CDMA - Trải phổ
Tất cả điều chế và giải điều chế kỹ thuật đều cố gắng đạt được công suất lớn hơn và / hoặc hiệu quả của băng thông trong kênh nhiễu tĩnh có phụ gia Gaussian màu trắng. Vì băng thông là một tài nguyên hạn chế, một trong những mục tiêu thiết kế chính của tất cả các sơ đồ điều chế là giảm thiểu băng thông cần thiết để truyền. Mặt khác, kỹ thuật trải phổ sử dụng băng thông truyền dẫn có độ lớn lớn hơn băng thông yêu cầu của tín hiệu tối thiểu.
Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ là - nhiều người dùng có thể đồng thời sử dụng cùng một băng thông mà không gây nhiễu lẫn nhau. Do đó, trải phổ không kinh tế khi số lượng người dùng ít hơn.
Trải phổ là một hình thức truyền thông không dây trong đó tần số của tín hiệu truyền được thay đổi một cách có chủ ý dẫn đến băng thông cao hơn.
Trải phổ rõ ràng trong định lý dung lượng kênh Shannon và Hartley -
C = B × log 2 (1 + S / N)
Trong phương trình đã cho, `C 'là dung lượng kênh tính bằng bit trên giây (bps), là tốc độ dữ liệu tối đa cho tỷ lệ lỗi bit lý thuyết ( BER ). 'B' là băng thông kênh yêu cầu tính bằng Hz và S / N là tỷ lệ công suất tín hiệu trên nhiễu.
Trải phổ sử dụng băng thông rộng, các tín hiệu giống như tiếng ồn khó phát hiện, đánh chặn hoặc giải điều chế. Ngoài ra, tín hiệu trải phổ khó bị nhiễu (nhiễu) hơn so với tín hiệu dải hẹp.
Vì tín hiệu trải phổ rất rộng nên chúng truyền ở mật độ công suất phổ thấp hơn nhiều, được đo bằng watt trên hertz, so với các máy phát dải hẹp. Tín hiệu dải phổ và dải hẹp có thể chiếm cùng một băng tần, ít hoặc không có nhiễu. Khả năng này là điểm thu hút chính cho tất cả sự quan tâm đến trải phổ ngày nay.
Points to Remember -
Băng thông tín hiệu truyền đi lớn hơn băng thông thông tin tối thiểu, cần thiết để truyền tín hiệu thành công.
Một số chức năng khác với bản thân thông tin thường được sử dụng để xác định băng thông truyền dẫn kết quả.
Sau đây là hai loại kỹ thuật trải phổ:
- Trình tự trực tiếp và
- Nhảy tần số.
Trình tự trực tiếp được CDMA chấp nhận.
Trình tự trực tiếp (DS)
Đa truy nhập phân chia theo trình tự mã trực tiếp (DS-CDMA) là một kỹ thuật ghép kênh người dùng bằng các mã khác nhau. Trong kỹ thuật này, những người dùng khác nhau sử dụng cùng một băng thông. Mỗi người dùng được chỉ định một mã lây lan của riêng mình. Các bộ mã này được chia thành hai lớp:
- Mã trực giao và
- Mã không trực giao
Các chuỗi Walsh nằm trong danh mục đầu tiên là Mã trực giao trong khi các chuỗi khác như PN, Gold và Kasami là chuỗi thanh ghi dịch chuyển.
Mã trực giao được gán cho người dùng, đầu ra của bộ tương quan trong máy thu sẽ bằng 0 ngoại trừ trình tự mong muốn. Trong trình tự trực tiếp đồng bộ, máy thu nhận được cùng một chuỗi mã đã được truyền để không có sự dịch chuyển thời gian giữa những người dùng.
Giải điều chế tín hiệu DS - 1
Để giải điều chế tín hiệu DS, bạn cần biết mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền. Trong ví dụ này, bằng cách nhân mã được sử dụng trong quá trình truyền với tín hiệu nhận, chúng ta có thể nhận được tín hiệu đã truyền.
Trong ví dụ này, nhiều mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền (10.110.100) đến tín hiệu nhận được. Ở đây, chúng tôi đã tính toán bằng cách sử dụng luật của hai phụ gia (Phép cộng Modulo 2). Nó còn được giải điều chế bằng cách nhân mã được sử dụng tại thời điểm truyền tải này, được gọi làreverse diffusion(khử lây lan). Trong sơ đồ dưới đây, có thể thấy rằng trong quá trình truyền dữ liệu đến phổ dải hẹp (Narrow Band), phổ của tín hiệu bị phân tán.
Giải điều chế tín hiệu DS - 2
Mặt khác, nếu bạn không biết mã đã được sử dụng tại thời điểm truyền, bạn sẽ không thể giải điều chế. Ở đây, bạn đang cố gắng giải điều chế theo mã khác (10101010) và thời gian truyền, nhưng không thành công.
Ngay cả khi nhìn vào quang phổ, nó đang lan truyền trong thời gian truyền. Khi nó được đưa qua bộ lọc thông dải (Bộ lọc đường dẫn dải), chỉ còn lại tín hiệu nhỏ này và chúng không được giải điều chế.
Đặc điểm của Spread Spectrum
Như thể hiện trong hình sau, mật độ công suất của tín hiệu Spread Spectrum có thể thấp hơn mật độ nhiễu. Đây là một tính năng tuyệt vời có thể giữ cho các tín hiệu được bảo vệ và duy trì sự riêng tư.
Bằng cách trải rộng phổ của tín hiệu đã truyền, người ta có thể giảm mật độ công suất của nó sao cho nó trở nên nhỏ hơn mật độ công suất của nhiễu. Bằng cách này, có thể ẩn tín hiệu trong nhiễu. Nó có thể được giải điều chế nếu bạn biết mã được sử dụng để gửi tín hiệu. Trong trường hợp mã không được biết, thì tín hiệu nhận được sẽ vẫn ẩn trong nhiễu ngay cả sau khi giải điều chế.
DS-CDMA
Mã DS được sử dụng trong CDMA. Cho đến nay, nó đã được giải thích một phần cơ bản của truyền thông trải phổ. Từ đây, chúng tôi sẽ giải thích cách hoạt động của Đa truy cập phân chia theo trình tự mã trực tiếp (DS-CDMA).
Tín hiệu trải phổ, chỉ có thể được giải điều chế bằng mã dùng để truyền. Bằng cách sử dụng này, tín hiệu truyền của mỗi người dùng có thể được xác định bằng mã riêng biệt khi nó nhận được tín hiệu. Trong ví dụ đã cho, tín hiệu lan truyền của người dùng A ở mã A và tín hiệu khuếch tán của người dùng B ở mã B. Mỗi tín hiệu khi nhận được đều trộn lẫn. Tuy nhiên, bằng bộ khuếch tán nghịch đảo (Des spreadder), nó xác định tín hiệu của từng người dùng.
DS-CDMA System - Forward Link
DS-CDMA System - Reverse Link
Mã lây lan
Cross-Correlation
Tương quan là một phương pháp đo lường mức độ chính xác của một tín hiệu đã cho khớp với mã mong muốn. Trong công nghệ CDMA, mỗi người dùng được gán một mã khác nhau, mã do người dùng gán hoặc chọn là rất quan trọng để điều chế tín hiệu vì nó liên quan đến hiệu suất của hệ thống CDMA.
Một sẽ có được hiệu suất tốt nhất khi có sự tách biệt rõ ràng giữa tín hiệu của người dùng mong muốn và tín hiệu của những người dùng khác. Sự tách biệt này được thực hiện bằng cách tương quan giữa mã tín hiệu mong muốn được tạo cục bộ và các tín hiệu nhận được khác. Nếu tín hiệu khớp với mã của người dùng, thì hàm tương quan sẽ cao và hệ thống có thể trích xuất tín hiệu đó. Nếu mã mong muốn của người dùng không có điểm chung nào với tín hiệu, thì mối tương quan phải càng gần 0 càng tốt (do đó loại bỏ tín hiệu); còn được gọi là tương quan chéo. Vì vậy, có mộtself-correlation (Tương quan bản thân) và cross-correlation (Tương quan chéo).
Các thuộc tính của tự tương quan và mã được thể hiện trong sơ đồ dưới đây, nơi thể hiện mối tương quan giữa trải mã 'A' và mã trải rộng 'B'. Trong ví dụ này, mối tương quan được tính toán của mã trải rộng 'A (1010110001101001) và mã trải rộng' B '(1010100111001001) được đưa ra, trong khi thực hiện các phép tính trong ví dụ dưới đây, kết quả là 6/16.
Preferable Codes
Mã ưu tiên được sử dụng trong CDMA. Có nhiều mã khác nhau có thể được sử dụng tùy thuộc vào loại hệ thống CDMA. Có hai loại hệ thống -
- Hệ thống đồng bộ (Synchronous) và
- Hệ thống không đồng bộ (Asynchronous).
Trong hệ thống đồng bộ, có thể sử dụng các mã trực giao (Orthogonal Code). Trong hệ thống không đồng bộ cho điều này, chẳng hạn như mã giả ngẫu nhiên (Pseudo-random Noise) hoặc mã Vàng được sử dụng.
Để giảm thiểu sự can thiệp lẫn nhau trong DS-CDMA, nên chọn các mã trải rộng ít tương quan chéo hơn.
Synchronous DS-CDMA
- Mã trực giao là thích hợp. (Mã Walsh, v.v.)
Asynchronous DS-CDMA
- Mã nhiễu giả ngẫu nhiên (PN) / Chuỗi tối đa
- Mã vàng
Synchronous DS-CDMA
Hệ thống CDMA đồng bộ được thực hiện trong Hệ thống điểm tới đa điểm. Ví dụ: Liên kết chuyển tiếp (Trạm gốc đến Trạm di động) trong Điện thoại di động.
Hệ thống đồng bộ hóa được sử dụng trong hệ thống một-nhiều (Điểm đến đa điểm). Ví dụ, tại một thời điểm nhất định, trong hệ thống thông tin di động, một trạm gốc (BTS) có thể giao tiếp với nhiều điện thoại di động (liên kết chuyển tiếp / liên kết xuống).
Trong hệ thống này, một tín hiệu truyền dẫn cho tất cả người dùng có thể giao tiếp đồng bộ. Có nghĩa là, "Đồng bộ hóa" về điểm này là một ý nghĩa có thể được gửi để căn chỉnh đầu mỗi tín hiệu của người dùng. Trong hệ thống này, có thể sử dụng các mã trực giao và cũng có thể giảm nhiễu lẫn nhau. Và mã trực giao, nó là dấu hiệu, chẳng hạn như tương quan chéo tức là 0.
Asynchronous DS-CDMA
Trong hệ thống CDMA không đồng bộ, các mã trực giao có tương quan chéo không tốt.
Không giống như tín hiệu từ trạm gốc, tín hiệu từ trạm di động đến trạm gốc, trở thành hệ thống không đồng bộ.
Trong một hệ thống không đồng bộ, sự giao thoa lẫn nhau phần nào tăng lên, nhưng nó sử dụng các mã khác như mã PN hoặc mã Vàng.
Ưu điểm của Spread Spectrum
Vì tín hiệu được lan truyền trên một dải tần rộng, mật độ phổ công suất trở nên rất thấp, do đó các hệ thống thông tin liên lạc khác không bị ảnh hưởng bởi loại giao tiếp này. Tuy nhiên, tiếng ồn Gaussian tăng lên. Dưới đây là danh sách một vài ưu điểm chính của Spread Spectrum -
Multipath có thể được đồng ý, vì một số lượng lớn mã có thể được tạo ra, cho phép một số lượng lớn người dùng.
Trong trải phổ, không có giới hạn người dùng trong khi công nghệ FDMA có giới hạn người dùng.
Bảo mật - nếu không biết mã lây lan, khó có thể khôi phục dữ liệu đã truyền.
Từ chối giảm dần - vì băng thông lớn được sử dụng hệ thống; nó ít bị biến dạng hơn.
Trình tự PN
Hệ thống DS-CDMA sử dụng hai loại trình tự trải rộng, tức là PN sequences và orthogonal codes. Như đã đề cập ở trên, PN sequenc được tạo ra bởi bộ tạo nhiễu giả ngẫu nhiên. Nó chỉ đơn giản là một thanh ghi dịch chuyển phản hồi tuyến tính nhị phân, bao gồm các cổng XOR và một thanh ghi dịch chuyển. Máy phát PN này có khả năng tạo ra một chuỗi giống hệt nhau cho cả máy phát và máy thu,and retaining the desirable properties of the noise randomness bit sequence.
Một chuỗi PN có nhiều đặc điểm như có số lượng số không và số một gần như bằng nhau, tương quan rất thấp giữa các phiên bản dịch chuyển của chuỗi và tương quan chéo rất thấp với các tín hiệu khác như nhiễu và nhiễu. Tuy nhiên, nó có thể tương quan tốt với chính nó và nghịch đảo của nó. Một khía cạnh quan trọng khác là tính tự tương quan của chuỗi vì nó xác định khả năng đồng bộ hóa và khóa mã trải rộng cho tín hiệu nhận được. Cuộc chiến này tác động hiệu quả đến nhiều nhiễu và cải thiện SNR. Trình tự M, mã Vàng và trình tự Kasami là những ví dụ về loại trình tự này.
Chuỗi tiếng ồn giả ngẫu nhiên (PN) là một chuỗi các số nhị phân, ví dụ ± 1, dường như là ngẫu nhiên; nhưng trên thực tế, nó hoàn toàn xác định.
Chuỗi PN được sử dụng cho hai loại kỹ thuật trải phổ PN -
Phổ trải rộng tín hiệu trực tiếp (DS-SS) và
Phổ trải rộng Hop tần số (FH-SS).
Nếu 'u' sử dụng PSK để điều chỉnh chuỗi PN, thì kết quả là DS-SS.
Nếu 'u' sử dụng FSK để điều chỉnh chuỗi PN, thì kết quả là FH-SS.
Công nghệ nhảy tần số
Nhảy tần là một trải phổ trong đó sự lan truyền diễn ra bằng cách nhảy tần trên một dải tần rộng. Thứ tự chính xác mà ngắt xảy ra được xác định bằng bảng nhảy được tạo bằng cách sử dụng chuỗi mã giả ngẫu nhiên.
Tốc độ nhảy là một chức năng của thông tin tốc độ. Thứ tự của tần số được chọn bởi máy thu và được quy định bởi chuỗi nhiễu giả ngẫu nhiên. Mặc dù việc truyền phổ tín hiệu nhảy tần khá khác so với truyền của tín hiệu tuần tự trực tiếp, nhưng cần lưu ý rằng dữ liệu được phân phối trên một dải tín hiệu lớn hơn mức cần thiết. Trong cả hai trường hợp, tín hiệu thu được sẽ xuất hiện dưới dạng nhiễu và bộ thu sử dụng một kỹ thuật tương tự, được sử dụng trong quá trình truyền để khôi phục lại tín hiệu ban đầu.