Báo cáo đề tài trải phổ

BÁO CÁO ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI: TRẢI PHỔ GVHD : TS. LÊ ANH NGỌC Lớp : Nhóm 3 D13QTANM MỤC LỤC 1. Khái niệm trải phổ. Hình 7.1 Các đặc điểm nổi bật chính của bât kì hệ thống trải phổ nào: Đầu vào được đưa vào một bộ mã hóa kênh tạo ra tín hiệu tương tự với tương đối băng thông hẹp xung quanh một tần số trung tâm.Tín hiệu được điều chế thêm bằng cách sử dụng môt chuỗi các chữ số được gọi là mã lan truyền hoặc chuỗi đọc Sf.Thông thường ,nhưng không phải lúc nào mã lây lan được tạo bởi một giả ngẫu nhiên,hoặc số giả,nguyên âm.Tác dụng của phương thức này là:ion tăng đáng kể băng thông (trải phổ) được truyền đi của sigral.Ở đầu nhận,dãy số tương tự được sử dụng 10 giải điều chế tín hiệu trải phổ.Cuối cùng tín hiệu được đưa vào bộ giải mã kênh để phục hồi dữ liệu. Một số diều có thể thu được từ sự quang phổ này: Chúng ta có thể đạt được những khả năng miễn dịch từ các loại tiếng ồn khác nhau và không bị biến dạng đa cường.Các ứng dụng đầu tiên của phổ trải rộng trong quân sự: “nơi nó được sử dụng cho khả năng miễn dịch để gây nhiễu’’ Hình 7.1.Mô hình chung về truyền thống kỹ thuật số trải phổ. Nó cũng có thể được sử dụng để ẩn và tín hiệu mã hóa.Chỉ một người nhận biết mã lây lan có thể phục hồi thông tin mã hóa. Một số người dùng có thể độc lập sử dụng cùng một băng thông cao hơn bớt ít nhiễu. Thuộc tính này được sử dụng trong các ứng dụng điện thoại di động,với công nghệ được gọi là ghép kênh phân chia mã (CDM) hoặc bội phân chia mã truy cập(CDMA). 2. Trải phổ rộng nhảy tần. Với trải phổ nhảy tần(FHSS),tín hiệu được truyền qua một loạt dường như ngẫu nhiên của các tần số radio,trải phổ nhảy tần số tại các khoảng thời gian cố định.Một máy thu,nhảy giữa các tần số trong phân vùng đồng bộ với nguồi phát,chọn tin nhắn.Những kẻ nghe trộm sẽ nghe thấy cú đánh khó hiểu.Làm nỗ lực gây nhiễu tín hiệu trên một tần số chỉ thành công gõ ra một vài bit của nó.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

1 Khái niệm trải phổ.

Hình 7.1 Các đặc điểm nổi bật chính của bât kì hệ thống trải phổ nào:Đầu vào được đưa vào một bộ mã hóa kênh tạo ra tín hiệu tương tự với tươngđối băng thông hẹp xung quanh một tần số trung tâm.Tín hiệu được điều chếthêm bằng cách sử dụng môt chuỗi các chữ số được gọi là mã lan truyềnhoặc chuỗi đọc Sf.Thông thường ,nhưng không phải lúc nào mã lây lan đượctạo bởi một giả ngẫu nhiên,hoặc số giả,nguyên âm.Tác dụng của phương thứcnày là:ion tăng đáng kể băng thông (trải phổ) được truyền đi của sigral.Ở đầunhận,dãy số tương tự được sử dụng 10 giải điều chế tín hiệu trải phổ.Cuốicùng tín hiệu được đưa vào bộ giải mã kênh để phục hồi dữ liệu

Một số diều có thể thu được từ sự quang phổ này:

Chúng ta có thể đạt được những khả năng miễn dịch từ các loại tiếng ồnkhác nhau và không bị biến dạng đa cường.Các ứng dụng đầu tiên của phổtrải rộng trong quân sự: “nơi nó được sử dụng cho khả năng miễn dịch đểgây nhiễu’’

Hình 7.1.Mô hình chung về truyền thống kỹ thuật số trải phổ

Nó cũng có thể được sử dụng để ẩn và tín hiệu mã hóa.Chỉ một ngườinhận biết mã lây lan có thể phục hồi thông tin mã hóa

Một số người dùng có thể độc lập sử dụng cùng một băng thông cao hơnbớt ít nhiễu Thuộc tính này được sử dụng trong các ứng dụng điện thoại diđộng,với công nghệ được gọi là ghép kênh phân chia mã (CDM) hoặc bộiphân chia mã truy cập(CDMA)

2 Trải phổ rộng nhảy tần.

Với trải phổ nhảy tần(FHSS),tín hiệu được truyền qua một loạt dườngnhư ngẫu nhiên của các tần số radio,trải phổ nhảy tần số tại các khoảng thờigian cố định.Một máy thu,nhảy giữa các tần số trong phân vùng đồng bộ vớinguồi phát,chọn tin nhắn.Những kẻ nghe trộm sẽ nghe thấy cú đánh khóhiểu.Làm nỗ lực gây nhiễu tín hiệu trên một tần số chỉ thành công gõ ra mộtvài bit của nó

2.1 Phương pháp cơ bản

Hình 7.2 Một ví dụ về nhảy tần.Một số kênh đư ợc phân bổ cho tín hiệu

độ rộng của mỗi tần số kênh thường tương ứng với băng thông của tín hiệutruyền vào.Máy phát hoạt động trong một kênh tại một thời điểm trong mộtkhoảng thời gian cố định; ví dụ: chuẩn 802.11 chuẩn LAN không sử dụngkhoảng thời gian 300ms.Trong khoảng thời gian đó,số e của các bit (có thể làmột phần của một bit,như được thảo luận sau đó) ở bên kia được dệt bằngcách sử dụng một sơ đồ mã hóa.Chuỗi các kênh được được sử dụng đượcquyết định bởi sự lan truyền của mã.Cả máy phát và máy thu đều sử dungcùng một mã để điều chỉnh thành một chuỗi các kênh đông bộ hóa

Hình 7.2 Ví dụ về nhảy tần

Hình 7.3 Hệ thống trải phổ nhảy tầnMột sơ đồ khối điển hình cho một hệ thống nhảy tần được hiển thị tronghình 7.3 để truyền dữ liệu nhị phân được đưa vào bộ điều biến bằng cách sửdụng một sơ đồ mã hóa kỹ thuật ,chẳng hạn như khóa dịch chuyển tần số

trung vào một số cơ sở tần số.Một tiếng động giả (PN),hoặc giả số ngẫunhiên,nguồn đóng vai trò là một chỉ số vào một bảng tần số ;đây là mã lantruyền được đề cập trước đó Mỗi k bit của nguồn PN chỉ định một trong cáctần số sóng mang 2k Tại mỗi khoảng thời gian liên tiếp (mỗi k bit PN) tần sốsóng mang mới c(t) được chọn.Điều này,tần số sau đó được điều chế bởi tínhiệu tạo ra từ bộ điều biến ban đầu tạo ra một tín hiệu mới s(t) có cùng hìnhdạng nhưng bây giờ tập trung vào tần số sóng mang Khi thu sóng, tín hiệutrải phổ được điều chế bằng cách sử dụng một chuỗi các tần số có nguồn gốc

PN và sau đó được điều chế để tạo ra dữ liệu đầu ra

Hình 7.3 chỉ ra rằng hai tín hiệu được nhân lên Một ví dụ về cách thức hoạt động của nó,sử dụng BFSK làm sơ đồ điều chế dữ liệu Chúng ta có

thể định nghĩa đầu vào FSK vào hệ thống FHSS dưới dạng [so với chương trình (6.2)]:

Sd(t) = A cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f)t) bởi iT< t < (i+1)T (7.1)

T= thời lượng bit ;tốc độ dữ liệu =1/T

Do đó, trong khoảng thời gian bit thứ i,tần số của dữ liệu là f0;nếu bit dữliệu là -1 và f0 + ∆f nếu bit dữ liệu là +1

Bộ tổng hợp tần số tạo ra âm tần số không đổi có tần số nhảy trong mộttập hợp tần số 2k ,với mẫu nhảy được xác định bởi k bit từ chuỗi PN.Để đơngiản, giả sử thời lượng của một bươc nhảy là giống nhau như thời lượng củamột bit và chúng tôi bỏ qua sự lệch pha giữa tín hiệu Sd(t) và tín hiệu lantruyền, còn được gọi là tín hiệu sứt mẻ c(t).Sau đó tín hiệu sản phẩm tronglần nhảy thứ I (trong bit thứ i) là:

p(t) = Sd(t)c(t) = A cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f)t)cos (2 πfi)

Trong đó Fi là tần số tín hiệu được tạo bởi bộ tổng hợp tần số trong lầnnhảy thứ i.Sử dụng định danh lượng giác 2 cos(x)cos(y) = (1/2) (cos(x+y) +cos(x-y)), ta có:

p(t) = 0.5A [cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f + fi)t) + cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f - fi)t)]

Bộ lọc thông dải (Hình 7.3) được sử dụng chặn tần số chênh lệch và vượtqua tổng tần số , thu được tín hiệu FHSS là:

s(t) = 0.5A (cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f + fi)t)

Do đó, trong khoảng thời gian bit thứ I, tần số của tín hiệu dữ liệu là f0 +

fi nếu dữ liệu bit là -1 và f0 + fi + ∆f nếu dữ liệu bit là +1

Tại máy thu có dạng s(t) vửa xác định sẽ được nhận.Điều này được nhânvới một bản sao của tín hiệu lan truyền để tạo ra tín hiệu sản phẩm có dạng:p(t) = s(t)c(t) = 0.5A (cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f + fi)t)cos(2 πfi)

Một lần nữa sử dụng công thức lượng giác, chúng ta có:

p(t) = 0.25A [cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f + fi + fi)t) + cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f)t)]

Bộ lọc thông dải (hình 7.3) được sử dụng để chặn tần số tổng và vượt quatần số chênh lệch , mang lại tín hiệu của một hình thức sd(t), được định nghĩatrong phương trình (7.1):

0.25A cos(2π(f0 +0.5(bi +1)∆f)t)

2.2 FHSS sử dụng MFSK

Một kĩ thuật điều chế phổ biến được sử dụng cùng với FHSS là nhiều

để mã hóa các bit L đầu vào kĩ thuật số tại một thời điểm Tín hiệu truyền códạng [Công thức (6.3)]:

L= số bit trên mỗi phần tử tín hiệu

Đối với FHSS,tín hiệu FSK được dịch sang tần số mới Tc giây bằng cách điềuchỉnh tín hiệu MFSK với tín hiệu sóng mang FHSS.Hiệu quả của nó là dịchtín hiệu MFSK sang kênh MHSS thích hợp.Đối với tốc độ dữ liệu của R,thờilượng của 1 bit là T =1/R (giây) và thời lượng của phần tử tín hiệu là Ts = LT(giây).Nếu Tc e lớn hơn hoặc bằng Ts ,điều chế lan truyền được đề cập đếnnhư phổ trải rộng tần số chậm hop,mặt khác nó được gọi là tần số hopnhanh.Tóm lại,

Phổ trải rộng tần số chậm hop Tc ≥ Ts

Phổ trải rộng tần số nhanh Tc < Ts

Hình 7.4 cho thấy một ví dụ về FHSS chậm, sử dụng ví dụ MFSK từ hình6.4.Nghĩa là, M=4 và cùng một chuỗi các bit đầu vào được sử dụng trong 2 ví

dụ Màn hình trong hình hiển thị tần số truyền (trục x) là một hàm của thờigian (trục x).Mỗi cột biểu thị một đơn vị thời gian Ts trong đó tín hiệu 2 bitđơn yếu tố được truyền đi.Hình chữ nhật được tô bóng trong cột chỉ ra tần sốtruyền trong đơn vị thời gian đó.Mỗi cặp cột tương ứng với việc lựa chọn dảitần số dựa trên chuỗi PN 2 bit Như vậy, đối với căp đầu tiên của các

Hình 7.4 Phổ trải rộng tần số chậm hop sử dụng MFSK (M = 4,k = 2)

cột, được điều chỉnh bởi chuỗi PN 00, dải tần số thấp nhất được sử dụng.Dành cho cặp cột thứ hai, được điều chỉnh bởi chuỗi PN 11, dải cao nhất củatần số được sử dụng.

Ở đây chúng ta có M =4, có nghĩa là bốn tần số khác nhau được sửdụng để mã hóa 2 bit vào dữ liệu cùng một lúc Mỗi phần tử tín hiệu là mộttần số riêng biệt âm và tông băng thông MFSK là Wd =Mfd Chúng tôi sử

Wi Tổng số FHSS băng thông là Ws =2kWd Mỗi 2 bit của chuỗi PN được

sử dụng 10 chọn 1 trong bốn kênh Kênh đó được giữ trong thời gian của haiyếu tố tín hiệu, hoặc 4 bit (Tc =2Ts =4T)

Hình 7.5 cho thấy một ví dụ về FHSS nhanh,sử dụng cùng ví dụMFSK.Một lần nữa,M =4 và k=2.Tuy nhiên,trong trường hợp này,mỗi phần

tử tín hiệu được biểu diễn bởi hai âm tần.Hơn nữa, Wd =Mfd và Ws =2kWd

.Trong ví dụ này,Ts = 2Tc = 2T Nhìn chung,FHSS nhanh cung cấp hiệu suấtđược cải thiện so với FHSS chậm khi đối mặt với tiếng ồn và gây nhiễu Vídụ: nếu 3 tần số trở lên (chip) được sử dụng cho từng thành phần tín hiệu, bộthu có thể quyết định phần tử tín hiệu nào được gửi trên cơ sở phần lớn cácchip là chính xác

2.3 Tầm quan trọng hiệu suất FHSS

hownn nhiều Wd.Một lợi ích của điều này là giá trị lớn của k dẫn đến một hệthống,chống ồn và gây nhiễu.Ví dụ:giả sử chúng ta có máy phát MFSJ vớibăng thông Wd và bộ gây nhiễu có cùng băng thông và bật nguồn Sj cố địnhtần số mang tín hiệu.Sau đó, chúng ta có một tỷ lệ năng lượng tín hiệu chomỗi bit để tiếng ồn mật độ năng lượng Hertz của

=

Hình 7.5 Phổ trải rộng tần số nhanh bằng cách sử dụng MFSK (M =4, k=2)

Nếu sử dụng nhảy tần,bộ gây nhiễu phải gây nhiễu tất cả các tần số 2k.Với một cố định công suất, điều này làm giảm công suất gây nhiễu ở bất kỳ dải tần số nào xuống S/2k.Thành quả tronng tín hiệu –nhiễu,hoặc mức tăng xử lý,là

Gp =2k =

3 Trải phổ chuỗi liên tiếp trực tiếp

Đối với phổ trải rộng chuỗi trực tiếp (DSSS), mỗi bit trong tín hiệu gốc đượcbiểu thị bằng nhiều bit trong tín hiệu truyền đi,sử dụng mã trải Mã trải rộnglan truyền tín hiệu trên một dải tần số rộng hơn tỷ lệ trực tiếp với số bit được

sử dụng Do đó, mã trải rộng 10 bit sẽ truyền tín hiệu qua dải tần số lớn hơn

10 lần so với mã trải rộng 1 bit

Một kỹ thuật cho phổ trải chuỗi trực tiếp là kết hợp kỹ thuật số luồngthông tin với luồng bit mã trải rộng sử dụng độc quyền OR (XOR).XOR tuântheo các quy tắc sau:

Hình 7.6 cho thấy một ví dụ.Lưu ý rằng 1 bit của một ngườiđảo ngược các bit mã lan truyền trong tổ hợp , trong khi 1 bitthông tin bằng 0 gây ra sự lây lan bit mã được truyền màkhông đảo ngược Sự kết hợp giữa luồng đó có dữ liệu tốc độcủa chuỗi mã trải ban đầu,do đó, nó có băng thông rộng hơnluồng thông tin Trong ví dụ này,luồng bit mã lan truyền đựọcxung nhịp ở bốn nhân với tỷ lệ thông tin

3.1 Tầm quan trọng hiệu suất DSSS

Sự trải phổ đạt được bằng kỹ thuật chuỗi trực tiếp được xác định dễ dàng(Hình 7.9).Trong ví dụ của chúng tôi,tín hiệu thông tin có chiều rộng bằng T,tương đương với tốc độ dữ liệu1/T.Trong trường hợp đó,quang phổ của tín hiệu của dây tùy thuộc về kỹ thuật mã hóa ,khoảng 2/T.Tương tự,phổ 1 của tín

rộng.Lượng lan truyền đạt được là kết quả trực tiêp của tốc

độ dữ liệu của luồng PN

Như với FHSS,chúng ta có thể hiểu rõ hơn về tín hiệu DSSSbằng xem xét hiệu quả của nó đối với việc gây nhiễu.Chúng

ta hãy giả sử một tín hiệu gây nhiễu đơn giản tại tần số trung tâm của hệ thống DSSS.Tín hiệu gây nhiễu có dạng :

Và tín hiệu nhân được là:

Sr(t) = s(t) + Sj(t) + n(t)

Trong đó:

S(t) =tín hiệu truyền

n(t) =phụ gia tiếng ồn trắng

Hình 7.8 Ví dụ về phổ trải chuỗi trực tiếp bằng BPSK

đăng nhập do tín hiệu gây nhiễu là:

Đây chỉ đơn giản là một điều chế BPSK của âm mang.Do đó,, sức mạnh mang theo Sj là trải rộng trên mộtbằn thông xấp xỉ 2/Tc.Tuy nhiên BPSK, bộ giải điều chế (hình 7.7) sau bộ phân phối DSSS bao gồm bộ lọc thông

dải:khớp với dữ liệu BPSK, với băng thông 2/T.Do đó, hầu hết sức mạnh gây nhiễu được lọc.Mặc dù một số yếu tố đi vào hoạt động, như một sự gần đúng ,có thể nói rằng công suất gây nhiễu được truyền qua bộ lọc là :

Sjf = Sj(2/T)/(2/Tc) = Sj(Tc/T)Sức mạnh gây nhiễu đã được giảm bởi một yếu tố (Tc/T) thông qua sự lây lan quang phổ Nghịch đảo của yếu tố này là mức tăng tỷ lệ tín hiệu nhiễu:

Gp = = (7.6)

Hình 7.9 Phổ gần đúng của trải phổ chuỗi liên tiếp trực tiếp tín hiệuTrong đó Rc là tốc độ bit lan truyền ,R là tốc độ dữ liệu,Wd là băng thông tín hiệu,và Ws là băng thông tín hiệu trải rộng Kết quả tương tự với kết quả

là mô tả mã theo thứ tự 1s và -1s

Hình 7.10 ví dụ về CDMAHình 7.10 hiển thị mã cho 3 người dùng A,B và C, mỗi người dùngđang liên lạc với cùng một trạm gốc người nhân R Do đó, mã cho ngườidùng A là ca = <1,-1,-1,1,-1,1> Tương tự người dùng B là cb = <1,1,-1,-1,1,1> và người dùng C là cc =<1,1,-1,1,1,-1>.

Bây giờ chúng tôi xem xét trường hợp người dùng A liên lạc với trạmgốc Các trạm cơ sở được giả định để biết A là mã Để đơn giản,chúng tôi giả

sử thông tin liên lạc đã được đồng bộ hóa để trạm cơ sở biết khi nào cần tìm

mã số Nếu A gửi 1 bit, A truyền mã của nó dưới dạng mẫu chip 1,1> Nếu 1 bit 0 được gửi , A truyền phần bù (1s và -1s đảo ngược) mã của

<1,-1,-1,1,-nó <-1,1,1,-1,1,-1> Tại trạm gốc máy thu giải mã các mẫu chip Trong phiênbản đơn giản này, bộ thu R tái tạo một con chip mẫu d =<d1,d2,d3,d4,d5,d6>,

và người nhận đang tìm cách giao tiếp với một người dùng để nó có sẵn mãcủa bạn, <c1,c2,c3,c4,c5,c6>, máy thu thực hiện chức năng giả mã điện tửsau đây:

SA(-1,1,1,-1,1,-1)=[-1×1]+[1×(-1)] + [1 ×(-1)] +[(-1) ×1] +[1×(-1)]+[1×(-1)]

+[(-1) ×1]= -6Xin lưu ý rằng luôn là như vậy -6 ≤ SA(d) ≤ 6 không có vấn đề gì về chuỗi -1

và 1 bao gồm d,và rang các giá trị duy nhất của d dẫn đến giá trị cực trị của 6

và -6 lần lượt là mã A và phần bù của nó.Vậy nếu SA tạo ra +6,hiểu rằng đãnhận được 1 bit từ A;nếu SA làm mất một -6,hiểu rằng đã nhận được 0 bit từngười dùng A;mặt khác chúng tôi cho rằng có một ai đó là gửi thông tin hoặc

có lỗi.Vậy tại sao phải trải qua tất cả điều này?Các lý do trở nên rõ ràng nếuchúng ta thấy điều gì xảy ra nếu người dùng B đang gửi và chúng tôi nhận nóvới SA,đó là chúng tôi đang giải mã với mã sai.Nếu B gửi 1 bit,sau đód=<1,1,-1,-1,1,1>.Sau đó:

SA(1,1,-1,-1,1,1)=[1 x 1] + [1 x (-1)] + [(-1) x (-1)] + [(-1) x l] + [1 x (-1)]

+ [1 x l]=0

Do đó,tín hiệu không mong muốn (từ B) hoàn toàn không hiển thị Bạn cóthể dễ dàng xác minh rằng nếu B đã gửi 0 bit, bộ tạo mã sẽ tạo lại giá trị 0

truyền tín hiệu SA và SB tương ứng, cùng một lúc,sau đó SA(SA + SB)=SA(sA)+SB(sB)=SA(SA) kể từ khi bộ giải mã bỏ qua B khi nó đang sử dụng mã A Mãcủa A và B có thuộc tính SA(cB) = SB(cA)=0 được gọi là trực giao Mã như vậy

là rất tốt đẹp để có nhưng không có nhiều trong số đó Phổ biến hơn là trườnghợp khi SX(cY) nhỏ trong giá trị tuyệt đối X×Y Sau đó thật dễ dàng để phânbiệt giữa hai trường hợp khi X=Y và khi X≠Y Trong ví dụ của chúng tôi,

SA(cC) = SC(cA) =0, nhưng SB(cC) = SC(cB) =2 Trong trường hợp sau, tín hiệu

C sẽ đóng góp nhỏ đến mức tín hiệu được giải mã thay vì 0 Sử dụng bộ giải

mã SU, người nhận có thể sắp xếp từ khi có thể có người dùng khác được pháttrong cùng một ô

Bảng 7.1 Tóm tắt ví dụ về cuộc thảo luận trước

Trong thực tế,bộ thu CMDA có thể lọc ra phần đóng góp không mongmuốn từ người dùng hoặc họ xuất hiện dưới dạng tiếng ồn cấp thấp Tuynhiên, nếu có nhiều người dùng cạnh tranh đối với Gordie với ngườidùng,người nhận đang cố gắng lắng nghe hoặc nếu nguồn tín hiệu của mộthoặc nhiều tín hiệu cạnh tranh là quá cao, có lẽ vì nó rất gần máy thu (vấn đề

“gần/xa”) , hệ thống bị hỏng

4.2 CDMA cho phổ trải rộng chuỗi trực tiếp

Bây giờ chúng ta hãy nhìn vào CDMA từ quan điểm của một hệ thốngDSSS đang xử lý BPSK Hình 7.11 mô tả một cấu hình trong đó có n ngườidùng, mỗi người sử dụng một trình tự PN khác nhau, trực giao (so sánh hình

được điều chế để tạo ra tín hiệu băng thông là WS và sau đó nhân với mã lantruyền cho người dùng đó, ci(t) Tất cả tín hiệu, cộng với tiếng ồn được nhậntại ăng ten của máy thu Giả sử người nhận đang cố khôi phục dữ liệu củangười dùng 1 Tín hiệu đến được nhân lên bằng sự lan truyền mã của ngườidùng 1 và sau đó được điều chế Tác dụng của việc này là thu hẹp băng thôngcủa phần tín hiệu đến tương ứng với người dùng 1 vơi băng thông ban đầucủa tín hiệu không phổ biến, tỷ lệ thuận với tốc độ dữ liệu Bởi vì phần cònlại của tín hiệu đến là trực giao với mã lan truyền của người dùng, phần con

truyền trên một băng thông lớn và tín hiệu mong muốn được tập trung trongmột băng thông hẹp Do đó, bộ lọc băng thông tại giải điều chế có thể phụchồi tín hiệu mong muốn.

Bảng 7.1 Ví dụ về CDMA

5 Sự nối tiếp thế hệ

Như đã đề cập đến, sự lan chuyền chuỗi, c(t), là một chuỗi các chữ số nhịphân được chia sẻ bởi máy thu và máy phát Sự lan rộng bao gồm nhân lên,(XOR) các dữ liệu đầu vào theo sự lan chuyền chuỗi, nơi tốc độ của bit trongchuỗi lan chuyền cao hơn so với các dữ liệu ban đầu ở đầu vào Sau khi nhậntín hiệu, sự lan chuyền được loại bỏ bằng cách nhân với mã trải phổ giốngnhau, đồng bộ chính xác với tín hiệu nhận được

Hình 7.11.CDMA in a DSSS Environment

Do đó, tốc độ dữ liệu là kết quả của chuỗi lan chuyền Điều này làm tăngtốc độ dữ liệu chuyền, từ đó làm tăng băng thông cần thiết Sự dư thừa của hệthống cũng được tăng lên Các mã lan chuyền được chọn như vậy cho thấytín hiệu không bị nhiễu; do đó cần có một lượng chữ số 1 và 0 bằng nhaucộng thêm một số mẫu hoặc không có mẫu nào lặp lại Khi mã lan chuyềnđược sử dụng trong CDMA, sẽ có thêm một số yêu cầu thiếu tương quan Khinhận được nhiều tín hiệu, mỗi tín hiệu sẽ truyền ra một mã khác nhau, ngườinhận có thể chọn ra bất cứ tín hiệu nào bằng cách sử dụng mã lan chuyền củatín hiệu đó Tín hiệu lan chuyền sẽ hoạt động như thể chúng không tươngquan gì đến nhau, do đó các tín hiệu khác sẽ xuất hiện dưới dạng nhiễu vàkhông can thiệp vào việc truyền tín hiệu cụ thể Vì mức độ dư thừa đượccung cấp bởi hoạt động trải rộng cao nên hoạt động phân tán có thể đối phóvới sự can thiệp của các tín hiệu khác trong cùng băng thông

Chuỗi lan chuyền đã được sử dụng có hai loại chung: chuỗi PN và mãtrực giao Chuỗi PN là những chuỗi phổ biến nhất trong các hệ thống FHSS

và DSSS không sử dụng CDMA Trong các hệ thống CDMA và DSSS Cảchuỗi PN và mã trực giao đều được sử dụng Chúng tôi kiểm tra lần lượt từngphương pháp tiếp cận

5.1 Chuỗi PN

Một chuỗi lan chuyền lý tưởng là một chuỗi ngẫu nhiên bao gồm các số 1

và số 0 Tuy nhiên, vì máy phát và máy thu yêu cầu phải có bản sao củaluồng bit ngẫu nhiên nên ta cần phải có phương pháp để có thể dự đoán được

máy phát và máy thu cùng một luồng bit nhưng vẫn giữ được các thuộc tínhmong muốn của một luồng bit ngẫu nhiên Yêu cầu này sẽ được đáp ứng bởimột máy phát PN Máy phát PN sẽ tạo ra một trình tự định kỳ được lặp lạingẫu nhiên Các chu kỳ của một chuỗi là độ dài của chuỗi trước khi nó đượclặp lại.

Trình tự PN được tạo ra bởi một thuật toán sử dụng một vài giá trị banđầu được gọi là hạt giống Thuật toán có tính xác định, từ đó tạo ra các chuỗi

số không phải là những thống kê ngẫu nhiên Tuy nhiên, nếu thuật toán đạthiệu quả, chuỗi sẽ vượt qua được các bài kiểm tra về sự ngẫu nhiên Nhữngcon số như vậy thường được gọi là số giả ngẫu nhiên hoặc chuỗi giả ngẫunhiên Điều quan trọng là trừ khi bạn biết về thuật toán và hạt giống, nếukhông việc dự đoán trình tự không áp dụng được Do đó, việc giải mã tín hiệuthành công chỉ xảy ra với một người nhận chia sẻ thông tin với người gửi.Chuỗi PN tìm những một số cách sử dụng máy tính và phương tiện truyềnthông, từ đó phát triển ra những nguyên tắc liên quan Chúng tôi bắt đầu vớiviệc tạo ra một mô tả chung về những đặc tính mong muốn của PN, sau đóxem xét và tìm ra những phương thức thường được sử dụng cho các ứngdụng phổ rộng

Thuộc tính PN.

Hai thuộc tính quan trọng đối với PN là tính ngẫu nhiên và tính khôngđoán trước được

Bình thường, ta cần quan tâm việc tạo ra một chuỗi được cho là các chữ

số ngẫu nhiên là một chuỗi số ngẫu nhiên được xác định rõ ý nghĩa thống kê.Một chuỗi số được cho là ngẫu nhiên khi đạt được 2 tiêu chí :

* Phân phối đồng đều: Việc phân bố các chữ số trong chuỗi cần phải đồngđều, nghĩa là tần suất xuất hiện mỗi số phải xấp xỉ như nhau Đối với luồnchữ số nhị phân, ta cần phải mở rộng định nghĩa này vì ta chỉ cần xử lý 2 số(1 và 0) Nhìn chung, ta cần thỏa mãn 2 thuộc tính sau:

- Cân bằng về thuộc tính: Trong một chuỗi dài, sự phân chia giữa các sốnhị phân nên là ½

- Chạy thuộc tính: Một lần chạy được hiểu là một chuỗi số chỉ bao gồm 1hoặc 0 Sự xuất hiện của một số mới đánh giấu cho một lần chạy mới Sau lầnchạy thứ nhất thì lần chạy thứ 2 sẽ dài bằng một nửa lần chạy thứ nhất, lầnchạy thứ 3 thì dài bằng 1/4 , lần chạy thứ 4 thì dài bằng 1/8, v.v

* Tính độc lập: Không một giá trị nào trong chuỗi có thể suy ra từ giá trịkhác

Mặc dù có các thử nghiệm để xác định một chuỗi số thích hợp với một sựphân chia cụ thể, chẳng hạn như sự phân chia đồng đều, sẽ không có nhữngthử nghiệm như vậy để chứng minh tính độc lập Thay vào đó, một số thửnghiệm được áp dụng để thể hiện rằng chuỗi không mang tính độc lập Chiếnlược chung là sử dụng những thử nghiệm như vậy đến khi có thể chắc rằngtính độc lập của chuỗi đủ mạnh

Trong các ứng dụng như trải phổ, ta cần phải có yêu cầu sau:

* Thuộc tính tương quan: Nếu trong một khoảng chuỗi được so sánh theo

kỳ hạn với bất kỳ sự thay đổi nào trong chu kỳ của nó, lượng kỳ hạn có sựkhac biệt giống nhau so với những cái khác nhiều nhất là 1

Hoàn tất thực hiện phản hồi thay đổi tuyến tính

Máy phát PN sử dụng cho phổ trải rộng thường được thực hiện như mộtmạch bao gồm cổng XOR và một đăng ký thay đổi, được gọi là thanh ghithay đổi phản hồi tuyến tính(LFSR) LFSR là một chuỗi thiết bị lưu trữ 1 bit.Mỗi thiết bị có một dòng đầu ra, cho biết giá trị lưu trữ hiện tại và một đầuvào Tại một thời điểm nhất định, được gọi là thời gian thực, giá trị trongđược thay thế bằng giá trị chỉ định bởi đầu vào của nó Toàn bộ LFSR đềuđược đo thời gian, gây ra sự thay đổi 1 bit trên toàn bộ thanh ghi

Mạch được thực hiện như sau:

bị loại bỏ Hình 7.13a là một ví dụ khi LFSR 4 bit thực hiện phương trình

(7.8)

Kỹ thuật đăng ký thay đổi có một vài lợi thế quan trọng Chuỗi được tạobởi một LFSR gần như là ngẫu nhiên với khoảng thời gian dài, hỗ trợ trongviệc làm cho tín hiệu lan chuyền xuất hiện khác nhau Ngoài ra, LFSR rất dễthực hiện ở phần cứng và có thể chạy với tốc độ cao; điều này rất quan trọng

vì tỷ lệ lan chuyền cao hơn so với tốc độ dữ liệu

Có thể thấy rằng đầu ra của LFSR là định kỳ với thời gian tối đa N=2 mũ

n -1 Chuỗi số 0 chỉ xảy ra nếu nội dung ban đầu của LFSR đều bằng 0 hoặccác hệ số trong phương trình 7.7 đều bằng 0( không có phản hồi) Một cấuhình phản hồi luôn được tìm thấy trong khoảng thời gian n; các chuỗi kết quảđược gọi là chuỗi có độ dài tối đa hay chuỗi m Chuỗi m rất quan trọng trongviệc cho phép đồng bộ hóa bởi người nhận và sử dụng nhiều kỹ thuật truycập, như CDMA, sẽ được giải thích sau

Hình 7.12.

Hình 7.13

Hình 7.13b cho thấy việc tạo ra một chuỗi m cho LFSR ở hình 7.13a.LFSR thực hiện phương trình 7.8 với trạng thái ban đầu của 1000(B3=1,B2=0, B1=0, B0=0) Hình 7.13b là một bảng hiển thị hoạt động từng bướctrong khi LFSR được xung nhịp từng bit một Mỗi hàng của bảng hiển thị cácgiá trị được lưu trữ trong 4 phần tử thanh ghi thay đổi Ngoài ra, hàng hiển thịcác giá trị xuất hiện ở đầu ra của mạch độc quyền OR Cuối cùng, hàng hiển