Tải bản đầy đủ (.ppt) (42 trang)

ky thuat trai pho

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (271.97 KB, 42 trang )

(1)

Kĩ Thuật Trải Phổ




(2)

Tổng quan


Tổng quan



Kĩ thuật trải phổ là 1 công nghệ được sử dụng nhiều trong
quân sự vì nó có đặc tính chống nhiều và bảo mật rất cao.
Ngày nay nó là thành phần tất yếu trong các hệ thống



(3)

Các ưu việt của CN trải phổ



Các ưu việt của CN trải phổ


Tính bảo mật cao



Chống nhiễu tốt




(4)

Phân Loại


Phân Loại



Trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS)



Q trình đạt được bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào
với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên một cách trực tiếp tín


hiệu trải phổ đưa ra có độ rộng phổ xấp xỉ tốc độ của mã
giả ngẫu nhiên


Trải phổ nhảy tần




(5)

Kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp




Kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp



Sử dụng mã trải phổ băng rộng để điều chế tín hiệu



(6)

(7)

DSSS sử dụng điều chế BPSK



DSSS sử dụng điều chế BPSK



Mã trải phổ là tín hiệu NRZ (non return to zero) chỉ có giá
trị  1 điều chế trực tiếp tín hiệu sóng mang đã được


điều chế BPSK


Bộ điều chế
dữ liệu


S(t) C(t)


d(t)


Dữ liệu nhị phân


Sóng mang


Mã trải phổ 1


 

t 2PCos

0t (t)



Sd   d



 

t PCos

t

 

t

 

t



ST  2 0 d c



(8)

Nếu c(t) và d(t) chỉ nhận các gía trị  1 thì ST(t) có thể


được viết đơn giản hơn như sau
ST (t) = d(t). c(t) Cos0t


= c(t)2P Cos [0t + d (t)]


Trong đó



(9)

Ở bên nhận



Ở bên nhận



Lọc thông


Dải Giải điều chế BPSK


 

tPC

tTd

Cos

tTd

d

tTd





R 2 0



T


C(t - d)
Sd(t)




(10)

• Việc giải điều chế tín hiệu thu được tiến hành theo 2 bước
Bước 1 : Thực hiện quá trình nén phổ


Bước này được thực hiện bằng cách nhân R(t) với
C(t - d)


R*(t) = c(t-Td). c(t- d). Cos[0(t-Td) + d(t-Td) + ]


Nếu đồng bộ tốt thì Td = d và c(t- Td)c(t - d) = 1


Khi đó tín hiệu đi ra bộ lọc thơng dải chỉ cịn mang tín hiệu
dliệu


R*(t) = . Cos[0(t-Td) + d(t-Td) + ]


Như vậy sau khi nén phổ ta thu đc dliệu giống như ở bên
phát và bị trễ đi 1 khoảng thời gian là Td




T



P


2

T



T

T



P





(11)

B

ướ

c 2 : Gi i i u ch pha

ả đ ề

ế



TÝn hiệu sau bộ lọc thông dải R*(t) đ ợc đi qua bộ giải điều


ch BPSK thu li d liu d(t).


Sau đây ta sẽ xem xét phổ công suất sóng mang trong điều chÕ
DS/BSK.



(12)

(13)

DSSS sử dụng điều chế QPSK



DSSS sử dụng điều chế QPSK



• ĐiỊu chÕ pha 4 mức (QPSK) sử dụng nguyên lý tổ hợp 2 bit



(14)

Khối phát



Khối phát



P


P


Bộ điều chế
pha
Bộ lai
cầu phương
Dữ liệu
vào


d(t)

C1(t)
C2(t)
ST(t)
Sd(t)


Cos[0t+d(t)]


P


Sin[0t+d(t)]


Cos0t


P


I



(15)

Đầu ra của bộ điều chế pha là tín hiệu điều chế


pha 4 trạng thái



Sd(t) = Cos[0t + d(t)] 0  t  Ts


trong đó d(t) là góc pha của sóng mang bị điều chế nhận các giá
trị là /4, 3/4, -/4 , -3/4 tuỳ theo cặp bit t ơng ứng


P



00


01


10
11



(16)




D liệu sau khi qua bộ điều chế pha đ ợc đ a qua bộ chuyển ữ
đổi nối tiếp song song tạo ra 2 tín hiệu sóng mang đ ợc điều
chế bởi dữ liệu trực giao với nhau trên 2 đ ờng đ ợc gọi là kênh
I ( kênh đồng pha ) và kênh Q ( kênh cầu ph ơng )


Sãng mang trªn kªnh I lµ: SdI(t) = Cos[0t + d(t)]
Sóng mang trên kênh Q là: SdQ(t) = Sin[0t + d(t)]


sóng mang trên 2 kênh này được điều chế với 2 mã trải phổ


C1(t) vµ C2(t) t ơng tự nh quá trinh điều chế trải phổ BPSK



(17)

• Tín hiệu trải phổ trên 2 kênh I và Q


STI(t)

= Cos[0t + d(t) + C1(t)]
STQ(t) = Sin[0t + d(t) + C2(t)]
• Tín hiệu phát ra là :


ST(t) = STI(t) + STQ(t)


=

C1(t). Cos[0t + d(t)] + C2(t). Sin[0t + d(t) ]


P


P



(18)

Khối thu



Khối thu





T


Bé chia
c«ng st


Lọc thơng
dải


phaQPSKGiải đchế
TÝn hiÖu thu


ST(t-Td)


2Cos[(0 + IF)t + ]


2Sin[(0 + IF)t + ]


X(t)




(19)

Tín hiệu đầu vào của bộ giải điều chế


ST(t-Td) = C1(t-Td). Cos[0t + d(t)] + C2(t-Td).


Sin[0t + d(t) ]


Sau bộ chia công suất thi tín hiệu trên 2 nhánh X(t) và Y(t)
chỉ cịn 1 nửa cơng suất nhưng tần số khơng đổi , nếu bỏ
qua lệch pha ngãu nhiên thì


X(t) và Y(t) có dạng :


X(t) = C1(t-Td). C1(t- d). Cos[0t + d(t)]. 2Cos[(0+
IF)t] + C2(t-Td). C1(t- d).Sin[0t + d(t) ] .


2Cos[(0+ IF)t]




P

P



2
/


P

T

 


T



2
/




(20)

Nếu đạt được đồng bộ tốt thì X(t) sẽ có dạng:


X(t) =  Cos[20t+IFt+d(t)] + Cos[-IFt +d(t)] 


bộ lọc thông dải điều chỉnh để cộng hưởng tại tần số


trung tâm

IFt có độ rộng đủ lớn để sóng màn đi qua mà


khơng bị biến dạng, tín hiệu X(t) tại lân cận tần số trung tâm


IFt :


X*(t) = Cos[-

IFt +

d(t)]



Tương tự cho Y(t) kết quả có dạng


Y*(t) = Cos[-

IFt +

d(t)]




(21)

Tín sau bộ lọc thông dải là :



Z*(t) = X*(t) + Y*(t) = Cos[-

IFt +

d(t)]



Như vậy ta thấy sóng mang được điều chế bởi dữ


liệu đã được phục hồi , bây giờ cho qua bộ giải


điều chế QPSK ta sẽ thu được dữ liệu d(t)







(22)

Thơng số quan trọng của q trình trải phổ là độ tăng ích
của hệ thống được định nghĩa là tỷ số độ rộng băng tần


trải phổ và tốc độ dữ liệu vào :


GP = WSS / Rb


WSS : độ rộng băng tần trải phổ có giá trị xấp xỉ tốc độ
chip của mã trải phổ


Wss  Rc=1/Tc


Rb : Tốc độ d liệu Rb=1/Tbữ


GP = WSS/ Rb = Tb/Tc



(23)

Kĩ thuật trải phổ nhảy tần



Kĩ thuật trải phổ nhảy tần



o Được phát minh bởi nữ diễn viên Hollywood Hedy Lamarr
o Là kĩ thuật điều chế trong đó tần số sóng mang nhảy trên


các dải tần khác nhau .


o Được thiết kế đầu tiên với mục đích quân sự chia 83,5
Mhz phổ thành 79 kênh , mỗi kênh 1Mhz công tác tại tần
số 900Mhz, tốc độ nhảy tần khoảng 2,5 hops/s (US)



(24)

(25)

(26)

Các ưu nhược điểm


Các ưu nhược điểm



Ưu điểm :




• Giảm fading đa đường do tín hiệu được các sóng mang
có tần số khác nhau


• Sủ dụng 1 phần dải thông nhỏ ở mỗi thời điểm


Nhược điểm :



• Fụ thuộc nhiều vào các yếu tố mơi trường



(27)

Phân Loại



Phân Loại



Phân loại dựa trên tương quan giữa tốc độ nhảy tần RH và
tốc độ điều ch RS


ã Nếu RH là bội của RS thì ta có nhảy tần nhanh


NÕu RS lµ béi cđa RH thì ta có nhảy tần chậm


Phân loại theo kiểu điều chế và giải điều chế ta có 2 loại :


• Hệ thống nhảy tần kết hợp (Coherent FH/SS)


• Hệ thống nhảy khơng tần kết hợp (Non Coherent FH/SS)
Sau đây là hình ảnh minh họa cho 2 loại nhảy tần nhanh và



(28)

(29)

Mơ hình hệ thống trải phổ nhảy tần




Mơ hình hệ thống trải phổ nhảy tần



Điều chế
nhảy tần


Tạo mã PN
Bộ điều chế


MFSK


Giải điều chế
Nhảy tần


Giải điều chế
MFSK


Tạo mã PN
Dữ liệu


d(t)


1 …. k 1 ….. k


Dữ liệu
Kênh


truyền





Nhiễu


Bên phát Bên thu


Xung nhịp Xung nhịp



(30)

Hoạt động



Hoạt động



• Ở phía phát dữ liệu d(t) được đưa tới bộ điều chế MFSK
để điều chế sóng mang sau đó được đưa tới điều chế


nhảy tần với mã nhảy tần giả ngẫu nhiên


• Ở phía thu q trình diễn ra ngược lại,tín hiệu đi qua bộ
giải điều chế nhảy tần đễ khôi phục lại sóng mang, sau
đó sóng mang này đi qua bộ giải điều chế MFSK thông
thường để khôi phục lại dữ liệu



(31)

Hệ thống nhảy tần chậm kết hợp



Hệ thống nhảy tần chậm kết hợp



Bộ điều chế


Dữ liệu Lọc thông cao


Trải phổ nhảy
tần



Tạo mã PN


1 k


…..


D liƯu vµo d(t)ữ


Nhịp


hT(t)


P


2P


2


S(t) = Cos2P 0t



(32)

Sơ đồ khối phía thu


Mạch lọc tần


số ảnh Lọc thông dải


Trải phổ nhảy
tần



1 k


…..
Nhịp


hR(t)


Bộ giải điều
chế MFSK


Cos0t


P



(33)

Tín hiệu hT(t) tại đầu ra của bộ chọn lọc tần số có dạng


hT(t) = 2p(t - nTC ). Cos(nt + n)


p(t): là hàm xung đơn vị trong độ rộng xung nhảy tần Tc( thời


gian tån tại tone)


n: tần số góc của tone nhẩy thứ n víi - < n < +


n : góc pha của tone nhẩy thứ n (đ ợc xác nh li phớa thu


thực hiện giải điều chế nhất quán- kết hợp











(34)

T s ta thấy sóng nhảy tần phát ra chính là tích của
hR(t) và hàm

Sd(t)



Tại phía thu tín hiệu nhận được sẽ có dạng :


ST(t-Td)

=

p(t-Td -nTC). Cos[(0+n)t - n+


d(t-Td)-(0+n)Td]


Trong đó Td là trễ truyền dẫn


Tín hiệu này được đổi tần xuống bằng th hR(t)


hR(t) = 2 p(t - d - nTC ). Cos(nt + n -  d)




 

d

   

T d

 

c

n n



T t S t h t S t p t nT Cos t


S  

  



(35)

Trong trường hợp lý tưởng sóng mang ở phía thu đồng
bộ với sóng mang ở phía phát tức là d=Td



Sau khi qua bộ lọc thông dải để loại bỏ các thành phần
tần số khơng cần thiết thì ta có được tín hiệu tới bộ giải
điều chế MFSK :


S*d(t) = ST(t-Td). hR(t)


= p(t - Td - nTC ). Cos[0t - 0Td+d(t-Td)]


= Cos[0t - 0Td+d(t-Td)]


Như vậy Sd*(t) là sóng mang bị điều chế bởi dữ liệu, sau
khi đi qua bộ giải điều chế thông thường , ta nhận được
dữ liệu d(t) ở đầu ra



T



P


2 




n


P



(36)

Các tín hiệu trải phổ đều sử dụng mã giả ngẫu Các tín hiệu trải phổ đều sử dụng mã giả ngẫu



nhiên để trải phổ tín hiệu hoặc điều khiển nhảy tần số


nhiên để trải phổ tín hiệu hoặc điều khiển nhảy tần số


nên vấn đề đồng bộ được xem là yếu tố sống còn


nên vấn đề đồng bộ được xem là yếu tố sống cịn


Với bất kì kĩ thuật trải phổ nào chúng ta cần phải có Với bất kì kĩ thuật trải phổ nào chúng ta cần phải có
thơng tin về thời gian của tín hiệu được phát để nén


thơng tin về thời gian của tín hiệu được phát để nén


tín hiệu thu được và giải điều chế tín hiệu vừa mới


tín hiệu thu được và giải điều chế tín hiệu vừa mới


được nén. Đặc biệt đối với hệ thống DS-SS nếu


được nén. Đặc biệt đối với hệ thống DS-SS nếu


chúng ta chỉ chệch đi 1 khoảng thời gian bằng 1 chip


chúng ta chỉ chệch đi 1 khoảng thời gian bằng 1 chip


thì chúng ta khơng thể nén được tín hiệu trải phổ thu


thì chúng ta khơng thể nén được tín hiệu trải phổ thu


được nên khơng thể tìm ra được tín hiệu dữ liệu ban



được nên khơng thể tìm ra được tín hiệu dữ liệu ban


đầu .


đầu .


Vấn đề đồng bộ trong trải phổ




(37)

Đồng bộ chia làm 2 giai đoạn


• Bắt mã( Acqition)


Ở bước này 2 mã trải phổ (mã thu được và mã tự sinh
ra ở bên nhận ) sẽ đồng chỉnh với nhau, đồng bộ giữa
máy phát và máy thu trong khoảng thời gian xac định là
 Tc


• Bám mã (tracking)



(38)

Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc đồng bộ



Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc đồng bộ



• Khoảng cách giữa máy thu và máy phát không xác định
dẫn đến tính tốn giá trị trễ truyền dẫn khơng chính xác


• Nhịp tương đối giữ máy thu và máy phát không được
thiết lập dẫn đến sự khác nhau về pha giữa tín hiệu trải
phổ của máy phát và máy thu




(39)

Đặc điểm của hầu hết chiến lược đồng bộ là trong



(40)

Bước bắt mã



Bước bắt mã



Tín hiệu thu


Bộ tạo tín hiệu
PN


tham chiếu


BPF Tách năng


lượng


Thiết bị
quyết định



(41)

Bên thu chọn 1 pha cho dãy PN tại máy thu để nén phổ
tín hiệu thu được.Tín hiệu sau khi nén phổ sẽ cho qua
bộ lọc thơng dải. Nếu pha của chúng giống nhau thì BPF
sẽ nhận tồn bộ cơng suất của tín hiệu vừa thu được và
thiết bị điều khiển sẽ cho kết thúc chu trình bám. Ngược
lại nếu pha thử chọn này khơng khớp với tín hiệu thu


được, thì sẽ xuất hiện tín hiệu băng rộng tại đầu vào của
BPF và nó chỉ thu nhận được 1 phần công suất rất nhỏ.


Dựa vào điều này máy thu quyết định pha dị khơng



(42)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×