Đồ án Tìm hiểu phương pháp tách sóng và triệt nhiễu trong hệ thống thông tin di động CDMA

0 200 30 1230 1230 Tổng số kênh vô tuyến (10MHz) 50 50 312 8 8 Số kênh lưu lượng thoại/sóng mang 7.5 7.5 1 22 14 Hệ số sử dụng lại tần số 3 4 7 1 1 Số sóng mang/sector 6 4 15 8 8 Số kênh lưu thoại/sector 45 30 15 176 112 Số thuê bao/trạm gốc 3956 2480 1064 17361 10750 Bảng dung lượng của một trạm gốc trong các hệ thống Vùng phủ sóng rộng . Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ lớn. Do vậy , toàn bộ hệ thống cần ít trạm gốc hơn các hệ thống thông thường . Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA áp dụng kỹ thuật điều khiển công suất nhanh và chính xác. Điều này cũng thu được từ việc tất cả các cell dùng chung băng tần nên nhiễu giảm bớt . Công nghệ CDMA cung cấp vùng phủ sóng rộng hơn hẳn GSM mặc dù sử dụng máy đầu cuối có công suất phát thấp hơn. Do đó hệ thống CDMA chỉ cần số lượng các trạm gốc ít hơn từ 2 đến 2,5 lần so với hệ thống GSM có cùng vùng phủ sóng, cho nên giảm chi phí thiết lập mạng. Khi mạng đã được thiết lập thì sự quan hệ qua lại giữa dung lượng và vùng phủ sóng sẽ tự động giảm và ngược lại khi số lượng thuê bao giảm thì vùng phủ sóng sẽ tăng . Chuyển giao mềm . Chuyển giao mềm góp phần làm cho tiếng nói có chất lượng cao bởi sự chuẩn bị kết nối trước (make before break). Kỹ thuật CDMA làm việc theo phương thức khi MS đã kết nối chắc chắn với một BTS mới thì BTS gốc (BTS trước và đang quản lý MS) mới thực hiện chuyển giao việc xử lý và quản lý MS cho BTS mới . Trong những cell TDMA, khi cell A trùng lắp lên cell B thì MS ngừng hoạt động ở cell A (chuyển giao cứng). Còn trong CDMA cell A và cell B cùng gởi đến MS vì thế sự tiếp nhận thông tin hoàn hảo về chất lượng . Một số ưu điểm của chuyển giao mềm và mềm hơn của hệ thống CDMA là sự chính xác các bit số liệu, tỉ lệ mất cuộc gọi nhỏ, chất lượng cuộc gọi cao ở vùng giới hạn và giảm quá tải hệ thống chuyển mạch . Đơn giản hoá quy hoạch hệ thống . Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell. Điều này làm đơn giản hoá quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống . Ở hệ thống khác (tương tự hay GSM), toàn bộ băng tần được chia thành các đoạn nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu. Hệ thống như vậy cần phải được quy hoạch tần số cẩn thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống cũng phải xem xét vấn đề quy hoạch tần số. Hệ thống CDMA không gặp phải bài toán khó này vì các cell sử dụng băng tần như nhau . Tăng cường bảo mật . Bảo mật trong CDMA được bảo đảm nhờ cách thức làm việc của hệ thống . Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn bộ độ rộng của băng thông (1,25MHz hoặc cao hơn) cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi. Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gốc với trạm di động mới có thể hiểu và tách ra các thông tin hữu ích. Đối với các máy thu trộm, khi không có chuỗi mã này tín hiệu thu được chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền. Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bảo mật . Tiết kiệm năng lượng . Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết. Nó tổ chức và phát thông tin theo từng cụm ngắn và tắt trong các thời gian còn lại. Trong thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động không phải lắng nghe liên tục trên kênh tìm gọi. Điều này cũng giúp tiết kiệm acquy của máy di động. Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi. Số lượng bit thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm, dẫn đến năng lượng cần sử dụng giảm . B. CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ I . GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TRẢI PHỔ Trong hầu hết các hệ thống thông tin, người ta chủ yếu quan tâm đến các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thông tin ở các khía cạnh hiệu suất băng thông (chẳng hạn tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N và xác suất bits lỗi BER P(e)) và chú ý đến nhiễu tự nhiên. Tuy nhiên trong một vài ứng dụng chúng ta cần xem xét khả năng chống nhiễu, loại bỏ nhiễu và khả năng đa truy suất của hệ thống . Những vấn đề này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng quân sự kỹ thuật trải phổ cũng được ứng dụng trong lĩnh vực này. Việc nghiên cứu trải phổ được thúc đẩy bởi động lực chủ yếu là tìm ra cách thực hiện những hệ thống thông tin có khả năng chống phá sóng cao. Kết quả của các công trình nghiên cứu này mang lại một loạt các ứng dụng khác như giảm được mật độ năng lượng, định vị độ phân giải cao và phân kênh tốt . Những kỹ thuật này được gọi là trãi phổ vì chúng sử dụng băng thông truyền lớn hơn nhiều so với băng thông cần thiết để truyền thông tin. Việc mở rộng băng thông một mặt cũng có điều bất lợi, nhưng mặt khác lại mang đến nhiều lợi điểm, trong đó có việc nâng cao khả năng khôi phục tín hiệu và khả năng chống nhiễu. Như vậy, để làm cho một tín hiệu được phân biệt với một tín hiệu khác, trong đó có nhiễu thì phương pháp thông dụng nhất là mở rộng băng thông của tín hiệu đó ra . Chính vì vậy, tỉ số băng thông đã trải phổ so với băng thông của tín hiệu ban đầu là thước đo chất lượng của hệ thống . Hệ thống thông tin trải phổ là hệ thống thông tin để truyền tín hiệu, có băng tần phát lớn hơn nhiều lần băng tần tín hiệu gốc, sử dụng điều chế tín hiệu gốc với mã trải phổ có độ rộng băng lớn hơn nhiều lần tín hiệu gốc, mã trải phổ trong kỹ thuật trải phổ độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Thông tin được phát trên một kênh rất lớn với nhiều thuê bao sử dụng đồng thời . Một hệ thống thông tin trải phổ có những đặc điểm sau : Tín hiệu sau trải phổ chiếm giữ băng thông lớn gấp nhiều lần băng thông tối thiểu cần thiết để truyền thông tin . Việc trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ, gọi là mã trải phổ . Mã trải phổ độc lập với tín hiệu . Tại phía thu việc nén phổ để khôi phục lại tín hiệu ban đầu được thực hiện bằng cách xét sự tương quan giữa tín hiệu thu được đồng bộ với tín hiệu trải phổ đã được sử dụng ở phía phát . Hệ thống trải phổ có các tính năng cơ bản sau : Phân kênh theo mã : có thể sử dụng để truyền nhiều kênh thông tin chỉ trong một dải tần . Chống nhiễu và phá sóng tốt do độ tương quan của tín hiệu gây nhiễu và tín hiệu mã rất hạn chế nên tín hiệu gây nhiễu xem như không có tác dụng . Chống nghe trộm tốt vì không thể thu được tín hiệu nếu không biết mã của nó. Máy thu chỉ làm việc với tín hiệu mã dành cho nó chứ không thu được tín hiệu dành cho máy thu khác . Vì công suất tín hiệu bị trải mỏng và dàn đều trong một vùng tần số nào đó nên bản thân sự tồn tại của tín hiệu cũng khó biết được. Nhờ vậy nếu không biết mã sử dụng thì không thể can thiệp đến tín hiệu. Cho dù có phát hiện được sự tồn tại của tín hiệu thì cũng khó tìm ra nơi xuất phát của tín hiệu . Đảm bảo tính xác thực của thông tin . Mật độ phổ giảm cho phép tăng năng lượng trên một bit dữ liệu cũng như tỉ số tín hiệu trên nhiễu mà không làm ảnh hưởng đến các kênh thông tin khác Các hiện tượng xấu do môi trường lan truyền gây ra như hiện tượng Fading trễ v.v Có thể được bù đắp bởi sự dư thừa của tín hiệu phát đi. Nếu ta nghiên cứu trước đặc điểm của môi trường thì có thể lựa chọn được mã tối ưu . Có thể được sử dụng cho thông tin vệ tinh được cấp phép cho CDMA Được phép hoạt động không cần giấy phép ở ba lĩnh vực : công nghiệp, khoa học và y tế với công suất đến 1W ở các băng tần sau : 902 – 928MHz , 2,4 – 2,4835GHz và 5,725 – 5,85GHz (theo tiêu chuẩn của FCC) . Trải phổ sóng mang được phân loại theo tốc độ truyền dẫn số liệu. Có hai loại thông tin trải phổ cơ bản là : hệ thống trải phổ trực tiếp (DS) và hệ thống trải phổ dịch tần (FH) Có đặc điểm là truyền thông tin trên một băng thông lớn hơn nhiều các băng thông dùng trong hệ thống vô tuyến băng hẹp. Mã hóa đường truyền bằng các chuỗi giả ngẫu nhiên ở máy phát và máy thu. Mã hóa trong hệ thống dịch tần tạo ra chuỗi mã hóa. Trong hệ thống trực tiếp tạo ra nhiễu ngẫu nhiên tốc độ cao. Ngoài ra còn có hệ thống trải phổ dịch thời gian (TH) và các hệ thống lai (Hybrid) . Các kỹ thuật trải phổ giải quyết được rất nhiều vấn đề trong thông tin như khả năng can nhiễu, ghép kênh phân chia mã cho các ứng dụng đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) v.v. Sự nâng cao chất lượng nhờ sử dụng các kỹ thuật trải phổ được đặc trưng bằng độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ. Độ lợi xử lý là độ khác biệt về chất lượng của hệ thống dùng kỹ thuật trải phổ so với hệ thống không dùng kỹ thuật trải phổ trong khi các điều kiện khác đều giống nhau. Độ lợi xử lý xấp xỉ bằng tỉ lệ băng thông trải phổ so với tốc độ thông tin (thông thường là lớn) . Sau đây là sơ đồ khối tổng quan các chức năng của một hệ thống thông tin di động số trải phổ SS. Nguồn tín hiệu đưa vào máy phát có thể là số (máy tính) iD hoặc tương tự (thoại) iA . Nếu tín hiệu nguồn là thoại thì đầu tiên sẽ được số hóa bởi một số bộ chuyển đổi A/D như bộ điều chế xung mã (PCM) hay bộ mã hóa điều chế (DM) . . . Bộ nén tín hiệu sẽ loại trừ hoặc giảm bớt thông tin thừa trong tín hiệu số này. Sau đó bộ mã hóa sửa lỗi sẽ gán vào tín hiệu những chuỗi mã để dò tìm và hiệu chỉnh lỗi gây ra bởi kênh truyền RF . Phổ tín hiệu nhận được sẽ được trải ra trên một băng rộng mong muốn gọi là trải phổ. Tiếp theo đến bộ điều chế, phổ sẽ được dịch đến một dải tần quy định để truyền đi. Tín hiệu đã điều chế sẽ được khuếch đại qua bộ khuếch đại công suất và được gửi đến kênh truyền dẫn, có thể là mặt đất hoặc vệ tinh. Kênh truyền dẫn sẽ sinh ra một số suy giảm tín hiệu như nhiễu, giao thoa hoặc sự suy yếu của công suất tín hiệu Ở máy thu tín hiệu thu được được tái tạo lại tín hiệu ban đầu bằng cách làm ngược quy trình của máy phát. Tín hiệu nhận được sẽ được giải điều chế, nén phổ lại, giải mã sửa lỗi và giải nén ra để thu được tín hiệu số. Nếu nguồn là thoại thì tín hiệu số này sẽ được chuyển sang tương tự bằng bộ chuyển đổi D/A . Cần chú ý là bộ nén / giải nén tín hiệu và bộ mã hóa / giải mã sửa lỗi là không bắt buộc phải có, chúng chỉ làm nhiệm vụ tăng thêm chất lượng của hệ thống. Ngoài ra, vị trí của khối trải phổ và điều chế có thể thay đổi lẫn nhau, hai chức năng này thường được hợp nhất và thực thi như một khối riêng . Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Nén Mã hóa Thu – Phát Vệ tinh Down UP Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Satellite Channel Trải Phổ Chuỗi PN nén phổ Nén Phổ Đồng bộ chuỗi PN Sóng mang Bộ giải điều chế KĐ công suất Sóng mang Chuỗi PN trải phổ Bộ điều chế KĐ công suất A/D Giải nén Giải mã D/A KĐ KĐ KĐ KĐ OA OD ID IA Máy Phát Máy Thu Terrestrial Channel II . MỘT SỐ CHUỖI TRẢI PHỔ 1 . Mã trải phổ PN : Mã trải phổ là mã tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm trắng) được tạo ra đồng bộ để trải phổ thông tin truyền đi ở máy phát và nén phổ tương ứng ở máy thu đối với phổ dữ liệu được truyền . Mã trải phổ còn được dùng để phân biệt các thuê bao khác nhau khi họ có cùng giải thông truyền dẫn trong cơ chế đa truy cập phân chia theo mã CDMA . Mã PN có 3 đặc tính : Tỉ lệ các tần số 0 và 1 là mỗi 1/2 . Đối với các số 0 hoặc 1 thì 1/2 của chuỗi dài là chiều dài , 1/4 là chiều dài 2 , . v v . Nếu một dãy PN được dịch bởi bất kỳ các thành phần số lượng số dương và âm bằng nhau tương ứng với dãy trước Hàm tự tương quan : (2.7) Hàm tự tương quan biểu thị sự giống nhau giữa tín hiệu f(t) với bản sao của nó bị trễ t . Hàm tương quan chéo : (2.8) Các dãy PN thường dùng nhất là: dãy độ dài cực đại (dãy m) dãy Gold , dãy Wash . 2. Chuỗi m . Hình 2.7 là sơ đồ mạch phát dãy m . Trong sơ đồ này có N flip-flop D được mắc thành bộ ghi dịch , mạch hồi tiếp gồm các cổng XOR và các khóa gi . Sự lựa chọn giá trị N và trạng thái nối thông hay là hở mạch của gi làm thay đổi chiều dài và đặc tính PN của mã được tạo ra. Trong số đó, dãy có chiều dài cực đại là 0 b(D) 1 g0 1 1 g1 g1 g1 L = 2N – 1 (L là số chip và N là số flip-flop) . Hình 2.7 : Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính phát ra dãy m Số flip-flop N Chiều dài dãy L = 2N - 1 Số dãy m S£(1-1)/N Hàm D0 của dãy m 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7 15 31 63 127 255 511 1023 2047 4095 8191 16383 32767 2 2 6 6 18 16 48 60 176 144 630 756 1800 Q1Å Q2 Q2Å Q3 Q3Å Q4 Q4Å Q5 Q5Å Q6 Q1Å Q2 Å Q3 Å Q7 Q4Å Q8 Q6Å Q9 Q8Å Q10 Q1Å Q9 Å Q10 Å Q11 Q0Å Q10 Å Q11 Å Q12 Q1Å Q11Å Q12 Å Q13 Q13Å Q14 Hình 2.8 : Bảng giới thiệu số liệu về mạch hình 2.7 Dưới đây là một số đặc trưng của mã trải phổ dãy m : Tính cân đối : dãy m có 2N-1 -1 số 0 và 2N-1 số 1 trong chu kỳ L . Tính dịch và cộng : Nếu cộng modulo 2 dãy m với m tạo ra do chính nó dịch đi, thì được một dãy m dịch đi so với 2 dãy được cộng . Tính tự tương quan chu kỳ : nếu ta thay logic 0 của dãy m bằng +1 và thay logic 1 của dãy bằng -1 , thì hàm tự tương quan chu kỳ là : q (t) = 2N-1 t = 0 -1 t # 0 Tính chạy: một bước chạy là dãy các bit liên tiếp có cùng mức logic , độ dài của bước chạy là số bit trong bước chạy đó. Trong một chu kỳ của dải m có 1/21 số bước chạy có độ dài bằng 1 , 1/22 số bước chạy có độ dài bằng 2 và 1/23 số bước chạy có độ dài bằng 3 , vv .. Phổ công suất của dãy m : Phổ công suất của sóng c(t) trải phổ thường được phân tích trong các chế độ làm việc của hệ thống trải phổ. Phổ công suất của c(t) là phép biến đổi Fourier của hàm tương quan Rc(t) . NTc Tc t Rc(t) 1.0 1/N Hình 2.9 : Hàm tự tương quan của chuỗi m Rc = (1 - t/Tc) – 1/N (t/Tc) 0 £ t £ Tc (2.9) Sự biến đổi Fourier của hàm trên ta được hàm phổ công suất sau : Với Pm – [(N + 1)/ N2]* sinc2 , fo = 1/NTc (2.10) Phổ công suất của chuỗi m được chỉ ra ở hình 2.10 . 1/NTc Sc(f) (N + 1/N2 ) sin2 (fTc) 1/NTc 2/NTc -1/NTc -2/NTc Hình 2.10 : Phổ công suất của chuỗi m 3. Chuỗi Gold . Dãy Gold là mã trải phổ dùng cho CDMA , hàm tương quan chéo giữa hai dãy Gold bất kỳ khá nhỏ, hàm tương quan chéo lấy 1 trong 3 giá trị sau : q (t) = (1/L)r(N) -1/L (1/L)[r(N) - 2] Với t(n) = 1 + 2 (N+1)/2 N lẻ 1 + 2 (N+2)/2 N chẳn (2.11) Một loại chuỗi tuần hoàn quan trọng cung cấp những tập chuỗi lớn hơn với những hàm tương quan chéo tuần hoàn tốt hơn là loại chuỗi Gold. Một tập hợp chuỗi Gold có chu kỳ N = 2n – 1 gồm có N + 2 chuỗi và có qc = qa = t (n) . Một tập hợp chuỗi Gold như vậy có thể được xây dựng từ những chuỗi m được lựa chọn riêng biệt . Tóm lại, ta có một tập hợp chuỗi Gold khi {u,v} là bất kỳ một cặp chuỗi m mong muốn nào. Vấn đề được tóm tắt trong định lý : Định lý : gọi u, v là một cặp chuỗi m mong muốn có chu kỳ N = 2n – 1 lần lượt được tạo ra bởi đa thức nhị phân h(x) và h^(x) . Đối với các chuỗi y , z thuộc G(u , v) thuộc {-1 , -t(n) , t(n) - 2} với mọi số nguyên 1 và q y(l) thuộc {-1 , -t(n) , t(n) - 2} với mọi n khác 0 mod N . Mỗi chuổi trong tập G(u , v) có thể được tạo ra từ đa thức f(x) = h(x) . h^(x) . Ghi chú rằng các chuổi có chiều dài không cực đại của G(u , v) cũng có thể được tạo ra bằng cách cộng tương ứng (số hạng cộng số hạng , modulo 2) các thành phần ngõ ra của bộ thanh ghi dịch tương ứng với các đa thức h(x) và h^(x) . Chuỗi có chiều dài cực đại thuộc G(u , v) là các chuỗi ở ngõ ra của riêng một trong 2 bộ thanh ghi dịch đó . III . HỆ THỐNG TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP (DS) 1 . Đặc tính của tín hiệu DS . Trong hệ thống trải phổ trực tiếp, tín hiệu thông tin tốc độ bit thấp được thêm vào thành tín hiệu giống như nhiễu giả ngẫu nhiên tốc độ bit cao. Tín hiệu giả ngẫu nhiên này đều đuợc máy phát và máy thu nhận biết. Tín hiệu nhận được có cả tín hiệu thông tin có ích ban đầu và các tín hiệu mang thông tin không có như nhiễu. Máy thu sẽ loại bỏ các tín hiệu giả ngẫu nhiên và giữ lại tín hiệu thông tin. Như vậy, ta có thể thực hiện nhiều cuộc gọi song song, các cuộc gọi này có thể phân biệt với nhau bằng các tín hiệu giả ngẫu nhiên khác nhau . Trong hệ thống trải phổ trực tiếp thì thông tin ở các máy di động có thể xảy ra ở cùng tần số và ở cùng thời gian. Một trong các đặc điểm quan trọng về chất lượng hệ thống trải phổ là độ lợi xử lý. Trong hệ trải phổ trực tiếp thì độ lợi xử lý là tỉ số giữa tốc độ bit của tín hiệu được phát và tốc độ bit của tín hiệu thông tin . Dạng đơn giản nhất của hệ thống trải phổ trực tiếp là sử dụng điều chế dịch pha nhị phân BPSK. Trong phương pháp này thì sóng mang bị thay đổi pha một cách tức thời trong khoảng 1800 . Có thể biểu diễn toán học quá trình này như phép nhân sóng mang với hàm c(t) , hàm này nhận giá trị ± 1 . Xét tín hiệu sóng mang : S(t) = Acosw0t (2.12) Với A : Biên độ sóng mang . w0 : Tần số sóng mang gốc . Gọi Arms là biên độ hiệu dụng của sóng mang , ta có : Giả sử P là công suất của sóng mang do P = A2rms nên Vậy Ta có biểu thức sóng mang đã được điều chế bởi số liệu qua điều chế dịch pha nhị phân PSK : (2.13) Với qd(t) : pha của sóng mang bị điều chế bởi số liệu . Ts : độ rộng 1 chip của số liệu d(t) . Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ số liệu trước đó và phụ thuộc vào các đặc điểm của việc điều chế . Mã trải phổ C(t) sử dụng điều chế BPSK có dạng tín hiệu xung NRZ chỉ nhận các giá trị ±1 và tốc độ dòng gấp n lần tốc độ dữ liệu d(t) . Việc điều khiển BPSK được thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang đã được điều chế Sd(t) với hàm mã C(t) . Tín hiệu được phát đi S(t) có dạng như sau : (2.14) Pha của tín hiệu phát đi phụ thuộc vào 2 thành phần : qc(t) : phụ thuộc vào mã trải phổ C(t) . qd(t) : phụ thuôc vào dòng số liệu d(t) . Nó tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã. Thực tế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin băng gốc mà đưa ra thủ tục điều chế nhờ bộ đếm và bộ tích lũy bởi dãy mã tức thời. Sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản . Tín hiệu thu được khuếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục. Các sóng mang tần hẹp được khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ có các sóng mang đã điều chế băng gốc đi qua. Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động ở phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu không đồng bộ với tần số liện quan và sau đó trải ra . 2 . Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – BPSK . 2.1. Máy phát DS/SS – BPSK : Sơ đồ khối của máy phát trải phổ trực tiếp BPSK (DS/SS – BPSK : Direct – Sequency Spectrum – Binary Phase Shifl Keying) được mô tả như sau : Thông tin cần truyền b(t) c(t) (Tín hiệu PN) b(t) c(t) s(t) Modulator BPSK Hình 2.12 : Sơ đồ máy phát DS - BPSK Asin (2pfct + q) (Sóng mang) DS/SS -- BPSK signal s(t) = Ab(t)c(t)sin (2pfct + q) Ở đây, tín hiệu b(t) được trải ra với việc nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên PN c(t) , kết quả ta được thành phần b(t) c(t). Sau đó, kết quả này được điều chế sóng mang (sử dụng bộ điều chế BPSK) , tín hiệu sóng mang được điều chế có dạng : Asin (2pfct + q). Nên tín hiệu ngõ ra bộ điều chế có dạng : s(t) = Ab(t)c(t) sin (2pfct + q) . (2.15) A : biên độ . fc : tần số sóng mang . q : pha sóng mang . Trong nhiều ứng dụng, một bit thông tin có thời gian bằng với 1 chu kỳ của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN, khi đó T = NTc . Sau đây ta xem xét ví dụ hình 2.7 có chu kỳ N = 5 . Hình 2.13 : Quá trình xử lý tín hiệu khi phát phát 2. Máy thu DS/SS – BPSK : Sơ đồ khối của máy thu như hình sau : Symbol timing Carrier recovery PN signal synchronizati Local PN signal Hình 2.14 : Sơ đồ máy thu hệ thống DS/SS -- BPSK s(t - t) = Ab (t - t) c (t - t) . sin (2pfct + q’) BPSK DEMODULATOR b (t) sin (2pfct + q) Vấn đề chính ở đây là máy thu tìm ra thông tin b(t) từ tín hiệu nhận được mà nó bao gồm tín hiệu được phát và nhiễu. Ở đó có một thời gian trễ là t trong quá trình truyền tín hiệu , tín hiệu nhận đuợc từ máy phát là : S(t - t) + n(t) = A b (t - t) c (t - t) . sin (2pfc(t - t) + q’)+ n(t) (2.16) n (t) : tín hiệu nhiễu . Mục đích của máy thu là khôi phục lại tín hiệu b (t) mà không bị nhiễu. Tín hiệu thu được đầu tiên được dồn phổ để làm giảm độ rộng băng tần, kế đó nó được giải điều chế để đạt được tín hiệu có băng tần cơ bản. Để dồn phổ, tín hiệu nhận được, được nhân với mã PN là c (t - t) được phát ra ở tại máy phát, tín hiệu sau khi được nhân là : S (t) = A b (t - t). sin (2pfct + q’) (2.17) Để điều chế, máy thu biết được q’ và tần số cắt fc bắt đầu cho mỗi bit. Bộ điều chế BPSK bao gồm bộ tương quan và thiết bị ngưỡng. Để phát hiện bit dữ liệu của bit thứ nhất, bộ tương quan tính toán Zi : (2.18) Với ti = iT + t là bắt đầu cho bit thứ i . Bởi vì b(t - t) có giá trị 1 hoặc -1 trong mỗi bit thời hạn đầu tiên ở ngõ ra bộ tích phân T hoặc -T . Thời hạn thứ hai độ chênh lệch giữa hai tần số là zero. Vì thế, Zi có kết quả là AT/2 hoặc –AT/2 . Chúng được chuyển qua thiết bị ngưỡng để có giá trị nhị phân 0 hoặc 1 . Giả sử rằng máy thu biết được t , ti , q’ , fc . Tần số sóng mang fc thường được biết ở máy thu, vì thế nó có thể phát ra bằng việc sử dụng bộ dao động nội . Nếu có một số sự khác nhau giữa tần số của dao động nội và sóng mang thì một tần số lân cận của fc có thể được phát ra và tần số đúng có thể được bám theo bằng việc sử dụng một vòng lặp hồi tiếp. Máy thu cần phải thu được những thông số khác như t , ti ,q’ từ tín hiệu nhận được. Quá trình để đạt được t được gọi là sự đồng bộ tín hiệu PN và thường được hình thành hai bước: bắt đồng bộ và bám đồng bộ . Quá trình để tìm ra ti gọi là sự phục hồi sóng mang. Việc phục hồi sóng mang và thời gian thì cần thiết trong bất kỳ một bộ máy thu truyền thông dữ liệu nào. Quá trình nhân S(t - t) với tín hiệu PN ở máy thu có dạng như hình(2.12) . Hình 2.15 : Quá trình xử lý tín hiệu thu DS/SS - BPSK III.4 . Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – QPSK . Hinh 2 .15 : Quá trình xử lý tín hiệu khi thu Điều chế Quadrature được sử dụng trong các hệ thống trải ph