Tối ưu số cell trong tính toán mạng di động CDMA 2.doc

Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
2.1 Giới thiệu chương
Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm
chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng độ rộng băng tần càng hẹp càng
tốt. Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở
rộng, thường lớn gấp trăm lần trước khi phát. Khi chỉ có một người sử dụng trong
băng tần SS (Spread Spectrum - Trải phổ), sử dụng băng tần như vậy không hiệu quả.
Nhưng ở môi trường nhiều người sử dụng, họ có thể sử dụng chung một băng tần SS
và hệ thống trở nên sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu điểm
của trải phổ. Trong chương này sẽ trình bày ba kỷ thuật trải phổ chính là: kỷ thuật
trải phổ trực tiếp, kỷ thuật trải phổ dịch tần, kỷ thuật trải phổ dịch thời gian và các hệ
thống trải phổ trực tiếp (DS/SS).
2.2 Các hệ thống trải phổ
2.2.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp (DS)
Hệ thống DS/SS trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu
nhiên có tốc độ chip (R
c
=1/T
c
, T
c
là thời gian của một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit
(R
b
=1/T
b
, T
b
là thời gian của một bit). 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 mã giả

ngẫu nhiên chính xác để lấy tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ. Đây là hệ
thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng
tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp
tần số.
Hình 2.1 miêu tả bộ điều chế DS điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế
cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế
1
Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
2.2.2 Hệ thống dịch tần (FH)
Trong các hệ thống kiểu nhảy tần, mã giả tạp âm được sử dụng để điều khiển
bộ tổng hợp tần số. Tại mỗi thời điểm nhảy tần, bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra một
đoạn gồm k chip mã điều khiển bộ tổng hợp tần, mỗi đoạn k chip mã này được gọi là
một từ tần số, dưới sự điều khiển của từ tần số này bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang
và hoạt động ở tần số mới tương ứng với giá trị của từ tần số.
Nói một cách chính xác thì điều chế FH là "sự chuyển dịch tần số của nhiều tần
số được chọn theo mã". Nó gần giống như FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số tăng
lên. FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có ký hiệu và f2 khi
không có ký hiệu. Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn tần số. Trong các hệ
thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 2 20 tần số được phân bổ có thể được
chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tin chuyển dịch tần số. Trong FH khoảng dịch
giữa các tần số và số lượng các tần số có thể chọn được được xác định phụ thuộc vào
các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt. Hình 3.2 đưa ra sơ đồ
khối của truyền dẫn dịch tần.
2
f
n-1
f
n
f
n-2

f
3
f
2
f
1
T
c
2T
c
t
Hình 2.2. Trải phổ nhảy tần (FH/SS)
Tần số
Sóng mang đầu vào
f
c
f
c
+ G(c)
Bộ trộn
cân bằng
Dãy mã đầu vào
Điều chế hai pha đầu ra
G(c)
Hình 2.1. Trải phổ trực tiếp (DS)
Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
Tín hiệu FH thu được tổ hợp với tín hiệu giống như vậy được tạo ra tại chỗ và
được quy định bởi một độ lệch tần nhất định f if của {f1 + f2, ... fn} x {f1 + f IF + f2
+ f IF, ..., fm + f IF} được tạo ra trước trạng thái đồng bộ bởi mã cố định của máy
phát và máy thu. Trong trường hợp tín hiệu không trùng khớp với tín hiệu tạo ra tại

chỗ như là hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chỗ và độ rộng băng không cần thiết sau
khi nhân tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chỗ như là
hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chỗ và độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân
tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chỗ nhờ việc cùng
thay đổi giữa tín hiệu tạo ra tại chỗ và tín hiệu không mong muốn. Tín hiệu không
đồng bộ với cùng băng tần như tín hiệu tạo ra tại chỗ có độ rộng băng gấp đôi tại tần
số trung tâm.
2.2.3 Hệ thống dịch thời gian
Dịch thời gian tương tự như điều chế xung. Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát,
thời gian đóng/mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo
mã. Sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn
biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH thì sự dịch chuyển tần số chỉ
xảy ra trong trạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH. Hình 3.3 là sơ đồ khối
của hệ thống TH. Ta thấy rằng bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng cho
phép điều chế xung theo mã đều có thể được sử dụng đối với bộ điều chế TH.
TH có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo
thời gian và vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong hệ thống
nhằm tối thiểu hoá độ dơ giữa các máy phát. Mã hoá nên được sử dụng một cách cẩn
thận vì sự tương đồng các đặc tính nếu sử dụng cùng một phương pháp như các hệ
thống thông tin mã hoá khác. Do hệ thống TH có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao
thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH để loại trừ
giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn.
3
Một khung
t
T
3T
2T
Khe thời gian phát (k bit)
t=T/M, M là số khe thời gian trong một khung

Hình 2.3. Trải phổ nhảy thời gian
Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
2.3 Các hệ thống DS/SS
Hệ thống DS/SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu
giả ngẫu nhiên có tốc độ chip (R
c
=1/T
c
, T
c
là thời gian của một chip) cao hơn nhiều
tốc độ bit (R
b
=1/T
b
, T
b
là thời gian của một bit). 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 mã giả ngẫu nhiên chính xác để lấy tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ.
Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ.
Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc
tốc độ tổng hợp tần số.
2.3.1 Các hệ thống DS/SS BPSK
2.3.1.1 Máy phát DS/SS BPSK
Sơ đồ khối mấy phát DS/SS BPSK và dạng sóng của tín hiệu khi trải phổ trực
tiếp sử dụng điều chế BPSK.
Ta có thể biểu diễn các bản tin nhận các giá trị 0,1 như sau:
∑
+∞

−∞=
−=
k
Tk
kTtPbtb )()(
(3.1)



≠
+<<
=
t
kTTtkT
P
T
,0
,1
(3.2)
Trong đó b
k
=0,1 là bit số liệu thứ k, P
T
là hàm xung đơn và T là độ rộng của
một bit số liệu (tốc độ truyền số liệu là 1/T bit/s). Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng
tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau. Tín hiệu nhận được b(t)c(t)
4
Chương 2 KỶ THUẬT TRẢI PHỔ
sau đó được điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS–BPSK
xác định theo công thức:

s(t)=Ab(t)c(t)cos(2
π
f
c
t+
θ
) (3.3)
trong đó: A là biên độ sóng mang, f
c
tần số sóng mang,
θ
là pha của sóng mang
Trong rất nhiều ứng dụng một bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN, nghĩa là
T=NT
c
. Trong trường hợp hình 3.1 ta sử dụng N=7. Ta có thể thấy rằng tích của
b(t)c(t) cũng là một tín hiệu cơ số hai có biên độ là 0, 1 có cùng tần số với tín hiệu
PN.
5
)2cos()()()(
θπ
+=
tftctAbts
c
T
2T
3T
A
-A
1

-1
b(t)
1
c(t)
-1
1
0
-1
t
t
t
t
0
0
T
c
NT
c
2NT
c
3NT
c
3NT
c
2NT
c
NT
c
b(t)c(t)
Bản tin cơ số hai

Bộ điều chế BPSK
Sóng mangTín hiệu PN cơ số hai
Tín hiệu DS/SS-BPSK
b(t)
c(t)
b(t)c(t)b
Sóng mang
Giả thiết N=7, T=NT
c
Hình 3.4 Sơ đồ khối và tín hiệu của máy phát DS/SS-BPSK
s(t)