Slide Bài Giảng Đa Truy Nhập Vô Tuyến Chuong 3 Hệ Thống Trải Phổ Chuỗi

BÀI GIẢNG

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN
Giảng viên:
Bộ mơn:
Khoa:

Lê Tùng Hoa
Vơ tuyến
Viễn Thông 1


www.ptit.edu.vn

CHƢƠNG 3:

HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI
TRỰC TIẾP

2


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 3.1 Giới thiệu
• 3.2 Mã giả tạp âm

• 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK

• 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK
• 3.5 Hiệu năng của các hệ thống DSSS

• 3.6 Câu hỏi và bài tập

3


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 3.1 Giới thiệu
• 3.2 Mã giả tạp âm

• 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK
• 3.5 Hiệu năng của các hệ thống DSSS

• 3.6 Câu hỏi và bài tập

4


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.1 Giới thiệu

• Trải phổ chuỗi trực tiếp, DSSS (Direct Sequence Spreading

Spectrum)
• Nhân trực tiếp tín hiệu cần trải phổ với tín hiệu giả ngẫu nhiên, PN
• Tín hiệu PN có tốc độ chip cao hơn nhiều tốc độ bít

• Máy thu dùng mã PN để giải trải phổ lấy ra tín hiệu mong muốn
T b =Tn
T b =Tn

Tc

t

Ký hiệu:


Tb = thời gian một bit của luồng số cần phát



Tn = Chu kì của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ



Tc = Thời gian một chip của mã trải phổ

5

www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 3.1 Giới thiệu
• 3.2 Mã giả tạp âm

• 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK
• 3.5 Hiệu năng của các hệ thống DSSS

• 3.6 Câu hỏi và bài tập

6


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.2 Mã giả tạp âm PN
• Đặc điểm
• Chu kỳ của chuỗi PN phải lớn để đạt đƣợc thuộc tính ngẫu nhiên tốt
• Tín hiệu PN sử dụng trong DSSS là tín hiệu liên tục theo thời gian


c(t )   ci pTc (t  iTc )

(3.1)

i  

ci =  1 : Chip
Tc: Thời gian chip
pTc(t) : Xung chữ nhật đơn vị
N.Tc: Chu kỳ của tín hiệu PN
Mét chu kú
c(t) 1
t
-1
N=15; {ci , i = 0, ...., 14} = {1,1,1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1}

Hình 3.1. Thí dụ về tín hiệu PN c(t) được tạo ra từ chuỗi PN có chu kỳ 15
7


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

2.2 Mã PN
• Hàm tự tƣơng quan mã PN
• Nếu chuỗi m có dạng lƣỡng cực nhận hai giá tri +1 và -1
R(i) =

1

N- 1

å
N

c j ´ ci+ j

Bằng 1 đối với i=0 (mod N)
và -1/N với i0 (mod N).

(2.2)

j= 0

• Nếu chuỗi m là chuỗi mã PN đƣợc biểu diễn ở dạng xung có biên

độ +1 và -1, thì hàm tƣơng quan dạng tuần hồn chu kỳ NTc
R c (t )=

1
NTc

NTc

ò c (t + t )c (t)dt
(2.3)

0

1

( )

= 1+

N

L T (t ) c

1
N

Trong đó N là chu kỳ mã và Tc là độ rộng xung
8


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

2.2 Mã PN
• Hàm tự tƣơng quan mã PN
a) Hàm tự tƣơng quan cho chuỗi m

R c (i)
1
-1/N
-N

0

b) Hàm tự tƣơng quan chuỗi PN

N

i

Rc ( )
1

-1/N
-NTc

0

NTc

t

Hình 2.5. Hàm tự tương quan cho chuỗi m (a) và chuỗi PN (b)

9


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

3.2 Mã giả tạp âm PN
• Đặc điểm
• Hàm tự tƣơng quan khi N => ∞:
ìï

ïï 1 - t , t £ T
c
R c ( t ) = L T ( t ) = ïí
Tc
ïï
ïïỵ 0, nếu khác

(3.2)

c

ã Hm mt ph cụng sut

c f   Tc sinc2  fTc 

(3.3)

10


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 3.1 Giới thiệu
• 3.2 Mã giả tạp âm

• 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK

• 3.5 Hiệu năng của các hệ thống DSSS

• 3.6 Câu hỏi và bài tập

11


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• Máy phát DSSS-BPSK
• Tín hiệu PN


c(t )   ci pTc (t  iTc )

(3.4)

i  

• c = ±1: Chip trải phổ thứ i (tại thời điểm: iT );
i

• Bản tin

c

Chu kỳ: NTc



d (t )   di pTb (t  iTb )

(3.5)

i  

• d = ±1 : Bit số liệu thứ i (tại thời điểm: iT );
i

• Tín hiệu DSSS-BPSK

s t  

b

2Eb
.d  t  .c  t  .cos  2 fc t   
Tb

Tb = NTc

(3.6)

• E : Năng lƣợng của sóng mang trên một bit
b

12

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
Bé ®iỊu chế
(BPSK)
Bản tin cơ số hai
d(t)

d(t)c(t)

Tín hiệu PN cơ số hai c(t)

TÝn hiÖu DSSS-BPSK
2Eb
s(t) =
Tb d(t)c(t)cos(2  fct +  )
2Eb cos(2 fct +  )
Tb

1
t

d(t)
-1

Hình 3.3. Sơ đồ

khối của máy phỏt
DSSS-BPSK

0

Tb

2Tb

3Tb

Một chu kỳ

1

t

c(t)
-1
0

Tc

. .

.

. NTc . . .
(giả thiết là N=7; T=NT
c)

b

.

2NTc

. .

.

1
t

d(t)c(t)
-1
0

Tc

. .

.

.

NTc

.

.

.

.

2NTc

. .

.

A
t

s(t)
-A
0

Tc

. .

.

.

NTc

.

.

.

.

2NTc

. .

.

( hình này vẽ cho sãng mang cã  =-/2 vµ fc = 1/Tc )

13


www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• Máy thu DSSS-BPSK
• Tín hiệu thu chứa tạp âm và bị trễ truyền lan t:
r(t)st  t   n(t ) 

2 Ebr
d t  t ct  t  cos2f c t  t      n(t )
Tb

(3.7)

Ebr: Năng lƣợng trung bình của sóng mang thu trên một bit
n(t): Tạp âm kênh đầu vào máy thu

• Quá trình thu
(Giả thiết khơng có tạp âm, hệ thống đƣợc đồng bộ mã và đồng bộ sóng mang)
• Giải trải phổ: Nhân tín hiệu thu với chuỗi trải phổ => Đƣa về băng tần hẹp ban đầu
• Giải điều chế: Nhân với sóng mang => Thu về tín hiệu băng gốc

14


www.ptit.edu.vn

A TRUY NHP Vễ TUYN

3.3 Cỏc h thng DSSS-BPSK
Khôi phục
ĐH KH

Hình 3.4. Sơ đồ máy
thu DSSS-BPSK

s(t-t) =
´

2Ebr
d(t-t)c(t-t)
Tb

2 cos(2  fct + ' )
Tb

Kh«i phơc
SM

x cos(2  fct + ' )

ti

ti +Tb zi
(.)dt

w(t)
ti
c(t-t)

Đồng bộ
tín hiệu PN

Bộ tạo TH
PN nội

1 hay -1

+
-

Bộ giải điều chế BPSK

A
t

s(t-t)
-A
t0

NTc

t1

NTc

t2

NTc

t3

1
t

c(t-t)
-1

t0

A
t

w(t)
-A

ĐHKH: Đồng hồ ký hiệu, SM: Sóng mang, th: TÝn hiÖu

15


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• Mật độ phổ cơng suất, PSD – Power Spectral Density
• PSD của d(t)
d(f) = TbSinc2(fTb)

Độ rộng phổ 1/Tb

• PSD của c(t)

c(f) = TcSinc2(fTc)

Độ rộng phổ 1/Tc

• PSD của d(t).c(t)

dc(f) = TcSinc2(fTc)
• PSD của s(t)

Không trải phổ
Trải phổ

P

Sinc2  f  f c Tb  Sinc2  f  f c Tb 
2Rb
P

sdc  f  
Sinc2  f  f c Tc  Sinc2  f  f c Tc 
2Rc
 sd  f  

Độ rộng phổ 1/Tc

• PSD của w(t)

w  f  



Pr
Sinc2  f  f c Tb  Sinc2  f  f c Tb
2 Rb



Độ rộng phổ 1/Tb
16

www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
(a) PSD của bản tin và tín hiệu PN

1/ Tc

1/ Tb 0 1/ Tb

f

1/ Tc

(b) PSD của tín hiệu DSSS-BPSK
S

(f)
P/2Rc

Độ rộng băng
tần 1/Tc

f

-fc
(c) PSD của tín hiệu W(t)

w

(f)

fc
Độ rộng băng tần 1/Tb

Pr/2Rb

-fc

fc

f

Hình 3.5: PSD của luồng tin lưỡng cực, tín hiệu PN và tín hiệu DSSS-BPSK.

17


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• Độ lợi xử lý (G )
p
• Định nghĩa:

Bdc Rc

Gp 

Bd Rb

(4.21)

Bdc: Độ rộng băng tần cần thiết cho tín hiệu trải phổ
Bd: Độ rộng băng tần cần thiết cho tín hiệu thơng tin (Bd = Rb)

• Gp biểu thị mức độ trải phổ, Gp cao thì khả năng chống nhiễu tốt
• Thƣờng biểu diễn ở dB: 10log(Gp)

• Với DSSS-BPSK

Gp _ DSSS BPSK

1

Bdc
Tc Tb



N
1
Bd
Tc
Tb

18

www.ptit.edu.vn

ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

NỘI DUNG
• 3.1 Giới thiệu
• 3.2 Mã giả tạp âm

• 3.3 Các hệ thống DSSS-BPSK
• 3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK
• 3.5 Hiệu năng của các hệ thống DSSS

• 3.6 Câu hỏi và bài tập

19


ĐA TRUY NHẬP VƠ TUYẾN

www.ptit.edu.vn

3.4 Các hệ thống DSSS-QPSK
• Máy phát DSSS-QPSK
• Số liệu đƣợc phân đơi, xử lý đồng thời ở hai nhánh I (đồng pha) và Q
(vng pha)
• Trải phổ với các tín hiệu PN: c (t); c (t)
1

2

• Điều chế BPSK với hai sóng mang vng góc: sin; cos

• Tín hiệu DSSS-QPSK
E
E
st   s1 t   s2 t   
d1 t c1 t sin2f c t   0  
d 2 t c2 t  cos2f c t   0 
T
T
(4.23)

2E
2E

cos2f c t   0   t  
cos2f c t   t 
T
T
d(t)c1 (t)
c1 (t)
d(t)

c2 (t)

s1 (t)

-Asin(2 fct+ )

Dịch /2

Bộ tạo PN 1

Bộ tạo PN 2

Bộ ĐC
(BPSK)

Acos(2fc t+ )
d(t)c2 (t)

Bé §C
(BPSK)

TÝn hiƯu DSSS-QPSK
s(t) = s1 (t)+s2 (t)
= 2 Acos(2 fc t++ (t))
s2 (t)

A=

Eb/Tb

20