Đề tài Kỹ thuật trải phổ trong cdma

MỤC LỤCMỤC LỤC 2 LỜI NÓI ĐẦU 3 I - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP ( HÀ THỊ HỒNG). 4 1.1 Giới thiệu. 4 1.2 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp. 4 II - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN – FHSS ( NGUYỄN VĂN LÊ). 8 2.1 Nguyên lý chung. 8 2.1.1: Máy phát FHSS. 9 2.1.2: Máy thu FHSS. 11 2.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh. 12 2.3 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm 14 2.4 Kết luận. 16 III - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN – THSS ( LÊ VĂN THANH ). 17 3.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian - THSS. 17 3.2 Nguyên lý của hệ thống THSS. 17 3.3 Kết luận. 19 IV - CÁC HỆ THỐNG LAI GHÉP. 19 4.1 Giới thiệu về hệ thống lai ghép . 19 4.2 Nhảy tần chuỗi trực tiếp FH/DS. 19 4.3 Hệ thống TH/FH 21 4.4 Hệ thống TH/DS. 22 KẾT LUẬN 24 LỜI NÓI ĐẦUNhững năm vừa qua, hệ thống thông tin di động Việt Nam đã sử dụng công nghệ GSM. Tuy nhiên, trong tương lai đã và đang phát triển lên hệ thống mới sử dụng công nghệ CDMA, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về số lượng cũng như chất lượng của dịch vụ trên hệ thống. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn nhiều lần so với các công nghệ tương tự hoặc số khác, do đó số lượng thuê bao đa truy nhập lớn hơn rất nhiều. Nhờ việc dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đã đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Việc nắm bắt được công nghệ này là rất cần thiết. Trong công nghệ CDMA, kỹ thuật trải phổ đóng vai trò quan trọng nhất. Từ lý do đó, sau quá trình tìm hiểu nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “Kỹ thuật trải phổ trong CDMA” để nghiên cứu. Do thời gian tìm hiểu và trình độ còn hạn chế. Trong phạm vi báo cáo này, chúng em tập chung nghiên cứu 3 kỹ thuật trải phổ và một số hệ thống lại ghép. Nội dung báo cáo gồm 3 phần chính: Kỹ thuật trải phổ trực tiếp (Hà Thị Hồng)Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (Nguyễn Văn Lê)Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian và một số hệ thống lai ghép (Lê Văn Thanh)

doc24 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 11/06/2013 | Lượt xem: 3170 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Kỹ thuật trải phổ trong cdma, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I -----š›&š›----- BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN Đề tài: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA GV HƯỚNG DẪN : TH.S NGUYỄN VIẾT ĐẢM NHÓM SV THỰC HIỆN : HÀ THỊ HỒNG NGUYỄN VĂN LÊ LÊ VĂN THANH LỚP : H09VT9 Hà Nội 08/2011 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Những năm vừa qua, hệ thống thông tin di động Việt Nam đã sử dụng công nghệ GSM. Tuy nhiên, trong tương lai đã và đang phát triển lên hệ thống mới sử dụng công nghệ CDMA, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về số lượng cũng như chất lượng của dịch vụ trên hệ thống. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn nhiều lần so với các công nghệ tương tự hoặc số khác, do đó số lượng thuê bao đa truy nhập lớn hơn rất nhiều. Nhờ việc dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các hệ thống sử dụng công nghệ CDMA đã đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Việc nắm bắt được công nghệ này là rất cần thiết. Trong công nghệ CDMA, kỹ thuật trải phổ đóng vai trò quan trọng nhất. Từ lý do đó, sau quá trình tìm hiểu nhóm chúng em đã lựa chọn đề tài: “Kỹ thuật trải phổ trong CDMA” để nghiên cứu. Do thời gian tìm hiểu và trình độ còn hạn chế. Trong phạm vi báo cáo này, chúng em tập chung nghiên cứu 3 kỹ thuật trải phổ và một số hệ thống lại ghép. Nội dung báo cáo gồm 3 phần chính: Kỹ thuật trải phổ trực tiếp (Hà Thị Hồng) Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (Nguyễn Văn Lê) Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian và một số hệ thống lai ghép (Lê Văn Thanh) T/m nhóm sinh viên thực hiện Trưởng nhóm Hà Thị Hồng I - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP ( Hà Thị Hồng ) 1.1 Giới thiệu Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này thường được thiết kế sao cho sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt . Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ ( SS : Spread Spectrum), độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng gấp nhiều lần trước khi phát. Khi chỉ có 1 người sử dụng trong băng tần trải phổ thì không có hiệu quả sử dụng băng tần. Nhưng ở môi trường nhiều người dùng, họ có thể sử dụng chung một băng tần trải phổ và hệ thống khi đó đạt được hiệu quả sử dụng băng tần cao mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ như: Chống nhiễu tốt Chia sẻ cùng tần số với nhiều người sử dụng Bảo mật tốt do có chuỗi mã giả ngẫu nhiên Do sử dụng mã giả ngẫu nhiên nên nó khó bị nghe trộm Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền Như vậy, một hệ thống thông tin được coi là hệ thống trải phổ khi: Tín hiệu được phát có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết. Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu. 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 còn lại xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp như tạp âm . 1.2 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp Trong CDMA, kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence/Spread Spectrum) được sử dụng. Mỗi một người sử dụng được cấp một mã riêng biệt . Mã được sử dụng thường là một chuỗi giả tạp âm (PN-Pseudo Noise) hay giả ngẫu nhiên, có tốc độ rất lớn, lớn hơn tốc độ bít dữ liệu, tức là phần tử của chuỗi có độ rộng thời gian rất nhỏ, nhỏ hơn độ rộng của bit dữ liệu và được gọi là chip. Hình 1: Nguyên lý trải phổ Hệ thống DS-SS đạt được bằng cách nhân trực tiếp tín hiệu cần trải phổ với tín hiệu giả ngẫu nhiên . Tín hiệu sau khi trải phổ sẽ điều chế sóng mang theo BPSK hoặc QPSK… trước khi truyền đi. Phía thu sẽ dùng mã PN để giải trải phổ lấy ra tín hiệu mong muốn. Hình minh họa tín hiệu trải phổ . Hình 2: Biểu diễn tín hiệu trải phổ - Фd(f) mật độ phổ công suất của tín hiệu trước khi trải phổ - Фdc(f) mật độ phổ công suất của tín hiệu sau khi trải phổ Tín hiệu phát của người thứ k là luồng số thông tin của người sử dụng dk(t) có tốc độ bít Rb = 1/Tb. Với dk(t) được xác định như sau: dk(t) là luồng bít lưỡng cực với hia mức giá trị {+ 1,-1}. Luồng tín hiệu dk(t) được trải phổ bằng cách nhân với mã trải phổ (gọi là mã giả tạp âm PN ) c(t) , có tốc độ Rc= 1/Tc lớn hơn nhiều lần so với Rb. Phần tử nhị phân của chuỗi c(t) được gọi là một chip để phân biệt nó với phần tử nhị phân (bit) của bản tin. Mã trải phổ này làm cho băng tần tín hiệu sau khi trải phổ sẽ lớn lên rất nhiều khi truyền đi đồng thời cũng dùng để phân biệt các thuê bao khi tận dụng đường truyền cho quá trình đa truy nhập, mã trải phổ không phải là ngẫu nhiên mà chúng có chu kì xác định và được biết trước đối với máy thu chủ định. Mã trải phổ là chuỗi chip nhận các giá trị {+ 1,-1} gần như đồng xác suất và được biểu diễn như sau: Trong đó c(i) = ± 1,là chuỗi xung nhận giá trị +1 hoặc -1 và Tc là độ rộng của một chip và Tc = NTb (N số chip trong một bít) , pTc là hàm xung vuông được xác định như sau: Sau trải phổ tín hiệu có tốc độ chip Rc đuợc đưa lên điều chế sóng mang bằng cách nhân với tín hiệu sóng mang: Trước khi truyền đi như sau: Trong đó Eb năng lượng bít , Tb là độ bit và fc là tần số sóng mang. Tại phía thu , để các máy thu có thể phân biệt được các mã trải phổ, các mã này phải là các mã trực giao chu kỳ Tb thoả mãn điều kiện sau: Và tích của của hai mã trực giao bằng 1 nếu là tích với chính nó và là một mã trực giao mới trong tập mã trực giao nếu là tích của hai mã khác nhau: Để đơn giản ta coi rằng máy thu được đồng bộ sóng mang và mã trải phổ với máy phát, nghĩa là tần số, pha sóng mang và mã trải phổ của máy thu giống như máy phát. Ngoài ra nếu bỏ qua tạp âm nhiệt của đường truyền và chỉ xét nhiễu của K-1 người sử dụng trong hệ thống, giả sử công suất tín hiệu thu tại máy thu k của K người sử dụng bằng nhau và để đơn giản ta cũng bỏ qua trễ truyền sóng, tín hiệu thu sẽ như sau: Trong đó Ebr = Eb/Lp là năng lượng bit thu, Lp là suy hao đường truyền. Tín hiệu thu được đưa lên phần đầu của quá trình giải điều chế để nhân với sóng mang: Sau đó được đưa lên trải phổ, kết quả cho ta: Sau bộ tích phân thành phần cao tần sẽ bị loại bỏ, ta được: do tính chất trực giao của các mã trải phổ và dj = {+1,-1} ta được kết quả như sau: Mạch quyết định sẽ cho ra mức 0 nếu V(t) dương và 1 nếu V(t) âm kết quả ta được chuỗi bít thu, ˆb(t) là ước tính của chuỗi phát. Ở trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp có hai cách trải phổ là: + trải phổ DS/SS_ BPSK (Trải phổ trực tiếp BPSK) + trải phổ DS/SS_QPSK (Trải phổ trực tiếp QPSK) II - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN – FHSS ( Nguyễn Văn Lê ) 2.1 Nguyên lý chung Hệ thống trải phổ nhảy tần – Frequency Hopping Spread Spectrum, được định nghĩa là nhảy hay chuyển đổi tần số sóng mang ở một tập hợp các tần số theo mẫu được xác định bởi chuổi giả tạp âm PN. Trong các hệ thống thông tin kiểu trải phổ nhảy tần – FH, mã trải phổ giả tạp âm không trực tiếp điều chế sóng mang đã được điều chế, nhưng nó được sử dụng để điều khiển bộ tổng hợp tần số. Ở mỗi thời điểm nhảy tần, bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra một đoạn k chip mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số, theo điều khiển của đoạn k chip mã này, bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang hoạt động ở tần số tương ứng thuộc tập 2k các tần số. Mỗi đoạn gồm k chíp mã được gọi là một từ tần số, bởi vậy sẽ có 2k từ tần số . Do các từ tần số xuất hiện ngẫu nhiên nên tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra nhận một giá trị thuộc tập 2k tần số cũng mang tính ngẫu nhiên. Phổ của tín hiệu nhảy tần có bề rộng như của sóng mang đã được điều chế chỉ khác là nó bị dịch tần đi một khoảng bằng tần số dao động do bộ tổng hợp tần số tạo ra và nhỏ hơn rất nhiều so với độ rộng băng trải phổ. Tuy nhiên, tính trung bình trên nhiều bước sóng nhảy thì phổ tín hiệu nhảy tần lại chiếm toàn bộ bề rộng băng trải phổ . Hình 2.1: Mô phỏng mật độ phổ công suất của tín hiệu FHSS trên toàn bộ băng tần Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay chậm hơn tốc độ số liệu. Từ đó ta có 2 loại hệ thống trải phổ nhảy tần, đó là hệ thống nhảy tần nhanh và hệ thống nhảy tần chậm . 2.1.1: Máy phát FHSS Sơ đồ khối máy phát FHSS được mô tả như hình vẽ: Tín hiệu dữ liệu b(t) đưa vào được điều chế FSK thành tín hiệu x(t). Trong khoảng thời gian mỗi bít x(t) có một trong hai tần số f’ và f’+∆f, tương ứng với bít 0 và 1 của dữ liệu. Tín hiệu này được trộn với tín hiệu y(t) từ bộ tổng hợp tần số. Cứ mỗi Th giây, tần số y(t) lại được thay đổi theo các giá trị của k bit nhận được từ bộ tạo mã PN. Do có 2 tổ hợp k bit nên ta có thể có 2k các tần số khác nhau được tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số. Bộ trộn tạo ra tần số của tổng và hiệu, một trong hai tần số này được lọc ra ở bộ lọc băng thông (BPF) . Ta có thể viết tín hiệu đầu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhảy 1 như sau: y(t) = 2A cos [ 2π (fg + il∆f)t + θ ] ; với Th<t<(l+1)Th Trong đó: + il Є {0, 2, 4, ... 2(2k – 1)} – là số nguyên chẵn. + fg: là một tần số không đổi + θ: là giá trị pha. Giá trị của il được xác định bởi k bit nhận được từ bộ tạo chuỗi giả tạp âm. Giả thiết rằng bộ lọc BPF lấy ra tần số tổng ở ở đầu ra của bộ trộn. Khi này ta có thể viết tín hiệu ở đầu ra bộ lọc BPF trong bước nhảy như sau: y(t) = 2A cos [ 2π (f0 + ilf + bl∆f)t + θ1] ; với l<t< (l+1)Th Trong đó: + b1 Є {0, 1} – là giá trị của số liệu ở l<t< (l+1)Th và f0 = f + fg Ta thấy rằng tần số phát sẽ bằng f0 + ilf khi b1 = 0 và bằng f0 + ilf + ∆f khi bl = 1. Vì thế các tần số có thể được phát sẽ là { f0, f0 + ∆f, f0 + 2∆f, ... f0 + (K-1)∆f}. Trong đó K = 2k+1, để có thể có tần số nhảy là K. Đặc biệt pha θ1 có thể thay đổi từ bước nhảy này tới bước nhảy khác vì bộ tổng hợp tần số rất khó duy trì nó không đổi. Xét về độ rộng băng tần, tần số của FH không thay đổi trong một đoạn nhảy. Trong toàn bộ khoảng thời gian, tín hiệu phát nhảy ở tất cả K tần số, vì thế nó chiếm độ rộng băng tần là: BFH = K.∆f Để tính toán độ lợi xử lý, ta đã biết rằng độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền số liệu bằng 2/Tb , nên Gp là tỷ số giữa độ rộng băng tần kênh để truyền dữ liệu trải phổ và độ rộng băng tần cần thiết để truyền tín hiệu băng tần gốc như sau: Gp = K.∆f / (2/Tb) = KTb / 2Th Trong đó ta giả thiết rằng phân cách tần số bằng 1/Tb . Nếu ta sử dụng thêm bộ nhân tần có hệ số β thì phổ của tín hiệu FH sẽ mở rộng β lần . Vì thế độ rộng băng tần tổng hợp của tín hiệu FH này là β.K∆f (Hz) và khi đó độ lợi sẽ tính bằng: Gp = β.K.∆f / (2/Tb) = β.KTb / 2Th 2.1.2: Máy thu FHSS Sơ đồ khối máy thu FHSS được mô tả như hình vẽ: Tín hiệu của máy thu được lọc bởi bộ loc băng thông BPF có độ rộng băng thông bằng độ rộng của băng tín hiệu FHSS nghĩa là vào khoảng f0-0,5∆f (Hz) đến f0+(K - 0,5)∆f (Hz). Hình 2.3 mô tả các hệ thống con thực hiện khôi phục định thời ký hiệu và đồng bộ chuỗi PN, ở đây không cần khôi phục sóng mang vì máy thu sử dụng giải điều chế không liên kết và do tốc độ nhảy tần nhanh máy thu rất khó theo dõi được pha của sóng mang khi pha này thay đổi ở mỗi bước nhảy. Bộ tạo chuỗi PN tại phía phát tạo ra một chuỗi PN đồng bộ với chuỗi thu, đầu ra của bộ tổng hợp tần số sẽ là: g(t) = Acos [2π (fg + il ∆f)t + θ’] ; với lTh < t < (l+1)Th Bỏ qua tạp âm, đầu vào BPF sẽ là: g(t).s(t) = Acos [2π (fg + il∆f)t +θ’].Acos [2π (f0 + il∆f + bl∆f)t + θ] Với: lTh < t < (l+1)Th g(t).s(t) = A/2 {cos [2π (fg + f0 + 2il∆f + bl ∆f)t + θ’ + θ ] + cos [2π (fg – f0 + bl ∆f)t + θ’ – θ ] } Thành phần tần số cao bị bộ lọc BPF loại bỏ và chỉ còn lại thành phần tần số thấp. Ta ký hiệu f0 = fg + f’. Vậy đầu vào bộ giải điều chế FSK sẽ là: Đầu này chứa hoặc tần số f’ hoặc (f’ + f) . Vì b không thay đổi trong thời gian Tb của một bit, nên trong khoảng thời gian này tín hiệu w(t) có tần số không đổi. Như vậy trong khoảng thời gian Tb giây bộ giải điều chế FSK tách ra tần số này và tạo ra đầu ra cơ số 2 là 0 hoặc là 1 . Nói cách khác ta có thể tách ra tần số chứa trong w(t) cho từng đoạn nhảy để nhận được Tb/Th các giá trị cho từng bước nhảy. Từ các giá trị này, sử dụng nguyên tắc đa số ta có thể quyết định bit dữ liệu là 0 hay là 1. 2.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh Ở hệ thống FHSS nhanh, có ít nhất một lần nhảy tần số ứng với một bit dữ liệu. Với Tb là chu kỳ của tín hiệu dữ liệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì Tb≥Th. Trong khoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số các 2k tần số (f0, f0 + ∆f, f0 + 2∆f, … , f0 +(K – 1)∆f) được phát. Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thường được chọn băng 1/Th. Hình 2.4 biểu diễn cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu. Nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK Để hiểu cụ thể hơn ta đi tìm hiểu hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh với điều chế M-FSK . Dạng tổng quát của FSK cơ số 2 là FSK M trạng thái, trong đó M tần số được sử dụng để biểu thị Log2(M) bit số liệu. Với trải phổ FH, tần số phát nhảy trên một lượng lớn các tần số ( 2k.M tần số), trong đó k là số bit đư ra từ bộ tạo mã PN đến bộ tổng hợp tần số. Hình 2.5 biểu thị cụ thể hệ thống trải phổ FH nhanh với điều chế FSK M trạng thái . Với giả thiết M = 4, nghĩa là ở mỗi thời điểm hai bit số liệu được xem xét và giả thiết là ba bước nhảy ở mỗi ký hiệu (mỗi ký hiệu bằng Log2(M) bit số liệu), ở đây ta sử dụng Ts = Log2(M)Tb để biểu diễn thời gian của một ký hiệu, Th biểu diễn thời gian của một bước nhảy tần. Trục tần số được chia thành 2k nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác định chính xác tần số nào sẽ được phát trong đoạn nhảy tần. Do tần số được phát thay đổi cứ Th giây một lần nên để điều chế được trực giao khoảng cách tần số tối thiểu phải là 1/Th. Độ rộng băng tần tổng hợp khoảng 2k.M/Th(Hz). 2.3 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm Khi Tb/Th <1 ta được hệ thống nhảy tần chậm . Sơ đồ khối máy phát và thu tương tự như ở hệ thống nhảy tần nhanh. Hình 2.6 mô tả biểu đồ của một hệ thống nhảy tần chậm với Tb/Th = 1/2 nghĩa là một lần nhảy tần ở 2 bit, ở mỗi lần nhảy tần số liệu thay đổi giữa 0 và 1. Vì tần số phát có thể thay đổi Th giây một lần nên để điều chế trực giao khoảng cách phải là ∆f = m/Tb. Trong đó m là số nguyên khác 0. Nếu ta chọn ∆f = 1/Tb và nếu bộ tổng hợp tần số tạo ra 2k tần số, độ rộng băng tần sẽ là K.∆f = K/Tb (Hz). Trong đó K = 2k+1. Độ đợi xử lý là K/2 . Khi sử dụng bộ nhân tần với hệ số nhân β ở máy phát, phân cách tần số ở đầu ra cuối cùng trở thành β.∆f và G = β.K/2 Nhảy tần chậm với điều chế M – PSK Tìm hiểu cụ thể hơn về hệ thống nhảy tần chậm ta xét ví dụ với hệ thống nhảy tần chậm với điều chế M-FSK có M = 4 và Ts = TbLog2M. Tức là trong thời gian một bước nhảy có 3 ký hiệu dữ liệu . Độ rộng băng tần lớn nhất hệ thống đạt được là 2k.M/Ts (Hz). Tương tự như hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh . Trục tần số được chia thành 2k nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác định chính xác tần số nào sẽ được phát trong đoạn nhảy tần. 2.4 Kết luận Hệ thống trải phổ nhảy tần có nhiều ưu điểm vượt trội về tốc độ chuỗi PN cũng như tốc độ xung nhịp . Hệ thống FHSS có thể hoạt động trên dải tần số rộng (cỡ GHz) hơn nhiều so với các hệ thống trải phổ dùng các kỹ thuật khác, ngoài ra tín hiệu FHSS cũng có thể trải rộng hơn nhiều so với hệt hống DSSS với cùng tốc độ đồng hồ . Tuy nhiên, hệ thống FHSS cùng còn một số hạn chế nhất định đó là tính phức tạp của bộ tổng hợp tần số dẫn đến giá thành đắt . Mặc dù hạn chế được nhiễu giao thoa nhưng hệ thống FHSS lại dễ bị thu trộm hơn hệ thống DSSS. Việc phát triển các hệ thống FHSS hiện nay đang được nghiên cứu mạnh mẽ . Tương lai sẽ có những hệ thống FHSS với tầm hoạt động trên các băng tần rộng hơn nữa. Kỹ thuật của công nghệ này sẽ ngày càng hoàn thiện, khắc phục những hạn chế hiện nay . III - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN – THSS ( Lê Văn Thanh ) 3.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian - THSS THSS_Time Hopping Spread Spectrum. Đó là hệ thống mà bit cần truyền được chia thành các khối k bit, mỗi khối được phát đi một cách ngẫu nhiên trong các cụm của các khe thời gian. Khe thời gian được chọn để phát cho mỗi cụm được định nghĩa bằng chuỗi PN nó có nhiệm vụ xác định mẫu nhảy khe thời gian Hình 3.1: Trải phổ nhảy thời gian ( THSS ) Trong đó: M là số khe thời gian T =T/M 3.2 Nguyên lý của hệ thống THSS Trong một hệ thống trải phổ nhảy thời gian số liệu được phát thành các cụm . Mỗi cụm gồm k bit số liệu và thời gian chính xác để phát mỗi cụm được xác định bởi một chuỗi mã PN. Giả sử thang thời gian được chia thành các Tgiây . Mỗi khung lại được chia tiếp thành J các khe thời gian . Vì thế mỗi khe thời gian chiếm độ rộng T= T/J giây. Biểu đồ thời gian được thể hiện như sau: Hình 3.2: Biểu đồ thời gian cho một hệ thống THSS Trong thời gian mỗi khung một nhóm k bit được phát trong Tgiây nghĩa là trong J khe thời gian. Khe thời gian sẽ được sử dụng để phát được xác định bởi chuỗi PN Mỗi bit chỉ chiếm T= T/K giây khi phát. Quan hệ giữa T, T, T được mô tả trên hình 4.2 Giả sử thời gian của một bit số liệu là T, để kịp truyền dẫn số liệu vào ta cần T=kT. Nếu các bit số liệu vào là , i là số nguyên ta có thể biểu diễn tín hiệu THSS như sau : = P(t-iT- aT-lT) Trong đó Plà xung chữ nhật đơn vị độ rộng là T giây, a là số ngẫu nhiên được xác định bởi js bit của chuỗi PN và J= 2 với i thể hiện khung i, a thể hiện số khe thời gian, l là số thứ tự bit trong cụm Số liệu được truyền ở các cụm k bit mỗi lần với mỗi bit được truyền trong khoảng T=( T/J)/k giây. Vì thế tốc độ bit khi phát cụm là 1/ T để truyền băng tần gốc có độ rộng băng tần là 1/2 T Hz. Vì bản tin có độ rộng là 1/T, độ rộng băng tần được mở rộng bởi một thừa số là ( 1/2 T)(1/2T) = ( k T)J/ T= j khi truyền dẫn băng gốc và 2j khi truyền dẫn băng thông. 3.3 Kết luận Hiện nay phần lớn các quan tâm về hệ thống SS là các ứng dụng đa truy nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn. Trong hệ thống DSSS tất cả mọi 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 tấn số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột. Như vậy FH và TH là kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó DS là kiểu hệ thống lấy trung bình. IV - CÁC HỆ THỐNG LAI GHÉP. 4.1 Giới thiệu về hệ thống lai ghép . Với các hệ thống được miêu tả ở trên thì điều chế hybrid được sử dụng để cung cấp thêm các tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thường các hệ thống tổng hợp được sử dụng như FH/DS, TH/FH, TH/DS các hệ thống tổng hợp từ hai hệ thống sẽ cung cấp thêm các đặc tính mà một hệ thống không thể có được. 4.2 Nhảy tần chuỗi trực tiếp FH/DS Hệ thống FH/DS tín hiệu điều chế DS với tần số trung tâm được chuyển dịch định kỳ phổ tần số và được minh hoạ như sau: Hình 4.1: Phổ tần số tín hiệu FH/DS. Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộng băng tần là một phần độ rộng trong rất nhiều tín hiệu trải phổ và tín hiệu xuất hiện như là sự chuyển động của tín hiệu DS băng tần khác nhờ các mẫu tín hiệu FH. Hệ thống FH/DS được sử dụng vì: Dung lượng Đa truy nhập và thiết lập địa chỉ phân tán Ghép kênh Hệ thống điều chế tổng hợp này có ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ nhịp của bộ tạo mã DS đạt giá trị cực đại và giá trị của kênh FH . Bộ phát tổng hợp như trên thực hiện chức năng điều chế DS nhờ biến đổi tần số sóng mang ( sóng mang FH là tín hiệu DS được điều chế) không giống như bộ điều chế đơn giản. Nghĩa là có một bộ tạo mã để cung cấp các mã với bộ trồn tần được sử dụng để cung cấp các dạng nhảy tần số và một bộ điều chế cân bằng để điều chế DS. Sự đồng bộ thực hiện giữa các mẫu mã FH/DS biểu thị rằng phần mẫu DS đã cho được xác định tại cùng một vị trí có tần số lúc nào cũng được truyền qua một kênh tần số nhất định . Nhìn chung thì tốc độ mã của DS phải nhanh hơn tốc độ dịch tần. Do số lượng các kênh sử dụng tần số nhỏ hơn nhiều so với số lượng các chip mã nên tất cả các kênh nằm trong tổng chiều dài mã sẽ đựơc sử dụng nhiều lần. Các kênh được sử dụng dưới dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên như trong trường hợp các mã . Bộ tương quan được sử dụng để giải điều chế tín hiệu đó được mã hoá trước khi giải điều chế băng tần gốc tại đầu thu . Bộ tương quan FH có một bộ tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín hiệu thu được . Hình 4.2: Bộ điều chế tổng hợp FH/DS Bộ tạo tín hiệu dao động nội trong bộ tương quan giống như bộ điều chế phát trừ hai điểm sau : 1. tần số trung tâm của tín hiệu dao động nội được cố định bằng độ lệch tần số trung tần (IF) . 2. Mã DS không bị biến đổi với đầu vào băng gốc . Hình 4.3: Bộ thu tổng hợp FH/DS Giá trị độ lợi xử lý dB của hệ thống tổng hợp FH/DS có thể được tính bằng độ lợi xử lý của hai loại điều chế trải phổ đó . Do đó giới hạn giao thoa trở lên lớn hơn so với hệ thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản. 4.3 Hệ thống TH/FH Hệ thống TH/FH được sử dụng rộng rãi khi muốn sử dụng nhiều thuê bao có khoảng cách xa và công suất khác nhau tại cùng một thời điểm . Với số lượng xác định địa chỉ là trung bình thì nên sử dụng một hệ thống mã đơn giản hơn là một hệ thống trải phổ đặc biệt. Khuynh hướng chung là nên tạo ra một hệ thống chuyển mạch điện thoại vô tuyến có thể chấp nhận các hoạt động cơ bản của hệ thống như là sự truy nhập ngẫu nhiên hoặc sự định vị các địa chỉ phân tán. Hình 4.4: Hệ thống thông tin hai đường với vấn đề khoảng cách Ta thấy hai đầu phát và thu đã được xác định và máy phát ở đường thông khác hoạt động như là một nguồn giao thoa khi đường thông đó được thiết lập. Sự khác nhau về khoảng cách giữa máy phát bên cạnh và máy phát thực hiện thông tin có thể gây ra nhiều vấn đề . Hệ thống này làm giảm sự giao thoa có thể chấp nhận được của hệ thống thông tin trải phổ xuống vài độ, do ảnh hưởng của khoảng cách gây ra cho tín hiệu thu không thể loại bỏ được chỉ với việc xử lý tín hiệu đơn giản mà một khoảng thời gian truyền dẫn nhất định nên được xác định để tránh chồng lấn tín hiệu tại cùng một thời điểm 4.4 Hệ thống TH/DS Hinh 4.5: Bộ phát TH/DS Hình 4.6: Bộ thu TH/DS Nếu phương pháp ghép kênh theo mã không đáp ứng được các yêu cầu giao diện đường truyền khi sử dụng hệ thống DS thì hệ thống TH được sử dụng để thay thế cung cấp một hệ thống TDM cho khả năng điều chế tín hiệu. Yêu cầu sử dụng đồng bộ nhanh với sự tương quan mã giữa các đầu cuối hệ thống DS hệ thống TH được giải quyết cho trường hợp này . KẾT LUẬN Sau một khoảng thời gian không dài, với sự cố gắng của các thành viên trong nhóm, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Viết Đảm và sự giúp đỡ của bạn bè, bản báo cáo với đề tài “Kỹ thuật trải phổ trong CDMA” đã được hoàn thành. Qua nghiên cứu bản báo cáo , chúng em đã hiểu rõ thêm về một khâu rất quan trọng của công nghệ CDMA – công nghệ cốt lõi của thế hệ 3G. Việc hoàn thành nghiên cứu đề tài này đã giúp chúng em có thêm kiến thức, tạo nền tảng vững chắc cho công việc của chúng em trong tương lai , tạo tiền đề cho việc tiếp tục nghiên cứu những vấn đề khác sâu hơn, mới hơn trong tương lai . Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Đảm đã trực tiếp giúp đỡ chúng em thực hiện báo cáo này . Xin cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ thêm về tài liệu tham khảo của bạn bè và thầy cô! Do thời gian và trình độ còn nhiều hạn chế. Bản báo cáo của chúng em chắc chắn không tránh khỏi những sai sót do khách quan và chủ quan. Chúng em mong muốn được sự chỉ bảo của các thầy cô, bạn bè để kiến thức của chúng em ngày càng vững chắc hơn! T/M nhóm- lớp H09VT9 Nhóm trưởng Hà Thị Hồng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docKỹ thuật trải phổ trong cdma.doc