bao

di động bên ngaòi Cell vẫn gây ra sự can nhiễu mà không chịu sự điều khiển bởi trạm gốc thu

Hình I.14.a ở trên cho thấy phổ của hệ thống CDMA Hình 1.14.b khi 5 người dùng

khởi đầu và duy trì cuộc gọi Hình 1.14.c thể hiện thời gian và tần số bị chiếm dụng

Đặc điểm cửa CDMA:

+ Các user có thể sử dụng cùng băng tần số và cùng khe thời gian nên hiệu

quả sử dụng nguồn tài nguyên rất cao, dung lượng của hệ thống rất lớn

+ Khác với FDMA hay TDMA, CDMA có giới hạn dung lượng mén

+ bù fading chọn tần một cách dễ dàng bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tập

đường truyền

+ Tốc độ dữ liệu kênh truyền trong các hê thống CDMA tất cao

+ Ngoài tính năng bảo mật tín hiệu tốt, hệ thống này có khả năng chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít gây nhiễu tới các hệ thống khác

14 So sánh các kỹ thuật đa truy nhập FDMA, TDMA, CDMA:

Xét về quan điểm cấu hình hệ thống, FDMA là phương pháp truy nhập đơn giản

nhất Tuy nhiên nó không thích hợp với các hệ thống truyền thoại dung lượng lớn sử

dụng các bộ mã hoá thoại tốc độ thấp và lược đổ điều chế hiệu suất phổ cao bởi vì nó

yêu cầu độ ổn định rất cao của bộ dao động Ngoài ra, trong trường hợp FDMA điều khiển tốc độ truyền biến đổi là rất khó vì nó yêu cầu K bộ modem để đạt được tốc độ truyền biến đổi từ R,(bit/s) thành K,@bits) kết quả là,hiện tại không có hệ thống chia

ô thế hệ thứ hai nào sử dụng FDMA Hơn nữa đối với các hệ thống FDMA rat khó

giám sát tín hiệu thu của các ô lân cận để chỉ định lại kênh hoặc thực hiện chuyển

giao Khi sử dụng TDMA, cho dù chúng ta có thể làm giảm các yêu cầu đối với sự ổn

định tần số sóng mang và đạt được điểu khiển tốc độ truyền biến đổi sử dụng một

modem, chúng ta cần đồng bộ khung, khe hoặc siêu khung một cách chính xác Ngoài

ra, chúng ta phải phát triển kỹ thuật chống pha fading chọn tân nếu số khe trong một

khung lớn Hơn nữa, bộ hoạt động máy phát cần hoạt động với công suất đỉnh gấp K lần so với công suất trung bình Chúng ta có thể khắc phục nhược điểm này nhờ kỹ thuật điều khiển định thời, các kỹ thuật cân bằng thích ứng và các kỹ thuật khuếch đại công suất có hiệu quả công suất cao Một ưu điểm quan trọng khác của hệ thống TDMA là có thể đo mức tín hiệu thu của các ô lân cận trong các khe thời gian nghĩ Trong trường hợp CDMA, vấn để nghiêm trọng nhất là “gần xa” Vấn để gần —xa bây giờ đã được giải quyết bởi kỹ thuật điều khiển công suất nhanh Ngoài việc làm

giảm vấn đề gần - xa, kỹ thuật diéu khiển công suất nhanh còn hiệu quả đối với việc

cải thiện độ nhạy máy thu bởi vì nó làm mức tín hiệu thu ổn định N goài ra, các kỹ

thuật dành riêng cho CDMA sau đây cũng cải thiện thêm độ nhạy máy thu

- Ap dụng mã sửa sai (FCE) hệ số mã nhỏ

- Công suất đỉnh bằng công suất rrung bình

- Ap dung chuyén giao mềm và mềm hơn

_— ——ÐẸÏẸƑÐ

ng nngỹnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

—E>EL_E>»x_™~_—IEEyEyEyEE>>>E— — —_———————————T——T———_————————EE

Do đó, CDMA có khả năng đạt được sự tiêu thụ năng lượng ít hơn TDMA hay

FDMA miễn là áp dụng điều khiển công suất chính xác

Bảng so sánh FDMA, TDMA và CDMA

Đặc điểm FDMA TDMA CDMA

Độ ổn định tần số | Độ ổn định | Độ ổn định thấp có | Độ ổn định thấp sóng mang yêu cầu rất | thể chấp nhận được | có thể chấp nhận

cao nếu có một số được nếu tốc độ

lượng lớn các kênh chip đủ lớn

ghép xen với nhau

Hiệu ứng gần xa | Không chịu | Không chịu ảnh Cần diéu khiển

ảnh hưởng hưởng công suát nhanh

Kỹ thuật chống | Phân tập; Tỷ | Phân tập; Tỷ lệ mã | Phân tập Rake;

pha đỉnh đa tia | lệ mã sửa lỗi | sửa lỗi trước lớn; | Tỷ lệ mã sửa lõi

trước lớn | cân bằng thích nghỉ | trước lớn; điểu

khiển công suất

quan cho bộ giám sát mặt cắt trễ kênh vì tất cả các BS sử dụng cùng tần số sóng mang

và tốc độ chip Đặc điểm này được áp dụng một cách chủ động vào quá trình chuyển giao mềm Mặt khác, với CDMA, bán kính vùng nhỏ hơn thì thích hợp hơn cho điều khiển công suất bởi vì bán kính vùng lớn hơn yêu cầu dải động rộng hơn của điều khiển công suất Thậm chí trong trường hợp TDMA, bán kính vùng lớn hơn yêu cầu khoảng thời gian bảo vệ dài hơn hoặc cân chỉnh thời gian chính xác nếu cần khoảng thời gian bảo vệ ngắn hơn Mặt khác, với TDMA, bán kính vùng chỉ bị giới hạn bởi yêu cầu công suất máy phát

Kỹ thuật trải phổ là quá trình biến đổi (thực hiện điều chế một lần nữa) một tín

hiệu đã được điều chế có băng thông hẹp thành một tín hiệu có băng thông rộng hơn

nhiều lần do đó, mật độ công suất của tín hiệu giảm đi đáng kể

Các kỹ thuật trải phổ được dùng trong các hệ thống thông tin di động CDMA, trong

hệ thống mã hoá tín hiệu hoặc trong hệ thống thông đa truy cập (Multiple Access) Nó

giải quyết các vấn để như khả năng kháng nhiễu cao, ghép kênh phân chia mã cho các

ứng dụng đa truy cập phân chia theo mã Khả năng nâng cao chất lượng nhờ việc sử

dụng các kỹ thuật trải phổ được đặc trưng bằng độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ Độ

lợi xử lý là độ khác biệt về chất lượng của hệ thống dùng trải phổ so với hệ thống

không dùng trải phổ trong khi các điểu kiện khác là giống nhau

2.1.2 Nguyên lý trải phổ

Quá trình trải phổ được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu bản tin (message) có tốc

độ bit #ð với tín hiệu trải phổ giả tạp âm PN có tốc độ chip #c (Re>>Rb) Tín hiệu thu

được sau đo lại được điều chế một lần nữa để tạo nên phổ tân rộng giống như dạng

nhiễu nền không gây ảnh hưởng đến tín hiệu khác Tín hiệu PN đóng vai trò như một

“mã” được biết trước ở cả máy phát lẫn máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết

trước mã nên có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin Mặt khác một máy thu không chủ định không biết được mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không

= Khả năng chống nhiễu cao

= (C6 kha nang ding chung băng tần (chồng lấn) với người sử dụng khác nhờ

đặc trưng tín hiệu giống tạp âm của nó

" Có khả năng loại trừ hay giảm nhẹ ảnh hưởng của truyền sóng nhiều tia

" Tính bảo mật rất cao do sử dung mã PN ngẫu nhiên, mỗi người sử dụng

được mã hoá ở một mã khác nhau Điều này làm cho việc phát hiện thuê bao

khác là rất khó khăn và gần như không thể

" Có thể sử dụng cho thông tin vệ tỉnh được cấp phép ở chế độ CDMA

> Nhược điểm

s Đồng bộ mã PN là rất khó do ảnh hưởng của môi trường truyền

= _ Việc mã hoá và giải mã rất phức tạp, tốc độ cao đòi hỏi độ chính xác

cao

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

2.1.4 Các hệ thống thông tin trải phổ

> Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tân là vấn để được

quan chính và các hệ thống này được thiết kế sử dụng càng ít độ rộng băng càng tốt Ở

các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tân cân thiết để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng của nguồn này Ở các hệ thống điều tần,

độ rộng băng tần này có thể gấp vài lần độ rộng băng tần của nguồn, nó phụ thuộc

vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu số độ rộng băng tần cần thiết có cùng giá trị

với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tân chíng xác cần thiết trong trường hợp này

phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK,QBSK,FSK )

> Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở

rộng lên hàng trăm lần trước khi phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần SS,thì băng tần sử dụng không hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng,

họ sử dụng chung moọt băng tần SS thì hệ thống trở nên có hiệu qua ma van duy trì

được các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ

> Một hệ thống thông tin được gọi là trải phổ (SS) nếu:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối

- Trải phổ bằng một mã độc lập với tín hiệu

Chú ý: các định nghĩa trên không áp dụng cho hệ thống FM vì độ rộng băng tần

của các hệ thống này phụ thuộc vào độ rộng băng tần của nguồn

> Có ba kiểu hệ thống trải phổ(SS) cơ bản:

-_ Trải phổ chuối trực tiếp (DS-SS: Direct Squence- Spread Spectrum) -_ Trải phổ nhảy tân (FH-SS : Frequce Hopping- Spread Spectrum )

- _ Trải phổ nhảy thời gian (TH-SS : Time Hopping- Spread Spectrum) Ngoài

ra còn có các hệ thống trải phổ lai ghép từ các hệ thống trên

> Kỹ thuật trải phổ đã được sử dụng trong hệ thống thông tin quân sự ở chiến tranh thứ nhất và thứ hai Mục đích là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối

với các máy thu không mong muốn bằng cách gây khó khăn cho máy thu này trong

việc tách và lấy ra được bản tin Để biến đổi bản tin vào tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng một mã ngẫu nhiên để mã hoá cho bản tin Máy thu chủ định phải biết được mã

này, vì nó cần tạo ra chính mã này một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát

để lấy ra bản tin (gọi là giải mã) Mã giả ngẫu nhiên phải được thiết kế để có độ rộng

băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của tín hiệu giả ngẫu nhiên Có thể coi

sự biến đổi này là quá trình mã hoá hay còn được gọi là quá trình trải phổ Ta nói rằng

ở máy phát bản tin được trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Ở máy thu phải giải trải phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ bản tin

> Hién nay phần lớn các quan tâm về các hệ thống SS là các ứng dụng đa truy nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn

Ở hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cùng chung một băng tần và phát tín hiệu của

họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu

mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất hiện dưới dạng các nhiễu

——=

- 26

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm Ở các hệ thống FH/S và TH/SS, mỗi người sử

dụng được ấn định một mã giả ngấu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột

2.2 Các phương pháp trải phổ

2.2.1 Trải phổ trực tiếp (DS-SS)

Tín hiệu của trải phổ trực tiếp (DS/SS) nhận được khi điểu chế (nhân) với một tín

hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng Tích này trở thành một tín hiệu băng rộng Trước hết

nghiên cứu các máy phát và máy thu cho các hệ thống DS/SS sử dụng khóa chuyển pha cơ số 2(BPSK :Binary Phase Shift Keying) và khóa chuyển pha vuông góc (QPSK : Quadrature Phase Shift Keying) Sau đó nghiên cứu ảnh hưởng của tạp âm và gây

nghẽn lên hoạt động của một hệ thống DS/SS Cuối cùng nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng chung kênh của nhiều người sử dụng : nhiễu giao thoa nhiều người sử

dụng và ảnh hưởng của kênh truyền đa tia

Hình 2.2: Dạng tín hiệu của kỹ thuật trải phổ trực tiếp

Người ta ký hiệu chuỗi giả ngẫu nhiên dùng để trải phổ là c, (code) và gọi là mã trải phổ có tốc độ chip #, = 7⁄7, với 7là độ rộng xung của c(ƒ) và được gọi là chu kỳ chip (khi so sánh với một khoảng bi Chuỗi giả tạp âm PN (Pseudo noise) là một dãy các

số nhị phân 0 và 1 được biểu diễn bằng các xung +1 và -l tương ứng Các số này gọi là

các chip chứ không phải là các bịt Để việc trải phổ được thực hiện được thì độ rộng

của một chip Tẹ phải nhỏ hơn nhiều độ rộng một bit thông tin Tp

b(t)c() băng rộng để truyền đi

Chuỗi giả tạp âm PN là một chuỗi tuần hoàn Bộ tạo mã sử dụng một bộ cộng modul2 và r thanh ghi dịch được định thời từng Tẹ giây một Chuỗi này là chuỗi cơ số

hai nghĩa là có hai mức +1 được biểu diễn như sau:

Nguyên lý cơ bản của hệ thống trải phổ trực tiếp:

Xét hệ thống trải phổ trực tiếp sau:

Trải phổ Giải trải phổ

+ Bên phía phát, chuỗi dữ liệu bí) (đối với BPSK và LQ đối với QPSK) được

nhân với chuỗi ĐW (PN,) để tạo ra tiến hiệu băng tần gốc truyền là 7%;= b,c, Tin hiéu

thu được là 7x; có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu ban đầu

+Nếu œ= €ự.„ (+ 0) nghĩa là chuỗi PN ở phía thu không được đồng bộ với chuỗi

PN ở phía phát thì kết quả là phổ của tín hiệu #x„sẽ không được nén lại mà ngược lại còn bị trải rộng ra

Ở các hệ thống trải phổ trực tiếp tín hiệu thông tin ð//) có băng tan BWiy được trải

bởi tín hiệu có băng thông rộng hon nhiéu BW,,:

28

PN,.PN,= +1 trong méi chu ky bit

Vì vậy hàm tự tương quan của PN R{t=0) = trung binh (PN,.PN,) =+1

Nén tin hiéu thu dude 1a: d, = d,

hàm tương quan chéo của PN, và PN,:

R(t) = trung binh (PN,PN,<<1 véi moi t

Như vậy để thu được tín hiệu tại máy thu thì tín hiệu truyền với chuỗi PN phải được

biết trước và phải đồng bộ với chuỗi PN ở phía thu

Hình 2.4: Sơ đổ khối máy phát DS/SS BPSK

Đây là sơ đồ khối của máy phát DS/SS với sự điểu chế khóa dịch pha cơ số

2(BPSK) Dữ liệu hay bản tin nhận các giá trị +1 có thể được biểu diễn như sau:

k=—œ trong đó: ð¿= +1 là bit số liệu thứ k

T là độ rộng (khoảng thời gian) của một bit số liệu (tốc độ số liệu là 7⁄7

bps) Tin hiéu c(t) là các chuối giả ngẫu nhiên PN có hai mức +1 được biểu diễn như

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Tín hiệu ð// được trải phổ bởi tín hiệu giả ngẫu nhiên là c(t) bằng cách nhân hai tín

hiệu này lại với nhau Tín hiệu nhận được là b(t)*c(t) sau đó sẽ được điều chế với sóng

mang s27 f,/+Ø) và cho ta tín hiệu DS/SS BPSK xác định theo công thức sau

T=NT, Ở trong trường hợp hình 2.5 ta sử dụng N=7 Ta thấy rằng tích của 2(f)*c@) cũng là một tín hiệu cơ số 2 có biên độ +1, có cùng tần số với tín hiệu PN Tín hiệu

s(t) nhan được được trình bày ở hình trên

2.2.1.1.b Máy thu DS-SS BPSK

Máy thu có nhiệm vụ là lấy ra bản tin Z/7) từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được

phát cộng với tạp âm Do có thời gian truyền trễ t nên tín hiệu thu được là:

s(t-T ) + n(U) = Ab(t-r )c(t-r )sim(2zfˆX t-r)+8) +n(†) (2.8)

trong đó z7) là tạp âm của kênh truyền và đầu vào máy thu

Để giải thích quá trình khôi phục lại ban tin ta giả thiết rằng không có tạp âm Trước hết tín hiệu thu được giải trải phổ để giảm băng tân rộng vào băng tần hẹp Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc

Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

PHONG Ga HH HH ng TH n0 TT TTTTTIIGGG -PGHH EEn HN HHHỹ{H.ỹ g

Hinh 2.6: Sơ đồ khối máy thu DS/SS_ BPSK

Để giải trải phổ ta lấy tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN c( t-r )

được tạo ra ở máy thu, ta được

M{f†) = Ab(t-r xí t-t )sin(2nf, t+0’) = Ab( t-t ) sin(2nt,t+0’) (2.9)

Vì c2 +1, trong khi 0’ = Ø - 2zí, Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với

độ rộng băng tần 2⁄7;

ĐỂ giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha (va tan sé f), cing nhu điểm khởi đầu của từng bit Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan (Corelator) đi sau là thiết bị đánh giá ngưỡng Để tách ra bit số liệu thứ i, bộ tương quan tính toán :

Trong đó 4,=i7+r 1A điểm khởi dau cia bit th i Vi b(f- 7) 1a +1 hay -1 trong thdi

gian một bit Thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho T hoặc —7 thành phần thứ hai

là thành phần nhân đôi tần số nên sau khi tích phân bằng 0 vậy kết quả cho Z;= 47⁄2

hay z; = -AT7/2 Cho két quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0, ta được đầu ra nhị phân với I(logic “1”) hay -1 (logic “0”) Ngoài thành phần

tín hiệu z;= + 47⁄2, đầu ra của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm cũng có thể

gây ra lỗi

Ta đã giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau : 7, 6’, ¿,f- thông thường

máy thu biết được tần số sóng mang #„ nên nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ dao động nội Nếu một khác biệt nào đó giữa tần số của bộ dao động nội và tân số sóng mang, thì một tần số gần với tần số #.có thể được tạo ra và có thể theo dõi được tần số bằng một mạch vòng hổi tiếp, vòng khoá pha chẳng hạn Máy thu phải

nhận được các thông số khác nhau như: z, 6’, 4 tY tin hiéu thu được Quá trình nhận được + được gọi là quá trình đổng bộ, thường được thực hiện ở hai bước : bắt và bám

Quá trình nhận được ứ; gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) ký hiệu là STR(

Symbol Timing Rcovery) Còn quá trình nhận được Ø(hay #2) được gọi là quá trình

khôi phục sóng mang Việc khôi phục sóng mang và đồng bộ là cần thiết ở mọi máy

thu thông tin số liệu đồng bộ Khi 7⁄7c = N(chu kỳ chuỗi PN), có thể nhận được định

thời của ký hiệu # một khi đã biết r Hinh 2.6 cho thấy sự đồng bộ, khôi phục đồng hỗ

(clock) và sóng mang

2.2.1.1.c Mật độ phổ công suất (PSD : Power Spectral Densify)

Để hiểu rõ hơn các hệ thống DS/SS, ta đi xét mật độ phổ công suất (PSD : Power Spectral Density) của các tín hiệu ở các thời điểm khác nhau trong máy phát và máy

thu ở hình 2.4 và hình 2.6

Ta xét mô hình bản tin và tín hiệu PN là các tín hiệu cơ số hai ngẫu nhiên (mỗi bit hay mỗi chip nhận các giá trị +1 hay -1 là đồng xác suất) Bản tin (với biên độ + 1) có tốc độ bit 1/7bps và PSD:

-32-Luận Văn Tốt Nghiệp Tìm Hiểu Kỹ Thuật CDMA

Hình 2.8: So sánh tín hiệu trải phổ và chưa trải phổ trong hệ thông CDMA

Vì 77c là một số nguyên và vì khởi đâu của mỗi bit (A trang với mỗi đầu của

mỗi chip c(7) nên tích ð/7).c(#) có PSD như sau:

-