các đặc trưng cơ bản của thông tin trải phổ

Mục lục
lời nói đầu

3

chơng i.
Các phơng pháp trải phổ........................................................................5
1.1. Gi ới thiệ u.......................................................................................................... 5
1.2. Hai vấn đ ề cơ bản của thông tin. ...................................................................... 6
1.2.1. Pluse-Noise-Jamming (gâ y nhiễ u dạng trong tạpâ m). ................................. 6
1.2.2. Xác suất phát hiệ n thấp. ................................................................................ 8
1.3. Các hệ thống trải phổ ........................................................................................ 10
1.3.1. Trải phổ chuỗi trực tiế p BPSK....................................................................... 11
1.3.2. Điề u chế QPSK DS/SS .................................................................................. 18
1.3.3. Trải phổ nhảy tầ n chậm không liên kế t......................................................... 24
1.3.4. Trải phổ nhảy tầ n nhanh không liên kế t........................................................ 27
1.3.5. Kế t h ợp trải phổ chuỗi trực tiế p/ trải phổ nhảy tần........................................ 29
1.4. Cách tạo và đặ c đ iể m của chuỗi giả ngẫu nhiên PN. ....................................... 30
1.4.1. Đị nh nghĩ a và nề n tảng toán học................................................................... 30
1.4.2. Cấu hì nh bộ tạo chuỗi M. .............................................................................. 32
1.4.3. Phổ công suất của chuỗi M. .......................................................................... 34
1.4.4. Độ an toàn của chuỗi m................................................................................. 36
1.5. Đồng bộ trong hệ thống trải phổ ...................................................................... 37
1.5.1. Bt ồng b. .................................................................................................. 38
1.5.2. Bỏm mó. ....................................................................................................... 40
chơng 2.
Hệ thống IS-95 (CDMA) .................................................................. 41


2.1. Tổ ng quan hệ thống CDMA. ............................................................................ 41
2.1.1. Nguyên lý CDMA ........................................................................................ 42

2.1.2 Cấu hì nh hệ thống: ......................................................................................... 44
2.2. Đờng xuống ................................................................................................... 53
2.3. Đờng lên ......................................................................................................... 57
2.4 Dung lợng của hệ thống CDMA...................................................................... 57
2.5 Điề u chỉ nh công suất......................................................................................... 62
chơng iii.
Tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA ...................... 66
3.1. Tổ ng quan......................................................................................................... 66
3.2. Tí nh toán dung lợng CDMA........................................................................... 68
3.2.1 Tí nh dung lợn g CDMA đ ơn bào................................................................... 68
3.2.2 Tí nh toán dung lợng của hệ thống CDMA đ a bào. ...................................... 71
3.1.2.1 Dung lợng đ ờng xuống của hệ thống CDMA đ a bào.............................. 71
3.2.2.2. Dung lợng đờng lên của hệ thống CDMA.............................................. 79
3.3. So sánh dung lợng vô tuyế n giữ a fdma, tdma, cdma...................................... 82
3.3.1 Môi trờng gi ới hạn theo tạpâ m.................................................................... 82
3.3.2 Môi trờng gi ới hạn bởi nhiễ u........................................................................ 85

kết luận......................................................................89
tài liệu tham khảo ....................................................... 90


lời nói đầu
Lý thuyế t trải phổ đ ã đ ợc xâ y dựng từ nhữ ng năm 1950 và đ ợc áp dụng
trong thông tin quâ n sự từ nhữ ng năm 1960, v ới mục đ í ch hạn chế tác đ ộng của
việ c gâ y nhiễ u tí n hiệ u và che dấu tí n hiệ u tránh đ ể thu trộm. Điề u này có thể
thực hiệ n bằng cách trải phổ tí n hiệ u t ới đ ộ rộng băng tầ n cần thiế t làm cho tí n
hiệ u bị che lấp bởi tạpâ m.
Điề u chế trải phổ khi đ ợc sử dụng kế t hợp v ới kĩ thuật đ a truy nhập phâ n
chia theo mãđ angđ ợc đ ề xuất cho việ c sử dụng hoặ c ứng dụng trong nhiề u lĩ nh
vực m ới và đặ c biệ t cho hiệ u quả tốt ở các hệ thống thông tin di đ ộng tế bào. Hệ

thống này cho hiệ u quả sử dụng dải tầ n hơ n hẳ n so v ới các hệ thống FDMA và
TDMA. Khi áp dụng công nghệ CDMA cho hệ thống thông tin di đ ộng tế bào sẽ
đ ạtđ ợc dung lợng hệ thống cao hơ n nhờ đặ c tí nh mề m dẻo về dung lợng, nó
cho phé p cải thiệ n chất lợng truyề n dẫn trong môi trờng pha đ inh nhiề u tia
đ ồng thời giảm thiể u xuyên nhiễ u trong môi trờng nhiề u ngời sử dụng và giải
quyế t tốt vấnđ ề gầ n xa. Ngoài ra, nó còn cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi
mức đ ộ cao và khả năng chuyể n giao mề m dựa trên nguyên ắt c kế t nối nối trớc
khi cắ tđ ảm bảo không xảy ra giánđ oạn thông tin trong quá trì nh chuyể n giao.
Các mạng CDMA thơ ng mại đ ãđ ợc đ a vào khai thác tại nhiề u nớc trên
thế gi ới cũng nh trong khu vực. ở nớc ta hiệ n nay kĩ thuật trải phổ và hệ thống
thông tin di đ ộng sử dụng kĩ thuật CDMA m ới chỉ đ ợc đ a vào thử nghiệ m. Do
vậy, đ ồ án này sẽ tập trung vào nghiên cứu các đặ c trng cơ bản của thông tin
trải phổ và khả năng ứng dụng trong hệ thống thông tin di đ ộng tế bào CDMA.
Nội dung đ ồ án bao gồm 3 chơ ng:
Chơ ng I : Các phơng pháp trải phổ . Trì nh bày những khái quát chung nhất
về thông tin trải phổ là các khái niệ m và đặc tí nh của kĩ thuật trải phổ .
Chơ ng II : Hệ thống IS 95 (DS/CDMA). Trì nh bày cơ sở của hệ thống
thông tin di đ ộng.


Chơ ng III : Tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA. Xem xé t dung
lợng của hệ thống CDMA đ a tế bào.
Em xin châ n thành cảm ơ n thầy giáo TS. Đỗ quốc trinh đ ã tận tì nh
hớng dẫn và giúp đ ỡ em hoàn thành nội dung của đ ồ án. Do trì nh đ ộ và thời
gian có hạn nên trong quá trì nh thực hiệ n còn có nhiề u sai sót. Kí nh mong đ ợc
sự đ óng góp ý kiế n của các thầy giáo và các bạn có quan tâ m đến.

Hà nội 02/2004.

chơng i.

Các phơng pháp trải phổ.
1.1. Giới thiệ u.
Nhiễ u kỹ thuật đ iề u chế -giảiđ iề u chế đ ã đ ợc đ a ra từ trớc đến nay đ ể áp
dụng trong việ c truyề n thông tin từ nơ i này đ ế n nơ i khác sao cho đ ạt hiệ u quả
nhất trong môi trờng có tạpâ m trắ ng Gaussian (AWGN). Các tí n hiệ u truyề nđ i
đ ợc chọn lựa sao cho có thể sử dụng khá hiệ u quả công suất và băng thông còn
các bộ giải mã đ iề u chế đ ợc thiế t kế sao cho có đ ợc xác suất lỗi bí t là nhỏ
nhất. Để đ ạtđ ợc đ iề u này ngời ta thực hiệ n các phé p so sánh dựa trên băng tầ n
và Eb/N0 yêu cầ u bởi Modem.
Mặ c d ù các kênh thông tin thực đ ợc mô hì nh hoá một cách chí nh xác giống
nh nhữ ng kênh AWGN dừng, còn có những kênh quan trọng khác không ph ù h ợp
v ới mô hì nh này. Ví dụ nh hệ thống thông tin quâ n sự có thể bị nhiễ u do xung liên
tục gầ n tầ n số trung tâ m của Modem, hay do chí nh tí n hiệ u từ Modem truyề n lại bị
mé o. Trong nhữ ng trờng h ợp nh vậy, nhiễ u không thể nào đ ợc mô hì nh hoá
giống nh tí n hiệ u AWGN dừng. Một bộ gâ y nhiễ u khác có thể phát AWGN nhng
tí n hiệ u nhiễ u có thể là tí n hiệ u xung. Một loại nhiễ u khác, không thí ch h ợp v ới mô
hì nh AWGN xuất hiệ n khi có nhiề u đ ờng truyề n giữ a máy phát hoặ c máy thu.
Hiệ n tợng này gọi là hiệ n tợng thu đ a đ ờng, và là vấn đ ề trong vô tuyế n vi ba
nhì n thẳ ng, nhng còn chứng minh vô tuyế n đ ợc dùng đ ể truyề n tí n hiệ u thoại
đ ờng dài, diđ ộng trong thành phố và nhữ ng nơ i khác nữ a.
Chơ ng này sẽ chỉ rõ cho ta biế t kỹ thuật đ iề u chế và dải đ iề u chế đ ợc sử
dụng nhằm mục đ í ch giảm nhẹ nhữ ng ảnh hởng xấu của những loại nhiễ uđ ã mô
tả ở trên. Kỹ thuật đ iề u chế và dải đ iề u chế này đ ợc gọi là kỹ thuật trải phổ , do
băng tầ n truyề n dẫn đ ợc sử dụng là l ớn hơ n rất nhiề u so v ới băng tầ n tối thiể u
d ùng cho việ c thông tin số. Để nhận biế t thông tin trải phổ phải có nhữ ngđặ c đ iể m
sau:

1.Năng lợng tí n hiệ u phát đ i phải chiế m băng tần l ớn hơ n so v ới tốc đ ộ
bí t thông tin, và nó hoàn toànđ ộc lập v ới tốc đ ộ bí t thông tin này.
2. Quá trì nh giảiđ iề u chế phải thực hiệ n bằng cách lấy tơ ng quan tí n hiệ u
thu đ ợc với bản sao của tí n hiệ u sử dụng tại máy phátđ ể trải tí n hiệ u.
Có một số kỹ thuật đ iề u chế sử dụng băng tầ n truyề n dẫn l ớn hơ n nhiề u lần
so v ới băng tầ n tối thiể u nhng không phải là đ iề u chế trải phổ . Mã hoá tốc đ ộ
thấp cũng làm tăng băng tầ n truyề n dẫn nhng không đ áp ứng v ới nhữ ng đ iề u
kiệ n đ ã nêu ở trên. Điề u chế tần số băng rộng cũng làm tăng băng thông truyề n
dẫn nhng không phải là trải phổ . Kỹ thuật trải phổ có thể rất hữ u í ch khi giải
quyế t nhiề u vấn đ ề về thông tin. Nhữ ng l ợi í ch đ ạt đ ợc qua việ c sử dụng kỹ
thuật trải phổ đ ợc gọi là tăng í ch xử lý của hệ thống trải phổ . Điề u đ ó có nghĩ a
là đ ộ tăng í ch xử lý là hiệ u giữ a chất lợng hệ thống d ùng kỹ thuật trải phổ và
chất lợng hệ thống không d ùng kỹ thuật trải phổ , còn tất cả nhữ ng thứ khác là
nh nhau. Nó đ ợc tí nh gầ n đ úng bằng tỉ số giữ a băng thông trải phổ và tốc đ ộ
thông tin.
Chơ ng này nhằm cung cấp thêm nhữ ng thông tin giúp cho việ c nghiên cứu các
hệ thống trải phổ và đ ể giới thiệ u các hệ thống trải phổ đ ợc sử dụng rộng rãi nhất.
1.2. Hai vấn đề cơ bản của thông tin.
1.2.1. Pluse-Noise-Jamming (gâ y nhiễ u dạng trong tạp â m).
Chúng ta xem xé t hệ thống thông tin khoá dị ch pha liên kế t BPSK đ ợc sử
dụng khi có Pluse-Noise-Jamming. Bộ Pluse-Noise-Jamming phát các xung tạp
â m trắ ng Gaussian có băng tần bị gi ới hạn và có năng lợng trung bì nh tổ ng
cộng J t ới bộ thu. Nó có thể chọn sao cho băng thông và tầ n số trung tâ m của tạp
â m giống nh băng thông và tần số trung tâ m của máy thu. Ngoài ra nó có thể
lựa chọn hệ số chu kỳ xung nhằm tạo ra sự suy giảm l ớn nhất t ới đ ờng thông tin
trong khi vẫn duy trì công suất phát trung bì nh không đ ổ i J ở xác suất lỗi bí t của
hệ thống khoá dị ch pha liên kế t BPSK là Pb.
Pb = Q

2 Eb

N0

(1.1)


V ới N0: Mật đ ộ phổ năng lợng tạp â m một phí a thể hiệ n tạp â m nhiệ t tại
máy thu. Khi phát, bộ Jammer tạp â m tăng mật đ ộ phổ năng lợng từ N0 t ới
N0+NJ/P trong đ ó NJ = J/W là mật đ ộ phổ năng lợng công suất trung bì nh một
phí a và W là băng thông truyề n dẫn bộ Jammer. Bộ Jammer phát sử dụng hệ số
sao cho xác suất lỗi bí t trung bì nh bằng :
2Eb
Pb = (1 p )Q
N
0




2Eb
+ pQ

N +N
0
I/P

(1.2)

Jammer sẽ chọn p đ ể cực đ ại. Khi một hệ thống đ ợc thiế t kế hoạt đ ộng
Pb

trong môi trờng Jamming này thì công suất l ớn nhất có thể đ ợc sử dụng và tạp
â m nhiệ t có thể đ ợc bỏ qua. Trong trờng h ợp này
2Eb P

Pb (1 p)Q
N



(1.3)

Hàm Q có thể bị gi ới hạn bởi biể u thức :
Pb

P

E P/ N

4EbP/ N

e

b

J

(1.4)

J

Giá trị l ớn nhất của hàm này có thể đ ạt đ ợc khi thực hiệ n đ ạo hàm bậc
nhất và cho nó bằng 0 khi đ ó P=NI/2Eb và Pb

1

1
2E 2 E b / N J

(1.5)

Tất nhiên hệ số chu kỳ phải nhỏ hơ n hoặ c bằ ng 1. Vì thế biể u thức 1.5 chỉ
d ùng khi Eb/N < 0,5 thì đPbợc tí nh theo công thức 1.3 v ới P = 1. Chúng ta thấy
rằng sự phụ thuộc hàm mũ của sác xuất lỗi bí t phụ thuộc vào tỉ số S/N trong biể u
thức 1.1 đ ãđ ợc thay thế bằng mối quan hệ tuyế n tí nh ngợc trong 1.5.
- 1.0
- 2.0

Hì nh 1.1 :

- 3.0

Xác suất

a(eq 9-5)

- 4.0

lỗi bit.

- 5.0

31.5dB

- 6.0
- 7.0
- 8.0
00

10 0

20 0

30 0

40 0


Ta có thể thấy rằng tạpâ m xung bộ Jammer gâ y ra suy giảm 31,5dB tại vị
trí sác xuất lỗi bí t bằng 10-5. Sự suy giảm l ớn trong hệ thống do tạp â m xung bộ
Jammer có thể đ ợc loại bỏ triệ tđ ể khi sử dụng kế t hợp kỹ thuật trải phổ và việ c
sửa mã tại máy thu đ ối v ới cách hoán vị thí ch h ợp. Việ c trải phổ sẽ làm thay đ ổ i
toạ đ ộ từ Eb/N t ới Eb. K/ngỡng v ới K là const và bằng W/R, R:là tốc đ ộ dữ liệ u
của trải phổ .

Mã hóa sửa sai sẽ đ ợc sử dụng đ ể trả lại từ mối quan hệ tuyế n tí nh ngợc
giữ a xác suất lỗi và tỉ số S/N về mối quan hệ hàm mũ nh mong muốn. Cuối
c ùng đ ể tạo ra sự suy giảm l ớn nhất bộ Jammer cần biế t đ ợc giá trị Eb/N tại
máy thu. Có nghĩ a là cầ n biế t đ ộ suy giảm của cả đ ờng thu-phát và Jammer thu.
Trong môi trờng chiế n thuật việ c thực hiệ n đ ợc đ iề u này là rất khó khăn, vì thế
các kế t quả thờng là trờng hợp xấu nhất. Ngoài ra bộ Jammer thực bị gi ới hạn
ở năng lợng đ ỉ nh đ ầu ra và sẽ không thể sử dụng hệ số công suất nhỏ tuỳ ý.
Mặ c d ù có nhữ ng hạn chế nh vậy nhng bộ nhiễ u xung vẫn là các mối đ e doạ
đ ối v ới các hệ thống thông tin quâ n sự.
1.2.2. Xác suất phát hiệ n thấp.
Có nhữ ng trờng h ợp ngời ta mong muốn rằng đ ờng thông tin đ ợc hoạt
đ ộng mà không biế t các bên tham gia. Hệ thống thông tin LPD đ ợc thiế t kế sao
cho chỉ có máy thu mong muốn phát hiệ n đ ợc. Điề u này, tất nhiên ngụ ý rằng
v ới năng lợng tí n hiệ u nhỏ nhất theo yêu cầ u mà vẫn có thể đ ạtđ ợc chất lợng
cụ thể của một hệ thống đ ợc sử dụng. Mục đ í ch của hệ thống thông tin LPD là
sử dụng thực hiệ n mà cho xác suất phát hiệ n là nhỏ nhất trong một vài khoảng
thời gian. Các kỹ thuật trải phổ có thể giúp đ ỡđ áng kể ngời thiế t kế hệ thống đ ể
đ ạtđ ợc mụcđ í ch này.
Giả sử bộ phát hiệ n đ ang sử dụng là bộ đ o bức xạ. Bộ đ o bức xạ phát hiệ n
năng lợng nhận đ ợc trong băng tầ n W từ việ c lọc băng tầ n, lấy bì nh phơngđ ầu
ra và lọc tí ch phâ n trong thời gian T, so sánh giá trị tại thời đ iể m T v ới ngỡng nh
đ ợc miêu tả trong hì nh (9.2). Nế u nh tại thờiđ iể m T giá trị đ ầu ra bộ lọc l ớn hơ n


ngỡng thì có tí n hiệ u, ngợc lại thì không có tí n hiệ u. Chất lợng bộ đ o bức xạ
nhiệ tđ ợc xác đ ị nh khi hàm mật đ ộ xác suất tại đ ầu ra bộ tí ch phâ n ở thời đ iể m T
đ ợc xác đ ị nh. Hàm mật đ ộ xác suất này đ ợc sử dụng đ ể tí nh toán xác suất phát
hiệ n Pd phát hiệ n tí n hiệ u và xác suất thất bại khi chỉ có tạpâ mđ ơ n Ptâ .

Lọc thông dải

BW = W

(.)2

1




t=
So s ánh
điệ n áp

(. )dt
0

Hì nh 1.2: Bộ phát hiệ n tí n hiệ u

Quyế t đị nh tin
hiệ u hiệ n tại hoặ c
không

Hai cách lấy xấp xỉ này thờng đ ợc d ùng cho các số liệ u ở đ ầu ra bộ tí ch
phâ n của thiế t bị đ o bức xạ. Một loại sử dụng các số liệ u thống kê x (Khi) bì nh
phơ ng không trung tâ mđ ối v ới trờng hợp tí n hiệ u + tạpâ m tại lối vào và trung
tâ m khi chỉ có một mì nh tạp â m. Có thể xấp xỉ lần nữ a bằng thống kê khi (x)
bì nh phơ ng trung tâ m trong trờng h ợp tí n hiệ u + tạpâ m nế u có các đ iề u chỉ nh
thí ch h ợp ở bậc tự do của x bì nh phơ ng và nhiễ u ở ngỡng đ ối v ới bộ phát hiệ n.
Loại thứ 2 đ ợc sử dụng khi tí ch băng thông TW của tí n hiệ u là l ớn. Các phơ ng
trì nh thu đ ợc trong trờng h ợp này là:

K TW S
, TW>>1: Xác suất phát hiệ n (1.6)
Pd = Q 0
TW + 2S
K TW
, TW>>1: Xác suất cảnh báo nhầ m
Pfa = Q 0
TW



(1.7)

V ới S là tỉ số của toàn bộ năng lợng tí n hiệ u v ới mật đ ộ phổ tạp â m tại đ ầu
ra (Bộ tí ch phâ n). S=ES/N0 trong hì nh 1.2.
Q(.) là một hàm.
K0 là hệ số ngỡng thờng cố đ ịnh cho xác suất cảnh báo nhầ m cố đ ị nh.
Tỷ số S/N tại đ ầu ra bộ lọc thông dải nhỏ hơ n ES/N0 một giá trị là TW phụ
thuộc vào phí a quan tâ m là bộ chặ n hay bộ thông tin ta có thể lựa chọn một trong
hai chiế n lợc (Phơng pháp) sau.


1) Nế u là bộ chặ n, có thể xâ y dựng đ ợc bộ thu có tạp â m thấp nhất, tí ch
phâ n thời gian dài nhất có thể (toàn bộ khoảng thời gian thông tin) v ới bộ lọc
thông dải lối vào đ ạt đ ợc bằ ng dải thông của tí n hiệ u (ở trung tâ m)đ iề u này
có thể thực hiệ nđ ợc trong khi chấp nhận xác suất cảnh báo nhầ m l ớn nhất.
2) Nế u là bộ thông tin, thực hiệ n trải đ ợc chấp nhận trên toàn dải và hoạt
đ ộng v ới năng lợng nhỏ nhất có thể trong khoảng T nhỏ nhất có thể .
1.3. Các hệ thống trải phổ .
Một tí n hiệ u trải phổ băng thông rộng đ ợc tạo ra bằng cách đ iề u chế sóng

mang một dữ liệ uđ ã đ ợc đ iề u chế sóng mang v ới một tí n hiệ u có phổ tầnđ ợc trải
rộng. Điề u chế trải phổ có thể là đ iề u chế pha hoặ c thay đ ổ i nhanh tầ n số sóng
mang, hoặ c là sự kế t h ợp của 2 phơ ng pháp trên c ùng nhữ ng công nghệ khác nữ a.
Khi việ c trải phổ đ ợc thực hiệ n theo phơ ng pháp đ iề u pha thì tí n hiệ u thu
đ ợc là tí n hiệ u trải phổ dãy trực tiế p (DS/SS). Còn khi việ c trải phổ bằng cách thay
đổ i nhanh tầ n số sóng mang thì ta thu đ ợc tí n hiệ u nhảy tầ n. Tất cả các kỹ thuật
trênđ ợc bàn luận theo các phần mục tiế p theo. Tí n hiệ u trải phổ đ ợc chọn có đặ c
tí nh sao cho việ c thực hiệ n giảiđ iề u chế tí n hiệ u truyề nđ i bằng bộ thuđ ị nh trớc là
dễ dàng còn bởi bộ thu không đ ịnh trớc là khó nhất có thể . Tí nh chất này để giúp
cho bộ thu đ ị nh trớc phâ n biệ t tốt đ ợc giữ a thông tin và nhiễ u. Nế u băng thông
của tí n hiệ u trải phổ đ ợc rộng hơ n băng thông của dữ liệ u thì băng thông của
truyề n thông trải phổ bị chi phối bởi tí n hiệ u trải và hầu nh không phụ thuộc vào dữ
liệ u.
1.3.1. Trải phổ chuỗi trực tiế p BPSK.
Hì nh thức đ ơn giản của DSSS là sử dụng phơ ng thức BPSK nhđ iề u chế
trải phổ . Dễ nhận thấy rằng khi đ iề u chế BPSK lí tởng khi pha của tí n hiệ u thay
đổ i tức thời 1800 và có thể biể u diễ n đ ợc dới dạng toán học là tí ch phâ n của
sóng mang v ới một hàm C(t), mà nó nhận đ ợc giá trị 1. Xem xé t đ ờng bao
không đ ổ iđ iề u chế sóng mang dữ liệ u có công suất P, tầ n số góc 0 và phơ ng
trì nhđ iề u chế pha dữ liệ u d(t) liên hệ bởi biể u thức.


S d (t ) = 2 P cos[0t + d(t)]

(1.8)

Tí n hiệ u này có băng thông có bản gấp khoảng 1.5 đến 2 lần băng thông dữ
liệ u, tuỳ thuộc vào loại dữ liệ u đ ợc đ iề u chế . Kỹ thuật trải BPSK đ ợc thực hiệ n
bằng cách nhâ n Sd(t) v ới hàm C(t) thể hiệ n dạng sóng trải. Quá trì nh nàyđ ợc miêu
tả.

Điề u
chế pha

Dữ liệ u nhị
phâ n

2P cos[0t + d(t)]
2P c(t)cos[0t + d(t)]

2P cos(0t)

c(t)

Hì nh 1.3: S khi DS/BPSK (phớa phát)
Tí n hiệ n phátđ i là:

S t (t ) = 2 P cos[ 0 (t ) + d (t )]

(1.9)

Nó đ ợc truyề n qua một đ ờng truyề n không gâ y mé o có đ ộ trễ truyề n dẫn
Td. Thực hiệ n thu đ ợc c ùng v ới thành phần nhiễ u pha và tạpâ m Gauss. Dảiđ iề u
chế đ ợc thực hiệ n khi đ iề u chế lại v ới mã trải đ ợc giữ chậm thí ch hợp. Việ c
đ iề u chế lại (lấy tơng quan) tí n hiệ u thu v ới dạng sóng của mã trải đ ã đ ợc giữ
chậm gọi là quá trì nh giải trải và nó là một chức năng then chốt trong tất cả các
hệ thống trải phổ . Thành phầ n tí n hiệ u ở đ ầu ra bộ trộn dải trải là.

2 Pc(t Td )c(t td ) cos[ 0 t + d (t Td ) + ]

(1.10)

Trong đ ó Td là ớc lợng khoảng thời gian giữ chậm tốt nhất của bộ thu. Vì
c(t) = 1 kế t quả tí ch c(t-Td) x c(t- Td ) sẽ câ n bằng 1 nế u Td = Td có nghĩ a là dãi
mà ở phí a thu đ ồng bộ v ới phí a phát. Khi đ ồng bộ chí nh, xác thành phần thực
hiệ n tại đ ầu ra của bộ trộn giải trải phí a thu bằng Sd(t), không kể lợng pha ngẫu
nhiêu , và Sd(t) có thể đ ợc giảiđ iề u chế pha kế t hợp thông thờng.
Theo dõi quá trì nhđ iề u chế trên thì nó không phải là phơ ng thức BPSK bởi
vị không có hạn chế nào của d(t). Tuy nhiên ngời ta d ùng cùng một loại đ iề u
chế pha số cho cả dữ liệ u và mã hoá. Khi BPSK đ ợc sử dụng cho cả hai bộ đ iề u


chế thì một bộ đ iề u chế pha có thể đ ợc loại trừ. Quá trì nh 2 lầ nđ iề u chế sẽ đ ợc
thay thế bằng một lầ nđ iề u chế đ ơ n nhờ việ c cộng modul 2 giữ a dữ liệ u và mã trải.
2P c(t - Td)cos[0t + d(t-Td)+]

Bộ lọc
thông dải

c(t - Td)

Bộ giảiđ iề u chế
pha dữ liệ u

Dữ liệ uđ ã
xác lập

Hì nh 1.4: S khi DS/BPSK (phớa thu)

Hì nh 1.5: Quá trì nh trải phổ và giải trải phổ trực tiế p.
Việ c đ iề u chế dữ liệ u và đ iề u chế trải đ ều sử dụng BPSK. Vì vậy, đ iề u chế

dữ liệ uđ ợc biể u diễ n bằng tí ch của sóng mang và dữ liệ u d(t) trong đ ó nhận giá
trị 1 S d ( t ) =
S d (t ) =

2 P d ( t ) cos 0 t

(1.11)

2 P d ( t ) c ( t ) cos 0 t

(1.12)


Dạng sóng của dữ liệ u và thực hiệ n trải đ ợc miêu tả trong hì nh 1.5a và
1.5b, Sd(t) & St(t) đ ợc miêu tả ở hì nh 1.5c và 1.5d. Hì nh 1.5e biể u diễ n sự sai
pha tại đ ầu vào bộ thu né n trong trờng h ợp giả đ ịnh trễ đ ờng truyề n = 0. Và
hì nh 1.6f cho biế tđ ầu ra của bộ trộn. Quan sát nó ta thấy không tơ ng đ ơ ng v ới
Sd(t) cho nên phải có sự đ ồng bộ giữ a thu và phát. Cuối c ùng hì nh 1.5g miêu tả
tí n hiệ u tại đ ầu ra bộ trộn giả trải khi mã giải trải không bị lệ ch pha. Vì vậy
c(t)st(t)=Sd(t) và sóng mang đ iề u chế đ ợc khôi phục.
Việ c xem xé t phổ công suất của tí n hiệ u trong hì nh 1.5 cũng cung cấp cho
ta nhữ ng thông tin cần thiế t. Giả sử mật đ ộ phổ hai phí a trong W/Hz của một tí n
hiệ uđ iề u chế sóng mang BPSK cho bởi tầ n số chuẩn trong hì nh 1.6 và biể u thức:
Sd ( f ) =

{

}

1

PT sin c 2 [( f f 0 )T ] + sin c 2 [( f + f 0 )T ]
2
1/T

1.13

1.5

1.0

(1/2)PT

.5
-f0

f0

Tần số

Hì nh 1.6: Mậtđ ộ phổ của tí n hiệ u BPSK.
Bâ y giờ quan sát tí n hiệ u St(t) ở hì nh 1.5d cũng là tí n hiệ u đ iề u chế sóng
mang BPSK và do đ ó nó có mật đ ộ phổ xác đ ị nh đ ợc bởi công thức 1.13 v ới T
thay bằng Tc (Tc khoảng thời gian xác đị nh của một Symbol mã trải phổ ).
Khoảng thời gian Tc này thờng đ ợc gọi là chí p mã trải. Hì nh 9.8 miêu tả mật
đ ộ phổ của St(t) trong trờng hợp khi Tc= T/3 theo dõi tác đ ộng của đ iề u chế trải
đ ã làm băng thông của tí n hiệ u phát tăng lên 3 lầ n và làm giảm 3 lầ n mức mậtđ ộ
phổ . Trong hệ thống thực tế hệ số trảiđặ c trng còn có thể l ớn hơ n nhiề u3 lầ n .


Phơ ng trì nh 1.13 chỉ đ ợc áp dụng khi cả đ iề u chế dữ liệ u và đ iề u chế trải

BPSK chúng c ùng đ ồng pha với nhau. Trong trờng h ợp này vì đ iề u chế dữ liệ u
là hoàn toàn ngẫu nhiên, nên tí n hiệ u St(t) là tí n hiệ u đ iề u chế 2 pha ngẫu nhiên
và (1.13) áp dụng đ ợc.

1.5
1.0

1/T
-f0

.5

f0

(1/2)PT

Tần số

Hì nh 1.7: Mậtđ ộ phổ của tí n hiệ u trải phổ .
Xem xé t lại đ iề u chế dữ liệ u trong trờng h ợp nó là một đ iề u chế pha có
đ ờng bao bất kỳ. Sóng mang đ iề u chế dữ liệ uđ ợc biể u diễ n bằng biể u thức 9.8
và thực hiệ n phát đ ợc biể u diễ n bằng biể u thức 9.9. Phổ công suất của tí n hiệ u
phát đ ợc tí nh toán bằng đ ị nh lí wiener-Khintchine, theo đ ó phổ công suất và
hàm tơ ng quan của tí n hiệ u là cặ p biế nđ ổ i Furiê.
Sóng mang đ iề u chế là một quá trì nh ngẫu nhiên ergodic mà trải là bất
đị nh và tuần hoàn, nên tí ch của chúng St(t) là quá trì nh ngẫu nhiêu logic. Tí n
hiệ u Sd(t) không phụ thuộc vào c(t) vì vậy hàm tơ ng quan Rt(T) của tí ch c(t) .
Sd(t) = tí ch của hàm tơ ng quan thành phần.
Rt(T) = Rd(T)Rc(TJ)

(1.14)

Sử dụng phé p nhâ n chập tầ n số của lý thuyế t biế nđ ổ i Furiê ta có mậtđ ộ
phổ biế nđ ổ i Fuirê có mậtđ ộ phổ của St(t) và sau khi biế nđ ổ i Furiê của R +R(T)
là.


S t ( f ) = S d ( f ) Sc( f f )df




(1.15)

Có thể dễ dàng khẳ ng đ ị nh một đ iề u rằng í ch l ợi của việ c trải phổ là cho
phé p máy thu đ ợc loại bỏ một cách chủ đ ộng nhiễ u (Interference of Jamming).
Việ c loại bỏ nhiễ u đ ợc thực hiên bởi bộ giải trải máy thu, nó đ ã trái đ ợc trải


rộng nhiễ u trong khi đ ó tí n hiệ u mong muốn đ ợc né n lại. Nế u nh năng lợng
nhiễ u đ ợc trải rộng trong một băng thông l ớn rất nhiề u so v ới băng thông của
tí n hiệ u dữ liề u thì phần l ớn năng lợng này sẽ bị loại bỏ bởi bộ lọc phối hợp
Giả đ ị nh rằng BPSK đ ợc sử dụng trong cả quá trì nhđ iề u chế dữ liệ u , đ iề u
chế trải và giả sử nhiễ u tạpâ m 1â mđ ơ n có công suất . Bộ jammer sẽ gâ y nhiễ u
hiệ u quả nhất khi đ ạt xung nhiễ u tại vị trí chí nh giữ a băng thông của Modem.
Nế u không sử dụng trải phổ thì tỉ lệ của nhiễ u tí n hiệ u trong băng thông sẽ là I/P
phổ năng lợng của tí n hiệ u thu đ ợc gầ n đ úng là.
Sr ( f )

{

}

1
1
PTc sin c 2 [( f f 0 )Tc ] + sin c 2 [( f + f 0 )Tc ] + J { ( f f 0 ) + ( f + f 0 )}
2
2

(1.21)

Và tí n hiệ u thu đ ợc là:

r (t ) = 2 P d (t Td )c(t Td ) cos( 0 t + ) + 2 J cos( 0 t + )

(1.22)

Giả sử rằng từ mã giải trải của bộ thu đ ồng pha v ới bộ phát, cho nên tại đ ầu
ra của bộ trộn giải trải là
y (t ) = 2 P d (t Td ) cos( 0 t + ) + 2 J c(t Td ) cos( 0 t + )

(1.23)

Phổ công suất của y(t) là:
Sr ( f )

{

[

]

]}

[

1
+
PTc sin c 2 ( f f 0 )T + sin c 2 ( f + f 0 )T
2
1
+ JTc sin c 2 ( f f 0 )Tc + sin c 2 ( f + f 0 )
2

{

[

]

[

]}

(1.24)

Quan sát ta thấy rằng tí n hiệ u dữ liệ u đ ãđ ợc giải trải thành dữ liệ u trong
khi đ ó nhiễ u bị trải rộng trên toàn bộ dải tần của hệ thống trải phổ .
Phổ công suất của tí n hiệ u trên đ ợc minh hoạ ở hì nh 1.8, phổ công suất
của tí n hiệ u thu ở hì nh 1.8a và phổ của tí n hiệ u sau khi giải trải ở hì nh 1.8b. Tiế p

theo quá trì nh giải trải trong máy thu là quá trì nh lọc đ ể hạn chế băng thông sao
cho sấp xỉ bằng băng thông dữ liệ u tại đ ầu vào bộ giải đ iề u chế . Hàm truyề nđ ạt
công suất của một bộ lọc lí tởng có dạng nh hì nh 1.8c và tại đ ầu ra của bộ lọc
đ ợc thể hiệ n ở hì nh 1.8d.


S(f)
Vùng gâ y
nhiễ u
Tí n hiệ u

(1/2)PTc

f
-f0

f0

Tần số

S(f)

a.
Nhiễ u

Tí n hiệ u

f
-f0

f0
H(f)

Tần số

2

b.

1

1/T
f

-f0

f0

Tần số

c.
S(f)
Nhiễ u
Tí n hiệ u

f
-f0

f0

Tần số

Hì nh 1.8: Phổ công suất của tí n hiệ u giải trải
d.
Bộ lọc lí tởng này có dải thông tạp â m tơ ng đ ơng v ới một bộ lọc trung
tầ n IF thực tế , có băng thông tạp â m bằng tốc đ ộ dữ liệ u. Hầu hế t công suất dữ


liệ u đ ề uđ i qua bộ lọc IF. Phầ n l ớn công suất của nhiễ u đ ãđ ợc trải bị hạn chế
bởi bộ lọc này. Độ l ớn của công suất nhiễ u khi đ i qua bộ lọc IF


J0 =



2

S j (t ) H ( f ) df

(1.25)



Trong đ ó SJ(t) là phổ công suất của bộ gâ y nhiễ u sau bộ trộn giải trải. Nế u
thông dải lí tởng của bội IF giống hì nh 1.8c thì
f 0 +1/ 2T

f 0 +1/ 2T

f +1/ 2T

0
1
J 0 = S J ( f )df + S J ( f )df = JTc sin c 2 [( f + f 0 )Tc ]df
2
f 0 1/ 2T
f 0 1/ 2T
f 0 1/ 2T

f 0 +1/ 2T

(1.26)

1
+ JTc sin c 2 [( f f 0 )Tc ]df
2
f 0 1/ 2T
Do tỉ lệ băng thông dữ liệ u trên tổ ng băng thông của trải phổ là l ớn có nghĩ a
là Tc<
Tc
T

(1.27). Vì

vậy, công suất nhiễ u ở đ ầu ra của bộ giải đ iề u chế sẽ giảm đ i một lợng Tc/T.
L ợi í ch xử lí của hệ thống trải phổ chí nh bằng nghị ch đ ảo của hệ số giảm năng
lợng nhiễ u hày Gp=T/Tc .
1.3.2. Điề u chế QPSK DS/SS .

Đô i khi việ c truyề n tin đ ồng thời trên 2 sóng mang c ùng pha là có l ợi. Lí do
quan trọng khi sử dụng phơ ng pháp này là không làm tiế t kiệ m phổ tầ n vì v ới
c ùng công suất phát tổ ng có thể đ ạt đ ợc xác suất lỗi bí t đ ị nh trớc khi chỉ sử
dụng 1/2 băng thông truyề n dẫn. Trong hệ thống trải phổ hiệ u quả d ùng tầ n số
không phải là quan trọng nhất nhng đ iề u chế cầ u phơ ng vẫn là quan trọng. Lí
do ở đâ y là đ iề u chế cầ u phơ ng rất khó phát hiệ n trong các ứng dụng xác suất
phát hiệ n thấp và đ iề u chế cầ u phơ ng không nhạy cảm v ới một vài loại nhiễ u.
Ta có thể áp dụng đ iề u chế cầu phơ ng cho cả quá trì nh đ iề u chế trải. Nế u bộ
đ iề u chế pha không bị ràng buộc gì , ta có thể thêm quá trì nh đ iề u chế trải QPSK


sử dụng hệ thống giống hì nh-1.9. Quan sát thấy rằng, công suất tại đ ầu ra của bộ
Hybrid cầ u phơ ng sẽ bằng 1/2 công suất vào. Đầ u ra của bộđ iề u chế QPSK là:

S (t ) = P c1 (t ) cos[ 0 t + d (t )] + P c 2 (t ) sin[ 0 t + d (t )]

(1.29)

= a (t ) + b(t )
V ới c1(t) và c2(t) là dạng sóng trải vuông pha và c ùng pha (in-phase). Khi
viế t theo biể u thức này thì c1(t) và c2(t) chỉ nhận giá trị 1. Nhữ ng dạng sóng trải
này giả đ ịch đ ợc đ ồng bộ chí p. Nhng ngợc lại chúng hoàn toàn đ ộc lập v ới
nhau.
Phổ công suất của tí n hiệ u trải QPSK trong biể u thức (9.29) có thể đ ợc
tí nh toán khi cả 2 số hạng của phơ ng trì nh là giống nhau, ngoại trừ biên đ ộ và
dị ch pha. Vì thế , khi cả 2 tí n hiệ u này trực giao thì công suất phổ năng lợng của
tí n hiệ u tổ ng sẽ bằ ng tổ ngđ ại số của 2 phổ công suất đ ó. Điề u này đ úng khi tí nh
toán sự tơ ng quan của S(t), đ ó là.
Rs ( ) = E [s (t ) s (t + )]
= E [a (t ) a (t + ) ] + E [b (t )b (t + ) ]

+ E [a (t )b (t + ) ] + E [b (t ) a (t + ) ]
= R 0 ( ) + R b ( ) + E [a (t )b (t + ) ] + E [b (t ) a (t + ) ]

(1.30)

Nế u nh hàm a(t) và b(t) là trực giao thì 2 số hạng sau của (1.30) bằng 0.
Các đ iề u kiệ n này thoả mãn trong trờng h ợp hiệ n tại do c1(t) và c2(t) là các mã
đ ộc lập nhau. Do phổ công suất mong muốn là biế n đ ổ i Furiê của Rs() thì khi
đ ó phổ công suất của tí n hiệ u trải phổ QPSK là tổ ng phổ công suất của các BPSK
thành phần.


P cos[0t + d(t)]

Dữ liệ u

Lai ghé p cầu
phơ ng

Bộ đ iề u
nhị phâ n chế pha

c1(t)

s(t)

2P cos(0t)
P sin[0t + d(t)]
a)
c2(t)

c1(t - Td)
2cos[(0 + IF)t + ]

x(t)

x(t Td)

Bộ chia
công suất

Lọc
thông dải
y(t)

Bộ giảiđ iề u
chế phase

Thiế t lập
dữ liệ u nhị
phâ n

2sin[(0 + IF)t + ]
b)

c2(t - Td)

Hì nh 1.9: Hệ thống đ iề u chế trải QPSK
Máy thu tí n hiệ u phát có biể u thức nh (1.29) đ ợc biể u diễ n nh hì nh 1.9b.
trong hì nh này bộ lọc thông dải có tầ n số trọng tâ m là IF và có một băng thông
vừa đ ủ rộng đ ể cho qua sóng mang dữ liệ u đ iề u chế v ới sự mé o không đ áng kể .

Sử dụng cácđ ồng nhất thức lợng giác thì ta thấy các thành phầ n của x(t) và y(t)
đều nằm trong dải trung tầ n và cho bởi biể u thức.


x(t ) =

P
c1 (t Td )c1 (t Td ) cos[ IF t d (t )]
2



P
c 2 (t Td )c 2 (t Td ) sin[ IF t d (t )]
2

y (t ) =


(1.31)

P
c1 (t Td )c1 (t Td ) sin[ IF t d (t )]
2
P
c 2 (t Td )c 2 (t Td ) cos[ IF t d (t )]
2

(1.32)

Nế u bản sao của mã trải do máy thu tạo ra đ ồng pha thì :

c1 (t Td )c1 (t Td ) = c 2 (t Td )c 2 (t Td )

(1.33)

và tí n hiệ u mong muốn thì đ ợc giải trải. Tí n hiệ u mong muốn sẽ đ i qua phầ n
thông dải của bộ lọc còn nhữ ng thành phần không mong muốn nh (1.31) (1.32)
thì không thể đ i qua nên.

z (t ) = 2 P cos[ IF t d (t )]

(1.34)
Kế t quả nhận đ ợc là bám pha sóng mang máy thu đ ợc giả thiế t. Quan sát
(1.34) thấy sóng mang đ iề u chế dữ liệ uđ ợc phục hồi hoàn toàn tức là: Khi thêm
vào đ iề u chế trải QPSK ở máy phát đ ãđ ợc lấy ra bằng quá trì nh giải trải máy
thu. Tí n hiệ u z(t) là lối vào cho bộ dải đ iề u chế pha thông thờng khi dữ liệ u
đ ợc khôi phục. Các dạng khác của máy thu này có thể đ ợc thực hiệ n.
Khi đ iề u chế dữ liệ u là BPSK thì máy thu và máy phát có thể đ ợc thực hiệ n
giống nh hì nh 1.10. Lúc này giả đ ị nh liên kế t pha là đ úng. Tí n hiệ u phát trong
trờng h ợp này là.

s(t ) = P d (t )[c1 (t ) cos( 0 t ) + c2 (t ) sin( 0 t )]

(1.35)

Loại đ iề u chế này đ ợc gọi là đ iề u chế QPSK câ n bằng, nghĩ a là đ iề u chế
dữ liệ u c ùng pha (in-phase) và kênh ghé p cầ u phơ ng đ ợc câ n bằng.

Máy thu của tí n hiệ u (1.35) đ ợc miêu tả trên hì nh 1.10b. Hệ thống này
đ ợc giả đ ị nh là liên kế t nên pha của bộ tạo dao đ ộng c ùng pha in-phase và cầ u
phơ ng bằng v ới pha sóng mang của máy thu. V ới giả thiế t này thì các thành
phầ n tầ n số hiệ n tại đ ầu ra là.

x(t ) =

P
d (t Td )c1 (t Td )c1 (t Td ) cos IF t
2

P
d (t Td )c 2 (t Td )c1 (t Td ) sin( IF t )
2
P
y (t ) =
d (t Td )c 2 (t Td )c 2 (t Td ) cos IF t
2

+

+

P
d (t Td )c1 (t Td )c 2 (t Td ) sin IF t
2

(1.36a)

(1.16b)

Khi bản sao mà trải của máy thu đ ợc tạo ra đ ồng pha v ới máy phát thì
đ ầu ra của các bộ lọc thông dải là:

z (t ) = P d (t Td ) cos IF t

(1.37)

Tí n hiệ u này chí nh là sóng mang đ iề u chế dữ liệ u đ ợc khôi phục lại và
đ ợc giải đ iề u chế bằng bộ giải đ iề u chế dữ liệ u BPSK.


Dữ liệ u NRZ

Lai ghé p
cầ u phơ ng

d(t)

c1(t)

s(t)

2P cos(0t)

c2(t)

a) Máy phát

c1(t - Td)

2cos[(0 + IF)t + ]

x(t)

x(t Td)

Bộ chia
công suất

Lọc
thông dải

Bộ giảiđ iề u Thiế t lập
chế dữ liệ u
dữ liệ u
BPSK

y(t)

2sin[(0 + IF)t + ]

c2(t - Td)

b) Máy thu
Hì nh 1.10:

Hệ thống đ iề u chế QPSK câ n bằng

Còn có một dạng cầu phơ ng khác của Modem trải phổ QPSK. Trong
trờng h ợp này cả đ iề u chế dữ liệ u và mãđ iề u chế trải đ ề u khác nhau ở in-phase,

kênh ghé p cầ u phơ ng và đ ợc gọi là dual chanel QPSK. Dạng sóng của máy
phát này là.

s(t ) = P d1 (t )c1 (t ) cos 0 t + P d 2 (t )c 2 (t ) sin 0 t

(1.38)

V ới P là công suất tổ ng. Dạng sóng này của máy thu đ ợc miêu tả ở hì nh 1.11b
và nó hoạt đ ộng tơ ng tự Modem QPSK câ n bằng đ ợc mô tả ở trên. Một thay
đổ i nhỏ nhng rất quan trọng đ ối v ới tí n hiệ u 1.38 sinh ra một tí n hiệ u trải phổ
đ ợc sử dụng cho hệ thống TDRSS (Data Relay Satellite System). Sự thay đ ổ i
này cho phé p c ùng pha và kênh ghé p cầ u phơ ng có công suất không bằng nhau
cho nên tí n hiệ u phát lúc này có dạng.

s(t ) = 2 Pt d1 (t )c1 (t ) cos 0 t
+ 2 PQ d 2 (t )c 2 (t ) sin 0 t

(1.39)

Một phơ ng án khác đ ợc áp dụng cho mọi Modem trải phổ QPSK là sử
dụng QPSK so le cho đ iề u chế trải phổ . Phơ ng án này cũng đ ợc sử dụng cho
hệ thống TDRSS.
1.3.3. Trải phổ nhảy tần chậm không liên kế t.
Trong trải phổ nhảy tần từng tần số sóng mang đ ợc lựa chọn từ tập 2k tần
số mà có khoảng cách xấp xỉ với đ ộ rộng phổ đ iề u chế dữ liệ u. Trong trờng h ợp
này mã trải phổ không trực tiế p đ iề u chế sóng mang mà đ ã đ ợc đ iề u chế dữ
liệ u. Thay vào đ ó nó đ ợc sử dụng đ ể đ iề u khiể n dãy các tầ n số sóng mang. Bởi
vì tí n hiệ u phát đ i xuất hiệ n nh là sóng mang đ ãđ ợc đ iề u chế dữ liệ u mà đ ang

chuyể n từ tầ n số này sang tầ n số khác. Loại trải phổ này đ ợc gọi là trải phổ
nhảy tầ n FHSS (Frequency-Hp Spread Spectrum). Tại đ ầu thu việ c nhảy tầ n
đ ợc loại bỏ khi trộn v ới tí n hiệ u dao đ ộng nội có thay đ ổ i một cách đ ồng bộ v ới
tí n hiệ u thu đ ợc. Sơ đ ồ khối của bộ phát và bộ thu đ ợc miêu tả trong hì nh sau.


Dữ liệ u
NRZ d(t)

Lọc thông
cao

Bộ đ iề u chế
dữ liệ u

st(t)

hT(t)

2P cos(0t)

Bộ tổ ng
h ợp tầ n số
1 2 .
Đồng hồ mã

Bộ phát
mã hóa

hóa FH

Bộ lọc loại
bỏ ảnh

Lọc thông
dải

k
a)

Giảiđ iề u chế
dữ liệ u

Dữ liệ uđ ã
xác lập

Bộ tổ ng
h ợp tầ n số
1 2 .
Đồng hồ mã
hóa FH

Bộ phát
mã hóa

k
b)

Hì nh 1.11: Hệ thống trải phổ nhảy tần FH/SS
Do có khó khăn xâ y dựng các bộ tổ h ợp tầ n số liên kế t thực sự nên hầ u hế t

các hệ thống trải phổ nhảy tầ n đ ề u sử dụng đ iề u chế không liên kế t hoặ c đ iề u
chế liên kế t vi sai. Tại bộ thu không khôi phục một cách chí nh xác pha của các
sóng mang đ ãđ iề u chế dữ liệ u do việ c này bộ giảiđ iề u chế không yêu cầ u.
Điề u chế dữ liệ u thông thờng cho hệ thống FH là khoá dị ch tần số M-ary.
Giả sử rằng đ ầu ra bộ đ iề u chế là 1 trong 2L xung sau từng khoảng LT giâ y v ới T
là khoảng thời gian tồn tại của 1 bí t thông tin. Thông thờng nhữ ng xung này
cách nhau 1 khoảng vừa đ ủ đ ể các tí n hiệ u đ ợc phát đ i trực giao. Điề u này ngụ


ý rằng giãn cách tầ n số đ iề u chế í t nhất bằng 1/LT và đ ộ rộng phổ tí n hiệ uđ ầu ra
xấp xỉ băng 2L/LT. Trong mỗi khoảng Tc giâ y dữ liệ u ra đ ợc dị ch sang tầ n số
m ới nhờ bộ đ iề u chế nhảy tầ n. Giả sử số lợng tầ n số sóng mang là bội số của 2
ví dụ (2K) khi Tc LT hệ thống FH đ ợc gọi là hệ thống nhảy tầ n chậm. Đầ u ra
bộ đ iề u chế trải phổ đ ợc miêu tả trong hì nh 1.12. Trong hì nh này phổ phát đ i
tức thời là hàm thời gian v ới L = 2 và K = 3. Trong từng khoảng thời gian 2T =
Ts giâ y, có 2 bí t dữ liệ uđ ợc thu và 1 trong 4 tầ n số đ ợc bộ dữ liệ u tạo ra. Tầ n
số này đ ợc chuyể n thành 1 trong số 23 = 8 giải nhảy tầ n của bộ đ iề u chế FH. ở
ví dụ này giải nhảy tầnđ ợc chọn lựa cứ sau 1 nhóm 2 ký tự hoặ c 4 bí tđ ợc phát
đ i.
Tại bộ thu tí n hiệ u thu đ ợc đ ổ i tầ n xuống nhờ bộ dao đ ộng nội tạo ra các
tầ n số 0,5Wd, 6Wd, 2Wd, 7Wd... ở đ ầu ra bộ đ ổ i tần xuống là chuỗi xung trong
băng tầ n thấp FH tơ ng ứng với dữ liệ u. Nó đ ợc miêu tả trong hì nh 1.16. Thực
tế tầ n số bộ dao đ ộng nội thờng lệ ch so v ới tầ n số phát 1 khoảng FIF sao cho
đ ẩu ra đ ã đ ợc khử nhảy bằng IF. Tí n hiệ u này có thể đ ợc giải đ iề u chế khi sử
dụng phơ ng pháp MFSK không liên kế t (ví dụ: nh một nhóm bộ lọc thông dải
v ới phát hiệ n năng lợng ở đ ầu ra.)
Tăng í ch của hệ thống FH có thể tí nhđ ợc khi xem xé t t ới bộ gâ y nhiễ u tạp
khi không có nhảy tần, Jammer chọn lựa băng thông Wd ở giữ a tầ n số sóng mang
thí ch h ợp. Khi đ ó bộ thu phải hoạt đ ộng với tỉ số trên tạpâ m Eb/NJ = EbWd/J, v ới
J là công suất nhiễ u trung bì nh. Khi thêm nhảy tầ n Jammer bắ t buộc phải trải tạp

bộ thu nh lúc trớc. Do đ ó bộ Jammer cần một năng lợng gấp 2K lầ n lúc trớc
và hệ số tăng í ch sẽ là 2K = Ws/Wd.