NGHIÊN C U THI T K M T KÊNH Ứ Ế Ế Ộ
TRUY N D N DÙNG K THU T TR I PH Ề Ẫ Ỹ Ậ Ả Ổ
DS-SS
M C L CỤ Ụ
1. Nguyên lí tr i ph trong DS-SSả ổ
1.1 Khái ni mệ
1.2 Nguyên lí tr i phả ổ
1.3 u nh c c a k thu t tr i phƯ ượ ủ ỹ ậ ả ổ
1.4 Các h th ng thông tin dùng k ệ ố ỹ
thu t ậ
tr i phả ổ
2. Cách thi t k mã giã ng u nhiên(PN)ế ế ẫ
2.1 Gi i thi u ớ ệ
2.2 Các lo i mã tr i phạ ả ổ
2.3 Cách thi t k mã gi ng u nhiênế ế ả ẫ
3. S đ kh i c a m t kênh truy n vô tuy n ng ơ ồ ố ủ ộ ề ế ứ
d ng k thu t tr i phụ ỹ ậ ả ổ
3.1 S đ kh i c a h th ng tr i phơ ồ ố ủ ệ ố ả ổ
3.2 Nguyên lí ho t đng ạ ộ
3.3 D ng ph t n c a c a các kh iạ ổ ầ ủ ủ ố
4. Xây d ng s đ nguyên lí cho t ng kh iự ơ ồ ừ ố
PH N 1 Ầ
NGUYÊN LÍ TR I PHẢ Ổ
1.1 Khái ni m:ệ
Tr i ph là quá trình bi n đi m t tín hi u có băng thông h p thành m t tín hi uả ổ ế ổ ộ ệ ẹ ộ ệ
có băng thông r ng h n nhi u l n làm m t đ ph công su t c a tín hi u s gi m đi ộ ơ ề ầ ậ ộ ổ ấ ủ ệ ẽ ả
đáng kể
Các k thu t tr i ph gi i quy t đc r t nhi u v n đ thông tin nh kh năng ỹ ậ ả ổ ả ế ượ ấ ề ấ ề ư ả
can nhi u,ghép kênh phân chia mã cho các ng d ng đa truy c p chia mã,…Kh năng ễ ứ ụ ậ ả
nâng cao ch t l ng nh vi c s d ng k thu t tr i ph đc đc tr ng b ng đ l iấ ượ ờ ệ ử ụ ỹ ậ ả ổ ượ ặ ư ằ ộ ợ
x lí c a h th ng tr i ph .Đ l i x lí là đ khác bi t v ch t l ng c a h th ng ử ủ ệ ố ả ổ ộ ợ ử ộ ệ ề ấ ượ ủ ệ ố
dùng tr i ph so v i h th ng không dùng tr i ph trong khi các đi u ki n khác la ả ổ ớ ệ ố ả ổ ề ệ
gi ng nhau. Đ l i x lí đc x p x b ng t l băng thông tr i v i t c đ thông ố ộ ợ ử ượ ấ ỉ ằ ỉ ệ ả ớ ố ộ
tin(thông th ng là khá l n).ườ ớ
1.2 Nguyên lí tr i ph :ả ổ
Quá trình tr i ph đc th c hi n b ng cách nhân tin hi u b n tin(mesage)ả ổ ượ ự ệ ằ ệ ả
có t c đ bit R v i m t tìn hi u tr i ph gi t p âm PN có t c đ chip Rc>>R.Sau đó ố ộ ớ ộ ệ ả ổ ả ạ ố ộ
tín hi u thu đc l i đc đi u ch m t l n n a đ t o nên ph t n r t giông nh ệ ượ ạ ượ ề ế ộ ầ ữ ể ạ ổ ầ ấ ư
d ng nhi u n n không gây nh h ng đáng k đn tìn hi u khác.ạ ễ ề ả ưở ể ế ệ
Tín hi u PN đóng vai trò nh m t “mã” đc bi t tr c c máy phát l n máy ệ ư ộ ượ ế ướ ả ở ẫ
thu ch đnh.Vì máy thu ch đnh bi t tr c đc mã nên có th gi i tr i ph tín hi u ủ ị ủ ị ế ướ ượ ể ả ả ổ ệ
SS đ nh n đc b n tin.M t khác m t máy thu không ch đnh không bi t đc mã,vìể ậ ượ ả ặ ộ ỉ ị ế ượ
th các đi u ki n bình th ng nó không th gi i mã b n tin.ế ở ề ệ ườ ể ả ả
1.3 u nh c đi m c a k thu t tr i phƯ ượ ể ủ ỹ ậ ả ổ
u đi m:Ư ể
M t đ ph công su t th p.ậ ộ ổ ấ ấ
Kh năng chông nhi u cao,ch ng l i các nhi u c tình ho c vô ả ễ ố ạ ễ ố ặ
tình.
Có kh năng lo i tr hay gi m nh c a truy n sóng nhi u tia.ả ạ ừ ả ẹ ủ ề ề
Có kh năng dùng chung băng t n v i ng i s d ng khác nh ả ầ ớ ườ ử ụ ờ
đc tr ng tìn hi u gi ng t p âm c a nó.ặ ư ệ ố ạ ủ
Tinh b o m t r t cao do s d ng mã gi ng u nhiên PN,m i ả ậ ấ ử ụ ả ẫ ỗ
ng i s d ng đc mã hóa m t mã khác nhau.Đi u này làm cho ườ ử ụ ượ ở ộ ề
vi c phát hi n thuê bao khác là vi c vô cùng khó khăn và h u nh khôngệ ệ ệ ầ ư
th .ể
Nh c đi m:ượ ể
Đng b mã PN r t khó do nh h ng c a môi tr ng truy n.ồ ộ ấ ả ưở ủ ườ ề
Vi c mã hóa và gi i mã r t ph c t p,t c đ cao,đòi h i đ chính xác ệ ả ấ ứ ạ ố ộ ỏ ộ
r t cao.ấ
1.4 Các h thông thông tin tr i ph :ệ ả ổ
các h th ng thông tin di đng thông th ng,đ r ng băng t n là v n đ quanỞ ệ ố ộ ườ ộ ộ ầ ấ ề
tâm chính và các h th ng này đc thi t k đ s d ng càng ít đ r ng băng ệ ố ượ ế ế ể ử ụ ộ ộ
t n càng t t. các h th ng đi u ch biên đ song biên,đ r ng băng t n càng ầ ố Ở ệ ố ề ế ộ ộ ộ ầ
thi t đ phát m t ngu n tín hi u t ng t g p hai l n đ r ng băng t n c a ế ể ộ ồ ệ ươ ự ấ ầ ộ ộ ầ ủ
ngu n này. các h th ng đi u t n ,đ r ng băng t n này có th b ng vài l n ồ Ở ệ ố ề ầ ộ ộ ầ ể ằ ầ
đ r ng băng t n ngu n,ph thu c vào ch s đi u ch .Đi v i các tín s đ ộ ộ ầ ồ ụ ộ ỉ ố ề ế ố ớ ố ộ
r ng băng t n c n thi t có cùng giá tr v i t c đ bit c a ngu n.Đ r ng băng ộ ầ ầ ế ị ớ ố ộ ủ ồ ộ ộ
t n chính xác trong tr ng h p này ph thu c vào ki u đi u ch .ầ ườ ợ ụ ộ ể ề ế
các h th ng thông tin tr i ph ,đ r ng băng t n c a tín hi u có th đc Ở ệ ồ ả ổ ộ ộ ầ ủ ệ ể ượ
m r ng thông th ng hàng trăm l n tr c khi phát.Khi ch có m t ng i s ở ộ ườ ầ ướ ỉ ộ ườ ử
d ng trong băng t n SS thì băng t n nh v y không có hi u qu .Tuy nhiên, ụ ầ ầ ư ậ ệ ả ở
môi tr ng nhi u ng i s d ng,h có th dùng chung băng t n SS và h th ngườ ề ườ ử ụ ọ ể ầ ệ ố
tr nên có hi u qu mà v n duy trì đc các u đi m c a k thu t tr i ph .ở ệ ả ẫ ượ ư ể ủ ỹ ậ ả ổ
Tóm l i,h th ng đc coi là tr i ph n u:ạ ệ ố ượ ả ổ ế
Tín hi u đc phát chi m đ r ng băng t n l n h n đ r ng băng t n t iệ ượ ế ộ ộ ầ ớ ơ ộ ộ ầ ố
thi u c n đ phát thông tin.ể ầ ể
Tr i ph đc th c hi n b ng m t mã đc l p v i d li u.ả ổ ượ ự ệ ằ ộ ộ ậ ớ ữ ệ
Có 3 k thu t tr i ph c b n: ỹ ậ ả ổ ơ ả
• Tr i ph chu i tr c ti p (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum) ả ổ ỗ ự ế
• Tr i ph nh y t n (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum) ả ổ ả ầ
• Tr i ph d ch th i gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum)ả ổ ị ờ
PH N IIẦ
CÁCH THI T K MÃ GI NG U NHIÊN(PN)Ế Ế Ả Ẫ
2.1 Gi i thi u:ớ ệ
Các tín hi u tr i ph băng r ng t a t p âm đc t o ra t các mã giã ng u ệ ả ổ ộ ự ạ ượ ạ ừ ẫ
nhiên hay còn g i là các mã tr i phọ ả ổ
Mã tr i ph có th chia thành hai nhóm chính: mã gi ng u nhiên(PN codes) vàả ổ ể ả ẫ
mã tr c giao(Orthogonal codes).Trong đó PN codes có tính t t ng quan r t ự ự ươ ấ
t t,đi u này t o ra m t s phân bi t n đnh v các thành ph n đa ố ề ạ ộ ố ệ ổ ị ề ầ
đng.Trong khi đó mã tr c giao hoàn toàn là tr c giao khi th i gian đc hi uườ ự ự ờ ượ ệ
ch nh đng b .Do đó,theo lý thuy t trong truy n đng b ,chúng cho phép s ỉ ồ ộ ế ề ồ ộ ố
ng i dùng đng th i v i s mã khác nhau.ườ ồ ờ ớ ố
M t mâu thu n trong thi t k mã là n u tính t ng quan càn t t thì tính t ng ộ ẫ ế ế ế ươ ố ươ
quan chéo càng x u.Xét hai lo i mã trên,PN codes có tính t t ng quan r t t tấ ạ ự ươ ấ ố
thì tính t ng quan chéo càng x u.trong khi đó mã tr c giao thì ng c l i.ươ ấ ự ượ ạ
2.2 Các lo i mã tr i phạ ả ổ :
Trong ph n này chúng ta s th o lu n v m t s chu i thông d ng : chu i m,chu i ầ ẽ ả ậ ề ộ ố ỗ ụ ỗ ỗ
Gold,chu i Kasaki và chu i Walsh.ỗ ỗ
2.2.1 Chu i m (dãy ghi d ch tuy n tính có đ dài c c đi)ỗ ị ế ộ ự ạ :
Có nhi u lo i mã PN khác nhau đc s d ng trong k thu t tr i ph , trong đó ề ạ ượ ử ụ ỹ ậ ả ổ
lo i quan tr ng nh t là các mã PN đc t o ra t dãy ghi d ch c s hai có đ dài c c ạ ọ ấ ượ ạ ừ ị ơ ố ộ ự
đi hay dãy m. Các dãy c s hai m đc t o ra b ng cách s d ng thanh ghi d ch có ạ ơ ố ượ ạ ằ ử ụ ị
m ch h i ti p và các m ch c ng ho c lo i tr (XOR). ạ ồ ế ạ ổ ặ ạ ừ
M t dãy thanh ghi d ch tuy n tính đc xác đnh b i m t đa th c t o mã tuy n tính ộ ị ế ượ ị ở ộ ứ ạ ế
g(x) b c m > 0.ậ
g(x) = gm xm + g m-1 x m-1 + g m-2 x m-2 + ... + g 1x + g 0 (2.1).
Đi v i chu i c s hai có giá tr {0,1} , g i b ng 0 ho c 1và g m = g 0 = 1. ố ớ ỗ ơ ố ị ằ ặ
Đt g(x) = 0, ta đc s h i quy sau:ặ ượ ự ồ
1 = g o + g 1 x + g 2 x 2 + ... + g m-2 x m-2 + g m-1 x m-1 + x m (2.2).
V i xớk th hi n đn v tr , ph ng trình h i quy trên xác đnh các k t n i h i ể ệ ơ ị ễ ươ ồ ị ế ố ồ
ti p trong m ch thanh ghi d ch nh hình (2.1). ế ạ ị ư
Trong m ch thanh ghi d ch, các m ch XOR th c hi n phép c ng mod 2. N u ạ ị ạ ự ệ ộ ế
gi = 1 khóa t ng ng c a m ch đóng, n u gươ ứ ủ ạ ế i ≠1 thì khóa này m .ở
Hình 2.1. B t o dãy ghi d ch tuy n tínhộ ạ ị ế
Thanh ghi d ch là m t m ch c s 2 tr ng thái h u h n có m ph n t nh . ị ộ ạ ơ ố ạ ữ ạ ầ ử ớ
M i ph n t nh là m t Flip-Flop hai tr ng thái {1,0}. Vì th s tr ng thái khác ỗ ầ ử ớ ộ ạ ế ố ạ
không c c đi c a m ch là 2ự ạ ủ ạ m -1. S này b ng chu k c c đi c a chu i ra ố ằ ỳ ự ạ ủ ỗ
C = (co , c1 ,c2 ,...).
Trong hình (2.1), tr ng thái c a thanh ghi d ch xung đng h th i là: ạ ủ ị ở ồ ồ ứ
S i = { S i (1), S i (2), S i (3), ... S i (m)}
Đu ra c a thanh ghi d ch xung đng h th i là:ầ ủ ị ở ồ ồ ứ
Ci-m = Si (m).
Thay 1=Ci vào ph ng trình ươ (2.1) ta đc đi u ki n h i quy c a chu i ra: ượ ề ệ ồ ủ ỗ
Ci = g1 ci-1+g2 ci-2 + ... +gm-1 ci-m+1 + ci-m
Hay
Ci+m = g1ci+m-1 + g2ci+m-2+ ... +gm-1ci+1 + ci (mod 2) (2.2).
v i i >=0. ớ
Nh v y ng v i m i đa th c t o mã nh t đnh, ta s xác đnh đc giá tr h i ư ậ ứ ớ ỗ ứ ạ ấ ị ẽ ị ượ ị ồ
quy Ci và xây d ng đc thanh ghi d ch b ng b c m c a đa th c. S ph n t trong ự ượ ị ằ ậ ủ ứ ố ầ ử
thanh ghi d ch b ng b c m c a đa th c.Tr ng thái c a thanh ghi d ch thay đi theo ị ằ ậ ủ ứ ạ ủ ị ổ
đi u ki n h i quy đc xác đnh b i m t đa th c t o mã g(x). Đu ra thanh ghi d ch ề ệ ồ ượ ị ở ộ ứ ạ ầ ị
s cho ta m t chu i c s hai có đ dài c c đi hay chu i m.ẽ ộ ỗ ơ ố ộ ự ạ ỗ
Thí dụ,ta xét đa th c t o mã g(x)= xứ ạ 5+x4+x3+x+1. S d ng (2.2) ta đc s h i quy ử ụ ượ ự ồ
ci=ci-1+ ci-3+ ci-4+ ci-5(mod 2) và xây d ng thanh ghi d ch h i ti p có hình nh sau:ự ị ồ ế ư