Nghiên cứu các phương pháp đồng bộ mã PN trong các bộ thu trải phổ

- Võ Văn Vịnh NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG BỘ MÃ PN TRONG CÁC BỘ THU TRẢI PHỔ Chuyên ngành: Điện tử - Viễn Thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Điện tử - Viễn Thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC: 1.
- TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ……2Error! Bookmark not defined.
- CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRẢI PHỔ.
- CÁC ƯU ĐIỂM CỦA THÔNG TIN TRẢI PHỔ.
- PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ.
- CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ.
- HỆ THỐNG TRẢI PHỔ DÃY TRỰC TIẾP (DS.
- Trải phổ dãy trực tiếp tín hiệu điều chếpha nhị phân (SS/BPSK)Error! Bookmark not defined.
- Trải phổ dãy trực tiếp tín hiệu điều chế pha 4 mức (DS/QPSK)Error! Bookmark not defined.
- HỆ THỐNG TRẢI PHỔ NHẢY TẦN Error! Bookmark not defined.
- Hệ thống giải điều chế nhảy tần.
- Xét ảnh hưởng của nhiễu tới hệ thống trải phổ nhảy tần.
- TẠO TÍN HIỆU GIẢ NGẪU NHIÊN.
- BẮT ĐỒNG BỘ MÃ GIẢ NGẪU NHIÊN (PN) TRONG CÁC BỘ THU TRẢI PHỔ.
- HỆ THỐNG BẮT MÃ PN NỐI TIẾP ĐƠN BƯỚC.
- Đặc tính thời gian bắt của hệ thống khi không có hiệu ứng Đop-leError! Bookmark not defined.
- Đặc tính thời gian bắt của hệ thống khi có hiệu ứng Đốp-le Error! Bookmark not defined.
- HỆ THỐNG BẮT MÃ PN NỐI TIẾP ĐA BƯỚC.
- BÁM ĐỒNG BỘ MÃ GIẢ NGẪU NHIÊN (PN) TRONG CÁC BỘ THU TRẢI PHỔ.
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC BẢNG TRA CƯU CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt ADPCM Adaptive Differential Pluse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai AGC Automatic gain Control Tự động điều chế chỉnh hệ số khuyếch đại AWGN Add – White Gausian Noise Tạp âm Gauss-trắng-cộng BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông giải BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhi phân BS Base Station Trạm gốc BW BandWidth Độ rộng băng tần CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DF Direction Fider Định hướng DLL Delay-Locked Loop Vòng khoá trễ ADSL Asymetric digital sudscriber line Đường dây thue bao số bất đối xứng PN Pseudo noise Giả ngẫu nhiê MC Multicarrier Đa sóng mang MRA Multiresotion analysis Phân tich đa phân giải DS Direct sequence Dãy trực tiếp DSP Digitalsignal prosessor Bộ xử lí tín hiệu MF Matched Lọc phù hợp Mbps Mega bit per second Triệu bit/s ICI Inter channel interference giao thoa liên kênh SR Stored Reference Chuẩn lưu trữ TR Transmitted Reference Phát chuẩn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1.
- Cấu hình hệ thống trải phổ Hình 1.2 Khả năng chống nhiểu của kỹ thuật trải phổ.
- Trải phổ dãy trực tiếp đơn giản nhất Error! Bookmark not defined.
- Mật độ phổ công suất tín hiệu trước và sau khi trải phổError! Bookmark not deHình 2.3(a).
- Hệ thống trải phổ với ảnh hưởng của nhiễuError! Bookmark not defined.
- Trải phổ dãy trực tiếp điều pha 4 mứcError! Bookmark not defined.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần.
- Đồ thị phỏng theo thời gian tín hiệu nhảy tần nhanhError! Bookmark not defineHình 2.9.
- Đồ thị phổ theo thời gian tín hiệu nhảy tần chậmError! Bookmark not defined.Hình 2.10.
- Giải điều chế tín hiệu MFSK.
- Hàm tự tương quan và đồ thị thời gian tín hiệu ngẫu nhiênError! Bookmark notHình 3.2.
- Tạo tín hiệu giã ngẫu nhiên bằng bộ ghi dịchError! Bookmark not defined.
- Hệ thống đánh giá pha và tần số.
- Hệ thống đồng bộ nối tiếp N- bước dò tìm ½ chipError! Bookmark not definedHình 4.9.
- Hệ thống bắt đồng bộ lọc phù hợp thông dảiError! Bookmark not defined.
- Hình 4.13.
- Hệ thống bắt đồng bộ lọc phù hợp thông thấpError! Bookmark not defined.
- Hình 4.14.
- Hình 5.10.
- Hình 5.11.
- Hình 5.12.
- Hình 5.13.
- Một trong các hệ thống thông tin có nhiều ưu điểm có thể thoả mạn những yêu cầu đó là hệ thống thông tin trải phổ, với nhiều ứng dụng thực tế trong thông tin di động, vệ tịnh đo lường, định vị...Tại Việt Nam thông tin trải phổ cúng đã được triển khai sử dụng, thử nghiệm và có kế hoạch phát triển đến năm 2020.
- Đó chính là ý nghĩa khoa học và tính thực tiển của đề tài “Nghiên cứu các phương pháp đồng bộ mã PN trong các bộ thu trải phổ”.
- Bản luận văn nghiên cứu thông tin trải phổ, đi sau xem xét một nội dung cơ bản là các phương pháp đồng bộ cho tín hiệu trải phổ, vấn đề quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống.
- Hà nội, ngày 26 tháng 03 năm 2012 Tác giả Võ Văn Vịnh 2Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 1.1.
- KHÁI NIỆM Xuất phát từ nhu cầu nâng cao khả năng chống nhiễu và nâng cao tính bảo mật, từ những năm 50 kỹ thuật thông tin trải phổ đã được sử dụng trong thông tin liên lạc cho mục đích quân sự cuối những năm 90 các hệ thống thông tin vô tuyến phát triển mạnh mẽ các băng tần vô tuyến hầu như chật chội, ngày càng nảy sinh các hiện tượng cao nhiễu, giao thoa giữa các hệ thống.
- Trong điều kiện các tham số của môi trường truyền dẫn biến đổi ngẫu nhiên do các tác động bên ngoài, hiện tượng che khuất phản xạ gây ra hiện tượng truyền lan nhiều tia làm ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu dưới dạng fading.
- Hạn chế ảnh hưởng của fading là một mục tiêu quan trọng của các công trình nghiên cứu lý thuyết như: điều chế, mã hóa, cân bằng…Một trong những thành tựu quan trọng là phát triển và đưa kĩ thuật trải phổ vào ứng dụng trong thông tin thương mại, mở ra một hướng phát triển mới.
- Có thể được điều chế, tạo ra tín hiệu giao thoa với các tín hiệu đang cùng hoạt động trong một băng tần nhưng máy thu vẫn tách được tín hiệu mong muốn với đặc tính chất lượng lỗ nhất định.
- Để thực hiện được điều đó, điều chế trải phổ phải giảm mật đé phổ công suất phát xuống dưới mức nhiễu nhiệt của bất cứ máy thu nào.
- Hệ thống trải phổ có đặc điểm.
- Tín hiệu sau trải phổ chiếm băng thông có độ rộng lớn gấp nhiều lần tối thiểu cần thiết để truyền thông tin.
- Sự trải phổ được thực hiện bởi Mã trải phổ độc lập với dữ liệu - Tại phía thu tín hiệu ban đầu khôi phục lại bằng phép nén phổ tín hiệu thu được khi dùng phép tương quan nó với bản sao của tín hiệu trải phổ tạo ra ở bên thu đồng bộ với phía phát.
- Trong thực tế, một số kĩ thuật điều chế khác như điều tần, điều xung mã cũng sử dụng độ rộng băng tần truyền dẫn lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết cho số liệu nhưng không thỏa mãn các yêu cầu trên nên cũng không được coi là kỹ thuật trải phổ.
- Trong thực tế kỹ thuật trải phổ tín hiệu đã được ứng dụng để.
- Xây dựng các hệ thống thông tin có tính chống nhiễu cao 3- Ứng dụng trong định vị và do tốc độ với độ chính xác tỉ lệ với độ rộng tín hiệu trải phổ - Thực hiện thông tin có độ bảo mật cao, tỉ lệ với hệ số trải phổ - Tăng dung lượng thông tin, tỉ lệ với hệ số trải phổ 1.2.
- CẤU HÌNH HỆ THỐNG TRẢI PHỔ Về cơ bản, hệ thống trải phổ có thể được phân ra 3 loại cấu hình cho như hình 1.1.
- Ta thấy chúng có chung đặc điểm là bộ phát và bộ thu hoạt động đồng bộ với việc sử dụng chung một tập tín hiệu xuất hiện ngẫu nhiên.
- Hệ thống chuẩn phát: (TR, Transmitted Rerence).
- Hệ thống này thực hiện việc phát đồng thời 2 dải băng tần rộng, một là tín hiệu đã bị điều chế bởi dữ liệu x(t) và tín hiệu chưa bị điều chế r(t).
- Như trong hình 1.1.(a), các tín hiệu này được khôi phục riêng rẽ tại đầu thu và đưa vào bộ tách sóng tương quan để lấy lại dữ liệu bị điều chế.
- Hệ thống chuẩn lưu trữ: (SR, stored Reference) đòi hỏi hai tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng giống hệt nhau được tạo ra một cách độc lập cả đầu phát và đầu thu.
- Việc tạo ra mã trải phổ sẽ làm mã không mang tính ngẫu nhiên mặc dù nó có tính ngẫu nhiên đối với các thiết bị các hệ thống.
- Các tín hiệu xác định xuất hiện ngẫu nhiên này được gọi là các tín hiệu gi¶ ngÉu nhiên hay giả tạp âm trắng (Gaussian) 3.
- Hệ thống tập lọc phù hợp: (MF, Matched Filter) thực hiện việc phát tín hiệu có độ rộng băng tần lớn nhờ một bộ lọc xung có đáp ứng xung dài, rộng và bị điều khiển giả ngẫu nhiên (hình 1.1.c).
- Việc tách sóng tín hiệu tại đầu thu được thực hiện nhờ vào một bộ lọc phù hợp có cùng tính giả ngẫu nhiên, điều khiển đồng bộ để thực hiện các phép tương quan.
- Các cấu hình hệ thống trải phổ Hệ thống chuẩn phát (TR) có một số đặc điểm cơ bản sau: Hệ thống dễ bị làm nhiễu khi kẻ gây nhiễu phát đi cặp tín hiệu phù hợp mà bộ thu nhận được.
- Chất lượng thông tin kém khi mức tín hiệu yếu .Vì yếu và giao thoa ảnh hưởng đến cả hai tín hiệu để thực hiện tách sóng tương quan chéo t¹i đầu thu.
- Dữ liệu dÔ dàng bị đánh cắp khi kẻ nghe trộm thu được cặp tín hiệu - Hệ thống này đòi hỏi dải tần làm việc gấp hai vì phải phát hai tín hiệu băng rộng đồng thời.
- Đầu ra của bộ tạo tín hiệu mã trải phổ thường được kí hiệu là c (t) và nó quyết định băng tần cơ bản của tín hiệu trải phổ.
- Sau đây là dạng trải phổ cơ bản: 1.
- ()pnwt T−∑ (1.1) Đặc điểm của dạng tín hiệu này là bị giới hạn bởi sự ghi nhớ dạng sang ghi sẵn tại bộ phát và bộ thu.
- Tín hiệu điều chế nhảy tần có dạng: c(t.
- Sóng trải phổ dãy trực tiếp có dạng c(t.
- Có 3 phương pháp hay được sử dụng để ghép dữ liệu d(t) với tín hiệu trải phổn c(t) tạo ra tín hiệu trải phổ x(t) như sau: 1.Điều chế bằng phép nhân: Sử dụng rộng rãi các hệ thống mới, tín hiệu trải phổ bằng phương pháp điều chế nhân có dạng: 6 X(t.
- Re {}(w )().().cTjtdt ct e+∅ (1.5) Phương pháp này được dùng với dữ liệu điều chế pha nhị phân tạo ra tín hiệu trải phổ dãy trực tiếp hay dữ liệu điều chế tần số trong tín hiệu trải phổ nhảy tần (FH) 2.
- Điều chế trễ: Được dùng trong một vài hệ thống trải phổ đầu tiên và dùng cho trải phổ nhảy thời gian (th), Tín hiệu có.
- Điều chế (chuyển mạch) độc lập: Dạng tín hiệu trải phổ là: {}(w.
- (1.7) Dấu hiệu được lượng tử hóa thành M mức, tạo thành M tín hiệu điều chế trải phổ ()()dct riêng biệt (d = 1,2,…,M).
- CÁC ƯU ĐIỂM CỦA THÔNG TIN TRẢI PHỔ 1.3.1.
- Khả năng triệt nhiễu Tạp âm trắng Gaussian là một mô hình toán học, theo định nghĩa có phổ năng lượng phân bố đều vô hạn trên tất cả các tần số, song chỉ có các thành phần tạp âm có mặt trong không gian tín hiệu mới gây ảnh hưởng có hại.
- Điều này có nghĩa là với một tín hiệu băng hẹp, chỉ có các thành phần tạp âm trong độ rộng băng tín hiệu mới ảnh hưởng đến chất lượng thông tin.
- Với hệ thống trải phổ chống nhiễu có nhiều tọa độ tín hiệu trực giao để thiết lập liên kết thông tin tuy nhiên tại một thời điểm chỉ có một tập con nhỏ của các tọa độ tín hiệu này được sử dụng.
- Chúng ta giả sử rằng phía gây nhiễu không xác định được tập tín hiệu con nào hiện đang được sử dụng, với các tín hiệu có độ rộng băng W và thời gian tồn tại là T, số các phân lượng phổ sẽ xấp xỉ là 2WT.
- Việc trải rộng phổ sẽ không có ý nghĩa đối với tạp âm trắng Gaussian với năng lượng vô hạn, tuy nhiên khi tạp âm được tạo ra từ phía gây nhiễu với công suất cố định và lại không biết chắc chắn tập con tín hiệu nào liên kết thông tin đang sử dụng, để đạt hiệu quả, phía gây nhiễu phải chọn một trong hai chiến thuật 71.
- Gây nhiễu tất cả các tọa độ tín hiệu của hệ thống, với năng lượng gây nhiễu như nhau đối với mỗi tọa độ.
- Điều này sẽ dẫn tới mỗi tọa độ tín hiệu chỉ bị nhiễu với công suất nhiễu nhỏ.
- Gây nhiễu một số ít các tọa độ để tăng công suất tại các tọa độ đó Mật độ phổ năng lượng của tín hiệu trước khi trải phổ được kí hiệu là G(f) và sau khi trải phổ là Gss(f), dải tần tín hiệu trước và sau trải phổ là W và Wss.
- Trong hình 1.2a, mật độ phổ công suất của tạp âm trắng là No không thay đổi theo sự trải độ rộng băng của tín hiệu từ W sang Wss G( f )wTröôùc khi traûi phoåNO G ( f )wSau khi traûi phoåSSSSNO G ( f)wCh oïn gaây nhieãu 1SSSSJ =J/W=J (W/W )OOSS G ( f )wCh oïn gaây nhieãu 2SSSSJ /PO Hình 1.2.
- Khả năng chống nhiễu của kĩ thuật trải phổ Do công suất trung bình của tạp âm trắng là vô cùng do đó sự trải phổ ở đây không cho phép cải thiện đặc tính của hệ thống.
- Tuy nhiên với lựa chọn 2, phía gây nhiễu có thể tăng mật độ phổ tạp âm nhiễu của nó từ Jo tới Jo/p, trong đó p là một phần của băng trải phổ được phÝa gây nhiễu chọn để gây nhiễu (01p≤≤).Rõ ràng trong trường hợp này nếu phía gây nhiễu chọn các tọa độ tín hiệu để gây nhiễu mà không hợp lý thì hiệu quả trung bình của việc gây nhiễu sẽ rất kém.
- Lựa chọn thø hai dẫn đến giảm số tọa độ tín hiệu bị gây nhiễu.
- Tính chất này được gọi là xác suất tách song thấp (low probability of intercept…)cũng vì lý do đó mà trải phổ tín hiệu không những chỉ hạn chế được nhiễu mà sự tồn tại của tín hiệu cũng khó mà phát hiện được.
- Với bất kì máy thu nào không có bản sao được đồng bộ của mã trải phổ thì tín hiệu trải phổ dường như bị chìm trong nhiễu.
- Trong nhiều trường hợp để thỏa mãn các công ước quốc tế về mật độ phổ, sử dụng trải phổ cho phép trải phổ năng lượng trên độ rộng bằng lớn, dẫn đến giảm mật độ phổ trung bình mà vẫn đảm bảo công suất phát do đó cho phép cải thiện đặc tính của hệ thống.
- Đây cũng là một ứng dụng của kĩ thuật trải phổ.
- Khả năng đa truy cập Tín hiệu trải phổ có tính chống nhiễu cao đối với các tín hiệu nhiễu cùng phát đi mà không có mã trải phổ giống mã trải phổ đã dùng để điều chế tín hiệu.
- Ở đây nhiễu bao hàm cả các nhiễu độc lập tức là các nhiễu trong tự nhiên và cả ảnh hưởng của các tín hiệu phát đi trên cùng băng tần của kênh thông tin trải phổ khác.
- Một khả năng hữu ích của hệ thống trải phổ chống nhiễu là nền tảng cho thiết kế hệ thống đa truy cập, bởi vì một số hệ thống trải phổ có thể cùng làm việc trên cùng một băng tần, kênh thông tin trải phổ này coi tín hiệu kênh kia như là nhiễu với công suất năng lượng tín hiệu xấp xỉ với công suất năng lượng mà nó cần thu.
- Người ta gọi phương pháp đa truy cập này là đa truy cập trải phổ (SSMA) hoặc thông thường hơn là đa truy cập theo mã (CDMA)

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt