Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA

Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA.docx

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn “Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng trong CDMA” được hoàn thành

dưới sự hướng dẫn của TS Đào Huy Du, do tôi tự làm sau một thời gian nghiên cứu

và tìn hiểu các nguồn tài liệu mà tôi tin cậy Tôi xin cam đoan luận văn này khônggiống với bất kỳ luận văn nào mà tôi được biết từ trước đến nay

Hưng Yên, ngày tháng năm 2014

Người thực hiện

………

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn luận văn của tôi, Tiến

sĩ Đào Huy Du, đã tạo mọi điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thànhtốt luận văn này Trong suốt quá trình nghiên cứu, thầy đã kiên nhẫn hướng dẫn, trợgiúp và động viên tôi rất nhiều Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinhnghiệm của thầy chính là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệmquý báu

Xin cám ơn Khoa Điện – Điện Tử, Phòng sau đại học, Trường đại học SPKTHưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tiến hành tốt luận văn

Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động viêntôi những lúc khó khăn để có thể vượt qua và hoàn thành tốt luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

3.1 Mục đích nghiên cứu 3

3.2 Đối tượng nghiên cứu 3

3.3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 TÓM TẮT LUẬN VĂN 3

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CDMA 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4

1.1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong 4

1.1.2 Quá trình phát triển 5

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA 6

1.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA 6

1.2.2 Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA 8

1.2.3 Các đặc tính của CDMA 9

1.2.4 Tổ chức các cell trong mạng CDMA 11

1.3 SO SÁNH HỆ THỐNG CDMA VỚI HỆ THỐNG SỬ DỤNG TDMA 13

1.3.1 Các phương pháp đa truy nhập 13

1.3.2 So sánh hệ thống CDMA và hệ thống sử dụng TDMA 14

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 15

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 16

2.1.CƠ SỞ TOÁN HỌC TÍNH PHỔ CỦA TÍN HIỆU 16

2.1.1 Biến đổi Fourier và Phổ của tín hiệu 16

2.1.2 Một số tính chất của biến đổi Fourier 16

2.1.3 Các định nghĩa và định lí toán học 19

2.1.4 Chuỗi Fourier 22

2.1.5 Phổ vạch của dạng sóng tuần hoàn 24

2.1.6 Mật độ phổ công suất của dạng sóng tuần hoàn 24

2.1.7 Biến đổi Fuorier rời rạc (DFT- Discrete Fuorier Transform) 25

2.2 MÃ TRẢI PHỔ 25

2.2.1 Giới thiệu chung về mã trải phổ 25

2.2.2 Tạo mã giả ngẫu nhiên PN 27

2.2.3 Đa thức nguyên thuỷ 32

2.2.4 Các thuộc tính của chuỗi m 33

2.2.5 Giới hạn của hàm tương quan chéo 38

2.2.6 Các chuỗi đa thâm nhập trải phổ đặc biệt 41

2.2.7 Chuỗi KASAMI 43

2.2.8 Các hàm trực giao 44

2.2.9 Quy hoạch mã 44

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 46

CHƯƠNG 3: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 47

3.1 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP 47

3.1.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp 47

3.1.2 Hệ thống DSSS – BPSK 48

3.1.3 Hệ thống DSSS – QPSK 53

3.2 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ NHẢY TẦN 58

3.2.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ nhảy tần 58

3.2.2 Nhảy tần nhanh với điều chế M- FSK 62

3.2.3 Tốc độ nhảy tần cho các hệ thống nhảy tần nhanh 63

3.2.4 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm 64

3.3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN 65

3.3.1 Khái niệm hệ thống trải phổ nhảy thời gian 65

3.3.2 Nguyên lý của hệ thống trải phổ nhảy thời gian 65

3.4 HỆ THỐNG DỊCH LAI 67

3.5 SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 70

3.6 MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP DSSS-CDMA 71

3.6.1 Bài toán 1 71

3.6.2 Bài toán 2 74

3.6.3 Bài toán 3 76

3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 79

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÊ TÀI 80

4.1 KẾT LUẬN 80

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

C

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập chia theo mã

C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang trên nhiễu

D

DSSS Direct Sequence Spread

E

Radiated Power

Công suất phát xạ đẳng hướng hiệu dụng

F

FDMA Frequence Division Multiple

Access Đa truy cập phân chia theo tần số

G

HO Hand over Chuyển giao

I

cải tiến của Mỹ (Qualcomm)

L

M

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Q

V

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1.So sánh các loại cell 12

Bảng 1.2 So sánh giữa mạng thông tin di động động CDMA và mạng GSM 14

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong 4

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới 5

Hình 1.3 Cấu trúc mạng thông tin di động số 6

Hình 1.4 Phổ trong quá trình phát và thu CDMA 8

Hình 1.5 Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA 10

Hình 1.6 Kiến trúc địa lý mạng 11

Hình 1.7 Phân vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các cell 11

Hình 1.8 Vùng phục vụ MSC/VLR 11

Hình 1.9 Các phương pháp đa truy nhập 13

Hình 2.1.Tín hiệu điều biên 18

Hình 2.2 Phổ tín hiệu điều biên 18

Hình 2.3 Mạch thanh ghi dịch 27

Hình 2.4 Sơ đồ tạo chuỗi m với g(x)= x5+x4+x3+ x+1 28

Hình 2.5 Thí dụ về chuỗi m với g(x) = x5 + x4 + x3 +x2 + 1 29

Hình 2.6 Bộ tạo chuỗi Gold cho 6 hàm khi m = 5 31

Hình 2.7 Hàm tự tương quan của tín hiệu PN nhận được từ chuỗi m 36

Hình 2.8.a.Tính hàm tự tương quan tuần hoàn cho chuỗi m:-++-+ 40

b.Tính hàm tự tương quan không tuần hoàn cho chuỗi Barker:+++ +- 40

Hình 2.9 Bộ tạo mã Gold cho cặp preferred-pair x3 + x2 + 1 và x3 + x + 1 43

Hình 3.1 Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15 48

Hình 3.2 Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK 48

Hình 3.3 Giản đồ của máy phát DSSS – BPSK 49

Hình 3.4 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK 50

Hình 3.5 Giản đồ của máy thu DSSS - BPSK 50

Hình 3.6 Các dạng sóng ở hệ thống DSSS – QPSK cho điều chế đồng thời một bít ở cả hai nhánh I và Q 54

Hình 3.7 Sơ đồ khối của máy thu DSSS – QPSK 55

Hình 3.8 Thí dụ c1(t) và c2(t) nhận được từ cùng một c(t) 57

Hình 3.9 Sơ đồ khối cho máy phát FHSS 59

Hình 3.10 Sơ đồ khối cho máy thu FHSS 61

Hình 3.11 Biểu đồ cho hệ thống nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK với M=4 63

Hình 3.12 Biểu đồ tần số cho một hệ thống nhảy tần chậm điều chế FSK 65

Hình 3.13 Biểu đồ thời gian cho một hệ thống nhảy thời gian THSS 66

Hình 3.14 Phổ tần của hệ thống tổng hợp FH/SS 68

Hình 3.15 Bộ điều chế tổng hợp FH/SS 69

Hình 3.16 Bộ thu tổng hợp FH/SS 69

Hình 3.17 Mô phỏng tỉ số lỗi bit trung bình BER so với tỉ số Eb/No trong kênh AWGN 71

Hình 3.18 Mô phỏng tỉ số lỗi bit trung bình BER so với tỉ số 10log10((P/J)(W/R)) trong dạng xung nhiễu và kênh AWGN 72

Hình 3.19 Mô phỏng tỉ số lỗi bit trung bình BER so với tỉ số 10log10((P/J)(W/R)) trong dạng ngăn xung nhiễu và kênh AWGN 72

Hình 3.20 Mô phỏng tỉ số lỗi bit trung bình BER so với tỉ số 10log10((P/J)(W/R)) với dạng mã hóa nhị phân trong AWGN 73

Hình 3.21 Biểu đồ của hình bao 74

Hình 3.22 Biểu đồ của Pha đinh rayleigh 74

Hình 3.23 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No trong trường hợp Phađinh rayleigh và AWGN 75Hình 3.24 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No trong trường hợp Phađinh rayleigh và AWGN 75Hình 3.25 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No sử dụng DS-CDMA trongtrường hợp đồng bộ hoàn toàn giữa các người sử dụng 77Hình 3.26 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No sử dụng FH-MA chậmtrong trường hợp đồng bộ hoàn toàn giữa các người sử dụng 77Hình 3.27 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No sử dụng DS-CDMA trongtrường hợp đồng bộ ngẫu nhiên giữa các người sử dụng 78Hình 3.28 Mô phỏng tỷ số lỗi bit BER so với tỉ số Eb/No sử dụng FH-MA chậmtrong trường hợp đồng bộ ngẫu nhiên giữa các người sử dụng 78

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trao đổi thông tin là nhu cầu thiết yếu trong xã hội hiện tại Các hệ thốngthông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi lúc, mọi nơi Pháttriển từ hệ thống thông tin di động tương tự, các hệ thống thông tin di động số thế

hệ 2 (2G) ra đời với mục tiêu chủ yếu là hổ trợ dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độthấp Hệ thống thông tin di động động 2G đánh dấu sự thành công của công nghệGSM với hơn 70% thị phần thông ti di động trên toàn cầu hiện nay Trong tươnglai, nhu cầu các dịch vụ số liệu sẻ ngày càng tăng và có khả năng vượt quá nhu cầuthông tin thoại Hệ thống thông tin di động thế hệ 3 (3G) ra đời nhằm đáp ứng cácnhu cầu các dịch vụ số liệu tốc độ cao như: điện thoại thấy hình, video streamming,hội nghị truyền hình, nhắn tin đa phương tiện (MMS)…

Hiện nay, mạng thông tin di động của Việt Nam đang sử dụng công nghệGSM, mạng GMS không đáp ứng các yêu cầu về dịch vụ cũng như đòi hỏi về chấtlượng dịch vụ, và mạng thông tin di động CDMA đã và đang tiếp tục được mở rộngtrên toàn quốc có khả năng đáp ứng nhu cầu về chất lượng và dịch vụ hiện nay Do

đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu.Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã quyết định chọn đề tài: " Kỹ thuậttrải phổ và ứng dụng trong CDMA "

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Lịch sử phát triển CDMA được bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyềnthông trải phổ trong thập niên 50, thời kỳ chiến tranh thế giới thứ II đang hồi caotrào Lúc này Mỹ đang chạy đua vũ trang với Liên Xô và Đức, hãng nhiệm vụ đặt ra

là một quả ngư lôi thông minh hơn, được điều khiển ngay cả khi đã ra khỏi tàungầm, ko bị nhiễu tín hiệu do tàu địch gây ra (RADIO là chuẩn chung thời đó) Vàtruyền tín hiệu trải phổ ra đời Ban đầu Hoa Kỳ đã ngay lập tức loại bỏ ý tưởng này

Nhưng với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyền thông trải phổ được ứngdụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó (Lockheed MartinUS-đã phát triển rất nhiều loại bộ đàm, điện thoại vô tuyến liên lạc trên mặt đất, tên

lửa, ngư lôi, hệ thống định vị mặt đât, ) Đến thập niên 80, CDMA được phépthương mại hóa và chính thức được đề xuất bởi Qualcomm, một trong những công

ty hàng đầu về công nghệ truyền thông

Năm 1995, CDMA IS-95A là phiên bản đầu tiên được triển khai thương mạitại Hồng Kông qua Hutchison Telecom và phiên bản có tốc độ truyền 14kbit/giâynày được thừa nhận như một trong những hệ thống thuộc thế hệ thứ 2(2G) Năm 1996, CDMA bắt đầu thống trị trên thị trường Bắc Mỹ

Năm 1997, IS - 95B được đưa ra với nhiều cải tiến về chất lượng đồng thờitốc độ truyền đến 64 kbit/giây Đây là thế hệ di động thứ 2,5 Cùng năm này, sốthuê bao CDMA trên toàn thế giới vào xấp xỉ 18 triệu thuê bao

Năm 1998, CDMA 2000 1x hỗ trợ cả thoại và dữ liệu được đưa vào dự thảoIMT2000 (International Mobile Telecommunication 2000 - Đề án Truyền thông Diđộng Quốc tế 2000) do ITU (International Telecommunication Union - Liên minhViễn thông Quốc tế) soạn thảo định nghĩa cho tiêu chuẩn truyền thông thế hệ thứ 3(3G) Thuê bao CDMA lên đến 24 triệu người trên toàn thế giới

Năm 1999, CDMA 2000 1x được công nhận là 3G và chính thức được công

bố Cuối năm 1999, thế giới đã có hơn 50 triệu thuê bao CDMA

Năm 2000, 2 nhà khai thác hàng đầu tại Hàn Quốc là SK Telecom và LGTelecom triển khai thương mại hệ thống CDMA 2000 1x đầu tiên trên thế giới Thếgiới có 80 triệu thuê bao CDMA

Năm 2001, CDMA 2000 1x EV trở thành một chuẩn của 3G.Chỉ trong 3tháng, từ tháng 6 đến tháng 9/2002: từ 127 triệu thuê bao, CDMA đã vượt qua con

số 134 triệu thuê bao

2002, SFone chính thức cung cấp 1xEV

2007, chuẩn Wimax 4G lần đầu đc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, vớitốc độ cực khủng! nhận dữ liệu với tốc độ 100 Megabyte/giây khi di chuyển và tới 1Gb/giây khi đứng yên

2009, Nga thử nghiệm 4G đến người dùng (máy HTC ko phải BB

2010, NTT DoCoMo chính thức ra mắt 4G

3 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu hệ thống thông tin di động CDMA.

- Nghiên cứu kỹ thuật trải phổ.

- Nghiên cứu hệ thống trải phổ trực tiếp và mô phỏng để chứng minh tính hiệu

quả của kỹ thuật trải phổ

3.2 Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống thông tin di động CDMA.

3.3 Phạm vi nghiên cứu

- Kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin trải phổ trực tiếp.

4 TÓM TẮT LUẬN VĂN

Chương 1: Tổng quan về CDMA

Chương này trình bày tổng quan về quá trình phát triển của các hệ thống thôngtin di động và mạng di động CDMA

Chương 2: Kỹ thuật trải phổ

Trình bày các kiến thức cơ bản về kỹ thuật trải phổ, các đặc tĩnh của mã trảiphổ Tính toán mã trải phổ

Chương 3: Các hệ thống thông tin trải phổ

Trình bày về hệ thống trải phổ trực tiếp và mô phỏng 3 bài toán trong hệ thốngtrải phổ trực tiếp

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn Trước hết tìmhiểu nguyên lý Kết hợp việc nghiên cứu về một cơ sở phát triển của mạng di động,

về các thuật toán điều khiển tiến cho các mạng di động và tìm hiểu các ứng dụngtrong thực tế của mạng di động

PSTN Mạng điện thoại công cộng

Trung tâm chuyển mạchđiện thoại di động 1

Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CDMA

Hệ thống CDMA được xây dựng nhằm chuẩn bị một cơ sở hạ tầng di độngchung có khả năng phục vụ các dịch vụ hiện tại và có thể nâng cấp lên hệ thống 3Gtrong tương lai

Chương này sẻ trình bày tổng quan về một hệ thống thông tin di động và mạng

di động CDMA Đặc biệt là tìm hiểu cấu trúc hệ thống, nguyên lý và các đặc tínhcủa CDMA: điều khiển công suất, dung lượng, chuyển giao, vùng phủ….Từ đó rút

ra bảng so sánh giữa mạng thông tin di động CDMA với mạng GSM nhằm nêu lêncác ưu điểm của mạng CDMA

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong

Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thànhnhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô (cell), mỗi ô có một trạm gốc quản lý và đượcđiều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cáchliên tục khi di chuyển giữa các ô

Hình 1.1 Hệ thống thông tin di động tổ ong

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sửdụng là không cố định ở một kênh nào đó mà các kênh được xác định nhờ kênh báohiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động Vì vậy các ô kềnhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách xa hơn là một khoảng cáchnhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó Để cho phép các máy di động cóthể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẻ điều khiển

FLEX FLEX

P P L M T S

U M T S

Tk

he

= 256

0 chi

p, 10

2k bit (k

= 0…

6)

Số liệu Ndata bit

TACS TACS

ETACS ETACS GSM GSM NMT900

NMT900

PCN PCN

JTACS

NJTACS NJTACS

PHS PHS

PS POCSAG

Cuộc gọi gói

S POCSAG

ERMES ERMES

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới

Frequency Division Multiple Access) Tiếp theo là thế hệ 2 và hiện nay là thế hệ 3 đang

được triển khai ở một số quốc gia trên thế giới

Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động trên thế giới được thể hiện

trong hình 1.2, nó cho thấy sự phát triển của hệ thống điện thoại tổ ong (CMTS-Cellular

Mobile Telephone System) tiến tới một hệ thống chung toàn cầu trong tương lai Các hệ

thống chỉ ra trong hình 1.2 là các hệ thống di động điển hình

Hình 1.3 Cấu trúc mạng thông tin di động số

Kết nối cuộc gọi

BSS

MS

OM C

1.2 HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA

1.2.1 Cấu trúc hệ thống thông tin di động CDMA

CDMA (Code Devision Multiple Access) là hệ thống di động số sử dụng công

nghệ đa truy cập theo mã có cấu trúc hệ thông gồm bốn phần chính sau:

Máy di động MS (Mobile Station)

Hệ thống trạm gốc BSS (Basic Station System)

Hệ thống chuyển mạch SS (Switching System)

Trung tâm vận hành, bảo dưỡng OMC (Operation and Maintenance Center)

1.2.1.1 Máy di động MS

Một máy điện thoại di động gồm hai thành phần chính: Thiết bị di động hayđầu cuối là thiết bị tích hợp các khối mạch chức năng như: mã hóa, điều chế,khuyếch đại…dùng để thu tín hiệu vô tuyến và tái tạo lại dạng tín hiệu ban đầu;Module nhận thực thuê bao SIM là một Card thông minh dùng để nhận dạng đầucuối, mỗi SIM Card có một mã số nhận dạng cá nhân dùng để nhận thực thuê bao

1.2.1.2 Hệ thống trạm gốc BSS

BSS chịu trách nhiệm về việc phát và thu sóng vô tuyến, chia làm hai phần:

+ Trạm thu phát gốc, BTS(Basic Transceiver Station): gồm bộ thu phát và các

anten sử dụng trong mỗi cell Một BTS thường được đặt ở vị trí trung tâm của mộtcell BTS đảm nhiệm chính về các chức năng vô tuyến trong hệ thống

+ Bộ điều khiển trạm gốc, BSC(Basic Station Controller): điều khiển một

nhóm BTS và quản lý tài nguyên vô tuyến BSC chịu trách nhiệm điều khiển việcnhảy tần, các chức năng tổng đài và điều khiển các mức công suất tần số vô tuyếncủa BTS

1.2.1.3 Hệ thống chuyển mạch SS

Hệ thống chuyển mạch SS bao gồm một số đơn vị chức năng sau:

+ Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động, MSC(Mobile services Switching

Center): đây là thành phần trung tâm của khối SS, thực hiện các chức năng chuyển

mạch của mạng và cung cấp kết nối đến các mạng khác

+ Thanh ghi định vị thường trú, HLR(Home Location Register): HLR được

xem là một rất cơ sở dữ liệu quan trọng lưu trữ các thông tin về thuê bao thuộc vùngphủ sóng của MSC Nó còn lưu trữ vị trí hiện tại của các thuê bao cũng như cácdịch vụ thuê bao mà đang được sử dụng

+ Thanh ghi định vị tạm trú, VLR(Visitor Location Register): lưu trữ các

thông tin cần thiết để cung cấp dịch vụ thuê bao cho các máy di động từ xa đến

+ Trung tâm nhận thực, AuC(Authentication Center): Thanh ghi AuC được

dùng cho mục đích bảo mật Nó cung cấp các tham số cần thiết cho chức năng nhậnthực và mã hoá Các tham số này giúp xác minh sự nhận dạng thuê bao

+ Thanh ghi nhận dạng thiết bị, EIR(Equipment Identity Register): EIR cũng

được dùng cho mục đích bảo mật Nó là một thanh ghi lưu trữ các thông tin về cácthiết bị di động

+ Cổng MSC, GMSC(Gate MSC): điểm kết nối giữa hai mạng Cổng MSC là

nơi giao tiếp giữa mạng di động và mạng cố định Nó chịu trách nhiệm định tuyếncuộc gọi từ mạng cố định đến mạng di động và ngược lại

Máy thu dùng bản sao mã PN để nén phổ

Hình 1.4 Phổ trong quá trình phát và thu CDMA

1.2.1.4 Trung tâm vận hành bảo dưỡng OMC

OMC được kết nối đến các thành phần khác nhau của MSC và đến BSC đểđiều khiển và giám sát hệ thống MSC Nó còn chịu trách nhiệm điều khiển lưulượng của BSS

1.2.2 Nguyên lý kỹ thuật mạng CDMA

CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùngkênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi Những người sử dụng nói trênđược phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vôtuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng đượcphân biệt nhau nhờ mã trải phổ ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,23 MHz vớihai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz CDMA dùng mã trải phổ cótốc độ cắt (chip rate) 1,2288 MHz Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc

độ cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ ngẫu nhiên,

PN-PseudoNoise: giả tạp âm) của máy phát PN

Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xácnhư khi tín hiệu được xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc khôngđồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được.Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lương tín hiệu vào một dảitần rất rộng hơn phổ gốc của tín hiệu gốc Ở phía thu, phổ của tín hiệu lại được néntrở lại về phổ của tín hiệu gốc (xem hình 1.4)

1.2.3 Các đặc tính của CDMA

1.2.3.1 Tính đa dạng của phân tập

Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệthống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fadingnghiêm trọng Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trongđiều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhậnmột cách độc lập Fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với cáchiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục do đó bộ giải điều chế không thể xử lýtín hiệu thu một cách độc lập được

1.2.3.2 Điều khiển công suất CDMA

Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA, các máy di động đều phátchung ở một tần số ở cùng một thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh với nhau.Chất lượng truyền dẫn của đường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trongmôi trường đa người sử dụng phụ thuộc vào tỷ số Eb/No, trong đó Eb là năng lượngbit còn No là mật độ tạp âm trắng GAUS cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm quy đổi

từ máy phát của người sử dụng khác Để đảm bảo tỷ số Eb/No không đổi và lớn hơnngưỡng yêu cầu cần điều khiển công suất của các máy phát của người sử dụng theokhoảng cách của nó với trạm gốc Nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điềukhiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở hệ thống CDMA việc điềukhiển công suất là bắt buộc và điều khiển công suất phải nhanh nếu không dunglương hệ thống sẻ giảm

có công suất tương tự Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẻ làm tăng vùngphục vụ và làm giảm số lượng BTS yêu cầu khi so với các hệ thống khác

BTSa BTSa BTSa

BTSb BTSb

Hình 1.5 Chuyển giao mềm và chuyển giao cứng trong CDMA

Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA làlàm giảm công suất phát trung bình Trong đa số trường hợp thì môi trường truyềndẫn là thuận lợi đối với CDMA Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát caoluôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian Trong hệ thốngCDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi

có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading

1.2.3.4 Chuyển giao (handoff) ở CDMA

Ở các hệ thống thông tin di động tổ ong, chuyển giao xảy ra khi trạm di độngđang làm các thủ tục thâm nhập mạng hoặc đang có cuộc gọi Mục đích của chuyểngiao là để đảm bảo chất lượng truyền dẫn đường truyền khi một trạm di động rời xatrạm gốc đang phục vụ nó Khi đó, nó phải chuyển lưu lượng sang một trạm gốcmới hay một kênh mới Ở CDMA tồn tại hai loại chuyển giao là chuyển giao mềm(Soft Handoff) và chuyển giao cứng (Hard Handoff)

+Chuyển giao giữa các ô hay chuyển giao mềm (Soft Handoff)

+Chuyển giao giữa các đoạn ô (Intersector) hay chuyển giao mềm hơn(SofterHandoff)

+Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA này với hệ thống CDMA khác.+Chuyển giao cứng giữa hệ thống CDMA đến hệ thống tương tự

MSC

VLR MSC

VLR

MSC

VLR

MSC VLR

LA1 LA2

Cell

Hình 1.7 Phân vùng phục vụ MSC thành các vùng định vị và các cell

1.2.3.5 Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi

Eb/No là tỷ số năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm,

đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số

Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang trên tạp âm của phương pháp

FM tương tự Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA

cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao Nói cách khác, thì độ rộng kênh bị

giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và

độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA

yêu cầu Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều

chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu đối với

máy phát nhờ giảm Eb/No

1.2.4 Tổ chức các cell trong mạng CDMA

Các cell trong mạng di động được minh hoạ theo kiến trúc địa lý như hình vẽ

sau:

Từ ba hình vẽ trên ta có một số khái niệm sau về cách tổ chức cell trong mạng

+ Vùng PLMN là vùng được phục vụ bởi một nhà điều hành mạng

Cell là đơn vị nhỏ nhất của mạng, các cell thương có dạng hình tam giác đều,hình vuông và hình lục giác Trong cell có một đài vô tuyến gốc BTS liên lạc vôtuyến với tất cả các máy thuê bao di động MS Mạng thông tin di động số người tathiết kế các cell theo dạng hình lục giác đều Nếu bán kính của mỗi cell là R, ô kiểulục giác đều đảm bảo diện tích đơn vị lớn nhất và diện tích vùng chồng lấn nhaunhỏ nhất Do vậy, một vùng cố định được phân chia cell theo kiểu lục giác đều sẻ có

số trạm gốc nhỏ nhất nhiễu của các kênh lân cận sẻ giảm Ta có bảng các loại cellsau (bảng 1.1)

Bảng 1.1.So sánh các loại cell

Cấu trúc

cell

Bánkínhcell

Khoảng cáchcác BTS giữacác cell lân cận

Diện tích cell

Số celllân cậncực đạiTam giác

tần số tần số tần số

1.3 SO SÁNH HỆ THỐNG CDMA VỚI HỆ THỐNG SỬ DỤNG TDMA

1.3.1 Các phương pháp đa truy nhập

Đa truy nhập là phân chia tài nguyên thông tin một cách hợp lý để đảm bảocho nhiều người sử dụng để chia sẻ và sử dụng hệ thống với hiệu suất cao Cácphương pháp đa truy nhập vô tuyến được sử dụng rộng rãi trong mạng thông tin diđộng Các phương pháp đa truy nhập được xây dựng trên cơ sở phân chia tàinguyên vô tuyến cho các nguồn sử dụng khác nhau Hệ thống thông tin di động sửdụng các phương pháp đa truy nhập sau (hình 1.8):

Hình 1.9 Các phương pháp đa truy nhập

+ Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA: Frequency Division MultipleAccess): phục vụ các cuộc gọi theo các tần số khác nhau Hệ thống FDMA, ngườidùng được cấp phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong dải tần số.+ Đa truy cập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access -TDMA): phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau Đối với hệ thốngTDMA mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung vàđược dành riêng trong suốt thời gian thoại

+ Đa truy cập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA):phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau Đối với hệ thống CDMA, tất cảngười dùng sẻ sử dụng cùng lúc một băng tần Tín hiệu truyền đi sẻ chiếm toàn bộbăng tần của hệ thống Tuy nhiên, các tín hiệu của mỗi người dùng được phân biệtvới nhau bởi các chuỗi mã Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ chonên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành cáccuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại

mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trảiphổ giả ngẫu nhiên PN.

Kênh sử dụng Nhiều người sử dụng chung

một kênh

Một người sử dụng một khe thời gian của một kênh

Nhiễu giao thoa

Ít bị ảnh hưởng của giao thoa giữa các kênh, ảnh hưởng giaothoa đồng kênh

Ảnh hưởng của các kênh lân cận

Công suất phát Thấp để giảm nhiễu cho hệ

thống

Phát công suất lớn để khắc phục fading theo thời gianĐiều khiển công

suất

Giảm công suất phát của MS

và ảnh hưởng đến dung lượng

Không làm thay đổi dung lượng của hệ thống

Dung lượng

-Điều khiển dung lượng linh hoạt

- Dung lượng hệ thống lớn-Không có giới hạn rỏ ràng về

số người sử dụng trong một cell

- Điều khiển dung lượng kémlinh hoạt

-Dung lượng thấp

- Số người sử dụng trong mộtcell là cố định khi các kênh bịchiếm hết

Bảo mật Có tính bảo mật cao hơn nhờ

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Những khái niệm đã trình bày trong chương này làm rõ về cấu trúc chung vàcách tổ chức của của các khối trong hệ thống Với cấu trúc mạng như vậy, việc điềuhành, khai thác và quản lý các thuê bao sẻ thuận tiện hơn thông qua khối OMC Cấutrúc cell được phân chia ngày càng nhỏ làm tăng dung lượng của hệ thống, thuận lợitrong việc phân chia tải cho các vùng phục vụ, tiết kiệm công suất phát của các BTSnâng cao hiệu quả của hệ thống

CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùngkênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi Những người sử dụng nói trênđược phân biệt lẫn nhau nhờ một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Để hiểu rõhơn về kỹ thuật trải phổ sẻ được trình bày trong chương 2

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

2.1.CƠ SỞ TOÁN HỌC TÍNH PHỔ CỦA TÍN HIỆU

2.1.1 Biến đổi Fourier và Phổ của tín hiệu

Trong các bài toán kĩ thuật điện tử, tín hiệu, tạp âm hoặc tổ hợp tín hiệu cộngtạp âm có một dạng sóng điện áp hoặc dòng điện là một hàm của thời gian Để w(t)biểu thị dạng sóng quan tâm (hoặc điện áp hoặc dòng điện) Nếu muốn chúng ta cóthể xem dạng sóng trên máy hiện sóng (ôxilo) Giá trị của điện áp hoặc dòng điệnbiến đổi như một hàm của thời gian Bởi vậy một vài tần số nào đó hoặc mộtkhoảng tần số là một trong những thuộc tính quan tâm đối với ngành điện Trên líthuyết để tính được các tần số xuất hiện người ta cần xem dạng sóng trên toàn bộthời gian, để chắc chắn phép đo là chính xác và đảm bảo rằng không có tần số nào

bị bỏ quên Mức tương đối của một tần số f khi so sánh với một tần số khác đượccho bởi phổ điện áp (hoặc dòng điện) phổ này có được bằng cách thực hiện biến đổiFourier (FT) của một dạng sóng w(t)

Biến đổi Fourier của một dạng sóng w(t) thuận là:

)()

(

;)()()

(

;)

()()

(

)

f X

f Y arctg f

f Y f X f

W e

f W f jY f

Trong đó W ( f) gọi là phổ biên độ thể hiện sự phân bố của biên độ tín hiệu theo tần

số gọi là mật độ phổ, ( f)gọi là phổ pha

2.1.2 Một số tính chất của biến đổi Fourier

2.1.2.1 Tính tuyến tính

Nếu tín hiệu w(t) có dạng 

i i

i w t a t

thì:

) ( )

2 exp(

) ( )

2 exp(

) ( )

i i i

i

i i

2.1.2.2 Biến đổi Fourier của đạo hàm và tích phân

Nếu w(t) có phổ là W(f), tính phổ của đạo hàm và tích phân của w(t):

Tính phổ của đạo hàm cấp 1:

)(2)

2exp(

)(2)

2exp(

)(

)2exp(

)(')() 1 (

f fW j dt ft j t

w f j ft

j t

w

dt ft j t

w W

) ( )

(hàm lẻ)

)()0()(2

1)

2exp(

)(2

1)

2exp(

)()

w j dt ft j dt

t w f

i i i

f W a f

0 0

) cos(

) (

1 ) 2 exp(

) 2 exp(

).

(

) 2 exp(

) ( )

2 exp(

) ( )

(

dt ft t

w dt

ft j ft

j t

w

dt ft j t

w dt ft j t

w f

W

ch ch

ch ch

0 0

)2sin(

)()

2exp(

)2exp(

)

(

)2exp(

)()

2exp(

)()

(

dt ft t

w

j dt ft j ft

j t

w

dt ft j t

w dt ft j t

w

f

W

le le

le le

2.1.2.5 Biến đổi Fourier của tích hai tín hiệu

) ( ) ( ) ( )

( ).

( ) (t w1 t w2 t W f W1 f W2 f

VD: w(t)A(t)cos(0t0)w1(t).w2(t)

Với w1(t) = A(t) là tín hiệu mang thông tin bất kỳ dùng làm biên độ cho tín

hiệu điều biên w(t), A(t) có phổ là W1(f) = A(f) 

w2(t) = cos(0t+0) có 2exp( ) ( ) exp( ) ( )

1 )

)exp(

)()(

)exp(

2

1)

(

0 0

0 0

0 0

0 0

f f A j f

f A j

d f A f j

d f A f j

t w t w t

2exp(

)2exp(

)()2

exp(

))(2exp(

)()

2exp(

)()

(

f W f j d

f j w

f j

d f

j w

dt ft j t

w f

2.1.2.8 Biến đổi Fourier của tín hiệu thay đổi tỉ lệ

Với w(t) có phổ là W(f) thì w(at) có phổ là:

)(

1)(

a

f W a f

(2.11)

2.1.3 Các định nghĩa và định lí toán học

2.1.3.1 Định nghĩa dạng sóng năng lượng và dạng sóng công suất

w(t) là dạng sóng năng lượng nếu và chỉ nếu năng lượng chuẩn hoá tổngcộng là hữu hạn và khác 0 (0 E )

Năng lượng chuẩn hoá tổng cộng được xác định bởi biểu thức:

dt t w E

T T

2

) ( lim

(2.12)

w(t) là dạng sóng công suất nếu và chỉ nếu công suất trung bình chuẩn hoá

2 ( ) lim 1 ( )

T T

T w t dt T

t w P

Định nghĩa: Mật độ phổ năng lượng (ESD- Energy Spectral Density) được

định nghĩa cho các dạng sóng năng lượng bằng: (f) =

2

)

( f

W [J/Hz]J/Hz]

Trong đó w(t) <->W(f) Sử dụng định lý Parseval ta thấy rằng năng lượng

chuẩn hoá tổng cộng là diện tích của hàm ESD: 

2.1.3.3 Định nghĩa hàm Delta Dirac và hàm bước nhảy đơn vị

* Hàm Delta Dirac (t)được định nghĩa bởi

) 0 ( )

( ) (x x dx w

(

; 1 ) (

x

x x

( ) (x x x0 dx w x0

* Định nghĩa hàm bước nhảy đơn vị u(t) là: 

0

;1)(

t

t t

u

(2.16)0

;1)(

T t

T t T

t



(2.17)Định nghĩa đặt Sa(*) biểu thị hàm Sa(*) =sinx/x

Định nghĩa đặt (*) biểu thị xung tam giác 

T t T

t T

t

; 0

; 1 ) (

(2.18)

2.1.3.4 Định nghĩa mật độ phổ công suất và hàm tương quan

* Mật độ phổ công suất (PSD- Power Spectral Density) cho một dạng sóng xác định

là:

) ( )

(

; ) / ( ) ( lim )

(

2

f W t w Hz w T

f W f

Công suất chuẩn hoá trung bình:

df f P df T

f W t

w

) (

2 2

) ( ).

( /

1 lim

T T

T T w t w t  dt

(2.22)

PSD và hàm tự tương quan là cặp biến đổi Fourier : Rw() <-> Pw(f), trong đó

Pw(f) = F[J/Hz]Rw()] Đây gọi là định lý Wiener - Khintchine chuyển đổi hàm tự tươngquan từ miền thời gian sang miền tần số và đó chính là hàm mật độ phổ công suất.Định lý này cũng được sử dụng để chuyển hàm mật độ phổ công suất từ miền tần sốsang miền thời gian và đó chính là hàm tự tương quan

)]

([J/Hz]

)(

;)()

R   (2.23)Tên gọi là mật độ phổ công suất phát từ ghép nội suy đưa vào đối với hàm tựtương quan khi không có trễ  Trong trường hợp điện áp V vôn qua điện trở 1 thìcông suất trung bình chuẩn hoá tổng cộng có thể được tính theo bất kì kĩ thuật nàotrong 4 kĩ thuật sau :

hd P f df R W

t w p

(2.24)Tóm lại PSD có thể được tính bằng 2 phương pháp sau :

a T

n e

n e c t

0

T a a

t j

2

) (

1 a T

a n

T c

+ Các hệ số chuỗi Fourier của dạng sóng thực có quan hệ với hệ số chuỗi Fourier

dạng toàn phương bởi: 

1

0

;2

12

1

n b j a

n b j a c

n n

n n

0

;

0

;2

1

0

n D

n D

n D

c

n n

n n n

cos)

(

n

b n

a t

0

;cos

)(2

0

;)(1

0 0

0

T a a

T a

a n

n tdt n t w T

n dt t w T a



;

0

; sin

) (

0 0



T a a

T

Có hai dạng tín hiệu nhị phân cơ bản là đơn cực và lưỡng cực ta có chuỗiFourier cho hai dạng tín hiệu này là:

1 3

cos 3

1 (cos

2 2 )

cos 3

1 (cos

4 )

n

n

D D

0

;

0

n D

n D a

n n n

0

; 1

;

0

2 2

0

n c

n c n

b a

n a D

n n



2.1.5 Phổ vạch của dạng sóng tuần hoàn

Định lý : Nếu dạng sóng w(t) tuần hoàn với chu kì T0 thì phổ của dạng sóng

là :

0 0

0); 1/(

0

T a a

t j

e c nT

t h t

2

;)()(

0

0

T t

T t t w t h

; các hệ số Fourier là cn=f0H(nf0) trong đó H(f) = [J/Hz]h(t)]

Định lý: Đối với dạng sóng tuần hoàn công suất chuẩn hoá là:

c t

w

; {cn} là các hệ số Fourier phức của dạng sóng

2.1.6 Mật độ phổ công suất của dạng sóng tuần hoàn

Định lý: Đối với dạng sóng tuần hoàn PSD được xác địng bởi:

2.1.7 Biến đổi Fuorier rời rạc (DFT- Discrete Fuorier Transform)

Phổ của dạng sóng có thể xác định gần đúng một cách dễ dàng bằng biến đổiFourier rời rạc (DFT) Biến đổi (DFT) được định nghĩa bởi:

( k N

k

nk N j

e k x

) / ()(

1)

n

nk N j

e n X N k

T t T

T t t w t w t

w w

;0

0

;)2/()()()

i w

w f w t e dt w t e dt W

0

2

) ( )

) / 2 (

2.2.1 Giới thiệu chung về mã trải phổ

Trong hệ thống thông tin trải phổ việc kết hợp tín hiệu với mã trải phổ sẽ cho

ra tín hiệu phát có biểu hiện giống như tạp âm Như vậy mã trải phổ đóng vai trò rấtquan trọng trong các hệ thống trải phổ, các mã trải phổ được lựa chọn cho các hệthống thông tin trải phổ phải có tính trực giao cao, giống như tạp âm và cho phéptạo ra nhiều mã cho nhiều người sử dụng khác nhau Từ lý thuyết xác suất ta biếtrằng một chuỗi ngẫu nhiên cơ số hai độc lập là một chuỗi Bernoulli và trong các tàiliệu kỹ thuật thường được gọi là chuỗi tung đồng xu với ‘0’ và ‘1’ tương ứng với

kết cục ‘ ngửa’ hoặc ‘xấp’ của các thí nghiệm tung đồng xu độc lập Ngay cả khi sửdụng một chuỗi ngẫu nhiên đơn giản như vậy ta cũng cần một bộ nhớ rất lớn ở cảmáy phát và máy thu Tuy nhiên ta có thể bắt chiếc các thuộc tính ‘ ngẫu nhiên’quan trọng của một chuỗi Bernoulli bằng một thao tác tuyến tính đơn giản được đặc

tả bởi một số lượng các thông số cơ số hai ( các bit) không lớn ( hàng chục) Nhưvậy biến ngẫu nhiên duy nhất là điểm khởi đầu của chuỗi Trước khi nghiên cứu quátrình tạo ra các chuỗi ‘giả ngẫu nhiên’ này ta cần đặc tả các thuộc tính ngẫu nhiênquan trọng mà các chuỗi nhất định phải đạt được Theo Sol Golomb, ba tính chấtquan trọng nhất định phải đạt được là:

Thứ nhất: Tần suất tương đối của ‘0’ và ‘1’ là

1

2

Thứ hai : Độ dài đoạn chạy ( của không hoặc một) giống như kỳ vọng trong

thí nghiệm tung đồng xu:

có chiều dài là n với mọi n hữu hạn

Thứ ba: nếu dịch chuỗi ngẫu nhiên đi một số lượng khác không các phần tử

thì chuỗi nhận được sẽ có số lượng các phần tử giống nhau và số lượng các phần tửkhác nhau giống như trong chuỗi gốc

Một chuỗi tạo ra theo cách tất định hầu như thoả mãn các điều kiện từ 1 đến 3nói trên với độ phân tán nhỏ sẽ được gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên hay giả tạp âm ( PN: Pseudo Noise)

2.2.1.1 Nhiệm vụ của chuỗi giả ngẫu nhiên

Trải phổ băng rộng có các tín hiệu sóng mang được điều chế tới một độ rộngbăng truyền dẫn lớn hơn rất nhiều

Phân biệt giữa tín hiệu người sử dụng khác nhau sử dụng cùng một băng tầntruyền dẫn trong một phương thức đa truy nhập

Dãy PN không phải là dãy ngẫu nhiên, nó được xem nhiên ngẫu nhiên đối vớitất cả những người còn lại trừ người phát và người thu

i i i i

Clock

0 +1

1 -1 Đến bộ điều chế

Hình 2.3 Mạch thanh ghi dịch

2.2.2 Tạo mã giả ngẫu nhiên PN

Dãy PN được tạo ra bởi sự liên kết đầu ra của các thanh ghi dịch hồi tiếp Mộtthanh ghi dịch bao gồm bộ nhớ 2 trạng thái liên tiếp hoặc trạng thái lưu giữ và logicphản hồi Dãy nhị phân được dịch thông qua thanh ghi dịch trong sự đáp ứng củacác xung đồng hồ Các tín hiệu trải phổ băng rộng tựa tạp âm được tạo ra bằng cách

sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm ( PN: Pseudo - Noise) hay giả ngẫu nhiên Loạiquan trọng nhất của các chuỗi ngẫu nhiên là các thanh ghi dịch có phản hồi tuyến

tính dài nhất hay một dãy m Các chuỗi cơ số hai m được tạo ra bằng cách sử dụng

thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính và các cổng mạch hoặc loại trừ ( XOR) Mộtchuỗi thanh ghi dịch tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tínhg(x) bậc m > 0:

g(x) = gm xm + gm-1 xm-1 + + g1 x + g0 (2.39)Đối với các chuỗi cơ số hai( có giá trị {0,1}) , gi bằng 0 hay bằng 1 và gm= go =1.Đặt g(x) = 0 ta được: