Tìm hiểu kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin

Mục đích của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khó khăn trong việc tách và lấy ra được bản tin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LƯU PHƯƠNG LAN

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TÌM HIỂU KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN

Chuyên ngành : Kỹ thuât Điện tử-Viễn Thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS HOÀNG MẠNH THẮNG

Hà Nội – Năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Ngoài sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của TS Hoàng Mạnh Thắng, cuốn luận văn này là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu và trình bày của tác giả về đề tài trong luận văn Mọi số liệu quan điểm, quan niệm, phân tích, kết luận của các tài liệu và các nhà nghiên cứu khác đều được trích dẫn theo đúng qui định Vì vậy, tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng mình

Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2011

Lưu Phương Lan

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật trải phổ ra đời từ nhu cầu bảo mật thông tin trong quân sự Mục đích của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khó khăn trong việc tách và lấy ra được bản tin Để biến đổi bản tin thành tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng mã ngẫu nhiên để mã hoá bản tin Tuy nhiên, máy thu chủ định phải biết mã này để có thể tạo ra bản sao mã này một cách chính xác, đồng bộ với mã được phát và lấy ra bản tin Vì vậy ta phải sử dụng mã “giả” ngẫu nhiên Mã này phải được thiết kế để

có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của bản tin Bản tin được

mã hóa sao cho tín hiệu sau khi mã hoá có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên Quá trình này được gọi là “quá trình trải phổ” Ở máy thu thực hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ ban đầu của bản tin

Kỹ thuật thông tin trải phổ có ba ưu điểm chính Thứ nhất là khả năng đa truy cập tức là cho phép nhiều user cùng hoạt động trên một dải tần, trong cùng một

khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu Đó là do mỗi user đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu từ

nhiều user, nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muốn Thứ hai là tính bảo mật thông tin cao Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như

mức nhiễu nền Do đó, các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tin tức đang được truyền đi trên nền nhiễu Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được

tin tức Cuối cùng là, bảo vệ chống nhiễu đa đường do nhiễu đa đường là kết quả

của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên kênh truyền vô tuyến Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng (Line of Sight) Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch, không giống tín hiệu phát

đi Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ

sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó

Với những ưu điểm trên việc tìm hiểu về kỹ thuật trải phổ là rất cần thiết Qua luận văn này tôi đã tìm hiêu về các kỹ thuật điều chế tín hiệu cũng như là các kỹ thuật trải phổ cơ bản Dựa trên kiến thức tìm hiểu được tôi tiến hành mô phỏng hệ thống sử dụng các kỹ thuật trải phổ như trải phổ trực tiếp và trải phổ nhảy tần và đánh giá ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng tín hiệu thu được

Qua đây, tôi xin trân trọng cảm ơn gia đình tôi, các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử -Viễn thông, trường Đại học Bách khoa Hà Nội và đặc biệt là Tiến sĩ Hoàng Mạnh Thắng, thầy giáo hướng dẫn trực tiếp đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ 1

1.1 Tổng quan về hệ thống thông tin 1

1.1.1 Tổng quan 1

1.1.2 Các thành phần của một hệ thống vi ba số 2

1.2 Các phương pháp điều chế số 4

1.2.1 Giới thiệu các phương pháp điều chế số 4

1.2.2 Điều chế PSK 2 trạng thái (2-PSK, BPSK) 6

1.2.3 Điếu chế PSK vi sai (DPSK) 9

1.2.4 Điều chế pha vuông góc (QPSK) 10

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 19

2.1 Giới thiệu 19

2.2 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp 21

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp 21

2.2.2 Hệ thống DSSS – BPSK 22

2.2.3 Hệ thống DSSS – QPSK 28

2.3 Các hệ thống trải phổ nhảy tần 33

2.3.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ nhảy tần 33

2.3.2 Nhảy tần nhanh với điều chế M- FSK 37

2.3.3 Tốc độ nhảy tần cho các hệ thống nhảy tần nhanh 39

2.2.4 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm 39

2.4 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian 40

2.4.1 Khái niệm hệ thống trải phổ nhảy thời gian 40

2.4.2 Nguyên lý của hệ thống trải phổ nhảy thời gian 40

2.5 Hệ thống dịch lai 42

2.5.1 Nhảy tần chuỗi trực tiếp 42

2.6 So sánh các hệ thống trải phổ 45

2.7 Các chuỗi trải phổ cơ bản 46

2.7.1 Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên 47

2.7.2 Chuỗi Hadamarh Walsh 48

2.8 Hiệu năng của các hệ thống DS/SS 48

2.7.2 Ảnh hưởng của nhiễu giao thoa 50

2.7.3 Truyền đa tia 51

2.9 Hệ thống DS – CDMA (Direct Spread – Code Division Multiple Access) 52

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 56

3.1 Mô phỏng hệ thống thông tin trải phổ trực tiếp 56

3.2 Mô phỏng hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần 60

CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

4.1 Kết luận 68

4.2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

A

AWGN Additive White Gaussian Noise

Nhiễu Gauss trắng cộng

điều chế số theo biên độ tín hiệu

CDMA Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

D

DPSK Differential Phase Shift Keying

Chuỗi trực tiếp

DSSS Direct Sequence Spreading Spectrum

Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp

F

FDM Frequency Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

FSK Frequency Shift Keying

FH Frequency Hopping

Nhảy tần FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum

Hệ thống trải phổ nhảy tần

M

MSK Minimim Shift Keying

Khoá chuyển cực tiểu

P

Chuỗi giả ngẫu nhiên

Điều chế số dịch pha

PRBS Pseudo Random Binary Sequence

Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation

Điều biên cầu phương

(Q)PSK (Quadrature) Phase-Shift Keying

S

SNR Signal to Noise Rate

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu

S/N Signal/Noise

T

THSS Time Hopping Spread Spectrum

Hệ thống trải phổ nhảy thời gian

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Minh họa quá trình mã hóa vi sai 10

Bảng 1.2 Các vectơ ở không gian tín hiệu của QPSK 12

Bảng 3 1 Các thông số mô phỏng của hệ thống thông tin trải phổ trực tiếp 56

Bảng 3 2 Các thông số mô phỏng của hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần 61

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Các phần tử của hệ thống thông tin 1

Hình 1 2 Sơ đồ khối của hệ thống vi ba số 2

Hình 1 3 Các dạng sóng điều chế a)ASK; b)PSK; c)FSK 5

Hình 1 4 Không gian tín hiệu BPSK 7

Hình 1 5 Sơ đồ khối máy phát và máy thu BPSK 8

Hình 1 6 Sơ đồ khối của máy phát và máy thu DPSK 9

Hình 1 7 Không gian tín hiệu điều chế QPSK 12

Hình 1 8 Quá trình hình thành sóng QPSK 13

Hình 1 9 Vùng quyết định đúng và sai 15

Hình 1 10 Mật độ phổ công suất của tín hiệu QPSK 17

Hình 1 11 Máy phát QPSK 18

Hình 1 12 Máy thu QPSK 18

Hình 2 1 Hệ thống thông tin trải phổ 20

Hình 2 2 Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15 22

Hình 2 3 Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK 22

Hình 2 4 Giản đồ của máy phát DSSS – BPSK 24

Hình 2 5 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK 24

Hình 2 6 Giản đồ của máy thu DSSS - BPSK 25

Hình 2 7 Các dạng sóng ở hệ thống DSSS – QPSK cho điều chế đồng thời một bít ở cả hai nhánh I và Q 29

Hình 2 8 Sơ đồ khối của máy thu DSSS – QPSK 30

Hình 2 9 Thí dụ c 1 (t) và c 2 (t) nhận được từ cùng một c(t) 32

Hình 2 10 Sơ đồ khối cho máy phát FHSS 34

Hình 2 11 Sơ đồ khối cho máy thu FHSS 36

Hình 2 12 Biểu đồ cho hệ thống nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK với M=4 38

Hình 2 13 Biểu đồ tần số cho một hệ thống nhảy tần chậm điều chế FSK 40

Hình 2 14 Biểu đồ thời gian cho một hệ thống nhảy thời gian THSS 41

Hình 2 15 Phổ tần của hệ thống tổng hợp FH/SS 43

Hình 2 16 Bộ điều chế tổng hợp FH/SS 44

Hình 2 17 Bộ thu tổng hợp FH/SS 45

Hình 2 18 Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiên 47

Hình 2 19 Đồ thị hàm tự tương quan của chuỗi PRBS 47

Hình 2 20 Sơ đồ khối máy phát và máy thu DS/SS-BPSK 1

Hình 2 21 Mô hình đơn giản của một hệ thống DSSS gồm K người sử dụng chung một băng tần với cùng một sóng mang f c và điều chế BPSK 52

Hình 3 1 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS 1

Hình 3 2 Mô phỏng tín hiệu phía máy phát 1

Hình 3 3 Mô phỏng tín hiệu phía máy thu khi SNR=1 1

Hình 3 4 Mô phỏng tín hiệu phía máy thu khi SNR=7 1

Hình 3 5 Mô phỏng tín hiệu phía máy thu khi SNR=15 1

Hình 3 6 Sự phụ thuộc của tỉ lệ lỗi bít BER theo SNR 1

Hình 3 7 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS 1

Hình 3 8 Mô phỏng tín hiệu phía máy phát 1

Hình 3 9 FFT của tín hiệu sau khi được trải phổ 1

Hình 3 10 FFT của tín hiệu thu được khi SNR=1 1

Hình 3 11 FFT của tín hiệu thu được khi SNR=7 1

Hình 3 12 Hình 3.12 FFT của tín hiệu thu được khi SNR=15 1

Hình 3 13 FFT của tín hiệu đã được giải trải phổ khi SNR=15 1

Hình 3 14 FFT của tín hiệu đã được giải điều chế BPSK khi SNR=15 1

Hình 3 15 Tín hiệu thu được cuối cùng khi SNR=15 1

Hình 3 16 Sự phụ thuộc của tỉ lệ lỗi bít BER theo SNR 67

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ

có một vai trò nhất định trong việc truyền dẫn tín hiệu

Hình 1 1 Các phần tử của hệ thống thông tin

Máy phát xử lý tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu có những đặc tính thích hợp với kênh truyền dẫn Quá trình xử lý tín hiệu để truyền dẫn chủ yếu là điều chế

và mã hoá (modulation and coding)

Kênh truyền là môi trường giữa điểm phát và điểm thu Kênh truyền có thể là

là cáp song hành, cáp đồng trục, cáp quang, hay môi trường vô tuyến Mọi kênh truyền đều gây ra độ suy hao hay là độ tổn thất truyền dẫn Vì thế cường độ tín hiệu

bị suy giảm dần theo khoảng các truyền

Máy thu lấy tín hiệu đầu ra từ kênh truyền để xử lý và tái tạo ngược lại tín hiệu ở đầu phát Các hoạt động của máy thu bao gồm khuếch đại để bù vào tổn hao truyền dẫn, và giải điều chế và giải mã tín hiệu đã được điều chế và mã hoá ở máy phát Bộ lọc cũng là một phần quan trọng trong máy thu dùng để chọn lọc tín hiệu mong muốn từ kênh truyền

Có rất nhiều ảnh hưởng không mong muốn xuất hiện trong quá trình truyền dẫn tín hiệu Suy hao là một ảnh hưởng không mong muốn do nó gây ra suy giảm cường độ tín hiệu tại máy thu Các hiệu ứng khác như méo (distortion) nhiễu (noise)

tạp âm (interference) làm cho dạng tín hiệu bị thay đổi do đó có ảnh hưởng nghiêm trọng hơn

Méo là hiện tượng ảnh hưởng đến dạng sóng tín hiệu gây ra bởi đáp ứng không lý tưởng của hệ thống như mong muốn Không giống như nhiễu và can nhiễu, khi không có tín hiệu thì không có méo Nếu kênh truyền là tuyến tính nhưng đáp ứng có méo thì méo này có thể được sửa, hoặc có thể giảm thiểu bằng bộ lọc đặc biệt gọi là bộ cân bằng

Can nhiễu là những tín hiệu tác động từ những nguồn tín hiệu khác vào tín hiệu cần truyền như các máy phát khác, đường dây điện Can nhiễu thường xuất hiện trong các hệ thống vô tuyến do những anten thường thu nhiều loại tín hiệu đồng thời Các bộ lọc thường được sử dụng để loại bỏ can nhiễu có tần số ngoài dải tần của tín hiệu truyền dẫn mong muốn

Nhiễu (noise) hay là các tín hiệu điện ngẫu nhiên sinh ra bởi các quá trình vật lý trong hệ thống và cả từ bên ngoài Khi nhiễu tác động vào tín hiệu truyền có thể làm giảm chất lượng của tín hiệu hay có thể làm hỏng đường truyền Bộ lọc dùng để giảm nhiễu một phần nhưng nhiễu không thể loại bỏ hoàn toàn Nhiễu là một thành phần cơ bản tạo ra những giới hạn trong hệ thống truyền thông

1.1.2.1 Máy phát

• Khối xử lý băng tần gốc:

o Phối hợp trở kháng với đường số

o Biến đổi mã đường truyền

o Khôi phục xung đồng hồ

o Ghép các kênh nghiệp vụ và giám sát

o Mã hoá kênh chống lỗi

o Ngẫu nhiên hoá tín hiệu

• Khối điều chế và biến đổi tần

o Điều chế số để chuyển đổi tín hiệu số vào vùng tần số cao thuận tiện cho việc truyền dẫn

o Đối với các máy phát đổi tần với điều chế thực hiện ở trung tần, khối nâng tần cho phép chuyển tín hiệu trung tần phát vào tần số vô tuyến trước khi phát

• Khối khuếch đại công suất

o Khuếch đại công suất phát đến mức cần thiết trước khi phát

1.1.2.2 Máy thu

• Khối khuếch đại nhiễu thấp

o Khuếch đại tín hiệu thu có cường độ nhỏ và bộ khuếch đại này phải

có hệ số nhiễu để làm giảm hệ số nhiễu trong toàn hệ thống

• Khối biến đổi hạ tần và giải điều chế số

o Giải điều chế số tín hiệu thu để khôi phục tín hiệu số

o Đối với máy thu đổi tần, trước khi giải điều chế tín hiệu thu được biến đổi vào trung tần máy thu nhờ bộ biến đổi hạ tần Trong quá trình biến đổi hạ tần do suất hiện tần số ảnh nên khối biến đổi hạ tần thường phải triệt tần số ảnh

o Cũng đối với máy thu đổi tần, sau khi hạ tần là bộ khuếch đại trung tần Nhiệm vụ của bộ khuếch đại trung tần là khuếch đại, lọc nhiễu

kênh lân cận và cân bằng thích ứng ở vùng tần số cũng như cân bằng trễ nhóm ở các phần tử của kênh truyền dẫn

• Khối xử lý băng tần gốc thu

o Tách các kênh nghiệp vụ và giám sát

o Giải mã ngẫu nhiên

o Sửa lỗi kênh

o Giải mã đường truyền

o Phối hợp đường truyền số

1.2 Các phương pháp điều chế số

1.2.1 Giới thiệu các phương pháp điều chế số

Điều chế là quá trình mà trong đó một đặc tính nào đó của sóng mang được thay đổi theo tín hiệu điều chế Thường sóng mang là hàm sin biểu thị theo công thức 1.1 Các thông số của sóng mang có thể thay đổi là biên độ, tần số, và pha

Nếu tín hiệu thông tin là tín hiệu liên tục thì ta được các kiểu điều chế tương

tự, nếu tín hiệu thông tin là tín hiệu số ta có các kiểu điều chế số tương ứng

Ở dạng điều chế số, tín hiệu thông tin thường ở dạng 2 mức hoặc nhiều mức Trong trường hợp điều chế số tín hiệu thông tin làm thay đổi biên độ, tần số, hay pha của sóng mang các tên gọi tương ứng là điều chế khoá chuyển biên (ASK), điều chế khoá chuyển tần (FSK), và điều chế khoá chuyển pha (PSK) Hình 1.3 mô tả dạng sóng các kiểu điều chế số

Hình 1 3 Các dạng sóng điều chế a)ASK; b)PSK; c)FSK

Như ở hình 1.3 ta thấy các dạng sóng PSK và FSK có đường bao biên độ không đổi Đặc điểm này cho phép chúng không bị ảnh hưởng của tính phi tuyến thường gặp ở đường truyền vi ba số và vệ tinh Vì vậy FSK và PSK hay được sử dụng hơn ASK Tuy nhiên để có thể tăng dung lượng đường truyền dẫn số khi băng thông của kênh truyền có hạn, người ta sử dụng điều chế PSK và ASK kết hợp, phương pháp điều chế này được gọi là điều chế biên độ vuông góc (QAM Quandrature Amplitude Modulation)

Trong trường hợp điều chế M trạng thái tổng quát, bộ điều chế tạo ra một tập hợp M=2m tuỳ theo tổ hợp m bit của luồng số liệu vào Điều chế 2 trạng thái là trường hợp đặc biệt với M=2

Trong thông tin số, thuật ngữ tách sóng và giải điều chế thường được sử dụng hoán đổi cho nhau, mặc dù thuật ngữ giải điều chế nhấn mạnh việc tách tín hiệu điều chế ra khỏi sóng mang còn tách sóng bao hàm cả quá trình quyết định chọn ký hiệu thu

Giải điều chế ở máy thu có thể thực hiện theo 2 dạng: giải điều chế kết hợp hoặc không kết hợp Ở dạng giải điều chế kết hợp, máy thu phải biết chính xác pha của sóng mang, hay máy thu phải khoá được pha của tín hiệu phát Tách sóng kết hợp được thực hiện bằng cách thực hiện tương quan chéo tín hiệu thu được với sóng mang Ở phương pháp giải điều chế không kết hợp máy thu không cần biết pha của sóng mang, vì vậy độ phức tạp của máy thu được giảm bớt nhưng khả năng chống lỗi lại thấp hơn so với giải điều chế kết hợp

Có rất nhiều phương pháp điều chế và giải điều chế khác nhau có thể được

sử dụng trong hệ thống thông tin Mỗi phương pháp có các ưu nhược điểm riêng của mình Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào tỷ lệ lỗi, công suất phát và độ rộng kênh truyền

1.2.2 Điều chế PSK 2 trạng thái (2-PSK, BPSK)

1.2.2.1 Xác suất lỗi

Ở hệ thống BPSK tương quan, các ký hiệu 0 và 1 có tín hiệu điều chế là s1(t),

s2(t) Nếu sóng mang điều hoà có biên độ Ac do đó năng lượng của một bit là

T

E t

E t

b

b f t t T T

E t

f T

(

Khi đó ta có thể biểu diễn s1(t), s2(t) theo φ1(t) như sau:

b

b t T E

t

b

b t T E

t

Hình 1 4 Không gian tín hiệu BPSK

Vậy điều chế BPSK được đặc trưng bởi không gian tín hiệu một (N=1) chiều với 2 điểm bản tin (M=2) như ở hình 1.4 và toạ độ được tính:

=T b s t t dt E b s

0 1 1

t t s s

0

1 2

Để quyết định tín hiệu thu được là 0 hay 1 ta chia không gian tín hiệu thành

2 vùng:

• Vùng Z1: các điểm gần bản tin − E b nhất (ứng với 0)

• Vùng Z2: các điểm gần bản tin + E b nhất (ứng với 1)

Quy tắc quyết định là dự đoán tính hiệu là s1(t) bằng “0” được phát nếu tín hiệu thu rơi vào vùng Z1 và là s2(t) hay “1” nếu rơi vào Z2 Tuy nhiên có thể xảy ra hai quyết định sai Tín hiệu s2(t) được phát, tuy nhiên do tác dụng của nhiễu, tín hiệu thu rơi vào vùng Z1 và ngược lại

Hình 1 5 Sơ đồ khối máy phát và máy thu BPSK

Để tính toán xác suất gây ra lỗi nếu phát điểm 1, giá trị quan sát nếu phát

điểm “1” là:

∫

=T b y t t dt y

0 1

với y(t) là tín hiệu thu được Ta có thể rút ra hàm phân bố xác suất khi ký

hiệu 1 hay tín hiệu s2(t) được phát:

1exp

1)1(

N N

y f

0 1

1

1exp

11

10

N N

dy y f

22

110

N

E Q N

E erfc

Ta có sơ đồ bộ điều chế và giải điều chế BPSK tương quan như hình 1.5

1.2.3 Điếu chế PSK vi sai (DPSK)

Hình 1 6 Sơ đồ khối của máy phát và máy thu DPSK

Điều chế DPSK là dạng điều chế mà phương pháp giải điều chế không cần phải là dạng kết hợp với mục đích để giảm độ phức tạp của máy thu Máy thu không kết hợp rẻ hơn và dễ chế tạo hơn do đó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin vô tuyến Trong hệ thống DPSK, chuỗi tín hiệu nhị phân đầu vào trước hết được mã hoá vi sai sau đó đó được điều chế BPSK Chuỗi tín hiệu mã hoá

vi sai {dk} được tạo ra từ chuỗi nhị phân đầu vào {mk} bằng cách cộng mk và dk-1 Mục đích là để ký hiệu dk không đổi so với ký hiệu trước nếu ký hiệu đầu vào mk là

1, và dk sẽ đổi nếu mk là 0 Bảng 1 minh hoạ cách tạo tín hiệu DPSK từ chuỗi mktheo công thức:

Bảng 1.1 Minh họa quá trình mã hóa vi sai

Hình 1.6(a) là sơ đồ khối của máy phát DPSK Trong hình này có phần tử trễ

với thời gian là 1 bit Tb và mạch logic để tạo chuỗi mã hoá vi sai từ tín hiệu nhị

phân đầu vào Tín hiệu đầu ra được đưa vào bộ điều chế BPSK để thu được tín hiệu

DPSK Ở máy thu, chuỗi tín hiệu gốc được khôi phục từ tín hiệu DPSK bởi các

mạch bổ sung như ở hình 1.6(b)

1.2.4 Điều chế pha vuông góc (QPSK)

1.2.4.1 Xác suất lỗi

Cũng như ở BPSK điều chế pha kiểu này được đặc trưng bởi việc thông tin

của luồng số được truyền đi bằng pha của sóng mang Ta có thể viết công thức cho

sóng mang được điều chế 4-PSK như sau:

+

=

T t t

T t t

f T

E t

i

;00

0,2

cos

2

θθ

Trong đó:

i = 1,2,3,4 tương ứng với phát đi các ký hiệu hai bit: 00, 10, 11 và 10

E là năng lượng tín hiệu phát trên một ký hiệu

T = 2Tb là thời gian của một ký hiệu

fc là tần số sóng mang

( )t

θ là góc pha được điều chế

θ là góc pha ban đầu

Mỗi giá trị của pha tương ứng với hai bit duy nhất của tín hiệu được gọi là

cặp bit, chẳng hạn ta có thể lập các giá trị pha để biểu diễn tập các cặp bit được mã

hoá Grey như sau: 10, 00, 01 và 11 Góc pha ban đầu θ là một hằng số nhận giá trị

bất kỳ trong khoảng 0 đến 2π, vì góc pha này không ảnh hưởng đến quá trình phân

tích nên ta sẽ đặt bằng không

Sử dụng biến đổi lượng giác, ta có thể viết lại phương trình trên lại dạng

tương đượng như sau:

T t f

i T

E t

f i

T

E t

i

;00

0,2cos412cos

22

sin412sin

2

π

ππ

π

(1.16) Trong đó: i = 1,2,3,4

Dựa trên công thức trên ta có thể đưa ra các nhận xét sau:

• Chỉ có hai hàm cơ sở trực giao chuẩn, φ1( )t và φ2( )t trong biểu thức

412sin

i E

s i

π

π

(1.19)

Các phần tử của các vectơ tín hiệu: si1 và si2 có các giá trị đươc tổng kết ở

bảng Hai cột đầu của bảng cho ta các cặp bit và pha tương ứng của tín hiệu QPSK,

trong đó bit 0 tương ứng với điện áp

Bảng 1.2 Các vectơ ở không gian tín hiệu của QPSK

Từ khảo sát ở trên ta thấy một tín hiệu QPSK được đặc trưng bởi một không gian chiều (N=2) và bốn điểu bản tin (M=4) như ở hình vẽ:

Hình 1 7 Không gian tín hiệu điều chế QPSK

Ví dụ hình 1.8 cho thấy một luồng số đưa lên điều chế QPSK Chuỗi cơ số hai đầu vào 11000001 được cho ở hình 1.8a Chuỗi này lại được chia thành hai chuỗi bao gồm các bit lẻ và các bit chẳn Hai chuỗi này được biểu thị ở các dòng trên cùng của các hình 1.8b và 1.8c Các dạng sóng thể hiện các thành phần đồng pha và lệch pha vuông góc của QPSK cũng được cho ở các hình 1.8b và 1.8c Có thể nhận xét riêng hai dạng sóng này như các dạng tín hiệu 2-PSK Cộng chúng ta được dạng sóng QPSK ở hình 1.8d

Hình 1 8 Quá trình hình thành sóng QPSK

Để hiểu được nguyên tắc quyết định khi tách sóng chuỗi số liệu phát, ta phân

chia không gian tín hiệu thành 4 phần như sau:

• Tập hợp của các điểm gần nhất điểm bản tin liên quan với vectơ tín hiệu s1

• Tập hợp của các điểm gần nhất điểm bản tin liên quan với vectơ tín hiệu s2

• Tập hợp của các điểm gần nhất điểm bản tin liên quan với vectơ tín hiệu s3

• Tập hợp của các điểm gần nhất điểm bản tin liên quan với vectơ tín hiệu s4

Để thực hiện việc phân chia nói trên ta kẻ hai đường vuông góc chia đều

hình vuông nối các điểm bản tin sau đó đánh dấu các vùng tương ứng Ta được

vùng quyết định là các góc phần tư có đỉnh trùng với gốc toạ độ Ở hình 1.9 các

Vectơ quan trắc y của một máy thu QPSK nhất quán có hai thành phần y1 và

y2 được xác định như sau:

y =∫T y( ) ( )t t

0 1

412

412

Vậy y1 và y2 là các giá trị mẫu của các biến ngẫu nhiên Gauss độc lập có các

phương sai bằng nhau và bằng N0/2

Bây giờ quy tắc quyết định chung chỉ đơn giản là đoán si(t) được phát nếu

điểm tín hiệu thu liên quan đến vectơ y quan trắc rơi vào vùng Zi Sẽ xảy ra một

quyết định sai khi chẳng hạn tín hiệu s1(t) được phát nhưng tạp âm x(t) lớn đến mức

mà điểm tín hiệu thu rơi ra ngoài vùng Z1

Ta nhận thấy rằng nhờ tính đối xứng của các vùng quyết định, xác xuất diễn

giải điểm tín hiệu thu đúng không phụ thuộc vào tín hiệu nào được phát Giả sử ta

biết rằng tín hiệu s1(t) được phát Máy thu sẽ đưa ra một quyết định đúng nếu điểm

tín hiệu thu được trình bày bởi vectơ quan trắc y nằm trong vùng Z1 của biểu đồ

không gian tín hiệu ở hình 1.7 Vậy đối với một quyết định đúng khi tín hiệu s1(t)

được phát, các thành phần của vectơ quan trắc y: y1 và y2 phải cùng dương (hình

2.9)

Hình 1 9 Vùng quyết định đúng và sai

Điều này có nghĩa rằng xác suất của một quyết định đúng bằng xác suất có

điều kiện của sự kiện liên hợp y1>1 và y2>0, khi s1(t) được phát Vì các biến ngẫu

nhiên y1 và y2 độc lập với nhau, nên xác suất quyết định đúng Pc cũng bằng tích các

xác suất có điều kiện của các sự kiện y1>0 và y2>0, khi s1(t) được phát Ngoài ra cả

hai y1 và y2 đều là các biến ngẫu nhiên có giá trị trung bình bằng phương sai bằng

N0/2 nên ta có thể viết như sau:

2

2 2

0

1

2 1

0

2/exp

1.2/exp

1

dy N

E y N

dy N

E y N

Trong đó tích phân thứ nhất vế phải là xác suất có điểu kiện của sự kiện y1>0

và tích phân thứ hai là xác xuất có điều kiện của y2>0, khi s1(t) được phát Đặt:

0

2/

N

E y

/

2

22

11exp

1

E erfc dz

z

N E

Vậy ta có:

022

11

1

N

E erfc

N

E

Vây xác suất trung bình đối với lỗi ký hiệu cho trường hợp QPSK kết hợp

được xác định như sau:

N

E

Ở vùng (E/2N0) >> 1 ta có thể bỏ qua thành phần thứ hai ở vế phải của biểu

thức trên Vậy ta có công thức tính xác suất trung bình của lỗi ký hiệu đối với

2

E Q N

E erfc

Ở hệ thống QPSK ta thấy rằng có hai bit trên một ký hiệu Điều này có nghĩa

rằng năng lượng được phát trên một ký hiệu gấp hai lần năng lượng trên một bit,

22

N

E Q N

E erfc

e

1.2.4.2 Phổ và băng thông của tín hiệu QPSK

Hình 1 10 Mật độ phổ công suất của tín hiệu QPSK

Mật độ phổ công suất của tín hiệu QPSK có thể tìm theo cách giống như đối với tín hiệu BPSK với chu kỳ 1 bit Tb thay bằng chu kỳ một ký hiệu Ts Mật độ phổ công suất của tín hiệu QPSK được tính theo công thức

sinsin

s c s

c

s c s

QPSK

T f f

T f f T

f f

T f f E

t P

π

ππ

sinsin

s c

s c s

c

s c b

T f f

T f f T

f f

T f f E

π

ππ

trực giao tương ứng là φ1( )t và φ2( )t Kết quả nhận được cặp sóng 2-PSK Sau đó 2 sóng này được cộng với nhau tạo ra tín hiệu QPSK Do tính trực giao của 2 sóng mang nên có thể tách 2 luồng tín hiệu này được Lưu ý rằng độ rộng bit T của tín hiệu QPSK gấp hai lần độ rộng của dòng tín hiệu

Hình 1 11 Máy phát QPSK

Hình 1 12 Máy thu QPSK

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

2.1 Giới thiệu

Kỹ thuật trải phổ ra đời từ nhu cầu bảo mật thông tin trong quân sự Mục đích

của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các

máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khó khăn trong việc tách và

lấy ra được bản tin Để biến đổi bản tin thành tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng mã

ngẫu nhiên để mã hoá bản tin Tuy nhiên, máy thu chủ định phải biết mã này để có

thể tạo ra bản sao mã này một cách chính xác, đồng bộ với mã được phát và lấy ra

bản tin Vì vậy ta phải sử dụng mã “giả” ngẫu nhiên Mã này phải được thiết kế để

có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của bản tin Bản tin được

mã hóa sao cho tín hiệu sau khi mã hoá có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của

tín hiệu giả ngẫu nhiên Quá trình này được gọi là “quá trình trải phổ” Ở máy thu

thực hiện quá trình nén phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng

phổ ban đầu của bản tin

Hình 2.1 minh họa một hệ thống thông tin trải phổ, trong đó i(t) là tín hiệu tin

tức có tốc độ dữ liệu là Ri và băng thông Bi, c(t) là chuỗi trải phổ có tốc độ ký hiệu

là Rc, còn gọi là tốc độ chip Tỷ số băng thông Bs của tín hiệu trải phổ so với băng

thông tin tức Bi được định nghĩa là độ lợi xử lý:

i

S S B B

Hình 2 1 Hệ thống thông tin trải phổ

Một hệ thống thông tin được xem là trải phổ khi thỏa 2 điều kiện

+ Băng thông tín hiệu đã trải phổ lớn hơn rất nhiều so với băng thông tín hiệu thông tin

+ Mã dùng để trải phổ độc lập với tín hiệu thông tin

Ưu điểm của kỹ thuật thông tin trải phổ

+ Khả năng đa truy cập

Cho phép nhiều user cùng hoạt động trên một dải tần, trong cùng một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu Đó là do mỗi user đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều user,

nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muốn

+ Tính bảo mật thông tin cao

Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễu nền

Do đó, các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tin tức đang được truyền đi trên nền nhiễu Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được tin tức

+ Bảo vệ chống nhiễu đa đường

Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên kênh truyền vô tuyến Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều

là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng (Line of Sight) Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch, không giống tín hiệu phát đi Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó

2.2 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp

2.2.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp

Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS: Direct Sequence Spreading Spectrum) Tín hiệu DSSS nhận được khi điều chế (nhân) bản tin bằng một tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng Tích này trở thành một tín hiệu băng rộng

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 tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao Hệ thống DSSS đó được áp dụng đối với các khoảng cách đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi Golomb (thông tin số với ứng dụng khoảng cách), Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm

Trong hệ thống trải phổ trực tiếp chúng ta nghiên cứu các máy phát và các máy thu cho các hệ thống DSSS sử dụng khoá chuyển pha cơ số hai (BPSK: Binary Phase Shift Keying) và khoá chuyển pha vuông góc (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) Ta cũng xét ảnh hưởng của tạp âm và gây nghẽn lên hoạt động của một hệ thống DSSS Cuối cùng ta cũng nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng chung kênh của nhiều người sử dụng: nhiễu giao thoa của nhiều người sử dụng và ảnh hưởng của truyền đa tia

Trong một hệ thống DSSS, một tín hiệu liên tục theo thời gian được gọi là tín hiệu PN được tạo ra từ chuỗi PN dùng để trải phổ Giả thiết chuỗi PN này là cơ

số hai, nghĩa là ci=± 1, thì tín hiệu PN này là:

T t t

T t P

01

(2.3)

ci được gọi là chíp và khoảng thời gian Tc giây được gọi là thời gian chíp

Lưu ý rằng tín hiệu PN có chu kỳ là NTc Một thí dụ của chuỗi này được cho ở hình

2.1 đối với N = 15 và {ci,i = 0,1, , 14} = {1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1} Tín

hiệu (chuỗi) PN còn được gọi là tín hiệu (chuỗi) trải phổ, tín hiệu (chuỗi) ngẫu

nhiên và dạng sóng (chuỗi) của chữ ký (Signature)

Hình 2 2 Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15

2.2.2 Hệ thống DSSS – BPSK

a Máy phát DSSS - BPSK

Sơ đồ khối của máy phát DSSS sử dụng BPSK được cho ở hình 2.2

Hình 2 3 Sơ đồ khối của máy phát DSSS – BPSK

Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ± 1 như sau:

( )= d( ) ( ) (t c t πf t+θ)

T

E t

Trong đó Eb là năng lượng trên một bít của sóng mang, Tb là độ rộng một bít,

fc tần số mang và θ là pha ban đầu của sóng mang Thí dụ về các tín hiệu này được

vẽ trên cùng một hình

Trong rất nhiều ứng dụng một bít bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN, nghĩa là Tb = NTc Ta sử dụng giả thiết này cho các hệ thống DSSS trong toàn bộ thuyết minh, nếu như không có định nghĩa khác Trong trường hợp hình 2.4 ta sử dụng N = 7 Ta có thể thấy rằng tích của d(t)*c(t) cũng là một tín hiệu cơ số hai có biên độ ± 1, có cùng tần số với tín hiệu PN Tín hiệu DSSS -BPSK nhận được được

vẽ ở đồ thị cuối cùng của hình 2.4

Hình 2 4 Giản đồ của máy phát DSSS – BPSK

b Máy thu DSSS - BPSK

Sơ đồ khối của máy thu DSSS - BPSK được cho ở hình 2.5

Hình 2 5 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK

Mục đích của máy thu này là lấy ra bản tin dk(t) (số liệu {di}) từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm Do tồn tại trễ truyền lan τ nên tín hiệu thu là:

( ) ( ) ( ) d(t ) (c t ) ( f (t ) ) ( )n t

T

E t

n t

−

Trong đó E là năng lượng trung bình của sóng mang trên một bít, n(t) là bτ

tạp âm của kênh và đầu vào máy thu

Hình 2 6 Giản đồ của máy thu DSSS - BPSK

Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng 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:

( )= τ d(t−τ) (c t−τ) ( πf t+θ′)

T

E t

b cos 22

Vì c(t) bằng ± 1, trong đó θ′ = θ-2πf cτ Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần theo Niquist là 1/Tb 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 bít Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan (Correlator) hai bộ lọc phối hợp (Matched Filter) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng Để tách ra bít số liệu thứ i, bộ tương quan tính toán:

t br

c

T t

t b b

c

T t

i

E t

d E

t d t

f t

d E

t d t

f t

d T

E

t d t f T

t w z

b i

i

b i

i

b i

i

22

22

cos12

2cos2

2cos2

2 2

−

=

′+

−

=

′+

τ

θπ

τ

θπτ

θπ

τ

Trong đó ti = iTb + τ là thời điểm đầu của bít thứ i Vì d(t- τ ) là +1 hoặc -1 trong thời gian một bít, nên thành phần thứ nhất của tích phân sẽ cho ta Tb hoặc -Tb Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần bằng 0 Vậy kết quả cho Zi= E hay - br E Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá br

ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0, ta được đầu ra cơ số hai 1 hay -1 Ngoài thành phần tín hiệu ± 2E br , đầu của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây ra lỗi Lưu ý rằng ở hình 2.6 thứ tự giữa nhân tín hiệu PN và nhân sóng mang có thể đổi lẫn mà không làm thay đổi kết quả

Tín hiệu PN đóng vai trò như một “ mã” được biết trước cả ở máy phát lẫn máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết trước mã nên có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin Mặt khác một máy thu không chủ định không biết được mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể “giải mã” bản tin Điều này thể hiện rõ ở phương trình (2.5), do c(t) nên máy thu không chủ định chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên ± 1

Ta đã giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau: τ , ti, θ, fc Thông thường máy thu biết được tần số mang fc, nên nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một 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 hồi tiếp, vòng khoá pha chẳng hạn 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, thường được thực hiện ở hai bước: bắt và bám Quá trình nhận được ti được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) ký hiệu (Symbol Timing Recovery) 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 hồ là cần thiết ở mọi máy thu thông tin số liệu đồng bộ và chúng được xét ở hầu hết các tài liệu về thông tin Khi Tb/Tc =N (chu kỳ của chuỗi PN), có thể nhận được định thời của ký hiệu ti một khi đã biết τ Hình 2.6 cũng cho thấy đồng bộ, khôi phục đồng hồ và sóng mang

Ta hãy khảo sát một cách ngắn gọn ảnh hưởng của sai pha sóng mang và sai pha mã ở máy thu Giả thiết rằng máy thu sử dụng thay cho cho bộ giải điều chế và

sử dụng c(t- τ' ) làm tín hiệu PN nội, nghĩa là sóng mang có sai pha γ và tín hiệu

PN có sai pha τ-τ ' Khi này Zi sẽ là:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (γ τ τ )

ττ

γ

θπ

θπτ

ττ

τ τ τ

×

′+

c b

T t

t b

b

c b

c

T t

t b

b i

R E

t d t c t c T

E

dt t

f T

t f t

c t c t d T

E z

b i

i

b i

i

coscos

2cos2

2cos2

(2.9)

Trong đó dòng thứ hai được rút ra từ lập luận là tích phân của thành phần tần

số hân đôi bằng 0 Vì thế |zi| cực đại khi γ = 0 và τ − = 0 Nếu |τ′ τ − | > Tc hay | τ′

γ | = π/2, thì zi= 0 và máy thu vô dụng Khi |τ − | < Tc và | γ | < π/2, thì |zτ′ i| giảm đại lượng, như vậy tỷ số tín hiệu trên tạp ấm sẽ nhỏ hơn gây ra xác suất lỗi cao hơn

Tuy nhiên nó vẫn có thể hoạt động đúng khi các sai pha |τ − | và | γ | nhỏ τ′

2.2.3 Hệ thống DSSS – QPSK

Trên hình 2.7 ta sử dụng BPSK cho quá trình điều chế Các kiểu điều chế khác như: khoá chuyển pha vuông góc (QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) và khoá chuyển cực tiểu (MSK: Minimim Shift Keying) cũng thường được sử dụng ở các hệ thống SS Sơ đồ khối chức năng cho máy phát của hệ thống DSSS sử dụng điều chế QPSK được cho ở hình 2.7 cùng với các dạng sóng ở các điểm khác nhau trên sơ đồ Sơ đồ bao gồm hai nhánh: một nhánh đồng pha và một nhánh vuông góc

;

Hình 2 7 Các dạng sóng ở hệ thống DSSS – QPSK cho điều chế đồng thời

một bít ở cả hai nhánh I và Q

Trong thí dụ này cùng một đầu vào số liệu điều chế các tín hiệu PN c1(t) và

c2(t) ở cả hai nhánh Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng:

c t d T

E t

f t

c t d T

E

t S t S t

S

c b

b

c b

b c

b b

γθπ

θπθ

π

++

=

++

2sin2

sin

)(

2 1

2 1

(2.10)

Trong đó:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

1,

4/7

1,

1,

4/5

1,

1,

4/3

1,

1,

4/tan

2 1

2 1

2 1

2 1

2

1 1

t d t c t

d t c

t d t c t

d t c

t d t c t d t c

t d t c t d t c

t d t c

t d t c t

Vậy tín hiệu s(t) có thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau: θ + π/4 θ + 3π/4,

θ + 5π/4, θ + 7π/4 Hình 2.8 cho ta sơ đồ khối của máy thu DSSS –QPSK Các thành phần đồng pha và vuông góc được giải trải phổ độc lập với nhau bởi c1(t) và

c2(t):

Hình 2 8 Sơ đồ khối của máy thu DSSS – QPSK

Giả thiết rằng trễ là τ , tín hiệu vào sẽ là (nếu bỏ qua tạp âm):