Vật lý - Báo cáo Chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 - 2010

<span class='text_page_counter'>(1)</span>Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Lêi nãi ®Çu Những năm vừa qua, hệ thống thông tin di động Việt Nam đã sử dụng công nghệ GSM. Tuy nhiên, trong tương lai đã và đang phát triển lên hệ thống mới sử dụng công nghệ CDMA, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về số lượng cũng như chất lượng của dịch vụ trên hệ thống. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn nhiều lần so với các công nghệ tương tự hoặc số khác, do đó số lượng thuê bao đa truy nhập lớn hơn rất nhiều. Nhờ việc dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đã đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. ViÖc n¾m b¾t ®­îc c«ng nghÖ nµy lµ rÊt cÇn thiÕt. Trong c«ng nghÖ CDMA, kü thuật trải phổ đóng vai trò quan trọng nhất. Từ lý do đó, sau quá trình tìm hiểu nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “Kỹ thuật trải phổ trong CDMA” để nghiên cøu. Do thời gian tìm hiểu và trình độ còn hạn chế. Trong phạm vi báo cáo này, chóng em tËp chung nghiªn cøu 3 kü thuËt tr¶i phæ trong CDMA. Néi dung b¸o c¸o gåm 3 phÇn chÝnh: ( Vũ Hồng Sơn). -. Kü thuËt tr¶i phæ trùc tiÕp. -. Kü thuËt tr¶i phæ nh¶y thời gian ( Vũ Văn Hai). -. Kü thuËt tr¶i phæ nh¶y tần. (Chu Út Thậm ) T/m nhãm sinh viªn thùc hiÖn Trưởng nhóm Vũ Hồng Sơn. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 1.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 1. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP 1.1 Giới thiệu Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này thường được thiết kế sao cho sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt. Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ ( SS: Spread Spectrum), độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng gấp nhiều lần trước khi phát. Khi chỉ có 1 người sử dụng trong băng tần trải phổ thì không có hiệu quả sử dụng băng tần. Nhưng ở môi trường nhiều người dùng, họ có thể sử dụng chung một băng tần trải phổ và hệ thống khi đó đạt được hiệu quả sử dụng băng tần cao mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ như:  Chống nhiễu tốt  Chia sẻ cùng tần số với nhiều người sử dụng  Bảo mật tốt do có chuỗi mã giả ngẫu nhiên  Khó bị nghe trộm  Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền Tuy nhiên trải phổ cũng có những hạn chế như:  Không hiệu quả về băng thông  Hoạt động phức tạp Như vậy, một hệ thống thông tin được coi là hệ thống trải phổ khi: -Tín hiệu được phát có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết. -Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.. 1.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 2.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Hình 1: Nguyên lý trải phổ Trong CDMA, kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS) được sử dụng. Mỗi một người sử dụng được cấp một mã riêng biệt. Mã được sử dụng thường là một chuỗi giả tạp âm (PN-Pseudo Noise ) hay giả ngẫu nhiên, có tốc độ rất lớn, lớn hơn tốc độ bít dữ liệu, tức là phần tử của chuỗi có độ rộng thời gian rất nhỏ, nhỏ hơn độ rộng của bit dữ liệu và được gọi là chip. Hệ thống DS-SS đạt được bằng cách nhân trực tiếp tín hiệu cần trải phổ với tín hiệu giả ngẫu nhiên. Tín hiệu sau khi trải phổ sẽ điều chế sóng mang theo BPSK hoặc QPSK… trước khi truyền đi. Phía thu sẽ dùng mã PN để giải trải phổ lấy ra tín hiệu mong muốn.. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 3.

<span class='text_page_counter'>(4)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Hình 2: tín hiệu được trải phổ Tín hiệu được phát d(t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này lại với nhau. Tín hiệu nhận được d(t).c(t) sau đó sẽ được điều chế cho sóng mang trước khi truyền đi.. Hình 3: Biểu diễn tín hiệu trải phổ - Фd(f) mật độ phổ công suất của tín hiệu trước khi trải phổ - Фdc(f) mật độ phổ công suất của tín hiệu sau khi trải phổ Tín hiệu phát của người thứ k là luồng số thông tin của người sử dụng dk(t) có tốc độ bít Rb = 1/Tb. dk(t) được xác định như sau:. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 4.

<span class='text_page_counter'>(5)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. . dk (t )   dk (i ) pTb (t  iTb ) . dk(t) là luồng bít lưỡng cực với hia mức giá trị {+ 1,-1}. Luồng tín hiệu dk(t) được trải phổ bằng cách nhân với mã trải phổ (gọi là mã giả tạp âm PN ) c(t) , có tốc độ Rc= 1/Tc lớn hơn nhiều lần so với Rb. Phần tử nhị phân của chuỗi c(t) được gọi là một chip để phân biệt nó với phần tử nhị phân (bit) của bản tin. Mã trải phổ này làm cho băng tần tín hiệu sau khi trải phổ sẽ lớn lên rất nhiều khi truyền đi đồng thời cũng dùng để phân biệt các thuê bao khi tận dụng đường truyền cho quá trình đa truy nhập, mã trải phổ không phải là ngẫu nhiên mà chúng có chu kì xác định và được biết trước đối với máy thu chủ định. Mã trải phổ là chuỗi chip nhận các giá trị {+ 1,-1} gần như đồng xác suất và được biểu diễn như sau: N. ck (t )   ck (i ) pTc (t  iTc ) i 1. Trong đó ci = ± 1,là chuỗi xung nhận giá trị +1 hoặc -1 và Tc là độ rộng của một chip và Tc = NTb (N số chip trong một bít) , pTc là hàm xung vuông được xác định như sau:. 1,0  t  Tc  pTc (t )    0,   Sau trải phổ tín hiệu có tốc độ chip Rc đuợc đưa lên điều chế sóng mang bằng cách nhân với tín hiệu sóng mang:. 2 Eb cos(2 fc .t ) Tb Trước khi truyền đi như sau:. S (t ) . 2 Eb dk (t )ck (t )cos(2 fc .t ), 0  t  Tb  Tb. Trong đó Eb năng lưọng bít, Tb là độ bit và fc là tần số sóng mang. Tại phía thu, để các máy thu có thể phân biệt được các mã trải phổ, các mã này phải là các mã trực giao chu kỳ Tb thoả mãn điều kiện sau: Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 5.

<span class='text_page_counter'>(6)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 1, k  j  1 Tb c k (t )cj (t ) dt    0, k  j Tb 0   Và tích của của hai mã trực giao bằng 1 nếu là tích với chính nó và là một mã trực giao mới trong tập mã trực giao nếu là tích của hai mã khác nhau:. 1, k  j  ck (t )cj (t )    0, k  j   Để đơn giản ta coi rằng máy thu được đồng bộ sóng mang và mã trải phổ với máy phát, nghĩa là tần số, pha sóng mang và mã trải phổ của máy thu giống như máy phát. Ngoài ra nếu bỏ qua tạp âm nhiệt của đường truyền và chỉ xét nhiễu của K-1 người sử dụng trong hệ thống, giả sử công suất tín hiệu thu tại máy thu k của K người sử dụng bằng nhau và để đơn giản ta cũng bỏ qua trễ truyền sóng, tín hiệu thu sẽ như sau: K. r (t )   2TEbbr dj (t )cj (t )cos(2 fct ) j 1 Trong đó Ebr = Eb/Lp là năng lượng bit thu, Lp là suy hao đường truyền. Tín hiệu thu được đưa lên phần đầu của quá trình giải điều chế để nhân với sóng mang:. 2 cos(2 fc .t ) Tb Sau đó được đưa lên trải phổ,kết quả cho ta:. u (t )  Eb r. K  K  dj (t )cj (t )ck (t )   dj (t )cj (t )ck (t )cos(4 fct )    Tb  j 1 j 1 . Sau bộ tích phân thành phần cao tần sẽ bị loại bỏ,ta được:. Tb. Tb Ebr K v(t )   u (t )dt  dj (t )  cj (t )ck (t )dt  T b j 1 0 0 do tính chất trực giao của các mã trải phổ và dj = {+1,-1} ta được kết quả như sau:. v(t )  dk (t ) Ebr   Ebr Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 6.

<span class='text_page_counter'>(7)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Mạch quyết định sẽ cho ra mức 0 nếu V(t) dương và 1 nếu V(t) âm kết quả ta được chuỗi bít thu, ˆb(t) là ước tính của chuỗi phát. Ở trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp có hai cách trải phổ chính là: + trải phổ DS/SS_ BPSK (Trải phổ trực tiếp BPSK) + trải phổ DS/SS_QPSK (Trải phổ trực tiếp QPSK) 2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN – THSS 2.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian - THSS THSS_Time Hopping Spread Spectrum: Đó là hệ thống mà bit cần truyền được chia thành các khối k bit, mỗi khối được phát đi một cach ngẫu nhiên trong các cụm của các khe thời gian. Khe thời gian được chọn để phát cho mỗi cụm được định nghĩa bằng chuỗi PN nó có nhiệm vụ xác định mẫu nhảy khe thời gian. Hình 2.1: Trải phổ nhảy thời gian ( THSS ) Trong đó: J là số khe thời gian T s = T f /J. 2.2 Nguyên lý của hệ thống THSS Trong một hệ thống trải phổ nhảy thời gian số liệu được phát thành các cụm. Mỗi cụm gồm k bit số liệu và thời gian chính xác để phát mỗi cụm được xác định bởi một chuỗi mã PN. Gỉa sử thang thời gian được chia thành các khung, mỗi khung T f giây. Sau đó mỗi khung lại được chia tiếp thành J các khe thời gian. Vì thế mỗi khe thời gian chiếm độ rộng T s = T f /J giây. Biểu đồ thời gian được thể hiện như sau. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 7.

<span class='text_page_counter'>(8)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Hình 2.2: Biểu đồ thời gian cho một hệ thống THSS Trong thời gian mỗi khung một nhóm k bit dữ liệu được phát trong T s giây tức là một trong J khe thời gian. Các khe thời gian sẽ được sử dụng để phát được xác định bởi chuỗi PN. Mỗi bit chỉ chiếm T 0 = T s /K giây khi phát. Quan hệ giữa T s , T f , T 0 được mô tả trên hình() . Gỉa sử thời gian của một bit số liệu là T, để kịp truyền dẫn số liệu vào ta cần T f = KT. Nếu các bit số liệu vào là bi , i là số nguyên.  ta có thể biểu diễn tín hiệu. THSS như sau STH =. . k 1. i . l 0.  . b l ik P T (t-i T f -a i T s - l T 0 ) 0. Trong đó P T là xung chữ nhật đơn vị độ rộng là T 0 giây, a i  0,1... j  1 là số ngẫu 0. j. nhiên được xác định bởi j bit của chuỗi PN và J= 2 với i thể hiện khung thứ i, a i thể hiện số khe thời gian, l là số thứ tự bit trong cụm Số liệu được truyền ở các cụm k bit mỗi lần với mỗi bit được phát trong khoảng T 0 =( T f /J)/k giây. Vì thế tốc độ bit trong cụm là 1/ T 0 giây để truyền băng tần gốc có độ rộng băng tần là 1/T 0 Hz.Còn nếu truyền băng thông thì dải thông sẽ là 2/T 0 Hz. Vì bản tin có độ rộng là 1/T, độ rộng băng tần được mở rộng là ( 1/T 0 )/(1/T) = ( k T)J/ T f = j khi truyền dẫn băng gốc và 2j khi truyền dẫn băng thông. Độ lợi xử lý là (2/T 0 )/(2/T) =J khi truyền băng thông. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 8.

<span class='text_page_counter'>(9)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 3. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN – FHSS (Chu út Thậm) 3.1 Nguyên lý chung Hệ thống trải phổ nhảy tần – 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 chuổi 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. Ở mỗi thời điểm nhảy tần, bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra một đoạn k chip mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số, theo điều khiển của đoạn k chip mã này, bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang hoạt động ở tần số tương ứng thuộc tập 2k các tần số. Mỗi đoạn gồm k chíp mã được gọi là một từ tần số, bởi vậy sẽ có 2k từ tần số. Do các từ tần số xuất hiện ngẫu nhiên nên tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra nhận một giá trị thuộc tập 2k 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 một 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. Tuy nhiên, tính trung bình trên nhiều bước sóng nhảy thì phổ tín hiệu nhảy tần lại chiếm toàn bộ bề rộng băng trải phổ. Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay chậm hơn tốc độ số liệu. Từ đó ta có 2 loại hệ thống trải phổ nhảy tần, đó là hệ thống nhảy tần nhanh và hệ thống nhảy tần chậm.  Máy phát FHSS Sơ đồ khối máy phát FHSS được mô tả như hình vẽ:. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 9.

<span class='text_page_counter'>(10)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Tín hiệu dữ liệu b(t) đưa vào được điều chế FSK thành tín hiệu x(t). Trong khoảng thời gian mỗi bít x(t) có một trong hai tần số f’ và f’+∆f, tương ứng với bít 0 và 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 k bit nhận được từ bộ tạo mã PN. Do có 2 tổ hợp k bit nên ta có thể có 2k 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 đầu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhảy 1 như sau: y(t) = 2A cos [ 2π (fg + il∆f)t + θ ]. ; với Th<t<(l+1)Th. Trong đó: + il Є {0, 2, 4, ... 2(2k – 1)} – là số nguyên chẵn. + fg: là một tần số không đổi + θ: là giá trị pha. Giá trị của il được xác định bởi k bit nhận được từ bộ tạo chuỗi giả tạp âm. Giả thiết rằng bộ lọc BPF lấy ra tần số tổng ở 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) = 2A cos [ 2π (f0 + ilf + bl∆f)t + θ1] ; với l<t< (l+1)Th Trong đó: + b1 Є {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 f0 + ilf khi b1 = 0 và bằng f0 + ilf + ∆f khi bl = 1. Vì thế các tần số có thể được phát sẽ là { f0, f0 + ∆f, f0 + 2∆f, ... f0 + (K-1)∆f}. Trong đó. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 10.

<span class='text_page_counter'>(11)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. K = 2k+1, để có thể có tần số nhảy là K. Đặc biệt pha θ1 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 phận nhân tần ở hình trên là tùy chọn. Mục đích của nó là trải rộng thêm băng tần của FHSS. Bộ nhân băng tần được sử dụng để tạo ra tín hiệu điều tần băng rộng từ tín hiệu điều tần băng hẹp. Hệ số β của bộ nhân tần có mục đích làm tăng tần số và pha của tín hiệu đầu vào β lần. Xét về 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 K tần số, vì thế nó chiếm độ rộng băng tần là: BFH = K.∆f Để tính toán độ lợi xử lý, ta đã biết rằng độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền số liệu bằng 2/Tb , nên Gp là tỷ số giữa độ rộng băng tần kênh để truyền dữ liệu trải phổ và độ rộng băng tần cần thiết để truyền tín hiệu băng tần gốc như sau: Gp = K.∆f / (2/Tb) = KTb / 2Th Trong đó ta giả thiết rằng phân cách tần số bằng 1/Tb. Nếu ta sử dụng thêm bộ nhân tần có hệ số β thì phổ của tín hiệu FH sẽ mở rộng β lần. Vì thế độ rộng băng tần tổng hợp của tín hiệu FH này là β.K∆f (Hz) và khi đó độ lợi sẽ tính bằng: Gp = β.K.∆f / (2/Tb) = β.KTb / 2Th  Máy thu FHSS Sơ đồ khối máy thu FHSS được mô tả như hình vẽ:. Tín hiệu của máy thu được lọc bởi bộ loc băng thông BPF có độ rộng băng thông bằng độ rộng của băng tín hiệu FHSS nghĩa là vào khoảng f0 -0,5∆f (Hz) đến f0 +(K Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 11.

<span class='text_page_counter'>(12)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 0,5)∆f (Hz). Hình 3 mô tả các hệ thống con thực hiện khôi phục định thời ký hiệu và đồng bộ chuỗi PN, ở đây không cần khôi phục sóng mang vì máy thu sử dụng giải điều chế không liên kết và do tốc độ nhảy tần nhanh máy thu rất khó theo dõi được pha của sóng mang khi pha này thay đổi ở mỗi bước nhảy. Bộ tạo chuỗi PN tại phía phát tạo ra một chuỗi PN đồng bộ với chuỗi thu, đầu ra của bộ tổng hợp tần số sẽ là: g(t) = Acos [2π (fg + il ∆f)t + θ’] ; với lTh < t < (l+1)Th Bỏ qua tạp âm, đầu vào BPF sẽ là: g(t).s(t) = Acos [2π (fg + il∆f)t +θ’].Acos [2π (f0 + il∆f + bl∆f)t + θ] Với: lTh < t < (l+1)Th g(t).s(t) = A/2 {cos [2π (fg + f0 + 2il∆f + bl ∆f)t + θ’ + θ ] + cos [2π (fg – f0 + bl ∆f)t + θ’ – θ ] } Thành phần tần số cao bị bộ lọc BPF loại bỏ và chỉ còn lại thành phần tần số thấp. Ta ký hiệu f0 = fg + f’. Vậy đầu vào bộ giải điều chế FSK sẽ là:  A  2 cos 2 f ' t  l  l '; bl  0 w(t )    A cos 2  f ' ft     '; b  1 l l l  2. Đầu này chứa hoặc tần số f’ hoặc (f’ +  f). Vì b không thay đổi trong thời gian Tb của một bit, nên trong khoảng thời gian này tín hiệu w(t) có tần số không đổi. Như vậy trong khoảng thời gian Tb giây bộ giải điều chế FSK tách ra tần số này và tạo ra đầu ra cơ số 2 là 0 hoặc là 1. Nói cách khác ta có thể tách ra tần số chứa trong w(t) cho từng đoạn nhảy để nhận được Tb/Th các giá trị cho từng bước nhảy. Từ các giá trị này, sử dụng nguyên tắc đa số ta có thể quyết định bit dữ liệu là 0 hay là 1. 3.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh Ở hệ thống FHSS nhanh, có ít nhất một lần nhảy tần số ứng với một bit dữ liệu. Với Tb là chu kỳ của tín hiệu dữ liệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì Tb≥Th. Trong khoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số các 2k tần số (f0, f0 + ∆f, f0 + 2∆f, … , f0 +(K – 1)∆f) được phát. Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thường được chọn băng 1/Th. Hình 3.2.1 biểu diễn cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu.. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 12.

<span class='text_page_counter'>(13)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA.  Nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK Để hiểu cụ thể hơn ta đi tìm hiểu hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh với điều chế MFSK. Dạng tổng quát của FSK cơ số 2 là FSK M trạng thái, trong đó M tần số được sử dụng để biểu thị Log2(M) bit số liệu. Với trải phổ FH, tần số phát nhảy trên một lượng lớn các tần số ( 2k.M tần số), trong đó k là số bit đư ra từ bộ tạo mã PN đến bộ tổng hợp tần số. Hình 3.2.2 biểu thị cụ thể hệ thống trải phổ FH nhanh với điều chế FSK M trạng thái. Với giả thiết M = 4, nghĩa là ở mỗi thời điểm hai bit số liệu được xem xét và giả thiết là ba bước nhảy ở mỗi ký hiệu (mỗi ký hiệu bằng Log2(M) bit số liệu), ở đây ta sử dụng Ts = Log2(M)Tb để biểu diễn thời gian của một ký hiệu, Th biểu diễn thời gian của một bước nhảy tần.. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 13.

<span class='text_page_counter'>(14)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Trục tần số được chia thành 2k nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác định chính xác tần số nào sẽ được phát trong đoạn nhảy tần. Do tần số được phát thay đổi cứ Th giây một lần nên để điều chế được trực giao khoảng cách tần số tối thiểu phải là 1/Th. Độ rộng băng tần tổng hợp khoảng 2k.M/Th(Hz).  Tốc độ nhảy tần cho các hệ thống nhảy tần nhanh Một ưu điểm của hệ thống trải phổ nhảy tần – FH so với trải phổ trực tiếp – DS là tốc độ đồng hồ ở bộ tạo PN không cần cao như DS để đạt được cùng một độ rộng băng tần. Để hiểu rõ điều này ta so sánh tốc độ đồng hồ của 2 hệ thống này. Trong hệ thống DS/SS tốc độ đồng hồ ở bộ tạo chuỗi PN bằng tốc độ chip 1/Tc tức là độ rộng băng tần là Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 14.

<span class='text_page_counter'>(15)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 2/Tc. Ở hệ thống FH/SS nhanh ta cần k bit mới từ bộ tạo chuỗi PN cho mỗi bước nhảy tần. Vì thế bộ tạo chuỗi PN phải tạo ra k bit trong Th giây, nghĩa là tốc độ đồng hồ là k/Th (Hz) và độ rộng băng tần đối với điều chế trực giao là (2k+1)∆f = (2k+1) / Th. Ta có tỉ số độ rộng băng tần giữa 2 hệ thống như sau:. 2 2k 1 1/ Tc 2k   => Tc Th 1/ Th k Tỷ số này sẽ lớn hơn 1 với giá trị k thực tế. Do đó tốc độc đồng hồ ở hệ thống FHSS nhỏ hơn nhiều so với hệ thống DSSS. 3.3 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm Khi Tb/Th <1 ta được hệ thống nhảy tần chậm. Sơ đồ khối máy phát và thu tương tự như ở hệ thống nhảy tần nhanh. Hình 3.3.1 mô tả biểu đồ của một hệ thống nhảy tần chậm với Tb/Th = 1/2 nghĩa là một lần nhảy tần ở 2 bit, ở mỗi lần nhảy tần số liệu thay đổi giữa 0 và 1. Vì tần số phát có thể thay đổi Th giây một lần nên để điều chế trực giao khoảng cách phải là ∆f = m/Tb. Trong đó m là số nguyên khác 0. Nếu ta chọn ∆f = 1/Tb và nếu bộ tổng hợp tần số tạo ra 2k tần số, độ rộng băng tần sẽ là K.∆f = K/Tb (Hz). Trong đó K = 2k+1. Độ đợi xử lý là K/2. Khi sử dụng bộ nhân tần với hệ số nhân β ở máy phát, phân cách tần số ở đầu ra cuối cùng trở thành β.∆f và G = β.K/2.  Nhảy tần chậm với điều chế M – PSK Tìm hiểu cụ thể hơn về hệ thống nhảy tần chậm ta xét ví dụ với hệ thống nhảy tần chậm với điều chế M-FSK có M = 4 và Ts = TbLog2M. Tức là trong thời gian một bước nhảy có 3 ký hiệu dữ liệu. Độ rộng băng tần lớn nhất hệ thống đạt được là 2k.M/Ts (Hz). Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 15.

<span class='text_page_counter'>(16)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Tương tự như hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh. Trục tần số được chia thành 2k nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác định chính xác tần số nào sẽ được phát trong đoạn nhảy tần. Hệ thống trải phổ nhảy tần có nhiều ưu điểm vượt trội về tốc độ chuỗi PN cũng như tốc độ xung nhịp. Hệ thống FHSS có thể hoạt động trên dải tần số rộng (cỡ GHz) hơn nhiều so với các hệ thống trải phổ dùng các kỹ thuật khác, ngoài ra tín hiệu FHSS cũng có thể trải rộng hơn nhiều so với hệt hống DSSS với cùng tốc độ đồng hồ. Tuy nhiên, hệ thống FHSS cùng còn một số hạn chế nhất định đó là tính phức tạp của bộ tổng hợp tần số dẫn đến giá thành đắt. Mặc dù hạn chế được nhiễu giao thoa nhưng hệ thống FHSS lại dễ bị thu trộm hơn hệ thống DSSS. Việc phát triển các hệ thống FHSS hiện nay đang được nghiên cứu mạnh mẽ. Tương lai sẽ có những hệ thống FHSS với tầm hoạt động trên các băng tần rộng hơn nữa. Kỹ thuật của công nghệ này sẽ ngày càng hoàn thiện, khắc phục những hạn chế hiện nay. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 16.

<span class='text_page_counter'>(17)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. 4. Kết luận Hiện nay phần lớn các quan tâm về hệ thống SS là các ứng dụng đa truy nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn. Trong hệ thống DSSS tất cả mọi người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời.Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm. Ở các hệ thống FHSS và THSS mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tấn số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột. Như vậy FH và TH là kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó DS là kiểu hệ thống lấy trung bình.. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 17.

<span class='text_page_counter'>(18)</span> Kỹ thuật trải phổ trong CDMA. Thuật ngữ viết tắt AWGN. Additive White Gaussian Noise. Tạp âm Gauss trắng cộng. BEP. Bit Errored Probanbility. Xác xuất lỗi bit. BER. Bit Errored rate. Tỷ số lỗi bít. BPSK. binary Phase Shift keying Modulation. Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái. CDMA. Code Division Multiple Access. Đa truy nhập phân chia theo mã. DSSS. Direct Sequence Spreading Spectrum. Trải phổ chuỗi trực tiếp. QPSK. Quadrature Amplitude Modulation. Điều chế khóa dịch pha cầu phương. SNR. Signal to Noise Ratio. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm. PSD. Power Spectrum Density. Mật độ phổ công suất. CNR. Carrier to Noise Ratio. Tỉ số sóng mang trên tạp âm. SS. Spread Spectrum. Trải phổ. SSMA. Spread Spectrum Multiple Access. Đa truy nhập trải phổ. TH. Time Hopping. Nhảy thời gian. FFH. Fast Frequency Hopping. Nhảy tần nhanh. FH. Frequency Hopping. Nhảy tần. FSH. Slow Frequency Hopping. Nhảy tần chậm. Báo cáo chuyên đề vô tuyến niên khóa 2008 -2010 Nhóm 6 : lớp H08_VT4 Lop11.com. 18.

<span class='text_page_counter'>(19)</span>