Đô an tôt nghiêp
Trang:1
̀ ́ ́ ̣
Ch
ng 1
ươ
TÔNG QUAN HÊ THÔNG THÔNG TIN TRAI PHÔ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
ơ ồ ố ệ ố ố
1.1 S đ kh i h th ng thông tin s 1.1.1 S đ kh i h th ng tin s ơ ồ ố ệ ố ố
ứ ơ ồ ủ ệ ố ố ố ị ệ ố ố ệ ư ầ Hình 1.1 S đ kh i ch c năng c a h th ng thông tin s Kh i đ nh d ng: h u h t tín hi u đ a vào h th ng thông tin s (ti ng nói, hình nh, âm ố ị ổ ố ế ể c bi u di n b ng các bit nh phân, r i tùy mã này đ ự ượ ừ ễ ễ ng t ể ằ ứ i đ nh d ng: có nhi m v là chuy n đ i tín hi u t ệ ừ ố ụ ị d ng th c thích h p. ươ ự ệ ả ầ ạ ế nên ta c n có kh i đ nh d ng đ chuy n đ i tín hi u t ệ ừ ng t thanh…) là tín hi u t ạ ệ ươ ự t mã s . các t ể ươ ồ ễ ố ừ ng d ng c th mà bi u di n các bit hay nhóm bit ở ạ ứ ổ ẫ ủ ệ ố . Vi c s làm tăng băng thông truy n d n c a tín hi u nh ng cho phép b thu ộ ợ s sang t ệ ạ ự ư ở ỷ ố ệ ấ ơ sang dãy t ng t ụ ể ụ Kh i gi ả ị ố hóa tín hi u t ệ ươ ho t đ ng t ạ ộ Kh i mã hóa ngu n: làm gi m s bit nh phân yêu c u đ truy n b n tin. Vi c này có ố ễ ố ề ầ ị ả ể t, giúp cho băng thông đ ệ ng truy n đ ể ng t ề s tín hi u trên nhi u th p h n. ả ư ề ượ c ườ ế ầ
Kh i m t mã hóa: làm nhi m v m t mã hóa b n tin g c nh m m c đích an ninh. Nó ệ ố ả ụ ằ ố ụ ậ (đ m b o ch ng ả ư ả ồ ự i phát có quy n v i tin đang truy n) và xác th c ề i thu nào mà ng ỉ ườ ả ớ ỉ ườ ề i phát yêu c u thì m i đ ớ ượ ầ ồ th xem nh là lo i b các bit d không c n thi ạ ỏ ư ể s d ng hi u qu h n. ả ơ ệ ử ụ ậ bao g m c s riêng t ả ư (đ m b o ch ng ả ố ư ệ c nh n tin). ậ ệ ố i x y ra trên ườ ụ ư ể ậ Kh i mã hóa kênh: làm nhi m v đ a thêm các bit d vào tín hi u s theo m t quy lu t ệ ộ c c l ử ượ ả ỗ ả ậ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
i mã hóa kênh đ i m t mã và gi c th c hi n b thu, các quá trình ượ ự ậ ả ả ồ ệ ở ộ c v i các quá trình mã hóa bên b phát. ộ nào đ y, nh m giúp cho bên thu có th phát hi n và th m chí s a đ ằ ấ kênh truy n.ề i mã ngu n, gi Gi ả này ng ượ ớ ố Kh i ghép kênh: giúp cho nhi u tuy n thông tin có th cùng chia s môt đ ế ườ ề ẻ ể ng truyên vô tuy n… Trong thông tin s , ki u ghép kênh ề ng truy n ư ườ ế ể ố v t lý chung nh là cáp, đ ậ th ườ ố ề ệ ố ng là ghép kênh phân chia theo th i gian (TDM). ể ậ c, v i m c đ méo ch p nh n đ ế ộ ố ộ ố ướ ề ề ấ ổ ạ ờ Kh i đi u ch : giúp cho dòng tín hi u s có th truy n đi qua m t ph ớ ế ộ ầ ố ệ ầ ế ầ i đi u ch bên thu ế ế ề ệ ả ủ ộ ề c ng ượ ạ ố ậ ố ộ ộ ỹ ệ ư ộ ơ ẻ ữ ể ẽ ộ ệ ề ươ ệ ể ẫ ậ ỗ ng ti n truy n d n. Có m t s ki u đa truy c p, m i ki u có nh ng u ư ư ể ế ủ ể ng ti n v t lý ệ ươ ộ c, yêu c u m t băng c th theo m t t c đ c cho tr ộ ầ ậ ượ ứ ộ ụ ể ổ ầ ố thông t n s cho phép. Kh i đi u ch có th thay đ i d ng xung, d ch chuy n ph t n s ể ị ể c a tín hi u đ n m t băng thông khác phù h p. Đ u vào c a b đi u ch là tín hi u băng ủ ộ ề ệ ợ ủ g c trong khi đ u ra c a b đi u ch là tín hi u thông d i. Kh i gi ả ố ế ố i thành tín hi u băng g c. c l chuy n d ng sóng thu đ ể ệ ượ ạ Kh i đa truy c p: liên quan đ n các k thu t ho c nguyên t c nào đó. Cho phép nhi u ề ậ ế ắ ặ ng ti n v t lý chung (nh là m t s i quang, m t b phát c p thu phát cùng chia s m t ph ậ ươ ặ ạ đáp c a v tinh…). Đây là bi n pháp h u hi u và h p lý đ chia s tài nguyên thông tin h n ợ ệ ủ ệ ch c a các ph ộ ố ể đi m và khuy t đi m riêng. ế 1.1.2 Mã hóa ngu n:ồ ồ ớ ư ừ ủ ử ồ ồ ể ả ồ c chia làm hai lo i là ngu n liên t c và ngu n ạ ồ Mã hóa ngu n là quá trình x lý d li u đ gi m b t d th a c a ngu n tín. ữ ệ Ngu n tin trong h th ng thông tin s đ ệ ố ụ ạ ụ ồ ố ượ r i r c. Cho nên có hai lo i mã hóa ngu n là mã hóa ngu n liên t c và mã hóa ngu n r i ồ ờ ồ ờ ạ r c. ạ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:2
̀ ́ ́ ̣
ố ệ ủ ằ ồ ở ợ ụ ồ ồ ờ ạ tăng entropy c a các ký t ấ dùng đ mã hóa ngu n. Mã hóa ngu n liên t c chính là quá trình s hóa tín hi u liên t c ụ Mã hóa ngu n r i r c là làm cho c u trúc th ng kê c a ngu n tr nên h p lý b ng cách ố ồ ự ể
mã ng n và mã hóa các ký t ủ ắ ủ ắ Nguyên t c c a mã hóa ngu n r i r c là mã hóa các ký t ự ằ ừ ấ có xác su t sinh ra bé b ng các t ộ có xác su t sinh ra l n b ng ằ ấ ớ mã dài. Lo i mã này ạ mã là nh nh t thì ỏ ừ ủ ừ ấ ố ồ ờ ạ các t ự g i là mã hóa thông kê. K thu t mã th ng kê có đ dài trung bình c a t ọ đ ượ ọ ố i mã duy nh t và t c th i thì mã ph i có tính prefix t c là trong b mã ả ộ ứ mã khác dài h n nó. ờ ầ ủ ừ ứ ầ ơ ỹ ậ i u. c g i là mã th ng kê t ố ư Đ có th gi ấ ể ả ể không có t mã hoàn thành nào là ph n đ u c a t ừ 1.1.3 Mã hóa kênh ữ ệ ư ằ c m t t c đ truy n tin theo y u c u c a h th ng v i m t t ề ầ ủ ệ ố ộ ư ớ ề Mã hóa kênh là quá trình mã hóa d li u phát b ng cách đ a thêm đ d vào d li u ữ ệ s BER và ằ c. Mã hóa kênh bao g m hai lo i chính là mã kh i và mã ch p. ạ ờ ộ ố ộ ậ ượ ộ ỷ ố ố ậ ồ nh m đ đ t đ ể ạ ượ th i gian tr ch p nh n đ ễ ấ 1.1.4 M t mã thông tin ậ ậ ế ổ ố ớ M t mã thông tin là vi c bi n đ i m t thông báo sao cho nó không th hi u n i đ i v i ể ể ộ ổ ộ c mong mu n. d hi u h n m t mã thông tin là i nh n đ ậ ượ ơ ữ ườ i ậ ể ậ ấ ị ể ố ễ ể i m t d ng khác đ cho nh ng ng ộ ạ ả ướ c thông tin hay văn b n g c. Phép m t mã thông tin ả ố ậ ộ c ký hi u là e(m), v i m là thông tin c n m t mã hóa. M t mã hóa có th thu c ệ ể ầ ậ ệ b t kỳ m t ai ngo i tr ng ạ ừ ườ ấ vi c ng y trang hay che gi u thông tin, văn b n d ệ ngoài cu c không th xác đ nh đ ượ th ớ ườ d ng bí m t ho c công khai. ạ ặ H m t mã hóa bí m t: hay còn g i là h mã đ i x ng là h mã mà trong đó vi c gi ố ứ ệ ệ ệ ậ ọ ả i ụ ộ ng đ ượ ậ ệ ậ mã và mã hóa dùng chung m t khóa bí m t. ộ ậ ọ ệ ậ ấ ố ứ ệ ộ ể ả i H m t mã hóa công khai: hay còn g i là h mã b t đ i x ng, h mã trong đó vi c gi ệ ệ khóa này không th tìm ra khóa kia m t cách c g i là khóa công ng đ c gi bí m t g i là khóa bí m t hay khóa ừ c thông báo công khai và đ ượ ậ ọ ữ ượ ọ ậ ườ ể ả ư mã và mã hóa s d ng hai khóa khác nhau, t ử ụ d dàng. Khóa dùng đ mã hóa th ượ ể ễ mã đ khai (public key), còn khóa dùng đ gi riêng t (private key). 1.2 Các lo i đi u ch và gi ề ế ề
ạ Đi u ch và gi ế ề i đi u ch s ả i đi u ch s là các ph ế ố ế ố ươ ệ ố ậ ể ổ ỹ ả ể ạ c truy n trên các kênh có băng thông h n ẹ ệ ề c xem là tín hi u có d i băng t n r t h p so v i t n s sóng ầ ấ ẹ ớ ầ ố ế ệ ng pháp k thu t đ chuy n đ i tín hi u s ể ượ ả ế ố ơ ả ề
ề ề ề ầ i đi u ch ASK ề thành các tín hi u sóng mang băng h p, có th đ ch . Tín hi u băng h p đ ẹ ượ ệ mang c b n c a nó. Ta có các ki u đi u ch s c b n sau: ơ ả ủ ể • Đi u ch d ch biên ASK ế ị • Đi u ch d ch pha PSK ế ị • Đi u ch d ch t n FSK ế ị 1.2.1 Đi u ch và gi ế ề ế ề ẽ ị ế Trong đi u ch s d ch biên ASK, biên đ c a sóng mang hình sin t n s cao s b bi n ộ ủ ầ ố thiên theo m c lu n lý c a chu i tín hi u s . ệ ố
ả ế ố ị ủ ỗ ậ Bi u th c c a tín hi u ASK ệ Bi u th c t ng quát có d ng ề ứ ứ ủ ứ ổ ể ể ạ (1.1) Trong đó: Ao và là biên đ và t n s c a sóng mang ộ ỗ ố ặ ấ ầ ố ủ ứ ậ
D ng sóng theo th i gian c a tín hi u đi u ch s d ch biên nh phân ASK d(t) = ± 1 tùy theo m c lu n lý c a chu i s là cao hay ho c th p. ủ là đ d ch biên đ . ộ ủ ộ ị ờ ế ố ị ệ ề ạ ị
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
Hình 1.2 D ng sóng c a tín hi u đi u ch s ASK ế ố ủ ệ ề ạ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:3
ASK(t) theo bi u th c
̀ ́ ́ ̣
Ph c a tín hi u ASK ệ M t đ ph công su t c a ổ ổ ủ ậ ộ ấ ủ tín hi u Vệ ứ (1.1), v i :ớ ể
(1.2)
i t n s fo, m t đ ph công su t là V i Tớ b = là chu kỳ bit c a chu i s . ỗ ố ủ Khi cho tín hi u trên đi qua m ch l c thông d i t ọ ạ ệ ả ạ ầ ố ậ ộ ổ ấ (1.3)
o ng v i d(t) = +1 và m c 0 ng v i d(t) = -1. Lúc này d ng sóng v đ 2Aộ ứ biên đ “t ế ộ ắ
ổ ậ ấ ủ ề ế ệ ng các d i ph bên ch y u t p trung Hình 1.3 Ph m t đô công su t c a tín hi u đi u ch ASK nh phân ị ủ ế ậ ượ ậ ộ ổ ủ ả ổ ệ quanh vùng fo ±1/Tb. Do đó d i t n c a tín hi u ASK g n đúng là: ả ầ ủ Trong m t đ ph c a tín hi u ASK, năng l ệ ầ (1.4) ạ ả ề ể M ch đi u ch và gi ề Trong bi u th c ể i đi u ch ASK ki u k t h p ế ợ ủ ế ứ (1.1) c a tín hi u ASK, n u ế ΔA=Ao thì tín hi u ASK s có hai m c biên ệ ứ ứ ạ ớ ớ ẽ ASK(t) có d ngạ ế ệ ứ t – m ”, đó là ki u đi u ch OOK (On-Off key). ề ể ở
ệ Hình 1.4 Mô hình m ch đi u ch tín hi u OOK i đi u ch ASK ki u k t h p, t n s c a sóng mang tái t o t i máy thu ả ề ế ầ ố ủ ạ ế ợ ạ ạ Trong cách gi c đ ng b v i t n s t ể ế i n i phát. đ ề ộ ớ ầ ố ạ ơ ượ ồ
i đi u ch ASK k t h p ế ợ ề ả ạ ế ế 1.2.2 Đi u ch và gi ề ề ề ầ Hình 1.5 Mô hình m ch gi ế ả ế ố ị ể ượ ề ừ c dùng đ thay đ i d ch ị ổ ị ộ ị ứ ị ượ ọ ề ng th c truy n t ng bit nh phân m t, ta có ầ
s hai t n s sóng mang đ ọ ωH và ωL t ươ ứ ầ ố ượ ng ng v i chu i bit b(t) nh sau: ỗ ư ớ
H(t) và pL(t) t
i d ng: c vi i đi u ch FSK Trong đi u ch s d ch t n FSK, chu i d li u nh phân đ ỗ ư ệ chuy n t n s c a sóng mang hình sin. V i ph ể ầ ố ủ ươ ớ c g i là đi u ch d ch t n nh phân BFSK. hai t n s sóng mang, đ ế ị ầ ố Bi u th c c a BFSK ể ứ ủ Gi c ch n ả ử ω = ωH khi b(t) = logic 1 (ho c d(t) = +1). ặ ω = ωL khi b(t) = logic 0 (ho c d(t) = -1). ặ t d Bi u th c c a BFSK có th đ ể ượ ế ướ ạ ứ ủ ể (1.5) Trong đó: (1.6) Bi u th c v c vi t d ứ BFSK(t) có th đ ể ượ ể và i d ng khác nh sau: ế ướ ạ ư (1.7) ị ượ ả ả c cho trong b ng 1.1 ng ng v i các tr ng thái nh phân ạ ớ ươ ứ ị
Trong đó hàm pH(t) và pH(t) có giá tr đ B ng 1.1 Giá tr c a hàm p ị ủ d(t) +1 -1 pH(t) +1 0 pL(t) 0 +1
D ng sóng theo th i gian c a tín hi u đi u ch s d ch t n FSK ế ố ị ủ ệ ề ạ ầ ờ
Hình 1.6 D ng s c a tín hi u đi u ch FSK ố ủ ệ ề ế ạ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
ổ ủ ừ ể ệ ứ ủ ệ ượ ệ ổ ωH và ωL cho nên ph c a BFSK là t ng h p c a hai ph ASK Ph c a tín hi u BFSK T bi u th c c a tín hi u BFSK đ ổ ổ ủ c xem là t ng c a hai tín hi u ASK có sóng mang ợ ủ ủ ổ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:4
̀ ́ ́ ̣
BFSK(t) suy ra s đ kh i c a kh i đi u ch BFSK nh
ổ ủ T b r ng ph c a tín hi u ASK suy ra b r ng ph c a tín hi u BFSK là: ừ ề ộ ổ ủ ệ ệ Hình 1.7 Ph c a tín hi u BFSK ề ộ ệ ổ ủ (1.8) i đi u ch tín hi u BFSK: ề ề ế ệ M ch đi u ch và gi ế ả T bi u th c (1.7) c a tín hi u v ủ ứ ạ ừ ể ệ ố ủ ơ ồ ề ế ố ư sau
BFSK(t) có th đ ωH và ωL khác nhau, do đó, có th dùng ph ch .ế
ế Tín hi u Vệ Hình 1.8 S đ kh i đi u ch BFSK ố ệ ng pháp tách sóng nhân k t h p đ gi ề c xem nh t ng h p c a hai tín hi u ASK ở ợ ủ ể ượ ế ợ ể ơ ồ ư ổ ươ hai sóng mang ề i đi u ể ả
o là t n s và
ố ộ ả i đi u ch BFSK ki u k t h p ế ợ ế ề ể i đi u ch PSK 1.2.3 Đi u ch và gi ề Hình 1.9 S đ kh i b gi ơ ồ ề ế ế ề ầ ố ẽ ế ủ ủ ị ứ i ta th Trong đi u ch s d ch pha PSK, pha c a sóng mang hình sin t n s cao s bi n thiên ứ ươ ề ừ c nhau (d ch pha 180 ị ỗ ố ớ ng ch n hai tr ng thái pha ng ạ ả ế ố ị ặ ọ ng th c truy n t ng bit nh phân m t, ộ o) c a sóng mang sin ế ị ườ ớ ủ ề ể ề ọ theo m c logic 0 ho c 1 c a chu i s . V i ph ng ượ ườ ng ng v i 0 và 1, do đó có ki u đi u ch s BPSK, còn g i là đi u ch d ch pha hai t ế ố ươ ứ tr ng thái. ạ Bi u th c c a BPSK ứ ủ ể
S là:
BPSK(t) có th đ
(1.9) ồ ầ ố Ф là góc pha ban đ u c a sóng mang; d(t) là lu ng ầ ủ c d(t) = +1 n u bit nh phân có m c lu n lý 1 và d(t) = -1 ướ ứ ế ậ ị ề ị Trong đó A là biên đ ; wộ bit nh phân c n truy n, v i qui ầ ớ n u bit có m c lu n lý 0. ứ ế M i quan h gi a biên đ A c a sóng mang v i công su t phát c a sóng mang P ủ ủ ấ ố ộ ớ ậ ệ ữ (1.10) Do đó, bi u th c (1.9) tr thành: ứ ể ở (1.11)
BPSK(t)
Ph t n s c a BPSK T bi u th c (1.11) thì tín hi u v ứ ổ ầ ố ủ ừ ể ệ c xem là tích s c a tín hi u xung ố ủ ệ v i sóng mang . Do đó khi g i G(f) là hàm m t đ ph công su t c a ớ ậ ộ ấ ủ ọ ể ượ ổ (1.12) Thì hàm m t đ ph công su t c a v ấ ủ BPSK(t) là: ậ ộ ổ (1.13) Trong đó Tb là chu kỳ bit.
o.
ệ Hình 1.10 Ph t n s c a tín hi u v ổ ầ ố ủ ế ề ậ ả ộ ầ ố ổ ủ BPSK(t) tr i r ng v hai phía đ n vô t n chung quanh t n s sóng mang ±f , h n 90% công su t tín hi u t p trung trong búp ph chính do đó có th xem ệ ậ ể ổ
ot v iớ
ề ả Do ph c a v ự ế ơ ổ ủ ề ề ế ế ữ ạ ộ ự chu i s d(t) đ c tr ng cho tín hi u nh phân (d(t) = ±1). Trong th c t ấ b. d i t n ph c a BPSK là B = 2 f ả ầ i đi u ch BPSK M ch đi u ch và gi ạ ế M ch đi u ch BPSK d a trên nguyên t c m ch nhân gi a m t sóng mang Acosω ắ ạ ỗ ố ư ệ ặ ị
BPSK(t) v iớ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
ề ế Hình 1.11 M ch đi u ch BPSK ắ ự ữ ề ạ i đi u ch BPSK d a trên nguyên t c m ch nhân gi a tín hi u v M ch gi ạ ả ạ ot, có t n s và pha đ ng b v i sóng mang g c. sóng mang đ ượ ế c tái t o cos ω ạ ệ ố ầ ố ộ ớ ồ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:5
̀ ́ ́ ̣
Hình 1.12 M ch gi ạ ả i đi u ch BPSK ế ề 1.3 Kênh truyêǹ
ế ế ứ ộ ọ đi u ch . Các trình t đi u ch đ Đ c tính kênh đóng m t vai trò quan tr ng trong nghiên c u, l a ch n và thi ọ ế ượ ế ự c nghiên c u cho các kênh khác nhau đ bi c l a ch n ho c thi ọ t k các t ể ế ế t ặ ế ượ ự ủ ng ng v i đ c tính kênh đ t i u ch t l ặ trình t ự ề ch t l ấ ượ k t ế ươ ứ ự ề ng c a chúng trong các kênh này. Các trình t ấ ượ ứ đi u ch đ ự ề ng c a chúng. ủ ể ố ư ớ ặ
1.3.1 Kênh nhi u tr ng Gauss c ng (Additive White Gaussian Noise Channel-AWGN ộ ễ ắ
channel)
ế ộ Kênh AWGN là m t mô hình ph bi n đ phân tích các trình t ự ề ắ ẳ ễ ộ ủ ứ ạ ớ ề ấ i h n hay không gi ớ ạ ổ ế ộ ầ ố ứ ọ ầ ố ầ ố ủ ế ấ ộ ế đ u thu trong kênh truy n nhi u tr ng Gauss c ng : đi u ch . Trong mô hình ộ ể này, kênh không làm vi c gì ngoài c ng thêm m t nhi u Gauss tr ng vào tín hi u đi qua nó. ệ ệ Đi u này nh n m nh r ng đáp ng t n s biên đ c a kênh là ph ng (dù v i băng thông ằ i h n) và đáp ng t n s pha c a kênh là tuy n tính cho m i t n s gi ớ ạ sao cho các tín hi u đã đi u ch khi đi qua nó mà không m t biên đ và méo pha hay các ề ệ thành ph n t n s . Tín hi u ệ ở ầ ầ ầ ố ễ ề ắ ộ
(1.14) r(t) = s(t) + n(t)
ớ ễ ủ ắ ớ ộ ổ t c các t n s . Có m t quy ẫ c gi thi ằ ầ ố ậ ộ ủ ế ằ ướ ấ ả ộ V i n(t) là nhi u AWGN. Tính “tr ng” c a n(t) nh n m nh r ng có m t quá trình ng u nhiên tĩnh v i m t đ ph ấ ạ công su t ph ng (PSD) cho t t r ng PSD c a nó ấ ả ẳ b ngằ
(1.15)
ấ ữ ạ ằ Đi u này nh n m nh r ng m t quá trình tr ng có công su t h u h n. Đi u này dĩ nhiên ề ắ ấ ng quan t ng v m t toán h c. ng v i đ nh lí Wiener-Khinchine, hàm t ự ươ ớ ị ộ ọ Ứ ạ ề ặ ưở ề mang tính lí t c a nhi u AWGN là ủ ễ
(1.16)
ng quan cho t ự ươ ề ỉ ẫ i đâu chăng n a. Các m u cũng đ c l p do quá trình là quá trình Trong đó là hàm delta Dirac. Đi u này ch ra các m u nhi u là không t ữ ễ ộ ậ ỏ ớ ẫ
T i m i đi m th i gian, biên đ c a n(t) tuân theo hàm m t đ xác su t Gauss cho b i: ậ ộ ộ ủ ấ ờ ở ỗ dù hi u th i gian nh t ờ ệ Gauss. ạ ể
(1.17)
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
Trong đó đ ẫ ượ ẫ ể ể ộ ễ ể ớ ắ ng quan v i hàm tr c giao , thì nhi u trong đ u ra có đ c dùng đ bi u di n các giá tr c a quá trình ng u nhiên n(t) và là đ l ch ộ ệ ị ủ c a quá trình ng u nhiên. Có m t đi m thú v c n l u ý là v i quá trình AWGN do là công ủ ị ầ ư su t c a nhi u, là b t đ nh do tính “tr ng” c a nó. ủ ấ ủ ớ ộ ự ễ ầ ấ ị ễ Tuy nhiên, khi r(t) đ l ch h u h n. Trên th c t ệ ữ ạ c l y t ượ ấ ươ : ự ế
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:6
̀ ́ ́ ̣
(1.18)
Trong đó (1.19)
Và
(1.20)
Đ l ch c a n b ng: ủ ộ ệ ằ
(1.21)
Khi đó hàm m t đ xác su t (PDF) c a n có th vi ậ ộ ể ế ủ ấ t nh sau: ư
(1.22)
Nói m t cách khác, kênh AWGN không h t n t ộ ề ồ ạ ề ị ể ề ớ ự ế ể ấ ỉ ớ ạ ế ố ế ỉ ớ ấ ệ có th x p x v i kênh AWGN. Ch ng h n, các kênh vô ặ ấ ố ị ồ t. Các cáp đ ng ễ i nhi u nào khác ngoài nhi u ắ t t ờ ế ố ễ ố ị ỉ ồ ạ ấ i do không h có kênh truy n nào có th có băng thông là vô đ nh. Tuy nhiên, khi băng thông tín hi u là nh h n so v i băng ỏ ơ thông kênh, m t s kênh th c t ẳ ộ ố tuy n th ng tuy n LOS (line of sight), bao g m các k t n i sóng c c ng n m t đ t c đ nh ẳ ự ồ ế và các k t n i v tinh c đ nh, x p x v i các kênh AWGN khi th i ti ế ố ệ tr c băng r ng cũng x p x kênh AWGN do đó không t n t ộ ụ Gauss.
1.3.2 Kênh gi i h n băng thông ớ ạ
ệ ạ ọ ỏ ơ ụ ụ ệ ạ ễ ệ ề ậ ờ i bit () hay t l ệ ế ư ệ ả ẳ ệ l ỉ ệ ỗ ể i ISI. , các kĩ thu t cân b ng kênh đ c s d ng đ ch ng l ế Khi băng thông kênh nh h n băng thông tín hi u, kênh g i là có băng thông h n ch . S gi ố ẽ i h n băng thông ph c v gây nên nhi u liên kí hi u ISI (ch ng h n, các xung s s ễ ự ớ ạ m r ng th i gian truy n (chu kỳ kí hi u )) và gây nhi u lên kí hi u ti p theo, hay th m chí ế ở ộ i bit BER, nh nó v n là c kí hi u ti p theo n a. ISI gây tăng xác su t l ẫ ấ ỗ ả ữ đ c g i. Khi vi c tăng băng thông kênh truy n là đi u không th ho c không hi u qu ặ ề ượ ọ kinh t ượ ử ụ ề ể ố ệ ậ ế ằ ạ
1.3.3 Kênh pha đinh
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
ế ả ộ nhanh trong m t kho ng th i gian ng n hay kho ng lan truy n ng n. Pha đinh đ ng x y ra khi biên đ và pha c a tín hi u vô tuy n bi n đ i ổ ế ủ ượ ạ c t o Pha đinh là m t hi n t ộ ệ ượ ờ ả ệ ắ ộ ả ề ắ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:7
̀ ́ ́ ̣
ở ễ ữ ả ủ ờ ể ớ ườ ạ ề ộ ệ ổ ộ ườ ệ i máy thu ở ng, k t h p v i ớ ế ợ ầ ố i anten cho m t tín hi u t ng mà có th bi n đ i r t r ng v c biên đ và t n s . ể ế ng dài h n chu kì kí hi u, các tín hi u đa ng h p này, ta có các tín hi u đa ư ả ượ ệ ọ ổ ấ ộ ơ ườ ệ ợ nên b i nhi u gi a hai hay nhi u phiên b n c a tín hi u phát khi chúng t nh ng th i đi m khác nhau m t chút. Các sóng này, g i là các sóng đa đ ữ nhau t ề ả ộ N u các th i gian tr c a các tín hi u đa đ ệ ễ ủ ệ ế c xem nh tín hi u khác. Trong tr đ ệ ườ đ ườ ư ệ ộ ộ ng đ ờ ng đó ph i đ ng đ c l p. ộ ậ Trong các kênh thông tin di đ ng, nh kênh di đ ng m t đ t và kênh di đ ng v tinh, ở ễ ồ ừ ườ ữ ộ c t o nên b i nh ng ph n h i t ượ ạ ự ặ ấ ả ữ ế ị ả ề ầ ủ ả ộ ố ượ ườ ư ế ầ ộ ố ứ ị ng bao quanh, nh xe t ng. Tuy nhiên, n u các đ i t ệ ứ ộ ỏ ơ ố ộ ủ ể ở ố ộ ủ nhi u pha đinh và đa đ các công trình bao quanh ng đ i gi a máy phát và máy thu cho k t qu và các đ a hình. Thêm vào đó, s di chuy n t ể ươ là đi u ch t n s ng u nhiên trong tín hi u do m c d ch t n Doppler khác nhau trên m i ỗ ế ầ ố ệ ẫ i, cũng t o nên thành ph n đa đ ng. S di đ ng c a các đ i l ạ ự ườ ầ ng bao m t m c d ch t n Doppler trên thành ph n đa đ ố ượ ầ ứ ị quanh di chuy n ể ượ c t c đ nh h n t c đ c a di đ ng, thì hi u ng c a chúng có th đ b qua. ỏ ổ ữ ề ệ Pha đinh t o nên các bi n đ i nhanh v biên đ và nh ng đ l ch pha trong các tín hi u ậ ộ ệ ạ ế ễ ệ ạ ị i s suy hao ch t l ộ ạ ng t o nên nhi u liên kí hi u. D ch t n Doppler t o nên s trôi t n s sóng ầ ố ầ ề ng c a đi u ủ ẫ ớ ự ự ấ ượ ấ ả ề ệ
nh n. Đa đ ườ mang và tr i băng thông tín hi u. T t c đi u đó d n t ả ch .ế 1.4 Các lo i đa truy nh p ậ ạ
M c tiêu chính c a truy n thông d li u là kh năng chia s ngu n tài nguyên trên kênh ồ ủ ụ ề ể ả ộ ằ ể ờ ợ ẻ i cùng m t th i đi m. Tài nguyên dùng chung ở ở kho ng cách xa, ph t n ổ ầ ng cáp xo n bào, hay thông tin trên m t đ ả ộ ườ ắ ở ạ ế
Đ nhi u ng ữ ệ ề i dùng t thông tin chung cho nhi u ng ạ ườ đây có th là các tuy n truy n d n t c đ cao b ng s i quang ẫ ố ộ ề ế s d ng nh đ i v i h th ng đi n tho i t ệ ư ố ớ ệ ố ử ụ trong công s .ở ể ể ẻ ệ ề ả ộ ệ ả ể ị i s d ng riêng bi ườ ử ụ ứ ệ ừ ệ ậ ậ các ng c g i là ghép kênh trong các h th ng truy n thông i dùng có th chia s tài nguyên chung m t cách hi u qu và có qu n lý, ả ẻ ư ế ệ ự ạ c nh n d ng t có th đ ể ượ ệ ề ệ ố ượ ọ ẻ ề ậ Có ba hình th c đa truy nh p c b n là đa truy nh p phân chia theo t n s FDMA, đa ườ c n ph i có m t s d ng giao th c truy nh p đ đ nh nghĩa vi c th c hi n chia s nh th ộ ố ạ ầ nào và bi n pháp đ các thông đi p t ể phía thu. Quá trình chia s này đ ở b ng cáp và đa truy nh p trong truy n thông vô tuy n s . ế ố ằ ậ ậ ơ ả ầ ố ứ ờ ậ truy nh p theo th i gian TDMA, đa truy nh p theo mã CDMA. 1.4.1 Đa truy nh p phân chia theo t n s FDMA ậ ủ ộ ả ử ụ ọ ỗ ả ư ậ ẽ ệ ố ả ế ng lên, sau m t d i t n phân cách là N kênh k ti p dành cho liên ố ế ế ố ộ ặ ụ ồ ả ấ ẽ ượ ấ ẽ ả ỗ ả ấ ộ ố ộ ộ ọ ả ủ ng t ệ ữ ộ ẫ ố ế ế ự ử ụ ượ ớ ả ệ ố ỹ ẫ ươ ậ . ự ề Ư ể
ồ Nh
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
c đi m: ể ế ườ ợ ng h p tái c u hình. ố ấ ậ ượ ậ ầ ố ầ ượ c Trong h th ng thông tin s d ng k thu t FDMA toàn b d i thông c a băng t n đ ậ ỹ chia thành 2N d i con, m i d i con g i là m t kênh vô tuy n. Nh v y s có N kênh k ế ộ ti p dành cho liên l c h ộ ả ầ ạ ướ ế c c p phát m t c p kênh trong su t quá trình liên ng xu ng. M i thuê bao s đ l c h ạ ướ ỗ l c.V i ki u truy nh p này các kênh s phát đi liên t c đ ng th i m t s sóng mang. Do ờ ậ ể ớ ạ v y nh t thi ế t ph i cung c p các kho ng b o v gi a m i d i mà m t sóng mang chi m, ả ậ đ tính đ n s không hoàn h o c a các b t o dao đ ng và các b l c. K thu t FDMA có ể ộ ạ kh năng s d ng đ c v i c h th ng truy n d n s và truy n d n t ề ả u đi m : • Đ n gi n ả ơ • Không c n đ ng b gi a bên thu và bên phát. ộ ữ ầ ượ • Thi u linh ho t trong tr ạ • T n th t dung l ng khi s các truy nh p tăng lên. ấ • C n ph i đi u khi n công su t phát c a các tr m. ể ả ổ ầ ủ ề ấ ạ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:8
̀ ́ ́ ̣
1.4.2 Đa truy nh p phân chia theo th i gian TDMA ờ ậ ệ ố ế ượ ế ở ộ ờ ề ệ ượ ạ ở ỗ c h n ch ệ ử ụ ờ ễ ủ ừ ữ ả Trong h th ng TDMA m i kênh vô tuy n đ ng c a tín hi u đ c gi c bi n đ i thành tín hi u s , sau đó đ ủ ượ ạ ượ c chia thành các khe th i gian. Năng m t trong các khe th i gian. Nhi u c a các kênh k i h n b i vi c s d ng kho ng th i gian gi a các kênh. T ng cu c đàm ớ ạ ổ ế ộ ờ ộ ng các khe th i gian trong m t kênh vô tuy n có th thay đ i tuỳ thu c vào cách ờ c gán cho m t trong các khe th i gian này. ượ ế ể ờ ổ ộ ệ ố ộ t k h th ng. Có ít nh t là hai khe th i gian cho m t kênh, và th ườ ề ờ ng thì nhi u h n. ơ ầ ơ l ượ nhau đ tho i đ S l ố ượ thi ộ ế ế ệ ố ấ ng khách hàng nhi u h n vài l n so Đi u đó có nghĩa là TDMA có kh năng ph c v s l ề ụ ụ ố ượ ề v i k thu t FDMA v i cùng m t d i thông nh v y. ư ậ ớ ỹ ả ộ ả ớ u đi m: ậ Ư ể • Không có các s n ph m xuyên đi u ch do t ẩ ề ế ả ạ ạ i m t th i đi m ch khuy ch đ i ể ế ộ ờ ỉ ấ ộ ệ ấ ớ ố ấ ầ ề ả ng truy nh p là r t l n. ậ ạ ủ ấ ề ưở ng do phát và thu trên cùng m t t n s . ộ ầ ố ế ự ơ ả ậ Nh
ộ c c a tr m đ phát v i hi u su t cao. ả ơ ệ ử c đi m: ể ầ ầ ể ệ ấ ớ m t sóng mang duy nh t. • Hi u su t truy n cao dù s l ố ượ • Không c n ph i kh ng ch công su t phát c a các tr m. ế • Đ n gi n hoá vi c đi u h ệ • Vi c x lý tín hi u s d n đ n s đ n gi n hoá trong v n hành. ệ ố ẫ ượ • C n ph i đ ng b hoá. ả ồ • C n ph i m r ng kích th ở ộ ả • Giá thành đ t do trang thi ắ ạ ướ ủ t b ph c t p. ế ị ứ ạ 1.4.3 Đa truy nh p phân chia theo mã CDMA ậ Đa truy nh p phân chia theo mã CDMA ho t đ ng theo nguyên lý tr i ph . Nó không tìm ạ ộ ậ ả i, gi ờ ố ỗ ả i t c các ti m năng đ ng th i cho m i thuê bao, kh ng ch m c công ổ c l ượ ạ ế ứ ồ ọ ừ ỗ ầ ố ề m c t ở ứ ố ố ệ ạ ộ ỷ ố ư ạ ế ệ ầ ỗ ộ s tín hi u/t p âm theo m c ứ ộ ớ i ề ạ ố ỗ ộ ư ở ể ễ ổ ị ạ ấ ờ ư ế ả cách phân b các ti m năng t n s và th i gian r i r c cho m i thuê bao. Ng ề ờ ạ pháp này cung c p t ấ ấ ả ờ i thi u đ đ duy trì m t t su t phát t m i thuê bao ấ ể ủ ể ng yêu c u. M i thuê bao s d ng m t tín hi u băng r ng nh t p âm chi m toàn ch t l ử ụ ấ ượ b d i t n phân b . Theo cách nh v y m i thuê bao tham gia vào t p âm n n tác đ ng t ư ậ ộ ả ầ ạ ph m vi ít nh t có th . Can nhi u b xung này làm h n t c các thuê bao khác, nh ng t ạ ấ ả ng, nh ng vì phân b ti m năng th i gian và d i thông không b h n ch cho ch dung l ố ề ế ng cũng l n h n đáng k so v i các h th ng TDMA và FDMA nên dung l ể ệ ố ớ ơ ớ ế ề ể ế ượ ượ ệ ố ờ ế ượ ụ ệ ồ Trong h th ng thông tin CDMA nhi u thuê bao có th chi m cùng kênh vô tuy n đ ng t do m i thuê ỗ ữ ng u nhiên riêng không trùng v i b t kỳ m t thuê bao nào khác. c phân bi ộ ộ ọ ả ớ ấ ẫ th i ti n hành các cu c g i (phát liên t c). Nh ng thuê bao này đ bao dùng m t dãy mã gi ộ u đi m: Ư ể ng cao h n đáng đ , ơ ể ượ t, ả ễ ố
ả ả ả ng cao ữ ạ ố Nh
ộ • Dung l • Kh năng ch ng nhi u t ố • B o m t cao, ậ • Gi m pha đinh đ ng truy n, ườ ề • B o đ m truy n d n ch t l ề ấ ượ ẫ ả • Cho phép chuy n vùng m m gi a các tr m g c. ề ể c đi m: ể ượ • Ph c t p ứ ạ • Khó đ ng b ồ ỹ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
1.5 K thu t DS_CDMA ậ 1.5.1 T ng quan v h th ng CDMA: ề ệ ố ổ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:9
̀ ́ ́ ̣
Lý thuy t v CDMA đã đ c xây d ng t ế ề ượ ự ượ c áp d ng trong ụ nh ng năm 1960. Cùng v i s phát tri n c a công ngh bán d n và lý nh ng năm 1950 và đ ừ ữ ớ ự ự ừ ữ ệ thông tin quân s t thuy t thông tin trong nh ng năm 1980, CDMA đã d n d n đ c th ươ ầ ữ ử ụ ỹ ể ủ ượ ầ ự ệ ậ ượ ệ ứ ễ ệ ế ạ ộ ẫ ng m i hoá. ạ ế H th ng CDMA s d ng k thu t tr i ph nh m th c hi n cho các h th ng thông tin ậ ả ổ ệ ố ệ ố ằ ề c th c hi n b ng cách đi u có kh năng ch ng phá sóng cao. Tr i ph là m t k thu t đ ổ ằ ự ộ ỹ ả ả ố c đi u ch nh m t o ra m t d ng sóng s là nhi u đ i ch l n th hai m t tín hi u đã đ ố ộ ạ ẽ ằ ề ượ ế ầ v i b t kỳ m t tín hi u nào khác ho t đ ng trong cùng băng t n. ầ ạ ộ ớ ấ ệ ộ Tính ch t c a k thu t tr i ph ổ ấ ủ ỹ ậ ả ệ ớ ầ ề ế ể ề t đ truy n ớ ệ ng đ c th c hi n nh tín hi u tr i ph c(t), th • Vi c tr i ph đ c g i là tín ổ ả ả ệ ườ ượ ọ • Băng thông tín hi u phát l n h n nhi u so v i băng thông c n thi ơ thông tin ch a trong tín hi u đó. ứ ổ ượ ệ ớ ữ ệ • ệ ầ ượ ậ ồ ề ệ ự ỷ ằ ượ ớ ượ ồ ộ ớ ệ ệ
• Chu i tr c ti p (DS - Direct Sequence). • Nh y t n s (FH - Frequency Hopping). • Nh y th i gian (TH - Time Hopping). i h n c a đ tài nên nhóm th c hi n đ tài ch trình bày h th ng DS_CDMA. ề ệ ố ự ệ ỉ ệ ự ờ hi u mã (code). Tín hi u này đ c l p v i d li u truy n đi. ệ ộ ậ ệ ổ c th c hi n nh k thu t d n ph đ u thu, vi c thu l i tín hi u ban đ u đ ờ ỹ ạ Ở ầ ệ ng quan c a (despreading) khôi ph c d li u nguyên thu b ng cách xét s t ủ ự ươ ụ ữ ệ tín hi u thu đ c đ ng b v i tín hi u mã dùng c v i tín hi u gi ng h t và đ ệ ố ệ đ tr i ph . ổ ể ả Có 3 k thu t tr i ph : ậ ả ổ ỹ ỗ ự ế ả ầ ố ờ ả ớ ạ ủ ề ệ ố
Do gi 1.5.2 H th ng DS_CDMA 1.5.2.1 Nguyên lý:
M t tín hi u tr i ph chu i tr c ti p là m t tín hi u mà biên đ c a tín hi u đã đ ệ ệ ổ c đi u ch l c ượ ố ộ i m t l n n a b ng m t chu i nh phân NRZ có t c đ ộ ộ ầ ữ ằ ỗ ự ế ế ạ ệ ả c đó đ ế ướ ộ ủ ị ượ ề ộ ỗ
ộ đi u ch tr ề r t cao. ấ Gi ả ử s tín hi u g c là: ệ ố (1.23) thì tín hi u tr i ph DS là: ả ệ ổ
c nên ph c a tín
s(f) s gi m theo m t t
b/fc.
b và băng thông tín hi u tr i ph là 2f ệ ủ ỷ ố c/fb. Vì công su t phát c a hai tín hi u v(t) và s(t) b ng nhau s f hi u đ c tr i ra theo t ủ ả s là f nên m t đ ph công su t G ấ ổ
v i g(t) là chu i nh phân gi ỗ ớ ố ộ ị ố ộ ể ằ ẫ ả ỗ ữ ệ ọ ủ ủ ố ộ ủ ố ộ ố ộ ố ộ ọ (1.24) ng u nhiên PN có các giá tr 1 và 0. T c đ bit c a g(t) là ị fc >> fb (t c đ bit c a chu i d li u). Hay có th nói r ng g(t) phân chia các bit c a d(t) thành các chip nên t c đ g(t) g i là t c đ chip (chip rate) còn t c đ d(t) g i là t c đ bit (bit rate). Băng thông c a tín hi u v(t) là 2f ổ ủ ệ ả ổ ệ ượ ệ ằ ấ ộ ỷ ố ẽ ả ậ ộ
Hình 1.13 D ng sóng c a d(t), g(t) và d(t)g(t) ủ ạ Quá trình tr i ph , thu và phát ả ổ Hình 1.14 S đ thu-phát tr i ph c a DS ơ ồ ổ ủ ả ng c a nhi u nhi ễ ưở
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
h th ng trên, d ng sóng d li u d(t) là m t chu i bit NRZ có giá tr +1 và -1 ủ ạ 1.5.2.2 nh h Ả Ở ệ ố ộ ở ố t c ỗ ị ng u nhiên cũng có giá tr +1 và -1 t c đ f ủ ạ ị ở ố ộ c. Trên ầ ớ ễ ậ i máy thu s b tr i ph b i g(t) tr c nhân hai l n v i g(t) và vì g(t)g(t) = 1 c. Nhi u n(t) xâm nh p vào kênh và c khi đ n b tích phân. Đi u đó có nghĩa là c sau t ệ ữ ệ đ fộ b trong khi d ng sóng c a chu i gi ỗ ẫ ả ng truy n, tín hi u đ u vào c a h th ng đ đ ượ ủ ệ ố ầ ệ ề ườ ng gì đ n tín hi u nh n đ nên s không có nh h ậ ượ ệ ế ưở ẽ t ộ ế ướ ạ ả ẽ ị ả ổ ở ứ ề
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:10
̀ ́ ́ ̣
ộ ả ự ả ự ộ ầ ượ ậ ộ ưở ế ổ m t kho ng ng u nhiên, c c c a sóng nhi u s b đ o ng ự ủ không nh h Do v y c tín hi u và các đ c tính c a nhi u không b nh h c m t l n. S đ o c c này ẫ ng đ n m t đ ph công su t hay hàm m t đ xác su t c a nhi u Gauss. ng b i k thu t tr i ph . ổ ệ ễ ẽ ị ả ấ ễ ấ ủ ở ỹ ễ ậ ả ậ ộ ặ ưở ị ả ủ ả ậ ả xác su t l i đ i v i h th ng là: ấ ỗ ố ớ ệ ố (1.25) Trong đó Eb: năng l ng bit ổ η/2: m t đ ph công su t c a nhi u ễ ấ ủ
Trong h th ng CDMA, gi ượ ậ ộ 1.5.2.3 Nhi u băng r ng ộ ễ ệ ố ượ ỗ ỗ ả ử t, nh ng mã này không t c phân chia m t chu i mã gi ộ ng quan v i nhau. Các user truy n d li u ẫ ệ ủ ẽ ờ t c các thông tin truy n đi c a k user: ng u nhiên riêng bi cùng t n s sóng mang f ầ ố sóng gi ng nhau bao g m t ồ ố ả s có K user và m i user đ ề ữ ệ ở ươ ữ ớ c và cùng th i gian. T i m i máy thu c a các user s nh n các d ng ạ ậ ạ ủ ấ ả ỗ ề
i là pha ng u nhiên đ c l p v i pha c a các user khác.
(1.26) ố ộ ả ề ẫ máy thu mu n nh n đ ố ộ c và thông tin truy n đi có t c đ ủ K user thì c n ph i có K b t ậ ượ ừ ộ ươ ầ ả ố ệ ủ ậ ng quan. ầ ng u nhiên g1(t) và thành ph n ẫ ả ng u nhiên có t c đ f ẫ ớ ộ ậ c K thông tin t Gi ầ ạ sóng mang . Khi đó, ngõ ra c a b tích phân là: Trong đó gi(t) và di(t) là mã gi fb c a user i; θ ủ N u ế ở s c n nh n tín hi u c a user 1 thì c n t o ra mã gi ả ử ầ ủ ộ
ng u nhiên riêng bi t và có th vi i g t l ả ẫ ệ (1.27) ể ế ạ 1(t)gi(t)≡g1i(t). Tích g1(t)gi(t) là m t chu i gi ng t cos(θ T ỗ ộ i - θ1) ≡ cosθ1i: ự ươ (1.28) M t đ ph công su t t ng c ng c a K -1 nhi u đ c l p là: ộ ậ ộ ộ ậ ấ ổ ủ ễ ổ (1.29) V i Pj = (K -1) Ps, xác su t l i bit là: ấ ỗ ớ (1.30) i th p thì đ l i x lý ph i đ ấ ệ ể ả ấ ỗ ả ượ c hi u ch nh sao cho: ỉ Đ đ m b o xác su t l ả
ứ ệ ứ ứ ấ ộ ợ ử fc/fb >> (k - 1)/2 ầ ầ ự ế ứ Trong công th c (1.26) c a tín hi u ngõ vào tài đ u đ u thu, các tín hi u đ ủ ệ ượ i đ u thu nh ng trong th c t ấ ư ạ ầ ẽ ế ề (1.31) c truy n đi ề , các m c công su t này không ấ ả ấ ằ ầ ề ơ ệ ệ ỗ ấ ủ ấ ề ầ ệ ấ ố ẽ ủ ệ ố ử ụ ả có cùng m c công su t Ps t ph i là b ng nhau. Khi truy n đ n user s có các m c công su t cao và th p vì các kho ng ả cách xa-g n khác nhau. Khi công su t c a tín hi u không mong mu n l n h n nhi u công ố ớ i. Đó là v n đ g n-xa (near-far problem) su t c a tín hi u mong mu n thì s xu t hi n l ấ ủ gi i h n kh năng s d ng c a h th ng DS. ớ ạ 1.5.2.4 Đ ng bồ
ộ Đ ng b tín hi u tr i ph đ u thu c n yêu c u ba lo i đ ng b : ầ ầ ộ ộ ồ ả ổ ở ầ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
c ti n hành qua hai giai đo n: ệ ạ ồ • Đ ng b sóng mang và pha (khôi ph c sóng mang). ộ ụ • Đ ng b bit (khôi ph c đ nh th i bit). ụ ị ộ ờ • Đ ng b chu i gi ng u nhiên. ẫ ả ộ ế ỗ ộ ượ ạ ồ ồ ồ ồ Quá trình đ ng b đ ồ ồ • Đ ng b thô (coarse synchronization). • Tinh ch nh đ ng b (fine synchronization). ộ ồ ộ ủ ế ế ỗ ủ ậ ồ ạ ớ ẫ c (stepped serial search). K thu t này có th ệ máy thu. K thu t đ ng b ỹ ở ể ậ ỹ ộ ỉ • Đ ng b thô t c các pha c a tín hi u đ n khi pha c a chu i tín Đ ng b thô là quá trình tìm ki m t ấ ả ộ ồ ng u nhiên t o ra hi u nh n đ ộ c có cùng pha v i chu i gi ậ ượ ả ỗ ệ thô th ng s d ng là tìm n i ti p t ng b ườ ướ ố ế ừ th c hi n nh sau: ệ ự ử ụ ư
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:11
̀ ́ ́ ̣
Hình 1.15 M ch đ ng b thô DS ạ ộ ồ Tín hi u thu có d ng: ệ ạ (1.32) ổ ắ ệ ở ị t n s fc cho ra các xung clock đi u khi n b t o chu i gi ỗ ộ ẫ ộ ạ ng u nhiên ỗ ở ẫ ả ộ ổ ứ ệ ủ ứ ấ ấ ư ồ ệ ạ ạ ệ ộ ủ ớ ủ ệ ẽ ạ ơ ẽ ể ỗ ộ ạ ồ ị ắ ộ ị
m c cao. Công t c S chuy n sang v ắ ủ ộ ứ ể ị ng u nhiên. ộ v trí 1 có đi n áp c đ nh cho phép c ng AND. B dao đ ng Đ u tiên, công t c S ố ị ầ ả ng u nhiên. Gi ho t đ ng ả ể ề ở ầ ố ạ ộ máy phát không đ ng b nên tín hi u ệ máy thu và s r ng b t o chu i gi ồ ở ộ ạ ử ằ vào BPF có ph tr i r ng. Tín hi u này s có m t đ ph công su t nh . Do đó m c công ỏ ậ ộ ẽ ổ ả ộ ngõ ra c a BPF và c a m ch tách sóng bao hình là m c th p . Sau đó tín hi u ngõ ra su t ủ ấ ở b tách sóng bao hình cho qua m ch tích phân. N u tín hi u ch a đ ng b thì ngõ ra c a ủ ế ộ ng c a m ch so sánh. Khi công t c S s m ch tích phân s không đ l n h n đi n áp ng ắ ưỡ ạ ng u nhiên. chuy n sang v trí 2 thì c ng AND không ho t đ ng và d ng b t o chu i gi ừ ẫ ả ạ ộ ổ c xác l p c l p l Sau đó công t c S chuy n sang v trí 1 quá trình đ ậ i.. Đ ng b thô đ ượ ặ ạ ượ ể khi tích g(t)g(t - iTc) = g2(t) = 1, lúc này ngõ ra c a m ch tách sóng hình bao và c a m ch ạ ạ ủ ủ tích phân có m c cao nên ngõ ra c a b so sánh cũng ở ứ trí 1 hay 2 không làm d ng ho t đ ng c a b t o chu i gi ả ỗ ủ ộ ạ ạ ộ ừ ẫ ộ • Đ ng b tinh Tín hi u sau khi đ ồ ệ ộ ử ụ ẽ ư ạ ồ ộ ỉ c đ ng b thô s đ a vào m ch tinh ch nh đ ng b , s d ng DLL ượ ồ (Delay Locked Loop) nh sau: ư
b và t n s trung tâm f
Tín hi u ngõ vào DLL liên quan đ n t c đ chu i gi ạ ế ố ỉ ỗ ng u nhiên Hình 1.16 M ch tinh ch nh đ ng b DS ộ ẽ ạ ư ẫ ả ở ồ ng u nhiên g(t) và chu i d li u ỗ ữ ệ ả ượ c máy thu s t o ra chu i gi ng nh chu i thu đ ỗ ỗ ỗ ớ ộ ẫ ố ẽ ạ ỗ ộ ứ ả ễ ờ c/2: g(t + τ - Tc/2) và g(t + τ + Tc/2). ệ d(t). B t o chu i gi ộ ạ nh ng s l ch m t kho ng th i gian, t c là g(t + τ) và sau đó s t o ra hai chu i s m và tr ư ẽ ệ ng T m t l ộ ượ
ố ỏ ơ ệ ủ ớ (1.33) (1.34) 0. ỉ ủ c/2) đi qua. Do đó ngõ ra c a m ch l c là: Các tín hi u này cho qua các b BPF gi ng nhau có BW = 2f ộ Băng thông c a BPF nh h n nhi u so v i băng thông c a chu i gi ả ỗ ề giá tr trung bình c a g(t) g(t + τ ± T ạ ủ ầ ố ng u nhiên nên ch cho ẫ ọ ủ ị
c/2) là hàm t
(1.35) (1.36) ng quan c a g(t): Giá tr trung bình c a tích g(t)g(t + τ ± T ủ ị t ự ươ ủ (1.37) M ch tách sóng bao hình s lo i d li u d(t) nên tín hi u ngõ ra là: ẽ ạ ữ ệ ệ ạ (1.38) Và (1.39) Ngõ vào c a VCO là: ủ (1.40)
ệ ở ươ ế N u τ > 0 thì đi n áp d ng t ệ ự ế ươ Hình 1.17 Ngõ vào VCO ng xu t hi n ấ , n u τ < 0 thì đi n áp âm xu t hi n ệ ệ ở ấ ngõ vào VCO làm tăng t n s c a VCO và làm ầ ố ủ ầ ố ủ ngõ vào VCO làm gi m t n s c a ả ả
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
gi m τ. T VCO và làm tăng τ. 1.5.3 Chu i gi ng u nhiên ỗ ả ẫ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:12
̀ ́ ́ ̣
Trong h th ng CDMA, đ th c hi n tr i ph thì ng ổ ả ả ẫ ng u ỗ c nghĩa là giá tr ổ ị ộ ộ ể ể i các th i đi m ờ ườ ể ị ủ ươ i ta dùng các chu i gi ệ ệ ố c đ ướ ượ ự ẫ ỗ i m t th i đi m không ph thu c vào các giá tr c a chu i t ỗ ạ ố ằ ễ ầ ớ ớ ả ờ ổ ủ ơ ườ ẫ ỗ ộ ộ ng u nhiên là các chu i nh phân có chu kỳ bit l n h n nhi u so v i chù kỳ bit c a d ề ẫ ỗ t thì ng ỏ ộ ả ẫ c l p l ẽ ượ ặ ạ ớ ơ ớ c g i chu kỳ bit c a chu i gi ả ướ ọ ủ ệ ẫ ng pháp th ng kê. Tuy nhiên m t ộ i c máy phát và ạ ạ ả ng u nhiên. Các chu i này không ph i ả ỗ i sau m t chu kỳ nào đó. Chu i ỗ ủ ữ ng u nhiên là chip. ị i ta quy ườ ủ ỗ ộ ệ ố ả ể ự nhiên. Chu i ng u nhiên là chu i có s thay đ i không th đoán tr ỗ c a nó t ụ ủ ạ c. S thay đ i c a nó ch có th bi u di n b ng ph tr ể ể ỉ ướ ự chu i ng u nhiên đ n gi n nh trên cũng c n đòi h i b nh l n vô h n t ư ẫ ỗ i ta ph i s d ng các chu i gi máy thu. Do đó, ng ỗ ả ử ụ là m t chu i ng u nhiên hoàn toàn t c là nó s đ ứ gi ả li u nên đ phân bi ể ệ Các chu i gi ẫ ả ỗ ng u nhiên ph i có các tính ch t sau đây: nhau. Chu i gi ỗ ng u nhiên c a các user khác nhau trong m t h th ng CDMA là ph i khác ả ả ẫ • Tính cân b ng: t n su t xu t hi n c a s bit 0 và bit 1 trong chu i là ½ (nghĩa là ấ ệ ủ ố ỗ ấ ằ ấ ạ ầ ệ ủ ỗ ườ ấ s l n xu t hi n c a bit 0 và bit 1 chênh l ch t ố ố ầ ộ i đa là 1). ỗ ị ệ • Tính Run: m i đ ộ ượ ị ị ấ ị ộ ẫ ỗ ớ ng ch y có chi u dài n b ng 1/2n t ng s các đ ng ch y m i. M t chu i gi ườ ườ ề ạ ổ ỗ ề
ệ ng ch y (run length) c a m t chu i nh phân đ c đ nh nghĩa ủ là m t chu i con ch ch a giá tr 0 hay 1. N u xu t hi n m t s nh phân khác thì ế ỉ ứ ộ ố ỗ ng u nhiên ph i có tính Run nghĩa s b t đ u đ ả ẽ ắ ầ ườ ả ạ là t ng s các đ ng ch y. Ví ạ ố ằ ố ổ d nh chu i 000100110101111 có 4 Run 0 (0,0,00,000) và 4 Run 1 (1,1,11,1111) ụ ư (t ng c ng 8 Run, trong đó có 4 Run có chi u dài 1, 2 Run có chi u dài 2, 1 Run ổ có chi u dài 3 và 1 Run có chi u dài 4) tho mãn tính Run. ề ớ ế ẫ ộ ỗ ị ng u nhiên v i chính nó d ch đi m t ộ i đa ộ ề ươ ấ ệ ố ố • Tính t s bit b t kỳ nào đó thì đ chênh l ch gi a s bit gi ng nhau và khác nhau t ố là 1 (hàm t ề ả ng quan: n u so sánh m t chu i gi ả ữ ố ộ ng quan b ng -1). ằ t ự ươ
ng quan c a m t chu i ng u nhiên d(t) v i đ r ng bit Tb đ nh nghĩa nh ớ ộ ộ ẫ ộ ỗ ị ư • S t t ự ự ươ t Hàm t ự ươ ng quan: ủ sau: (1.41) N u d(t) = ±1 thì Rd(τ) có d ng nh sau: ư ế ạ
c v i n N v i T
t ự ươ ng quan c a chu i ng u nhiên d(t) ỗ ẫ G i g(t) là chu i gi ng u nhiên có hàm t ủ ng quan là: ọ ỗ Hình 1.18 Hàm t ẫ ả t ự ươ (1.42) Ta xét v i τ = nT ớ ớ c là đ r ng chip: ộ ộ ớ (1.43) đây, g(t + kTc) là m t chu i gi ng u nhiên và có giá tr trung bình là 1/L. Chu i g(t) Ở ỗ ả ẫ ỗ ị có chu kỳ LTc nên hàm t ng quan cũng có chu kỳ LTc. ộ t ự ươ
ng t ng u nhiên g(t) t ự ươ ươ ng quan c a chu i gi ủ ỗ ả ẫ
Hình 1.19 Hàm t ấ ủ ỗ ả ớ ỗ ỗ ng u nhiên đ c l p v i nhau n u nhân v i nhau s cho m t chu i ộ gi ả ẫ Các tính ch t c a chu i: • Hai chu i gi ẫ ớ ộ ậ ỗ ộ ặ ọ ộ ậ ẽ ớ ế ng u nhiên m i đ c l p v i hai chu i gi ng u nhiên đã cho. ả ớ • Trong m t chu kỳ LTc, s bit 1 luôn luôn nhi u h n s bit 0 là 1. ố ề • N u đ t m t c a s có đ dài N bit tr t d c theo su t m t chu kỳ LTc, m i giá ượ ọ ộ ộ ử ổ ừ ẽ ẫ ơ ố ố ộ ộ ầ ỉ ộ ầ ộ ố ế ị ủ ể ệ ấ ị
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
tr có th có c a m t s nh phân N bit s xu t hi n m t l n và ch m t l n tr giá tr 00…0 (N bit). ị • M t đ ph công su t: ấ ậ ộ ổ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:13
̀ ́ ́ ̣
c. Ngoài ra GPN(f) cũng có m t xung t
2/L2 → GPN(0) = (V2/L2)δ(f). PN(f) là:
Do RPN(τ) có chu kỳ LTc nên GPN(f) s bao g m các xung t ẽ ạ ồ ị i f = 0, đó là giá tr DC c a chu i PN. Do s ộ ị ủ ỗ ủ ỗ ị
ộ ố ủ ầ i các v trí là b i s c a t n ố s 1/LT ỗ ị ạ ố bit 1 l n h n s bit 0 là 1 nên giá tr DC c a chu i là V/L trong đó chu i g(t) có giá tr ±V ơ ố ớ và công su t là V ấ ậ ộ M t đ ph công su t G ổ ấ (1.44)
n- 1 và đ
ng u nhiên ấ ủ ỗ ả ẫ ậ ộ ề ị Hình 1.20 M t đ ph công su t c a chu i gi ổ 1.5.3.1 Chu i nh phân có chi u dài c c đ i ự ạ Chu i nh phân có chi u dài c c đ i, g i t ọ ắ ỗ ị ề ỗ ỗ ể ượ ạ thanh ghi d ch n tr ng thái. Chu i m có chu kỳ là 2 ạ ị ự ạ ỗ t là chu i m (m sequence) có th đ ộ ượ ạ c t o ra ứ c t o ra b ng m t đa th c ằ t ừ h(x): (1.45) h(x) = h0xn+ h1xn-1+ … + hn-1x1+ hnx0 Trong đó h0 = hn = 1 và các giá tr c a hi (i ≠ 0,n) là 0 hay 1 theo quan h nh sau: ệ ư ị ủ (1.46) h0aj h1aj-1 h2aj-2 … hnaj-n = 0 ờ ị
(1.47) aj = h1aj-1 h2aj-2 … hnaj-n
(1.48) Trong đó a là các thành ph n nh trong thanh ghi d ch ầ T hừ 0 = 1: Nh v y: ư ậ Quá trình t o chu i có th đ aj + n = h1aj+n-1 h2aj+n-2 … hnaj nh sau: c mô t ể ượ ả ư ạ ỗ
i = 0 thì không có đ
n- 1 trong đó n là b c c a ậ ủ
n-1.
Hình 1.21 B t o chu i ghi d ch tuy n tính ỗ ị ng liên k t. Trong đó n u hế ế i = 1 thì có đ ng liên k t và n u h ế ộ ạ ườ ế ườ ế ỗ Các tính ch t c a chu i m ấ ủ Chu kỳ c a chu i nh phân a t o ra t ỗ ừ ủ ạ ố ị i đa là 2 h(x). N u a có chi u dài c c đ i thì h(x) là đa th c nguyên thu . ỷ ạ đa th c h(x) t ứ ứ ự ấ
n- 1 chu i khác 0 t o ra t
1a, …, TN-1a (v i Tớ ka là chu i a đ ố
n-1= ½(L + 1). Trong đó w(a) là tr ng s c a chu i a (weight
ế ỗ • Tính ch t 1: Chu kỳ chu i là 2 ỗ • Tính ch t 2: Có đúng L = 2 h(x) và chúng chính là các ỗ ừ ầ ạ c d ch vòng sang trái k l n). ượ ị ỗ • Tính ch t 3: N u l y hai s nguyên khác nhau n và p v i 0 ≤ n, p ≤ N thì t n t ế ấ ớ i ồ ạ na Tpa = Tka. Tính ch t này g i ọ ấ duy nh t m t s nguyên k khác n và p sao cho: T là tính d ch và c ng (shift and add) c a chu i m. ộ ố ộ ủ ỗ ề Chu i m có các tính ch t sau: ấ ấ chu i a, T ỗ ấ ấ ị • Tính ch t 4: w(a) = 2 ấ ố ủ ọ ỗ ỗ ố ng quan tu n hoàn c a chu i m có hai giá tr ( two- ủ ầ ỗ ị of the sequence), t c là s bit 1 trong chu i. ứ • Tính ch t 5: Hàm t t ự ươ ấ c cho b i r valued) và đ ở a(k) = ượ ấ ấ i = a2i (∀i ∈Z) g i là chu i m đ c tính ọ ỗ i duy nh t trong N chu i đ c t o ra b i đa ỗ ặ ỗ ượ ạ ấ ở • Tính ch t 6: Chu i a có tính ch t a ỗ (characteristic) và chu i này t n t ồ ạ th c h(x). ứ • Tính ch t 7: G i q là m t s nguyên d ọ ấ ươ ừ ạ ỗ ẫ ứ ng và xét chu i u t o ra t ỗ c ký hi u là a[q]. Gi ỗ i = aqi và đ a b ng cách ằ c g i là chu i chia nh theo q ỏ ỗ s r ng a[q] khác ả ử ằ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
1.5.3.2 Chu i gold ỗ ộ ố l y m u m i bit th q c a chu i a thì chu i u đ ượ ọ ủ ấ c a a (decimation), t c là u ệ ượ ứ ủ không, khi đó a[q] có chu kỳ L/gcd(L,q). ỗ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
Đô an tôt nghiêp
Trang:14
̀ ́ ́ ̣
n- 1 đ
hai đa th c nguyên thu h(x) ừ ứ ỷ và g(x) hai chu i này g i là c p chu i m mong mu n khi th a mãn đi u ki n: ề ệ ặ ỗ ỗ ượ ạ ố ỗ c t o ra t ỏ
• • •
1b, …, a TL-1b} g i là t p chu i ỗ ậ t c L + 2 Gold cho c p chu i m mong mu n. ng v i hai chu i m mong mu n a và b, có t ấ ả chu i Gold. Đa th c t o ra h chu i Gold này là f(x) = g(x)h(x). B t kỳ hai chu i nào trong ỗ t p chu i Gold này đ u có hàm t ậ H chu i Gold có đ c tính t
n -
Khi đó m t t p h p các chu i G(a ,b)={a ,b ,a b, a T Xét hai chu i m là a và b có chu kỳ L = 2 ọ n mod 4 ≠ 0. b = a[q] trong đó q = 2m - 1 hay q = 22m - 2m + 1. gcd(n,m) = ợ ọ ặ ỗ ớ ố ấ ỗ ọ ộ ậ ỗ ứ ạ ề ỗ ng quan chéo có 3 giá tr là: ng quan t t h n h chu i m và cũng có chu kỳ là L = 2 ỗ ố Ứ ỗ ươ ươ ố ơ ị ỗ ặ ọ ọ ỗ
n- 1 trong đó n là m tộ ậ
ỗ Xét a là m t chu i m đ ộ ượ ạ ứ ở n/2+ 1] có chu kỳ là 2n/2- 1. Ta đ nh nghĩa t p: c t o ra b i đa th c h(x) có chu kỳ L = 2 ị
ng quan c a các chu i trong t p Ks(a) có giá tr là ươ ứ ằ ậ ỗ ị t c 1 + L c g i là t p chu i Kasami. T p Ks(a) có t 1. 1.5.3.3 Chu i kasami ỗ s ch n. Ta xét chu i b = a[s(n)] = a[2 ố ẵ ỗ Kasami đã ch ng minh r ng hàm t ượ ọ Ks(a) = {a, a b, a T1b, …, a ⊕ b} ủ ỗ ậ ậ ấ ả ậ
64. Các mã Walsh đ
Ch
ng 1: Tông quan hê thông thông tin trai phô
ươ
ỗ Mã tr c giao Walsh đ -1, -s(n) hay s(n) - 2. T p này đ chu i.ỗ 1.5.3.4 Chu i Walsh ự ượ ự ơ ở ậ W ng xu ng và đi u ch tr c giao cho đ ậ c đánh d u t ề ế ự ườ ậ ạ ể ả i ta s d ng các ma tr n khác nhau đ t o ra các mã Walsh W ườ 63 đ ng lên. ể ử ụ ườ ậ ố ể ạ ng lên, N t c xây d ng trên c s ma tr n Hadamard. Ma tr n th ng s ử ấ ừ 0 đ n Wế c s ượ ử ượ ườ N. Trong đó , đ nh n ậ n ỉ ố ng ng v i ch s ma tr n, n là ch s ậ ỉ ố ng xu ng và đ ố ươ ứ ườ ườ ớ d ng trong h th ng CDMA là H ệ ố ụ d ng đ tr i ph , nh n d ng kênh đ ổ ụ Ng d ng các kênh cho đ ạ c a mã. ủ
̉ ̣ ́ ̉ ̉
