Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN VÔ TUYẾN
Đề tài: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG
CDMA
GV HƯỚNG DẪN : TH.S NGUYỄN VIẾT ĐẢM
NHÓM SV THỰC HIỆN : HÀ THỊ HỒNG
NGUYỄN VĂN LÊ
LÊ VĂN THANH
LỚP : H09VT9

Hà Nội 08/2011
LỚP H09VT9 Page 1
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU 2
I - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP ( HÀ THỊ HỒNG ) 4
1.1 Giới thiệu 4
1.2 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp 4
II - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN – FHSS ( NGUYỄN VĂN LÊ ) 8
2.1 Nguyên lý chung 8
2.1.1: Máy phát FHSS 9
2.1.2: Máy thu FHSS 11
2.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh 12
2.3 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm 14
2.4 Kết luận 16
III - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY THỜI GIAN – THSS ( LÊ VĂN THANH ) 17
3.1 Giới thiệu kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian - THSS 17

Trưởng nhóm
Hà Thị Hồng
LỚP H09VT9 Page 3
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
I - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP ( Hà Thị Hồng )
1.1 Giới thiệu
Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính
và các hệ thống này thường được thiết kế sao cho sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng
tốt . Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ ( SS : Spread Spectrum), độ rộng băng tần
của tín hiệu được mở rộng gấp nhiều lần trước khi phát. Khi chỉ có 1 người sử dụng trong
băng tần trải phổ thì không có hiệu quả sử dụng băng tần. Nhưng ở môi trường nhiều
người dùng, họ có thể sử dụng chung một băng tần trải phổ và hệ thống khi đó đạt được
hiệu quả sử dụng băng tần cao mà vẫn duy trì được các ưu điểm của trải phổ như:
• Chống nhiễu tốt
• Chia sẻ cùng tần số với nhiều người sử dụng
• Bảo mật tốt do có chuỗi mã giả ngẫu nhiên
• Do sử dụng mã giả ngẫu nhiên nên nó khó bị nghe trộm
• Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền
Như vậy, một hệ thống thông tin được coi là hệ thống trải phổ khi:
- Tín hiệu được phát có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần
tối thiểu cần thiết.
- Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu.
Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn
bằng cách giải trải phổ. Các tín hiệu còn lại xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công
suất thấp như tạp âm .
1.2 Nguyên lý trải phổ chuỗi trực tiếp
Trong CDMA, kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS: Direct Sequence/Spread
Spectrum) được sử dụng. Mỗi một người sử dụng được cấp một mã riêng biệt . Mã được
sử dụng thường là một chuỗi giả tạp âm (PN-Pseudo Noise) hay giả ngẫu nhiên, có tốc độ
rất lớn, lớn hơn tốc độ bít dữ liệu, tức là phần tử của chuỗi có độ rộng thời gian rất nhỏ,

Luồng tín hiệu dk(t) được trải phổ bằng cách nhân với mã trải phổ (gọi là mã giả
tạp âm PN ) c(t) , có tốc độ Rc= 1/T
c
lớn hơn nhiều lần so với Rb. Phần tử nhị phân của
chuỗi c(t) được gọi là một chip để phân biệt nó với phần tử nhị phân (bit) của bản tin.
Mã trải phổ này làm cho băng tần tín hiệu sau khi trải phổ sẽ lớn lên rất nhiều khi
truyền đi đồng thời cũng dùng để phân biệt các thuê bao khi tận dụng đường truyền cho
quá trình đa truy nhập, mã trải phổ không phải là ngẫu nhiên mà chúng có chu kì xác
định và được biết trước đối với máy thu chủ định. Mã trải phổ là chuỗi chip nhận các giá
trị {+ 1,-1} gần như đồng xác suất và được biểu diễn như sau:
1
( ) ( ) ( )
N
k k Tc c
i
c t c i p t iT
=
= −
∑
Trong đó c(i) = ± 1,là chuỗi xung nhận giá trị +1 hoặc -1 và T
c
là độ rộng của một
chip và T
c
= NT
b
(N số chip trong một bít) , pT
c
là hàm xung vuông được xác định như
sau:

2
( ) ( ) ( ) os(2 ), 0
b
k k c b
b
E
S t d t c t c f t t T
T
π
= ≤ ≤
Trong đó E
b
năng lượng bít , T
b
là độ bit và fc là tần số sóng mang.
Tại phía thu , để các máy thu có thể phân biệt được các mã trải phổ, các mã này
phải là các mã trực giao chu kỳ T
b
thoả mãn điều kiện sau:
1,
1
( ) ( )
0,
0
b
k j
b
T
k j
c t c t dt

2
( ) ( ) ( ) os(2 )
K
br
j j c
b
j
E
r t d t c t c f t
T
π
=
=
∑
Trong đó E
br
= E
b
/L
p
là năng lượng bit thu, L
p
là suy hao đường truyền. Tín hiệu thu
được đưa lên phần đầu của quá trình giải điều chế để nhân với sóng mang:
.
2
os(2 )
c
b
c f t

j j k
b
j
T T
E
v t u t dt d t c t c t dt
T
=
= =
∑
∫ ∫
do tính chất trực giao của các mã trải phổ và dj = {+1,-1} ta được kết quả như sau:
( ) ( )
k br br
v t d t E E= = ±
Mạch quyết định sẽ cho ra mức 0 nếu V(t) dương và 1 nếu V(t) âm kết quả ta được
chuỗi bít thu, ˆb(t) là ước tính của chuỗi phát.
Ở trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp có hai cách trải phổ là:
+ trải phổ DS/SS_ BPSK (Trải phổ trực tiếp BPSK)
+ trải phổ DS/SS_QPSK (Trải phổ trực tiếp QPSK)
II - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ NHẢY TẦN – FHSS ( Nguyễn Văn Lê )
2.1 Nguyên lý chung
Hệ thống trải phổ nhảy tần – Frequency Hopping Spread Spectrum, được định
nghĩa là nhảy hay chuyển đổi tần số sóng mang ở một tập hợp các tần số theo mẫu được
xác định bởi chuổi giả tạp âm PN.
Trong các hệ thống thông tin kiểu trải phổ nhảy tần – FH, mã trải phổ giả tạp âm
không trực tiếp điều chế sóng mang đã được điều chế, nhưng nó được sử dụng để điều
khiển bộ tổng hợp tần số. Ở mỗi thời điểm nhảy tần, bộ tạo mã giả tạp âm đưa ra một
đoạn k chip mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số, theo điều khiển của đoạn k chip mã
này, bộ tổng hợp tần số sẽ nhảy sang hoạt động ở tần số tương ứng thuộc tập 2

k
các tần số khác nhau được tạo ra bởi bộ tổng hợp tần số. Bộ
trộn tạo ra tần số của tổng và hiệu, một trong hai tần số này được lọc ra ở bộ lọc băng
thông (BPF) .
Ta có thể viết tín hiệu đầu ra của bộ tổng hợp tần số trong đoạn nhảy 1 như sau:
y(t) = 2A cos [ 2π (f
g
+ i
l
∆f)t + θ ] ; với T
h
<t<(l+1)T
h
Trong đó:
+ i
l
Є {0, 2, 4, 2(2k – 1)} – là số nguyên chẵn.
+ f
g
: là một tần số không đổi
+ θ: là giá trị pha.
Giá trị của i
l
được xác định bởi k bit nhận được từ bộ tạo chuỗi giả tạp âm. Giả thiết rằng
bộ lọc BPF lấy ra tần số tổng ở ở đầu ra của bộ trộn. Khi này ta có thể viết tín hiệu ở đầu
ra bộ lọc BPF trong bước nhảy như sau:
y(t) = 2A cos [ 2π (f
0
+ i
l

+ 2∆f, f
0
+ (K-1)∆f}. Trong đó
K = 2
k+1
, để có thể có tần số nhảy là K. Đặc biệt pha θ
1
có thể thay đổi từ bước nhảy này
tới bước nhảy khác vì bộ tổng hợp tần số rất khó duy trì nó không đổi.
Xét về độ rộng băng tần, tần số của FH không thay đổi trong một đoạn nhảy. Trong
toàn bộ khoảng thời gian, tín hiệu phát nhảy ở tất cả K tần số, vì thế nó chiếm độ rộng
băng tần là:
B
FH
= K.∆f
Để tính toán độ lợi xử lý, ta đã biết rằng độ rộng băng tần kênh cần thiết để truyền
số liệu bằng 2/T
b
, nên G
p
là tỷ số giữa độ rộng băng tần kênh để truyền dữ liệu trải phổ
và độ rộng băng tần cần thiết để truyền tín hiệu băng tần gốc như sau:
G
p
= K.∆f / (2/T
b
) = KT
b
/ 2T
h

+ i
l
∆f)t + θ’] ; với lT
h
< t < (l+1)T
h
Bỏ qua tạp âm, đầu vào BPF sẽ là:
g(t).s(t) = Acos [2π (f
g
+ i
l
∆f)t +θ’].Acos [2π (f
0
+ i
l
∆f + b
l
∆f)t + θ]
Với: lT
h
< t < (l+1)T
h
LỚP H09VT9 Page 11
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
g(t).s(t) = A/2 {cos [2π (f
g
+ f
0
+ 2il∆f + b
l

+ − =


=


+∆ + − =


Đầu này chứa hoặc tần số f’ hoặc (f’ +
∆
f) . Vì b không thay đổi trong thời gian T
b
của một bit, nên trong khoảng thời gian này tín hiệu w(t) có tần số không đổi. Như vậy
trong khoảng thời gian T
b
giây bộ giải điều chế FSK tách ra tần số này và tạo ra đầu ra cơ
số 2 là 0 hoặc là 1 . Nói cách khác ta có thể tách ra tần số chứa trong w(t) cho từng đoạn
nhảy để nhận được T
b
/T
h
các giá trị cho từng bước nhảy. Từ các giá trị này, sử dụng
nguyên tắc đa số ta có thể quyết định bit dữ liệu là 0 hay là 1.
2.2 Hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh
Ở hệ thống FHSS nhanh, có ít nhất một lần nhảy tần số ứng với một bit dữ liệu. Với
T
b
là chu kỳ của tín hiệu dữ liệu, T
h

(M) bit số liệu. Với trải phổ FH, tần số phát nhảy trên một lượng
lớn các tần số ( 2
k
.M tần số), trong đó k là số bit đư ra từ bộ tạo mã PN đến bộ tổng hợp
tần số. Hình 2.5 biểu thị cụ thể hệ thống trải phổ FH nhanh với điều chế FSK M trạng
thái .
Với giả thiết M = 4, nghĩa là ở mỗi thời điểm hai bit số liệu được xem xét và giả
thiết là ba bước nhảy ở mỗi ký hiệu (mỗi ký hiệu bằng Log
2
(M) bit số liệu), ở đây ta sử
dụng T
s
= Log
2
(M)Tb để biểu diễn thời gian của một ký hiệu, T
h
biểu diễn thời gian của
một bước nhảy tần.
LỚP H09VT9 Page 13
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
Trục tần số được chia thành 2k nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số
trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác
định chính xác tần số nào sẽ được phát trong đoạn nhảy tần. Do tần số được phát thay đổi
cứ T
h
giây một lần nên để điều chế được trực giao khoảng cách tần số tối thiểu phải là
1/T
h
. Độ rộng băng tần tổng hợp khoảng 2
k

= 2
k+1
. Độ đợi xử lý là K/2 . Khi sử dụng bộ nhân tần với hệ số nhân β ở máy phát, phân
cách tần số ở đầu ra cuối cùng trở thành β.∆f và G = β.K/2
Nhảy tần chậm với điều chế M – PSK
Tìm hiểu cụ thể hơn về hệ thống nhảy tần chậm ta xét ví dụ với hệ thống nhảy tần
chậm với điều chế M-FSK có M = 4 và Ts = TbLog
2
M. Tức là trong thời gian một bước
nhảy có 3 ký hiệu dữ liệu . Độ rộng băng tần lớn nhất hệ thống đạt được là 2
k
.M/T
s
(Hz).
LỚP H09VT9 Page 15
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
Tương tự như hệ thống trải phổ nhảy tần nhanh . Trục tần số được chia thành 2
k
nhóm 4 tần số, k bit của chuỗi PN sẽ xác định tần số trong nhóm nào sẽ được sử dụng. Vì
thế 2 bit từ luồng số liệu và k bit từ chuỗi PN sẽ xác định chính xác tần số nào sẽ được
phát trong đoạn nhảy tần.
2.4 Kết luận
Hệ thống trải phổ nhảy tần có nhiều ưu điểm vượt trội về tốc độ chuỗi PN cũng như
tốc độ xung nhịp . Hệ thống FHSS có thể hoạt động trên dải tần số rộng (cỡ GHz) hơn
nhiều so với các hệ thống trải phổ dùng các kỹ thuật khác, ngoài ra tín hiệu FHSS cũng
có thể trải rộng hơn nhiều so với hệt hống DSSS với cùng tốc độ đồng hồ .
LỚP H09VT9 Page 16
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
Tuy nhiên, hệ thống FHSS cùng còn một số hạn chế nhất định đó là tính phức tạp
của bộ tổng hợp tần số dẫn đến giá thành đắt . Mặc dù hạn chế được nhiễu giao thoa

Trong thời gian mỗi khung một nhóm k bit được phát trong T
s
giây nghĩa là trong J
khe thời gian. Khe thời gian sẽ được sử dụng để phát được xác định bởi chuỗi PN Mỗi
bit chỉ chiếm T
0
= T
s
/K giây khi phát. Quan hệ giữa T
J
, T
s
, T
0
được mô tả trên hình 4.2
Giả sử thời gian của một bit số liệu là T, để kịp truyền dẫn số liệu vào ta cần T
f
=kT. Nếu
các bit số liệu vào là
{
i
b
, i là số nguyên
}
ta có thể biểu diễn tín hiệu THSS như sau :

TH
S
=
∑

i
∈
[ ]
1 1,0 −j
là số ngẫu
nhiên được xác định bởi js bit của chuỗi PN và J= 2
j
với i thể hiện khung i, a
i
thể hiện
số khe thời gian, l là số thứ tự bit trong cụm
Số liệu được truyền ở các cụm k bit mỗi lần với mỗi bit được truyền trong khoảng T
0
=( T
f
/J)/k giây. Vì thế tốc độ bit khi phát cụm là 1/ T
0
để truyền băng tần gốc có độ
rộng băng tần là 1/2 T
0
Hz. Vì bản tin có độ rộng là 1/T, độ rộng băng tần được mở rộng
bởi một thừa số là ( 1/2 T
0
)(1/2T
h
) = ( k T
h
)J/ T
f
= j khi truyền dẫn băng gốc và 2j khi

• Đa truy nhập và thiết lập địa chỉ phân tán
• Ghép kênh
Hệ thống điều chế tổng hợp này có ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ nhịp của bộ tạo mã DS đạt
giá trị cực đại và giá trị của kênh FH .
Bộ phát tổng hợp như trên thực hiện chức năng điều chế DS nhờ biến đổi tần số
sóng mang ( sóng mang FH là tín hiệu DS được điều chế) không giống như bộ điều chế
đơn giản. Nghĩa là có một bộ tạo mã để cung cấp các mã với bộ trồn tần được sử dụng để
cung cấp các dạng nhảy tần số và một bộ điều chế cân bằng để điều chế DS. Sự đồng bộ
thực hiện giữa các mẫu mã FH/DS biểu thị rằng phần mẫu DS đã cho được xác định tại
cùng một vị trí có tần số lúc nào cũng được truyền qua một kênh tần số nhất định . Nhìn
chung thì tốc độ mã của DS phải nhanh hơn tốc độ dịch tần. Do số lượng các kênh sử
dụng tần số nhỏ hơn nhiều so với số lượng các chip mã nên tất cả các kênh nằm trong
tổng chiều dài mã sẽ đựơc sử dụng nhiều lần. Các kênh được sử dụng dưới dạng tín hiệu
giả ngẫu nhiên như trong trường hợp các mã . Bộ tương quan được sử dụng để giải điều
chế tín hiệu đó được mã hoá trước khi giải điều chế băng tần gốc tại đầu thu . Bộ tương
quan FH có một bộ tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín
hiệu thu được .
Hình 4.2: Bộ điều chế tổng hợp FH/DS

LỚP H09VT9 Page 20
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
Bộ tạo tín hiệu dao động nội trong bộ tương quan giống như bộ điều chế phát trừ hai
điểm sau :
1. tần số trung tâm của tín hiệu dao động nội được cố định bằng độ lệch tần số trung
tần (IF) .
2. Mã DS không bị biến đổi với đầu vào băng gốc .
Hình 4.3: Bộ thu tổng hợp FH/DS
Giá trị độ lợi xử lý dB của hệ thống tổng hợp FH/DS có thể được tính bằng độ lợi
xử lý của hai loại điều chế trải phổ đó . Do đó giới hạn giao thoa trở lên lớn hơn so với hệ
thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản.

LỚP H09VT9 Page 23
Chuyên Đề Vô Tuyến Kỹ thuật Trải Phổ Trong CDMA
KẾT LUẬN
Sau một khoảng thời gian không dài, với sự cố gắng của các thành viên trong
nhóm, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Viết Đảm và sự giúp đỡ của bạn bè, bản báo
cáo với đề tài “Kỹ thuật trải phổ trong CDMA” đã được hoàn thành. Qua nghiên cứu bản
báo cáo , chúng em đã hiểu rõ thêm về một khâu rất quan trọng của công nghệ CDMA –
công nghệ cốt lõi của thế hệ 3G. Việc hoàn thành nghiên cứu đề tài này đã giúp chúng
em có thêm kiến thức, tạo nền tảng vững chắc cho công việc của chúng em trong tương
lai , tạo tiền đề cho việc tiếp tục nghiên cứu những vấn đề khác sâu hơn, mới hơn trong
tương lai .
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Đảm đã trực tiếp giúp đỡ
chúng em thực hiện báo cáo này . Xin cảm ơn sự giúp đỡ, hỗ trợ thêm về tài liệu tham
khảo của bạn bè và thầy cô!
Do thời gian và trình độ còn nhiều hạn chế. Bản báo cáo của chúng em chắc chắn
không tránh khỏi những sai sót do khách quan và chủ quan. Chúng em mong muốn được
sự chỉ bảo của các thầy cô, bạn bè để kiến thức của chúng em ngày càng vững chắc hơn!
T/M nhóm- lớp H09VT9
Nhóm trưởng
Hà Thị Hồng
LỚP H09VT9 Page 24