TRÕNH QËC BẪO 10 http://www.ebooks.vdcmedia.com CHÛÚNG II K thåt trẫi phưí 2.1 - Múã àêìu ÚÃ cấc hïå thưëng thưng tin thưng thûúâng, àưå rưång bùng têìn lâ vêën àïì quan têm chđnh vâ cấc hïå thưëng nây àûúåc thiïët kïë àïí sûã dng câng đt àưå rưång bùng têìn câng tưët. Tuy nhiïn, úã hïå thưëng thưng tin trẫi phưí, àưå rưång bùng têìn ca tđn hiïåu àûúåc múã rưång, thưng thûúâng hâng trùm lêìn trûúác khi phất. Khi chó cố mưåt ngûúâi sûã dng trong bùng têìn SS, sûã dng bùng têìn nhû vêåy khưng hiïåu quẫ. Nhûng úã mưi trûúâng nhiïìu ngûúâi sûã dng, hổ cố thïí sûã dng chung mưåt bùng têìn SS (Spread Spectrum - Trẫi Phưí) vâ hïå thưëng trúã nïn sûã dng bùng têìn cố hiïåu sët mâ vêỵn duy trò àûúåc cấc ûu àiïím ca trẫi phưí. Tốm lẩi, mưåt hïå thưëng thưng tin sưë àûúåc coi lâ trẫi phưí nïëu: + Tđn hiïåu àûúåc phất chiïëm àưå rưång bùng têìn lúán hún àưå rưång bùng têìn tưëi thiïíu cêìn thiïët. + Trẫi phưí àûúåc thûåc hiïån bùçng mưåt mậ àưåc lêåp vúái sưë liïåu. Cố ba kiïíu hïå thưëng thưng tin trẫi phưí cú bẫn: + Trẫi phưí chỵi trûåc tiïëp (DS/SS - Direct Sequence Spread Spectrum) + Trẫi phưí nhẫy têìn (FH/SS - Frequency Hopping Spread Spectrum) + Trẫi phưí dõch thúâi gian (TH/SS - Time Hopping Spread Spectrum) 2.2 - Hïå thưëng trẫi phưí trûåc tiïëp (DS/SS) Hïå thưëng DS/SS àẩt àûúåc trẫi phưí bùçng cấch nhên tđn hiïåu ngìn vúái tđn hiïåu giẫ ngêỵu nhiïn. úã hïå thưëng DS/SS nhiïìu ngûúâi sûã dng cng dng chung mưåt bùng têìn vâ phất tđn hiïåu ca hổ àưìng thúâi. Mấy thu sûã dng tđn hiïåu giẫ ngêỵu nhiïn chđnh xấc àïí lêëy tđn hiïåu mong mën bùçng cấch giẫi trẫi phưí. Àêy lâ TRÕNH QËC BẪO 11 http://www.ebooks.vdcmedia.com hïå thưëng àûúåc biïët àïën nhiïìu nhêët trong cấc hïå thưëng thưng tin trẫi phưí. Chng cố dẩng tûúng àưëi àún giẫn vò chng khưng u cêìu tđnh ưín àõnh nhanh hóåc tưëc àưå tưíng húåp têìn sưë cao. 2.2.1. Cấc hïå thưëng DS/SS - BPSK a/ Mấy phất DS/SS - BPSK Ta cố thïí biïíu diïỵn cấc bẫn tin nhêån cấc giấ trõ (1 nhû sau: trong àố bk = ( 1 lâ bit sưë liïåu thûá k vâ T lâ àưå rưång xung (tưëc àưå sưë liïåu lâ 1/T bit/s). Tđn hiïåu b(t) àûúåc trẫi phưí bùçng tđn hiïåu PN c(t) bùçng cấch nhên hai tđn hiïåu nây vúái nhau. Tđn hiïåu nhêån àûúåc b(t).c(t) sau àố sệ àûúåc àiïìu chïë cho sống mang sûã dng BPSK, cho ta tđn hiïåu DS/SS - BPSK xấc àõnh theo cưng thûác: s(t) = Ab(t).c(t)cos(2 Π f c t + θ ) (2.2) trong àố A lâ biïn àưå, fc têìn sưë sống mang, ( lâ pha ca sống mang. Trong rêët nhiïìu ûáng dng mưåt bẫn tin bùçng mưåt chu k ca tđn hiïåu PN, nghơa lâ T = NTc. Trong trûúâng húåp hònh 2.1 ta sûã dng N = 7.Ta cố thïí thêëy rùçng tđch ca b(t).c(t) cng lâ mưåt tđn hiïåu cú sưë hai cố biïn àưå lâ (1, cố cng têìn sưë vúái tđn hiïåu PN. )1.2()kTt(b)t(b k Tk∑ ∞ −∞= −= Π TRÕNH QËC BẪO 12 http://www.ebooks.vdcmedia.com b/ Mấy thu DS/SS - BPSK Mc àđch ca mấy thu lâ lêëy ra ra bẫn tin b(t) (sưë liïåu {bi} tûâ tđn hiïåu thu àûúåc bao gưìm cẫ tđn hiïåu àûúåc phất cưång vúái tẩp êm). Do tưìn tẩi trïỵ truìn lan ( nïn tđn hiïåu thu àûúåc lâ: s(t - τ ) = Ab(t - τ ).c(t - τ )cos[2 Π f c (t - τ ) + θ ' ] + n(t) (2.3) trong àố n(t) lâ tẩp êm ca kïnh vâ àêìu vâo mấy thu. Àïí mư tẫ lẩi quấ trònh khưi phc lẩi bẫn tin ta giẫ thiïët khưng cố tẩp êm. Trûúác hïët tđn hiïåu àûúåc giẫi trẫi phưí àïí àûa tûâ bùng têìn rưång vïì bùng têìn hểp sau àố nố àûúåc giẫi àiïìu chïë àïí nhêån àûúåc tđn hiïåu bùng gưëc. Àïí giẫi trẫi phưí, tđn hiïåu thu àûúåc nhên vúái tđn hiïåu (àưìng bưå) PN(t - () àûúåc tẩo ra úã mấy thu. Ta àûúåc: w(t) = Ab(t - τ )c 2 (t - τ )cos(2 Π f c t+ θ ' ) = Ab(t - τ )cos(2 Π f c + θ ' ) (2.4) TRÕNH QËC BẪO 13 http://www.ebooks.vdcmedia.com Vò c(t) = (1 trong àố (' = ( - 2(fc( . Tđn hiïåu nhêån àûúåc lâ mưåt tđn hiïåu bùng hểp vúái àưå rưång bùng têìn lâ 2/T. Àïí giẫi àiïìu chïë ta giẫ thiïët rùçng mấy thu biïët àûúåc pha (' vâ têìn sưë fc cng nhû àiïím khúãi àêìu ca tûâng bit. Mưåt bưå giẫi àiïìu chïë bao gưìm mưåt bưå tûúng quan, ài sau lâ mưåt thiết bõ àấnh giấ ngûúäng. Àïí tấch ra bit sưë liïåu thûá i, bưå tûúng quan phẫi tđnh toấn TRÕNH QËC BẪO 14 http://www.ebooks.vdcmedia.com trong àố ti = iT + ( lâ thúâi àiïím bùỉt àêìu ca bit thûá i. Vò b(t - () lâ +1 hóåc -1 trong thúâi gian mưåt bit. Thânh phêìn thûá nhêët tđch phên sệ cho ta T hóåc -T. Thânh phêìn thûá hai lâ thânh phêìn nhên àưi têìn sưë nïn sau tđch phên bùçng 0. Vêåy kïët quẫ cho lâ AT/2 hóåc -AT/2. Cho kïët quẫ nây qua thiïët bõ àấnh giấ ngûúäng ta àûúåc àêìu ra lâ cú sưë hai. Ngoâi thânh phêìn tđn hiïåu (AT/2, àêìu ra ca bưå tđch phên cng cố tẩp êm nïn cố thïí gêy ra lưỵi. Tđn hiïåu PN àống vai trô nhû mưåt mậ àậ biïët trûúác úã mấy thu ch àõnh do àố nố cố thïí khưi phc bẫn tin, côn vúái cấc mấy thu khấc thò nhòn thêëy mưåt tđn hiïåu ngêỵu nhiïn (1). Àïí mấy thu cố thïí khưi phc àûúåc bẫn tin thò mấy thu phẫi àưìng bưå vúái tđn hiïåu thu àûúåc. Quấ trònh xấc àõnh àûúåc (lâ quấ trònh àưìng bưå, thûúâng àûúåc thûåc hiïån hai bûúác bùỉt vâ bấm. Quấ trònh nhêån àûúåc ti àûúåc gổi lâ quấ trònh khưi phc àưìng hưì (àõnh thúâi) (STR Symbol Timing Recovery). Quấ trònh nhêån àûúåc (' (cng nhû fc) lâ quấ trònh khưi phc sống mang. c/ Mêåt àưå phưí cưng sët Xết mêåt àưå phưí cưng sët PSD (Power Spectral Density) ca cấc tđn hiïåu úã cấc àiïím khấc nhau trong mấy phất vâ mấy thu. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] )5.2(dt2tf4cos1tb 2 A dttf2costbA dttf2costwz ' c ' c 2 ' ci ∫ ∫ ∫ ++−= +−= += θΠτ θΠτ θΠ TRÕNH QËC BẪO 15 http://www.ebooks.vdcmedia.com Giẫ sûã mư hònh bẫn tin vâ tđn hiïåu PN nhû lâ cấc tđn hiïåu cú sưë hai ngêỵu nhiïn (mưỵi bit hay chip nhêån cấc giấ trõ +1 hóåc -1 vúái xấc sët nhû nhau). Bẫn tin (vúái biïn àưå (1) cố tưëc àưå bit 1/T bit/s vâ PSD: Φ b (f) = TSinc 2 (fT) (2.6) cố àưå rưång bùng têìn 1/T Hz; côn tđn hiïåu PN (vúái biïn àưå lâ (1) cố tưëc àưå chip 1/Tc vâ PSD lâ: Φ c (f) = T c Sinc 2 (fT c ) (2.7) vúái àưå rưång bùng têìn 1/T Hz. Vò T/Tc lâ mưåt sưë ngun vâ vò khúãi àêìu ca mưỵi bit b(t) trng vúái khúãi àêìu ca chip c(t) nïn tđch b(t)c(t) cố PSD nhû sau: Φ bc (f) = T c Sinc 2 (fT c ) (2.8) cố àưå rưång bùng têìn lâ 1/Tc Hz giưëng nhû àưå rưång bùng têìn ca c(t). Vò thïë quấ trònh trẫi phưí sệ tùng àưå rưång bùng têìn lïn Tc/T = N lêìn, thưng thûúâng giấ trõ nây thûúâng rêët lúán. Àiïìu chïë sống mang chuín àưíi tđn hiïåu bùng gưëc b(t)c(t) vâo tđn hiïåu bùng thưng s(t) cố PSD lâ : ( ) ( )( ) ( )( ) { } )9.2(TffSincTffSinc 4 TA f cc 2 cc 2 c 2 s ++−=Φ TRÕNH QËC BẪO 16 http://www.ebooks.vdcmedia.com Hònh 2.3. PSD ca bẫn tin, tđn hiïåu PN vâ tđn hiïåu DS/SS - BPSK ÚÃ mấy thu tđn hiïåu s(t - () lâ phiïn bẫn ca tđn hiïåu DS s(t). Nïn PSD ca nố cng giưëng nhû PSD ca tđn hiïåu s(t) vò trïỵ khưng lâm thay àưíi phên bưë cưng sët úã vng têìn sưë. Ngoâi ra PSD ca c(t - () cng giưëng PSD ca c(t). Sau khi trẫi phưí ta àûúåc tđn hiïåu w(t) vúái PSD àûúåc xấc àõnh búãi: Ta thêëy rùçng (w(f) bêy giúâ cố PSD bùng hểp vúái cng dẩng phưí nhû b(t) nhûng dõch trấi vâ phẫi fc. Àưå rưång bùng têìn ca w(t) lâ 2/T, gêëp hai lêìn b(t). Àiïìu nây giưëng nhû dûå tđnh vò w(t) giưëng hïåt nhû phiïn bẫn àûúåc àiïìu chïë ca b(t). Tûâ PSD ca cấc tđn hiïåu khấc nhau ta thêëy rùçng PSD ca b(t) àûúåc trẫi phưí búãi c(t) vâ sau àố àûúåc giẫi trẫi phưí bùçng c(t - () úã mấy thu. d/ Àưå lúåi xûã l (PG) Àưå lúåi xûã l àûúåc àõnh nghơa lâ PG = Àưå rưång bùng têìn ca tđn hiïåu SS / 2(Àưå rưång bùng têìn ca bẫn tin) Àưå lúåi xûã l cho thêëy tđn hiïåu bẫn tin phất àûúåc trẫi phưí bao nhiïu lêìn. Àêy lâ mưåt thưng sưë chêët lûúång quan trổng ca mưåt hïå thưëng SS, vò PG cao cố nghơa lâ khẫ nùng chưëng nhiïỵu tưët hún. Àưëi vúái hïå thưëng DS/SS - BPSK, àưå lúåi xûã l lâ (2/Tc)/(2/T) = Tc/T = N. Chùèng hẩn N =1023, àưå rưång bẫn tin ca bẫn tin àiïìu chïë tùng 1023 lêìn búãi quấ trònh trẫi phưí vâ PG lâ 1023 hay 30,1dB. 2.2.2. Cấc hïå thưëng DS/SS - QPSK Ngoâi kiïíu àiïìu chïë BPSK ngûúâi ta côn sûã dung cấc kiïíu àiïìu chïë khấc nhû QPSK hóåc MSK trong cấc hïå thưëng SS. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ){ } )10.2(TffSincTffSinc 4 TA f c 2 c 2 c 2 w ++−=Φ TRÕNH QËC BẪO 17 http://www.ebooks.vdcmedia.com a/ Mấy phất Sú àưì trïn gưìm hai nhấnh àưìng pha vâ mưåt nhấnh vng gốc. (hònh vệ) Tđn hiïåu DS/SS - QPSK cố dẩng: ((t) = ( /4 nïëu c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = 1 ((t) = 3( /4 nïëu c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = -1 ((t) = 5( /4 nïëu c1(t)b(t) = -1, c2(t)b(t) = -1 ((t) = 7( /4 nïëu c1(t)b(t) = -1, c2(t)b(t) = 1 Vêåy tđn hiïåu s(t) cố thïí nhêån 4 trẩng thấi pha khấc nhau: (+(/4, (+3(/4, θ+5Π/4, θ+7Π/4. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) )11.2(ttf2cosA2 tf2sintctAbtf2sintctAbtststs c c2c121 γθΠ θΠθΠ ++= +++−=+= TRÕNH QËC BẪO 18 http://www.ebooks.vdcmedia.com b/ Mấy thu Cấc thânh phêìn àưìng pha vâ vng gốc àûúåc trẫi phưí àưåc lêåp vúái nhau búãi c1(t) vâ c2(t). Giẫ thiïët ( lâ thúâi gian trïỵ, tđn hiïåu vâo sệ lâ (nïëu bỗ qua tẩp êm): s(t - τ ) = -Ab(t - τ )c 1 (t - τ )sin(2 Π f c t + θ ') + Ab(t - τ )c 2 (t - τ )cos(2 Π f c t + θ ') (2.12) trong àố (' = ( - 2(fct. Cấc tđn hiïåu trûúác bưå cưång lâ: TRÕNH QËC BẪO 19 http://www.ebooks.vdcmedia.com u 1 (t) = Ab(t- τ )sin 2 (2 Π f c t+ θ ') - Ab(t- τ )c 1 (t- τ )c 2 (t- τ )sin(2 Π f c t+ θ ')cos(2 Π f c t+ θ ')(2.13) u 2 (t) = Ab(t- τ )cos 2 (2 Π f c t+ θ ') - Ab(t- τ )c 1 (t- τ )c 2 (t- τ )sin(2 Π f c t+ θ ')cos(2 Π f c t+ θ ')(2.14) Tưíng ca cấc tđn hiïåu trïn àûúåc lêëy tđch phên úã khoẫng thúâi gian mưåt bit. Kïët quẫ cho ta : zi = (AT nïëu bẫn tin tûúng ûáng bùçng (1 vò têët cẫ cấc thânh phêìn têìn sưë 2fc cố giấ trõ trung bònh bùçng 0. Vò thïë àêìu ra bưå so sấnh lâ (1 (mûác logic). Hai tđn hiïåu PN cố thïí lâ hai tđn hiïåu àưåc lêåp hay cố thïí àûúåc lêëy tûâ cng mưåt tđn hiïåu PN. Cấc hïå thưëng DS/SS cố thïí àûúåc sûã dng úã cấc cêëu hònh khấc nhau. Cấc hïå thưëng xết trïn àûúåc sûã dng àïí phất mưåt tđn hiïåu cố tưëc àưå bit 1/T bit/s. PG vâ àưå rưång bùng têìn bõ chiïëm búãi tđn hiïåu DS/SS - QPSK ph thåc vâo cấc tưëc àưå chip ca c1(t) vâ c2(t). Ta cng cố thïí sûã dng mưåt hïå thưëng DS/SS - QPSK àïí phất hai tđn hiïåu sưë 1/T bit/s bùçng cấch àïí mưỵi tđn hiïåu àiïìu chïë mưåt nhấnh . Mưåt dẩng khấc cố thïí sûã dng mưåt hïå thưëng DS/SS - QPSK àïí phất mưåt tđn hiïåu sưë cố tưëc àưå bit gêëp àưi 2/T bit/s bùçng cấch chia tđn hiïåu sưë thânh hai tđn hiïåu cố tưëc àưå bit 1/T bit/s vâ àïí chng àiïìu chïë mưåt trong hai nhấnh. Tưìn tẩi nhên tưë àùåc trûng cho hiïåu quẫ hoẩt àưång ca DS/SS - QPSK nhû: àưå rưång bùng têìn àûúåc sûã dng, PG tưíng vâ SNR. Khi so sấnh DS/SS - QPSK vúái DS/SS - BPSK ta cêìn giûä mưåt sưë thưng sưë trïn nhû nhau úã cẫ hai hïå thưëng vâ so sấnh cấc thưng sưë khấc. Chùèng hẩn mưåt tđn hiïåu sưë àûúåc phất ài trong hïå thưëng DS/SS - QPSK chó sûã dng àưå rưång bùng têìn bùçng mưåt nûãa àưå rưång bùng têìn ca hïå thưëng DS/SS - BPSK khi cố cng PG vâ SNR. Tuy nhiïn nïëu cẫ hai hïå thưëng àïìu sûã dng bùng têìn nhû nhau vâ PG bùçng nhau thò hïå thưëng DS/SS - QPSK cố t lưỵi thêëp hún. Mùåt khấc mưåt hïå thưëng DS/SS - QPSK cố thïí phất gêëp [...]... hònh 2. 20(a) vâ (b), cêëu trc bưå ghi dõch sûã dng àïí tẩo dậy Gold cố chu k 511 chip vâ 10 23 chip àûúåc àûa ra Hổ m Kđch cúä Gold Lễ 2 1 m+ 1+ 2 (m +1/ 2) Gold 2( mod 4) 2 1 m+ 1+ 2 (m +2) /2 Kasami (small set) Chùén Kasame (large set) Chùén Bent 0(mod 4) m /2 2 m /2 m 2 (2 +1) m /2 2 Ruv.max m +2/ 2 1+ 2 1+ 2 (m +2) /2 m /2` 1+ 2 Bẫng 2 .1 Cấc àùåc tđnh ca cấc dậy cố chu k 2m - 1 Dậy Gold cố thïí àûúåc tẩo ra tûâ 2 dậy... n- 1 h(x) = x + hn -1 x + + h1 x + 1 (2. 25) hi cố giấ trõ nhõ phên 0 hóåc 1 theo phûúng trònh sau: m j = h1 m j − 1 ⊕ h 2 m j − 2 ⊕ ⊕ hn − 1 m j − n+ 1 ⊕ m ( 2. 26 ) Hònh 2 .17 lâ mưåt bưå tẩo dậy m Mưỵi chỵi m tẩo ra búãi h(x) cố (2m - 1) con sưë 1 vâ (2m- 1- 1 ) con sưë 0 Dậy m cố mưåt hâm tûúng quan tìn hoân vúái hai giấ trõ sûã dng phûúng trònh sau: (2. 27) http://www.ebooks.vdcmedia.com TRÕNH QËC BẪO... (ωTc / 2 ) 1 2m S( w ) = m δ (w) +  2 2  ( 2 − 1) 2 m − 1  ωTc / 2  ( ) 2 ∞  2 Πj ∑ δ  ω − (2m − 1) T  j =0  c     ( 2. 31 ) Hònh 2 .18 Hâm tûå àưång tûúng quan tiïu chín ca dậy m Hònh 2 .19 Mêåt àưå phưí cưng sët ca dậy m Trong hònh trïn chng ta cố thïí thêëy rùçng khi chu k ca dậy m dâi ra hún thò cấc àûúâng phưí trúã nïn gêìn nhau hún Àùåc tđnh ca dậy m àậ biïët Dậy m cố thïí tn theo 2 chip... cos [2( (fg + i(f)t + ('l] Bỗ qua tẩp êm, àêìu vâo BPF lâ http://www.ebooks.vdcmedia.com vúái lTh . /4 nïëu c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = 1 ((t) = 3( /4 nïëu c1(t)b(t) = 1, c2(t)b(t) = -1 ((t) = 5( /4 nïëu c1(t)b(t) = -1 , c2(t)b(t) = -1 ((t) = 7( /4 nïëu c1(t)b(t) = -1 , c2(t)b(t) = 1 Vêåy. Ab(t- τ )c 1 (t- τ )c 2 (t- τ )sin (2 Π f c t+ θ ')cos (2 Π f c t+ θ ') (2 .13 ) u 2 (t) = Ab(t- τ )cos 2 (2 Π f c t+ θ ') - Ab(t- τ )c 1 (t- τ )c 2 (t- τ )sin (2 Π f c t+ θ ')cos (2 Π f c t+ θ ') (2 .14 ). (2 . 12 ) trong àố (' = ( - 2( fct. Cấc tđn hiïåu trûúác bưå cưång lâ: TRÕNH QËC BẪO 19 http://www.ebooks.vdcmedia.com u 1 (t) = Ab(t- τ )sin 2 (2 Π f c t+ θ ') - Ab(t- τ )c 1 (t- τ )c 2 (t- τ )sin (2 Π f c t+ θ ')cos (2 Π f c t+ θ ') (2 .13 )