Luận văn: đề tài " Mã trải phổ trong CDMA"

Chia sẻ: Nguyen Duc Hieu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với sự phát triển của các nghành khoa học trong xã hội, nghành công nghệ truyền thông đã và đang chứng tỏ vai trò không thể thiếu được trong sự phát triển chung của xã hội. Sự ra đời của các hệ thống truyền tin đã ghóp phần thúc đẩy sự tăng trưởng về kinh tế, rút ngắn khoảng cách ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: đề tài " Mã trải phổ trong CDMA"

LUẬN VĂN ĐỀ TÀI " Mã trải phổ trong CDMA" http://www.ebook.edu.vn 1
Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của các nghành khoa học trong xã hội, nghành công nghệ truyền thông đã và đang chứng tỏ vai trò không thể thiếu được trong sự phát triển chung của xã hội. Sự ra đời của các hệ thống truyền tin đã ghóp phần thúc đẩy sự tăng trưởng về kinh tế, rút ngắn khoảng cách địa lý mở ra kỷ nguyên mới đối với xã hội loài người. Ngày nay nhu cầu trao đổi thông tin bằng điện thoại đã trở lên rất phổ biến và nó đã trở thành vật bất ly thân của hầu hết mọi người. Đi kèm với sự ra đời của điện thoại di động là sự phát triển của các kỹ thuật điều chế với sự ra đời của TDMA trong các hệ thống GSM và gần đây là sự xuất hiện của công nghệ CDMA với những ưu điểm vượt trội đã ghóp phần nâng cao chất lượng cũng như đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng. Trong công nghệ CDMA thì phần cốt lõi và quan trọng nhất là kỹ thuật tạo mã trải phổ. Trên cơ sở đó, để tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc tạo mã trải phổ trong CDMA tôi lựa chọn đề tài “ mã trải phổ trong CDMA ”. Mặc dù đây là một công nghệ mới nhưng cũng đã và đang được ứng dụng rộng rãi nên việc nắm vững công nghệ này là rất cần thiết đối với sinh viên Điện tử viễn thông nói riêng và những ai quan tâm đến lĩnh vực này nói chung. Với khuôn khổ phạm vi nghiên cứu của đề tài, bản thuyết minh này được chia thành bốn chương với nội dung chủ yếu của mỗi chương như sau: Chương 1. Các hệ thống trải phổ trong CDMA Nội dung của chương này là đi sâu phân tích các hệ thống trải phổ điển hình gồm : hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, hệ thống trải phổ nhảy tần, hệ thống trải phổ nhảy thời gian và một số các hệ thống lai ghép khác. Mục đích của chương này nhằm http://www.ebook.edu.vn 2
làm sáng tỏ đặc điểm của các hệ thống trải phổ để có thể hiểu rõ được vai trò của mã giả ngẫu nhiên đối với từng hệ thống. Chương 2. Cơ sở toán học của mã trải phổ Chương này bao gồm một hệ thống các khái niệm toán học, các hàm toán học bổ trợ cho quá trình tìm hiểu về các đặc điểm của mã giả ngẫu nhiên. Mối tương quan của các chuỗi mã được thể hiện bằng các biểu thức toán học là nền tảng để xác định chính xác các chuỗi mã. Chương 3.Mã trải phổ Nội dung của chương này trình bày quá trình tạo ra chuỗi mã giả ngẫu nhiên, các thuộc tính, tính chất của chuỗi mã. Bên cạnh đó trình bày một số chuỗi mã đặc biệt đã và đang được sử dụng trong các hệ thống trải phổ. Chương 4 Kết luận và hướng phát triển đề tài http://www.ebook.edu.vn 3
Chương 1 Các hệ thống trải phổ trong cdma 1.1 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp 1.1.1 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 DS 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 http://www.ebook.edu.vn 4
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 : c(t) ci PTc (t  iT )c (1.1) trong đó PT là xung chữ nhật đơn vị được cho bởi phương trình : c 1 0 t Tc  P Tc = (1.2) 0  t 0, t T  c 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). Một chu kỳ 1 t c(t) -1 N= 15; {c,i=0, ...,14}={1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1} Hình 1.1Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15 http://www.ebook.edu.vn 5
1.1.2 Hệ thống DSSS – BPSK a. Máy phát DSSS - BPSK Sơ đồ khối của máy phát DSSS sử dụng BPSK được cho ở hình 1.2. bộ điều chế (bpsk) Bản tin cơ số hai d(t) Tín hiệu DSSS-BPSK 2E b d(t)c(t) cos(2 fc t  ) Tín hiệu PN tb cơ số hai c(t) 2E b cos( 2 f c t  ) tb Hình1.2 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 k (t) d k (i) PTb (t  iTb ) ) (1.3) i  Trong đó d k (i) = ± 1 là bít số liệu thứ i và T b là độ rộng của một bít số liệu (tốc độ số liệu là 1/T b bít/s). Tín hiệu d k (t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau. Tín hiệu nhận được d(t)c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, kết quả cho ta tín hiệu DSSS - BPSK xác định theo công thức sau: 2E b s(t) d(t)c(t) cos(2 fc t  ) ( 1.4 ) Tb Trong đó E b là năng lượng trên một bít của sóng mang, T b là độ rộng một bít, f c tần số mang và Ө 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 http://www.ebook.edu.vn 6
toàn bộ thuyết minh , nếu như không có định nghĩa khác. Trong trường hợp hình 1.3 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 hình1.3. 1 t d(t) 0 Tb 2Tb 3Tb -1 Một chu kỳ 1 t c(t) 0 -1 Tc NTc 2NTc (Giả thiết là N=7; Tb=NTc) 1 t d(t)c(t) 0 -1 Tc NTc 2NTc s(t) 1 0 t -1 Tc NTc 2NTc (Hình vẽ này cho sóng mang có = - /2 và fc=1/Tc) Hình 1.3 Giản đồ của máy phát DSSS – BPSK b. Máy thu DSSS - BPSK Sơ đồ khối của máy thu DSSS - BPSK được cho ở hình 1.4. Khôi phục đhkh ĐHKH: Đồng hồ 2 cos(2 fc t  ' ) ký hiệu Tb SM: Sóng mang 2E br Khôi s(t  ) d(t  )c(t  ) phục Tb ti sm x cos(2 f c t  ' ) ti Tb w(t) (.)d(t)Zi 1 hoặc -1 t c=(t- ) Đồng bộ Bộ tạo tín hiệu PN nội bộ giải điều chế bpsk tín hiệu PN http://www.ebook.edu.vn 7
Hình 1.4 Sơ đồ máy thu DSSS - BPSK Mục đích của máy thu này là lấy ra bản tin d k (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 ụ nên tín hiệu thu là : r(t) = s(t  )  n(t) = 2E b (1.5) d(t  )c(t  ) cos(2 fc(t  )  ')  n(t ) Tb Trong đó Ebr là năng lượng trung bình của sóng mang trên một bít, n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu. s(t- ) 1 0 t -1 NTc NTc NTc t0 t1 t2 t3 c(t- ) 1 0 t -1 t0 w(t) t -a Hình 1.5 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-ụ) được tạo ra ở máy thu, ta được: 2E b w(t) d(t  )c 2 (t  ) cos(2 fct  ' ) Tb (1.6) 2E b d(t  ) cos(2 fc t  ' ) Tb http://www.ebook.edu.vn 8
Vì c(t) bằng ± 1, trong đó Ө’= Ө -2ðfcụ. Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần theo Niquist là 1/T b . Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha Ө’ (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 i  Tb zi w(t) 2 cos(2 fct  ' )d(t) ti Tb t i  Tb 2E b ( d(t  ) cos 2 c t  ' )d(t) Tb (2 f ti ti Tb E br d (t  ) 1  cos 2 (2 fc t  2 ') d (t ) = ti (1.7) Ebr d (t  ) Ebr Trong đó ti = iTb + ụ là thời điểm đầu của bít thứ i. Vì d(t- ụ ) 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 = Ebr hay- Ebr . Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với ngưỡng 0, ta được đầu ra cơ số hai 1 hay -1. ngoài thành phần tín hiệu ± Ebr , đầu của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây ra lỗi. Lưu ý rằng ở hình 1.5 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 http://www.ebook.edu.vn 9
mã” bản tin. Điều này thể hiện rõ ở phương trình (1.4), 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: ụ , ti, Ө , fc. Thông thường máy thu biết được tần số mang f c , 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 ụ , t i và Ө ’ từ tín hiệu thu được. Quá trình nhận được ụ được gọi là quá trình đồng bộ, thường được thực hiện ở hai bước: bắt và bám. Quá trình nhận được t i được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ(định thời) ký hiệu (Symbol Timing Recovery). Còn quá trình nhận được Ө’(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 ụ . Hình 1.5 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 cos ( 2 f t  c ' ' '  ) thay cho cos ( 2 c f t ) cho bộ giải điều chế và sử dụng c(t- ụ ) làm tín ' hiệu PN nội, nghĩa là sóng mang có sai pha ó và tín hiệu PN có sai pha ụ - . khi này Zi sẽ là: ti Tb 2Ebr ' ' zi = d (t  )c(t  )c(t  ) cos ( 2 f tc  ) Tb ti 2 ' x cos ( 2 fc t  )dt Tb http://www.ebook.edu.vn 10
t i  Tb E br cos( c(t  )c(t  ' )d(t) ) Tb ti (1.8) E br cos( )R c (  ' ) Trong đó dòng thứ hai được rút ra tự lập luận là tích phân của thành phần tần số nhân đôi bằng 0. Vì thế | zi | cực đại khi ó = 0 và ụ - = ' 0. Nếu |ụ –ụ’| > Tc hay | ó | = ð /2, thì zi= 0 và máy thu vô dụng . Khi |ụ –ụ’ | < Tc và | ó | < ð/2, thì | zi | 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 |ụ-ụ’| và | ó | nhỏ. 1.1.3 Hệ thống DSSS – QPSK Trên hình 1.6 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 1.6 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. http://www.ebook.edu.vn 11
d(t)c1(t) s1(t) Bộ ĐC (BPSK) c1(t)  Asin(2 fct  ) Bộ tạo PN 1 Dịch /2 d(t) Tín hiệu DSSS- QPSK Bộ tạo PN 2 Acos(2 fc t  ) s(t) = s (t) + S (t) 1 2 c2(t) 2Acos(2 fc t   (t)) Bộ ĐC s2(t) A E b / Tb d(t)c2(t) (BPSK) 1 t d(t) 0 -1 T 2T 1 t c1(t) 0 -1 1 t c2(t) -1 1 t d(t)c1(t) 0 -1 1 t d(t) c2(t) 0 -1 a s 1 (t) t 0 -A a s 2 (t) t 0 -A 2a t s(t) 0  2A 7          7        7   http://www.ebook.edu.vn 12
Hình 1.6 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 c 1 (t) và c 2 (t) ở cả hai nhánh. Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng: S (t ) S1 (t )  S 2 (t ) Eb Eb - d( t )c1 ( t ) sin( 2 fc t  ) d(t )c 2 (t ) sin( 2 fc t  ) Tb Tb (1.9) 2E b - cos( 2 fc t   (t )) Tb Trong đó: (t)d (t) (t) tan -1 c1 c 2 (t)d (t) 4 , nếu c 1 (t)d (t ) 1, c 2 (t)d (t) 1 3 , nếu c 1 (t )d (t) 1, c 2 (t)d (t) -1 (1.10) 4 5  1, c 2 (t)d (t) 4 , nếu c 1 (t )d (t ) -1 7 , nếu c 1 (t )d (t) - 1, c 2 (t)d (t) 1 4 Vậy tín hiệu s(t) có thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau :Ө + ð/4,Ө+ 3ð/4, Ө + 5ð/4, Ө + 7ð/4. Hình 1.7 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 c 1 (t) và c 2 (t) : w (t) u (t) 1 1 s(t- ) u(t) t i  Tb bộ uớc tính Z (.)d (t) + ti - 1 hoặc -1 c2(t- ) bsin(2 fct+ ‘) 2 b Tb w (t) 2 http://www.ebu1(tk.edu.vn oo ) 12
Hình 1.7 Sơ đồ khối của máy thu DSSS – QPSK Giả thiết rằng trễ là ụ , tín hiệu vào sẽ là (nếu bỏ qua tạp âm) : E br s(t - ) d(t  )c 1 (t  ) sin( 2 fc t  ') - Tb (1.11) E br  d(t  )c 2 (t  ) cos(2 fc t  ') Tb ' Trong đó E br là năng lượng bít thu, = - 2ðc f t . Các tín hiệu trước bộ cộng là : 2Ebr 2Ebr u1 (t ) d (t  ) sin 2 ( 2 f ct  ' ) - d (t  ) c1 (t  ) Tb Tb ' ' xc2 (t  ) sin ( 2 f ct  ) cos ( 2 f ct  ) 2Ebr 1 ' 2Ebr = d (t  ) [ 1  cos ( 4 f tc  2 ) ]ư - d (t  ) c1 (t  ) Tb 2 Tb 1 ' xc2 (t  ) sin ( 4 fct  2 ) (1.12) 2 2Ebr ' ' u 2 (t) - d (t  ) c1 (t  ) c 2 (t  ) sin( 2 fct  ) cos( 2 f ct  ) Tb 2Ebr  d (t  ) cos 2 ( 2 f ct  ' ) Tb 2Ebr 1 ' = - d (t  ) c1 (t  ) c 2 (t  ) sin( 4 fct  2 ) Tb 2 2Ebr 1 '  d (t  ) [1  cos ( 4 f tc  2 )] Tb 2 http://www.ebook.edu.vn 13
Lấy tích phân cho tổng của hai tín hiệu trên lưu ý tất cả các thành phần tần số 2fc có giá trị trung bình bằng không, ta được : Tb zi (t)  u 2 (t) dt 2E br d(t - ) 2E br (1.13) u1 0 Vì thế đầu ra của bộ quyết định ngưỡng ta được +1 khi bít bản tin là +1 , -1 nếu bít bản tin là -1. Hai tín hiệu PN c1(t) và c2(t) có thể là hai tín hiệu PN độc lập với nhau hay chúng cũng có thể lấy từ cùng một tín hiệu PN, chẳng hạn c(t). Để làm thí dụ cho trường hợp hai ta lấy tín hiệu c1(t) và c2(t) bằng cách tách tín hiệu c(t) thành hai tín hiệu : c1(t) sử dụng các chíp lẻ của c(t) và c2(t) sử dụng các chíp chẵn của c(t), trong đó độ rộng chíp của c1(t) và c2(t) gấp đôi độ rộng của chíp c(t) như được cho ở hình 1.8. Để làm một thí dụ khác ta giả thiết c1(t) = c(t) và c2(t) bị trễ. Giả sử Tc là thời gian chíp của c1(t) và c2(t). Độ rộng băng của các tín hiệu được điều chế s1(t) và s2(t) của hai nhánh sẽ như nhau và bằng 1/Tc. Lưu ý rằng s1(t) và s2(t) là trực giao và cũng chiếm cùng độ rộng băng tần. Vì thế độ rộng băng tần của s(t) cũng giống như độ rộng băng tần của các tín hiệu s1(t) và s2(t) và bằng 1/Tc. Đối với tốc độ số liệu 1/Tb độ lợi xử lý bằng Gp = Tb/Tc. 1 t c(t) -1 1 t c 1(t) -1 t 1 c 2(t) -1 Hình 1.8 Thí dụ c1(t) và c2(t) nhận được từ cùng một c(t) http://www.ebook.edu.vn 14
Các hệ thống DSSS có thể được sử dụng ở các cấu hình khác nhau. Hệ thống ở hình 1.6 và 1 .7 được sử dụng để phát một tín hiệu có tốc độ bít 1/Tb bít/s. Gp là độ rộng băng tần của tín hiệu DSSS – QPSK phụ thuộc vào các tốc độ chíp của c1(t) và c2(t). Ta cũng có thể sử dụng một hệ thống DSSS – QPSK để phát hai tín hiệu số 1/Tb bít/s bằng cách để mỗi tín hiệu điều chế một nhánh. Một dạng khác ta có thể sử dụng một hệ thống DSSS – QPSK để phát một tín hiệu số có tốc độ bít gấp đôi: 2/Tb bít/s bằng cách chia tín hiệu số thành hai tín hiệu có tốc độ bít 1/Tb bít/s và để chúng điều chế một trong hai nhánh. Tồn tại các nhân tố đặc trưng cho hiệu quả hoạt động của DSSS – QPSK như : độ rộng băng tần được sử dụng, Gp tổng và tỷ số tín hiệu trên tạp âm(SNR: Signal to Noise Ratio) thường được xác định bằng xác suất lỗi bít. Khi so sánh DSSS – QPSK với DSSS – BPSK ta cần giữ một số trong các thông số trên như trong cả hai hệ thống và so sánh các thông số còn lại. Chẳng hạn một tín hiệu số có thể được phát đi ở hệ thống DSSS – QPSK chỉ sử dụng một nửa độ rộng băng tần so với độ rộng băng tần mà hệ thống DSSS – BPSK đòi hỏi khi có cùng Gp và SNR. Tuy nhiên nếu cùng một số liệu được phát đi bởi một hệ thống DSSS – QPSK có ưu việt về SNR dẫn đến xác suất lỗi thấp hơn. Mặt khác một hệ thống DSSS – QPSK có thể phát gấp hai lần số liệu so với hệ thống DSSS – BPSK khi sử dụng cùng độ rộng băng tần và có cùng Gp và SNR. Ưu điểm của các hệ thống DSSS – QPSK so với các hệ thống DSSS – BPSK được đề cập ở trên đạt được là nhờ tính trực giao của các sóng mang sin( 2 f c t  ) và cos( 2 f c t  ) ở các nhánh đồng pha và vuông góc. Nhược điểm của hệ thống DSSS – QPSK là phức tạp hơn hệ thống DSSS – BPSK. Ngoài ra nếu các sóng mang được sử dụng để giải điều chế ở máy thu không http://www.ebook.edu.vn 15
thực sự trực giao thì sẽ sảy ra xuyên âm giữa hai nhánh và sẽ gây thêm sự giảm chất lượng của hệ thống. 1.2 Các hệ thống trải phổ nhảy tần 1.2.1 Giới thiệu về hệ thống trải phổ nhảy tần Hệ thống trải phổ nhảy tần FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). Được định nghĩa là nhảy hay chuyển đổi tần số sóng mang ở một tập hợp các tần số theo mẫu được xác định bởi chuỗi giả tạp âm PN. Trong các hệ thống thông tin kiểu trải phổ nhảy tần FH, mã trải phổ giả tạp âm không trực tiếp điều chế sóng mang đã được điều chế, nhưng nó được sử dụng để điều khiển bộ tổng hợp tần số. Tại mỗi thời điểm nhảy tần bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra 1 đoạn k chip mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số, dưới sự điều khiển của đoạn k chip mã này bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang và làm việc tại tần số tương ứng thuộc tập 2k tần số. Mỗi đoạn gồm k chip mã được gọi là một từ tần số, bởi vậy sẽ có 2 k từ tần số. Do các từ tần số suất hiện ngẫu nhiên nên tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra nhận 1 giá trị thuộc tập 2 k tần số cũng mang tính ngẫu nhiên. Phổ của tín hiệu nhảy tần có bề rộng như của sóng mang đã được điều chế chỉ khác là nó bị dịch tần đi 1 khoảng bằng tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra và nhỏ hơn rất nhiều so với độ rộng băng trải phổ WSS. Tuy nhiên tính trung bình trên nhiều bước nhảy thì phổ của tín hiệu nhảy tần lại chiếm toàn bộ bề rộng băng trải phổ WSS này. Tốc dộ nhảy tần có thể nhanh hoặc chậm hơn so với tốc độ số liệu . Do đó ta có hai loại nhảy tần, đó là hệ thống nhảy tần nhanh và hệ thống nhảy tần chậm. http://www.ebook.edu.vn 16
a. Máy phát FHSS Hình vẽ dưới đây trình bầy sơ đồ khối cho máy phát FHSS : Bộ tạo chuỗi PN Bộ tổng hợp tần số b(t) Bộ điều bộ nhân BPF chế FSK x(t) tần =1 băng rộng s(t) Hình 1.9 Sơ đồ khối cho máy phát FHSS Tín hiệu dữ liệu b(t) đưa vào được điều chế FSK thành tín hiệu x(t). Trong khoảng thời gian mỗi bit x(t) có một trong hai tần số f’ và f’ + f, tương ứng với bit 0 và bit 1 của dữ liệu. Tín hiệu này được trộn với tín hiệu y(t) từ bộ tổng hợp tần số. Cứ mỗi Th giây tần số y(t) lại được thay đổi theo các giá trị của j bit nhận được từ bộ tạo chuỗi PN. Do đó 2 tổ hợp j bit nên ta có thể có 2j các tần số khác nhau được tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số. Bộ trộn tạo ra tần số của tổng và hiệu, một trong hai tần số này được lọc ra ở bộ lọc băng thông (BPF). Ta có thể viết tín hiệu ở đầu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhảy l như sau: y(t) 2 A cos[ 2 ( f g  il f )t  ] , đối với T h (l  1) Th (1.14) t Trong đó il {0, 2, …, 2(2j – 1) là số nguyên chẵn, f g là một tần số không đổi và là pha. Giá trị của i l được xác định bởi j bít nhận được từ bộ tạo chuỗi tạp âm. Giả thiết rằng bộ lọc BPF lấy ra tần số tổng ở đầu ra của bộ trộn. Khi này ta có thể viết tín hiệu ở đầu ra bộ lọc BPF trong bước nhảy như sau: y(t) 2 A cos( 2 ( f 0  il f  bl f )t  l ), đối với l (l  1)Th (1.15) t http://www.ebook.edu.vn 17
Trong đó b l {0, 1} là giá trị của số liệu ở l t (l  1)Th và f0 f  fg. Ta thấy rằng tần số phát sẽ bằng f 0 il khi bl 0 và bằng f 0  il f  f khi f bl 1 .Vì thế các tần số có thể được phát sẽ là [ f0 , f0  f , f 0  2 f , f 0  ( j  1) f ] . Trong đó J 2j 1 , để có thể có tần số nhảy là J . Đặc biệt pha l có thể thay đổi từ bước nhảy này tới bước nhảy khác vì bộ tổng hợp tần số rất khó duy trì nó không đổi. Bộ nhân tần ở hình trên là tuỳ chọn. Mục đích của nó là trải rộng thêm băng tần của FH/SS. Độ rộng băng tần được sử dụng để tạo ra tín hiệu điều tần (FM) băng rộng từ tín hiệu điều tần băng hẹp. Hệ số của bộ nhân tần có mục đích làm tăng tần số và pha của tín hiệu đầu vào lần. Vì thế khi có mặt bộ nhân tần tín hiệu FHSS trở thành: s , (t) A cos [2 ( f 0  il f  bl f )t  l ] , đối với Th t (l  1) Th (1.16) Với một bộ nhân tần thừa số , khoảng cách giữa hai tần số lân cận trở thành f và các tần số nhảy tần nhận được là: [ f 0 , ( f  f ) ,…, { f  ( J  1) f ] . Độ rộng băng tần : Tần số của FH không thay đổi trong một đoạn nhảy. Trong toàn bộ khoảng thời gian, tín hiệu phát nhảy ở tất cả J tần số, vì thế nó chiếm độ rộng băng tần là: BFFH (Hz) (1.17) j f Để tính toán độ lợi xử lý ta đã biết rằng độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền số liệu bằng 1 Tb , nên G p là tỷ số giữa độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền tín hiệu trải phổ với độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền tín hiệu băng gốc như sau: p 1 Tb G = K J f = http://www.ebook.edu.vn 18
JTb (2.18) Th http://www.ebook.edu.vn 19