Nghiên cứu kỹ thuật trải phổ và ứng dụng

- 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ.
- Nguyên lý trải phổ.
- Hệ thống trải phổ chuẩn phát (Transmitted Reference.
- Hệ thống trải phổ chuẩn lưu giữ (Stored Reference.
- Những hệ thống trải phổ.
- Các đặc điểm của thông tin trải phổ.
- 11 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG.
- Hệ thống thông tin trải phổ dãy trực tiếp.
- 16 2.3.1.Hệ thống DS/SS-BPSK.
- 18 2.3.2.Hệ thống DS/SS-QPSK.
- 22 2.3.3.Hệ thống DS/SS-CDMA.
- Hệ thống thông tin trải phổ nhảy tần.
- Máy thu trải phổ nhảy tần.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm.
- Hệ thống thông tin trải phổ nhảy thời gian.
- Nguyên lí hệ thống trải phổ nhảy thời gian.
- 43 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ.
- Thủ tục thu phát tín hiệu.
- Tách tín hiệu thoại.
- Giới thiệu sơ lược về hệ thống.
- Hệ thống MC-CDMA.
- Cấu hình các hệ thống thông tin trải phổ.
- 5 Hình 1.3.Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS.
- Trải phổ nhảy tần (FH/SS.
- Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS.
- Nguyên lý thông tin trải phổ.
- Mô hình hệ thống DS/SS-CDMA.
- Nguyên lý bắt mã PN ở hệ thống DS/SS-CDMA.
- 34 Hình 2.15 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh với Tb = 3Th.
- Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh với điều chế 4-FSK.
- Trải phổ nhảy thời gian ( TH/SS.
- 41 Hình 3.1.Sơ đồ thu phát tín hiệu CDMA.
- 54 Hình 3.5.Sơ đồ khối của hệ thống DS-CDMA.
- 56 Hình 3.7.Hệ thống DS-CDMA : (a) Bộ phát.
- (b) Phổ công suất của tín hiệu phát.
- Những mục đích này có thể đạt được nhờ trải phổ tín hiệu.
- Ngoài ra, kỹ thuật trải phổ được ứng dụng trong nhiều công nghệ quan trọng khác.
- Ngoài ứng dụng của kỹ thuật trải phổ cho các hệ thống trên thì đối với hệ thống thông tin động ứng dụng của kỹ thuật trải phổ được áp dụng cho các hệ thống 3G, và nhiều hệ thống khác trong tương lai.
- Luận văn bao gồm ba chương chính: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TRẢI PHỔ Lời cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách Khoa Nội đã giúp đỡ thực hiện luận văn này .
- 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ Chương này trình bày tổng quan về kỹ thuật trải phổ, giới thiệu nguyên lý trải phổ, các hệ thống trải phổ trong hệ thống thông tin và một số hệ thống trải phổ cơ bản.
- 1.1.Giới thiệu Hơn nửa thế kỷ, kỹ thuật trải phổ được sử dụng trong quân đội, mục đích chủ yếu chính là: Chống nhiễu, chống nghe trộm bằng cách trải rộng phổ tín hiệu.
- Hiện tại, công nghệ CDMA dựa trên ứng dụng nguyên lý kỹ thuật trải phổ được sử dụng rộng rãi trong thông tin di động trên phạm vi toàn cầu và đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn công nghệ tương tự và các công nghệ số nên kỹ thuật trải phổ phục vụ được số lượng thuê bao đa truy nhập lớn hơn hơn nhiều các kỹ thuật đó.
- Các mạng thông tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật trải phổ cũng có tính chất quan trọng như: Điều khiển công suất nhanh chóng và chính xác, tái sử dụng tần số, cho phép chuyển vùng mềm giữa các trạm gốc, đảm bảo truyền dẫn chất lượng cao và giảm fading đường truyền.
- 1.2.Nguyên lý trải phổ Kỹ thuật trải phổ là một kỹ thuật thông tin vô tuyến sử dụng băng thông truyền dẫn gấp nhiều lần so với băng thông của tín hiệu cần truyền hoặc so với tốc độ số liệu.
- Khi chỉ có một người sử dụng trong dải tần trải phổ thì không có hiệu quả khi sử dụng.
- Nhưng trong trường hợp nhiều người sử dụng, những người sử dụng này có thể dùng chung một dải tần trải phổ và như vậy hệ thống sẽ sử dụng dải tần có hiệu quả mà vẫn duy trì được các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ.
- Hình 1.1 trình bày Cấu hình các hệ thống thông tin trải phổ.
- Cấu hình các hệ thống thông tin trải phổ[1] Để định nghĩa một hệ thống là hệ thống trải phổ nếu nó thoả mãn các điều kiện: Được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu khi trải phổ, để phát thông tin 4 tín hiệu phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết và phía thu nén phổ để khôi phục lại tín hiệu ban đầu được thực hiện bằng sự tương quan giữa tín hiệu thu được và bản sao được đồng bộ của tín hiệu trải phổ (mã trải phổ ) đã được sử dụng ở phía phát.
- Ta có ba hệ thống trải phổ khác nhau mà có thể sử dụng để đảm bảo cho máy thu và máy phát hoạt động đồng bộ với cùng một tập các tín hiệu ngẫu nhiên.
- 1.2.1.Hệ thống trải phổ chuẩn phát (Transmitted Reference) Trong hệ thống ở hình 1.1.a máy phát có thể truyền đi hai trạng thái của sóng mang băng rộng: một sóng mang bị điều chế và một sóng mang không bị điều chế bởi dữ liệu.
- Hệ thống trải phổ chuẩn phát có các nhược điểm.
- Dễ bị nghe trộm (mã trải phổ phát công khai.
- Hiệu quả bị giảm khi bị mức tín hiệu nhỏ do tạp âm tồn tại trên cả hai tín hiệu - Dễ bị nhiễu khi phát đi một cặp tín hiệu có thể chấp nhận được phù hợp với phía thu - Độ rộng dải tần và công suất tăng hai lần vì phải phát hai tín hiệu băng rộng đồng thời 1.2.2.Hệ thống trải phổ chuẩn lưu giữ (Stored Reference) Hệ thống trải phổ chuẩn lưu giữ, tín hiệu trải phổ được tạo ra độc lập tại cả phía thu và phía phát.
- Tín hiệu mã trải phổ ở đây được thiết kế tốt, không xác định được bằng cách giám sát quá trình truyền dẫn.
- Tín hiệu mã trải phổ giả tạp âm trong hệ thống trải phổ chuẩn lưu giữ không thể thực sự ngẫu nhiên như trong hệ thống chuẩn phát trước đó vì mã trải phổ giống nhau cần được tạo ra độc lập tại nhiều vị 5 trí, chuỗi mã trải phổ cần được xác định được mặc dù sự xuất hiện của nó là ngẫu nhiên hóa đối với các đối tượng trái phép.
- Ta có thể thấy được vị trí của trải phổ trong hệ thống viễn thông số khối trải phổ nằm sau quá trình điều chế và trước đa truy nhập, vị trí của trải phổ và điều chế, nén phổ, giải điều chế tương ứng có thể đổi lẫn cho nhau..
- Đó là sự khác nhau giữa hệ thống không sử dụng trải phổ và hệ thống trải phổ.
- Những hệ thống trải phổ Trong một hệ thống thông tin, một tín hiệu với độ rộng băng tần: W và thời gian tồn tại: T thì không gian phổ của tín hiệu này xấp xỉ là 2WT .
- Để trải rộng phổ của tín hiệu này có hai phương pháp: Phương pháp 1: Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số ở trải phổ dãy trực tiếp và trải phổ nhảy tần Phương pháp 2: Tăng giá trị của T bằng trải phổ trong miền thời gian ở trải phổ nhảy thời gian Theo 2 phương pháp trên chúng ta có ba kiểu trải phổ cơ bản.
- Trải phổ dãy trực tiếp DS/SS (Direct Sequence Spreading Spectrum.
- Trải phổ nhảy tần FH/SS (Frequency Hopping Spreading Spectrum.
- Trải phổ nhảy thời gian TH/SS (Time Hopping Spreading Spectrum).
- 7 Hình 1.3.Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS) Hệ thống dãy trực tiếp, trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ chip cao hơn nhiều tốc độ bit của luồng số cần phát.
- Rc=1/Tc và Rb=1/Tb Kí hiệu: Tn: Chu kỳ của mã giả ngẫu nhiên dùng cho trải phổ.
- Tc:Thời gian một chip của mã trải phổ.
- Hệ thống nhảy tần, trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập các tần số.
- Trải phổ nhảy tần (FH/SS) Hình 1.5.
- Trải phổ nhảy thời gian (TH/SS) Hệ thống nhảy thời gian, trải phổ bằng cách một khối các bit số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian.
- Điều đáng quan tâm về các hệ thống trải phổ hiện nay là các ứng dụng đa truy nhập mà nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng băng tần truyền dẫn.
- Trong hệ thống trải phổ dãy trực tiếp, tất cả người sử dụng dùng chung một dải tần và phát tín hiệu đồng thời.
- Trong các hệ thống trải phổ nhảy tần và trải phổ nhảy thời gian, 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 cho nên các máy phát sẽ tránh được xung đột.
- Như vậy, trải phổ nhảy nhảy tần và trải phổ nhảy thời gianlà kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó trải phổ dãy trực tiếplà kiểu hệ thống lấy trung bình.
- Các đặc điểm của thông tin trải phổ a.
- Việc tương quan tín hiệu thu với dãy mã trải phổ ứng với một người sử dụng sẽ làm cho phổ tín hiệu của người sử dụng co lại trong khi các tín hỉệu của người khác vẫn bị trải rộng trên dải tần truyền dẫn.
- Nguyên lý thông tin trải phổ Trong đó Hình a trình bày hai tín hiệu dải hẹp có cùng băng thông được phát đi tới hai người dùng.
- Hình b trình bày hai tín hiệu trải phổ từ các tín hiệu băng hẹp.
- Bảo mật Tín hiệu truyền đi trong cùng băng tần chỉ được nén phổ và khôi phục lại khi phía máy thu có mã trải phổ đã dùng cho tín hiệu đó ở phía máy phát.
- Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần giống với băng tần của máy thu sẽ trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu sẽ bị giảm xuống.
- Tín hiệu trải phổ phía máy thu nén phổ trong khi nhiễu băng hẹp lại bị trải phổ, làm xuất hiện như tạp âm nền so với tín hiệu mong muốn.
- Xác xuất phát hiện thấp Do mật độ công xuất của tín hiệu trải phổ thấp nên tín hiệu trải phổ khó bị phát hiện bởi một máy thu không mong muốn.
- Kết luận chương Trong chương này chúng ta đã tổng quan về kỹ thuật trải phổ, giới thiệu về kỹ thuật trải phổ và các ứng dụng của kỹ thuật trải phổ trong lĩnh vực quân sự với tính chất bảo mật .
- Ứng dụng trong hệ thống thông tin di động nhất là các hệ thống 3G cũng được áp dụng kỹ thuật trải phổ.
- 12 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Chương này trình bày về kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin di động, mã sử dụng trong kỹ thuật trải phổ và trình bày sâu hơn về các hệ thống thông tin trải phổ.
- Hàm tự tương quan Từ đồ thị, trong một chu kỳ T0 có nhận xét là hàm tự tương quan giữa tín hiểu trải phổ và tín hiệu đó dịch đi một khoảng ít nhất là Tc đã cho Rx.
- Hàm trực giao Các hàm trực giao sử dụng để cải thiện hiệu suất băng tần của hệ thống trải phổ.
- Trong hệ thống thông tin di động CDMA các hàm Walsh được dùng để tạo mã trải phổ hoặc tạo ra các ký hiệu trực giao .
- Hệ thống thông tin trải phổ dãy trực tiếp Trong kỹ thuật trải phổ dãy trực thay vì phát đi một bit số liệu bên phát sẽ phải phát đi một chuỗi bit hay có thể coi là một từ mã.
- Đối với kỹ thuật trải phổ bên phía phát có thể gửi một từ mã gồm 8 chip ví dụ 11111010 trong một giây làm băng thông đòi hỏi ít nhất phải là 8Hz .
- Nếu có một trạm khác muốn sử dụng cùng một băng tần 8Hz nó có thể làm được điều đó khi nó sử dụng một từ mã khác để trải phổ các bit thông tin của nó.
- Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp phức tạp song cũng sử dụng nguyên lý chung nhằm trải rộng phổ của tín hiệu ra.
- Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp sử dụng cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu giả ngẫu nhiên trực tiếp.
- Tín hiệu trải phổ sẽ có bề rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên .
- Nhờ sự ngẫu nhiên của mã trải phổ mà hệ thống trải phổ dãy trực tiếp có nhiều ưu điểm như khả năng bảo mật, chống nhiễu cao, cho kết quả thông tin chuẩn thực, tỷ lệ lỗi bit thấp trong khi chỉ cần SNR nhỏ.
- Nhưng đây là hệ thống phức tạp đòi hỏi việc đồng bộ chính xác dãy mã trải phổ thu được với dãy mã phía máy phát, dẫn đến đòi hỏi một máy thu phức tạp.
- Do đó tốc độ mã không nâng cao được và băng tần trải phổ đạt được không lớn.
- Các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp thường sử dụng điều chế BPSK và QPSK.
- PT là hàm xung đơn vị được xác định: PT(t)= 1 nếu 0t0 or sau bộ nhân thu được: Như vậy sau khi nhân, tín hiệu luồng thứ nhất được nén phổ còn tín hiệu các luồng khác sẽ bị trải phổ.
- 2.4.Quá trình giải mã ở phía thu Kỹ thuật trải phổ trực tiếp DS/SS rất phức tạp, máy thu thu được cần một sự đồng bộ chính xác dãy mã trải phổ thu được với dãy mã ở máy phát.
- Tín hiệu thu r(t)=Ab(t-)c(t-)cos(2fc(t

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