Đồ Án Nghiên cứu, mô phỏng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống viễn thông

Lời nói đầu
Lý thuyết trải phổ đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong các hệ thống thông tin quân sự hơn nửa thế kỉ qua. Với nhiều ưu điểm vượt trội, ngày nay kỹ thuật trải phổ đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông tin khác nhau như hệ thống thông tin quân sự, hệ thống di động tế bào, hệ thống thông tin vệ tinh, hệ thống GPS
Với các kiến thức cơ bản tiếp thu được trong quá trình học tập cùng với sự định hướng, giúp đỡ của thầy giáo Ts. Nguyễn Thành Chuyên em đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, mô phỏng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống viễn thông” làm đồ án tốt nghiệp cho mình.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong viện Điện Tử Viễn Thông, bộ môn Hệ thống Viễn Thông nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Ts. Nguyễn Thành Chuyên, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này.
Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên đồ án không tránh khỏi còn tồn tại nhiều thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy cô và các bạn.
1
Tóm tắt đồ án
Trong giới hạn của đồ án, em xin trình bày hai kỹ thuật trải phổ điển hình đó là: kỹ thuật trải phổ trực tiếp và kỹ thuật trải phổ nhảy tần.
Nội dung đồ án tốt nghiệp bao gồm:
Phần mở đầu: Giới thiệu đề tài, xác định mục tiêu, nội dung và phạm vi thực hiện của đồ án tốt nghiệp.
Chương 1. Tổng quan: Giới thiệu về hệ thống thông tin vô tuyến, kỹ thuật trải phổ, nhưng ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ trong các hệ thống viễn thông.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết: Trình bày về nguyên lý trải phổ, tạo mã trải phổ và vấn đề đồng bộ trong thông tin trải phổ.
Chương 3. Các kỹ thuật trải phổ trực tiếp: Giới thiệu chung về kỹ thuật trải phổ trực tiếp, trình bày hai hệ thống DSSS- BPSK và DSSS – QPSK.
Chương 4. Các kỹ thuật trải phổ nhảy tần: Giới thiệu chung về kỹ thuật trải phổ nhảy tần, trình bày hai hệ thống nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm.
Chương 5. Mô phỏng: Xây dựng một số mô hình hệ thống trải phổ. Tính toán tỷ lệ lỗi bít qua một số mô hình kênh truyền.
Chương 6. Kết luận: Đánh giá về đồ án, kết quả đạt được và các mặt còn hạn chế, từ đó đưa ra định hướng phát triển hệ thống trong tương lai.
2
Abstract of Thesis
In the limit of this thesis, I present about two types of spread spectrum techniques: direct sequence spread spectrum technique and frequency hopping spread spectrum technique.
Content graduate projects include:
Introduction: About the topic, identifying objectives, content and scope of implementation of the graduation projects.
Chapter 1. Overview: Introduction of wireless comunications, Spread Spectrum techniques, advantages and some applications of Spread Spectrum in comunication systems.
Chapter 2. Theory: Display about principles of spread spectrum, spreading code generator and synchronization in spread spectrum information.
Chapter 3. Direct sequence spread spectrum techniques: Introduction of direct sequence spread spectrum technique, display about two systems: DSSS- BPSK and DSSS – QPSK.
Chapter 4. Frequency hopping spread spectrum techniques: Introduction of frequency hopping spread spectrum technique, display about two systems: FFH and SFH.
Chapter 5. Simulation: Build some model of spread spectrum systems. Calculator Bit Error Rate throught some mode of channel models.
Chapter 6. Conclusion: Rating of projects, results achieved and the surface are limited, given that the development system in the future.
3
Mục lục
Lời nói đầu .1
Tóm tắt đồ án 2
Abstract of Thesis 3
Các hình vẽ sử dụng trong đồ án .7
Các từ viết tắt sử dụng trong đồ án .9
Chương 1. Tổng quan 10
1.1 Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin vô tuyến .10
1.2 Hệ thống thông tin vô tuyến 12
1.3 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền .12
1.3.1 Hiện tượng đa đường (Multipath) 14
1.3.2 Suy hao trên đường truyền .15
1.3.3 Hiệu ứng bóng râm (Shadowing) .15
1.4 Các mô hình kênh cơ bản 15
1.5 Lịch sử phát triển 19
1.6 Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ .20
1.6.1 Khả năng chống nhiễu cố ý và không cố ý 20
1.6.2 Khả năng bảo mật cao 22
1.6.3 Khả năng đa truy cập 22
1.6.4 Khả năng chống nhiễu đa đường 22
1.7 Nhược điểm .23
1.8 Ứng dụng của kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin hiên nay 24
1.8.1 Ứng dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin di động tế bào .24
1.8.2 Đo cự li .28
1.8.3 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) .31
1.9 Kết luận chương 33
Chương 2. Cơ sở lý thuyết 34
2.1 Nguyên lý trải phổ .34
2.2 Một số kỹ thuật trải phổ 35
2.3 Tạo mã trải phổ .35
2.3.1 Các dãy PN .35
2.3.2 Tính chất của dãy m .43 4
2.3.3 Dãy gold và Kasami .43
2.3.4 Dãy Hadamarh Walsh 45
2.4 Đồng bộ trong trải phổ 45
2.4.1 Quá trình bắt chuỗi mã (bắt đồng bộ) 45
2.4.2 Quá trình bám .47
2.5 Kết luận chương 47
Chương 3. Các kỹ thuật trải phổ trực tiếp .49
3.1 Giới thiệu chung 49
3.2 Các hệ thống DS/SS-BPSK .49
3.2.1 Giải điều chế 53
3.2.2 Tác động của việc giải trải phổ đối với nhiễu băng hẹp 53
3.2.3 Xác suất lỗi .55
3.2.4 Mô hình DS/CDMA .55
3.3 Các hệ thống DS/SS-QPSK 59
3.4 Ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật trải phổ trực tiếp .61
3.5 Kết luận chương 62
Chương 4. Các kỹ thuật trải phổ nhảy tần .63
4.1 Giới thiệu chung 63
4.2 Các hệ thống nhảy tần nhanh FFH 64
4.2.1 Máy phát .66
4.2.2 Dải thông 68
4.2.3 Máy thu 69
4.2.4 Tốc độ đồng hồ PN của hệ thống FFH .70
4.3 Các hệ thống nhảy tần chậm SFH .70
4.4 Xác suất lỗi bít đối với các tín hiệu FH 72
4.5 Ưu nhược điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy tần .74
4.6 Kết luận chương 75
Chương 5. Mô phỏng 76
5.1 Mở đầu 76
5.2 Các tham số đánh giá hệ thống .76
5.3 Mô phỏng mô hình trải phổ trực tiếp 77
5.4 Mô phỏng mô hình trải phổ nhảy tần 80
5.5 Mô phỏng đa truy cập phân chia theo mã .90 5
5.5.1 Xây dựng mô hình DSCDMA với điều chế BPSK, kênh AWGN 90
5.5.2 Xây dựng mô hình DSCDMA 8 người dùng với điều chế BPSK, kênh Rayleigh 92
Chương 6. Kết luận và hướng phát triển đề tài .94
Tài liệu tham khảo 95