Tìm hiểu các kỹ thuật trải phổ trong công nghệ CDMA luận văn tốt nghiệp đại học

Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và công nghệ vô tuyến đã được biết đến.Hơn 50 năm trước đây, dịch vụ di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở dạ

Sau 5 năm học tập tại trường, được sự tận tình dạy dỗ của các thầy cô

Em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Kỹ thuật trải phổ trong công nghệ CDMA”.

Em xin gởi lời cám ơn đến ban lãnh đạo nhà trường, quý thầy cô trong bộ

môn Điên Tử-Viễn Thông đã truyền đạt những kiến thức quý báu làm cơ sở

cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em đặc biệt cám ơn thầy Th.S Lê Đình Công là người trực tiếp hướng dẫn

em thực hiện đề tài này

Em cũng xin được cám ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã tạo cho em những điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!!!!

SVTH:Nguyễn Thế Anh

MUC LUC ̣ ̣

Trang

CH ƯƠ NG 1: T NG QUAN V H TH NG THÔNG TIN DI Ổ Ề Ệ Ố ĐỘ NG 2 1.1 L ch s phát tri n c a thông tin di đ ng ị ử ể ủ ộ 2 1.2 S phat triên cac hê thông thông tin di đông ự ́ ̉ ́ ̣ ́ ̣ 2 1.2.1 H th ng thông tin di đ ng th h th nh t ệ ố ộ ế ệ ứ ấ 2 1.2.2 H th ng thông tin di đ ng th h th hai ệ ố ộ ế ệ ứ 4 1.2.3 H th ng thông tin di đ ng th h th ba (3G) ệ ố ộ ế ệ ứ 7

CH ƯƠ NG 2: K THU T TR I PH TRONG H TH NG CDMA Ỹ Ậ Ả Ổ Ệ Ố 8

2.1.1 Gi i thi u v công ngh tr i ph ớ ệ ề ệ ả ổ 8 2.1.2 Tính ch t và nguyên lí c a k thu t tr i ph ấ ủ ỹ ậ ả ổ 9 2.1.3 u đi m và ng d ng c a k thu t tr i ph Ư ể ứ ụ ủ ỹ ậ ả ổ 11

2.3.1 Gi i thi u h th ng tr i tr c ti p (DS) ớ ệ ệ ố ả ự ế 21 2.3.2 Hê thông trai phô chuôi tr c tiêp (DS/SS) ̣ ́ ̉ ̉ ̃ ự ́ 29

2.5 Hê thông trai phô dich th i gian ̣ ́ ̉ ̉ ̣ ơ ̀ 50

CH ƯƠ NG 3: HÊ THÔNG THÔNG TIN DI ÔNG CDMA- 2000 ̣ ́ Đ ̣ 58

3.1.2 Các tiêu chu n CDMA theo TIA/EIA/IS-2000 ẩ 60

3.2.1 IP di đ ng(tiêu chu n Internet đ c đ xu t cho di đ ng) ộ ẩ ượ ề ấ ộ 69

3.3.7 Các đ c đi m quan tr ng c a đ ng xu ng ặ ể ọ ủ ườ ố 74

Tài li u tham kh o ệ ả

L I NÓI Ờ ĐẦUNgày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt trong các ngành mũi nhọn như: Điện Tử - Tin Học - Viễn Thông

.v.v Nếu chúng ta không thường xuyên cập nhật thông tin thì chúng ta không bắt kịp đà phát triển của thế giới Đất nước có được phát triển về

khoa học kỹ thuật có thể sánh vai cùng Cường Quốc Năm Châu hay

không là phụ thuộc vào việc chúng ta có sẵn sàng học hỏi, nghiên cứu và tiếp thu, phát huy hiệu quả những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện đại hay không Với mục đích đáp ứng nhu cầu của con người, các hệ thống thông tin di động cũng không ngừng phát triển để phù hợp với mong muón của con người

Xuất phát từ yêu cầu cần thiết phải có một hệ thống thông tin di động tiện dụng, đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau của người sử dụng, đăc biệt là khả năng kết nối với các dịch vụ mạng internet, bảo mật thông tin cho người sử dụng.v.v Hiện nay thế hệ thông tin di động 4G sắp được thự thi ở các nước Châu Âu

Với mong muốn được tìm hiểu và nghiên cứu một cách tổng quát

về hệ thống thông tin di động mới CDMA này Được sự đồng ý của

hướng dẫn của thầy Th.S Lê Đình Công em xin chọn đề tài: “Các kỹ

thuật trải phổ trong công nghệ CDMA”làm đồ án tốt nghiệp Với kiến thức và thời gian có hạn nên đề tài của em vẫn còn thiếu xót nhiều em chân thành mong các thầy cô thông cảm, em chân thành cảm ơn!

Vinh Ngày5 tháng 12 n m 2011 ă SVTH: Nguy n Th Anh ễ ế

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động:

Thông tin di động đã được sử dụng khá lâu Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và công nghệ vô tuyến đã được biết đến.

Hơn 50 năm trước đây, dịch vụ di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở dạng sử dụng được, vậy khi đó nó mới chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống vận hành Các hệ thống điện thoại đầu tiên này

ít tiện lợi và dung lượng thấp so với các hệ thống ngày nay Cuối cùng các

hệ thống thoại tổ ong điều song công sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu càng tăng của người sử dụng vào tương lai nếu không loại bỏ được các hạn chế cổ hữu của hệ thống này như:

•Phân bổ tần số rất hạng chế, dung lượng thấp

•Thoại ồn, và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch

•Không đáp ứng được các dịch vụ mới của khách hàng

•Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị, và cơ sở hạ tầng

•Không đảm bảo tính bảo mật của cuộc gọi

•Không tương thích các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu.Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động, cung với các kỹ thuật đa truy cập mới

Một số ưu điểm của thông tin di động số Cellular:

• Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn

• Số hoá tín hiệu thoại với tốc độ bít ngày càng thấp,cho phép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bít tốc độ chuẩn

• Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng.

• Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh, và mã hoá nguồn của truyền dẫn số

• Hệ thống chiếm nhiều kênh chung CCI (Cochannel Interference)

và các kênh kề (Adjacert Channel Interfernce) hiệu quả hơn Điều này làm tăng dung lượng hệ thống

• Nhận thực, truyền số liệu kết nối ISDN

• Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ hơn, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu dễ dàng hơn xử lý bằng phương pháp số

Đặc điểm của mô hình điện thoại di động tế bào cell là việc sử dụng lại tần số, và diện tích của cell khá nhỏ trong thực tế, sự tăng trưởng trong một cell nào đó chiếm mức chất lượng giảm sút quá mức, người ta thực hiện việc chia tách cell thành các cell nhỏ hơn, người ta sử dụng công suất nhỏ hơn và các mẩu sử dụng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn Các hệ thống đó sẽ cung cấp thêm nhiều loại hình dịch vụ mới như: Thông tin thoại, âm thanh hình ảnh, hội nghị truyền hình, giáo dục từ xa, … thông suốt trong phạm vi toàn cầu

1.2 Sự phát triển các hệ thống thông tin di động

1.2.1 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất:

Hệ thống xuất hiện vào đầu năm 80, dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự, trong đó có hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ thoại tiên tiến Hệ thống di động thế hệ 1 chỉ hổ trợ các dịch vụ thoại tương tự và sử dụng kỹ thuật điều chế tương tự để mang dữ liệu thoại của mỗi người, và sử dụng phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

Bao gồm các hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự:

•

• NAMPS: Narrow AMPS băng thông hẹp, do hãng motorola đề xướng và thực hiện.

• TACS: (Total Access Communication System): hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ, kỹ tượng tự của Anh Chỉ tiêu ban đầu được mở rộng thành Extended TACS Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ mở rộng

Hệ thống dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự và đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), tức là mỗi kênh được gán cho một băng tần duy nhất trong một nhóm cell

Thực hiên các loại hình dịch vụ: Sử dụng công nghệ điều chế FM để truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển

Mạng chỉ có phạm vi cung cấp dịch vụ trong nước Băng tần hoạt đông trong khoảng từ: 450 đến 900MHz

Tất cả các hệ thống cellular thuộc thế hệ này trên đều sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), mỗi kênh được phân cho một tần số duy nhất trong một nhóm cell

1.2.1.1 Đặc điểm của thông tin di động thứ nhất:

• Mỗi MS được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thong tuyến

• Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là đáng kể

• BTS phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi MS

Hệ thống di động thế hệ 1 sử dụng phương pháp đa truy cập đơn giản Tuy nhiên hệ thống không thoả mãn nhu cầu ngày càng tăng của người dùng về

cả dung lượng và tốc độ Vì các khuyết điểm trên mà nguời ta đưa ra hệ thống

di dộng thế hệ 2 ưa điểm hơn thế hệ 1 về cả dung lượng và các dịch vụ được cung cấp

Tham số hệ thống AMPS và TACS(Bảng 1)

AMPS

TACS

3083210

2 ÷ 20FM

±12FSK

917 ÷ 95

872 ÷ 90545

3013208

2 ÷ 20FM

±9,5FSK

1.2.2 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai:

Sự phát triển nhanh về số lượng thuê bao, và nhiều nhu cầu dịch vụ

mà thế hệ thứ nhất không đáp ứng được đã thúc đẩy tiến trình phát triển của thế hệ di động thứ hai (2G) Thế hệ thứ hai này ra đời nhằm cải tiến chất lượng thoại, khả năng phủ sóng đồng thời tăng dung lượng của hệ thống Hệ thống này chủ yếu sử dụng các kỹ thuật nén và mã hoá phối hợp với kỹ thuật số Các tiêu chuẩn của hệ thống 2G được định nghĩa và thiết

kế chỉ để hỗ trợ thoại và truyền dữ liệu tốc độ thấp, chương trình duyệt internet (wap) Các kỹ thuật truy nhập như: TDMA, CDMA sử dụng cùng FDMA trong hệ thống.Tất cả hệ thống thông tin di động thế hệ 2 sử dụng điều chế số Và chúng sử dụng 2 phương pháp đa truy cập:

- Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

- Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

1.2.2.1 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA

Phổ quy định cho liên lạc di động được chia thành các dải tần liên lạc, mỗi

dải tần liên lạc này dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Các thuê bao khác dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung

 Đặc điểm:

- Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

- Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau, trong

đó một băng tần được sử dụng để truyền tín hiệu từ trạm gốc đến các máy di động và một băng tần được sử dụng để truyền tuyến hiệu từ máy di động đến trạm gốc Việc phân chia tần như vậy cho phép các máy thu và máy phát có thể hoạt động cùng một lúc mà không sợ can nhiễu nhau

+.Giảm số máy thu phát ở BTS

+.Giảm nhiễu giao thoa

Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA

Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không quá 106 lệnh trong một giây, còn trong MS số TDMA phải có khả năng xử lý hơn 50x106 lệnh trên giây

1.2.2.2 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA

Thông tin di động CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ cho nên nhiều người

sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi, mà không sợ gây nhiễu lẫn nhau Những người sử dụng nói trên được phân biệt với nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại mỗi ô (cell) trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên (Pseudo Noise - PN)

- Việc các thuê bao MS trong ô dùng chung tần số khiến cho thiết bị truyền dẫn

vô tuyến đơn giản, việc thay đổi kế hoạch tần số không còn vấn đề, chuyển giao trở thành mềm, điều khiển dung lượng ô rất linh hoạt

1.2.2.3 Các hệ thống thông thông tin chủ yếu ở thế hệ 2G:

• GSM: (Global System for Mobile Communication): Đây là hệ thống thông tin di động toàn cầu, ra đời ở Châu Âu Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) Hệ thống GSM được phát triển năm 1982 khi các nước Bắc Âu gởi kiến nghị đến CEPT để qui định một số dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900Mhz

• CDMA IS – 95: (Code Division Mutilple Access): Công nghệ sử dụng trải phổ trước đó đã áp dụng trong quân đội Đa truy nhập phân chia theo mã IS-95 Lý thuyết trải phổ đã trở thành động lực cho sự phát triển nhiều ngành vô tuyến công nghiệp như: Thông tin cá nhân, thông tin đa thâm nhập làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ hàng đầu trong việc giảm tắc nghẽn gây ra do sự bùng nổ của các máy điên thoại di động

và cố định cũng như các đầu cuối số liệu vô tuyến

• TDMA IS – 136: đa truy nhập phân chia theo thời gian

• Các Hệ thống thông tin di động trên hầu hết điều dùng kỹ thuật nén, mã hoá phối hợp với kỹ thuật số Các phương pháp đa truy nhập như: TDMA, FDMA, CDMA

Cung cấp các loại hình dịch vụ như: Nhận thức, số liệu, mật mã hoá, đặc biệt kết nối với mạng ISDN, đồng thời cung cấp các loại hình dịch vụ giải trí đa phương tiện

Mạng có khả năng sử dụng trong và ngoài nước Tần số hoạt động trong khoảng từ: 824 ÷ 960Mhz.

1.2.3 Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G):

Dựa trên các yêu cầu dịch vụ mới của thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra các hệ thống thông tin di động mới Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm phục vụ các mục tiêu chính sau:

•Tốc độ truy cập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như truy cập internet nhanh, hoặc các dịch vụ đa phương tiện

•Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toan cầu, và điện thoại vệ tinh Các chức năng này sẽ mở rộng đáng kể khả năng phủ sóng của các hệ thống thông tin di động

•Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có, để đảm bảo tính bảo mật cùng với sự phát triển liên tục của thông tin di động

 Các hệ thống cơ bản:

• CDMA – 2000: (Code Division Multiple Access – 2000): Đây là

hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã – 2000

• WCDMA: Đây là hệ thống CDMA băng thông rộng

• Công nghệ IMT- 2000: (International Mobile Telecommunication - 2000): Đây là hệ thống viễn thông di động quốc tế -2000

Hệ thống chủ yếu sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Cung cấp băng thông rộng

Phục vụ các loại hình dịch vụ: Cung cấp băng tần rộng để truy cập internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lương rất tốt

Phạm vi sử dụng của mạng là: Mạng sử dụng rất tốt trong nước và trên toàn thế giới Sử dụng tần số quy định quốc tế là 2Ghz

CHƯƠNG II:

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA

2.1 Tổng quan về công nghệ trải phổ:

2.1.1 Giới thiệu về công nghệ trải phổ :

Kỹ thuật trải phổ xuất hiện vào những năm 1950, nó ứng dụng trực tiếp lý thuyết thông tin của Shanon Do có nhiều ưu việt nên đã trở thành hết sức quan trọng trong hệ thống thông tin Có ba kỹ thuật trải phổ chính

đó là:

- Trải phổ chuỗi trực tiếp

- Trải phổ nhảy tần

- Trải phổ dịch thời gian

Trong ba kỹ thuật trên có sử dụng các chuỗi xung giả ngẫu nhiên có tần số cao đóng vai trò quan trọng, quyết định phần lớn các thông số kỹ thuật của tín hiệu trải phổ và các chuỗi giả ngẫu nhiên này chỉ có phía phát

và phía thu biết do đó bảo mật thông tin

Trải phổ là kỹ thuật được thực hiện bằng cách điều chế lần hai một tín hiệu đã được điều chế bình thường nhằm tạo ra một dạng sóng mang

mà nó sẽ là nhiễu đối với bất kỳ một tín hiệu nào khác hoạt động trong cùng một băng tần

Ngày nay công nghệ trải phổ đã được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các hệ thống thông tin quân sự bởi nó có khả năng bảo mật và nhiều ưu điểm khác mà nó mang lại Kết quả nghiên cứu công nghệ trải phổ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động CDMA, mang lại một loạt ứng dụng khác như giảm mật độ năng lượng, độ định vị cao Cùng với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật công nghệ trải phổ ngày càng phát triển, kích thước và công suất tiêu thụ của thiết bị được giảm đáng kể, tuy nhiên về

giá thành của thiết bị trải phổ vẫn còn là vấn đề lớn Và một trở ngại khá quan trọng trong việc sử dụng rộng rãi kỹ thuật trải phổ là thiếu sự thoả thuận của quốc tế về phân bố sử dụng các dải tần số Để khắc phục những trở

ngại đó phải nghiên cứu kĩ các tác động lẫn nhau giữa các hệ thống thuộc các dãy tần khác nhau, cũng như giữa hệ thống trải phổ với hệ thống thường

2.1.2 Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ:

2.1.2.2 Nguyên lí của kỹ thuật trải phổ:

Trải phổ là một kỹ thuật mà dạng sóng điều chế được điều chế hai lần, để tạo thành tín hiệu có độ rộng băng tần được trải rộng Tín hiệu này không gây nhiễu đáng kể cho những tín hiệu khác, nhờ phương thức điều chế lần thứ hai với tín hiệu giả ngẫu nhiên bề rộng băng tần được trải rộng, phương pháp điều chế lần hai không phụ thuộc vào tín hiệu thông tin

Ở kỹ thuật trải phổ nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng một kênh

vô tuyến để tiến hành các cuộc liên lạc một cách đồng thời Những người

sử dụng này được phân biệt nhau nhờ dùng một mã đặc trưng khác nhau

đó là mã giả ngẫu nhiên

• Phía phát: Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra trải phổ (tốc độ của chuỗi giả ngẫu nhiên PN).

• Ở phía thu: Ta thực hiện việc nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác giống hệt như mã đã dùng ở phía phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát, thì tin tức truyền đi không thể thu nhận và hiểu được ở máy thu

Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ

Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR

F

D

Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN

Dữ liệu gốc thu được

Máy thu và bộ giải điều chế

C B

Hình 1.1: Phía phát

Hình 1.2:Phía thu

Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ

Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR

2.1.3 Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ:

2.1.3.1 Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ:

- Chống nhiễu cao: Đối với nhiễu lọt vào từ bên ngoài, ở đầu thu nhiễu lọt vào này sẽ được trải phổ làm năng lựơng của nhiễu thấp và băng tần lớn Sau khi đi qua bộ lọc băng hẹp nhiễu này sẽ còn giá trị rất nhỏ làm

cho tỉ số

N

C

(tín hiệu trên nhiễu) cao

- Chống nhiễu đồng kênh (giao thoa)

E

- Truyền đa tia: Tại đầu thu có thể đi theo nhiều đường vì đi theo các đường khác nhau nên pha của tín hiệu đi theo các đường sẽ khác nhau Ở đầu thu chỉ tạo ra tín hiệu PN giống hệt như tín hiệu PN trong trường hợp truyền thẳng nên các tín hiệu C(t) đi theo đường khác nhau khi nhân với C(t) tại đầu thu sẽ không biến thành giá trị 1 hay các sóng tới đi theo đường khác sẽ không được giải điều chế, năng lượng rất thấp không ảnh hưởng thành phần tín hiệu đi theo đường thẳng.

- Tính bảo mật: Sóng vô tuyến bị thu trộm nhưng đối với kỹ thuật trải phổ khi thu được trên đường truyền thành phần tín hiệu rất nhỏ so với can nhiễu hay nói cách khác đi nó bị che lấp bởi tạp âm rất khó cho người thu trộm xử lý nó

- Đa truy nhập phân chia theo mã (ứng dụng CDMA)

- Gia tăng dung lượng và công suất phổ trong hệ thống thông tin cá nhân tế bào di động

2.1.3.2 Các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật trải phổ :

- Thông tin vệ tinh: Hầu hết các vệ tinh thông tin thực hiện chức năng phát đường xuống để trả lời đường lên và gọi là bộ phát đáp Các tiến

bộ của công nghệ điện tử cho phép thực hiện một số quá trình xử lý tín hiệu trên vệ tinh trước khi phát xuống Ngoài việc làm các trạm chuyển tiếp ở các hệ thống thông tin, các vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khác như hệ thống định vị, truyền ảnh và khám phá không gian Ưu điểm chính của hệ thống thông tin vệ tinh là cung cấp vùng phủ sóng phù hợp cho các vùng xa xôi So với đường truyền mặt đất, truyền vệ tinh ít bị fading Tuy nhiên chúng bị suy hao đường truyền lớn

và trễ lớn do độ cao của vệ tinh Suy hao do mưa cũng ảnh hưởng lớn đến khi tần số công tác lớn hơn 8 Ghz

- Đo cự ly: Có thể sử dụng tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp để đo khoảng cách giữa 2 điểm Hệ thống đo cự ly kiểu này có thể sử dụng để đo khoảng cách của vệ tinh Quá trình đo thực hiện như sau: phát đi một tín hiệu DS/SS từ nguồn phát, tín hiệu này được đối tượng phản xạ ngược lại máy phát Ở đây hiệu số pha giữa tín hiệu phản xạ và tín hiệu tham khảo (được phát) được tính toán Có thể xác định pha sau khi bắt được tín hiệu khứ hồi và đồng bộ Khi biết thời gian chip, ta có thể biến đổi pha thời gian trễ sau đó biến đổi vào cự ly trên cơ sở biết được tốc độ sóng vô tuyến.

- Hệ thống định vị toàn cầu GPS: (Global Positioning System) cho phép máy thu trên mặt đất xác định vị trí của mình với độ chính xác cao trong giới hạn từ 10 đến 20m

- Vô tuyến đa thâm nhập sử dụng nhảy tần: Hệ thống này sử dụng kỹ thuật nhảy tần kết hợp với điều chế MPSK

2.2 MÃ TRẢI PHỔ NGẪU NHIÊN PN

2.2.1 Tổng quan về trải phổ:

Mã trải phổ là dãy tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm trắng) được tạo

ra đồng bộ để trải phổ ở máy phát, và nén phổ ở máy thu đối với phổ được truyền đi Mã trải phổ còn được dùng để phân biệt các thuê bao với nhau khi có cùng chung dải thông truyền dẫn trong cơ chế đa truy nhập trong hệ thống CDMA

• Đặc tính của mã trải phổ:

- Tỷ lệ các tần số 0 và 1 là mỗi ½

- Đối với các số 0 và 1 thì ½ chuỗi dài có chiều dài là 1, ¼ có chiều dài là 2,…

- Nếu một chuỗi PN được dịch bởi bất cứ thành phần số lượng số dương và số âm bằng nhau tương ứng với dãy trước.

• Hàm tự tương quan:

) ( ) ( ) ( )

Trong trường hợp mã trải phổ nhị phân dùng trong hệ thống CDMA,

so sánh từng bít của tín hiệu, tính A-D để xác định hàm tương quan của hai tín hiệu xét (A: số bít cùng, D: số bít khác) Minh họa cho điều này ở hình 1.3(e)

Ở hình 1.3 (a,b,c) biểu thị mô hình phát chuỗi nhị phân ngẫu nhiên lý tưởng có phổ giống tạp âm trắng Trong mô hình này nguồn tạp âm AWGN được số hóa nhờ thiết bị ngưỡng và Flip-Flop đồng bộ tần số lấy mẫu là tốc độ chíp fc

Đỉnh nhọn hàm tương quan ở hình 1.3(c) biểu thị τ = 0 Đặc điểm

này giúp cho máy thu thực hiện đồng bộ dễ dàng với máy phát, chuẩn về thời gian Nếu chuỗi d(t) có chu kỳ lặp lại N chíp thì được gọi là giả ngẫu nhiên

Mã trải phổ không những để trải phổ mà còn là chìa khoá để MS chọn ra tín hiệu trạm gốc phát cho nó trong môi trường CDMA Muốn vậy

mã trải phổ của MS khác nhau có tương quan chéo bằng 0, hoặc rất nhỏ Điều kiện này đảm bảo nhiễu lẫn nhau tương quan chéo bằng 0 Tuy nhiên trong nhiều hệ thống thực tế các bộ phát tương quan dãy PN ở máy phát và máy thu được dùng với tương quan chéo đủ nhỏ

Những mã giản ngẫu nhiên PN giữ vai trò quan trọng trong hệ thống trải phổ Mã giả ngẫu nhiên PN nó được tạo ra một cách độc lập ở nhiều vị trí (cả máy phát lẫn máy thu) Mã trải phổ không hoàn toàn ngẫu nhiên, nó cần phải xác định được PN là tín hiệu chu kỳ xác định Được xác định ở máy phát và máy thu Nhưng mặt khác, mã PN có tính thống kê của một tạp âm trắng AWGN, nó có thể biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định với bất

cứ máy thu nào ngoài phạm vi cuộc gọi Mỗi quá trình thu phát CDMA đều được trải phổ

a Mô hình phát chuỗi nhị phân ngẫu nhiên:

b Đáp ứng của chuỗi ngẫu nhiên:

Thiết bị ngưỡng

n(t )

d(t) Hình 1.3 (b)

d Hàm tự tương quan của dãy PN7

e Số bít cùng A và số bít khác D khi dãy PN7 dịch một bít:

2.2.2 Các loại mã trải phổ :

R a (т)

TL 700 -100ms

-T c -T c

1 7

+ 100ms 0

Hình 1.3 (d)

1 1 1 0 0 1 0

1 bít shift

}Cùng: A Khác: D

7bit

} A = 3

D = 4 A-D = -1

Shift 1{

Shift 0{

Hình 1.3 (e)

Mã trải phổ PN có rất nhiều loại nhưng thường dùng nhất là: dãy độ dài cực đại dãy m, dãy Gold, dãy Walsh….

2.2.2.1 Dãy m : Chuỗi m nhị phân được tạo ra từ mạch ghi dịch

nhiều Flip-Flop, và được hoài tiếp gồm nhiều cổng XOR và các khóa g Mỗi chuỗi ghi dịch được định rõ bởi đa thức phát g(x), m>0

Sơ đồ mạch phát dãy m như sau:

Trong sơ đồ trên, có N flip flop D được mắc thành bộ ghi dịch, mạch hồi tiếp gồm các cổng XOR và các khóa gi làm thay đổi chiều dài và đặc tính của dãy PN được tạo ra Trong số đó, dãy có chiều dài cực đại là: L=

2N – 1 (L: số chip (cắt))

• Các thuộc tính của chuỗi m:

+ Thuộc tính 1_Thuộc tính dịch: Dịch vòng ( dịch vòng trái hay dịch vòng phải) của một chuỗi m cũng là một chuỗi m Nói cách khác nếu chuỗi ra không nằm trong tập Sm thì dịch vòng cũng không nằm trong tập Sm

+ Thuộc tính 2_Thuộc tính hồi quy: mọi chuỗi m đều thoả mãn tính hồi quy

Ci = g1ci-1 + g2ci-2 +……+ gm-1ci-m+1 + ci-m Với i = 0,1,2,…(Ngược lại mọi lời giải cho phương trình trên là 1 chuỗi trong tập Sm Lưu ý rằng có m lời giải độc lập tuyến tính với phương trình hồi quy trên, nghĩa là m chuỗi độc lập tuyến tính trong Sm)

1 2 -3 -3 -2 -1

+ Thuộc tính 4_Số số 1 nhiều hơn số số 0: mọi chuỗi m trong tập Sm chứa 2m-1 số số 1 và 2m-1-1 số số 0

+ Thuộc tính 5_thuộc tính cộng: Tổng hai chuỗi m (cộng mod

2 theo từng thành phần) là một chuỗi m khác

+ Thuộc tính 6_Thuộc tính dịch và cộng: Tổng của một chuỗi

m và dịch vòng của chính nó ( cộng mod 2 theo từng thành phần )là một chuỗi m khác

+ Thuộc tính 7_Hàm tự tương quan dạng đầu đinh: Hàm tự tương quan tuần hoàn chuẩn hóa của một chuỗi m được xác định như sau:

1 ) (

N j

c

c i i j

N i

R

R(i) =1 đối với I = 0 (mod N) và R(i) = -1/N với i≠0 (mod N)

Hình 2.2: Hàm tự tương quan tuần hoàn dạng đầu đinh

+ Thuộc tính 8_Các đoạn chạy(Runs) : Một đoạn chạy là một xâu các số “1” liên tiếp hay một xâu các số “0” liên tiếp Trong mọi chuỗi

m, một nửa số đoạn này có chiều dài 1, một phần tư có chiều dài 2, một

phần tám có chiều dài 3chừng nào các phân đoạn còn cho một số nguyên các đoạn chạy.

+ Thuộc tính 9_Pha đặc trưng: có đúng một chuỗi ra không nằm trong tập Sm thoả mãn điều kiện ci=c2i đối với tất cả i∈Z Chuỗi m này được gọi là chuỗi ra không đặc trưng hay pha đặc trưng của các chuỗi m trong tập Sm

+ Thuộc tính 10_Lấy mẫu( Decimation): Lấy mẫu 1 từ n>0 của một chuỗi m C (nghĩa là lấy mẫu C cứ n bit mã một lần), được biểu thị bằng N/gcd(N,n) nếu không phải là chuỗi toàn không; đa thức tạo mã g’(x) của nó có gốc là mũ n của các gốc của đa thức tạo mã g(x)

2.2.2.2 Các chuỗi Gold:

Các chuỗi m là các hàm tự tương quan dạng đầu đinh, có thể chỉ ra rằng chúng có tự tương quan tuần hoàn dạng đầu đinh tốt nhất về mặt giảm tối đa tự tương quan lệch pha Do đó các chuỗi m rất hoàn hảo cho hoạt động đồng bộ mã Đối với thông tin đi bộ nhiều người sử dụng cần có một tập lớn các chuỗi SSMA hay CDMA có các giá trị tương quan chéo nhỏ Một họ các chuỗi tuần hoàn có thể đảm bảo các tập chuỗi có tương quan chéo tuần hoàn tốt là các chuỗi Gold Chuỗi Gold là mã trải phổ dùng cho CDMA, hàm tương quan chéo giữa hai dãy Gold bất kỳ khá nhỏ, hàm tương quan lấy 1 trong 3 giá trị sau:

−

−

=

] 2 ) ( [ 1 1

) ( 1

)

(

N r L L

N r L

+ +

=

chaün 2

2 N 2.

1

leû

N

N N

n

,

, 2

1 2 1 ) (

τ

h(x) = x + x + x + x + x +x + 1

Hình 2.3: Hàm tự tương quan của dãy

Mạch tạo mã Gold có sơ đồ đơn giản và tạo ra được số lượng lớn dãy Gold cung cấp cho các MS trong mạng CDMA

Như hình trên, chuỗi Gold là kết quả cộng module 2 đối với 2 dãy

m được định thời bằng cùng tốc độ chip fc Việc chọn đúng cặp dãy m là điều rất quan trọng trong việc thiết kế mạch tạo dãy Gold cho CDMA

Ý nghĩa quan trọng nhất trong việc tạo ra chuỗi Gold là: chọn đúng một cặp đặc biệt, chuỗi m có đặc tính tương quan nhau Hai chuỗi m có cùng chiều dài L, cùng tốc độ chíp, sẽ tạo ra chuỗi Gold có chiều dài bằng

( ) τ θ

τ

l L 0

L Gọi N là số tầng trong chuỗi máy phát chuỗi m, lúc này chiều dài chuỗi Gold là L = 2N-1.

Ta có thể thấy rằng với mỗi bước dịch giữa hai chuỗi m thì chuỗi Gold sẽ được tạo thành Mỗi chuỗi m có chiều dài L, cùng số bước dịch giữa hai chuỗi m thì chấp nhận được Do đó bộ phát chuỗi Gold kết hợp với hai chuỗi m khác nhau sẽ tạo ra chuỗi Gold cũng có chiều dài L khác nhau Với việc chọn chuỗi m tương quan thấp tương ứng chuỗi Gold được tạo thành, và hàm tương quan giữa hai chuỗi Gold rất nhỏ

2.2.2.3 Chuỗi Walsh:

• Mã hoá kênh trực giao là: Hai chuỗi bít được gọi là trực giao nếu kết quả thu được sau khi XOR có số lượng bít 0 và 1 là bằng nhau Trong hệ thống CDMA việc sử dụng các chuỗi trải phổ trực giao nhằm giảm can nhiễu giữa nhiều người sử dụng Do đó cho phép nhiều người cùng chia sẻ một tần số giống nhau

• Trên kênh liên kết hướng xuống mã Walsh dùng cách ly giữa các user Điều này cho phép nhiều ngưồi sử dụng trên cùng một phổ tần được cấp phát mã

• Trên kênh lưu lượng hướng xuống, hàm Walsh được trạm gốc đưa vào trải phổ cho các tín hiệu MS có nhiệm vụ phát hiện và nén phổ đúng

• Bảng mã chuỗi gồm 64 chuỗi, mỗi chuỗi dài 64 chip ( mỗi chíp là một số nhị phân 0 hay 1)

• Các mã Walsh trực giao với nhau

• Các hàm không phù hợp với máy được đưa vào kênh lưu lượng hướng xuống tạo nên các tín hiệu mà các MS không nhận biết Trong quá trình nén phổ chỉ có kênh phù hợp đuợc thể hiện

2.3 TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP

2.3.1 Giới thiệu hệ thống trải trực tiếp (DS):

Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao

2.3.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS:

Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK 1800 Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng nhưng dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế hai pha đơn giản Độ rộng băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động

là 5 Mcps(chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ rộng băng là 5 MHz

Hình 3.1 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha Quá trình này được chỉ ra trên hình dạng sóng theo trục thời gian Sóng mang có lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã Sự khác pha không thành vấn đề trong đa số các hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung) là quan trọng trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây

• Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các

kỹ thuật phức tạp Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang

vì mức sóng mang nằm bên dưới của mức tạp âm khi điều chế mã

• Yêu cầu nhiều công suất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã được điều chế

• Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hằng

số duy trì độ rộng băng là lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có một mức giới hạn nhất định Trong hệ PAM vì sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [(sinx)/x]2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh

Đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình Ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản

Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu Trong trường hợp đó, nếu mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục Các sóng mang băng tần hẹp được khôi phục này đi qua bộ lọc

Sóng mang

đầu vào

f c

Bộ trộn cân bằng Điều chế 2 pha

đầu ra Dãy mã đầu vào

f c +G(c)

G(c)

Hình 3.1: Điều chế loại DS(2 pha)

băng thông được thiết kế sao cho chỉ các sóng mang đã điều chế băng gốc được đi qua

Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng

mang ban đầu Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra

Bộ lọc thông có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần không đồng bộ của bộ thu

Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề độ rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh Bất kì một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System) chấp nhận một loại

Dao động

sóng mang

Điều chế cân bằng

Bộ tạo PN

Tới bộ giải điều chế

fc +f IF

5

Receiving signal 4

AcosWc t ± 90 o

Demodulated

RF Carrier 6

Hình 3.2:Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS

Điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF (Identification Friend & Foe) và TACAN (Tactical air Navigation)

0,88× nhịp mã

0,88× nhịp mã

0,66× nhịp mã

-13dB-13dB-13dB-23dB

6dB/octate6dB/octate6dB/octate12dB/octate

* Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác

Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [(sinx)/x}2 ]có thể được giải thích như sau Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là A thì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0,

dt

T T

∫−

2 / 2 /

= Aexp(jωT/2)−jωAexp(−jωT/2)

= 2ωAsinω2T = TA((sinωTω/2T)/2)

Đây là công thức có dạng sinx/x nghĩa là sự phân bố điện áp của tín hiệu và phân bố công suất có dạng [(sinx)/x]2

Sự phân bố công suất của tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đưa ra trên hình

8 với biên độ tương ứng với dải của 2 mấu bên thứ nhất tương ứng với 3 lần tốc độ mã Trong trường hợp này thì 90% công suất tổng bao gồm trong băng tương ứng với 2 lần tốc độ mã, 93% tương ứng với 4 lần và

95% tương ứng với 6 lần Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSK hay QPSK bao gồm trong tần số băng bên Nhưng sự suy giảm công suất tín hiệu không thành vấn đề chỉ trong giới hạn băng sau Vì công suất của nhiễu hàm điều hoà bậc cao bao gồm cả tần số băng bên trong điều

chế nên giới hạn băng hẹp của băng RF tạo ra sự giới hạn thời gian lên và xuống của băng điều chế

Mối tương quan tam giác của tín hiệu đã điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần Hình 9 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của giới hạn băng tần đến dạng đường bao của RF

Truyền dẫn QPSK là một sơ đồ để giới hạn băng tần cao khi tốc độ

mã cho trước QPSK có thể làm giảm băng RF yêu cầu tới một nữa như độ lợi xử lý giảm đi nhiều Ví dụ, để truyền 10 Kbps với tốc độ mã 22,75 Mcps thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHz để điều chế BPSK và độ lợi xử

lý là 20 KHz/10 Kbps = 2000 mặc khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10 MHz nên

độ lợi xử lý giảm 3 dB do đó 10 MHz/ 10 Kb/s= 1000 Do đó loại điều chế hay tốc độ mã nên được xác định trong hệ thống áp dụng và tốc độ thông tin cơ bản, độ lợi xử lý và băng tần xử dụng cũng nên được cân nhắc Giới hạn băng RF đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đo khoảng cách

sử dụng DS Như đã chỉ ra trên hình trên, suy giảm chất lượng của chức năng tương quan chịu tổn thất khi điều chỉnh chính xác thời gian Nghĩa là giới hạn băng làm giảm giải pháp khoảng cách của hệ thống đo khoảng cách nhằm tăng khoảng cách đo được

2T Hàm tương quan lý

tưởng

2T Hàm tương quan lý tưởng trong trường hợp băng RF

hẹp (b) Ảnh hưởng của giới hạn băng thông của chức năng tương quan

(a) Đường bao RF của tín hiệu DS đối với các độ rộng băng tần RF khác nhau

Hình 3.4 : Giới hạn băng RF và ảnh hưởng của

2.3.2 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS)

2.3.2.2 Giả tạp âm:

Người ta dùng mã “ngẫu nhiên” để trải phổ bản tin ở phía phát và giải trải phổ tín hiệu thu ở phía thu Mã ngẫu nhiên đóng vai trò trung tâm trong các hệ thống SS Tuy nhiên nếu mã này thực sự ngẫu nhiên thì thậm chí máy thu chủ định cũng không thu được bản tin vì không thể biết được phương pháp để đồng bộ với mã thực sự ngẫu nhiên, dẫn đến hệ thống vô dụng Vì vậy phải thay thế bằng một mã giả ngẫu nhiên Đây là một mã xác định biết trước đối với máy thu chủ định Nhưng thể hiện giống tạp âm đối với máy thu không chủ định Các chuỗi PN là các số được lặp lại theo một chu kỳ nhất định

Ta sử dụng {ci, i = số nguyên}  {…,c-1, c0, c1, …} để biểu thị một chuỗi PN Giả sử N là chu kỳ sao cho ci+N = ci Trong thực tế vì chuỗi PN phải tuần hoàn nên chu kỳ của nó phải lớn để đạt thuộc tính ngẫu nhiên tốt Trong một hệ thống DS/SS, một tín hiệu liên tục theo thời gian gọi là tín hiệu PN được tạo ra từ chuỗi PN được dùng để trải phổ Giả thiết chuỗi PN

này là cơ số 2 (nghĩa là ci = ±1), thì tín hiệu PN này là :c(t) =

) kT t(

Khi này hàm tự tương quan là:

Và mật độ phổ công suất (PSD) được xác định bởi:

) fT ( sin T )

c

2

= τ

1 , 0 ≤ t < T

0 , nếu khác

=

2.3.2.3 Các Hệ thống DS/SS-BPSK

2.3.2.3.1 Máy phát DS/SS BPSK: Ta có thể biểu diễn số liệu hay

bản tin nhận các giá trị ±1 như sau:

s(t) = Ab(T).c(t).cos(2πfct+θ)Trong đó A là biên độ, fc là tần số mang và θ là pha của sóng mang Trong rất nhiều ứng dụng 1 bit bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu nghĩa

là T=N.Tc Ta sử dụng giả thiết này cho các hệ thống DS/SS BPSK

Bản tin cơ số hai b(t)

Acos(2πf c t +θ)

Tín hiệu DS/SS-BPSK s(t) =Ab(t)c(t)cos(2πf

c t +θ)

Bộ điều chế (BPSK)

2.3.2.3.2 Máy thu DS/SS-BPSK:

Mục đích của máy thu DS/SS –BPSK là lấy bản tin b(t) (số liệu {bi} từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm Do tồn tại trễ lang truyền τ nên tín hiệu thu là:

s(t-τ) + n(t) = Ab(t-τ) c(t-τ) cos [2πfc(t-τ) + θ’] + n(t)’

Trong đó n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu Giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết không có tạp âm Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc Để giải trải phổ tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN c(t-τ) được tạo ra ở máy thu, ta được:

w(t) = Ab(t-τ) c2(t-τ).cos (2πfct + θ’) = Ab(t-τ).cos (2πfct + θ’)

Vì c(t) bằng ± 1, trong đó θ’ = θ - 2πfcτ Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha θ’ (và tần số fc) cũng như điểm khởi đầu của từng bit Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan (Correlator) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng

−

Đồng hồ tín hiệu PN hiệu PN nội Bộ tạo tín

1 hay -1 z

cos(2πf c t+θ’)

S(t-τ)=Ab(t-τ) c(t-τ)cos(2πf c t+θ’)

Hình 3.7: Sơ đồ khối máy thu DS/SS-BPSK

ĐHKH : Đồng hồ ký hiệu, SM : Sóng mang, TH : Tín hiệu

Tín hiệu PN đóng vai trò như một ‘mã’ được biết trước ở cả máy phát

và máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết trước nên nó có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin Mặt khác có một máy thu không chủ định không được biết mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể giải mã bản tin Điều này thể hiện rõ ở phương trình của máy thu, do c(t) nên máy thu không chủ định chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên ± 1

Ta giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau :τ, ti, θ’ và

fc Thông thường máy thu biết được tần số sóng mang fc, nên nó có thề tạo

ra bằng cách sử dụng một bộ dao động nội Nếu có một sự khác biệt giữa tần số của bộ dao động nội và tần số sóng mang, thì một tần số gần với fc

có thể được tạo ra và có thể theo dõi được tần số chính xác bằng một mạch vòng nối tiếp, (dùng vòng khoá pha) Máy thu phải nhận được các thông

số khác như τ, ti và θ’ từ tín hiệu thu được Quá trình nhận được τ được gọi là quá trình đồng bộ gồm hai gia đoạn :bắt mã bám mã Quá trình nhận được ti được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) ký hiệu (STR) Còn quá trình nhận được θ’ (cũng như fc) được gọi là quá trình khôi phục sóng mang Việc khôi phục sóng mang và đồng bộ có vai trò quan trọng trong máy thu Khi T/Tc =N (chu kỳ của chuỗi PN), có thể nhận được định thời của ký hiệu ti một khi đã biết τ

Ta khảo sát một cách ngắn gọn ảnh hưởng của sai pha sóng mang và sai pha mã ở máy thu Giả thiết máy thu sử dụng cos (2πfct +θ’ + γ) thay cho (2πfct +θ’) cho bộ giải điều chế và sử dụng c(t -τ’) làm tín hiệu PN nội, nghĩa là sóng pha có sai pha γ và tín hiệu PN có sai pha τ -τ’ Khi đó

zi sẽ là:

Tích phân của thành phần tần số nhân đôi bằng 0 Vì thế |zi| cực đại khi γ = 0 và t -τ’= 0 Nếu | t -τ’| >Tc hay |γ| =π/2, thì zi=0 thì máy thu vô dụng Khi | t -τ’| <Tc và|γ| < π/2 thì |zi| giảm đại lượng, như vậy tỉ số tín hiệu trên tạp âm sẽ nhỏ gây ra xác xuất lỗi cao hơn Tuy nhiên nó vẫn có thể hoạt động đúng khi sai pha | t -τ’| và |γ| nhỏ

2.3.2.4 Mật độ phổ công suất (PSD):

Ta xét mô hình bản tin và tín hiệu PN như các tín hiệu cơ số 2 ngẫu nhiên (mỗi bit hay mỗi chip nhận các giá trị +1 hay –1 đồng xác suất ) Bản tin (với biên độ ±1) có tốc độ bit 1/T bit/s và PSD: