Bài giảng CƠ SỞ VIỄN THÔNG - Chương 6

CHƯƠNG 2 TẠO MÃ TRẢI PHỔ Các tín hiệu trải phổ băng rộng tựa tạp âm đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm (PN: Pseudo-Noise) hay giả ngẫu nhiên. Loại quan trọng nhất của các chuỗi ngẫu nhiên là các chuỗi thanh ghi dịch cơ số hai độ dài cực đại hay các chuỗi m. Các chuỗi cơ số hai m đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR: Linear Feedback Shift Register) và các mạch cổng hoặc loại trừ (XOR). ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng CƠ SỞ VIỄN THÔNG - Chương 6 Tröôøng Ñaïi Hoïc Coâng Nghieäp TP.HCM Khoa coâng ngheä ñieän töû CHƢƠNG 2 TẠO MÃ TRẢI PHỔ 2.2 CÁC CHUỖI PN Các tín hiệu trải phổ băng rộng tựa tạp âm đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng các chuỗi mã giả tạp âm (PN: Pseudo-Noise) hay giả ngẫu nhiên. Loại quan trọng nhất của các chuỗi ngẫu nhiên là các chuỗi thanh ghi dịch cơ số hai độ dài cực đại hay các chuỗi m. Các chuỗi cơ số hai m đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp tuyến tính (LFSR: Linear Feedback Shift Register) và các mạch cổng hoặc loại trừ (XOR). Một chuỗi thanh ghi hồi tiếp dịch tuyến tính đƣợc xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m>0: m m-1 g(x) = gmx + gm-1x + ..... + g1x + g0 (2.1) Đối với các chuỗi cơ số hai (có giá tri {0,1}), gi bằng 0 hay 1 và gm = g0 = 1. Đặt g(x) = 0, ta đƣợc sự hồi quy sau: 2 m-2 m + gm-1xm-1 + x (2.2) 1= g1 x +g2x + ....+ gm-2x vì -1 = 1 (mod 2). Với xk thể hiện đơn vị trễ, phƣơng trình hồi quy trên xác định các kết nối hồi tiếp trong mạch thanh ghi dịch cơ số hai của hình 2.1. Lƣu ý rằng các cổng hoặc loại trừ (XOR) thực hiện các phép cộng mod 2. Nếu gi = 1 khoá tƣơng ứng của mạch đóng, ngƣợc lại nếu gi ≠ 1, khoá này hở. Để thực hiện điều chế BPSK tiếp theo, đầu ra của mạch thanh ghi dịch phải đƣợc biến đổi vào 1 nếu là 0 và vào -1 nếu là 1. Thanh ghi dịch là một mạch cơ số hai trạng thái hữu hạn có m phần tử nhớ. Vì thế số trạng thái khác 0 cực đại là 2m-1 và bằng chu kỳ cực đại của chuỗi ra c = (c0, c1, c2, .......). Xét hình vẽ 2.1, giả sử si(j) biểu thị giá trị của phần tử nhớ j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i. Trạng thái của thanh ghi dịch ở xung đồng hồ i là vectơ độ dài hữu hạn si = {si(1), si (2), ... , si(m)}. Đầu ra ở xung đồng hồ i là ci-m = si (m). Thay 1 bằng ci vào ptr. (2.2) ta đƣợc điều kiện hồi quy của chuỗi ra: ci = g1 ci-1 + g2 ci-2 + ..... + gm-1ci-m+1 + ci-m (mod 2) (2.3) đối với i≥0. Thí dụ, xét đa thức tạo mã g(x) = x5 + x4 + x3 + x +1. Sử dụng (2.3) ta đƣợc hồi quy ci = ci-1 + ci-3 + ci-4 + ci-5 (mod 2) và xây dựng thanh ghi dịch hồi tiếp tuyến tính ở hình 2.2. Vì bậc của g(x) bằng m = 5, nên có 5 đơn vị nhớ ( năm phần tử thanh ghi dịch) trong mạch. Đối với mọi trạng thái khởi đầu khác không (s0 ≠ {0, 0, 0, 0, 0}), trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy đƣợc xác định bởi đa thức tạo mã g(x). Trong thí dụ này chuỗi ra tuần hoàn là cột cuối cùng ở hình 2.2: c = 111101000100101011000011100110.... Tình cờ chuỗi này có chu kỳ cực đại và bằng N = 2m - 1. Các đa thức tạo mã khác có thể tạo ra chu kỳ ngắn hơn nhiều. Lƣu ý rằng ở cấu hình mạch đƣợc xét này, m bit đầu tiên của chuỗi ra bằng các bit đƣợc nạp ban đầu vào thanh ghi dịch: s0 = 11111. Đối với nạp ban đầu khác, chẳng hạn s0 = 00001, đầu ra của chuỗi tƣơng ứng trở thành 1000011100110111110100010010101...., là dịch (sang phải N-i = 31 -18 =13 đơn vị) của chuỗi c. Chöông 6: Traûi phoå Th.S Lyù Tuù Nga 85 Tröôøng Ñaïi Hoïc Coâng Nghieäp TP.HCM Khoa coâng ngheä ñieän töû CHƢƠNG 3 CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG . Các chủ đề đƣợc trình bày trong chƣơng • Mã giả tạp âm sử dụng trong DSSS • Hệ thống DSSS-BPSK 3.2. MÃ GIẢ TẠP ÂM SỬ DỤNG TRONG DSSS Nhƣ đã đề cập ở chƣơng 1 và 2, ta dùng mã ngẫu nhiên để trải phổ bản tin ở phía phát và giải trải phổ tín hiệu thu đƣợc ở phía thu. Mã ngẫu nhiên đóng vai trò trung tâm trong hệ thống SS. Tuy nhiên nếu mã này thực sự ngẫu nhiên thì thậm chí máy thu chủ định cũng không thể lấy ra bản tin vì không thể biết đƣợc phƣơng pháp để đồng bộ với mã thực sự ngẫu nhiên, dẫn đến hệ thống trở nên vô dụng. Vì thế phải thay thế bằng một mã giả ngẫu nhiên. Đây là một mã tất định biết trƣớc đối với máy thu chủ định. Nhƣng thể hiện giống tạp âm đối với các máy thu không chủ định. Mã này thƣờng đƣợc gọi là chuỗi giả tạp âm (PN: Pseudo-Noise). Các chuỗi PN đã đƣợc ta khảo sát kỹ ở chƣơng 1. Chuỗi PN là một chuỗi các số đƣợc lặp lại theo một chu kỳ nhất định. Ta sử dụng {ci , i= số nguyên} → {...,c-1 , c0 , c1 ,...} để biểu thị một chuỗi PN. Giả sử N là chu kỳ sao cho ci + N = ci . Đôi khi ta gọi N là độ dài của chuỗi PN và một chuỗi tuần hoàn chỉ là sự mở rộng tuần hoàn của chuỗi có độ dài N. Để một chuỗi {ci} là một chuỗi giả tạp âm tốt, giá trị của ci phải độc lập với giá trị của cj đối với mọi i ≠ j. Để đảm bảo điều này lý tƣởng chuỗi nói trên không đƣợc lặp lại, nghĩa là chu kỳ phải là ∞. Trong thực tế vì chuỗi PN phải tuần hoàn nên chu kỳ của nó phải lớn để đạt đƣợc thuộc tính ngẫu nhiên tốt. Trong một hệ thống DSSS, một tín hiệu liên tục theo thời gian đƣợc gọi là tín hiệu PN đƣợc tạo ra từ chuỗi PN dùng để trải phổ. Giả thiết chuỗi PN này là cơ số hai, nghĩa là c i = ± 1, thì tín hiệu PN này là trong đó pTc(t) là xung chữ nhật đơn vị đƣợc cho bởi phƣơng trình (2.13), ci đƣợc gọi là chip và khoảng thời gian Tc giây đƣợc gọi là thời gian chip. Lƣu ý rằng tín hiệu PN có chu kỳ là NT c. Một thí dụ của chuỗi này đƣợc cho ở hình 3.1 đối với N = 15 và {ci , i = 0, 1, ..., 14} = {1, 1, 1, -1, 1, 1, -1, -1, 1, -1, 1, -1, -1, -1, -1}. Tín hiệu (chuỗi) PN còn đƣợc gọi là tín hiệu (chuỗi) trải phổ, tín hiệu (chuỗi) ngẫu nhiên, và dạng sóng (chuỗi) của chữ ký (Signature). Chöông 6: Traûi phoå Th.S Lyù Tuù Nga 86 Tröôøng Ñaïi Hoïc Coâng Nghieäp TP.HCM Khoa coâng ngheä ñieän töû 3.3. CÁC HỆ THỐNG DSSS- BPSK 3.3.1. Máy phát DSSS- BPSK Sơ đồ khối của máy phát DS/SS sử dụng BPSK đƣợc cho ở hình 3.3. Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ±1 nhƣ sau: trong đó di = ±1 là bit số liệ ...