Nhiễu đa truy nhập trong hệ thống CDMA và WCDMA

Luận văn cao học ĐTVT 2010B

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................... 9
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 11
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 13
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 13
2. Lịch sử nghiên cứu ........................................................................................... 13
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu .................. 14
4. Tóm tắt nội dung luận văn ................................................................................ 14
5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 15
CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA và WCDMA ...................................................... 16
1.1.

Kỹ thuật trải phổ............................................................................................ 16

1.1.1.

Giới thiệu................................................................................................ 16

1.1.2.

Đặc điểm của kỹ thuật trải phổ ................................................................ 17

1.1.3.

Các kỹ thuật trải phổ cơ bản.................................................................... 18

1.2.

1.1.3.1.

Kỹ thuậttrải phổ trực tiếp DSSS ....................................................... 18

1.1.3.2.

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FHSS ...................................................... 21

Đa truy nhập theo mã CDMA. ....................................................................... 24

1


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

1.2.1.

CDMA/FDD ........................................................................................... 26

1.2.2.

CDMA/TDD ........................................................................................... 27

1.3.

Đa truy nhập theo mã băng rộng WCDMA. ................................................... 29

1.4.

Kết luận. ........................................................................................................ 31

CHƯƠNG II: MÃ GIẢ NGẪU NHIÊN ..................................................................... 32
2.1.

Mã giả ngẫu nhiên ......................................................................................... 32

2.1.1.

Các thuộc tính của mã giả ngẫu nhiên ..................................................... 32

2.1.2.

Chuỗi m .................................................................................................. 34

2.1.2.1.

Đặc điểm của chuỗi m ...................................................................... 34

2.1.2.2.

Tạo chuỗi m ..................................................................................... 37

2.1.3.

Mã Gold ................................................................................................. 42

2.1.4.

Mã trực giao Walsh-Hardamard .............................................................. 44

2.2.

Áp dụng mã giả nhẫu nhiên trong hệ thống CDMA và WCDMA .................. 45

2.2.1.

Áp dụng mã giả ngâu nhiên trong CDMA ............................................... 45

2.2.2.

Áp dụng mã giả ngẫu nhiên trong WCDMA ........................................... 46

2.3.

2.2.2.1.

Mã định kênh ................................................................................... 47

2.2.2.2.

Mã trộn ............................................................................................ 48

2.2.2.3.

Chức năng của các mã trải phổ: ........................................................ 49

Kết Luận ....................................................................................................... 51

CHƯƠNG III: NHIẾU ĐA TRUY NHẬP TRONG CDMA VÀ WCDMA ................ 52
2.1.

Nhiễu đa truy nhập ........................................................................................ 52

2.1.1.

Khái niệm nhiễu đa truy nhập ................................................................. 52

2


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

2.3.2.
3.2.

Ảnh hưởng của nhiễu đa truy nhập.......................................................... 53

Các phương pháp giảm nhiễu MAI. ............................................................... 59

3.2.1.

Phương pháp tiếp cận nhiếu MAI trong CDMA ...................................... 59

3.2.2.

Các kỹ thuật triệt tiêu nhiễu ................................................................... 60

3.3.

3.2.2.1.

Đồng bộ chuỗi PN ............................................................................ 61

3.2.2.2.

Điều khiển công suất. ....................................................................... 64

3.2.2.3.

Các cơ chế tách tín hiệu người sử dụng. ........................................... 65

3.2.2.4.

Dãy trải phổ PN lồng ghép phi tuyến. ............................................... 75

Kết luận ......................................................................................................... 85

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG ....................................................................................... 86
4.1.

Mục đích mô phỏng....................................................................................... 86

4.2.

Công cụ và nội dung mô phỏng. ................................................................... 86

4.3.

Kết quả và đánh giá. ..................................................................................... 86

4.3.1.

Dãy PN tuyến tính bậc của đa thức sinh là 15 ...................................... 86

4.3.2.

Dãy PN lồng ghép phi tuyến với đa thức sinh có bậc 12 ....................... 90

4.4.

Kết luận ....................................................................................................... 108

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 109
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 110

3


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được đề cập trong luận văn “Nhiễu đa truy
nhập trong hệ thống CDMA và WCDMA” được viết dựa trên kết quả nghiên cứu theo
đề cương của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Chí Quỳnh.
Mọi thông tin và số liệu tham khảo đều được trích dẫn dầy đủ nguồn và sử dụng
đúng luật bản quyền quy định.

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình.

Hà Nội, ngày

tháng 03 năm 2012

Học viên

Ngô Văn Thành

4


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Thuật Ngữ

3G

Third Generation Cellular

Ý Nghĩa
Hệ thống thông tin di động thế hệ
thứ ba

BER

Bit Eror Ratio

Tỷ số bit lỗi

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân.

BTS

Base Tranceiver Station

Trạm vô tuyến thu phát gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CLT

Central Limit Theorem

Định lý giới hạn trung tâm

DS-CDMA

Direct Sequence Code Division

Đa truy nhập phân chia theo mã

Multiple Access

dãy trực tiếp

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ trực tiếp

ELS

Equivalent Linear Span

Khoảng tuyến tính tương đương

FDD

Fequency Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
tần số

FDMA

Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số

FHSS

Frequency Hopping Spread

Trải phổ nhảy tần

Spectrum

5


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

FPGA

Field Programmable Gate Array

Mảng cổng lập trình được dạng
trường

IGA

Ipmproved Gaussian Approximation

Gần đúng hóa Gauss cải tiến

ISI

Inter Symbol Interference

Nhiễu xuyên ký tự

LCZ

Low correlation zone

Vùng tương quan chéo thấp

LFSR

Linear Feedback Shift Register

Thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính

MAI

Multiple Access Interferenc

Nhiễu đa truy nhập

MLE

Maximum-Likelihood Estimation

Ước lượng gần đúng tối đa

MMSE

Minimun Mean Square Error

Phương sai tối thiểu

MS

Mobile Station

Trạm di động

PIC

Parallel Interference Cancellation

Bộ triệt nhiễu song song

PLL

Phase locked loop

Vòng khóa pha

PN

Pseudo Noise

Mã giả ngẫu nhiên

PSC

Primary Scrambling Code

Mã trộn sơ cấp

OVSF

Orthogonal Variable Spreading

Mã trực giao có hệ số trải phổ

Factor

biến đổi

SC

Scrambling Code

Mã trộn

SGA

Standard Gaussian Approximation

Gần đúng hóa Gauss tiêu chuẩn

6


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

SIC

Successive Interference Cancellation

Bộ triệt nhiễu nối tiếp

SIGA

Simplified Improved Gaussian

Gần đúng hóa Gauss cải tiến dơn

Approximation

giản

SNR

Signal Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SSC

Secondary Scrambling Code

Mã trộn thứ cấp

TDD

Time Division Duplex

Ghép song công phân chia theo
thời gian

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo thời
gian

THSS

Time Hopping Spread Spectrum

Trải phổ nhảy thời gian

UE

User Equipment

Thiết bị người sử dụng

WCDMA

Wideband Code Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo mã

Access

băng rộng

7


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Đa thức nguyên thủy với các bậc khác nhau ................................................ 42
Bảng 4.1 Các pha tương ứng

(

) ........................................................................ 105

8


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hệ thống thông tin trải phổ .......................................................................... 16
Hình 1.2 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DSSS .......................................... 18
Hình 1.3 Sơ đồ trải phổ DSSS. ................................................................................... 19
Hình 1.4 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ k tín hiệu ....... 20
Hình 1.5 Phổ của tín hiệu FHSS ................................................................................. 21
Hình 1.7 Truyền tín hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian .................................... 22

Hình 1.6 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FHSS ..................................................... 22
Hình 1.8 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu TH – SS................................................. 23
Hình 1.9 Các công nghệ đa truy nhập ........................................................................ 24
Hình 1.10 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ ........................................................... 25
Hình 1.11 Nguyên lý CDMA/FDD ............................................................................. 26
Hình 1.12 Sự khác nhau giữa FDD và TDD............................................................... 27
Hình 1.13 TDD-CDMA .............................................................................................. 27
Hình 1.14 Phân bố tần số FDD và TDD...................................................................... 29
Hình 2.1 Hàm tự tương quan cho chuỗi m (a) và chuỗi PN (b) ................................... 36
Hình 2.2 Mạch thanh ghi dịch để tạo chuỗi PN ........................................................... 37
Hình 2.3 Bộ tạo mã với đa thức g(x) = x + x + x + x + 1 ...................................... 39
Hình 2.4 Mạch thanh ghi tốc độ cao g(x) = x + x + x + x + 1................................ 39
Hình 2.5 Bộ tạo mã Gold với 2 đa thức sinh g1(x) = x +x + 1 và g2(x) = x
+x + 1 ...................................................................................................................... 43
Hình 2.6 Quá trình trải phổ trong WCDMA ............................................................... 46
Hình 2.7 Cây mã OVSF được dùng trong hệ thống .................................................... 47
Hình 2.8 Cấu trúc cụm và nhóm mã trộn đường xuống ............................................... 49
Hình 2.9 Tín hiệu sau khi được mã định kênh và mã trộn ........................................... 49

9


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Hình 3.1 Sơ đồ khối phát và thu trong hệ thống trải phổ ............................................. 53
Hình 3.2 Mô hình đơn giản của một hệ thống DSSS gồm K người sử dụng chung một
băng tần với cùng một sóng mang fc và điều chế BPSK .............................................. 55
Hình 3.3 Hàm tự tương quan của dãy PN ................................................................... 62
Hình 3.4 Kỹ thuật tách sóng đa truy cập. .................................................................... 66
Hình 3.5 Phương pháp khử tương quan. ..................................................................... 68

Hình 3.6 BER của máy thu khử tương quan theo số user ............................................ 69
Hình 3.7 Phương pháp tách sóng phương sai nhỏ nhất ................................................ 70
Hình 3.8 BER của máy thu LMMSE theo số user ....................................................... 71
Hình 3.9 Máy thu tách sóng đa truy cập dùng mạng neuron ........................................ 73
Hình 3.10 Cấu trúc một Neuron .................................................................................. 73
Hình 3.11 Hàm truyền Purelin và Tan-Sigmoid .......................................................... 74
Hình 3.12 Một lớp mạng Neuron ................................................................................ 74
Hình 3.13 Hàm tự tương quan của dãy phi tuyến ........................................................ 83
Hình 4.1 Phổ của dãy PN tuyến tính với đa thức sinh bậc 12 .................................... 87
Hình 4.2 Phổ của dãy PN tuyến tính với đa thức sinh bậc 15 .................................... 88
Hình 4.3 Hàm tự tương quan của dãy PN tuyến tính đa thức sinh bậc 12 ................. 89
Hình 4.4 Tương quan chéo của 2 dãy PN tuyến tính đa thức sinh bậc 12 ................. 90
Hình 4.5 Phổ của dãy PN lồng ghép phi tuyến với đa thức sinh có bậc 12 ............... 99
Hình 4.6 Hàm tự tương quan của dãy PN lồng ghép phi tuyến với đa thức sinh có bậc
12 ............................................................................................................................. 100
Hình 4.7 Hàm tương quan chéo của 2 dãy PN lồng ghép phi tuyến với đa thức sinh
có bậc 12 .................................................................................................................. 101

10


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

LỜI NÓI ĐẦU

Đa truy nhập là nền tảng của các hệ thống thông tin vô tuyến nói chung và thông
tin di động nói riêng. Các hệ thống đa truy nhập vô tuyến phân chia theo mã với nhiều
ưu việt so với các công nghệ khác nên ngày càng trở thành công nghệ đa truy nhập
chính. Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ và Qualcom
đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS-95A. Hiện nay phiên bản mới IS2000 và WCDMA đã được đưa ra cho hệ thống thông tin di động thứ ba.

Các hệ thống CDMA có rất nhiều ưu điểm nổi trội đặc biệt là bảo mật thông tin
nhưng cũng có những hạn chế nhất định. Một trong các hạn chế chính hiện nay là hiệu
năng của chúng phụ thuộc vào nhiễu của các người sử dụng cùng tần số, được gọi là
nhiễu đa truy nhập (MAI - Multi Access Interference). Và hoạt động của hệ thống
CDMA sẽ phụ thuộc nhiều vào số lượng người sử dụng thực tế, dẫn đến dung lượng
của hệ thống sẽ bị hạn chế. Vì vậy em chọn đề tài: “Nhiễu đa truy nhập trong hệ
thống CDMA và WCDMA”.
Trong vấn đề này, em đi sâu phân tích nguyên nhân, ảnh hưởng của nhiễu đa
truy nhập lên chất lượng của hệ thống và nghiên cứu các phương pháp nhằm giảm
thiểu tối đa các ảnh hưởng của nhiễu MAI đang được áp dụng. Với cơ sở lý thuyết này,
em thiết kế và đánh giá dãy mã giả ngẫu nhiên bằng phương pháp lồng ghép phi tuyến
sử dụng công cụ Matlab.
Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và dạy bảo tận
tình của TS. Lê Chí Quỳnh đã giúp em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin gửi lời
11


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực
hiện luận văn.
Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn cũng không thể tránh khỏi những thiếu
sót, do kiến thức và kinh nghiệm thực tế của em còn nhiều hạn chế. Em rất mong nhận
được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo và tất cả các bạn để em có thể hoàn thiện
hơn vốn kiến thức của mình.

Hà Nội, tháng 02 năm 2012
Sinh viên
Ngô Văn Thành

12


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

PHẦN MỞ ĐẦU

ĐỀ TÀI: “Nhiễu đa truy nhập trong hệ thống CDMA và WCDMA”.
TÁC GIẢ: Ngô Văn Thành
Khóa: 2010B.
Người hướng dẫn: TS. Lê Chí Quỳnh
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, hệ thống thông tin di động đang ngày càng phát triển và trở thành
phương thức trao đổi thông tin quan trọng ở thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng .
Và WCDMA là công nghệ 3G hoạt động dựa trên CDMA đang là mục tiêu hướng tới
của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới.
Công nghệ CDMA cho phép người các thuê bao phát và thu đồng thời thông tin
trên cùng băng tần số. Mỗi thuê bao được gán một mã giả ngẫu nhiên PN trực giao với
mã PN của các thuê bao khác để loại bỏ giao thoa đa truy nhập. Tuy nhiên, trong thực
tế các mã PN không hoàn toàn trực giao với nhau nên tồn tại nhiễu MAI.
Vì vậy, trong kỹ thuật CDMA nói chung và 3G nói riêng, nhiễu MAI là vấn đề
quan trọng được nghiên cứu nhằm đưa ra các biện pháp kỹ thuật để nâng cao chất
lượng tín hiệu và dung lượng hệ thống.
2. Lịch sử nghiên cứu
Tháng 05/2011: Nghiên cứu tổng quan về công nghệ CDMA và 3G WCDMA
Tháng 7/2011: Nghiên cứu nguyên nhân và ảnh hưởng của nhiễu MAI lên hệ
thống CDMA và WCDMA.

13

Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Tháng 10/2011: Nghiên cứu các phương pháp giảm ảnh hưởng của nhiễu MAI
lên hệ thống CDMA và WCDMA
Tháng 12/2011: Nghiên cứu phương pháp thiết kế, đánh giá mã PN lồng ghép
phi tuyến và viết code Matlab.
Tháng 02/2012: Hoàn thiện nội dung luận văn và viết luận văn.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu về nhiễu đa truy nhập MAI trong hệ thống CDMA và
WCDMA: bao gồm phân tích nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật khắc
phục nhiễu MAI.
4. Tóm tắt nội dung luận văn
Chương I: Công nghệ CDMA và WCDMA
Trình bày về các phương pháp trải phổ và công nghệ đa truy nhập theo mã
CDMA, WCDMA.
Chương II: Mã giả ngẫu nhiên
Giới thiệu các thuộc tính quan trọng của mã giả ngẫu nhiên; phương pháp thiết
kế và ứng dụng của mã giả ngẫu nhiên trong CDMA và WCDMA.
Chương III: Nhiễu đa truy nhập trong CDMA và WCDMA
Trình bày nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật đang được áp dụng
cũng như các phương pháp mới đang được nghiên cứu để giảm ảnh hưởng của nhiễu
đa truy nhập lên chất lượng hệ thống sử dụng công nghệ CDMA và WCDMA.
Chương IV: Mô phỏng
Thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Matlab kỹ thuật để giảm nhiễu MAI: Tạo
mã trải phổ PN phi tuyến bằng phương pháp lồng ghép.

14

Luận văn cao học ĐTVT 2010B

5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: Tổng quan kỹ thuật trải phổ, công nghệ CDMA và
WCDMA, phân tích nguyên nhân và ảnh hưởng của nhiễu MAI lên hệ thống CDMA,
WCDMA.
Nghiên cứu thực nghiệm: Các phương pháp giảm nhiễu MAI được sử dụng
trong thực tế.

15


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ CDMA và WCDMA
1.1.

Kỹ thuật trải phổ

1.1.1. Giới thiệu
Ý tưởng ban đầu của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như
tạp âm đối với các máy thu không mong muốn. Để biến đổi bản tin vào tín hiệu tựa tạp
âm, ta sử dụng một mã được coi là ngẫu nhiên để mã hoá cho bản tin. Tuy nhiên máy
thu chủ định phải biết được mã này, vì nó cần tạo ra mã này một cách chính xác và
đồng bộ với mã được phát để giải mã bản tin một cách chính xác. Vì thế mã giả định
ngẫu nhiên phải là xác định. Mã giả ngẫu nhiên phải được thiết kế để có độ rộng băng
lớn hơn nhiều so với độ rộng băng cuả bản tin. Bản tin trên được biến đổi bởi mã sao
cho tín hiệu nhận được có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu
nhiên. Quá trình này được gọi là quá trình trải phổ.

Hình 1.1 Hệ thống thông tin trải phổ

16


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Trên hình 1.1, i(t) là tín hiệu tin tức có tốc độ dữ liệu là R i và băng thông Bi, c(t)
là chuỗi trải phổ có tốc độ ký hiệu là Rc, còn gọi là tốc độ chip. Tỷ số băng thông Bs
của tín hiệu trải phổ so với băng thông tin tức Bi được định nghĩa là độ lợi xử lý:
GS 

BS
Bi

Máy thu phải giải trải phổ của tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ
rộng phổ của bản tin. Hiện nay phần lớn các quan tâm về các hệ thống trải phổ là các
ứng dụng đa truy nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng
tần truyền dẫn.
1.1.2. Đặc điểm của kỹ thuật trải phổ
Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ
+ Khả năng đa truy cập
Kỹ thuật trải phổ cho phép nhiều người sử dụng cùng hoạt động trên một dải
tần, trong cùng một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu.
Đó là do mỗi người sử dụng đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận
được tín hiệu từ nhiều người sử dụng, nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong
muốn.
+ Tính bảo mật thông tin cao
Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ ở mức rất thấp, gần như mức nhiễu

nền. Do đó, với các máy thu không mong muốn sẽ rất khó phát hiện được sự tồn tại của
tin tức đang được truyền đi trên nền nhiễu. Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật
của chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được tin tức.

17


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

+ Bảo vệ chống nhiễu đa đường
Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên
kênh truyền vô tuyến. Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là
bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu
được truyền thẳng. Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch, không giống tín
hiệu phát đi. Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu
trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó.
1.1.3. Các kỹ thuật trải phổ cơ bản
Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DSSS
Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số FHSS
Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian THSS
1.1.3.1.

Kỹ thuậttrải phổ trực tiếp DSSS

Nguyên lý cơ bản
Máy phát

Máy thu

d(t)

Bộ tạo mã
PN

c(t)

Bộ điều chế
băng rộng

Bộ giải điều
chế dữ liệu

Bộ tạo sóng
mang

Bộ tạo sóng
mang

dr(t)

Bộ tạo mã
PN

Hình 1.2 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DSSS

18

cr(t)

Luận văn cao học ĐTVT 2010B

DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ
có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb
là thời gian một bit) của luồng số cần phát. Hình1.3 minh họa quá trình trải phổ trong
đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Luồng số cần truyền x có tốc độ Rb được nhân với một mã
trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb.
Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng
cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=yc

Hình 1.3 Sơ đồ trải phổ DSSS.
Trong đó x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t),
y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f),
Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số.

19


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Trong công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA, một tập mã trực giao
được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ
này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:
1. Tích hai mã giống nhau bằng 1: cici=1
2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: cicj=ck

1 N
3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã  Ck  0 , trong đó N là số chip
N k1
và Ck là giá trị chip k trong một mã.

Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở
CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu
y như sau:
=

=

Hình 1.4 Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ k tín hiệu
20


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Nhiệm vụ của máy thu k này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác. Nhân
với xk và áp dụng quy tắc trực giao :
=

+

Trong biểu thức trên, thành phần thứ nhất chính là tín hiệu hữu ích còn thành
phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác
được gọi là MAI. Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan
trong miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số.
1.1.3.2.

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FHSS

Hình 1.5 Phổ của tín hiệu FHSS
Kỹ thuật FHSS phát triển dựa trên điều chế BFSK. Trong đó, tần số sóng mang
được thay đổi liên tục theo một quy luật giả ngẫu nhiên (dựa trên chuỗi mã ngẫu nhiên

sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu FHSS được trải rộng trên trục tần số. Thật vậy,
ứng với một tần số sóng mang, dải tần số của tín hiệu BFSK là B, vậy với tín hiệu
FHSS dùng L (L = 2N-1, với N là chiều dài chuỗi mã) trạng thái nhảy tần, phổ tần của
tín hiệu FHSS sẽ trải rộng đến BFH = B x L như hình 1.5

21


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Máy phát

Máy thu

d(t) Điều chế
băng gốc

Bộ tạo mã PN

c(t)

Giải điều dr(t)
chế dữ liệu

Trộn, biến đổi
tần xuống

Trộn, biến
đổi tần lên

Tổng
hợp tần
số

Tổng hợp
tần số

Đồng
bộ

Bộ tạo mã PN

cr(t)
Hình 1.6 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FHSS
Tín hiệu FHSS được tạo bởi mạch tổng hợp tần số điều khiển bởi N+1 bit, trong
đó bao gồm N bits của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bit số d(t) của tín hiệu thông tin cần
truyền.
1.1.3.3.

Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian THSS

Hình 1.7 Truyền tín hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian

22


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

Trục thời gian được chia thành các khung. Mỗi khung lại được chia thành k khe
thời gian. Trong một khung, tùy theo mã của từng user mà nó sẽ sử dụng một trong k

khe thời gian của khung. Tín hiệu được truyền trong mỗi khe có tốc độ gấp k lần so với
tín hiệu truyền trong toàn bộ khung nhưng tần số cần thiết để truyền tăng gấp k lần.

Máy phát

Máy thu
Buffer

Buffer
d(t) slow in

Bộ tạo mã PN

c(t)

Bộ điều chế
dữ liệu

Bộ giải điều
chế dữ liệu

Bộ tạo sóng
mang

Bộ tạo sóng
mang

fast in

dr(t

Bộ tạo mã PN

cr(t)

Hình 1.8 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu TH – SS

Trong hệ thống DSSS tất cả các người sử dụng cùng dùng chung một băng tần
và phát tín hiệu của họ đồng thời. Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác
để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ. Các tín hiệu khác xuất hiện ở
dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm. Ở các hệ thống FHSS và THSS
mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy
phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh
được xung đột. Như vậy FH và TH là các kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó
DS là kiểu hệ thống lấy trung bình.

23


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

1.2.

Đa truy nhập theo mã CDMA.
Đa truy nhập theo mã CDMA là phương thức đa truy nhập mà ở đó mỗi kênh

được cung cấp một cặp tần số và một mã duy nhất. Đây là phương thức đa truy nhập
mới, phương thức này dựa trên nguyên lý trải phổ.
Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều người sử dụng, trong đó một
số lượng lớn người sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền và nhận

thông tin. Dung lượng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Kỹ
thuật trải phổ tín hiệu cần truyền đem lại khả năng thực hiện đa truy nhập cho các hệ
thống CDMA. Tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau : TDMA, FDMA và
CDMA.
Sự khác nhau giữa chúng được chỉ ra trong hình 1.8:

Hình 1.9 Các công nghệ đa truy nhập
Trong hệ thống đa truy nhập theo tần số FDMA, các tín hiệu cho các người sử
dụng khác nhau được truyền trong các kênh khác nhau với các tần số điều chế khác
nhau. Trong hệ thống đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA, các tín hiệu của
người sử dụng khác nhau được truyền đi trong các khe thời gian khác nhau. Với các
công nghệ khác nhau, số người sử dụng lớn nhất có thể chia sẻ đồng thời các kênh vật
lý là hạn chế. Tuy nhiên trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho người sử dụng khác

24


Luận văn cao học ĐTVT 2010B

nhau được truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu
người sử dụng đóng vai trò như là nhiễu đối với tín hiệu của người sử dụng khác, do đó
dung lượng của hệ thống CDMA gần như là mức nhiễu, và không có con số lớn nhất
cố định, nên dung lượng của hệ thống CDMA được gọi là dung lượng mềm.
Hình 1.10 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 người sử dụng có thể truy nhập đồng
thời trong một hệ thống CDMA.

Hình 1.10 Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ
Tại bên thu, người sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín
hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ người nào khác. Bởi vì dựa trên đặc
điểm của các mã giả ngẫu nhiên là sự tương quan chéo giữa mã của người sử dụng

mong muốn và các mã của người sử dụng khác là rất nhỏ : việc tách sóng kết hợp sẽ
chỉ cấp năng lượng cho tín hiệu mong muốn và một phần nhỏ cho tín hiệu của người sử
dụng khác và băng tần thông tin.

25