Tìm hiểu và mô phỏng hệ thống CCK

Đó là sử dụng phương pháp điều chế mã bù CCK, một biến thể của Mã khóa trực giao M chiều, có thể đạt tới tốc độ 5,5 Mbps và 11Mbps ở băng tần ISM 2.4 GHz khi triển khai một mạng LAN khôn

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG



Trần Thị Thu Trang

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CCK

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2006

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG



Trần Thị Thu Trang

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CCK

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

GS-TSKH Huỳnh Hữu Tuệ

Hà Nội - 2006

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MẠNG LAN KHÔNG DÂY (WLAN) 10

3.4.2 Điều chế dịch pha vuông góc (QPSK) 61

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BPSK Bipolar Phase Shift Key Khãa dÞch pha nhÞ ph©n

BSS basic Service Set Tập hợp dịch vụ cơ sở

CCK Code Complementary Keying Điều chế mã bù

DQPSK Differential Quaternary Phase Shift

Keying

Khóa dịch pha vuông góc vi phân

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

ETSI European Telecommunications

Viện Kỹ thuật Điện - Điện tử

NIC Network Interface Card Card mạng

OFDM Othorgal Frequency Division

Multiplexing

Công nghệ ghép kênh theo tần

số trực giao

QPSK Quadrature Phase Shift Key Khóa dịch pha vuông góc SNR Signal Noise Ratio Tỉ số tín hiệu/ tạp âm

WLAN Wireless Local Area Network Mạng LAN không dây

Hình 6: Sơ đồ biểu diễn các tốc độ dữ liệu của 802.11a, 802.11b và

Hình 20: Minh họa mã Walsh 43

Hình 25: Bít dữ liệu tạo thành chíp trong tốc độ 11Mbps 51

Hình 27: Sơ đồ mạch giải điều chế HFA 3861A 53

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3: Phổ tần số được cấp cho các vùng trong dải tần 2,4 Ghz 28 Bảng 4: Bảng các hàm tự tương quan cho các cặp mã bù 32

MỞ ĐẦU

Để phục vụ cho nhu cầu xây dựng một mạng thông tin di động có tốc độ cao hơn

và độ tin cậy tốt hơn dựa trên chuẩn kết nối mạng WLAN thông thường, công ty Intersil và IEEE đã bắt đầu với việc nghiên cứu một phương pháp điều chế mới

có tốc độ cao hơn và có thể tương thích với tốc độ thấp hơn như 1 Mbps và 2 Mbps của mạng WLAN trước đó

Đó là sử dụng phương pháp điều chế mã bù (CCK), một biến thể của Mã khóa trực giao M chiều, có thể đạt tới tốc độ 5,5 Mbps và 11Mbps ở băng tần ISM 2.4 GHz khi triển khai một mạng LAN không dây Một trong những lợi thế chính của CCK là chống được nhiễu đa đường, do vậy các thiết bị cơ bản của CCK không bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường, nên việc cung cấp dịch vụ WLAN được cải thiện đáng kể

Điều chế CCK có tốc độ trải phổ như nhau, điều này cho phép sự liên thông trong mạng 802.11, do việc kết hợp từ mào đầu cũng như phần Header cho cơ chế thay đổi tốc độ

Chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay của WLAN hiện nay là IEEE 802.11b, chuẩn này sử dụng phương thức điều chế mã bù (CCK) để đạt tới tốc

độ 5,5 Mbps và 11Mbps Từ thực tiễn đó em đã chọn đề tài: Tìm hiểu và mô

phỏng hệ thống CCK được sử dụng trong mạng WLAN theo chuẩn IEEE

802.11b như thế nào Luận văn được chia thành 3 chương:

Chương I: Tìm hiểu về mạng LAN không dây và các chuẩn của mạng WLAN Chương II: Tìm hiểu về phương thức điều chế mã bù (CCK)

Chương III: Mô phỏng hệ thống CCK

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU MẠNG LAN KHÔNG DÂY (WLAN)

1.1 Mạng LAN không dây

Trong bối cảnh toàn cầu hóa, sự bùng nổ nhu cầu truyền số liệu tốc độ cao và nhu cầu đa dạng hóa các loại hình dịch vụ cung cấp như truy nhập Internet, thư điện tử, thương mại điện tử, truyền file, đã thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp mạng LAN không dây Mục đích của mạng LAN không dây nhằm cung cấp thêm một phương án lựa chọn cho khách hàng bên cạnh các giải pháp như xDSL, Ethernet, GPRS, 3G, và cũng là một phần của giải pháp văn phòng di động, cho phép người sử dụng kết nối mạng nội bộ từ các khu vục công cộng như khách sạn, sân bay và thậm chí ngay cả trên các phương tiện vận tải Tại Việt Nam mạng LAN không dây đã được triển khai ứng dụng lần đầu tiên tại khách sạn Horison trong khuôn khổ dự án "Lướt sóng Internet tại Hà Nội" với

sự hợp tác của các công ty như: VDC, Cisco Symtem, Pertlink Ngoài ra công ty Công nghệ thông tin Hà Nội (Hanoi CTT) cũng đã chính thức triển khai công nghệ này trong đào tạo trực tuyến Các máy tính xách tay được kết nối với nhau thông qua card mạng và thiết bị truy nhập Cisco Aironet 350 với tốc độ từ 1 Mbit/s đến 11Mbit/s Công nghệ này cho phép người sử dụng có thể sử dụng Internet với tốc độ lớn hơn rất nhiều so với phương thức truy nhập gián tiếp truyền thống

Mạng LAN không dây là một hệ thống truyền thông dữ liệu mở để truy nhập vô tuyến đến mạng Internet và các mạng Intranet Nó cũng cho phép kết nối mạng LAN tới mạng LAN trong một tòa nhà, một khu tập thể, hoặc một trường đại học Một hệ thống mạng LAN không dây có thể được tích hợp với mạng vô tuyến diện rộng Tốc độ bít đạt được trong mạng LAN không dây cần phải được

hổ trợ truyền dẫn thích hợp từ mạng đường trục Tiêu chuẩn chính của mạng LAN không dây hiện nay là IEEE 802.11b, còn IEEE 802.11a dành cho tốc độ bít cao hơn HiperLAN2 được dự định gộp cả tiêu chuẩn IEEE 802.11a và hoạt

động trên dải tần 5 Ghz Tiêu chuẩn này trở thành chủ đạo trên thị trường vào những năm 2003, 2004

Triển khai mạng LAN không dây bao gồm triển khai các thành phần của mạng, các cấu trúc giao thức, các dạng mô hình, các vấn đề về sử dụng mạng cũng như các phương pháp có thể nâng cao chất lượng thực hiện mạng LAN không dây

Hình 1: Mạng LAN không dây

Hình2: Nhiễu đa đường

Mạng LAN không dây đã phát triển mạnh trong những năm gần đây, đồng thời các yêu cầu về hiệu năng và chất lượng dịch vụ cũng tăng theo Đây là lý do chính để các mạng LAN không dây đời mới được phát triển với tính năng tăng cường chất lượng dịch vụ (QoS) Một tính năng nữa cũng cần được tăng cường

đó là khả năng hoạt động liên mạng giữa các mạng LAN không dây khác nhau

Tuy nhiên, mạng LAN không dây hiện nay có khả năng hoạt động liên mạng rất

ít, do vậy các nghiên cứu đang được phát triển để hổ trợ khả năng hoạt động liên mạng Mạng LAN không dây là một phần thiết yếu của truyền thông không dây,

nó không chỉ cung cấp kết nối không dây tới các thiết bị mà còn là môi trường

để truyền dẫn dữ liệu tới các mạng khác Các mạng LAN không dây dựa trên chuẩn của hai tổ chức chuẩn hóa trên thế giới: Viện tiêu chuẩn truyền thông Châu âu (ETSI) và Viện Kỹ thuật Điện - Điện tử (IEEE) Vì mạng LAN không dây trở thành nhu cầu ngày càng phát triển, nên yêu cầu về băng thông cũng được mở rộng, và cần phải phát triển mạng LAN không dây mới như HIPPERLAN/2 và IEEE 802.11a

1.1.1 Khái niệm mạng LAN không dây

Mạng LAN không dây là hệ thống truyền thông mềm dẻo thực hiện cho việc mở rộng, hay lựa chọn mạng LAN Truyền thông dưới hình thức sóng điện từ, truyền và nhận tín hiệu qua không khí, điều này đã làm giảm đáng kể sự cần thiết về kết nối Do đó, các mạng LAN không dây kết hợp việc kết nối dữ liệu với thuê bao di động qua cấu hình đơn giản để cho phép các mạng nội bộ hoạt động

Trong nhiều năm qua, mạng LAN không dây đã phát triển mạnh về số lượng trên thị trường, và công nghệ này trở nên có ích nhờ vào việc tăng công suất của các thiết bị cầm tay, các máy tính xách tay để truyền thông tin đến các Host trung tâm để xử lý Ngày nay mạng LAN không dây đã trở nên phổ biến và được coi như phương tiện kết nối đa chức năng cho các doanh nghiệp Thị trường mạng LAN không dây ở Mỹ đạt tới ngưỡng 1 tỷ đô la trên tổng thu nhập

Có 2 công nghệ điều chế chính dùng cho mạng LAN Đó là công nghệ trải phổ

và công nghệ ghép kênh theo tần số trực giao (OFDM) Chuẩn tốc độ cao 802.11a sử dụng OFDM để loại bỏ phading đa đường, các chuẩn tốc độ thấp 802.11 và 802.11b sử dụng công nghệ trải phổ, còn chuẩn 802.11g sử dụng cả công nghệ OFDM và công nghệ trải phổ để tương thích với các phiên bản trước

1.1.2 Kỹ thuật trải phổ:

Kỹ thuật trãi phổ là kỹ thuật truyền dẫn có băng tần phát lớn hơn nhiều lần so với băng tần tín hiệu gốc thông qua việc sử dụng điều chế tín hiệu gốc với mã giả nhiễu có độ rộng phổ lớn hơn nhiều độ rộng phổ của tín hiệu gốc Mã giả nhiễu độc lập với tín hiệu gốc Tại nơi thu tín hiệu được "giải trải phổ" sử dụng

mã giả nhiễu được đồng bộ với nơi phát

Trong các hệ thống thông tin trải phổ (Spread Spectrum) độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng, thông thường hàng trăm lần trước khi được phát Khi chỉ

có một người sử dụng trong băng tần trải phổ, sử dụng như vậy không có hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, tất cả có thể dùng chung một băng tần trải phổ và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu suất cao hơn mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ

Một hệ thống thông tin được coi là trải phổ nếu:

 Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

 Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có 3 kiểu hệ thống trải phổ cơ bản:

 Trải phổ theo chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequency Spreading Spectrum)

 Trải phổ theo nhảy tần (FHSS: Frequency Hopping Spreading Spectrum)

 Trải phổ theo nhảy thời gian (THSS: Time Hopping Spreading Spectrum)

a, Trải phổ nhảy tần

Chuỗi mã giả nhiễu pnt được đưa tới bộ điều chế M-FSK để dịch tần số sóng mang của tín hiệu FSK tại tốc độ nhảy tần Rh Tín hiệu đã truyền chiếm cùng một lúc nhiều tần số trong một chu kỳ Th ( Th = 1/Rh) Kỹ thuật FHSS chia độ rộng băng tần thành N kênh và nhảy tần giữa các kênh đó tuỳ thuộc vào chuỗi

cấp các tần số phù hợp với mã nhận dạng tần số (FW) và đưa ra 1 trong 2 mũ n

vị trí tần số fhi Bộ truyền và bộ nhận đưa ra mẫu nhảy tần như nhau

Hình: Trải phổ theo nhảy tần

Độ rộng băng tần ở bộ phát được xác định bởi khoảng nhảy từ tần số cao nhất đến tần số thấp nhất và bằng độ rộng băng tần cho mỗi bước nhảy (fch) Đối với mỗi bước nhảy đã cho băng tần chiếm nó sẽ được nhận dạng tới băng tần trong điều chế qui ước M- FSK, bước nhảy này nhỏ hơn nhiều so với Wss Tín hiệu FSSS là tín hiệu băng hẹp, năng lượng truyền đi được tập trung trên một

W SS = N  f ch

Tc

kênh Trị trung bình qua các bước nhảy của phổ FH / M-FSK sẽ chiếm toàn bộ băng tần trải phổ Bởi vì giải tần của một hệ thống FHSS chỉ phụ thuộc vào giải

có thể điều chỉnh được, nó có thể bị nhảy qua rất nhiều băng tần trong hệ thống DSSS

Vì các bước nhảy thường do pha bị gián đoạn, nên việc giải điều chế không nhất quán được ở phía đầu thu Với tốc độ nhảy thấp sẽ có nhiều kí hiệu dữ liệu cho mỗi khoảng nhảy, và với tốc độ nhảy tần nhanh sẽ có rất nhiều bước nhảy cho một kí hiệu dữ liệu

Trải phổ nhảy tần nhảy bậc giữa các kênh khác nhau trong quá trình truyền đơn

Ở Mỹ, FCC yêu cầu tối thiểu phải sử dụng 75 tần số và thời gian dừng của mỗi kênh tối đa là 45ms Trải phổ nhảy tần trong 802.11 chỉ cung cấp tốc độ dữ liệu

1 Mbps đến 2 Mbps

Trong trải phổ nhảy tần, thiết bị dịch chuyển xung quanh một tần số trung tâm không có thực gọi là "tần số nhảy" Việc nhảy này được thực hiện nhờ vào một dãy giả nhiễu ngẫu nhiên gọi là "mã trải phổ" để điều khiển bộ tần số dao động nội Một bản sao của mã trải phổ này được dùng ở bộ thu để khôi phục lại thông tin cần thiết Mặt khác, trải phổ theo nhảy tần truyền với tần số nhảy khác nhau

sẽ bị bỏ qua bởi bộ lọc băng hẹp IF cũng như các tín hiệu băng rộng và nhiễu Trong IEEE 802.11 hệ thống trải phổ theo nhảy tần có bước nhảy điển hình là qua 79 kênh, tại tần số trung tâm là 2402,0 đến 2480,0  1 Mhz Nhà sản xuất có quyền lựa chọn tần số để tránh nhiễu do tần số đó đã được sử dụng Chuẩn cho phép tới 78 bước nhảy tần số (và cũng định nghĩa ra 3 tập hợp chuỗi 26 vectơ trực giao) với độ rộng phân cách tần số giữa các bước nhảy là 6 Mhz Thuật ngữ trực giao được hiểu là sẽ không xảy ra đụng độ giữa các tần số kề nhau hoặc trong một kênh giữa 2 tập hợp chuỗi Tốc độ tối đa của dữ liệu đối với đường truyền FHSS đạt được là 3Mbit/s (sử dụng điều chế 8FSK) Hệ thống nhảy tần

có thể sử dụng phương thức nhảy tần nhanh hoặc nhảy tần chậm IEEE 802.11 quy định rằng hệ thống trải phổ theo nhảy tần phải nhảy ở mức tối thiểu được

quy định bởi từng quốc gia Ví dụ, tốc độ nhảy tần tối thiểu ở Mỹ là 2,5 bước nhảy/s [6]

b, Trải phổ chuỗi trực tiếp

Một chuỗi mã giả nhiễu pnt được đưa tới bộ điều chế M-PSK để dịch pha tín hiệu PSK ngẫu nhiên tại tốc độ trải phổ Rc (Rc = 1/Tc), đó là tốc độ tổng hợp của nhiều tốc độ bit Rs (Rs =1/Ts)

Hình: Trải phổ theo chuỗi trực tiếp

Độ rộng băng truyền được xác định bởi tốc độ trải phổ Rc với việc lọc băng tần

cơ sở Việc thực hiện được giới hạn bởi tốc độ trải phổ tối đa Rc Bộ điều chế PSK ở phía phát đòi hỏi phải phù hợp với bộ giải điều chế ở đầu thu

S/

P

Điều chế M-PSK

Mã giả ngẫu nhiên

Hệ thống mã ngắn sử dụng mã giả ngẫu nhiên có độ dài bằng một ký hiệu dữ liệu Hệ thống mã dài sử dụng mã giả ngẫu nhiên có độ dài lớn hơn nhiều so với

độ dài ký hiệu dữ liệu, vì vậy sự khác nhau giữa các mẫu trải phổ liên quan với từng ký hiệu

Trước 802.11, hầu hết mạng LAN không dây sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp và hoạt động trong dải tần 902 Mhz đến 928 Mhz Tuy nhiên, dải tần này không cho phép mạng diện rộng, mạng diện rộng tập trung ở dải tần 2,4 Ghz đến 2,4835 Ghz Trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng một dải tần hẹp để truyền và trải nó lên một dải rộng, do đó sẽ ngăn chặn nhiễu từ tín hiệu đưa vào Trong 802.11 có 11 kênh tách rời nhau Ở Nam Mỹ, tần số bắt đầu là 2412 Mhz và có

độ rộng 5 Mhz Tuy nhiên, khi khoảng cách giữa các kênh là 25 Mhz thì chỉ có 3 kênh được sử dụng trong cùng một lúc (như hình vẽ dưới)

Hình 3: Khoảng cách giữa các kênh trong băng tần 2,4 đến 2,4835 Ghz

Trải phổ chuỗi trực tiếp cung cấp tốc độ dữ liệu 1Mhz, 2Mhz, 5,5 Mhz và 11Mhz Hầu hết các sản phẩm sẽ tự động truyền với tốc độ dữ liệu cao nhất có thể dựa vào tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) Công nghệ điều chế được sử dụng cho tốc độ 1Mhz là điều chế dịch pha nhị phân (BPSK), cho tốc độ 2 Mhz là điều chế dịch pha trực giao (QPSK), điều chế dịch pha trực giao sử dụng 4 góc

00, 900, 1800 và 2700 để mã hóa 2 bít thông tin tại cùng một điểm như trong giải

mã BPSK, với tốc độ 5,5 Mhz và 11Mhz sử dụng điều chế mã bù (CCK) Công

nghệ DSSS sử dụng chuỗi các bít 0 và 1 và điều chế thành một khuôn dạng khác gọi là chuỗi trải phổ Với 802.11b, chuỗi đó đƣợc gọi là mã Barker, mã này gồm một chuỗi 11 bít (10110111000) phù hợp cho điều chế sóng radio Chuỗi dữ liệu

cơ bản đƣợc XOR với mã Barker để tạo ra chuỗi dữ liệu gọi chuỗi trải phổ Mỗi bít đƣợc mã hóa bởi 11 bít mã Barker và mỗi nhóm 11 bít của mã Barker đƣợc giải mã hóa thành 1 bít dữ liệu

Hình 4: Biễu diễn điều chế dữ liệu số với chuỗi PRN

CCK có thể đƣợc mô tả nhƣ điều chế trực giao M chiều (MOK) sử dụng mã với các cấu trúc symbol phức hợp Cho phép nhiều kênh hoạt động trên một băng tần ISM 2,4 Ghz nhờ vào việc sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp trong 802.11 ở tần số 1 Mhz và 2 Mhz Việc trải phổ sử dụng tốc độ trải phổ và dạng phổ nhƣ hàm trải phổ, mã Barker trong 802.11 cho phép 3 kênh không chồng lấn lên nhau trong dải tần ISM 2,4 Ghz đến 2,483 Ghz Hệ thống cũng cho phép hoạt động nhờ sử dụng từ mào đầu và Header cho tất cả các tốc độ truyền Công nghệ mã hóa CCK có thể đạt tới tốc độ 11Mhz Thay vì sử dụng mã Barker, CCK sử dụng chuỗi mã bù vì có tới 64 từ mã đƣợc sử dụng để mã hóa tín hiệu,

và có tới 6 bít để biểu diễn một từ mã bất kỳ (thay vì chỉ có 1 bít nhƣ trong mã Barker)

Từ mã CCK đƣợc điều chế bởi công nghệ QPSK đối với sóng vô tuyến DSSS tần số 2 Mhz Công nghệ này cho phép thêm 2 bít thông tin để mã hóa trong mỗi symbol 8 chíp đƣợc thể hiện cho mỗi 6 bít, nhƣng mỗi symbol mã hóa cần 8 bít

do điều chế QPSK Phổ của tốc độ truyền 1Mbps trải ra với tốc độ 11 Mchip/s,

symbol sẽ được điều chế với công nghệ BPSK, tốc độ 1Mchip/s và có độ rộng phổ 22Mhz Tương tự như vậy, với tốc độ 2 Mbps thì 2 bít trên một symbol sẽ được điều chế với công nghệ QPSK, tốc độ 2Mchip/s và có độ rộng phổ 22Mhz

Để gửi với tốc độ thì độ rộng phổ tần số cần thiết là 22Mhz Rất khó để phân biệt 64 từ mã của sóng, vì chúng đã được mã hóa phức hợp Hơn nữa, việc thiết

kế thiết bị nhận sóng vô tuyến cũng rất khó Trong thực tế, khi sóng vô tuyến tốc

độ 1 Mbps và 2Mbps có mối tương quan với nhau thì tốc độ 11Mbps phải có 64 thiết bị như vậy [6]

c, Trải phổ theo thời gian (THSS)

Trong hệ thống THSS một khối các bit số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng khe thời gian Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Khe thời gian phát

T = T f / M, trong đó m là số khe thời gian trong 1 khung

t

kênh mặt đất Ngoài ra nhờ vào khoảng bảo vệ  trước mối symbol (TS), nên khắc phục hiện tượng truyền lan nhiều đường do các chướng ngại gây ra sóng phản xạ tới anten ngoài tín hiệu chính (hướng chính) với điều kiện thời gian nhỏ hơn  Để tránh can nhiễu giữa các symbol, các sóng mang kế tiếp nhau sẽ cách nhau một khoảng 1/TS do vậy sẽ trực giao nhau Nguyên lý điều chế này đã được sử dụng trước đó cho hệ thống radio Châu Âu Với điều chế 2K OFDM cho truyền hình tuy nó có phát huy được tác dụng để phủ sóng truyền hình số mặt đất nhưng với điều kiện truyền sóng phức tạp hơn sẽ gây ra sai lệch, làm cho tín hiệu thu không ổn định thất thường và phải chịu tác động mạnh của sóng phản xạ

Trong thực tế việc thu tín hiệu truyền hình mặt đất tại các đô thị nhiều nhà cao che chắn hay địa hình có nhiều đồi núi cao bao bọc đã biểu hiện với điều kiện trực giao giữa các sóng mang thường không đảm bảo triệt để Các tín hiệu đến

từ nhiều phía khác nhau (sóng phản xạ) vẫn ảnh hưởng vào tín hiệu của đường truyền chính dẫn đến can nhiễu giữa các symbol Để khắc phục vấn đề này người ta bổ sung khoảng bảo vệ  trước chu kỳ symbol TS Vậy một chu kỳ mới của symbol là TS' =  + TS, thường TS  4

Tiêu chuẩn phát hình số mặt đất châu âu DVB-T dựa trên cơ sở điều chế OFDM với 8192 (8K) hay 2048 (2K) sóng mang Các đặc điểm chủ yếu của chuẩn DVB-T như bảng sau

Khoảng bảo vệ  TS/4 hay TS/8 TS/4 hay TS/8 hay TS/12

Bảng 1: Đặc điểm chủ yếu của chuẩn DVB-T

Theo chuẩn DVB-T, việc thực hiện phương thức 8K phức tạp hơn, khiến cho chi phí máy thu đắt hơn nhưng có lợi thế: chu kỳ symbol dài (896 s) và khoảng bảo vệ cực đại (224 s) cho khả năng thu tín hiệu rất tốt Ngay cả khi có sóng phản xạ từ rất xa không chỉ cho phép thu di động tốt mà còn tạo điều kiện cho việc xây dựng mạng đơn tần SFN trong một phạm vi rộng trong đó các máy phát

có thể đuợc đặt cách xa nhau vài chục km

Về việc thực hiện điều chế 2K OFDM đơn giản hơn cho phép giảm giá thành các máy thu, nhưng chu kỳ symbol ngắn sẽ làm giảm đáng kể chất lượng tín hiệu thu được khi có các sóng phản xạ từ xa, vì vậy không phù hợp với mạng đơn tần Chính vì những lợi thế đó, hiện nay trên thế giới có khoảng 84% quốc gia chọn tiêu chuẩn DVB-T của châu âu làm tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất Việt Nam cũng dựa trên ưu điểm của chuẩn DVB-T để lựa chọn làm tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất cho Việt Nam

1.2 Các chuẩn không dây

IEEE phát triển tiêu chuẩn để cung cấp công nghệ nối mạng không dây như Ethernet truyền thống Chuẩn IEEE 802.11a được vận hành trong băng 5 Ghz sử dụng công nghệ OFDM Chuẩn 802.11b là chuẩn sử dụng công nghệ trải phổ chuỗi trực tiếp vận hành trong dải tần 2,4 Ghz đến 2,5 Ghz không cần cấp phép trong công nghiệp, khoa học và y học Công nghệ 802.11b WLAN cho phép tốc

độ truyền dẫn lên đến 11 Mbps Chuẩn này làm cho nó trở nên nhanh hơn bản chính là chuẩn IEEE 802.11 (tốc độ truyền dẫn chỉ lên đến 2 Mbps)

Nền tảng cho dòng sản phẩm WLAN được bắt đầu với chuẩn 802.11 được phát triển bởi IEEE vào năm 1997 Từ chuẩn cơ sở này người ta đã phát triển thành các chuẩn con khác nhau (được phân biệt bằng chữ cái đi kèm) như 802.11b, 802.11a, 802.11g,

6; 9; 12; 18; 24; 36; 48

và 54Mbps

CCK: 1; 2; 5,5 và 11Mbps OFDM: 6; 9; 12; 18; 24; 36; 48 và 54Mbps Tần số 2,4 đến

2,497Ghz

5,15 đến 5,35 Ghz 5,425 đến 5,675 Ghz 5,725 đến 5,875 Ghz

802.11a không sử dụng công nghệ DSSS hoàn toàn như IEEE 802.11b mà sử dụng công nghệ OFDM, điều đó đã tăng tốc độ cực đại trên kênh lên tới 54Mbps Đồng thời IEEE 802.11a cũng có dải tần số rộng hơn (như ở Mỹ là 5,15 đến 5,35 Ghz và 5,725 đến 5,825 Ghz) vì thế nó phù hợp hơn với mạng người dùng khác nhau Tuy nhiên, vùng tần số 5 Ghz nảy sinh một số vấn đề khi

sử dụng của mạng WLAN, đó là trong thực tế giá trị băng tần ở Châu âu, Nhật bản và Mỹ không giống nhau Thậm chí, độ rộng phổ ở Châu âu là 455Mhz, ở

Mỹ là 300 Mhz và ở Nhật là 100 Mhz Số kênh không chồng lấn lên nhau trong 802.11a là 12 kênh ở Mỹ (4 indoor, 4 indoor/outdoor và 4 outdoor) Tuy nhiên, hiệu suất của mạng IEEE 802.11a giảm nhanh hơn so với mạng IEEE 802.11b khi khoảng cách giữa các thiết bị tăng, kết quả ban đầu cho thấy IEEE 802.11a thường giảm nhanh hơn 3 lần so với IEEE 802.11b trong cùng một phạm vi là indoor Cũng như IEEE 802.11b, chuẩn IEEE 802.11a cũng bị ảnh hưởng về tốc

độ thay đổi dữ liệu nếu tín hiệu quá yếu hoặc khoảng cách quá xa Các tốc độ cấp cho chuẩn IEEE 802.11a là 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9 và 6 Mhz nhờ vào việc thay đổi dạng điều chế, tỉ số mã, các bít được mã hóa trên sóng đã được cấp, số bít được mã hóa trên một symbol của ODFM và số bít dữ liệu trên một symbol của ODFM Chuẩn IEEE 802.11a có thể sử dụng đồng thời 2 kênh thì tốc độ vật

lý cực đại của nó lên tới 108 Mbps [2]

Nhờ vào việc sử dụng dải tần số 5 Ghz và điều chế OFDM, chuẩn 802.11a có 2 lợi ích so với 802.11b, nó tăng tốc độ cực đại trên kênh (từ 11Mbps lên 54 Mbps) và tăng số kênh không chồng lấn lên nhau Băng tần 5 Ghz (cũng như băng tần UNII) thực tế được tạo ra từ 3 băng tần con: UNII1 (5,15 Ghz đến 5,25 Ghz) UNII2 (5,25 Ghz đến 5,35 Ghz) và UNII3 (5,725 Gz đến 5,825 Ghz) Khi

sử dụng đồng thời UNII1 và UNII2 thì cho phép 8 kênh không chồng lấn lên nhau thay vì 3 kênh như trong băng tần 2,4Ghz Băng tần khả dụng (83,5 Mhz) giải băng 5 Ghz hiệu quả hơn so với giải băng 2,4 Ghz (300Mhz) Bởi vậy, chuẩn WLAN dựa trên chuẩn 802.11a có thể cung cấp một số lượng lớn các user

hoạt động ở tốc cao mà không bị đụng độ Các thiết bị 802.11a và 802.11b sẽ không tương thích với nhau vì chúng hoạt động ở các băng tần khác nhau Ví dụ, một điểm truy cập 802.11b sẽ không làm việc với một thiết bị đầu cuối có card mạng là 802.11a Tuy nhiên, cả 2 chuẩn này đều có thể cùng tồn tại, ví dụ một user 802.11a và một user 802.11b sử dụng các điểm truy cập khác biệt cùng nối vào một mạng LAN có thể làm việc trong cùng một không gian và các nguồn tài nguyên chia sẽ trên mạng bao gồm cả việc truy cập Internet loại băng thông rộng Do tần số hoạt động cao hơn của 802.11a ta sẽ cần số điểm truy cập (AP) nhiều hơn của 802.11b để phục vụ một không gian tương tự FCC yêu cầu anten

có độ suy hao lớn nhất là 6 bB phải phù hợp với sóng vô tuyến khi UNII1 và UNII2 được dùng để đạt tới 8 kênh indoor và làm giảm khoảng chiếm dụng Tuy nhiên, khảo sát ban đầu cho thấy các sản phẩm của 802.11a luôn có độ hiệu dụng cao gấp 3 lần 802.11b trong cùng một không gian

1.2.2 IEEE 802.11b

Chuẩn IEEE 802.11b là chuẩn khá phổ biến của các mạng WLAN hiện nay Các thiết bị IEEE 802.11b được cung cấp bởi các nhà sản xuất như 3COM, Nokia và Cisco Mặc dù, tốc độ vật lý cực đại của IEEE 802.11b là 11Mbps, nhưng tốc độ

dữ liệu thực chỉ đạt khoảng 5 Mbps, vì tính toàn vẹn dữ liệu nên phải kiểm tra

và truyền lại các các gói đã bị mất Nếu môi trường có nhiễu, có vật cản hoặc khoảng cách giữa các thiết bị xa hơn tốc độ dữ liệu thì thậm chí tốc độ còn thấp hơn Phương thức vật lý của chuẩn IEEE 802.11b là trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS), nghĩa là vùng phổ khả dụng được chia thành các kênh chồng lấn lên nhau với độ rộng là 22 Mhz Việc trải phổ điều chế dữ liệu qua phổ khả dụng và

nó được thiết kế sao cho một số tín hiệu có thể mất mà không ảnh hưởng đến dữ liệu Công nghệ trải phổ mà chuẩn IEEE 802.11b sử dụng là điều chế mã bù (CCK) CCK tăng tốc độ vật lý cực đại lên đến 11Mbps thay vì 1 Mbps hoặc 2 Mbps mà chuẩn IEEE 802.11 sử dụng khóa dịch pha đạt được CCK cho phép thay đổi tốc độ động từ 11 Mbps đến 5,5 Mbps đến 2 Mbps đến 1 Mbps và điều

này cho phép thiết bị có thể điều chỉnh băng thông dựa vào năng lượng của tín hiệu Độ rộng dải tần của IEEE 802.11b từ 2,4 Ghz đến 2,4835 Ghz và mỗi kênh đòi hỏi độ rộng là 22Mhz, thì chỉ có 3 kênh không chồng lấn lên nhau trong một vùng, nghĩa là trong cùng một vùng phủ sóng chỉ có cực đại là 3 mạng IEEE 802.11b

1.2.3 IEEE 802.11g- Tốc độ cao trong dải tần 2,4 Ghz

Vì chuẩn IEEE 802.11b được sử dụng phổ biến nhất cho mạng WLAN, IEEE đã dành riêng một nhóm để phát triển chuẩn WLAN 802.11g cho phép tốc độ cao hơn ở băng tần 2,4 Ghz IEEE 802.11g bao gồm các kỹ thuật được dùng trong 802.11a và 802.11b, nó là một biến thể của 802.11a và 802.11b IEEE 802.11g hoàn toàn tương thích với IEEE 802.11b và cho phép thiết bị của 802.11b hoạt động trong mạng WLAN 802.11g, tất nhiên là những thiết bị này không thể sử dụng hết tất cả tính năng của 802.11g Chuẩn 802.11g qui định thiết bị của nó phải hỗ trợ 2 dạng: DSSS (sử dụng trong 802.11b) và OFDM (sử dụng trong 802.11a)

Chuẩn 802.11g đem đến tốc độ cao hơn trong khi vẫn duy trì tương thích ngược với thiết bị sử dụng chuẩn 802.11b Chuẩn 802.11g hoạt động ở dải tần 2,4Ghz với kiểu điều chế DSSS như 802.11b ở tốc độ 11Mhz và sử dụng điều chế OFDM ở những tốc độ cao hơn

Một card mạng 802.11g sẽ làm việc được với một điểm truy cập của 802.11b và một điểm truy cập 802.11g cũng sẽ làm việc với card mạng 802.11b với tốc độ lên tới 11 Mbps Nhờ vào tốc độ lên đến 54 Mbps, cả điểm truy cập và card mạng phải chịu sự điều khiển của 802.11g Chuẩn phác thảo cũng định rõ các loại điều chế tùy chọn (OFDM/CCK), điều đó đã được dự định để nâng cao hiệu quả trong một thiết bị 802.11g hoàn chỉnh Việc sử dụng chuẩn 802.11g như là một giải pháp dung hòa với chuẩn 802.11a được dùng trong việc đáp ứng yêu cầu phục vụ một nhóm nhiều người dùng với tốc độ cao sử dụng WLAN Điều chế OFDM cho phép tốc độ cao hơn nhưng độ rộng dải tần vẫn là tần số 2,4Ghz

vì 802.11g vẫn bị giới hạn chỉ 3 kênh trên băng tần 2,4 Ghz, không giống nhƣ 8 kênh trong dải băng tần 5 Ghz [6]

Khi khoảng cách từ điểm truy cập tăng lên, các sản phẩm dựa trên chuẩn 802.11 đều giảm tốc độ dữ liệu để duy trì kết nối Chuẩn 802.11g cũng cùng với đặc tính truyền dẫn nhƣ 802.11b, vì nó truyền trong băng tần 2,4Ghz Các sản phẩm dựa trên chuẩn 802.11b và 802.11g cùng chung đặc tính truyền dẫn và cũng đƣợc thiết kế để có chung một khoảng cách với cùng một tốc độ dữ liệu Vì tín hiệu radio ở tần số 5 Ghz không giống nhƣ đặc tính lan truyền của tín hiệu 2,4Ghz cho nên các sản phẩm cua 802.11a bị hạn chế về khoảng cách hơn là các sản phẩm 802.11b và 802.11g Hình sau đây thể hiện tốc độ dữ liệu cho các chuẩn ứng với các dải tần khác nhau

Hình 6: Sơ đồ biểu diễn các tốc độ dữ liệu của 802.11a, 802.11b và 802.11g

ở các khoảng cách khác nhau

1.3 Kỹ thuật truyền không dây

Chuẩn IEEE802.11 đƣa ra 3 dạng khác nhau ở lớp vật lý, đó là trải phổ chuỗi trực tiếp, trải phổ nhảy tần và ánh sáng hồng ngoại

Hình 7: Các lớp vật lý của 802.11, 802.11a và 802.11b

Trong thực tế, chỉ có trải phổ chuỗi trực tiếp là có ý nghĩa trên thị trường thương mại Lớp vật lý của trải phổ chuỗi trực tiếp được thiết kế để phù hợp với chuẩn FCC 15.247 hoạt động ở dải tần 2,4Ghz ISM Sở dĩ dải tần 2,4 Ghz ISM được

sử dụng rộng rãi vì có thể sử dụng mà không cần phải chứng thực (cấp phép)

Châu âu 2.4000 - 2.4835 Ghz

802.11a 6/12/24 Mbps opt 9/18/36/54 Mbps

Tia hồng ngoại (IR)

Trải phổ nhảy tần (FHSS)

Trải phổ chuỗi trực tiếp

(DSSS)

802.11 IR 1/2 Mbps

802.11 FHSS 1/2 Mbps

802.11 DSSS 1/2 Mbps

802.11b 1/2/5,5/11 Mbps

OFDM Lớp Vật lý

Nhật 2.4710 - 2.4970 Ghz

Pháp 2.4465 - 2.4835 Ghz

Tây Ban Nha 2.4450 - 2.4750 Ghz

Bảng 3: Phổ tần số được cấp cho các vùng trong dải tần 2,4 Ghz

DSSS hoạt động trong dải tần của nó được chia thành các kênh, mỗi kênh có độ rộng khoảng 20 Mhz Mặc dù có 11 kênh được định nghĩa cho hệ thống DSSS được sử dụng ở Mỹ và Châu âu, nhưng vẫn có rất nhiều sự chồng lấn

Khi các điểm đa truy cập ở gần nhau, khoảng cách tần số sử dụng tối thiểu là 25 Mhz Do vậy, dải tần ISM sẽ cung cấp đủ 3 kênh không chồng lấn trong dải tần 83,5 Mhz Hầu hết các sản phẩm của WLAN trên thị trường đều dựa vào công nghệ của IEEE 802.11b và đều sử dụng công nghệ DSSS PSK để đạt tới tốc độ 11Mbps Hệ thống sử dụng các công nghệ điều chế khác nhau đối với các tốc độ khác nhau: Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK) cho tốc độ 1Mbps, Differential Quaternary Phase Shift Keying (DQPSK) cho tốc độ 2Mbps, và Complementary Code Keying (CCK) cho tốc độ 5.5Mbps và tốc độ 11Mbps Preamble và Header của một khung được truyền như dạng sóng của DBPSK (tốc độ 1 Mbps), trong khi các gói dữ liệu được cấu hình cho DBPSK, DQPSK hay CCK Khoảng thời gian của Preamble và Header là 192ms Trường tín hiệu trong Header biểu thị loại điều chế được sử dụng trong gói Preamble đuợc bộ nhận sử dụng để đồng bộ còn header chứa thông tin về giao thức truyền thông để xác định liên kết ở lớp vật lý Preamble và header được thêm vào tất cả các gói truyền qua mạng LAN ở lớp vật lý

Preamble

(SYNC)

128 bits

Start Frame Delimiter

16 bits

Signal Field

8 bits

Service Field

8 bits

Length Field

Hình 8: Cấu trúc khung của IEEE 802.11b Theo chuẩn FCC 15.247 hoạt động ở tần số 2.4 GHz của dải tần ISM công suất danh nghĩa của bộ phát là 100mW hoặc 20 dBm Mức tín hiệu đ-ợc chọn phải

đủ lớn để đảm bảo hoạt động với bán kính khoảng 100m và hạn chế công suất tiêu thụ

1.4 Ưu điểm của mạng LAN không dây

Mạng không dây cung cấp các khả năng -u việt cơ bản sau:

 Khả năng di chuyển: Ng-ời dùng có thể di chuyển nh-ng vẫn có thể truy những hồ sơ, những tài nguyên mạng và Internet mà không phải nối dây đến mạng có dây truyền thống Những nguời sử dụng có di chuyển, tuy thế vẫn giữ nguyên sự truy nhập mạng LAN với tốc độ cao và thời gian thực

 Cài đặt nhanh: Thời gian yêu cầu cho việc cài đặt đ-ợc rút ngắn bởi vì những kết nối mạng có thể làm mà không cần chuyển động, thêm dây hoặc kéo chúng xuyến qua t-ờng và trần nhà nh- mạng có dây vẫn hay làm

 Linh hoạt: Nó linh hoạt vì dễ thiết lập và tháo gỡ ở mọi nơi Vì thế những ng-ời dùng có thể nhanh chóng thiết lập một mạng WLAN nhỏ cho những nhu cầu tạm thời nh- hội nghị, th-ơng mại hoặc trong các cuộc họp

 Tính chuyển đổi: Mạng topo WLAN có thể dễ dàng đ-ợc định hình để đáp ứng nhu cầu ứng dụng và cài đặt đặc biệt và có thể chuyển đổi từ những mạng nhỏ lên mạng lớn hơn

 Khả năng mở rộng: Hệ thống WLAN có thể dễ dàng đ-ợc định hình trong nhiều mô hình để đáp ứng các ứng dụng và cấu hình đặc thù dễ dàng thay đổi và phạm vi từ mạng điểm - điểm xây dựng cho số nhỏ ng-ời dùng đến các mạng phối hợp với hàng ngàn ng-ời dùng cho phép chuyển vùng trên phạm vi rộng

 Hạ thấp chi phí triển khai: Mặc dù đầu t- ban đầu về phần cứng có thể cao hơn mạng có dây, tuy nhiên xét chi phí tổng thể và chi phí theo tuổi thọ có thể thấp hơn đáng kể Về lâu dài, WLAN sẽ đem lại lợi ích rất lớn trong các môi tr-ờng động yêu cầu sự di chuyển và thay đổi nhiều

2.1.1 Cơ sở mã bù

Mã bù (Complementary Code) đƣợc xây dựng bởi M.J.E Golay trong việc đo đạc sử dụng tia hồng ngoại Và các thuộc tính của chúng lại có thể tạo ra các mã phù hợp cho truyền sóng rada và các ứng dụng truyền thông Sự biểu diễn của các mã đó cho các ứng dụng trên đƣợc đƣa ra nhƣ công thức 1:

1001010001 và 1000000110

2.1.2.1 Mã bù nhị phân

Cấu trúc của các mã bù nhị phân thường không có đặc tính tương quan Các từ

mã được biểu diễn S1K, S2K, , SNK, trong đó N là độ dài của từ mã và k là chỉ số của từ mã (trong trường hợp một cặp từ mã thì k = 1, 2) Hàm tự tương quan của

từ mã được biểu diễn:

1 ( )

N j

i i j i

Một số luật cho phép cặp chuỗi bù:

a, Thay đổi chuỗi

b, Đảo chuỗi đầu tiên

c, Đảo chuỗi thứ 2

d, Thay đổi chuỗi đầu tiên

e, Thay đổi chuỗi thứ 2

f, Thay đổi thứ tự chẵn của mỗi chuỗi

Thay đổi nghĩa là thay thế các yếu tố với phần bù của nó (a -1 được thay thế bằng a 1, và a 1 được thay thế bằng a -1) Công thức Golay (Công thức 1) chỉ đưa ra một cặp của mã bù nhị phân Sau đây, Tseng và Liu sẽ đề cập đến "tập hợp " của mã bù nhị phân Một tập hợp K mã được gọi là bù khi và chỉ khi nó thỏa mãn công thức sau:

Bảng 4: Bảng các hàm tự tương quan cho các cặp mã bù 2.1.2.2 Mã bù đa pha

Chúng ta chỉ mới xem xét trường hợp bù nhị phân, tuy nhiên mã đa pha cũng có thể bù Công thức cho mã bù đa pha là

).

( )

T t khi t

p

0

0 1 ) (

Những mã bù đa pha này phải thỏa mãn công thức :

2.1.3 Đặc tính tương quan chéo: Tseng và Liu mô tả mối tương quan chéo

giữa các tập hợp của mã bù Ta sẽ biểu diễn một tập hợp các mã bù với  k

i

x và một tập khác với  k

* Hai chuỗi phải có cùng độ dài

* Tập này là tập bù của tập kia và ngược lại

Điều chế trải phổ được thiết kế để tạo ra các tín hiệu trải phổ DBPSK, DQPSK

và CCK Nó có thể cung cấp tốc độ 1, 2, 5,5 và 11 Mbps của các tín hiệu điều chế sau phần Header khi dữ liệu truyền sử dụng công nghệ DQPSK và CCK Điều chế vuông góc vi phân (I/Q) được sử dụng tại băng tần cơ sở cho các phương thức điều chế DBPSK, DQPSK và CCK Ở chế độ DBPSK 1 Mbps, kênh I và kênh Q được kết hợp với nhau Trải phổ sử dụng trong chuẩn IEEE 802.11b nhằm giảm các vấn đề về nhiễu cho các hệ thống khác hoạt động trong dải tần ISM

Với ý nghĩa của trải phổ là năng lượng truyền đi được trải ra trên một phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu ban đầu và do vậy việc tăng cường độ lợi ở đầu thu là giải trải phổ Việc trải phổ được thực hiện bằng phép nhân dữ liệu nhị phân với dạng sóng nhị phân giả nhiễu Với DBPSK và DQPSK thì mã giả nhiễu là chuỗi Barker có độ dài 11 chip Mã Barker là mã ngắn duy nhất có đặc tính rất tốt cho

sự tương quan Đối với điều chế CCK có độ dài 8 chip thì sử dụng mã Walsh (sẽ

đề cập trong phần CCK dưới đây)

Một trong các điểm quan trọng là tỉ số Tín hiệu trên tạp âm (SNR) Trong sự phân tích này SNR được biễu diễn bởi tỉ số giữa năng lượng trên một chíp (Ec) với mật độ phổ công suất của nhiễu (N0)

0

E Transmitter Signal Strength

Giá trị SNR phụ thuộc vào tốc độ chíp của hệ thống, do đó với mọi tốc độ truyền giá trị này đều như nhau Sự khác nhau này phụ thuộc vào số bít được biểu diễn trong chíp (độ dài của chuỗi giả nhiễu ngẫu nhiên), có nghĩa là tỉ số năng lượng mỗi bit với nhiễu là khác nhau đối với các tốc độ dữ liệu khác nhau Tốc độ chip của hệ thống là cố định ở 11 Mchips/s

2.2.1 Điều chế và giải điều chế BPSK và QPSK

a, Nguyên lý cơ bản của điều chế PSK: Dạng xung nhị phân coi như là đầu vào của bộ điều chế PSK sẽ biến đổi về pha ở dạng tín hiệu ra thành một trạng thái xác định trước và do đó tín hiệu ra được biểu thị bằng phương trình sau:

(Công thức 3) (2-14) i=1,2, ,M

M=2N, số lượng trạng thái pha cho phép

N= Số lượng các bit số liệu cần thiết để thiết kế trạng thái pha M

Có 3 kỹ thuật điều chế PSK: Khi M=2 gọi là BPSK, khi M=4 gọi là QPSK và khi M=8 gọi là M-PSK Các trạng thái pha của chúng được minh họa như hình

vẽ

Hình 10: Các trạng thái pha của PSK

Cần chú ý rằng khi số lượng các trạng thái pha tăng lên thì tốc độ bít cũng tăng nhưng tốc độ baud giữ nguyên Tuy nhiên muốn tăng tốc độ số liệu thì yêu cầu

về SNR tăng lên để giữ nguyên được tỉ số lỗi bít (BER) Tất cả các trạng thái tín hiệu trên hình 10 được xác định một cách tương ứng trong một chu kỳ và các điểm tín hiệu đó biểu thị một năng lượng nhất định của biên độ tín hiệu nhất định Đặc tính này đặc biệt quan trọng trong thông tin vệ tinh vì sự chuyển đổi

AM thành FM được thực hiện càng ít càng tốt trong quá trình thông tin vệ tinh Nếu một lượng thông tin cho trước phải truyền đi trong khoảng thời gian 'a' như hình 10 thì tốc độ báo hiệu sẽ giảm một lượng bằng yếu tố 'N' trong hệ thống M chiều Mà độ rộng băng kênh yêu cầu tỷ lệ với tốc độ báo hiệu do đó việc giảm tốc độ báo hiệu nghĩa là có thể sử dụng độ rộng băng của kênh nhỏ hơn Nếu nhìn tổng thể ta thấy là khi tốc độ dấu hiệu là cố định thì hệ thống cấp cao có thể truyền đi một lượng bít thông tin lớn hơn qua một độ rộng băng cho trước Đó là

lý do để hệ thống M chiều được xem như là một hệ thống có hiệu quả sử dụng băng tần cao Tuy nhiên, làm như vậy thì xác suất lỗi bít sẽ tăng lên khi bộ khoảng cách tín hiệu dày đặc hơn với hệ thống có mức cao hơn Ví dụ, bộ thu của hệ thống BPSK chỉ yêu cầu phân biệt được 2 tín hiệu có khác pha nhau

M=21

Tốc độ Symbol = R

Tốc độ bít = R

M=22Tốc độ Symbol = R Tốc độ bít = 2R

M=23Tốc độ Symbol = R Tốc độ bít = 3R sin  0 t

cos  0 t

1800, nhưng trong trường hợp hệ thống là 8 phi thì sự khác pha nhau giảm

xuống còn 450 Hình sau mô tả bộ điều chế BPSK điển hình

Hình 11: Bộ điều chế BPSK

Đầu tiên, tín hiệu có cực tính đơn đưa vào được biến đổi thành dạng 2 cực tính

Giá trị này được nhân với tín hiệu sin0t tạo ra từ bộ dao động nội nhằm biến

đổi pha của sin0t thành 00 hoặc 1800 Sóng điều chế pha này đi qua bộ lọc để

làm tối thiểu hóa giao thoa Sơ đồ khối của QPSK được biểu diễn như hình sau

đây:

Hình 12: Bộ điều chế QPSK

-1 -1 -1

+1

-1 -1 -1

+1

Bộ chuyển song song

Lọc kênh

QPSK

-1 -1

1

90 -90

90 -90

-1 -1 -1

+1

1 0

1

0

Như đã mô tả ở trên, hai sóng mang có khác pha 900 được chuyển đổi pha một cách tương ứng và sau đó được tổ hợp lại Bảng sau đây mô tả đầu ra bộ điều chế kênh A/B Quá trình tạo tín hiệu QPSK có thể được giải quyết một cách thứ

tự nhờ sử dụng phương pháp như hình 12 Nhìn chung thì 2 phần tử trực giao của bộ tạo QPSK được gọi là kênh I (inphase) và kênh Q (quadraturephase)

1

V -V

cos0t Vcos0t = Vcos(0t+)

1

V -V

QPSK

A 1 = A 2 ; QPSK cân bằng

A 1  A 2 ; QPSK không cân bằng

kênh và dãy các tín hiệu trên kênh khác sẽ tiêu biểu cho QPSK không cân bằng Hình 14 mô tả các trạng thái pha của QPSK cân bằng và QPSK không cân bằng

Hình 14: Các trạng thái pha của QPSK

Trong hình này thì biên độ sóng mang của QPSK không cân bằng là 0,89 và 0,45 Điều này thích hợp với góc pha giữa 53,60 là pha truyền đi và 126,40 Hình

15 mô tả các kết quả so sánh về phổ của các hệ thống BPSK và QPSK

* Khôi phục nhịp: Số liệu băng gốc thu được nhờ sử dụng bộ nhân đồng bộ và

việc đồng bộ nhịp đạt được từ các số liệu này

* Lọc kênh: Số liệu băng tần gốc được chuyển đổi thành chuỗi xung sau đó đi

qua bộ lọc này Giao thoa giữa các dấu hiệu có thể là nhỏ nhất nhờ bộ lọc này và

sẽ có một kết quả tương tự khi bộ lọc này được đặt trong phần đầu ra bộ giải

điều chế Chuỗi xung này đưa đến đầu vào của bộ lấy mẫu số liệu và số liệu đã

giải điều chế đi ra từ đầu ra của bộ lấy mẫu

Hình 16: Giải điều chế PSK

Điều chế PSK (2 pha) của sóng mang RF là phương pháp hiệu quả nhất đối với

truyền dẫn số liệu trên một kênh cho trước

Hơn nữa, phương pháp mã hóa số liệu trước gióng như phương pháp điều chế

sóng mang xung hình chữ nhật của tín hiệu sóng liên tục Phương pháp điều chế

này được sử dụng để xóa các sóng mang từ các tín hiệu phát và do đó yêu cầu

phải có sóng mang dao động nội nhằm mục đích khôi phục số liệu nhị phân tại

đầu thu

Giải điều chế tối ưu được thực hiện khi pha sóng mang dao động nội giống như

pha của tần số tín hiệu thu được Việc giải điều chế nhờ sóng mang dao động nội

được thực hiện nhờ vòng Costas mà nó là một trong các biến tướng của mạch

PLL tiêu chuẩn.[12]

2.2.2 Điều chế DBPSK và DQPSK

Khôi phục sóng mang

Lọc kênh

Khôi phục thời gian

Lọc số liệu

Lấy mẫu

Đầu ra số liệu đã giải điều chế Tín hiệu PSK

thu được

Hoạt động của điều chế khóa dịch pha vi phân (DPSK) dễ hiểu hơn sau khi hiểu

về điều chế khóa dịch pha (PSK) Với PSK, dạng sóng của M tín hiệu được biểu diễn:

Trong đó: g(t) là dạng xung tín hiệu

M biểu diễn vị trí pha của sóng mang Điều chế BPSK được biểu diễn trong công thức 4, với số pha là 2 ( M=2) và điều chế QPSK có số pha là 4 ( M=4)

Hình 17: Sơ đồ không gian tín hiệu của tín hiệu điều chế PSK

Điều chế DPSK khác với điều chế PSK là không gán pha trực tiếp cho mọi symbol; sự khác nhau giữa pha hiện thời và pha trước đó được nhận dạng và sự thay đổi pha biểu thị sự thay đổi trong symbol Ví dụ, đơn giản nhất là điều chế DBPSK, số 1 có thể làm thay đổi pha của p trong khi đó số 0 sẽ không làm thay đổi pha hoặc ngược lại Ở đầu thu pha của mỗi symbol được so sánh với pha của symbol trước đó, có nghĩa là cần thiết phải làm trễ tín hiệu nhận được bằng thời gian của chiều dài symbol Một sự thay đổi pha biểu diễn số 1, không có pha nào

(Công thức 4)

Thành phần vuông góc Sóng mang