Đồ án Tìm hiểu về hệ thống thông tin di động CDMA và mô phỏng trải phổ trực tiếp DS – SS Trên Matlab

được sử dụng (k=9) cho thoại và dữ liệu. + Các mã Turbo (k=4) được sử dụng cho các tốc độ dữ liệu cao trên các kênh SCH. - Hổ trợ kênh liên kết hướng xuống không trực giao. + Những kênh này được sử dụng khi hết không gian trực giao (không đủ số mã trực giao). + Các hàm gần như trực giao được phát bởi các hàm mặt nạ mã Walsh. - Đồng bộ liên kết hướng xuống. - Liên kết hướng xuống truyền đa dạng. - Điều khiển công suất hướng xuống(vòng kín) 800 lần/giây. - Tập hợp các kênh bổ sung tích cực, tập hợp con của tập hợp các kênh cơ bản tích cực. Tốc độ dữ liệu cực đại hổ trợ cho RS3 và RS5 ở các kênh bổ sung là 152.6 kbps(tốc độ dữ liệu chưa qua điều chế). RS4 và RS6 sẽ được hổ trợ chỉ cho các cuộc gọi thoại với tốc độ kênh cơ sở trên 14.4 kbps (tốc độ dữ liệu chưa qua điều chế). - Độ dài khung: + Các khung 20 ms được sử dụng cho báo hiệu và thông tin người dùng. + Các khung 5 ms được sử dụng cho thông tin điều khiển. Kênh truy nhập: I PN 1.2288 Mcps Convolutional Encoder and Repetition Block Interleaver R = 1/3 or 1/2 28.8 ksps Long Code PN Generator Access Channel Address Mask 1.2288 Mcps Q PN 28.8 ksps Walsh Cover 307.2 kHz D 1/2 PN Chip Delay Hình2.8: sơ đồ kênh truy nhập Used by Mobile to: - Hệ thống truy nhập khi không gán đến một kênh lưu lượng. - Nguồn gốc cuộc gọi. - Trang trả lời. - Đăng ký với hệ thống. Sự ghép đôi với kênh phân tập.l Sử dụng mã dài PN. Tx tại tốc độ 4800 bps, 20ms khung. 4800bps I PN 1.2288 Mcps Convolutional Encoder and Repetition Block Interleaver R = 1/3 or 1/2 28.8 ksps Long Code PN Generator Access Channel Address Mask 1.2288 Mcps Q PN 28.8 ksps Walsh Cover Data Burst Randomizer 307.2 kHz D 1/2 PN Chip Delay For Traffic Channel Traffic Channel – Reverse: Hình 2.9: Sơ đồ khối kênh lưu lương hướng về Tương tự kênh lưu lượng hướng đi. Sự khác nhau so với kênh lưu lượng hướng đi là: - Bộ điều chế trực giao 64-ary: Không tách sóng nhất quán. - Sử dụng mã dài PN: Phân loại kênh đảo. - Data Burst Randomizer : Điều khiển công suất và tốc độ biến đổi kênh truyền. IV. Các Dịch vụ hổ trợ: Dịch vụ bổ xung IS-664: Thủ tục dịch vụ: Vô điều kiện: Originating System B is Unconditional CFW 3.call setup(C) 4.call answer 1. Setup 2.call_forward_no MS BTS BTS BTS BSC/MSC HLR LOCREQ Locreq(TLDN) BSC/MSC/VLR MS A C MS BSC/MSC B MS BSC/MSC A MS BSC/MSC C Serving System 1.Conversation 2.setup 5.Conv 6.Send Key 7.Primary Conv. 8.Send Key 9. Secondary Conv 3.Holding Tone Holding Tone 4.Send Key Waiting_Tone Hình 2.10: Sơ đồ quá trình thực hiện dịch vụ bổ sung Dịch vụ chờ gọi (Call Waiting Service): Gọi có chọn lọc: 8.Connect 6.Call Originating 3.Reject 5.Reject HLR A B C 7.Connect D E B Originating System 2.Location Request 4.Call Originating 1.Call Originating MS BSC/MSC Hình 2.11: Sơ đồ dịch vụ gọi có chọn lọc Mạng thông minh: Hình 2.12: cấu trúc mạng thông minh Thủ tục dịch vụ mạng thông minh không dây: MSC / SSP kích hoạt WIN Trigger nhận những dịch vụ từ MS (Mobile Station), và Router điều khiển các tín hiệu tới SCP (Directly or via HLR). SCP, Storing tất cả các dịch vụ logic WIN , thực hiện dịch vụ logic một cách thích hợp. WIN SCP HLR 1. WIN Service Request MSC / SSP MS 1. SSP Routes Signal 2. Execute WIN Service  Logic 3. WIN Service Provide 3. WIN Service Provide WIN cung cấp dịch vụ bởi mạng thông qua giao diện với dịch vụ Node, HLR, IP…. Hình 2.13: Sơ đồ mạng thông minh không dây KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ I. GIỚI THIỆU CHUNG: 1. Giới thiệu về công nghệ trải phổ : Kỹ thuật trải phổ xuất hiện vào những năm 1950, nó ứng dụng trực tiếp lý thuyết thông tin của Shanon. Do có nhiều ưu việt nên đã trở thành hết sức quan trọng trong hệ thống thông tin. Có ba kỹ thuật trải phổ chính đó là: - Trải phổ chuỗi trực tiếp. - Trải phổ nhảy tần. - Trải phổ dịch thời gian. Trong ba kỹ thuật trên có sử dụng các chuỗi xung giả ngẫu nhiên có tần số cao đóng vai trò quan trọng, quyết định phần lớn các thông số kỹ thuật của tín hiệu trải phổ và các chuỗi giả ngẫu nhiên này chỉ có phía phát và phía thu biết do đó bảo mật thông tin. Trải phổ là kỹ thuật được thực hiện bằng cách điều chế lần hai một tín hiệu đã được điều chế bình thường nhằm tạo ra một dạng sóng mang mà nó sẽ là nhiễu đối với bất kỳ một tín hiệu nào khác hoạt động trong cùng một băng tần. Ngày nay công nghệ trải phổ đã được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các hệ thống thông tin quân sự bởi nó có khả năng bảo mật và nhiều ưu điểm khác mà nó mang lại. Kết quả nghiên cứu công nghệ trải phổ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động CDMA, mang lại một loạt ứng dụng khác như giảm mật độ năng lượng, độ định vị cao. Cùng với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật công nghệ trải phổ ngày càng phát triển, kích thước và công suất tiêu thụ của thiết bị được giảm đáng kể, tuy nhiên về giá thành của thiết bị trải phổ vẫn còn là vấn đề lớn. Và một trở ngại khá quan trọng trong việc sử dụng rộng rãi kỹ thuật trải phổ là thiếu sự thoả thuận của quốc tế về phân bố sử dụng các dải tần số. Để khắc phục những trở ngại đó phải nghiên cứu kĩ các tác động lẫn nhau giữa các hệ thống thuộc các dãy tần khác nhau, cũng như giữa hệ thống trải phổ với hệ thống thường. 2. Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ: 2.1. Tính chất: Gọi S(t) là tín hiệu phát, một hệ thống được gọi là trải phổ nếu thỏa mãn những tính chất sau: - Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin. - Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên PN. Chú ý: Không áp dụng cho các hệ thống sử dụng điều chế FM vì độ rộng của các hệ thống này phụ thuộc vào độ rộng băng tần của nguồn. 2.2. Nguyên lí của kỹ thuật trải phổ: Trải phổ là một kỹ thuật mà dạng sóng điều chế được điều chế hai lần, để tạo thành tín hiệu có độ rộng băng tần được trải rộng. Tín hiệu này không gây nhiễu đáng kể cho những tín hiệu khác, nhờ phương thức điều chế lần thứ hai với tín hiệu giả ngẫu nhiên bề rộng băng tần được trải rộng, phương pháp điều chế lần hai không phụ thuộc vào tín hiệu thông tin. C B A Nguồn dữ liệu gốc Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN Bộ điều chế và máy phát Hình 3.1: Phía phát Ở kỹ thuật trải phổ nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng một kênh vô tuyến để tiến hành các cuộc liên lạc một cách đồng thời. Những người sử dụng này được phân biệt nhau nhờ dùng một mã đặc trưng khác nhau đó là mã giả ngẫu nhiên. Phía phát: Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra trải phổ (tốc độ của chuỗi giả ngẫu nhiên PN). Ở phía thu: Ta thực hiện việc nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác giống hệt như mã đã dùng ở phía phát. Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát, thì tin tức truyền đi không thể thu nhận và hiểu được ở máy thu. Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ. Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR. F D Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN Dữ liệu gốc thu được Máy thu và bộ giải điều chế Hình 3.2: Phía thu E Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ. Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR. 3. Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ: 3.1. Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ: - Chống nhiễu cao: Đối với nhiễu lọt vào từ bên ngoài, ở đầu thu nhiễu lọt vào này sẽ được trải phổ làm năng lựơng của nhiễu thấp và băng tần lớn. Sau khi đi qua bộ lọc băng hẹp nhiễu này sẽ còn giá trị rất nhỏ làm cho tỉ số (tín hiệu trên nhiễu) cao. - Chống nhiễu đồng kênh (giao thoa). - Truyền đa tia: Tại đầu thu có thể đi theo nhiều đường vì đi theo các đường khác nhau nên pha của tín hiệu đi theo các đường sẽ khác nhau. Ở đầu thu chỉ tạo ra tín hiệu PN giống hệt như tín hiệu PN trong trường hợp truyền thẳng nên các tín hiệu C(t) đi theo đường khác nhau khi nhân với C(t) tại đầu thu sẽ không biến thành giá trị 1 hay các sóng tới đi theo đường khác sẽ không được giải điều chế, năng lượng rất thấp không ảnh hưởng thành phần tín hiệu đi theo đường thẳng. - Tính bảo mật: Sóng vô tuyến bị thu trộm nhưng đối với kỹ thuật trải phổ khi thu được trên đường truyền thành phần tín hiệu rất nhỏ so với can nhiễu hay nói cách khác đi nó bị che lấp bởi tạp âm rất khó cho người thu trộm xử lý nó. - Đa truy nhập phân chia theo mã (ứng dụng CDMA). - Gia tăng dung lượng và công suất phổ trong hệ thống thông tin cá nhân tế bào di động. 3.2. Các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật trải phổ : - Thông tin vệ tinh: Hầu hết các vệ tinh thông tin thực hiện chức năng phát đường xuống để trả lời đường lên và gọi là bộ phát đáp. Các tiến bộ của công nghệ điện tử cho phép thực hiện một số quá trình xử lý tín hiệu trên vệ tinh trước khi phát xuống. Ngoài việc làm các trạm chuyển tiếp ở các hệ thống thông tin, các vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khác như hệ thống định vị, truyền ảnh và khám phá không gian. Ưu điểm chính của hệ thống thông tin vệ tinh là cung cấp vùng phủ sóng phù hợp cho các vùng xa xôi. So với đường truyền mặt đất, truyền vệ tinh ít bị fading. Tuy nhiên chúng bị suy hao đường truyền lớn và trễ lớn do độ cao của vệ tinh. Suy hao do mưa cũng ảnh hưởng lớn đến khi tần số công tác lớn hơn 8 Ghz. - Đo cự ly: Có thể sử dụng tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp để đo khoảng cách giữa 2 điểm. Hệ thống đo cự ly kiểu này có thể sử dụng để đo khoảng cách của vệ tinh. Quá trình đo thực hiện như sau: phát đi một tín hiệu DS/SS từ nguồn phát, tín hiệu này được đối tượng phản xạ ngược lại máy phát. Ở đây hiệu số pha giữa tín hiệu phản xạ và tín hiệu tham khảo (được phát) được tính toán. Có thể xác định pha sau khi bắt được tín hiệu khứ hồi và đồng bộ. Khi biết thời gian chip, ta có thể biến đổi pha thời gian trễ sau đó biến đổi vào cự ly trên cơ sở biết được tốc độ sóng vô tuyến. - Hệ thống định vị toàn cầu GPS: (Global Positioning System) cho phép máy thu trên mặt đất xác định vị trí của mình với độ chính xác cao trong giới hạn từ 10 đến 20m. - Vô tuyến đa thâm nhập sử dụng nhảy tần: Hệ thống này sử dụng kỹ thuật nhảy tần kết hợp với điều chế MPSK. CHƯƠNG II: TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP Giới thiệu hệ thống trải trực tiếp (DS): Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao . 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 BPSK 1800. Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng nhưng 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. Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5 Mcps(chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ rộng băng là 5 MHz . Hình 3.3 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha. Quá trình này được chỉ ra trên hình dạng sóng theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác pha không thành vấn đề trong đa số các 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 trọng trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây . Sóng mang đầu vào fc Bộ trộn cân bằng Điều chế 2 pha đầu ra Dãy mã đầu vào fc+G(c) G(c) Hình 3.3: Điều chế loại DS(2 pha) 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 mức tạp âm khi điều chế mã . Yêu cầu nhiều công suất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã được điều chế. Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hằng số duy trì độ rộng băng là lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có một mức giới hạn nhất định. Trong hệ PAM vì sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [(sinx)/x]2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh . Đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Ở đây 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 khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu. Trong trường hợp đó, nếu mã 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 băng tần hẹp được 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 thông 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 không đồng bộ của bộ thu. 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 2 KHz thì độ lợi xử lý được giới hạn là 20 MHz. 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 1 Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất. 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 độ 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 kì 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. Dao động sóng mang Điều chế cân bằng Bộ tạo PN Bộ trộn IF BPF Tới bộ giải điều chế 1 2 3 4 6 Bộ tạo PN Điều chế cân bằng fc+fIF 5 Receiving signal 4 1. RF carrier AcosWct 2. PN Code Pn(t) =± 1 Reference code 5 AcosWct ± 90o Demodulated RF Carrier 6 Hình 3.4: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS 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) . Bảng 1 miêu tả các đặc tính của các dạng sóng. Bảng 1 : So sánh các dạng sóng DS Dạng sóng Mấu chính 0-0 3dB BW Mấu bên thứ nhất Tốc độ BPSK PAM QPSK MSK(điển hình) 2´ nhịp mã 2´ nhịp mã 2´ nhịp mã* 1,5´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,66´ nhịp mã -13dB -13dB -13dB -23dB 6dB/octate 6dB/octate 6dB/octate 12dB/octate * 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 giải thích như sau. Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là A thì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0, T±T/2: Cn = =exp(-jwt) = = Đây là công thức có dạng sinx/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 2 pha và 4 pha đưa ra trên hình 8 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 lần và 95% tương ứng với 6 lần. Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSK hay 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 nhiễu 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 . 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 Công suất (%) Độ rộng băng Tốc độ mã Hình 3.5: Phân bố công suất trong phổ {(sinx)/x}2 Mối tương quan tam giác của tín hiệu đã điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần. Hình 9 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của giới hạn băng tần đến dạng 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 tới một nữa như độ lợi xử lý giảm đi nhiều. Ví dụ, để truyền 10 Kbps với tốc độ mã 22,75 Mcps thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHz để điều chế BPSK và độ lợi xử lý là 20 KHz/10 Kbps = 2000. mặc khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10 MHz nên độ lợi xử lý giảm 3 dB do đó 10 MHz/ 10 Kb/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 xử dụng cũng nên được cân nhắc. Giới hạn băng RF đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đo khoảng cách sử dụng DS. Như đã chỉ ra trên hình trên, 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. (a) Đường bao RF của tín hiệu DS đối với các độ rộng băng tần RF khác nhau Hình 3.6 : Giới hạn băng RF và ảnh hưởng của nó tới các tín hiệu DS thông thường BW = BW >> 2T 2T Hàm tương quan lý tưởng Hàm tương quan lý tưởng trong trường hợp băng RF hẹp (b) Ảnh hưởng của giới hạn băng thông của chức năng tương quan II. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP (DS/SS) Mở đầu: Tín hiệu DS/SS nhận được khi nhân bản tin với một tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng. Tích là một tín hiệu băng rộng. Trước hết ta khảo sát một số thuộc tính của các tín hiệu giả ngẫu nhiên. Sau đó ta nghiên cứu các máy phát và các máy thu cho các hệ thống DS/SS sử dụng khoá chuyển pha cơ số 2(BPSK- Binary Phase Shift Keying) và khoá chuyển pha vuông góc (QPSK- Quadrature Phase Shift Keying). Ta cũng xét ảnh hưởng của tạp âm và gây nghẽn lên hoạt động của hệ thống DS/SS. Cuối cùng sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng chung kênh của nhiều người sử dụng: nhiễu giao thoa nhiều người sử dụng và ảnh hưởng của truyền đa tia, đồng thời đề cập đến các giao diện vô tuyến cần thiết cho quá trình định vị. 2. Giả tạp âm: Người ta dùng mã “ngẫu nhiên” để trải phổ bản tin ở phía phát và giải trải phổ tín hiệu thu ở phía thu. Mã ngẫu nhiên đóng vai trò trung tâm trong các hệ thống SS. Tuy nhiên nếu mã này thực sự ngẫu nhiên thì thậm chí máy thu chủ định cũng không thu được bản tin vì không thể biết được phương pháp để đồng bộ với mã thực sự ngẫu nhiên, dẫn đến hệ thống vô dụng. Vì vậy phải thay thế bằng một mã giả ngẫu nhiên. Đây là một mã xác định biết trước đối với máy thu chủ định. Nhưng thể hiện giống tạp âm đối với máy thu không chủ định. Các chuỗi PN là các số được lặp lại theo một chu kỳ nhất định. Ta sử dụng {ci, i = số nguyên} è {…,c-1, c0, c1, …} để biểu thị một chuỗi PN. Giả sử N là chu kỳ sao cho ci+N = ci. Trong thực tế vì chuỗi PN phải tuần hoàn nên chu kỳ của nó phải lớn để đạt thuộc tính ngẫu nhiên tốt. Trong một hệ thống DS/SS, một tín hiệu liên tục theo thời gian gọi là tín hiệu PN được tạo ra từ chuỗi PN được dùng để trải phổ. Giả thiết chuỗi PN này là cơ số 2 (nghĩa là ci = ±1), thì tín hiệu PN này là :c(t) = Trong đó: là xung chữ nhật đơn vị, ck được gọi là chip và khoảng thời gian Tc giây được gọi là thời gian chip (tín hiệu PN có chu kỳ NTc) 1 , 0£ t < T 0 , nếu khác = Với : N = 15; {ci, i= 0.. . ., 14} ={1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1} 1 -1 c(t) Một chu kỳ t Hình 3.7 : Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo từ chuỗi PN có chu kỳ N=15 qc (t) =ATc(t) = 1 -, |t| £ Tc 0 nếu khác Khi này hàm tự tương quan là: Và mật độ phổ công suất (PSD) được xác định bởi: Các Hệ thống DS/SS-BPSK 3.1. Máy phát DS/SS BPSK: Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ±1 như sau: b(t) = Trong đó : bk = ±1 là bit số liệu thứ k và T là độ rộng của một bít số liệu (tốc độ số liệu là 1/T bit/s). Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng các tín hiệu PN, c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau. Tín hiệu nhận được b(t).c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS BPSK xác định theo công thức sau: s(t) = Ab(T).c(t).cos(2pfct+q) Trong đó A là biên độ, fc là tần số mang và q là pha của sóng mang. Trong rất nhiều ứng dụng 1 bit bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu nghĩa là T=N.Tc. Ta sử dụng giả thiết này cho các hệ thống DS/SS BPSK. Bản tin cơ số hai b(t) Tín hiệu PN cơ số hai c(t) Sóng mang Acos(2pfct +q) Tín hiệu DS/SS-BPSK s(t) =Ab(t)c(t)cos(2pfct +q) Bộ điều chế (BPSK) c(t) 3T T 2T 0 1 -1 b(t) t 2NTc . . . 0 1 -1 c(t) t NTc . . . Tc . . . Một chu kỳ ( Giả thiết N =7; T =NTc ) 2NTc . . . 0 1 -1 b(t)c(t) t NTc . . . Tc . . . Hình 3.8: Sơ đồ khối máy phát DS/SS-BPSK Tc . . . . NTc . . . . .2NTc . . . . . (Ở hình này sóng mang có q = -p/2 và fc =1/Tc) A -A 3.2. Máy thu DS/SS-BPSK: Mục đích của máy thu DS/SS –BPSK là lấy bản tin b(t) (số liệu {bi} từ tín hiệu thu được bao gồm tín hiệu được phát cộng với tạp âm. Do tồn tại trễ lang truyền t nên tín hiệu thu là: s(t-t) + n(t) = Ab(t-t) c(t-t) cos [2pfc(t-t) + q’] + n(t)’ Trong đó n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu. Giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết không có tạp âm. Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp. Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc. Để giải trải phổ tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN c(t-t) được tạo ra ở máy thu, ta được: w(t) = Ab(t-t). c2(t-t).cos (2pfct + q’) = Ab(t-t).cos (2pfct + q’) Vì c(t) bằng ± 1, trong đó q’ = q - 2pfct. Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T. Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha q’ (và tần số fc) cũng như điểm khởi đầu của từng bit. Một bộ giải điều chế BPSK bao gồm một bộ tương quan (Correlator) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng. A -A NTc NTc NTc t0 t1 t2 t Khôi phục ĐH KH Khôi phục SM + - Đồng hồ tín hiệu PN Bộ tạo tín hiệu PN nội c(t-t) 1 hay -1 z cos(2pfct+q’) S(t-t)=Ab(t-t) c(t-t)cos(2pfct+q’) ti Bộ giải điều chế BPSK 0 1 -1 c(t) t Hình 3.9: Sơ đồ khối máy thu DS/SS-BPSK ĐHKH : Đồng hồ ký hiệu, SM : Sóng mang, TH : Tín hiệu  Tín hiệu PN đóng vai trò như một ‘mã’ được biết trước ở cả máy phát và máy thu chủ định. Vì máy thu chủ định biết trước nên nó có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin. Mặt khác có một máy thu không chủ định không được biết mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể giải mã bản tin. Điều này thể hiện rõ ở phương trình của máy thu, do c(t) nên máy thu không chủ định chỉ nhìn thấy một tín hiệu ngẫu nhiên ± 1. Ta giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau :t, ti, q’ và fc. Thông thường máy thu biết được tần số sóng mang fc, nên nó có thề tạo ra bằng cách sử dụng một bộ dao động nội. Nếu có một sự khác biệt giữa tần số của bộ dao động nội và tần số sóng mang, thì một tần số gần với fc có thể được tạo ra và có thể theo dõi được tần số chính xác bằng một mạch vòng nối tiếp, (dùng vòng khoá pha). Máy thu phải nhận được các thông số khác như t, ti và q’ từ tín hiệu thu được. Quá trình nhận được t được gọi là quá trình đồng bộ gồm hai gia đoạn :bắt mã bám mã. Quá trình nhận được ti được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) ký hiệu (STR). Còn quá trình nhận được q’ (cũng như fc) được gọi là quá trình khôi phục sóng mang. Việc khôi phục sóng mang và đồng bộ có vai trò quan trọng trong máy thu. Khi T/Tc =N (chu kỳ của chuỗi PN), có thể nhận được định thời của ký hiệu ti một khi đã biết t. Ta khảo sát một cách ngắn gọn ảnh hưởng của sai pha sóng mang và sai pha mã ở máy thu. Giả thiết máy thu sử dụng cos (2pfct +q’ + g) thay cho (2pfct +q’) cho bộ giải điều chế và sử dụng c(t -t’) làm tín hiệu PN nội, nghĩa là sóng pha có sai pha g và tín hiệu PN có sai pha t -t’. Khi đó zi sẽ là: Zi = Ab(t -t) c(t -t) c(t -t’)cos(2pfct +q’ + g) (2pfct +q’)dt = A/2b(t -t) c(t -t) c(t -t’)cos( g)dt = ± AT/2 cos(g)1/Tc(t -t) c(t -t’)dt = ± AT/2 cos(g)qc(t -t’) Tích phân của thành phần tần số nhân đôi bằng 0. Vì thế |zi| cực đại khi g = 0 và t -t’= 0. Nếu | t -t’| >Tc hay |g| =p/2,