Các hệ thống thông tin trải phổ

Tài liệu tham khảo Các hệ thống thông tin trải phổ

Chơng 2 Các Hệ thống thông tin trải phổ

Ngày nay, thế giới có rất nhiều hệ thống CDMA, nhng chỉ có hai hệ thống thờng

sử dụng nhất Đó là hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp và hệ thống trải phổ nhảy tần

Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp và hệ thống trải phổ nhảy tần cũng là hệ thống thông tin số Nó cũng có đầy đủ các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin

số Nhng chỉ khác là chúng có thêm bộ điều chế trải phổ đầu phát và giải điều chế trải phổ ở đầu thu Các thành phần của hệ thống đã đợc biết đến trong các giáo trình khác Trong mục này chúng ta tập trung tìm hiểu, phân tích bộ điều chế trải phổ và giải điều chế trải phổ của hệ thống trải phổ và cách đồng bộ mã PN của hai hệ thống trên Đó là những vấn đề mới của các hệ thống thông tin trải phổ so với các hệ thống thông tin số khác

2.1 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DS-SS

2.1.1 Điều chế trải phổ và giải điều chế trải phổ trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp

Các hệ thống thông tin trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS) chủ yếu dùng điều chế PSK vì nó thích hợp cho các ứng dụng trong đó sự kết hợp giữa pha tín hiệu phát và tín hiệu thu có thể duy trì đợc trên một khoảng thời gian bao trùm vài khoảng symbol (hay bít).Sau đây ta sẽ nghiên cứu một số kỹ thuật điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS)

2.1.1.1 Trải phổ DS BPSK (direct sequence binary phase shift key)

Đây là dạng đơn giản nhất của trải phổ chuỗi trực tiếp, nó có sơ đồ nh hình 2.1 Tín hiệu đầu ra của bộ điều chế S m (t) có tần số sóng mang ω0 , công suất P, đợc điều

chế pha bởi dữ liệu m(t) với độ dịch pha θ m(t)

S m (t)= 2P cos[ω 0 t+θ m (t)] (2.1)

Hình 2.1: Sơ đồ khối trải phổ DS

Tín hiệu S m (t) có độ rộng băng thông truyền dẫn tối thiểu là R/n, với R là tốc độ

bít của luồng dữ liệu m(t), n là số bít thông tin trong một kí hiệu; Tín hiệu S m (t) đợc

trải phổ bởi mã trải phổ c(t) nh hình 2.1, cho ra tín hiệu phát là:

S(t)= S m (t) c(t)= 2P c(t)cos[ω 0 t+θ m (t)] (2.2)

Máy thu sẽ nhận đợc tín hiệu sau một thời gian trễ truyền dẫn T d cùng với can nhiễu và tạp âm; Tại máy thu để giải trải phổ tín hiệu thu đợc r(t) đợc nhân với mã

trải phổ c(t-T’ d ), trong đó T’ d là thời gian trễ truyền dẫn mà máy thu tự đánh giá Tín

hiệu sau giải trải phổ sẽ là:

x(t)= 2P c(t-T d )c(t-T’ d )cos[ω 0 t+θ m (t-T d )+φ] (2.3)

Trong đó: φ là pha ngẫu nhiên gây bởi tạp âm và nhiễu

Khi máy thu đồng bộ với với máy phát, khi đó T d =T’ d Với c(t) là chuỗi nhị phân

1

± , thì c(t-T d )c(t-T’ d )=1; Biểu thức trở thành:

x(t)= 2P cos[ω 0 t+θ m (t-T d )+φ] (2.4)

Do đó tại đầu ra của bộ giải trải phổ, tín hiệu S m (t) đợc phục hồi sai khác một góc

pha ngẫu nhiên φ và sau khi Sm (t) đợc giải điều chế PSK kết hợp thông thờng sẽ cho

dữ liệu m(t) ban đầu.

Trong trờng hợp điều chế sóng mang BPSK với m(t) là tín hiệu nhị phân ± 1thì

θ (t) sẽ nhận các giá trị 0 và π

S m (t) = 2P m(t)cosω 0 t (2.5)

S(t) = 2P c(t)m(t)cosω 0 t (2.6)

Với cách điều chế sóng mang nh thế, dữ liệu sẽ đợc cộng modul 2 với mã trải phổ trớc khi đa vào bộ điều chế pha số BPSK Sơ đồ của hệ thống trải phổ lúc này trở thành hình 2.2

Hình 2.3 sẽ minh họa dạng sóng tín hiệu trong trờng hợp điều chế BPSK đợc sử dụng cho cả điều chế dữ liệu và điều chế trải phổ

Hình 2.3: Dạng sóng trải phổ BPSK

Hình2.2: Sơ đồ khối trải phổ DS BPSK–

2.1.1.2 Trải phổ DS QPSK (direct sequence quadrature phase shift key)

Để nâng cao hiệu quả băng tần, ngời ta sử dụng điều chế nhiều mức, điều chế càng nhiều mức thì hiệu qủa băng tần càng cao nhng điều đó lại làm giảm khoảng cách giữa các symbol, kết quả là lỗi symbol (SER) lại tăng Trong khi việc làm tăng hiệu quả băng tần chúng ta có thể làm đợc theo cách khác dễ dàng hơn ví dụ nh giảm tốc độ mã sửa lỗi (FEC) Đối với trải phổ chuỗi trực tiếp ngời ta thờng sử dụng điều chế pha 4 mức QPSK Sơ đồ trải phổ DS sử dụng điều chế QPSK cân bằng đợc thể hiện ở hình 2.4 Công suất mạch ra sau mạch Hybrid sẽ bằng nửa công suất S m (t) và

tín hiệu phát S(t) sẽ là:

dt t f f t

f T

i t c t c P

y p 2 T' ( 1) ( 2 ( 1 ) c) cos( 2 c ) cos( 2 ( c e ) )

dt t f f t

f T

i t c t c P

f T

i t c t c P

y q 2 T' ( 1) ( 2 ( 1 ) c) sin( 2 e )

Do sai lệch tần số f e là nhỏ, nên các số hạng sin và cos xấp xỉ hằng số trong quá

trình tích phân Do đó chúng ta có:

Hình 2.4: Sơ đồ khối trải phổ - giải trải phổ DS sử dụng QPSK

S(t) = P c1(t) cos[ ω0t+ θm(t)] + P c2(t) cos[ ω0t+ θm(t)] (2.7)

Trong đó c 1 (t), c 2 (t) là các mã trải phổ có các giá trị là ± 1

Với thời gian trễ truyền dẫn là T d thì các tín hiệu thu đợc r(t) sẽ là:

r(t) = P c1(t−T d) cos[ ω0t+ θm(t)] + P c2(t−T d) cos[ ω0t+ θm(t)] (2.8)

Tín hiệu r(t) sẽ đợc sau giải trải phổ nhờ bộ giải QPSK với các thành phần x(t) và

( cos[

) ' ( ) ( 2 /

)]

( cos[

) ' ( ) ( 2 / )

(

2 2

1 1

t T

t c T t c P

t T

t c T t c P t

x

m IF d

d

m IF d

d

θ ω

θ ω

) ' ( ) (

2 /

)]

( sin[

) ' ( ) (

2 / )

(

2 2

1 1

t T

t c T t c P

t T

t c T t c P t

y

m IF d

d

m IF d

d

θ ω

θ ω

−

−

− +

là máy thu đồng bộ với máy phát thì:

c1(t −T d).c1(t−T'd ) =c2(t−T d).c2(t−T'd ) = 1 (2.10)

Khi đó, tín hiệu ra sẽ là:

r(t) = Pcos[ ωIF − θm(t)] (2.11)

Nh vậy sau bộ giải trải phổ QPSK thì tín hiệu S m (t) đợc phục hồi Sau khi S m (t)

đ-ợc giải điều chế PSK kết hợp sẽ cho ra dữ liệu m(t).

2.1.2 Đồng bộ trong hệ thống trải phổ chuổi trực tiếp

2.1.2.1 Khái quát về đồng bộ mã trải phổ trong hệ thống DS-SS

Nh đã trình bày ở phần trớc, tín hiệu phát của các hệ thống thông tin trải phổ là tín hiệu băng rộng giống nh tạp nhiễu Việc trải tín hiệu là nhờ sử dụng các chuỗi giả ngẫu nhiên Trong các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp DS-SS, chuỗi PN đợc dùng để trực tiếp trải phổ tín hiệu Trong các hệ thống trải phổ nhảy tần FH-SS, mã trải phổ

PN dùng để quyết định nhảy tần Về bản chất các chuỗi PN đợc tạo ra một cách xác

định vì có nh thế máy thu mới có thể khôi phục lại thông tin từ tín hiệu trải phổ đợc Nhng đối với các máy thu không định trớc thì các chuỗi này đợc thiết kế nh những chuỗi ngẫu nhiên Vì thế các dạng sóng tín hiệu trải phổ nhờ chuỗi PN cũng có dạng giống tạp ngẫu nhiên

Nh vậy có thể thấy hiệu quả một hệ thống thông tin trải phổ hay nói cách khác là chất lợng một hệ thống thông tin trải phổ phụ thuộc rất nhiều vào khả năng đồng bộ chuỗi PN giữa máy thu và máy phát Cũng nh các hệ thống thông tin khác hệ thống thông tin trải phổ cũng khối khôi phục đồng bộ Trong phạm vi đồ án này, chúng ta chỉ quan tâm đến đồng bộ chuỗi PN, dĩ nhiên hệ thống thông tin trải phổ cũng phải có phục hồi, đồng bộ sóng mang Để đồng bộ chuỗi PN th… ờng có hai bớc: bớc thứ nhất

gọi là bắt, là bớc điều chỉnh độ lệch pha của tín hiệu PN tới và tín hiệu PN nội trong một khoảng nào đó cở một chip hoặc nhỏ hơn Bớc thứ hai gọi là bám, thực hiện việc

điều chỉnh tinh để làm sai lệch pha tiến tới không

Sơ đồ chức năng của máy thu DS-SS đợc trình bày trong hình 2.5

Hình 2.5: Sơ đồ khối chức năng máy thu trong hệ thống DS-SS

Trong hình 2.5, tín hiệu tới máy thu bao gồm tín hiệu có ích s(t) và tạp nhiễu

trắng cộng tính Gauss n(t) với mật độ phổ công suất hai biên N0/2 (W/Hz)

Thông thờng đầu vào máy thu có bộ lọc thông dải băng rộng bao trùm toàn bộ băng tần của tín hiệu SS, với tần số trung tâm là f c Bộ lọc sẽ lọc toàn bộ nhiễu và tạp

âm ngoài dãi Với tín hiệu DS - SS, độ rộng của băng tần vào khoảng 2/T c

Nh mô tả trên hình 2.5, máy thu cần thực hiện một số chức năng nh: bắt PN, bám

PN, phục hồi, bám sóng mang, giải trải phổ, giải điều chế, tín hiệu Phân hệ bắt có nhiệm vụ tạo ra chuỗi c(t+ τ ), với τ − τ 1 < ∆T c, với ∆ là một hằng số nhỏ Để có đợc

τ nằm trong khoảng ( τ1 − ∆T c, τ1 + ∆T c), phân hệ bắt phải thực hiện tìm kiếm xuyên suốt một tập pha có tơng quan lớn với tín hiệu PN tới Một khi pha của tín hiệu PN tới

và tín hiệu PN nội nằm trong khoảng ∆T c, mạch bám mới bắt đầu hoạt động, và nhờ vào vòng hồi tiếp mạch bám làm cho lệch pha giữa hai tín hiệu PN tiến tới không Mạch phục hồi sóng mang tách tín hiệu sóng mang cos( 2 πf c t + θ )từ tín hiệu tới Tín hiệu sóng mang và tín hiệu PN từ mạch bám cần cho quá trình giải trải phổ và giải

điều chế để thu đợc b ˆ t( ), một đại lợng dự đoán của b(t) Các tín hiệu sóng mang và

PN khôi phục đợc còn cần cho các chức năng khác, ngoài ra dữ liệu còn hỗ trợ cho quá trình khôi phục sóng mang và tín hiệu PN

Trong nhiều trờng hợp việc thu bắt PN thực hiện trớc hay đồng thời với khôi phục sóng mang và bám Vì thế giải điều chế sóng mang không kết hợp đợc cần phải dùng với mạch bắt Một khi pha của tín hiệu PN đã đợc bắt thì mạch bám đợc khởi động

2.1.2.2 Bắt mã PN trong các hệ thống DS-SS

Nh đã đề cập trong phần trên, quá trình bắt nhằm đa pha của tín hiệu PN nội nằm trong khoảng nào đó Khoảng này chính là dải lôi kéo của mạch bám Khi qúa trình bắt thành công thì mạch bám đợc khởi động và thực hiện đồng chỉnh pha liên tục trong dải đó Thu bắt có lẽ là một nhiệm vụ khó khăn và tốn thời gian nhất của máy thu Khi bắt tiến hành trớc phục hồi sóng mang thì giải điều chế sóng mang không kết hợp đợc sử dụng trong thời gian tiến hành thu bắt, thu bắt với giải điều chế kết hợp có thể thực hiện trong một số trờng hợp mất đồng bộ PN nhng sóng mang vẫn có sẵn sàng Rõ ràng một hệ thống bắt với giải điều chế kết hợp tốt hơn một hệ thống

bắt với giải điều chế không kết hợp Để dễ dàng cho việc bắt các sơ đồ hiện nay đều không phát dữ liệu trong thời gian bắt.

Giả sử khoảng bắt mong muốn là ( − ∆T c, ∆T c), ở đây T c là thời gian mội chip và

∆ là một gia trị không xác định nào đó Giá trị của chúng thờng chọn bằng 1, 1/2, 1/4 ý tởng cơ bản của việc bắt là tìm từ đầu đến cuối các pha có thể của tín hiệu PN nội để có một pha nào đó gióng ngang với pha của tín hiệu PN tới trong khoảng

±∆T c Việc gióng có thể đợc kiểm tra thông qua việc quan sát đầu ra tơng quan của chúng Khi đợc gióng thì mức tơng quan cao; còn ngợc lại thì thấp Việc bắt có thể

đợc phân loại theo cách tìm kiếm Tìm kiếm song song kiểm tra các pha của tín hiệu

PN noọi một cách đồng thời và chọn pha tốt nhất và tiếp theo là khởi động mạch bám Nếu chu kỳ của tín hiệu PN là NT c, thì có N/2Δ pha cần đợc kiểm tra Mỗi pha

nh thế cần có một bộ tơng quan Do vậy với N lớn, sơ đồ song song đòi hỏi phần cứng quá lớn, điều này là không thực tế Sơ đồ tìm kiếm nối tiếp liên tiếp kiểm tra một pha của tín hiệu PN nội tại một thời điểm và quan sát xem có pha đợc gióng hay không Nếu có thì mạch bám đợc khởi động Ngợc lại thì pha của tín hiệu đợc cập nhật một lợng 2ΔTc và quá trình trên đợc lặp lại Tuy nhiên thời gian bắt trong sơ đồ

bắt nối tiếp lâu hơn so với thời gian bắt sơ đồ bắt song song Có thể thực hiện thoả hiệp bằng các sơ đồ lai, tức là nhóm một số pha kiểm tra đồng thời Nếu không có pha nào trong nhóm gióng với pha tới thì nhóm tiếp theo đợc kiểm tra cho tới khi tìm

đợc pha gióng với pha tới Cả hai sơ đồ song song và nối tiếp sẽ đợc đề cập trong phần tiếp theo Các sơ đồ cũng đợc phân loại theo quá trình duyệt kiểm tra: một khoảng cố định (hay một khoảng đơn), đa khoảng, và theo các sơ đồ nối tiếp Trong sơ đồ một khoảng cố định, việc quyết định gióng hay cha gióng căn cứ trên đầu ra của bộ tơng quan qua tích phân một độ dài cố định (gọi là thời gian của khoảng) Trong sơ đồ hai khoảng, tơng quan đầu tiên đợc thực hiên trên một độ dài cố định (đ-

ợc gọi là khoảng đầu tiên) Nếu kết quả nhỏ, việc gióng sẽ bị loại với pha đang kiểm tra, và pha của PN sẽ đợc cập nhật một lợng Ngợc lại việc tơng quan thực hiện trên

đoạn thời gian phụ thêm (đợc gọi là khoảng thứ hai) và việc gióng hay không đợc chấp nhận tại thời điểm kết thúc khoảng thứ hai ý tởng của sơ đồ hai khoảng là khoảng đầu đợc sử dụng để loại bỏ pha không gióng đợc nhanh, khoảng thứ hai dùng

để xác minh việc gióng cho chính xác Do đó việc không gióng đợc quyết định một cách nhanh chóng Do hầu hết các pha đề không gióng, nên thời gian tìm bắt đợc đẩy nhanh thông qua việc quyết định nhanh chóng không gióng Sơ đồ nhiều khoảng là

mở rộng của sơ đồ hai khoảng khi dùng một vài tích phân trên khoảng cố định Một sơ đồ nối tiếp liên tục kiểm tra việc gióng hay không gióng Tai một thời điểm nào, nếu việc gióng hay không gióng xuất hiện ở đầu ra bộ tích phân thì quá trình kiểm tra kết thúc và đa ra quyết định tơng ứng Ngợc lại nó vẫn tiếp tục thực hiện Các sơ

đồ duyệt theo khoảng cố định có cách phân tích dễ nhất và chúng có thể đợc dùng trong cả hai chiến lợc tìm kiếm song song và nối tiếp Các sơ đồ nhiều khoảng khó phân tích hơn, nhng chúng hiệu quả hơn sơ đồ khoảng đơn, theo khía cạnh thời gian trung bình ra quyết định ngắn hơn Các sơ đồ này phù hợp với chiến lợc tìm kiếm nối tiếp, nhng hiệu quả của chúng bị giảm đi trong chiến lợc tìm kiếm song song

2.1.2.2.1 Các sơ đồ song song với khoảng cố định

• Sơ đồ coherent (kết hợp )

Tiêu biểu cho sơ đồ song song theo khoảng cố định là sơ đồ song song theo khoảng cố định (hay khoảng đơn) với giải điều chế kết hợp nh mô tả ở hình 2.6 Tín hiệu đầu vào là :

r(t) = P c(t− τ1) cos( 2 πf c t+ θ ) +n(t) (2.13)

Hình 2.6: Sơ đồ bắt song song với khoảng cố định dùng giải điều chế kết hợp

So sánh công thức (2.12) và (2.13), cần thấy rằng b(t) đợc đặt bằng 1 do ở đây

không có dữ liệu phát trong khi bắt Thời gian tích phân là T’ cố định Với giải điều

chế kết hợp, ta coi rằng f c và θ đã biết Việc nhân với cos( 2 πf c t+ θ ) và bộ tích phân trong mỗi nhánh đáp ứng nh một bộ giải điều chế sóng mang kết hợp Tích

) 2

cos(

)

(t πf t+ θ

r c tơng quan với tín hiệu PN nội c(t+2(i-1)ΔT c ) trong nhánh thứ i

Tổng số các nhánh là L=N/(2ΔT c ) cho L pha đợc kiểm tra Các đầu ra từ L bộ tích

phân đợc so sánh với nhau Nếu đầu ra của nhánh thứ j lớn nhất, thì ta coi gần đúng

τ1 là τ ˆ = 2 (j− 1 ) ∆T c và mạch bám đợc khởi động Do có nhiễu nên việc đánh giá pha

sai dẫn đến việc bắt có thể bị sai Trong trờng hợp này, mạch bám không thể giảm sai pha về không Nếu sau một thời gian mạch bám không thể tinh chỉnh cho sai pha về không thì mạch bắt lại đợc kích hoạt để bắt lại pha của tín hiệu PN

• Sơ đồ không kết hợp (Noncoherent)

Trong thực tế pha sóng mang thờng không sử dụng trong khi bắt PN Ngoài ra mặc

dù tần số sóng mang đợc cố định và đã biết ở cả máy thu và máy phát, nhng vẫn có một vài sai số nhỏ ở máy phát hoặc máy thu Hơn nữa tần số sóng mang có thể bị ảnh hởng do hiệu ứng dịch Doppler Do vậy việc giải điều chế kết hợp trong khi bắt thờng không thể đợc và phải sử dụng giải điều chế không kết hợp Sơ đồ duyệt theo khoảng

cố định song song có giải điều chế không kết hợp đợc biểu diễn trong hình 2.7 Nh chỉ

ra trên hình vẽ tín hiệu tới ở mỗi nhánh trong L nhánh đợc nhân với tín hiệu PN với

các pha khác nhau, sau đó đợc đa đến bộ giải điều chế sóng mang không kết hợp Tần

số sóng mang đợc sử dụng ở bộ giải điều chế không kết hợp đợc giả định là có một sai

số nhỏ f e Hz Không mất tính tổng quát ta giả sử pha của nó bằng 0

Với tín hiệu tới là:

r(t) = P c(t− τ1) cos( 2 πf c t+ θ ) +n(t) (2.14)

Để tìm hiểu hệ thống làm việc nh thế nào ta giả sử hệ thống không có nhiễu Tín hiệu y pvà y q trong kêng thứ i có thể biểu diễn nh sau:

dt t f f t

f T

i t c t c P

y p 2 T' ( 1) ( 2 ( 1 ) c) cos( 2 c ) cos( 2 ( c e ) )

dt t f f t

f T

i t c t c P

f T

i t c t c P

Hình 2.6: Sơ đồ bắt song song theo khoảng cố định giải điều chế không kết hợp

dt Tc i

t c t c t

f P

t c t c t

f P

'

)) ) 1 ( 2 ( ) ( 2

1 2 2

2 1

' 0

c c

c

T i

T i

R PT

dt T i

t c t c P u

khi T

1 )( δ δ

δ (2.22)

Nếu 2 (i− 1 ) ∆T c gần với τ 1 nhất thì u i đạt giá trị lớn nhất và nó hầu nh giống với giá trị mà mạch bắt đã chọn Tuy nhiên do có nhiễu, có thể pha sai lại đợc chọn và mạch bám sẽ đợc khởi động theo pha sai Đây là thời gian bất lợi, thời gian tổn thất

do việc bắt không thành công

2.1.2.2.2 Sơ đồ nối tiếp với khoảng cố định

Trong sơ đồ bắt nối tiếp các pha cha chắc chắn sẽ đợc kiểm tra mỗi pha một thời

điểm, theo kiểu nối tiếp cho đến khi tìm thấy đợc pha gióng với tín hiệu PN tới Sơ

đồ nối tiếp đợc trình bày trong hình 2.7 Coi máy phát PN tại chỗ tạo ra tín hiệu PN

có pha là 2 (i− 1 ) ∆T c.Tín hiệu này tơng quan với tín hiệu tới Giá trị thống kê đo thử

u có thể nhận đợc theo nh u i trong hình 2.6

Hình 2.7: Sơ đồ bắt nối tiếp theo khoảng cố định với giải điều chế không kết hợp.

Giá trị u đợc so sánh với với ngỡng K để quyết định chấp nhận hay từ chối gióng

hàng Nếu u ≥K , thì gióng hàng thì đúng, mạch bám đợc kích hoạt Ngợc lại, pha

đ-ợc xét không gióng hàng, thì pha máy phát PN đđ-ợc tăng lên một lợng 2ΔT c và quá trình đợc lặp lại Do có nhiễu, cảnh báo nhầm có thể xuất hiện, khi này dẫn đến thời gian bất lợi do cảnh báo nhầm

2.1.2.2.3 Các sơ đồ nhiều khoảng và sơ đồ dãy nối tiếp

Đầu tiên chúng ta mô tả một sơ đồ hai khoảng với giải điều chế không kêt hợp Sơ

đồ tơng tự nh hình 2.7, ngoại trừ một vài phần điều khiển cho thời gian tích phân Để kiểm tra việc gióng với mỗi pha, khoảng tích phân trong các nhánh tơng quan đầu tiên

đợc đặt T’ 1 giây Đặt tham số thống kê kiểm tra (tổng bình phơng của các tích phân

đầu ra) biểu diễn bằng u 1 Giá trị u 1 đợc so sánh với ngỡng K 1 Nếu u1 ≤K1thì việc gióng bị bỏ qua và pha của máy phát PN đợc cập nhật một lợng 2ΔT c Nếu u1 ≥K1thì việc gióng đợc chấp nhận và chế độ thẩm tra đợc khởi động Trong chế độ này, có hai cách phân tích tham số thống kê, biểu diễn bằng u2 Hoặc là các bộ tích phân đợc đặt lại về 0 và khởi động lại tích phân trong T’ 2 giây (từ T’ 1 đến T’ 1+ T’ 2 ) hoặc là chúng tiếp tục tích phân thêm khoảng mở rộng T' 2 , tức là u2nhận đợc tích phân trong khoảng ( 0 ,T'1+T'2) Trong trờng hợp đầu tham số thống kê u2độc lập u1 khi nhiễu

là nhiễu trắng Gauss Trong trờng hợp sau u2và u1 phụ thuộc vào nhau, làm cho các phân tích đặt tính khó hơn nhiều nhng đặt tính tốt hơn trờng hợp đầu tiên Tham số thống kê kiểm tra u2đợc so sánh với ngỡng thứ hai gọi là K2 Việc gióng đợc xác nhận nếu u2 ≥K2, ngợc lại việc gióng không đợc xác nhận Một số đờng ví dụ tiêu biểu đợc mô tả trong hình 2.8

Hình 2.8: Các đờng thống kê kiểm tra ví dụ hệ thống bắt nối tiếp hai khoảng

Nói chung so sánh một hệ thống khoảng đơn (khoảng cố định) với sơ đồ hai khoảng quan hệ các khoảng tích phân là T' 1 <T' <T' 1 +T' 2 Trong sơ đồ hai khoảng, việc từ chối gióng đựoc quyết định trong T' 1 giây, đó là khoảng thời gian ngắn hơn khoảng thời gian đợc sử dụng trong trờng hợp khoảng đơn (T'giây) Tuy nhiên việc chấp nhận gióng sẽ mất lâu hơn trong sơ đồ hai khoảng (T' 1 +T' 2giây) so với sơ đồ khoảng đơn (T’ giây) Do hầu hết các pha tơng ứng với việc không gióng, nên thời gian bắt trung

bình của hệ thống hai khoảng sẽ ngắn hơn so với sơ đồ khoảng đơn

Hệ thống nhiều khoảng có thể đợc xây dựng trên cùng ý tởng nh trờng hợp hai khoảng với nhiều chế độ kiểm tra Việc từ chối gióng có thể trong bất kì khoảng nào nhng việc chấp nhận gióng chỉ xảy trong khoảng cuối cùng Mặc dù thời gian trung bình để bắt có thể giảm khi số lợng các khoảng tăng lên, song việc tăng các khoảng lên quá nhiều thì thời gian bắt lại tăng lên do quá trình xử lý Thông thờng các hệ thống hai hoặc ba khoảng là làm việc tốt nhất so với các hệ thống nhiều khoảng hơn

Đặt tính của các sơ đồ nhiều khoảng có thể đợc cải thiện bằng cách thêm ngỡng phục vụ việc chấp nhận gióng hay không gióng để có hai ngỡng cho mỗi khoảng

thay cho chỉ có một ngỡng cho việc từ chối gióng Do chấp nhận hay từ chối gióng

có thể thực hiện trong bất kì khoảng nào Tuy nhiên, việc thiết kế và phân tích hệ thống nh thế rất khó khăn

Hơn nữa việc cải thiện có thể thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống bắt tuần tự,

hệ này có hai tập ngỡng A (n) và B (n) trong quá trình ra quyết định., một tập dùng

để chấp nhận gióng pha còn tập kia dùng để từ chối gióng pha Một bổ sung nh vậy

đợc biểu diễn trên hình 2.9 Tín hiệu u (t) là tổng các bình phơng từ các đầu ra trong các nhánh pha vào cầu phơng Các tích phân trong nhánh là liên tục, bắt đầu từ 0 đến

t Tín hiệu u (t)đợc lấy mẫu một lần trên chip, tạo ra u(nT c), nó đợc so sánh với

)

(n

A và B (n) Nếu u(nT c) ≥A(n), thì việc gióng pha đợc chấp nhận và quá trình bám đợc kích hoạt

Hình 2.9: Hệ thống bắt nối tiếp chuỗi không kết hợp với giải điều chế không kết hợp

Nếu u(nTc) ≤B(n), thì việc gióng pha bị từ chối, máy phát PN đợc cập nhật pha tiếp theo và bộ tích phân đợc đặt lại Nếu A(n) ≤u(nTc) ≤B(n), thì hệ thống không quyết định là pha có đợc gióng hay không và đợc theo dõi thêm Trong trờng hợp này chúng ta chờ lấy mẫu tiếp u(n+ 1 )T c và tiếp tục kiểm tra Các ngỡng và đờng lấy mẫu đợc thể hiện trong hình 2.10

Hình 2.10: Mẫu thống kê của hệ thống bắt chuỗi trong hình 2.9

2.1.2.3 Bám mã PN trong các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS)

Trong mục trớc chúng ta đã đề cập một số mạch bắt mã PN trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, trong phần này chúng ta sẽ đề cập đến các mạch bám mã PN Một mạch bám nói chung bao gồm có một vòng phản hồi để giám sát sai lệch và

điều chỉnh sai lệch đó về 0 Chúng ta sẽ xem xét hai kiểu mạch vòng đợc dùng để

bám tín hiệu PN trong các hệ thống DS-SS: vòng bám dùng bộ khóa trễ (vòng bám sớm chậm toàn bộ thời gian) và vòng bám dùng bộ rung tau (còn gọi là vòng bám sớm muộn theo phiên)

2.1.2.3.1 Vòng khóa trễ

Giả sử rằng việc bám đã đợc khởi động sau khi mạch bắt đã đa sai pha giữa tín hiệu PN nội và tín hiệu tới trong khoảng ±ΔT c Hình 2.11 biểu diễn một vòng khóa trễ quyết định trực tiếp với giải điều chế sóng mang kết hợp Chúng ta giả sử tín hiệu tới là s(t) = P c(t)b(t + τ1) cos[ 2 πf c t + θ )], có nghĩa là pha của c(t) bằng 0 Khi đó

mạch bắt đã sẵn sàng cung cấp tín hiệu PN nội c(t+τ) với sai pha trong khoảng thời

gian ΔT c, τ < ∆T c Ngoài ra, nó cũng tạo ra tín hiệu sớm pha và trễ pha so với tín hiệu PN gốc là: c(t+ τ + τd) và c(t+ τ + τd) với độ lệch cố định τ d Chúng đợc sử để