Ki thuat trai phox

Môn Học: Cơ Sở Viễn Thông
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp. HCM
Khoa Công Nghệ Điện Tử
Bộ Môn Viễn Thông
Tp. HCM – 2013
GV: Hà Văn Kha Ly
Thuyết trình: Kĩ Thuật Trải Phổ
Nhóm SV thực hiện

Nguyễn Duy Anh

1
Nguyễn Tiến Sỹ
2
Nguyễn Đông Song
3
Nội dung
Chương 8: Kỹ thuật trải phổ ( Spread Spectrum)
8.1 - Giới thiệu
8.2 - Trải phổ trực tiếp (Direct spread)
8.3 - Trải phổ bằng phương pháp nhảy tần
(Frequency hopping)
8.4 - Trải phổ trong CDMA
8.5 - Đồng bộ hóa
8.6 - Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong các
hệ thống thương mại
8.7 - So sánh và đánh giá các kỹ thuật trải
phổ
8.1 Giới thiệu về kĩ thuật trải phổ
•
Kĩ thuật trải phổ là một công nghệ sử dụng nhiều trong

quân sự vì nó có tính chống nhiễu và bảo mật rất cao.
Ngày nay nó là thành phần tất yếu trong các hệ thống
thông tin vô tuyến lớn.
•
CDMA (Code Division Multiple Access) sử dụng trải phổ
chuỗi trực tiếp.
•
GPS (Global Positioning System) là hệ thống trải phổ lớn
nhất thế giới cácWireless LAN như Wifi hay Bluetooth.
Trải phổ trực tiếp (Direct Sequence Spread Spectrum–DSSS)
Trải phổ nhảy tần (Frequency Hopping Spread Spectrum–FHSS)
Quá trình trải phổ đạt được bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào
với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên 1 cách trực tiếp, tín hiệu trải phổ
đưa ra có độ rộng phổ xấp xỉ tốc độ mã giả ngẫu nhiên.
Quá trình trải phổ đạt được bằng cách nhảy tần số sóng mang (sóng
mang đã mang tín hiệu tin tức) trên một tập lớn các tần số. Sự nhảy
của tần số sóng mang được quyết định bởi các mã nhảy tần số có
dạng giả ngẫu nhiên được điều khiển từ các mã trải phổ PN.
8.2 Kĩ thuật trải phổ trực tiếp
•
Phương pháp trải phổ tín hiệu, sử dụng mã trải phổ
băng rộng điều chế tín hiệu sóng mang đã được điều
chế bởi dữ liệu gọi là kĩ thuật trải phổ trực tiếp(DS/SS)
•
Trong phương pháp này, mã trải phổ tham gia trực tiếp
quá trình điều chế còn trong các phương pháp khác mã
trải phổ chỉ sử dụng để điều khiển tần số hay thời gian
truyền dẫn tín hiệu sóng mang đã được điều chế bởi dữ
liệu.
•

Ưu điểm của kĩ thuật trải phổ trực tiếp:
- Có dạng khá đơn giản
- Không yêu cầu tính ổn định nhanh hay tổng hợp
tần số cao
•
Nhược điểm của kĩ thuật trải phổ trực tiếp:
- Băng trải phổ chỉ đến vài trăm Mhz
- Năng lượng phổ chỉ chiếm đến 90% trong dải
chính của toàn bộ dải phổ và 99% nếu như thêm 2 dải
phụ thứ nhất
Hình 1. Phổ của tín hiệu DS

8.2.1 Trải phổ trực tiếp sử dụng phương pháp
BPSK

BPSK (binary phase shift keying – điều chế dịch
pha nhị phân) là một trong những biện pháp đơn
giản nhất của trải phổ trực tiếp.

Mã trải phổ được sử dụng là dãy xung NRZ chỉ
nhận các giá trị ± 1 điều chế trực tiếp tín hiệu sóng
mang đã điều chế BPSK.
Hình 2. Sơ đồ khối điều chế trải phổ trực tiếp BPSK (phía phát)

•
Sau khi điều chế số dịch pha (PSK), tín hiệu dữ liệu sẽ được thể hiện thông qua pha của sóng
mang.
Sóng mang bây giờ có dạng:
Trong đó θd : là pha của sóng mang bị điều chế bởi dữ liệu
Ts : là thời gian tồn tại của 1 kí hiệu điều chế

•
Tiến hành trải phổ dãy trực tiếp sử dụng kĩ thuật BPSK bằng mã trải phổ C(t)
có dạng xung NRZ. Đó là dãy mã nhận các giá trị ± 1 và có tốc độ chip lớn
gấp nhiều lần tốc độ dữ liệu.
Tín hiệu sóng mang sau quá trình trải phổ được phát đi có dạng:
Trong đó θc(t) : góc pha của ST (t) phụ thuộc vào c(t)
Bộ điều chế phía thu được thực hiện bằng sự tương quan
giữa tín hiệu thu được R(t) và bản sao của mã trải phổ phía
phát được tạo ra ở máy thu.
Sơ đồ khối giải điều chế trải phổ trực tiếp BPSK (phía thu)
Trong đó
Td:Trễ truyền dẫn thực sữ giữa máy phát và máy thu
ϕ:là góc pha ngẫu nhiên ϕ = [0, 2π]
8.2.2 Trải phổ trực tiếp dùng phương pháp QPSK

Điều chế dịch pha một phần tư (Quaternary Phase Shift
Keying - QPSK) sử dụng nguyên lí tổ hợp 2 bit thành một
kí hiệu điều chế và được mô tả cùng một trạng thái pha
sóng mang.

Cùng độ rộng băng truyền dẫn, sử dụng phương pháp
điều chế pha QPSK sẽ có tốc độ bit truyền dẫn đạt gấp
đôi. 4 tổ hợp của 2 bit nhị phân sẽ tương ứng với 4 trạng
thái của sóng mang như sau:
Sơ đồ khối bộ điều chế trải phổ DS/QPSK


Dòng bit dữ liệu d(t) điều chế sóng mang

Đầu ra bộ điều chế pha là tín hiệu điều pha 4 trạng thái

Trong đó
θd (t) là góc pha của sóng mang bị điều chế nhận các giá
trị là 0, π/2, π, 3π/2 tùy theo cặp bit tương ứng
Các vectơ tín hiệu được biểu diễn trong không gian tín
hiệu như sau:

Dữ liệu sau khi qua bộ điều chế pha được đưa qua bộ
chuyển đổi nối tiếp song song tạo ra 2 tín hiệu sóng
mang được điều chế bởi dữ liệu trực giao với nhau trên
dòng gọi là kênh I (kênh đồng pha) và kênh Q (kênh
cầu phương)
Sóng mang kênh I là:
Sóng mang kênh Q là:

Sóng mang trên hai kênh đồng pha I và kênh cầu
phương Q sau đó được điều chế trải phổ với hai mã
trải phổ là C1(t) và C2(t) tương tư như quá trình điều
chế trải phổ BPSK

Kết quả ta có tín hiệu trải phổ trên các kênh I và Q là:
Sơ đồ bộ giải điều chế trải phổ DS/QPSK
Tín hiệu đầu vào của bộ giải điều chế là:
Sau khi chia bộ công suất tín hiệu trên hai nhánh chỉ còn một nửa công suất của
tín hiệu vào song có tần số không đổi.
8.3 Kĩ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần

Khác với trải phổ trức tiếp ở trải phổ nhảy tần mã trải
phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu sóng mang mà
dùng để điều khiển bộ tổng hợp tần số.


Bộ tổng hợp tần số có k chip mã do đó có thể nhảy đến
2k tần số khác. Một đoạn k chip của mả giã ngẫu nhiên
sẽ điều khiển bộ tổng hợp tần số nhảy đến tần số tương
ứng k chip đó. Trên một bước nhảy tần thì phổ sóng
mang không thay đổi mà chỉ nhảy đến hoạt động ở tần
số mới
Hệ thống trải phổ nhảy tần

Phía máy phát: Dữ liệu d(t) được đưa tới bộ điều chế
MFSK để điều chế sóng mang. Sau đó được đưa tới
điều chế nhảy tần với mã nhảy tần giả ngẫu nhiên.

Phía máy thu: Quá trình diễn ra ngược lại, tín hiệu thu
được đi qua bộ giải điều chế nhảy tần khôi phục tín
hiệu sóng mang bị điều chế bởi dữ liệu. Tín hiệu sóng
mang này cho qua bộ máy giải điều chế MFSK thông
thường để thu lại dữ liệu.