Chuyên đề Tìm hiểu về hệ thống DS-CDMA

ống đa truy nhập vô tuyến phân bổ tài nguyên vô tuyến một cách hiệu suất cho các người sử dụng. Tùy thuộc vào việc sử dụng tài nguyên vô tuyến để phân bổ cho các người sử dụng mà các công nghệ này được phân chia thành: đa truy nhập phân chai theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chai theo mã (CDMA) và đa truy nhập phân chai theo không gian (SDMA). Các hệ thống thông tin di động mới đều sử dụng kết hợp cả bốn công nghệ đa truy nhập này để phân bổ hiệu quả nhất tài nguyên cho các người sử dụng. Công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã với nhiều ưu việt so với các công nghệ khác nên ngày càng trở thành công nghệ đa truy nhập chính. Công nghệ đa truy nhập CDMA được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật trải phổ. Hiện nay CDMA được áp dụng phổ biến trong các hệ thống thông tin di động thế hệ 3 như: 3G UMTS, CDMA 2000,… Tìm hiểu về Hệ thống DS-CDMA là đề tài mà nhóm chúng em đã lựa chọn trong môn học chuyên đề thông tin vô tuyến. Sự bỡ ngỡ cộng thêm “khả năng làm việc theo nhóm” là những khó khăn bước đầu mà chúng em gặp phải, nhưng được sự chỉ bảo, giúp đỡ của thầy giáo Nguyễn Viết Minh, nên chúng em đã hoàn thành được đề tài của mình. Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức nên đề tài nhóm chúng em thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy, cô giáo để chúng em được hoàn thiện hơn nữa về kiến thức của mình. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo đã chỉ bảo và giúp đỡ nhóm chúng em thực hiện đề tài này. Nhóm thực hiện Nhóm 4 - Lớp H09VT3 II/ HỆ THỐNG DS-CDMA 2.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống Hệ thống trải phổ DSSS là một trong những công nghệ của hệ thống trải phổ CDMA dựa trên trải phổ trực tiếp bằng mã PN. Là hệ thống được biết nhiều nhất trong hệ thống thông tin trải phổ. Chúng là loại tương đối đơn giản vì không yêu cầu tính ổn định nhanh và tốc độ tổng hợp tần số cao. Ở hệ thống DS/SS nhiều 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. Hệ thống trải phổ DS/SS được ứng dụng nhiều trong các công nghệ CDMA IS-95, CDMA one, W-CDMA và các loại CDMA 3G khác 2.2 Sơ đồ khối Hình 1.1 thể hiện sơ đồ khối của một hệ thống DS-CDMA. Số liệu người sử dụng chưa điều chế du(t) có thể là một dòng bít nhị phân nối tiếp (trong trường hợp một người sử dụng). Dòng số liệu này được điều chế bởi mã p(t) có tốc độ cao hơn. Quá trình điều chế sẻ tăng độ rộng băng tần của tín hiệu băng gốc. Tín hiệu trải phổ băng gốc dm(t) cuối cùng được điều chế với sóng mang vô tuyến Wc trước khi truyền trên kênh truyền dẫn vô tuyến. Trong quá trình truyền trên kênh truyền, tín hiệu bị gián đoạn bởi nhiễu đa đường, nhiễu ngẫu nhiên và các tín hiệu can nhiễu khác của kênh truyền, ký hiệu là n(t). Tín hiệu thu rrf(t) sau đó được giải điều chế để thu được tín hiệu trải phổ băng gốc rm(t). Khâu xử lý cuối cùng là khôi phục lại tín hiệu trải phổ ban đầu rd (t). Tín hiệu băng gốc rm(t) thu được có thể chia làm ba loại theo các bộ giải điều chế tín hiệu trải phổ chúng. Loại tín hiệu thứ nhất là tín hiệu của người sử dụng cần thu. Loại thứ hai là tín hiệu của người sử dụng khác (trong trường hợp nhiều người sử dụng), nhưng tín hiệu này bị bộ giải điều chế loại bỏ, đây là những tín hiệu trực giao với tín hiệu của người sử dụng cần thu. Loại tín hiệu cuối cùng là tất cả các tín hiệu khác như: tạp âm, can nhiễu … Những tín hiệu này làm gián đoạn tín hiệu cần thu. 2.3 Trải phổ Trải phổ là quá trình điều chế với mục đích phân bố năng lượng tín hiệu trên băng tần rộng (rộng hơn nhiều so với tín hiệu chưa điều chế). Trong hệ thống trải phổ trực tiếp, chuỗi giải ngẩu nhiên – PN được sử dụng để điều chế trực tiếp tín hiệu nhằm đạt được tín hiệu có băng tần rộng như trên hình 2. 2. Đặc tính ngẩu nhiên của chuỗi PN tạo cho tín hiệu trải phổ có dạng gần giống tạp âm trắng. Với băng tần rộng, tín hiệu trải phổ có ưu điểm như sau: · Khả năng chống can nhiễu bên ngoài và tổn hao đa đường · Khả năng chống nhiễu băng tần hẹp · Khả năng tái sử dụng phổ tần Các nhiễu băng hẹp, các nhiễu xung và các can nhiễu khác chỉ có thể làm gián đoạn một phần của tín hiệu trải phổ. Do đó, những can nhiễu này chỉ làm giảm không đáng kể tỷ số hiệu trên nhiễu – SNR. Tín hiệu trong hệ thống trải phổ trực tiếp có dạng như nhiễu nền đối với những người sử dụng khác trong cùng băng tần. Do vậy nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ một phổ tần và họ phân biệt với nhau bởi một mã xác định. 2.4 Các chuỗi mã giả ngẫu nhiên Các chuỗi PN được sử dụng trong quá trình tạo tín hiệu ngẫu nhiên, mã hoá số liệu và trải phổ. Viêc tạo chuỗi PN được sử dụng một thanh ghi M bit với các đường hồi tiếp như trên hình 2.3 (trường hợp M=5) Chiều dài chuỗi số liệu đầu ra có thể đạt cực đại (LMAX) N=LMAX = 2M-1 Các chuỗi PN có chiều dài cực đại được gọi là các chuỗi mã tuyến tính cực đại. Những chuỗi này được sử dụng trong hệ thống trải phổ. Chuỗi PN có những đặc trưng sau: · Cân bằng mã: số lượng bit 1 và số lượng bit 0 chỉ khác nhau 1 đơn vị. · Tự tương quan: Với giá trị tín hiệu ±1, hàm tự tương quan của chuỗi PN nhận giá trị bằng -1 với tất cả các tín hiệu có độ sai pha lớn hơn 1bit. Với tín hiệu không có sai pha, hàm tự tương quan đạt giá trị bằng N (chiều dài chuỗi PN), (xem hình 2.4). · Cộng modul 2: Cộng modul 2 của một chuỗi PN với phiên bản dịch bit của chuỗi đó sẽ thu được kết quả là một bản dịch bit khác của chính chuỗi đó. Hàm tự tương quan liên tục của một chuỗi PN được định nghĩa như sau : Trong đó: p(t): là chuỗi PN, một hàm biến thời gian với các giá trị ± 1 ; N: số lượng bít của chuỗi PN Tc: chu kỳ một bít của PN N.Tc: độ dài chuỗi PN. Việc đồng bộ trong máy thu DSSS được thực hiện bằng cách tìm giá trị cực đại của hàm tương quan CCA (τ) tại đó tín hiệu được đồng bộ hoàn hảo(t =0). 2.5 Điều chế trong hệ thống DS/SS trường hợp một người sử dụng Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích trường hợp đơn giản nhất của việc điều chế DS/SS: Phát sinh và thu tín hiệu của một người sử dụng duy nhất. Trong trường hợp này, một mã giải ngẫu nhiên PN điều chế trực tiếp dòng số liệu nhị phân du(t). Băng tần của tín hiệu điều chế được mở rộng là do tốc độ bít cao của mã PN. Hệ số tải phổ (Fs ) được định nghĩa là tỷ số của tôùc độ bít mã PN trên tốc độ bít của dòng số liệu, hay tỷ số giữa chu kỳ (Tb) của dòng số liệu trên chu kỳ (Tc) của mã PN Fs=Tb/Tc Việc điều chế có thể thực hiện theo hai cách tuỳ thuộc vào dạng số liệu đầu vào: nếu tín hiệu vào là tín hiệu lưởng cực (± A) thì việc điều chế sẻ được thực hiện bằng phép nhân tín hiệu, nếu tín hiệu đầu vào là tín hiệu nhị phân (0,1) thì điều chế thực hiện bằng phép cộng modul 2. Thông thường, độ dài chuỗi mã ngẩu nhiên PN (N.Tc ) lớn hơn hoặc bằng chu kỳ bít của dòng số liệu – Tb. 2.6 Giải điều chế trong hệ thống DS/SS trường hợp một người sử dụng Việc khôi phục lại dòng số liệu ban đầu yêu cầu có đồng bộ giửa mã PN bên trong máy thu với mã PN chứa trong tín hiệu băng gốc thu được – rm (t). Sau đó thực hiện giải điều chế (hay nén phổ) tín hiệu thu được và cuối cùng là phát hiện các bít số liệu. Quá trình đồng bộ mã sẻ được phân tích chi tiết ở phần sau, trong phần này ta giả thiết là mã PN được đồng bộ hoàn hảo. Việc giải điều chế của tín hiệu trải phổ trực tiếp chuyển đổi tín hiệu điều chế băng rộng thành tín hiệu băng hẹp. Giải điều chế thực hiện chức năng xác định hay chức năng lọc.Chức năng xác định được thực hiện dựa trên giá trị tương quan (tương quan chéo) của tín hiệu rm(t) với mã giả ngẩu nhiên PN. Hình 2.5 thể hiện sơ đồ khối đơn giản của máy thu DSSS, trong đó bộ tương quan được sử dụng ở bên trong bộ giải điều chế băng gốc. Hàm tương quan liên tục (hàm tương quan CT) được định nghĩa như sau : Chu kỳ tích phân Tb là chu kỳ bít của dòng số liệu gốc tương ứng với độ dài của chuỗi PN Giả sử đường truyền lí tưởng (không có can nhiễu), tín hiệu băng gốc thu được: Trong đó : A: biên độ tín hiệu dm(t): tín hiệu nhị phân băng gốc đã điều chế ; du(t): tín hiệu ban đầu chưa điều chế Để đơn giản ta giả thiết A=1 và thực hiện thu đồng bộ. Khi đó hàm tương quan chéo CT sẽ là : Như vậy đầu ra của bộ tương quan là giá trị bít số liệu ban đầu nhân với một hệ thống trải phổ trong khoảng thời gian Tb... Từ dạng sóng đầu ra, ta có thể dể dàng khôi phục tín hiệu ban đầu bằng cách phát hiện dấu tại đầu ra của bộ tương quan theo chu kỳ Tb. Biên độ tín hiệu ra không chứa thông tin, tuy nhiên nó thể hiện cường độ tín hiệu có thể được sử dụng để tính SNR sau khi giải điều chế để tính tỉ lổi bít tương quan. Trong thực tế, tín hiệu thu được bị gián đoạn bởi các tín hiệu can nhiễu và tổn hao do các đặc tính của kênh truyền dẩn cao tần. Hiệu ứng này làm cho tín hiệu thu rm(t) có một sai số nhất định. Tích phân sai số này trong chu kỳ Tb sẽ thu được công suất nhiễu nền. Mức công suất nhiễu nền không ảnh hưởng nhiều đến mức công suất của tín hiệu thu. Ảnh hưởng của việc lệch đồng bộ trong thực tế có thể làm giảm tương quan đầu ra. Bên độ tương quan đầu ra bị suy giảm do nó chỉ có thể đạt trong trường hợp đồng bộ hoàn hảo. Việc mất đồng bộ này làm giảm mức công suất tín hiệu trong khi công suất nhiễu không thay đổi. Do đó làm giảm SNR 2.7 Đa truy nhập phân chia theo mã Trong phần này, chúng ta xem xét việc truyền số liệu của nhiều người sử dụng trong hệ thống CDMA DSSS. Nhiều sử dụng có thể cùng truyền và nhận tín hiệu trên cùng phổ tần. Số liệu đều chế của mổi người sử dụng được coi như nhiễu đối với người sử dụng khác. Việc phân biệt số liệu của mổi người sử dụng được thực hiện bằng cách sử dụng các mã PN khác nhau để điều chế và trải phổ tín hiệu. Trong trưỡng hợp lý tưởng K mã trực giao, K người sử dụng có thể truy nhập đồng thời. Khái niệm trực giao có nghĩa là giá trị tương quan chéo của tín hiệu điều chế trải phổ trực tiếp của một trong K-1 người sử dụng không mong muốn với mã trải phổ PN của người cần thu bằng 0. Do vậy chỉ có tín hiệu mong muốn có giá trị tương quan khác 0. Vấn đặt ra là khó có thể tìm được một bộ mã nhị phân trực giao trong môi trường truyền dẫn không đồng bộ của nhiều ngưởi sử dụng. Ta xét một ví dụ đơn giản: giá trị tương quan chéo của hai từ mã PN7 chíp: (1110100) và (1100101) hàm tương quan của hai từ mã này được thể hiện trên hình 2.6. Hàm tương quan chỉ đạt giá -1tại 3 vị trí (2,-2,-3) trong khi hai từ mã được coi là trực giao. Thông thường hai người sử dụng độc lập có thể truyền dẫn không đồng bộdo vậy không thể đãm bảo là các từ mã trực giao và như vậy hai đường truyền dẫn có thể gây can nhiễu cho nhau.điều này không có nghĩa là việc truyền dẫn nhiều người sử dụng không thể thực hiện được. Mà trái lại như đã nói trong các phần trước, các tín hiệu của các người sử dụng khác có dạng như tạp âm trắng và việc loại bỏ các tín hiệu này được thực hiện nhờ cơ chế tăng ích xử lý trong hệ thống thông tin trải phố. Việc loại bỏ các tín hiệu can nhiễu không thể thực hiện một cách triệt để bằng cách sử dụng các mã trực giao. Tuy nhiên trong trường hợp truyền dẫn đồng bộ nhiều người sử dụng có thể dùng nguyên lý trực giao. Trong trường hợp này, số liệu truyền dẫn của mổi người sử dụng được điều chế và được đóng gói trước khi truyền dẫn. Yêu cầu đối với các mã trải phổ là các mã này phải trực giao đồng bộ. Ví dụ về hàm trực giao đồng bộ là các hàm sin và cos ở cùng một tần số: các hàm này trực giao với nhau với điều kiện là phải duy trì độ sai pha 900. Đối với các từ mã có độ dài cho trước, có thể tồn tại một số mã trực giao đồng thời để tạo thành một không gian mã K chiều sử dụng cho việc truyền dẫn đường xuống ở trạm gốc. Các hàm Walsh là một bộ 2M mã trực giao đồng bộ được tạo ra từ các biểu thức đệ quy ma trận Hadamard. Hình 2.7 thể hiện 7 trong số mã Walsh có chiều dài 16. Trên hình 2.7, từ mã đầu tiên là tín hiệu DC, từ mã 2,3 là các tín hiệu số tương tự như tín hiệu sin và cos ở tần số cơ bản,từ mã 4,5 tương tự tín hiệu sin và cos ở các sóng hài. Từ mã thứ 6 không giống với tín hiệu sin hay cos.16 từ mã Walsh trực giao tương hỗ (giá trị tương quan chéo trên 16 chíp bằng 0 ) Việc sử dụng mã trực giao khác nhau được thực hiện để điều chế tín hiệu của mổi người sử dụng. Hình 2.8 là sơ đồ đơn giản của máy phát CDMA. Thông thường tốc độ của mã trực giao bằng tốc độ của mã PN do vậy các mã trực giao thực hiện trải phổ người sử dụng. Tuy nhiên trong thực tế, các mã trực giao có đặc tính tương quan rất tồi do đó không thể sử dụng cho việc đồng bộ ở máy thu. vì vậy vẩn phải sử dụng điều chế PN. 2.8 Giải điều chế các tín hiệu CDMA Hình 2.9 là sơ đồ đơn giản của máy thu CDMA. Các mã Walsh và các mã PN có thể được trộn trước như trên hình 2.9. Tuy nhiên, các tín hiệu đầu ra không thay đổi so với dạng phát ban đầu vì tín hiệu đầu ra của bộ tương quan của người sử dụng khác bằng không Hình 2.9 : Các máy thu CDMA trong trường hợp nhiều người sử dụng (a) Thực hiện một cách trực tiếp ; (b) Thực hiện trộn trước các mã Walsh và mã PN Có hai vấn đề quan trọng khi thực hiện giải điều chế: Độ tuyến tính của bộ tương quan để duy trì mối quan hệ trực giao của tín hiệu. Ví dụ như : đãm bảo tích phân tín hiệu của những người sử dụng không mong muốn bằng 0. Dải động của bộ tương quan để duy trì mối quan hệ trực giao của tín hiệu của một người sử dụng có thể thu được tín hiệu có nhiều mức khác nhau 2.9. Đặc tính của tín hiệu DS Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK1800. Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng như dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế hai pha đơn giản. Độ rộng băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên. Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5Mcps (chip/s) thì đôï rộng băng của vấu chính là 10 Mhzvà mổi vấu bên có độ rộng băng là 5MHz. Hình 2.10 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân băng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế hai pha. Quá trình này được chỉ ra trên hình 2.11 theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác nhau không thành vấn đề trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung ) là quan trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây. Hình 2.10 : Điều chế loại DS (2 pha ) (1) Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các kỹ thuật phức tạp. Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang vì mức sóng mang nằm bên dưới của múc tạp âm khi điều chế mã. (2) Yêu cầu nhiều côngsuất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã mã. (3) Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hẳng số duy trì độ rộng băng và lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có mức giới hạn nhất định. Trong hệ PAM với sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [(sin x) /x]2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh. Hình 2.11 đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Nói tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã. Thực chế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin bằng gốc mà đưa qua thủ tục điều chế nhờ bộ đếm và tích luỹ bởi dãy mã tức thời.ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chếđể điều chế mã đối với thủ tục điều chếvà giải điều chế đơn giản. Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu. Trong trương hợp đó,nếu các mã tại đầu phát và đầu thu được được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục.các sóng mang băng tần hẹp khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ các sóng mang đã điều chế băng gốc được đi qua. Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra. Bộ lọc băng thôn có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần liên quan của bộ thu. Hình 2.11 : Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS. 2.10 Độ rộng băng RF của hệ thống DS Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp. Nếu băng là 2KHz thì độ lợi sử lý được giới hạn là 20MHz. Trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi bảo mật tín hiệu thì quan điểm là chọn vừa phải một độ rộng băng hẹp và công suất phát trên 1Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất. Do đó các độ rộng băng rộng được sử dụng. Các độ rộng băng rộng cũng được yêu cầu trong trường hợp độ lợi xử lý lớn nhất là cần thiết để ngăn chặn giao thoa. Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh. Bất kỳ một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu. JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System )chấp nhận một loại điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF ( Identification Friend &Foe )và TACAN (Tactical air Navigation ). Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [(sinx) / x]2 có thể được giảithích như sau. Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là Athì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0, T±T/2: Rõ ràng là công thức trên có dạng sin x/x nghĩa là sự phân bố điện áp của tín hiệu và phân bố công suất có dạng [(sinx) / x]2. Sự phân bố công suất của tín hiệu DS 2pha và 4 pha đưa ra trên hình 2.12 với biên độ tương ứng với dải của 2 mấu bên thứ nhất tương ứng với 3 lần tốc độ mã. Trong trường hợp này thì 90% công suất tổng bao gồm trong băng tương ứng với 2 lần tốc độ mã, 93% tương ứng với 4 lầnvà 95% tương ứng với 6lần. Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSKhay QPSK bao gồm trong tần số băng bên. Nhưng sự suy giảm công suất tín hiệu không thành vấn đề chỉ trong giới hạn băng sau. Vì công suất của nhiều hàm điều hoà bậc cao bao gồm cả tần số băng bên trong điều chế nên giới hạn băng hẹp của băng RF tạo ra sự giới hạn thời gian lên và xuống của băng điều chế. Hình 2.12: Phân bố cơng suất trong phổ [ (sin x)/ x] 2 Mối tương quan tam giác của tín hệu đã điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần. Hình 2.13 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của tín hiệu băng tần đến dang đường bao của RF Truyền dẫn QPSK là một sơ đồ để giới hạn băng tần cao khi tốc độ mã cho trước QPSK có thể làm giảm băng RF yêu cầu đến một nửa nhưng độ lợi xử lý giảm đi nhiều. Ví dụ, để truyền thông tin 10Kb/s với tốc độ mã 22,75 Mc/s thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHZ để điều chế BPSK và độ lợi xử lý là 20Khz ×10Kb/s =2000. Mặt khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10Mhz nên độ lợi xử lý giảm 3dB do đó 10Mhz ×10Kb/s =1000.Do đó loại điều chế hay tốc độ mã nên được xác định trong hệ thống áp dụng và tốc độ thông tin cơ bản, độ lợi xử lý và băng tần sử dụng củng nên được cân nhắc. Giới hạn RF đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đo khoảng cách sử dụng DS. Như đã chỉ ra trên hình 2.4, suy giảm chất lượng của chức năng tương quan chịu tổn thất khi điều chỉnh chính xác thời gian. Nghĩa là giới hạn băng làm giảm giải pháp khoảng cách của hệ thống đo khoảng cách nhằm tăng khoảng cách đo được Hình 2.13 : Giới hạn độ rộng băng RF và ảnh hưởng của nó đến các tín hiệu DS thông thường 2.11 Tăng ích xử lý Trong hai phần trước ta đã phân tích việc thực hiện khôi phục tín hiệu người sử dụng mong muốn và loại bỏ tín hiệu của người sử dụng khác. Ngoài tín hiệu của các người sử dụng, trong phần này chúng ta xét đến tín hiệu khác là một thành phần của tín hiệu thu.Những tín hiệu này có thể chia thành hai loại: tín hiệu can nhiễu băng rộng và tín hiệu can nhiễu băng hẹp. Các can nhiễu băng hẹp có thể là các tín hiệu sóng mang khi truyền dẩn quảng bá hoặc các xung nhiễu (jamming ). Các can nhiễu băng rộng bao gồm : các nguồn nhiễu trắng, các tín hiệu trải phổ đa đường và tín hiệu DS-CDMA không đồng bộ. Trong trường hợp can nhiễu của các sóng mang khác ( nhiễu đơn tần ), tiến trình tương quan thực hiện trộn tín hiệu với một mã PN và cuối cùng phân tích tín hiệu trộn. Bước điều chế PN trong tiến trình tương quan thực hiện mã hoá tín hiệu sin một các ngẩu nhiên và trải phổ tín hiệu đó giống như việc truyền dẩn trong hệ thống DSSS. Tín hiệu thu được có dạng giống như nhiễu băng rộng trước khi thực hiện tích phân. Bước tích phân lam quân bình can nhiễu, giảm sự biến thiên của chúng hoặc làm giảm công suất xoay chiều AC Trong trường hợp nhiễu băng rộng, bứơc điều chế PN có xu hướng làm phẳng phổ tần tín hiệu. Vá cuối cùng làm giảm công suất AC của tín hiệu can nhiễu. Ở cả hai trường hợp, hiệu ứng quân bình của bộ tương quan sẻ làm giảm công suất nhiễu tổng và do đó làm tăng SNR (giả sử mức công suất tín hiệu công suất được duy trì không đổi) một lượng gọ là tăng ích xử lý Gp.Người ta định nghĩa tăng ích xử lý như sau: Gp=SNRo/SNRi Trong đó, SNRo và SNRi tương ứng là SNR đầu ra và đầu vào của bộ tưiơng quan. Gp cũng có thể được định nghĩa bằng công thức: Gp= BWss/BWd=Tb/Tc=Fs Trong đó: BWD và BWSS là băng thông của số liệu trước và sau khi điều chế SS. 2.12. Đồng bộ Trong phân này chúng ta sẽ phân tích việc định thời của mã PN tạo ra bên trong máy thu DSSS với mã PN trong tín hiệu thu r (t). m Thông thường quá trình đồng bộ được thực hiện trong hai pha. Trong pha đầu tiên (pha bắt mã –aquistion ) có thể đạt được đồng bộ thô trong khoảngthời gian một chíp (Tc). Tiếp theo là pha bám mã (tracking). Pha bám thực hiện đồng bộ tính trong khoảng thời gian ngắn bằng một phần của Tc và duy trì trạng thái đồng bộ cho đến khi thực hiện việc giải điều chế. 2.13. Pha bắt mã Việc đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính tương quan của chuỗi PN. Bám mã được thực hiện bằng cách điều chỉnh đầu ra của bộ tương quan để so sánh pha các chíp kế tiếp cho đến khi phát hiện vùng giá trị tương quan đạt cực đại. Trong thực tế, có hai vấn đề nảy sinh là: chuỗi PN bị điều chế số và chuỗi PN có thể dài hơn chu kỳ bít số liệu (N.Tc > Tb ). Nếu chiều dằi chuỗi PN bằng chu kỳ bít Tb thì bám mã có thể thực hiện được bằng cách phát hiện các đỉnh âm hoặc dương. Nếu không có điều chế số,giả sử chuỗi PN dài hơn chu kỳ bít thì việc thực hiện tương quan lâu hơn trước khi tìm biên độ đỉnh. Khi cả hai điều kiện đồng thời xảy ra, thì quá trình phát hiện đỉnh có thể bị ành hưởng hoặc không thực hiện được. Khiđó, số liệu phải được giải điều chế trước khi thực hiện tương quan. Tuy nhiên, giải điều chế chỉ thực hiện được sau khi đã đồng bộ.Do vậy, sẽ tồn tại một nghịch lý. Để giải quyết vấn đề này có thể thực hiện theo một số cách khác nhau. Một trong số đó là cách tính một phần giá trị tương quan có chiều dài Tb và cộng giá trị tuyệt đối thu được để đạt được giá trị tương quan toàn bộ. Theo cách này ta có thểthu được đúng giá trị đỉnh. Tuy nhiên các giá trị tương quan khác không bằng -1 như trong trường hợp lý tưởng (xem hình 2.14) Hình 2.14, so sánh giữa hàm tự tương quan liên tục trong trường hợp lý tưởng, ta thấy độ dữ trữ nhiễu bị giảm. Do đó sẽ tăng khả năng bắt mã sai. Một giải pháp khác được sử dụng trong hệ thống CDMA là dành một kênh để truyền tín hiệu hoa tiêu sử dụng cho đồng bộ. Tín hiệu hoa tiêu không điều chế. Do vậy tín hiệu này có thể tạo ra đặc tính tự tương quan lý tưởng. Thời gian bắt acq t là khoảng thời gian máy thu đạt được đồng bộ theo mã PN. Thời gian bắt phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật thu.Có hai loại bộ tương quan là:bộ tương quan trượt (slidingcorrelator) và matchedfilter. Hình 2.14 : So sánh giữa hàm tự tương quan liên tục trong trường hợp lý tưởng 2.14 Pha bám mã Đồng bộ mã được duy trì bằng cách sử dụng hai bộ tương quan bám trong cấu hình hồi tiếp gọi là vòng khoá trể(DLL). Một bộ tương quan bám (early) lấy mẩu tín hiệu vào nhanh hơn nửa chíp so với bộ giải điều chếsố liệu (data). Bộ tương quan bám khác lấy mẫu tín hiệu vào chậm hơn một nửa chip so với bộ giải điều chế số liệu. Hình 2.15.Bộ giải điều chế số trong mạch vòng khoá trễ-DDL Tín hiệu phản hồi được sử dụng để cân bằng đầu ra của hai bộ tương quan bám. Xét giá trị của hàm tương quan liên tục CCA(τ) và đầu ra của các bộ tương quan bám theo ba trường hợp: mã PN của máy thu nhanh pha hơn so với hiệu vào, cùng pha với tín hiệu vào và chậm pha hơn tín hiệu vào (xem hình 2.16). Các bộ tương quan (sớm pha, cùng pha, chậm pha) thực hiện tương quan theo ba pha chíp kế tiếp nhau của tiến hiệu đầu vào, các pha này lệch nhau 0,5 Tc. Khi biên độ đầu ra của bộ tương quan sớm và chậm bằng nhau, thì bộ tương quan số liệu sẽ đồng bộ hoàn hảo với tín hiệu vào,tín hiệu ra sẽ đạt giá trị đỉnh. Hình 2.16 : Các giá trị đầu ra của các bộ tương quan sớm pha và chậm pha