KỸ THUẬT TRẢI PHỔ - CDMA

CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 20
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ - CDMA
I. MỞ ĐẦU :
Ở các hệ thống thông tin thông thường , độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính
và các h
ệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt .
Tuy nhiên ,
ở hệ thống thông tin trải phổ , độ rộng băng tần của tín hiệu được mở
rộng , thông thường hàng trăm trước khi phát . Khi chỉ có một người sử dụng trong
băng tần SS , sử dụng băng tần như vậy không hiệu quả . Nhưng ở môi trường
nhi
ều người sử dụng , họ có thể sử dụng chung băng tần SS (Spread Spectrum –
Tr
ải phổ) và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu suất mà vẫn duy trì được các ưu
điể
m của trải phổ .
Tóm l
ại , một hệ thống thông tin số được coi là trải phổ nếu :
 Tín hiệu được phát chiếm độ rông băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần
thi
ết .
 Trải phổ được thực hiện bằng mã độc lập với số liệu .
Có 3 ki
ểu hệ thống thông tin trải phổ cơ bản :
 Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum) .
 Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequency Hopping Spread Spectrum) .
 Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum) .
II. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP (DS/SS) :
Hệ thống DS/SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả
ngẫu nhiên . Ở hệ thống DS/SS nhiều 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 tín hiệu mong muốn bằng cách trải phổ . Đây là hệ thống được
bi
ết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ . Chúng có dạng tương đối
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 21
đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số
cao .
1. Các hệ thống DS/SS – BPSK :
1.1. Máy phát DS/SS – BPSK :
Hình 2.1 : Sơ đồ máy phát DS/SS – BPSK
Ta có thể biểu diễn các bản tin nhận được các giá trị như sau :
Trong đó là bit số liệu thứ k và T là độ rộng xung (tốc độ số liệu là 1/T
bit/s) . Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 22
tín hiệu này với nhau . Tín hiệu nhận được b(t).c(t) sau đó sẽ được điều chế
sóng mang sử dụng BPSK , cho ta tín hiệu DS/SS – BPSK xác định theo
công thức : s(t) = Ab(t).c(t)cos(2π t + ) .Trong đó A là biên độ , là tần
số sóng mang và là pha của sóng mang .
Trong rất nhiều ứng dụng bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN , nghĩa
là . Trong trường hợp hình 2.1 , ta sử dụng N = 7 . Ta có thể thấy
rằng tích của b(t).c(t) cũng là tín hiệu cơ số 2 có biên độ là A , có cùng tần
số với tín hiệu PN .
1.2. Máy thu DS/SS – BPSK :
Hình 2.2 : Sơ đồ khối máy thu DS/SS – BPSK
Mục đích của máy thu là lấy ra bản tin b(t) (số liệu từ tín hiệu thu được bao
g
ồm cả tín hiệu được phát cộng với tạp âm) . Do tồn tại trễ truyền lan nên
tín hi

ệu thu được là :
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 23
trong đó n(t)
là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu . Để mô tả lại quá trình khôi phục
bản tin , ta giả thuyết không có tạp âm . Trước hết tín hiệu được giải trải
phổ để đưa từ băng tần rộng về băng tần hẹp . Sau đó , nó đưọc giải điều
chế để nhận tín hiệu băng gốc . Để giải trải phổ , tín hiệu thu được nhân với
tín hiệu (đồng bộ) PN được tạo ở máy thu . Ta được :
Tín hiệu thu được là tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T . Để giải
điều chế ta giả thuyết máy thu biết pha
và tần số cũng như điểm khởi
đầu của từng bit . Một bộ giải m
ã điều chế bao gồm một bộ tương quan , đi
sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng . Để tách ra bit số liệu thứ i , bộ tương
quan phải tính toán :
Trong đó là thời điểm bắt đầu của bit thứ i . Vì là hoac
trong thời gian một bit . Thành phần thứ nhất tích phân sẽ cho ta T hoặc
. Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân bằng
0 . Vậy kết quả cho là hoặc . Cho kết quả này qua thiết bị
đánh giá ngưỡng ta được đầu ra là cơ số hai . Ngo
ài thành phần tín hiệu
, đầu ra tích phân cũng có tạp âm nên có thể gây ra lỗi .
Tín hiệu PN đóng vai trò như một mã đã biết trước ở máy thu chủ định . Do
đó nó có thể khôi phục bản tin , còn các mấy thu khác thì nhìn thấy tín hiệu
ngẫu nhiên . Để máy thu có thể khôi phục bản tin thì máy thu phải đồng bộ
với tín hiệu thu được . Quá trình xác định được gọi là quá trình đồng bộ
thường được thực hiện hai bước bắt v
à bám . Quá trình nhận được được
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 24
gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) (STR – Symbol Timing
Recovery) . Quá trình nh
ận được (cũng như ) là quá trình khôi phục sóng
mang.
1.3. Độ lợi xử lý (PG)
Độ lợi xử lý được định nghĩa là PG = độ rộng băng tần của tín hiệu SS / 2
(độ rộng băng tần của bản tin) . Độ lợi xử lý cho thấy bản tin phát được trải
phổ bao nhiêu lần . Đây là một thông số chất lượng quan trọng của hệ
thống SS , vì PG cao có nghĩa là khả năng chống nhiễu tốt hơn .
2. Các hệ thống DS/SS – QPSK :
Ngoài kiểu điều chế BPSK người ta còn sử dụng các kiểu điều chế khác như
QPSK hoặc MSK trong các hệ thống SS .
2.1. Máy phát :
Sơ đồ bên dưới gồm có hai nhánh đồng pha và một nhánh vuông góc (hình
v
ẽ) . Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng :
nếu và
nếu và
nếu và
nếu và
Vậy tín hiệu s(t) có thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau ,
, , .
CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
SVTH : NGUYỄN QUỐC TRỌNG 25
Hình 2.3 : Các dạng sóng ở hệ thống DS/SS – QPSK
2.2. Máy thu :
Hình 2.4 : Sơ đồ khối máy thu cho hệ thống DS/SS – QPSK