www.themegallery.com
1
CƠ SỞ VIỄN THÔNG
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
www.themegallery.com
2
THUYẾT TRÌNH KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ
Nhóm SV thực hiện
www.themegallery.com
3
SEMINA: CƠ SỞ VIỄN THÔNG
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP DS/SS
KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN FH/SS
ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRẢI PHỔ
TRONG THƯƠNG MẠI
CÁC VẤN ĐỀ
CƠ BẢN
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
4
Tổng Quan
Kĩ thuật trải phổ là 1 công nghệ được sử dụng nhiều trong thực tế vì nó có đặc tính chống nhiều và bảo mật rất cao. Ngày nay nó là thành phần tất yếu trong các hệ thống thông tin vô tuyến lớn
CDMA sử dụng trải phổ chuỗi trực tiếp( DSSS) ,
GPS là hệ thống trải phổ lớn nhất thế giới , các Wlan như WIFI hay Bluetooth
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
5
Phân Loại
Trải phổ dãy trực tiếp (DS/SS)
Quá trình đạt được bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên một cách trực tiếp tín hiệu trải phổ đưa ra có độ rộng phổ xấp xỉ tốc độ của mã giả ngẫu nhiên
Trải phổ nhảy tần
Quá trính trải phổ đạt được bằng cách nhảy tần số sóng mang trên một tập lớn các tần số.Sự nhảy tần của tần số sóng mang được quyết định của các mã nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên được điều khiển bởi các từ mã trải phổ PN.
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
6
Nguyên lý trải phổ
Nguyên lý chung
Nguyên lý trải phổ là cung cấp tất cả các tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố. Theo cách đó mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
7
Nguyên lý trải phổ

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
8
Kĩ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp
Hệ thống DS/SS được trải phổ bằng cách cộng module 2 dữ liệu gốc với mã giả ngẫu nhiên. Tín hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một sóng mang theo BPSK, QPSK…
Máy thu dùng mã giả ngẫu nhiên được tạo ra giống như bên phát cộng module 2 với tín hiệu thu được, thực hiện giải trải phổ để lấy tín hiệu mong muốn. Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao dụng mã trải phổ băng rộng để điều chế tín hiệu sóng mang chứa thông tin.Trong phương pháp này mã trải phố trực tiếp tham gia vào quá trình điều chế , còn trong các dạng trải phổ khác mã trải phổ chỉ dùng để điều khiển tần số hay thời gian truyền dẫn sóng mang
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
9
Hệ thống trải phổ DSSS_BPSK
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Máy phát DSSS_BPSK
www.themegallery.com
10
Hệ thống trải phổ DSSS_BPSK


CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Dạng tín hiệu DSSS_BPSK khi phát
www.themegallery.com
11
Hệ thống trải phổ DSSS_BPSK
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Máy thu DS/SS_BPSK
www.themegallery.com
12
Hệ thống trải phổ DSSS_BPSK

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Dạng tín hiệu của DSSS_BPSK khi thu
www.themegallery.com
13
Hệ thống trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Được phát minh bởi nữ diễn viên Hollywood Hedy Lamarr
Là kĩ thuật điều chế trong đó tần số sóng mang nhảy trên các dải tần khác nhau .
Được thiết kế đầu tiên với mục đích quân sự chia 83,5 Mhz phổ thành 79 kênh , mỗi kênh 1Mhz công tác tại tần số 900Mhz, tốc độ nhảy tần khoảng 2,5 hops/s (US)
Wlan sử dụng băng tần 2.4 Ghz đến 2,4835 Ghz cũng chia thành 79 kênh mỗi kênh 1Mhz
www.themegallery.com
14
Nguyên lý chung trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số được
chọn theo mã trong một tập hợp các tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần được chia nhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau. Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần số nào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.
Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số khác nhau.
Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu. Tương ứng có hai trường hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm.
www.themegallery.com
15
Hệ thống trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
16
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
www.themegallery.com
17
Phân loại trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Phân loại dựa trên tương quan giữa tốc độ nhảy tần RH và tốc độ điều chế RS
NÕu RH lµ béi cña RS thì ta có nhảy tần nhanh
NÕu RS lµ béi cña RH thì ta có nhảy tần chậm
Phân loại theo kiểu điều chế và giải điều chế ta có 2 loại :
Hệ thống nhảy tần kết hợp (Coherent FH/SS)
Hệ thống nhảy không tần kết hợp (Non Coherent FH/SS)
www.themegallery.com
18
Mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần
www.themegallery.com
19
Hoạt động của trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Ở phía phát dữ liệu d(t) được đưa tới bộ điều chế MFSK
để điều chế sóng mang sau đó được đưa tới điều chế nhảy tần với mã nhảy tần giả ngẫu nhiên

Ở phía thu quá trình diễn ra ngược lại,tín hiệu đi qua bộ giải điều chế nhảy tần đễ khôi phục lại sóng mang, sau đó sóng mang này đi qua bộ giải điều chế MFSK thông thường để khôi phục lại dữ liệu
Ở cả máy thu và máy phát đều có bộ tạo mã PN gồm k chíp mã tương ứng với 1 từ tần số
www.themegallery.com
20
Hoạt động của trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Sơ đồ khối của hệ thống trải phổ FH
www.themegallery.com
21
Hoạt động của trải phổ nhảy tần

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số khác nhau.
Tại máy thu, sóng mang được nhân với một sóng mang chưa điều chế được tạo ra giống hệt bên phát. Sóng mang này được tạo ra nhờ bộ tạo mã PN giống như bên phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp. Như vậy, Sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại bỏ tại nơi thu.
www.themegallery.com
22
Hệ thống FH/SS nhanh

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T=3Th
www.themegallery.com
23
Hệ thống FH/SS nhanh

CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Ở hệ thống FH/SS nhanh, có ít nhất một lần nhảy với một bít số liệu. Với T là chu kỳ của tín hiệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì T/Th ≥ 1. Trong khoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số j tần số { f0, f0+∆f , f0+2∆f , … ,f0+(j-1)∆f } được phát.
Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thường được chọn bằng 1/Th .
Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu như biểu đồ trên
www.themegallery.com
24
Hệ thống FH/SS chậm
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS chậm với T=3Th
www.themegallery.com
25
Hệ thống FH/SS chậm
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG

Khi tốc độ nhảy tần số của sóng mang trải phổ nhỏ hơn tốc độ dữ liệu ta có hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (T/TH < 1) . Về cơ bản thì hai hệ thống trải phổ nhảy tần chậm và nhảy tần nhanh tương tự nhau. Dưới đây là biểu đồ tần số của hệ thống trải phổ nhảy tần chậm với T/TH= 1/2
www.themegallery.com
26
Các ưu nhược điểm trải phổ nhảy tần
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Ưu điểm :
Giảm fading đa đường do tín hiệu được các sóng mang có tần số khác nhau.
Sử dụng 1 phần dải thông nhỏ ở mỗi thời điểm

Nhược điểm :
Phụ thuộc nhiều vào các yếu tố môi trường
Dễ bị phát hiện hơn DSSS
www.themegallery.com
27
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG

Thông tin vệ tinh
Đa truy nhập
Tỉ số tín/tạp
2. Đo cự li
3. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)
4. Vô tuyến di động đa truy nhập nhảy tần
5. Radar xung
www.themegallery.com
28
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Thông tin vệ tinh
Những tiến bộ của công nghệ vi điện tử cho phép thực hiện 1 số sử lí tín hiệu (giải điều chế, lọc và điều chế lại) ngay trên vệ tinh trước khi phát các tín hiệu đường xuống. Việc sử lí tín hiệu ngay trên vệ tinh có ưu điểm trong mã/giải mã và khử nhiễu. Ngoài ra người ta dùng việc trong hệ thống thông tin
Ưu điểm trải phổ trong thông tin vệ tinh để chuyển tiếp chính của các hệ thống thông tin vệ tinh sử dụng kỹ thuật trải phổ là nó có vùng phủ rộng, rất phù hợp cho thông tin với các địa điểm ở xa. So với các hệ thống mặt đất, các đường truyền vệ tinh ít bị pha đinh kênh hơn
www.themegallery.com
29
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
2 . Đa truy nhập
Mô tả đơn giản của hệ thống thông tin vệ tinh đa truy nhập bằng cách sử dụng trải phổ nhảy tần
Ở đây một vài trạm mặt đất cả lớn cả nhỏ liên lạc với vệ tinh bằng cách phát và thu các tín hiệu đến và đi từ vệ tinh. Tần số sóng mang đường lên khác với tần số sóng mang đường xuống. Đối với các hệ thống FDMA, các người dùng (trạm mặt đất) sử dụng các tần số sóng mang khác nhau (tránh nhau về tần số).Trong các hệ thống TDMA, các người dùng khác nhau phát tại các khe thời gian khác nhau, như vậy chúng tránh nhau về thời gian
www.themegallery.com
30
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Tỉ số tín/tạp
Tham số quan trọng trong việc tính toán hiệu suất của hệ thống thông tin số là tỉ số giữa năng lượng bít tín hiệu và mật phổ công suất tạp âm (SNR), có liên quan chặt chẽ với tỉ số sóng mang trên tạp âm (CNR).
Sử dụng đặc tính băng thông của kỹ thuật trải phổ để có thể thành lập tỉ số tín/tạp theo mong muốn của người sử dụng
Việc phân tích công suất tín hiệu và công suất tạp từ máy phát đến máy thu được gọi là phân tích quĩ đường truyền
www.themegallery.com
31
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
3. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
Mỗi vệ tinh trong hệ thống GPS phát 2 tín hiệu DS/SS: tín hiệu Link 1 (L1) và tín hiệu Link 2 (L2). Tín hiệu L1 mang mã đo cự li chính xác (mã P) và mã đo cự li thô/nhận biết (mã C/A). Tín hiệu L2 mang mã đo cự li chính xác cho các ứng dụng quân sự. L2 sử dụng tần số mang 1227.6 MHz. Tần số mang của L1 là 1575.42 MHz. L1 là tín hiệu QPSK, với mã C/A ngắn trong kênh cùng pha (kênh I) và mã P rất dài trong kênh vuông pha (kênh Q). Để phân biệt các vệ tinh, mỗi vệ tinh sử dụng mã C/A và mã P khác với các vệ tinh khác
www.themegallery.com
32
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
4 . VÔ TUYẾN DI ĐỘNG ĐA TRUY NHẬP NHẢY TẦN
Hệ thống CDMA sử dụng DS/SS đã được nghiên cứu chi tiết. Ta cũng có thể sử dụng các kĩ thuật trải phổ khác cho các hệ thống CDMA
Mô tả 1 hệ thống sử dụng kĩ thuật FH kết hợp với MFSK
Hệ thống được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật trải phổ trực tiếp.
www.themegallery.com
33
Ứng dụng kĩ thuật trải phổ trong hệ thống thương mại
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
RADAR XUNG
Các dãy PN đã được sử dụng trong radar xung để tăng độ phân biệt của hệ thống. Trong phần này ta miêu tả điều này được thực hiện như thế nào
Xét hệ thống radar xung. Một dạng sóng xung qt chế sóng mang. Nhằm mục đích thảo luận, giả sử qt là xung vuông có độ q t. Tín hiệu trở về từ mục tiêu là độ trễ truyền sóng, mang thông tin về cự li của mục tiêu, d f là dịch tần.
Cơ chế này sử dụng kỹ thuật trải phổ nhảy tần theo bước sóng
www.themegallery.com
34
LỜI KẾT
CƠ
SỞ
VIỄN
THÔNG
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thị Bảo Thư và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên lớp DHDT5LTTB đã giúp nhóm chúng em hoàn thành bài thuyết trình này. Nhóm chúng em rất mong nhận được sự đóng góp phản hồi từ phía cô giáo và các bạn để bài thuyết trình hoàn thiện hơn.
Chúc cô giáo dồi dào sức khoẻ để tiếp tục nâng đỡ chúng em trên con đường học tập!
Chúc các bạn trong lớp thành công với bài thuyết trình của nhóm mình!
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
www.themegallery.com
35
CHÚC MỌI NGƯỜI CUỐI TUẦN VUI VẺ!
Thank You !