Đồ Án Mô phỏng kỹ thuật trải phổ ứng dụng trong mạng di

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm vừa qua, nhu cầu trao đổi thông tin ngày một cao nó không
chỉ nằm trong giới hạn của một quốc gia, mà là trên phạm vi thế giới. Sự phát
triển rất nhanh của công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông cung cấp
ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp
ứng ngày càng tốt các yêu cầu của khách hàng.
Hiện nay, mạng thông tin di động ở Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM
là chủ yếu. Tuy nhiên, trong tương lai mạng thông tin di động này sẽ không đáp
ứng được các nhu cầu về thông tin di động. Bởi vì, nhu cầu thông tin di động
không chỉ là thoại mà còn là truyền dữ liệu, hình ảnh, âm thanh với tốc độ
cao, các yêu cầu về chất lượng, bảo mật cũng được đặt ra. Điều này đã thúc đẩy
các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động phải tìm kiếm một phương thức thông
tin mới. Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông
tin di động trên toàn thế giới.
Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng
dải thông lớn hơn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuê
bao đa truy nhập lớn hơn nhiều. Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại
được các tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các mạng thông tin di động sử
dụng công nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động
trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động
CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã
chọn đề tài: " Mô phỏng kỹ thuật trải phổ ứng dụng trong mạng di động CDMA ".
Nội dung của đề tài này là: Tìm hiểu về các kỹ thuật trải phổ, các đặc tính của
công nghệ CDMA khi ứng dụng vào mạng thông tin di động.
Đề tài gồm 04 chương :
• Chương I: Tổng quan mạng di động CDMA
• Chương II: Mã Trải phổ và kỹ thuât trải phổ
• Chương III: Mô phỏng và đánh giá hệ thống thu phát DS-SS
• Chương IV:Kết luận và hướng phát triển đề tài

Trong quá trình làm đồ án tốt ngh iệp mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do
thời gian hạn chế, trình độ và kinh nghiệm còn có hạn nên nội dung của luận văn
này chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự phê
bình, hướng dẫn và sự giúp đỡ của thầy, cô và các bạn. Để có thể hoàn thành luận
văn này, trước tiên em muốn gửi đến thầy Vũ Mạnh Tuấn lời cảm ơn chân thành
về sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt thời gian qua. Em xin được
gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc
về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tập tại trường.
1

2

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CDMA 8
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG

8
1.2. ĐẶC TÍNH CDMA

9
1.2.1. KỸ THUẬT CDMA

9
1.2.2. Các đặc nh của kỹ thuật CDMA 10
CHƯƠNG 2 MÃ TRẢI PHỔ VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 15
2.1. TRẢI PHỔ NGẪU NHIÊN PN

15
2.1.1. Tổng Quan Về Mã Trải Phổ 15
d. Hàm tự tương quan của dãy PN7 17
e. Số bít cùng A và số bít khác D khi dãy PN7 dịch một bít 17
2.2.2. Các loại mã trải phổ PN 17
2. 2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

21
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ trải phổ 21
2.2.2. Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ 22
2.2.3. Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ 23
2.3. HỆ THỐNG TRẢI TRỰC TIẾP (DS)

24
2.3.1. Đặc nh của n hiệu DS 24
2.3.2. Độ rộng băng RF của hệ thống DS 26
2.4. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP (DS/SS)

29
2.4.1. Mở đầu 29
2.4.2. Giả tạp âm 29
2.4.3. Các Hệ thống DS/SS-BPSK 30
2.5. TRẢI PHỔ NHẢY TẦN

39
2.5.1. Máy phát trải phổ nhảy tần 39
2.5.2. Máy thu trải phổ nhảy tần 40
2.5.3. Phân loại hệ thống trải phổ nhảy tần 40
2.5.4. Đặt nh của hệ thống trải phổ nhảy tần trong môi trường nhiễu giao thoa 41
2.6. TRẢI PHỔ DỊCH THỜI GIAN (TH/SS)

42
2.7. HỆ THỐNG LAI

43
2.7.1. Hệ thống lai FH/DS 43
2.7.2. Hệ thống lai TH/FH 45
2.7.3. Hệ thống lai TH/DS 46
2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TRONG CDMA

48
2.8.1. Phương pháp điều chế và giải điều chế khóa dịch tần số FSK 48
2.8.2. Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái (BPSK) 51
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU PHÁT DS-SS 54
3.1. MÔ TẢ MÔ PHỎNG

54
3.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG MÁY THU PHÁT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP

55
3.3. MÔ PHỎNG SỬ DỤNG MÔI TRƯỜNG MATLAB

58
3.3.1. Chương trình 58
3.3.2. Kết quả mô phỏng 61
HÌNH 3.13 : TỶ LỆ LỖI BÍT CỦA 10 NGƯỜI DÙNG ĐỒNG THỜI 63
HÌNH 3.17 :TÍN HIỆU SAU KHI TRẢI PHỔ CỦA NGƯỜI DÙNG THỨ 2 65
-VÍ DỤ 2: 66
3

67
68
69
71
73
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
4

DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 3
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CDMA 8
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG

8
1.2. ĐẶC TÍNH CDMA

9
1.2.1. KỸ THUẬT CDMA

9
1.2.2. Các đặc nh của kỹ thuật CDMA 10
CHƯƠNG 2 MÃ TRẢI PHỔ VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 15
2.1. TRẢI PHỔ NGẪU NHIÊN PN

15
2.1.1. Tổng Quan Về Mã Trải Phổ 15
d. Hàm tự tương quan của dãy PN7 17

e. Số bít cùng A và số bít khác D khi dãy PN7 dịch một bít 17
2.2.2. Các loại mã trải phổ PN 17
2. 2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

21
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ trải phổ 21
2.2.2. Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ 22
2.2.3. Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ 23
2.3. HỆ THỐNG TRẢI TRỰC TIẾP (DS)

24
2.3.1. Đặc nh của n hiệu DS 24
2.3.2. Độ rộng băng RF của hệ thống DS 26
2.4. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP (DS/SS)

29
2.4.1. Mở đầu 29
2.4.2. Giả tạp âm 29
2.4.3. Các Hệ thống DS/SS-BPSK 30
2.5. TRẢI PHỔ NHẢY TẦN

39
2.5.1. Máy phát trải phổ nhảy tần 39
2.5.2. Máy thu trải phổ nhảy tần 40
2.5.3. Phân loại hệ thống trải phổ nhảy tần 40
2.5.4. Đặt nh của hệ thống trải phổ nhảy tần trong môi trường nhiễu giao thoa 41
2.6. TRẢI PHỔ DỊCH THỜI GIAN (TH/SS)

42
2.7. HỆ THỐNG LAI

43
2.7.1. Hệ thống lai FH/DS 43
2.7.2. Hệ thống lai TH/FH 45
2.7.3. Hệ thống lai TH/DS 46
2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ TRONG CDMA

48
2.8.1. Phương pháp điều chế và giải điều chế khóa dịch tần số FSK 48
2.8.2. Điều chế khóa dịch pha hai trạng thái (BPSK) 51
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THU PHÁT DS-SS 54
3.1. MÔ TẢ MÔ PHỎNG

54
3.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG MÁY THU PHÁT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP

55
3.3. MÔ PHỎNG SỬ DỤNG MÔI TRƯỜNG MATLAB

58
3.3.1. Chương trình 58
3.3.2. Kết quả mô phỏng 61
HÌNH 3.13 : TỶ LỆ LỖI BÍT CỦA 10 NGƯỜI DÙNG ĐỒNG THỜI 63
HÌNH 3.17 :TÍN HIỆU SAU KHI TRẢI PHỔ CỦA NGƯỜI DÙNG THỨ 2 65
-VÍ DỤ 2: 66
67
5

68
69

71
73
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AWGN Additive White Gaussian Noise Tạp âm trắng
ASK Amplitude Shift Keying Điều chế Biên độ tín hiệu
BTS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc
BS Base Station Trạm gốc
BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân
CDMA Code Division Multiplexing Access Hệ thống đa truy cập
theo mã
DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ trực tiếp
FSK Frequency Shift Keying Điều chế số dịch tần
FFH Fast Frequency Hopping Trải phổ nhảy tần nhanh
GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói
tổng hợp
GSM Golbal System for Mobile
communications
Hệ thống truyền thông di
động toàn cầu
GPS Global Positioning System
IFF
Identification Friend & Foe
MS Mobile Station Trạm di động
PN Pseudo-Noise Chuỗi giả tạp âm
PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất
PSK Phase Shift Keying Điều chế Pha tín hiệu
6

QPSK Quadature Phase Shift Keying Điều chế pha trực giao
SFH Slow Frequency Hopping Trải phổ nhảy tần chậm
SNR Signal Noise Ratio Tỷ số tín trên tạp âm
TACAN Tactical air Navigation
TH/SS Time Hopping Spread Spectrum Trải phổ dịch thời gian
TDM Time Division Multiple
UMTS Univarsal mobile
Telecommunications Systems
Hệ thống viễn thông di
động toàn cầu
7

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CDMA
1.1. Giới thiệu chung
Dựa trên các yêu cầu dịch vụ mới của thông tin di động, nhất là các dịch vụ
truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra các hệ thống thông tin di
động mới. Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông
tin di động ở thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm phục vụ các mục tiêu
chính sau:
• Tốc độ truy cập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như truy cập
internet nhanh, hoặc các dịch vụ đa phương tiện.
• Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toàn cầu, và
điện thoại vệ tinh. Các chức năng này sẽ mở rộng đáng kể khả năng phủ
sóng của các hệ thống thông tin di động.
Ngày nay mạng GSM với những ưu điểm nổi bật như dung lượng lớn, chất
lượng kết nối tốt và tính bảo mật cao đã có một chỗ đứng vững chắc trên thị trường
viễn thông thế giới. Ở Việt Nam, khi chúng ta bắt đầu có những máy điện thoại
di động sử dụng công nghệ GSM 900 đầu tiên vào những năm 1993 đã đánh dấu
một bước phát triển vượt bậc về công nghệ Viễn thông của đất nước. Các thuê bao
di động tại Việt Nam sử dụng dịch vụ thoại truyền thống với tốc độ bit là

13Kbit/s và truyền số liệu với tốc độ 9,6 kbit/s.
Các nhà khai thác GSM trên thế giới đang đứng trước một số giải pháp để có
được dịch vụ số liệu truyền tốc độ cao qua mạng thông tin di động hiện có của họ
và đang nghiên cứu kế hoạch để chuyển đổi lên công nghệ 3G. Có hai hướng để
lựa chọn: một là có thể nâng cấp mạng của họ lên thẳng CDMA (Đa truy nhạp
phân chia theo mã) hay nâng cấp lên để có dịch vụ GPRS (General Packet Radio
Service - Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp), E - GPRS (Enhanced GPRS - Dịch vụ
GPRS nâng cao) và sau đó thì sẽ đầu tư, nâng cấp để loại dần công nghệ GSM
tiến lên công nghệ W-CDMA (Đa truy nhập phân kênh theo mã băng rộng).
Mặc dù công nghệ GSM đang áp đảo về số lượng người sử dụng nhưng hệ
thống di động CDMA đã không ngừng được hoàn thiện và áp dụng rộng khắp các
nước trên thế giới. Hiện nay CDMA lại tỏ ra vượt trội hơn bởi những ưu thế
công nghệ, CDMA đã đáp ứng các mục tiêu công nghệ thông tin và truyền thông
chính là cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu di động dung lượng cao. Các mạng
CDMA hiện tại trên thế giới bao gồm các hệ thống cơ bản :
• CDMA2000: đưa ra lần đầu năm 2002, được tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP2
và được sử dụng chủ yếu tại Bắc Mỹ và Hàn Quốc sử dụng chung cơ sở
hạ tầng với chuẩn IS-95 2G. Phiên bản mới nhất EVDO Rev B cung cấp
tốc độ tải về cao nhất tới 14,7 Mbps.
8
Tần số
Công suất

• UMTS: là hệ thống CDMA băng thông rộng giới thiệu năm 2001, được
tiêu chuẩn hóa bởi 3GPP và được sử dụng chủ yếu tại Châu Âu, Nhật và
Trung Quốc với các công nghệ WCDMA, TD-SCDMA (chỉ sử dụng tại
Trung Quốc) và HSPA+.
1.2. Đặc tính CDMA
1.2.1. Kỹ thuật CDMA
Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nhằm thực hiện cho các hệ thống

thông tin có khả năng chóng phá sóng cao. Kỹ thuật trải phổ ứng dụng trực tiếp
của lý thuyết thông tin của Shannon, đã trở nên rất quan trọng trong các hệ
thống thông tin, do nó có nhiều tính năng ưu việt như giảm mật độ phổ công
suất, độ định vị cao, độ phân giải cao. Hình 1.1 minh họa kỹ thuật trải phổ với
phổ công suất của tín hiệu được “trải” đều trên toàn bộ băng thông.
Hình 1.1 : Sơ đồ khối CDMA
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian, và tần số, mã
PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho người sử dụng. Người sử
dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ, tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định.
Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát.
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng
một kênh vô tuyến, đồng thời tiến hành cuộc gọi. Những người sử dụng được
phân biệt nhau nhờ sử dụng đặt trưng không trùng nhau. Các kênh vô tuyến
CDMA được dùng lại ở mỗi ô trong toàn mạng. Một kênh CDMA rộng
1,23Mhz với hai dãy phòng vệ 0,27Mhz. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt,
tốc độ này cũng chính là tốc độ mã đầu ra của máy phát PN. Để nén phổ trở lại
data gốc, máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác, như khi tin tức được xử
lý ở máy phát, thì tin tức đã truyền có thể được thu nhận. Phổ của tín hiệu sau
khi trải phổ được mở rộng so với tín hiệu gốc.
Tạp âm có phổ rộng được giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi được nén
phổ nhiều từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tượng tự như tạp
âm. Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ có băng tần trùng với băng tần
của máy thu CDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất nhiễu sẽ giảm xuống.
9
10Khz
0
Số liệu
1,25Mh
z
f

0
Phổ băng
tần rộng
f
0
1,25Mh
z
0
10Khz
1,25Mh
z
f
0
Tạp âm người
sử dụng
1,25Mh
z
f
0
IOC
≈-
169dB/Hz
f
0
Tạp âm
nền
f
0
Giao thoa
ngoài

Bộ lọc
số
9,6
Kbps
Mã hoá và
chèn
1.228Mbps
Nguồn
PN
Sóngmang
BPF
1.25 Mhz
BPF
1.25 Mhz
Sóngmang
Nguồn
PN
Tách
chèn
và giải
mã
số
Bộ tươngquan

Phổ của tín hiệu càng trải rộng ở máy phát, và tương ứng nén hẹp ở máy thu thì
càng lợi về tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N).
Hình 1.2 mô tả thủ tục phát và thu tín hiệu sử dụng kỹ thuật CDMA. Tín hiệu
số thoại (9,6 Kbps) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng
mang f
0

, và mã PN ở tốc độ 1,2288Mbps. Tín hiệu đã được điều chế đi qua bộ
lọc băng thông có độ rộng băng 1,25Mhz sau đó phát xạ qua anten. Ở đầu thu,
sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương
quan, qua bộ lọc băng thông rộng 1,25Mhz, và số liệu thoại mong muốn được
tách ra để tái tạo lại số thoại ban đầu nhờ sử dụng bộ tách, chèn và mã giả ngẫu
nhiên PN.
Hình 1.2: Sơ đồ thu và phát CDMA
1.2.2. Các đặc tính của kỹ thuật CDMA
1.2.2.1. Tính đa dạng của phân tập
Phân tập là hình thức tốt để làm giảm hiện tượng fading. Có ba loại phân tập
là: phân tập theo thời gian, phân tập theo tần số và phân tập theo khoảng cách.
Phân tập thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Phân tập theo
thời gian có thể áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẫn cao,
10

mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Hệ thống CDMA băng thông rộng ứng dụng phân
tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong băng thông rộng và
fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200 ÷
300Khz). Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo
các phương pháp sau:
• Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di
động đồng thời với hai BS hoặc nhiều BS.
• Sử dụng môi trường đa đường, đa chức năng trải phổ giống như bộ thu
quét, thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát này với các tín hiệu phát khác
trễ thời gian.
• Đặt nhiều anten tại BS. Nhiều bộ tương quan có thể áp dụng đồng thời
cho hệ thống thông tin có hai BS .
1.2.2.2. Kiểm soát công suất trong CDMA
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng kiểm soát công suất hai chiều (từ BS
đến máy di đông và ngược lại), để cung cấp một hệ thống dung lượng lớn, chất

lượng cao, và nhiều dịch vụ khác. Mục đích kiểm soát công suất của các máy di
động là sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong cùng một vùng
phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS.
Mạch mở đường điều khiển công suất đến BS là chức năng cơ bản của máy
di động. Máy di động điều khiển công suất theo sự biến đổi công suất thu tại BS.
Máy di động đo mức công suất thu được từ BS, và điều khiển công suất tỷ lệ
nghịch với công suất đo được. Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho
các tín hiệu phát đi của tất cả các máy di động được thu cùng mức tại BS. BS
cung cấp chức năng mở đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các
máy di động một hằng số định cỡ cho nó, hằng số định cỡ liên quan chặt chẽ đến
yếu tố tải và tạp âm của BS, độ tăng ích anten, và bộ khuyếch đại công suất.
Hằng số này được truyền từ BS đến các máy di động như một phần của bản tin
thông báo.
BS thực hiện chức năng kích hoạt với mạch đóng điều khiển công suất từ
máy di động đến BS. Khi mạch đóng dẫn đến BS dịch mức công suất, mạch hở
xác định từ máy di động một cách tức thời để máy giữ mức công suất tối ưu. BS
so sánh tín hiệu thu từ máy di động liên quan tới giá trị ngưỡng, biến đổi và điều
khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khảng 1,25ms cho đến khi đạt kết quả.
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS đến các máy di động, nhờ việc
qui định công suất này tương đương với công suất đo được từ các máy di động
khi rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp, và giảm
hiệu ứng giao thoa với các BS khác. Do đó công suất được cung cấp thêm đối
với vùng tín hiệu bị gián đoạn, hoặc đối với các máy di động ở xa.
1.2.2.3. Công suất phát thấp
Việc giảm tỷ lệ E
b
/N chấp nhận được không những làm tăng dung lượng thệ
thống, mà còn giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa.
Việc này có ý nghĩa làm giảm công suất phát của các máy di động. Việc giảm
11

100%
K
1
6%
K
2
0.2%
0.03%
K
3
0.01%

công suất phát yêu cầu sẽ tăng vùng phục vụ, và giảm số lượng BS yêu cầu, khi
so với các hệ thống khác.
1.2.2.4 Bộ giả mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi
Bộ mã-giải mã thoại của CDMA được thiết kế với tốc độ biến đổi 8Kbps.
Dịch vụ thoại hai chiều. Hai bộ mã-giải mã thông tin với nhau ở bốn nấc tốc độ
truyền dẫn: 9600b/s, 4800b/s, 2400b/s, 1200b/s các tốc độ này được chọn dựa
trên điều kiện hoạt động, bản tin hay số liệu. Bộ mã-giải mã thoại biến đổi sử
dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo
cường độ tạp âm nền, và tốc độ số liệu, Chỉ chuyển thành tốc độ cao khi có tín
hiệu thoại vào. Do đó tạp âm nền sẽ bị triệt đi để tạo truyền dẫn thoại chất
lượng cao trong môi trường tạp âm.
1.2.2.5. Dung lượng
Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu được sử dụng trong
quân đội. Do hệ thống điều chế băng thông hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang trên
nhiễu vào khoảng 18dB nên có rất nhiều hạn chế từ quan điểm tái sử dụng tần
số. Trong hệ thống như vậy thì các kênh sử dụng có một BS, sẽ không được
phép sử dụng cho BS khác.
1.2.2.6. Tái sử dụng tần số

Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng thông rộng trong hệ thống CDMA.
Giao thoa tổng ở tín hiệu của máy di động thu từ BS,và giao thoa tạo ra trong
các máy di động của BS bên cạnh. Giao thoa tổng của các máy bên cạnh bằng
một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS. Hiệu
quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng khoảng 65%, đó là giao
thoa của các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các
BS.
12

Hình 1.3: Tái sử dụng tần số
1.2.2.7. Giá trị E
b
/N
0
thấp và chống lỗi
E
b
/N
0
là tỷ số năng lượng trên mỗi bít đối với mật độ phổ công suất tạp âm,
đó là giá trị tiêu chuẩn so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá
số. Hệ thống CDMA cung cấp hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Mã sửa sai
được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế hiệu suất cao. Có
thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm E
b
/N
0.

13

14

Chương 2 MÃ TRẢI PHỔ VÀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
2.1. Trải phổ ngẫu nhiên PN
2.1.1. Tổng Quan Về Mã Trải Phổ
Mã trải phổ là dãy tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm trắng) được tạo ra
đồng bộ để trải phổ ở máy phát, và nén phổ ở máy thu đối với phổ được truyền
đi. Mã trải phổ còn được dùng để phân biệt các thuê bao với nhau khi có cùng
chung dải thông truyền dẫn trong cơ chế đa truy nhập trong hệ thống CDMA.
Đặc tính của mã trải phổ bao gồm:
• Tỷ lệ các tần số 0 và 1 là mỗi ½.
• Đối với các số 0 và 1 thì ½ chuỗi có chiều dài là 1, ¼ có chiều dài là 2
• Nếu một chuỗi PN được dịch bởi bất cứ thành phần số lượng số dương và
số âm bằng nhau tương ứng với dãy trước.
Hàm tự tương quan:
)()()()( tdtftfR
a
∫
∞
∞−
−=
ττ
Hàm tự tương quan biểu thị sự giống nhau giữa tín hiệu f(t) với bản sao của
nó bị trễ
τ
.
Hàm tương quan chéo:
)()()()( tdtftfR
c
∫

∞
∞−
−=
ττ
Trong trường hợp mã trải phổ nhị phân dùng trong hệ thống CDMA, so sánh
từng bít của tín hiệu, tính A-D để xác định hàm tương quan của hai tín hiệu xét
(A: số bít cùng, D: số bít khác). Minh họa cho điều này ở Hình 2.1 (e). Trên
Hình 2.1 (a, b, c) biểu thị mô hình phát chuỗi nhị phân ngẫu nhiên lý tưởng có
phổ giống tạp âm trắng (AWGN). Trong mô hình này nguồn tạp âm trắng được
số hóa nhờ thiết bị ngưỡng và Flip-Flop đồng bộ. tần số lấy mẫu là tốc độ chíp
f
c
. Đỉnh nhọn hàm tương quan ở hình 2.1 (c) biểu thị
τ
= 0. Đặc điểm này giúp
cho máy thu thực hiện đồng bộ dễ dàng với máy phát, chuẩn về thời gian. Nếu
chuỗi d(t) có chu kỳ lặp lại N chíp thì được gọi là giả ngẫu nhiên.
Mã trải phổ không những để trải phổ mà còn là chìa khoá để MS chọn ra tín
hiệu trạm gốc phát cho nó trong môi trường CDMA. Muốn vậy mã trải phổ của
MS khác nhau có tương quan chéo bằng 0, hoặc rất nhỏ. Điều kiện này đảm bảo
nhiễu lẫn nhau tương quan chéo bằng 0. Tuy nhiên trong nhiều hệ thống thực tế
các bộ phát tương quan dãy PN ở máy phát và máy thu được dùng với tương
quan chéo đủ nhỏ.
15

Những mã giả ngẫu nhiên PN giữ vai trò quan trọng trong hệ thống trải phổ.
Mã PN được tạo ra độc lập ở nhiều vị trí (cả máy phát lẫn máy thu). Mã trải phổ
không hoàn toàn ngẫu nhiên mà cần phải xác định được. PN là tín hiệu chu kỳ
xác định ở cả máy phát và máy thu. Mã PN có tính thống kê của một tạp âm
trắng AWGN, nó có thể biểu hiện ngẫu nhiên, bất xác định với bất cứ máy thu

nào ngoài phạm vi cuộc gọi. Mỗi quá trình thu phát CDMA đều được trải phổ.
a. Mô hình phát chuỗi nhị phân ngẫu nhiên
b. Đáp ứng của chuỗi ngẫu nhiên
c. Hàm tự tương quan d(t)
16
V
in
Lấy và giữ mẫu
FF
Đồng hồ
đồng bộ f
c
Thiết bị ngưỡng
n(t) V
o
d(t)
Nguồn tạp
âm trắng
T
c
d(t)
d(t)

d. Hàm tự tương quan của dãy PN7
e. Số bít cùng A và số bít khác D khi dãy PN7 dịch một bít
Hình 2.1 : Mã trải phổ nhị phân dùng trong CDMA
2.2.2. Các loại mã trải phổ PN
Mã trải phổ PN có rất nhiều loại nhưng thường dùng nhất là: dãy độ dài cực
đại chuỗi m, chuỗi Gold và chuỗi Walsh.
2.2.2.1. Chuỗi m

Chuỗi m nhị phân được tạo ra từ mạch ghi dịch nhiều Flip-Flop, và được
hoài tiếp gồm nhiều cổng XOR và các khóa g. Mỗi chuỗi ghi dịch được định rõ
bởi đa thức phát g(x), m > 0.
Sơ đồ Hình 2.2 mô tả mạch phát chuỗi m. Trong sơ đồ, có N flip-flop D được
mắc thành bộ ghi dịch, mạch hồi tiếp gồm các cổng XOR và các khóa g
i
làm
thay đổi chiều dài và đặc tính của dãy PN được tạo ra. Trong số đó, dãy có chiều
dài cực đại là: L= 2
N
– 1 (L: số chip (cắt)).
17
R
a
(т)
TL 700-100ms
-T
c
-T
c
1
7
+ 100ms
0
1 1 1 0 0 1 0
1 bít shift
}Cùng: A
Khác: D
7bit
} A = 3

D = 4
A-D = -1
Shift 1{
Shift 0{

Hình 2.2: Sơ đồ mạch phát chuỗi m
Chuỗi m có các thuộc tính sau đây:
• Thuộc tính dịch: dịch vòng (dịch vòng trái hay dịch vòng phải) của một
chuỗi m cũng là một chuỗi m. Nói cách khác nếu chuỗi ra không nằm
trong tập S
m
thì dịch vòng cũng không nằm trong tập S
m
.
• Thuộc tính hồi quy: mọi chuỗi m đều thoả mãn tính hồi quy.
C
i
= g
1
c
i-1
+ g
2
c
i-2
+……+ g
m-1
c
i-m+1
+ c

i-m
Với i = 0, 1, 2, …(ngược lại mọi lời giải cho phương trình trên là 1 chuỗi
trong tập S
m
. Lưu ý rằng có m lời giải độc lập tuyến tính với phương trình
hồi quy trên, nghĩa là m chuỗi độc lập tuyến tính trong S
m
).

• Thuộc tính cửa sổ: nếu một cửa sổ độ rộng m trượt dọc chuỗi m trong tập
S
m
, mỗi dãy trong số 2m-1 dãy m bit khác không này sẽ được nhìn thấy
đúng 1 lần.
• Số lượng số 1 nhiều hơn số lượng số 0: mọi chuỗi m trong tập S
m
chứa 2
m
-
1 số số 1 và 2
m-1
-1 số số 0.
• Thuộc tính cộng: tổng hai chuỗi m (cộng mod 2 theo từng thành phần) là
một chuỗi m khác.
• Thuộc tính dịch và cộng: tổng của một chuỗi m và dịch vòng của chính nó
( cộng mod 2 theo từng thành phần )là một chuỗi m khác.
• Hàm tự tương quan dạng đầu đinh: hàm tự tương quan tuần hoàn chuẩn
hóa của một chuỗi m được xác định như sau:
∑
−

=
⊕
−
−=
1
0
)1(
1
)(
N
j
cc
jii
N
iR
R(i) = 1 đối với I = 0 (mod N) và R(i) = -1/N với i
≠
0 (mod N)
18
x
0
x
m-1
Si(m)
x
3
x
2
x
1

g
2
Si(3)Si(1)
c
i
Si(2)
g
1
g
3
x
m
Đến bộ
điều chế
c
i-m
1 -1
0 +1
R(i)
1 -32-3 -2 -1
1/N
1
-N N-1 N

Hình 2.3: Hàm tự tương quan tuần hoàn dạng đầu đinh
• Các đoạn chạy: một đoạn chạy là một xâu các số “1” liên tiếp hay một
xâu các số “0” liên tiếp. Trong mọi chuỗi m, một nửa số đoạn này có
chiều dài 1, một phần tư có chiều dài 2, một phần tám có chiều dài
3chừng nào các phân đoạn còn cho một số nguyên các đoạn chạy.
• Pha đặc trưng: có đúng một chuỗi ra không nằm trong tập S

m
thoả mãn
điều kiện c
i
=c
2i
đối với tất cả i
∈
Z. Chuỗi m này được gọi là chuỗi ra
không đặc trưng hay pha đặc trưng của các chuỗi m trong tập S
m
.
• Lấy mẫu: Lấy mẫu 1 từ n>0 của một chuỗi m
C
(nghĩa là lấy mẫu
C
cứ n
bit mã một lần), được biểu thị bằng N/gcd(N,n) nếu không phải là chuỗi
toàn không; đa thức tạo mã g’(x) của nó có gốc là mũ n của các gốc của
đa thức tạo mã g(x).
2.2.2.2. Chuỗi Gold
Các chuỗi m là các hàm tự tương quan dạng đầu đinh, có thể chỉ ra rằng
chúng có tự tương quan tuần hoàn dạng đầu đinh tốt nhất về mặt giảm tối đa tự
tương quan lệch pha. Do đó các chuỗi m rất hoàn hảo cho hoạt động đồng bộ
mã. Đối với thông tin đi bộ nhiều người sử dụng cần có một tập lớn các chuỗi
SSMA hay CDMA có các giá trị tương quan chéo nhỏ.
Một họ các chuỗi tuần hoàn có thể đảm bảo các tập chuỗi có tương quan chéo
tuần hoàn tốt là các chuỗi Gold. Chuỗi Gold là mã trải phổ dùng cho CDMA,
hàm tương quan chéo giữa hai chuỗi Gold bất kỳ khá nhỏ, hàm tương quan lấy 1
trong 3 giá trị sau:

19










−+
−
−
=
]2)([
1
1
)(
1
)(
Nr
L
L
Nr
L
τθ
với








+
+
+
+
=
chaün
2
2N
2.1
leû
N
N
N
n
,
,
2
1
.21
)(
τ
Hình 2.4 : Hàm tự tương quan của dãy
Mạch tạo mã Gold có sơ đồ đơn giản và tạo ra được số lượng lớn dãy Gold
cung cấp cho các MS trong mạng CDMA (Hình 2.5).
Hình 2.5: Sơ đồ tạo mã Gold

Như hình trên, chuỗi Gold là kết quả cộng module 2 đối với 2 dãy m được
định thời bằng cùng tốc độ chip f
c
. Việc chọn đúng cặp dãy m là điều rất quan
trọng trong việc thiết kế mạch tạo dãy Gold cho CDMA.
Ý nghĩa quan trọng nhất trong việc tạo ra chuỗi Gold là: chọn đúng một cặp
đặc biệt, chuỗi m có đặc tính tương quan nhau. Hai chuỗi m có cùng chiều dài L,
cùng tốc độ chíp, sẽ tạo ra chuỗi Gold có chiều dài bằng L. Gọi N là số tầng
trong chuỗi máy phát chuỗi m, lúc này chiều dài chuỗi Gold là L = 2
N-1
. Ta có
thể thấy rằng với mỗi bước dịch giữa hai chuỗi m thì chuỗi Gold sẽ được tạo
thành. Mỗi chuỗi m có chiều dài L, cùng số bước dịch giữa hai chuỗi m thì chấp
nhận được. Do đó bộ phát chuỗi Gold kết hợp với hai chuỗi m khác nhau sẽ tạo
ra chuỗi Gold cũng có chiều dài L khác nhau. Với việc chọn chuỗi m tương
20
( )
τθ
τ
l
L
0
1
l
L
l
L
* r(N)
511 chip
1

6
2
9
3
7
54
4
6
3
1
9
h(x) = x +x + 1
2
3
54
4
6
7 8
9
7 8
9

quan thấp tương ứng chuỗi Gold được tạo thành, và hàm tương quan giữa hai
chuỗi Gold rất nhỏ.
2.2.2.3. Chuỗi Walsh
Mã hoá kênh trực giao là: Hai chuỗi bít được gọi là trực giao nếu kết quả thu
được sau khi XOR có số lượng bít 0 và 1 là bằng nhau. Trong hệ thống CDMA
việc sử dụng các chuỗi trải phổ trực giao nhằm giảm can nhiễu giữa nhiều người
sử dụng. Do đó cho phép nhiều người cùng chia sẻ một tần số giống nhau.
Trên kênh liên kết hướng xuống mã Walsh dùng cách ly giữa các user. Điều

này cho phép nhiều ngưồi sử dụng trên cùng một phổ tần được cấp phát mã.
Trên kênh lưu lượng hướng xuống, hàm Walsh được trạm gốc đưa vào trải phổ
cho các tín hiệu. MS có nhiệm vụ phát hiện và nén phổ đúng.
Bảng mã chuỗi gồm 64 chuỗi, mỗi chuỗi dài 64 chip ( mỗi chíp là một số nhị
phân 0 hay 1). Các mã Walsh trực giao với nhau. Các hàm không phù hợp với
máy được đưa vào kênh lưu lượng hướng xuống tạo nên các tín hiệu mà các MS
không nhận biết. Trong quá trình nén phổ chỉ có kênh phù hợp đuợc thể hiện.
2. 2. Kỹ thuật trải phổ
2.2.1. 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 và 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.
21

2.2.2. Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ
2.2.2.1. 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.
2.2.2.2. 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.
Hình 2.6: Máy phát
Hình 2.7: Máy thu
22
C
B
A
Nguồn dữ liệu gốc
Phát chuỗi giả ngẫu
nhiên PN
Bộ điều chế và

máy phát
F
D
Phát chuỗi giả
ngẫu nhiên PN
Dữ liệu gốc
thu được
Máy thu và bộ
giải điều chế

Trong 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 máy phát (Hình 2.6): 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).
Phía máy thu (Hình 2.7): 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 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.
2.2.3. Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ
2.2.3.1. Ưu điểm
• Khả năng 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
N
C
(tín hiệu trên nhiễu) cao.
• Khả năng 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.
23

2.2.3.2. 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 hai 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 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(điều chế đa mức).
2.3. 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 .
2.3.1. 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 180
0
. 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 .
24

Hình 2.8 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 180
0
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 .
Hình 2.8: 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 .
Hình 2.9 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 180
0

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.
25
Sóng mang
đầu vào
f
c
Bộ trộn cân
bằng
Điều chế 2 pha đầu ra
Dãy mã đầu vào
f
c
+G(c)
G(c)