Chơng 2: Kênh Vô tuyến di động
Đ2.1 Các đặc điểm cơ bản của truyền sóng trong môi
trờng di động
Kênh vô tuyến di động gây ra những hạn chế cơ bản
đối với chất lợng liên lạc. Kênh vô tuyến di động có thể thay
đổi từ dạng LOS đến dạng bị che chắn bởi các chớng ngại cố
định hoặc di động. Các tham số của đờng truyền nói
chung là ngẫu nhiên dẫn đến mô hình hoá chúng là vấn đề
khó khăn nhất trong thiết kế hệ thống, thờng đợc giải quyết
bằng phơng pháp thống kê. Các yếu tố tác động cơ bản tới
truyền sóng vô tuyến di động bao gồm: Tổn hao đờng
truyền, pha-đing, hiệu ứng Doppler và trải trễ đờng truyền.
1. Tổn hao đờng truyền
Là yếu tố quyết định phạm vi phủ sóng của một trạm
gốc.
a. Mô hình truyền sóng trong không gian tự do
Pr (d )

Pt Gt Gr 2

4 2 d 2 L

(1)
trong đó:
Pt , Pr : Công suất phát và thu
Gt , Gd : Tăng ích ăng ten phát và thu

: Bớc sóng công tác
d : Khoảng cách (m)
L : Tổn hao của phần cứng hệ thống

Khi L 1 thì (1) trở thành
Pr (d ) dB 10 lg Gt 10 lg Gr 20 lg f 20 lg d 147.6 dB

(2)
1


Suy giảm có tốc độ 20 dB/decade.
Chú ý: d 0 thì (1) và (2) không có nghĩa mô hình cải
biến.
Chọn d 0 là khoảng gần trạm (close-in distance), tại đó công
suất thu đợc lấy làm chuẩn. Khi đó, (1) trở thành:
Pr (d ) Pr (d 0 ).(

d0 2
)
d

d d 0 d f

(3)
2

d f : cự ly trờng xa, d f 2D ;

D : kích thớc vật lý lớn nhất của khẩu độ anten phát.

Pr (d ) dB 10 lg

Pr (d 0 )

d
20 lg( 0 )
1mW
d

Chú ý: Mô hình này đơn giản song chỉ áp dụng đợc cho các
vùng đất phẳng v khô và có điều kiện LOS trên toàn vùng
phủ sóng.
b. Mô hình tổn hao đờng truyền trên cự ly xa (luật
mũ n)
d
PL
d0

n

d

PL d dB PL d dB 10n lg
d0


(4)
Bảng 2.1. Các số mũ của tổn hao trong các môi trờng khác nhau
Môi trờng truyền sóng
Không gian tụ do
Vô tuyến tế bào vùng đô thị
Vô tuyến tế bào vùng đô thị có che
khuất
LOS, bên trong toà nhà

Có chớng ngại vật, bên trong toà nhà
Có chớng ngại vật, bên trong nhà
2

n
2
2.7 3.5
3 5
1.6 1.8
4 6
2 3


máy
Nguồn: [Raymond Steele], tr.104.
Thông thờng trong các vùng đô thị nói chung, n 4 tổn
hao tuân theo luật mũ 4.
c. Sự che khuất (bóng râm) chuẩn log
Mô hình (4) không hoàn toàn chính xác cho mọi điểm
cách đều BS, mà chỉ có ý nghĩa tổn hao trung bình. Việc
dự đoán tổn hao còn phụ thuộc vào tại điểm đo có bị che
khuất hay không... Các đo lờng đã cho thấy rằng với mọi d,
PL d tại một điểm cụ thể là một giá trị ngẫu nhiên, phân bố

log-chuẩn (chuẩn theo dB) quanh trị trung bình. Nghĩa là:
d
PL d PL 10 n lg
d0






(5)
trong đó là một biến ngẫu nhiên, Gauss, kỳ vọng bằng 0,
độ lệnh quân phơng là (cả

và đều có thể tính

theo dB). Hiện tợng này đợc gọi là sự che khuất chuẩn- log
(pha-đinh che khuất chuẩn log, và do tốc độ chuyển động
của các máy di động không lớn nên hiện tợng pha-đinh này
diễn ra chậm, gọi là pha-đinh chậm). Điều này hàm ý rằng,
bất luận mô hình thế nào, giá trị thực của PL d phải đợc
kiểm nghiệm và đợc khớp (fit) bằng đo lờng.
d. Mô hình Hata
Tổn hao đờng truyền hiển nhiên phụ thuộc địa hình
và độ cao anten phát và thu. Mô hình Hata cho khu vực đô
thị:
LHu 69.55 26.16 lg f 13.82 lg hBS a hMS 44.9 6.55 lg hBS . lg d

(6)
3

[dB]


trong đó:
f MHz ; hBS và hMS : độ cao anten BS và MS (m);
a hMS : hệ số điều chỉnh phụ thuộc địa hình;

d : khoảng cách BS - MS (km).

Với đô thị nhỏ và vừa:
a hMS 1.1 lg f 0.7 hMS 1.56 lg f 0.8

(7)
Với đô thị lớn:
8.29 lg1.54hMS 2 1.1
a hMS
2
3.2 lg11 .75hMS 4.97

f 200 MHz
f 400 MHz

Với vùng ngoại ô:
LHsub LHu 2 lg f / 28 5.4
2

dB

(8)
Với vùng nông thôn:
LHsub LHu 4.78 lg f 18.33 lg f 40.94 dB
2

(9)
Các giới hạn của mô hình Hata:
f : 150 1500Mhz
hBS : 30 200m

hMS : 1 10m
d : 1 20km

Các nhận xét:
1. Mô hình Hata chỉ áp dụng đợc cho các môi trờng
macro với dải tần số 150 1500 MHz, do vậy việc tính
toán dự đoán phủ sóng với các hệ thống ở băng 1800
MHz (GSM-1800, 1900) hay hệ thống 3G ở băng 2100
MHz không áp dụng công thức Hata đợc (mà phải sử
dụng các mô hình khác nh mô hình Hata-COST231, là
4


mô hình Hata đợc sửa đổi cho phù hợp với dải tần trên
1500 MHz).
2. Từ (6) ta có thể thấy rằng đồ thị PL theo lg(d) là một
đờng thẳng với hệ số dốc (44.9-hBS), nghĩa là độ dốc
của đờng thẳng phụ thuộc hBS. Điều này là cơ sở cho
việc nâng cao chiều cao ăng-ten trạm gốc nhằm mở
rộng vùng phủ sóng xem phần Bài toán tính toán quỹ
công suất (Link budget calculation) kết hợp với việc
tăng góc down-tilt nhằm giảm nhiễu đồng kênh tới các
trạm sử dụng chung tần số ở xa trong quá trình tối u
hóa mạng vô tuyến.
2. Pha-đing
Khi khoảng cách MS BS tăng, mức điện thu trung bình
giảm. Qua những khoảng cách tơng đối ngắn, mức điện thu
trung bình có thể xem là không đổi song mức tín hiệu thu
tức thời có thể thay đổi nhanh với những lợng tiêu biểu lên tới
40 dB. Những thay đổi nhanh này đợc gọi là pha-đing

nhanh.
Nguyên nhân: sự truyền lan theo nhiều tia của sóng vô
tuyến trong môi trờng di động (do phản xạ, nhiễu xạ và tán xạ
từ các chớng ngại) pha-đing này còn đợc gọi là pha-đing
đa đờng (multipath fading).
Xét trờng hợp đơn giản nhất, khi MS dừng và không
có các chớng ngại di động. Do sóng tới MS theo rất nhiều đờng khác nhau và nếu thừa nhận rằng các tia này độc lập
nhau thì đờng bao tín hiệu thu đợc sẽ có pdf (probability
density function: hàm mật độ xác suất) Rayleigh, có dạng:
5


r
r2
2 exp
2
f r
2

0


0 r
r 0

f(r)

1 12
e


1 2
e
2



0.6065


m


r

2

3

r: đờng bao tín hiệu thu.
Pha-đing đợc gọi là phẳng nếu nó xảy ra nh nhau với
f W của phổ tín hiệu.

3. Hiệu ứng Doppler
Khi MS di động so với BS hoặc khi các chớng ngại vật di
động thì các tia sóng tới may thu MS còn chịu tác động của
hiệu ứng Doppler.
+ Xét trờng hợp đơn giản nhất: Khi BS phát một sóng
mang f c không điều chế. Sóng mang vô tuyến này truyền tới
BS theo nhiều tia. Xét tia tới thứ i:


Tia sóng thứ i

6


v

i
MS

Khi đó tín hiệu thu đợc theo tia sóng thứ i có tần số bị
f .v
dịch đi một lợng dịch tần Doppler: f D f m . cos i với f m c
c

.

Tức là tần số tín hiệu thu đợc là:
v

f c f m . cos i f c 1 cos i
c


MS chuyển động với vận tốc v ;
c: tốc độ ánh sáng.
Lợng dịch tần Doppler f D cực đại khi i 0 hay 180 0 và
càng lớn khi v càng lớn. Hiện tợng này xấu nhất khi MS trên xe
chạy trên xa lộ, trong đó các ăng ten trạm gốc đợc bố trí trên
cầu vợt xa lộ và phát dọc theo xa lộ.

Khi i phân bố đều, tần số Doppler sẽ có phân bố
cosine ngẫu nhiên. Mật độ phổ công suất S f (Doppler) có
thể tính đợc nh sau:
Công suất tín hiệu tới theo góc d là công suất Doppler
S f df

trong đó df là vi phân theo của lợng dịch tần

Doppler f m . cos việc truyền một sóng mang không điều
chế sẽ đợc thu nh một tín hiệu nhiều tia, có phổ không còn
là một tần số f c đơn nữa mà là một phổ bao gồm các tần số
f c f m . Phổ Doppler của một sóng mang f c không điều

chế.

S(f)

7
f
-fm

fC

fm


+ Tổng quát, nếu tín hiệu là một sóng mang có điều
chế thì phổ thu đợc của một MS có tốc độ cụ thể dạng:
S f


A
1 f / fm

2

(10)
A là 1 hằng số.

Chú ý: f m phụ thuộc vào tích của v và tần số truyền.
4. Trải trễ
Đối với thông tin di động số, việc truyền dẫn tín hiệu
theo nhiều tia sóng trong môi trờng di động dẫn đến sụ trải
trễ.
BS

MS

t

D

t
D

D lợng trải trễ. Độ trải trễ có thể đợc xem nh độ dài

của xung thu khi xung cực hẹp đợc phát đi.
Hiện tợng trải trễ hạn chế tốc độ truyền tin: Tốc độ
truyền (tốc độ bít) ở thí dụ trên là 1/T. Để không xảy ra ISI
(InterSymbol Interference: Xuyên nhiễu giữa các dấu) thì T


8


1
T

phải D , tức là R

1
D

D càng lớn, tốc độ truyền tin

càng nhỏ.
- Với thông tin di động trong nhà và picocell/microcell:
D thờng 500ns 0.5s tốc độ tối đa có thể đạt đợc là

2Mb/s mà có thể không cần san bằng kênh (equalizer) hay
chỉ cần san bằng kênh khá đơn giản. Điều này cắt nghĩa
việc ITU chọn tốc độ dữ liệu 2 Mbps cho môi trờng trong nhà
(indoor) cho 3G (Release 99).
- Với thông tin di động tế bào lớn D có thể lên tới hơn
10 s để truyền tin với tốc độ cao ( 64Kb/s), nhất

thiết phải có san bằng.
Đ2.1. Mô tả các kênh vô tuyến di động và phân loại các
kênh vô tuyến di động
1. Mô tả kênh vô tuyến di động
1.1. Mô tả kênh bằng các hàm Bello

a. Sự biến đổi về không gian
Giả sử BS phát đơn tần không đổi, các vật gây phân
tán kênh đều dừng. Khi đó, sự thay đổi ngẫu nhiên theo
thời gian của biên độ và pha của tín hiệu thu tại MS phụ
thuộc vào sự di động của MS. Do vậy, đặc trng của kênh có
thể xem nh phụ thuộc vào tình trạng không gian (vị trí) của
MS hơn là phụ thuộc vào biến thời gian.
b. Mô tả kênh bằng các hàm Bello
Mô hình kênh QWSSUS đợc áp dụng, tức là kênh đợc
chia theo tần số và thời gian sao cho các đặc trng thống kê
không biến đổi theo dịch chuyển tần số và thời gian (trong
9


một khoảng B và T khá nhỏ), nghĩa là kênh là WSS cả về tần
số lẫn thời gian. Việc mô tả một kênh QWSSUS nh thế bằng
các hàm Bello liên quan tới các đặc trng thống kê của kênh và
đợc xét theo các vùng nhỏ hẹp và vùng rộng lớn.
*/ Đặc trng vùng nhỏ hẹp
Các vùng nhỏ hẹp là các khu vực có đờng kính xấp xỉ
vài chục bớc sóng. Đối với các vùng này, kênh biểu hiện phađing nhanh do chỉ thay đổi vị trí MS một chút cũng có thể
dẫn đến các thay đổi rất lớn về pha và biên độ tín hiệu
thu, dẫn đến giao thoa các tia sóng có pha rất khác nhau (do
f c rất lớn) có thể làm tín hiệu

hay .

Đối với các vùng nhỏ hẹp, để đặc trng đợc kênh phải
tính đợc kỳ vọng và hàm tự tơng quan của các hàm Bello.
Do kênh di động thuần tuý ngẫu nhiên trung bình

toàn thể (kỳ vọng) của nó bằng 0. Giải pháp đặc trng kênh
do đó rút thành xác định hàm tơng quan của bất kỳ 1 trong
8 hàm Bello.
Xét hàm trải trễ lối vào h t , . Theo trên, biến t có thể
thay thế bằng biến vị trí p (place) của MS. Do đó nó trở
thành h p, . Hàm tơng quan của h p, với một vùng nhỏ hẹp là
Ph S , , S là khoảng cách giữa các điểm tính h p, . Nếu
S 0, Ph S , Ph đợc gọi là profile trễ công suất của kênh và

là mật phổ công suất của kênh nh một hàm của trễ .
Mỗi một phép đo Php đều là một giá trị mẫu của tích
h * p, .h p, tại một vị trí của MS (tại một p) và hàm tơng quan
*
của kênh là h p, .h p, lấy trên toàn khu vực:

Ph

10

1
K

K

P ,
hp

k 1



với K là số mẫu profile trễ công suất đợc đo trên toàn vùng
nhỏ hẹp đó.
*/ Đặc trng vùng rộng lớn
Phân tích các kết quả nhận đợc trong các vùng nhỏ hẹp,
trên suốt cả những vùng rộng lớn sẽ thu đợc mô tả về đặc trng thống kê vùng rộng lớn, thể hiện pha-đing chậm. Pha-đing
chậm gây bởi các hiện tợng che khuất... Một MS di động trên
một vùng rộng lớn sẽ gặp và chịu cả pha-đing nhanh và chậm
xếp chồng lên nhau.
Đặc trng thống kê vùng rộng lớn có thể đợc trình bày
thông qua 2 dạng:
+ Đặc trng bằng cách phân tích thống kê sự biến thiên
các chỉ số diễn tả kênh từ các kết quả đối với vùng hẹp.
Chẳng hạn với các kênh băng rộng, các vùng lớn có thể mô tả
đợc thông qua phân bố của trải trễ và trễ trung bình của
profile trễ công suất trung bình, hoặc thông qua độ rộng
băng tơng quan.
+ Phân tích sự biến thiên đối với các hàm Bello trên
vùng rộng, thí dụ nh với các kênh băng hẹp, điều này rút lại
thành đánh giá sự biến thiên về cờng độ công suất trung
bình.
1.2. Mô tả thực tế kênh vô tuyến di động
Mục tiêu: Mô tả môi trờng truyền sóng càng đơn giản
càng tốt bằng cách dẫn ra một tập các thông số phù hợp với
việc tính toán quĩ công suất. Đây là cách mô tả kênh phù hợp
với các kỹ s thực hành. Thí dụ về tính quĩ công suất:

11


Cự ly phủ sóng

PTx

BS

MS

Khoảng cách d
Phân bố log - chuẩn của pha-đing chậm (do
che khuất)
Phân bố Rayleigh của pha-đing nhanh

12
PRx

12

Do đó, mô tả thực tế kênh di động quy về:
- Tổn hao đờng truyền (luật tổn hao);
- Đặc trng pha-đing chậm;
- Đặc trng pha-đing nhanh.
a. Tổn hao đờng truyền
(Nh đã trình bày ở trên).
b. Đặc trng pha-đing chậm:
Có phân bố chuẩn-logarit theo dB do các ảnh hởng che
khuất ngẫu nhiên có phân bố chuẩn. Kết luận này rút ra từ
phân tích thống kê các số liệu đo lờng.
c. Đặc trng thống kê pha-đing nhanh
Đặc trng thống kê của pha-đing nhanh: Bất luận các tia
truyền lan có phân bố thế nào đối với hai thành phần vuông
pha trong tín hiệu thu ai , a q thì phân bố của chúng cũng là

chuẩn do định lý giới hạn trung tâm. Khi đó các đặc tính
pha và biên độ của tín hiệu tơng đơng thông thấp sẽ là:
a k ai2 k a q2 k



k arctg ai k / a q k

12




Mục đích của ta là xác định phân bố biên độ của a k
khi đã biết ai k và a q k là có phân bố chuẩn (Gao-xơ).
Tổng quát, với n quá trình ngẫu nhiên thành phần có
phân bố chuẩn với kỳ vọng ai và có chung phơng sai thì
n

2
quá trình tổng y ai sẽ có phân bố 2 có pdf:
i 1

p y

1 y

2 2 s 2

n 2 / 4


.e s

2



y / 2 2

s

.I n / 2 1 y . 2



, y 0

(*)
n

2
và s ai

2

đợc gọi là thông số không trung tâm. Nếu

i 1

ai 0, i


thì s 2 0 và phân bố 2 đợc gọi là trung tâm, khác

đi thì phân bố 2 không là phân bố trung tâm; I k x là hàm
Bessel bậc k loại 1 cải biên:


I k x
j 1

x / 2 k 2 j , x 0
j! k j 1

còn . đợc cho theo:


p t p 1 .e t .dt , p 0
0

Tính chất:
p p 1! , nếu p nguyên dơng
1
3

;
2
2
2

Trong trờng hợp của ta, n = 2: s 2 ai a q suy ra đờng

2

bao tín hiệu

2

a y ai2 a q2 , a 2 y, p a .da p y .dy .

13


Do đó p a p y .dy / da 2a. p y . áp dụng vào (*) ta có hàm
mật độ xác suất Rice:
p Rice a

a a 2 s 2 / 2 2 as
e
.I 0 2 , a 0
2


Đặt K s 2 / 2 2 , gọi là hệ số Rice thì:
p Rice a

a a 2 / 2 2 K a

.e
.e .I 0
2K
2





(**)

ý nghĩa của K: Biểu thị tỷ số công suất thu đợc theo tia
nhìn thẳng với công suất tổng cộng thu đợc theo nhiều tia
phân tán không trực tiếp.
Khi K = 0 (không có tia nào trội hơn cả) thì

e K 1 và

I 0 0 1 , ta có pdf Rayleigh:
p Rayleigh a

a a 2 / 2 2
e
2

(***)
Liên hệ giữa các pdf Rice và Gauss:
Đặt

a
, do đó p p a da / d p a . 2 K
2K

thay vào


(**) ta có:
2
p 2 K .e K 1 .I 0 2 K

Do với x lớn thì I 0 x

lim p lim 2 K .e

K 2 1

K

K

.

ex
2x

nên:

e 2 K
2 2 K

lim
K



1


2 1 / 2 K

.e



1 2
1 / 2 K 2

tới một pdf Gauss có kỳ vọng bằng 1, phơng sai 1 / 2 K 0 .
14

tiến


2. Phân loại các kênh vô tuyến di động
2.1. Phân loại theo độ rộng băng tín hiệu:
a. Các kênh băng hẹp:
Các kênh băng hẹp là các kênh có tốc độ đủ nhỏ, trong
đó tác động làm giãn symbol thu của sự truyền lan nhiều tia
không gây nên ISI.
b.Các kênh băng rộng
Trong các kênh băng rộng, tốc độ symbol là đủ lớn đến
nỗi mỗi một symbol bị giãn lấn sang vài symbol lân cận, gây
nên ISI.
2.2. Phân loại kênh theo môi trờng truyến sóng:
a. Kênh vô tuyến di động trong nhà (in-door)
Do kích thớc tế bào nhỏ, trải trễ khá nhỏ (độ rộng các
trùng - bin -thờng không vợt quá 500ns), tốc độ truyền có

thể đạt lớn (tới 2Mbps) mà không cần san bằng kênh.
b. Kênh vô tuyến di động ngoài trời (out-door)
Kích thớc tế bào lớn, số vật gây phân tán kênh lớn nên trải trễ
có thể đạt rất lớn, do vậy hạn chế tốc độ truyền và đòi hỏi
san bằng kênh.
2.3. Phân loại kênh theo đặc tính pha-đing nhanh:
a. Kênh pha-đing Rice (Kênh Rice)
Là kênh trong tròng hợp trong số các tia tới máy thu có
một tia trội, thờng là tia LOS. Khi đó pha-đing nhanh có
phân bố Rice:
15


côngsuấttiatrội

Tham số Rice: K tổng
côngsuấtcáctiatánxạ
b. Kênh Gaus (kênh tốt nhất, nh kênh lý tởng)
Khi K (trờng hợp của kênh chỉ có một tia LOS) thì
phân bố Rice phân bố Gauss. Khi này, tác động chủ yếu
tới tín hiệu thu là tạp âm nhiệt có phân bố Gauss. Trong các
vi tế bào hoàn toàn có thể gặp loại kênh này.
c. Kênh Rayleigh (kênh tồi nhất)
Khi K 0 (trờng hợp không có một tia nào trội), phân bố
Rice phân bố Rayleigh. Thờng gặp trong tế bào lớn, địa
hình phức tạp.

Chơng 3
Các kỹ thuật cơ bản trong thông tin vô tuyến di động


Đ3.1. Các kỹ thuật trải phổ
1. Giới thiệu chung và phân loại
a. Giới thiệu chung
Các hệ thống trải phổ là các hệ thống sử dụng tín hiệu
có băng tần rất rộng, gấp hàng trăm lần tốc độ bit của hệ
thống nhờ sử dụng việc trải phổ tín hiệu bằng các tín hiệu
giả tạp PN (Pseudo-Noise). Cơ sở của kỹ thuật trải phổ là
định lý Shannon (Claude Elwood Shannon, 1916-2001):
C W log 2 (1

(3.1)
16

S
)
N


C: dung lợng hệ thống
W: độ rộng băng truyền dẫn
S, N: công suất tín hiệu và tạp nhiễu
Nhờ tăng W, tỷ số S/N có thể giảm xuống rất thấp, thậm chí
nhỏ hơn 1.
Đặc điểm căn bản:
- Khả năng chống nhiễu tập trung, cố ý (jamming) rất
cao.
- Khả năng bảo mật thông tin cao.
Các hệ thống thông tin trải phổ là các hệ thống có độ
rộng băng tín hiệu rất rộng, tuy nhiên không phải hệ thống
tín hiệu băng rộng nào cũng là hệ thống trải phổ. Một hệ

thống đợc định nghĩa là hệ thống trải phổ nếu:
- Tín hiệu truyền đi chiếm một độ rộng băng truyền
dẫn W lớn hơn rất nhiều lần bề rộng băng tối thiểu B i để
truyền tin.
- Việc trải phổ tín hiệu đợc thực hiện nhờ tín hiệu trải,
đợc gọi là mã trải phổ, độc lập với dữ liệu cần truyền. Tín
hiệu trải đợc lựa chọn sao cho tạo ra một phổ tổng cộng gần
với phổ của tạp âm.
- Quá trình nén phổ đợc thực hiện nhờ tính tơng quan
giữa tín hiệu thu đợc và tín hiệu giải trải là bản sao đồng
bộ của tín hiệu trải đã sử dụng ở phần phát.
Nh vậy, các hệ thống điều chế băng rộng nh điều chế
tần số, điều chế xung mã dù có phổ rất rộng song không
phải là các hệ thống trải phổ.
Hiệu quả chống nhiễu của hệ thống trải phổ đợc đánh
giá qua tăng ích xử lý PG (Processing Gain):

17


PG = W/Bi
(3.2)
Tín hiệu trải và giải trải đợc thực hiện bằng các chuỗi
PN, gọi là chuỗi chip có tốc độ lớn hơn rất nhiều lần với tốc
độ số liệu.
b. Phân loại
Các hệ thống trải phổ đợc chia làm hai loại chính:
- Hệ thống trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping),
trong đó tín hiệu trải (chuỗi chip giả ngẫu nhiên) đợc sử dụng
để điều khiển tần số sóng mang.

- Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS: Direct
Sequence), hệ thống này còn đợc gọi là hệ thống giả nhiễu,
trong đó chuỗi chip giả ngẫu nhiên đợc sử dụng để nhân
trực tiếp với chuỗi số liệu.
c. ứng dụng trong thông tin di động
Trải phổ nhảy tần: Đợc sử dụng trong hệ thống GSM
900 nh một chọn lựa (Option) nhằm chống nhiễu do các hệ
thống khác gây nên (chống các nhiễu tập trung).
Trải phổ chuỗi trực tiếp: Nguyên lý trải phổ chuỗi
trực tiếp cho phép ứng dụng trong phơng thức đa truy nhập:
CDMA. Trong đó mỗi một thuê bao truy nhập mạng bằng một
mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ của các thuê bao khác nhau
thì trực giao với nhau.
2. Hệ thống trải phổ nhảy tần
a. Sơ đồ khối đơn giản
s(t)

Trộn
x(t)

MOD

Tạo PN

18

LO

Máy phát



W
BPF

Trộn
tần

Bi
BPF

LO

DEM

Tạo PN

Máy thu
x t s t exp j t LO t

LO : tần số tự do của bộ dao động nội khi cha có điều

khiển nhảy tần.
t : lợng gia số tần số điều khiển bởi chuỗi chip PN.

Nếu chu kỳ của chuỗi PN là n thì số giá trị có thể có
của t là 2n 1 (do chuỗi toàn 0 bị loại), phổ tín hiệu lối ra
x(t) có độ rộng W 2 n 1 không phụ thuộc vào tốc độ chip
1/Tc.
- Khi Tc > T0


: nhảy tần chậm.

- Khi Tc < T0

: nhảy tần nhanh.

T0: độ rộng xung số liệu s(t).
Thông thờng đợc chọn sao cho các tần số nhảy nằm cách
biệt nhau:

19


2 2
max ,
Tc T0

(3.3)
b. Biểu đồ thời gian của tần số tín hiệu sau trải phổ
nhảy tần (chậm)


(thí
dụ)

t
3. Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp
a. Sơ đồ khối đơn giản
s(t)


MOD



x(t)

c(t)=
1
Tạo PN

LO (0)

Máy
phát

x(t)
+ I(t)
+ n(t)

W

Bi

BPF

BPF

LO



Máy
20thu

Tạo PN



DEM

s t


b. Nguyên tắc hoạt động trên hệ thống tơng đơng
thông thấp
Chuỗi số liệu d(t) có phổ D(f), chuỗi chip PN c(t) có phổ
C(f). Tín hiệu truyền đi c(t).d(t) có phổ C(f)*D(f) rộng cỡ
phổ của C(f) do c(t) có tốc độ lớn hơn tốc độ d(t) nhiều lần.
ở phần thu, tín hiệu nhận đợc: c(t).d(t) + I(t) + n(t)
trong đó: I(t) là nhiễu tập trung; n(t): là tạp âm nhiệt trắng
chuẩn. Sau giải trải phổ:
w(t) = c(t).d(t).c(t) + I(t)c(t) + n(t)c(t)
(3.4)
Do c(t).c(t) = 1 nên ta có:
w(t) = d(t) + I(t)c(t) + n(t)c(t)
(3.5)
Nh vậy, phổ nhiễu tập trung I(f) đợc trải rộng ra. Tỷ số
S/N .
Chú ý:
- Do bảng chân lý của mạch nhân và mạch cộng mod 2
tơng đơng nhau nên trong thực tế thiết kế, ngời ta thờng sử

dụng mạch cộng mod 2 vì rẻ hơn.
- Trải phổ và giải trải phổ (cả DS lẫn FH) đều chỉ có
tác động cải thiện với nhiễu tập trung mà không có tác dụng cải
thiện đối với tạp âm nhiệt trắng chuẩn.
Mô tả nguyên tắc triệt nhiễu của SS/DS và nguyên tắc
hoạt động:
Phát
d(t)

1

1

0
21

Thu

1

0

0

1

1

1


1


c(t)
1
d(t).c( 0

0
1

0
0

1
0

1
1

1
1

0
1

1
0

0
1


0
1

t)
d(t).c( 0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

t)
c(t)
d(t)

0

1

0
0

1
1

1
0

1
0

0
1

1
1

0
1

0
1

1
1

D(f)


f

C(f)
f

D(f)C(f)
f

I(f)
D(f)C(f)+N(f)+I(f)

22

Phæ
tÝn
D(f)C(f)+N(f)
hiÖu
lèi vµo
f
m¸y
thu


D(f)
Sau
nhân
giải
trải
phổ


I(f)C(f)
f
+N(f)C(f)

D(f)
Lợng tạp nhiễu
f

Sau lọc
BPF ( Bi)

Sau giải trải và
lọc

Đ3.2. Sơ đồ khối các hệ thống TDMA và CDMA
1. Sơ đồ khối hệ thống TDMA
Mã hoá

Mã hoá

a.tiếng
Sơnói
đồ khối
kênh

Ghép
xen

Đóng gói


Đệm

MOD

Tín hiệu
đồng bộ
Tiếng
nói

Tạo chuỗi
dò kênh

KÊNH

P
Hàm mờ

Giải mã
kênh

Giải
ghép
xen

San
bằng và
DEM

DEMUX


23
Giải mã
tiếng nói

Tiếng
nói khôi
phục

Máy thu
đầu
cuối


SYN

Lọc phối
hợp
DATA

Khôi
phục
đồng hồ


Chức năng các khối: 1. Mã hóa tiếng nói: Mã hoá tiếng
nói tốc độ bit thấp nhằm tiết kiệm phổ; 2. Mã hoá kênh: Mã
hoá chống tác động của nhiễu trên kênh; 3. Ghép xen: Trợ
giúp quá trình mã hoá, có tác dụng giải tơng quan lỗi; 4. Đóng
gói: Ghép các tín hiệu khác nhau thành gói tin: tín hiệu

đồng bộ, tín hiệu số liệu, tín hiệu dò kênh; 5. MOD: điều
chế số với phơng pháp điều chế phổ hẹp; 6. Kênh: Kênh vô
tuyến; 7. DEMUX: Phân kênh các tín hiệu của một gói; 8.
Hàm mờ: Căn cứ chuỗi dò đờng thu đợc để tính ra trạng thái
kênh để điều khiển bộ san bằng; 9. Lọc phối hợp: Chống tác
động của tạp /nhiễu; 10. Giải ghép xen: Ngợc với ghép xen;
11. Giải mã tiếng nói: Tổng hợp lại tiếng nói.
b. Cấu trúc khung tín hiệu TDMA
n1

n

1

S

SYN

2

3

DATA

Khung
TDMA
4 5

P


DATA

TS

..
...
..

n1

T

n

1

2

3

4

5

...

G

TS: Time Slot: Khe thời gian; SYN: Tín hiệu đồng bộ; P: Chuỗi
dò kênh; DATA: Số liệu lu lợng; G: Khoảng phòng vệ chống lẫn

giữa các TS do chênh lệch khoảng cách về BS; S: Đầu khe; T:
Đuôi.
24


2. Sơ đồ khối hệ thống CDMA
a. Sơ đồ khối hệ thống của Qualcomm (tuyến phát, đờng xuống)
W0
Tín hiệu pilot
(toàn 0)


Kênh
đồn
g bộ


W32

Mã chập
và lặp





Ghép
xen

Kênh

paging



Mã chập
và lặp

Mặt nạ kênh
paging

Kênh
lu
lợng



Wj



Ghép
xen



Mặt nạ kênh lu lợng









Bộ tạo
PN dài
Các bit điều khiển công
suất

Mã chập
và lặp

PNI

Xáo trộn
và ghép
tín hiệu

Ghép
xen

Wi



Bộ tạo
PN dài




PNQ

b. Một số khái niệm bổ xung
Mã Walsh:
- Cách tạo: Sử dụng ma trận Hadamard.
HO

HO

HO

HO

25

Kết
hợp
tính
trọng
số và
điều
chế
cầu
ph
ơng

Tín
hiệu
phát
CDMA