1
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN: MỘT PHƯƠNG PHÁP
NÂNG CAO TÍNH NĂNG TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN
Vũ Sơn Tùng
Mã số sinh viên CB110942
Lớp 11BKTTT1
Viện Điện tử Viễn thông
Trường Đại học BKHN


Abstrack
Spread spectrum is a digital modulation technology and a
technique based on principals of preading a signal among many
frequecies to prevent interference and signal detections. As the name
shows it is a technique to spead the transmitted spectrum over a wide
range frequencies. It started to be employed by military applications
because of its Low Probability of Intercept (LPI) or demodulation,
interference and anti-jamming (AJ) from ememy side. The idea of
Spreading Spectrum is to spread a signal over large frequency band
to use greater bandwidth than the Data bandwidth while the power
remains the same. And as far as the spread signal look like the noise
signal in the same frequency band it will be difficult to recognize the
signal which this feature of spreading provides security to the
transmission.
Compared to a narrowband signal, spead spectrum spreads the
signal power over a wideband an the overall SNR is improved
because only small part of spread spectrum signal will be affected by
interference. In a communication system in sender and receiver side’s
one spreading generator has located which base on the spreading

technique they synchronize the received modulated spectrum.

2
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1

1. Giới thiệu
Để nâng cao hiệu quả truyền thông cự ly ngắn, phải nâng cao
chất lượng kênh truyền bằng cách ngăn ngừa nhiều và fading đa
đường, Trải phổ nhảy tần (FHSS) là một kỹ thuật truyền mà song
mang thay đổi từ tần số này qua tần số khác. Để nhảy tần, một thiết bị
phải thiết kế để data có có thể truyền trong một kênh trống, và ngăn
ngừa việc đụng độ giữa các kênh. Trải phổ nhảy tần thích nghi là (
Adaptive frequency hopping) là hệ thống được sử dụng để tăng khả
năng chống nhiễu bằng việc tránh sử dụng các kênh tần bận trong
chuỗi nhảy tần. Mô hình thuật toán được sử dụng để mô phỏng và
phân tích khả năng nâng cao tính năng bằng việc sử dụng trải phổ
nhảy tần với các nguyên lý điều chế phổ biến.
2. Lý thuyết
Trải phổ là một kỹ thuật điều chế số dựa trên các nguyên lý cơ
bản của việc trải phổ một tín hiệu theo nhiều tần số để ngăn ngừa
nhiễu và bảo mật. Giống như tên của kỹ thuật đã chỉ ra nó là một kỹ
thuật trải phổ của tín hiệu truyền ra một khoảng rộng tần số. Bắt đầu
từ việc được sử dụng trong lĩnh vực quân sự bằng các ưu điểm như
chống nhiễu phá, chống phá sóng từ kẻ địch. Ý tưởng về trải phổ là
trải tín hiệu ra một phổ rộng trong khi giữ nguyên công suất phát. Khi
đó tín hiệu trải dài, nhìn giống tín hiệu nhiễu, khó bị phát hiện hơn.
3. Trải phổ nhảy tần
Trải phổ nhảy tần là kỹ thuật truyền được sử dụng trong mạng
không dây và kỹ thuật này trải phổ bằng cách thay đổi tần số sóng
mang. FHSS sử dugnj băng tần tín hiệu hẹp ( nhỏ hơn 1MHz ), trong

phương pháp này tín hiệu được điều chế với sóng mang băng hẹp và
nó nhảy một cách giả ngẫu nhiên, có thể dự đoán trong khung thời
gian và tần số để có thể đồng bộ được ở phía thu. Sử kỹ thuật FHSS
năng tính bảo mật, nó là giải pháp hữu ích để ngăn ngừa nhiễu và
fading đa đường (méo), nó giảm nhiễu băng hẹp, tăng dung lượng tín

3
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1
hiệu, tăng SNR, hiệu suất của băng thông cao và khó bị phá sóng vì
vậy phương pháp này có thể chia sẻ băng tần với nhiều loại ứng dụng
khác có nhiễu nhỏ. Để có thể truyền được dữ liệu, thiết bị nhảy tần
phải dự đoán sự thay đổi của tần số và bước nhảy tần số trên một băng
tần với một số lượng kênh hữu hạn. Các kênh này được gọi là các
kênh tức thời và phổ tần này được gọi là tổng băng thông nhảy tần.
Nhảy tần được chia làm 2 loại là nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm. Ở
nhảy tần chậm thì có nhiều symbol dữ liệu truyền trên cùng một kênh
hơn và nhảy tần nhanh thay đổi vài lần trong một symbol. Chuỗi nhảy
tần được định nghĩa là kênh kế tiếp để nhảy. Có 2 loại chuỗi nhảy tần
là: Chuỗi nhảy tần ngẫu nhiên và chuỗi nhảy tần được định trước.
4. Nhảy tần thích ứng.
Nhảy tần thích ứng (Adaptive frequency hopping (AFH) là hệ
thống mà thiết bị thay đổi tần số của nó để ngăn ngừa nhiễu từ các hệ
thống khác. AFH phân loại các kênh thành 2 loại là “ kênh tốt” và
“kênh xấu” và lựa chọn tương ứng từ các kênh này. Ý tưởng về AFH
tức là lựa chọn kênh tần mà chúng có ít nhiễu nhất để truyền thông, để
sử dụng AFH thiết bị phải có khả năng đánh giá được kênh là tốt hay
xấu. Sử dụng AFH có các ưu điểm sau:
- Thích ứng tránh nhiễu kênh
- Tránh đụng độ tần số trong chuỗi nhảy tần.
- Nâng cao BER.

- Giảm công suất truyền
- Thích ứng với kênh làm nâng cao phẩm chất hệ thống.
RSSI (Chỉ số thu cường độ tín hiệu) cho phép đánh giá chất
lượng kênh để phân loại kênh, kỹ thuật này có thể thực hiện bằng
thuật toán đánh giá kênh truyền song công, thông tin phản hồi có chưa
số lương kênh được sử dụng. Trong một hệ thống truyền thông song
công như trong Hình 1. Ở đây A là máy phát và B là máy thu. Máy
phát A gửi thông tin đã được ngầm định sẵn tới máy thu B qua một số
lượng các tần số, máy thu B thu tín hiệu, đo tỉ số RSSI, SIR, phân tích
và gửi lại máy A qua đường uplink. Nếu tín hiệu và dữ liệu thu được

4
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1
nằm dưới ngưỡng chuẩn LQA thì đưa ra quyết định chuyển kênh. Máy
thu A sử dụng những con số như là biến đối với thuật toán ngầm định
để tính toán chuỗi tần số được sử dụng và gửi tín hiệu đồng bộ trên
đường downlink bằng tần số đầu tiên trong chuỗi được tính toán để trả
lời máy thu B rằng chuỗi số được tính toán chính xác. Cuối cùng, quá
trình truyền thông bắt đầu giữa máy phát và máy thu. Cả 2 thay đổi
tần số dựa trên các tính toán trước đó.

Hình 1 Nguyên lý truyền tin
Để minh họa cho hệ thống và nguyên tắc của thuật AFH đã đưa
ra, giả sử quá trình truyền thông ở đây là song công như hình 2. Hệ
thống sử dụng là nhảy tần xung quanh một tần số gốc bằng cash sử
dụng những băng hẹp. Như trong hình 2 cho ta thấy một bộ tạo chuỗi
nhảy, nó tạo ra các ký tự giả ngẫu nhiên theo bảng alpha, beta với kích
thước Na. Chuỗi Na cho qua bảng Mapping và trở thành ký tự trong
bảng có kích thước là N. và sau đó ký tự này được nhảy tần – giải
nhảy tần. Kết quả là hệ thống sẽ chỉ sử dụng Na của N tần số hoạt

động. Việc lựa chọn tần số này là do sử dụng LQA trên máy thu và hệ
thống chỉ truyền trên những tần số đã được định trước.

5
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1

Hình 2 Hệ thống truyền song công
Để minh họa rõ ràng hơn cho hệ thống AFH, mời các bạn xem
lưu đồ truyền tin ở hình 3

Hình 3 Sơ đồ truyền tin

Qua hình 3, Máy phát truyền khung với L chips mỗi chíp chứa
một ký tự kênh, sau khi truyền khối, máy thu thực hiện LQA và trả lời
máy phát bằng cách truyền bảng tần số Lf. Điều quan trọng nhất ở đây
là đưa ra được toàn bộ bảng tần số đã được truyền và được cập nhật
tức thời vì vậy kênh hồi tiếp không phải là đều hoàn hảo. Thủ tục này
có độ tin cậy khá cao. Để tạo ra chuỗi số nhảy tần ( đánh dấu kênh
nhảy tần theo số) ở uplink, máy thu gửi những số này phản hồi theo
đường downlink, máy thu có thể đưa ra phương trình tuyến tính và gải
sử kích thước của khối truyền nhị phân như sau:
C
f
= N
a
Log
2
N + C
OH
+R

x

N = tổng số kênh thực tế hoạt động
N
a
= số kênh sử dụng
C
f
= Số chip hồi tiếp
C
OH
Tiếp đầu hồi tiếp
R = Tốc độ chip

6
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1
T = thời gian truyền + trễ LOA
LOH là hồi tiếp bao gồm cả ký tự tìm lỗi sai.
5. Kênh truyền và nhiễu.
So sánh với những loại truyền thông không dây khác, tần số
truyền thông HF bị fading lựa chọn tần số bởi đa đường và có nhiều
nhiễu từ các nguồn khác, Nhiễu luôn tồn tại trong bất kỳ hệ thống
không dây nào. Cải thiện BER của hệ thống là rất quan trọng để cải
thiện chất lượng của những hệ của hệ thống truyền thông. Mọi kênh
tần chịu ảnh hưởng của nhiễu và fading khác nhau nên cho tỉ số
SNR khác nhau, do đó sẽ có những kênh có tỉ số SNR cao hơn và
thích hợp hơn để truyền. AFH là một giải pháp hữu hiệu và là kỹ
thuật để đánh giá nhiễu, tạm âm nguồn và fading.
6. Đánh giá trải phổ nhảy tần.
Để thiết kế mô hình trải phổ nhảy tần (FH) ta dùng mô phỏng

MATLAB. Bổ trải phổ ở máy phát được điều chế M-FSK. Khâu
này bao gồm một bộ tạo chỗi giả ngẫu nhiên, một khối dịch gói và
một khối nhảy như trong hình 4

Hình 4 Mô hình mô phỏng nhảy tần
Thiết kế bộ trải phổ nhảy tần như trong hình 5. Bộ trải phổ
gồm bộ điều chế cơ sở M-FSK ( ở đây M=64). Bộ thông số của
điều chế FSK là 64 trong M-FSK và điều này có nghĩa là có 64
vùng nhảy. Các băng con được lựa chọn bằng các điểm nhảy.
Thiết kế của bộ giải trải phổ cũng tương tự như bộ trải phổ
nhưng đầu ra của khối điều chế M-FSK là liên hợp phức như trong
hình 6.

7
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1

Hình 5 Thiết kế của khối trải phổ

Hình 6 Khối giải trải phổ nhảy tần
Qua hình 7 có thể thấy việc áp dụng kỹ thuật FH đối với điều
chế QAM không làm tăng tính năng hay là giảm BER. Nhưng hình
8 có thấy rằng việc áp dụng FH với điều chế QPSK cho kết quả rất
tốt và làm đáng kể BER nếu so với trường hợp không dùng FH với
cùng mức SNR. Hình 9 cũng cho thấy việc áp dụng FH đối với điều
chế GFSK làm giảm đáng kể BER

8
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1

Hình 7 điều chế QAM


Hình 8 điều chế QPSK

9
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1

Hình 9 Điều chế GFSK
7. Kết Luận
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần là một kỹ thuật hữu ích để chống
nhiễu và mô hình kênh Gilbert-Elliot là một kỹ thuật tốt để phân
tích mô phỏng kênh bằng việc phân loại kênh dựa trên tình trạnh
tốt, xấu và sau đó thay đổi tần số nhảy một cách phù hợp bằng việc
phân tích tình trạng kênh trong trường hợp kênh có vấn đề về
nhiễu, tạp âm nhằm cải thiện hiệu quả truyền thông.
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần được mô hình hóa bằng MATLAB
với 3 loại điều chế khác nhau như QAM, QPSK, GFSK là các kỹ
thuật khá phù hợp để áp dụng với mô hình FHSS
8. Tham khảo
Bates, R.J.&Gregory, D.W.(2001). Voice& Data
Communications Handbook, McGram-Hill Osborne Media
Elliott, E.O.(1963). Estimates of error rates for codes on
burst-noise channels, Bell System Technical Journal, Vol.42,
pp.1977-1997

10
Vũ Sơn Tùng – BKTTT1
Gilbert, E.N. (1960) Capacity of burst-noise channels, Bell
System Technical Journal, Vol.39, pp.1253-1265
Lemmon, J.J. (2002). Wireless kink statistical bit error model,
Instutude for Telecommunication Science

Zander, J.& Malgren, G. (1995). Adaptive frequency hopping
in HF communication, IEEE proceedings Communications,
Vol.142, pp.99-105
Ziemer, R.;Peterson, E. R. L & Borth, D. E, (1995)
Introduction to Spread Spectrum Communication, Prentice Hall