Tìm kiếm nhanh và chính xác hơn với google tùy chỉnh

Thứ Bảy, 11 tháng 2, 2012

Trải phổ

Trải phổ là một kỹ thuật quan trọng dùng trong 2 G (CDMA), 3 G (W-CDMA) ... Bên cạnh những bài viết trích dẫn đã có nguồn thì những cái còn lại mình lấy trong slide của thày Đỗ Quốc Trinh.

Tóm tắt lịch sử của Trải phổ

  • Công nghệ thông tin trải phổ được trình bày đầu tiên trong báo cáo của một nữ diễn viên và một nghệ sĩ!
  • Năm1941, nữ diễn viên Hollywood Hedy Lamarr và nghệ sĩ dương cầm George Antheil đã miêu tả một đường vô tuyến để điều khiển các ngư lôi và nhận được bằng sáng chế ở Mỹ.
    Wow, so hot !!!
  • Giờ đây nó đã trở nên phổ biến rộng rãi cho các ứng dụng thông tin vô tuyến trong các môi trường khắc nghiệt. 
  • Các phiên bản ban đầu của nhảy tần được sử dụng 1 trục lăn piano để chuyển đổi giữa 88 tần số và dùng làm tín hiệu vô tuyến dẫn đường ngư lôi, gây khó khăn cho đối phương phát hiện và gây nhiễu. 

    Kỹ thuật Trải Phổ và An Ninh Trong Truyền Thông Vô Tuyến
    (Spread SpectrumTechniques and Security Issue in Wireless Communications)

    Vấn đề truyền một thông điệp từ điểm A đến điểm B qua môi trường vô tuyến cực kỳ nguy hiểm bởi trên đường truyền, người ta có thể thu tín hiệu và giải điều chế rồi từ đó biết được thông điệp đang được truyền đi. Vấn đề này đối với các ứng dụng dân dụng thì không có vấn đề gì to tát lắm (Cùng lắm là hai cô cậu đang yêu nhau nói tục về chuyện ''tối hôm qua'' bị người ta giải mã ra là cùng nhưng cũng có sao đâu). Tuy nhiên, trong Quân Sự thì vấn đề này lại trở nên vô cùng quan trọng. Do đó, kỹ thuật trải phổ đã được áp dụng để tăng tính bảo mật của thông tin truyền trong môi trường vô tuyến. Kỹ thuật này lúc đầu được áp dụng trong quân sự nhưng sau đó đã được đưa vào các ứng dụng dân sự, CDMA là một ví dụ về kỹ thuật trải phổ.

    Kỹ thuật trải phổ về cơ bản là sử dụng một mã đặc biết để trải phổ của tín hiệu trong một băng thông hẹp (thậm trí rất hẹp) ra một băng thông cực rộng làm cho tín hiệu truyền đi rất giống với nhiễu trắng có trong tự nhiên. Chính vì vậy, nếu như trên đường truyền, kẻ thù (trong quân sự) có thu được tín hiệu của ta nhưng không biết cái mã đặc biệt kia để thu hẹp phổ của tín hiệu lại thì họ không thể hiểu được nội dung thông tin đang được truyền đi là gì vì tín hiệu sau khi được trải rộng phổ ra rất giống với nhiễu trắng trong tự nhiên.

    Mã trải phổ càng dài thì càng khó có thể dò ra phía phát đã dùng mã gì để trải phổ và do đó tính bảo mật của thông tin được truyền càng cao. Tuy nhiên, dùng mã càng dài thì càng cần một băng thông rộng. Ví dụ: Độ rộng dải phổ của tín hiệu hữu dụng là W Hz, nếu ta dùng một mã trải phổ với độ dài K thì tín hiệu sau khi được trải phổ sẽ có độ rộng dải phổ là KW Hz, tức rộng gấp K lần phổ của tín hiệu trước khi trải phổ. Nếu K rất lớn thì phổ của tín hiệu được truyền đi (sau khi trải phổ) sẽ gần như phẳng giống như phổ của nhiễu trắng vậy.

    Mục đích ban đầu của kỹ thuật trải phổ để giải quyết vấn đề an ninh. CDMA được thừa hưởng cái đặc tính này của trải phổ nên nó đúng là có độ bí mật cao hơn các kỹ thuật trước đó như TDMA, FDMA. Tuy nhiên, trong các hệ thống CDMA hiện hành, độ dài của mã chưa cao nên khả năng an ninh cũng chưa phải là cao. Thậm trí người ta còn sử dụng những mã mà mọi người đều biết như mã vàng (Gold Code). CDMA về cơ bản có thể dò ra mã được. Vấn đề mấu chốt trong việc dùng mã trong CDMA là vì mục đích khử nhiễu do nhiều người sử dụng (Multi-User Interference - MUI). Các mã được sử dụng trong CDMA được thiết kế sao cho chúng có tính chất tương quan tốt (Good Correlation Properties) tức là hệ số tự tương quan cao, hệ số tương quan chéo giữa các mã rất thấp, và các mã này phải đảm bảo giữ được tính chất tương quan ngay cả khi sự đồng bộ giữa những người sử dụng trong cell bị mất (không đồng bộ - Asynchronous CDMA - Cái này thông thường xảy ra trong trường hợp truyền thông tin từ điện thoại di đống đến Base Station).

    Về tốc độ, ngay cả đến thế hệ thứ 3, hiện nay VN chưa có, theo hiểu biết của tôi, ở môi trường trong nhà (indoor) độ tối đa là 2 Mbps, ở môi trường di động chậm (chẳng hạn đi bộ) tốc độ truyền đối đa là 384 Kbps, đối với môi trường di động nhanh (chẳng hạn dùng điện thoai di động trong khi đi xe ôtô) thì tốc độ tối đa là 144 Kbps.

    (Theo Nguyễn Văn Tèo -TTVNOL http://www3.ttvnol.com)
    Tác giả này tui không biết, có khi là 1 đứa bạn nào đó của người trích dẫn lại, và mình trích dẫn lại lần 2 (hoặc nhiều hơn), hãy copy 1 phần bài viết và search google để ra tác giả thực sự.


    Ưu nhược điểm

    “Tại sao chúng ta lại sử dụng hệ thống trải phổ ”
    Câu trả lời có thể dễ dàng nhận thấy qua các phân tích về khả năng ưu và nhược của nó. Thật vậy, kỹ thuật truyền thông đã phải đối phó với các vấn đề hết sức khó khăn về nhiễu, hiệu ứng đa đường truyền, gia tăng dung lượng, bảo mật … Và người ta đã phát hiện ra trải phổ có những thuộc tính không thể thay thế bởi các kỹ thuật điều chế khác.

    a. Ưu điểm
    o Chống lại các nhiễu cố ý và vô ý.
    o Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền.
    o Chia sẻ cùng dãy tần số với nhiều người sử dụng.
    o Bảo mật do chuỗi mã giả ngẫu nhiên (Phân chia theo mã).

    b. Hạn chế
    o Không hiệu quả về băng thông.
    o Hoạt động phức tạp hơn.


    Cơ sở toán học

    - Công thức Shannon: với kênh có tạp âm trắng cộng tính (AWGN: Additive White Gaussian Noise) 
    C = B log_2 (1+ S/N)

    trong đó: C là dung lượng kênh [bps],
    B là độ rộng phổ tần chiếm [Hz] của tín hiệu
    S/N là tỷ số công suất tín hiệu và tạp âm 
    - Như vậy, với một dung lượng xác định C, có thể truyền không lỗi với tỷ số S/N rất thấp nếu tín hiệu có phổ rất rộng và nếu có khả năng biến mọi tạp nhiễu về có dạng như hoặc gần như AWGN ==> Điều này thực hiện được nhờ Kỹ thuật trải phổ 


    Phân loại hệ thống SS
    • Dãy trực tiếp DS (Direct Sequence): nhân nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên (có tốc độ thật nhanh -> sẽ làm phổ rộng ra, các bạn nên tham khảo giáo trình chuyên sâu nếu muốn biết rõ cơ chế)
    • Nhảy tần FH (Frequency Hopping): nhảy tần số sóng mang của nó trên một tập lớn các tần số, mẫu nhảy tần là giả ngẫu nhiên.
    • Nhảy thời gian TH (Time Hopping): khối các bít dữ liệu được nén và phát đi một cách gián đoạn trong một hoặc nhiều khe thời gian trong khung gồm một số lớn các khe thời gian. Mẫu nhảy thời gian giả ngẫu nhiên xác định khe thời gian nào được dùng để truyền trong mỗi khung.
    • Kết hợp


    Kết luận

    Nói chung thì nó là như thế này này :
    Trải phổ chủ yếu thấy được dạy trên lớp là trải phổ trực tiếp, nhân tín hiệu với một tín hiệu tốc độ nhanh với một mã giả ngẫu nhiên. Mã này hay nhé, có đặc tính là nhân tín hiệu vào thì tín hiệu trải dài ra như nền nhiễu, tuy nhiên nếu bên thu có đúng mã đấy thì có thể khôi phục được, còn những cái khác thì chỉ như nhiễu thôi, người ta có nhiều mã, và phân biệt được người dùng (hoặc bảo mật chỉ ai biết mã mới xem được), đó là cơ sở của CDMA  xem ở đây. Các bạn xem hình dưới minh họa cho điều này.



    Trải phổ nhảy thời gian hay tần số là tín hiệu nhảy lung tung theo quy tắc nào đó (như cái giả ngẫu nhiên trên thôi) , ai biết quy tăc thì lượm được, ai không có thì lượm được 1 phần và chẳng biết nó là của tín hiệu nào, ở đâu. Nhiễu cũng chỉ tác động "nhiều" ở 1 khoảng thời gian, 1 vùng tần số, nên cũng chỉ tác động nhiều đến tín hiệu trong 1 phần nó đụng phải, những chỗ khác thì nó bị tác động ít hơn, bằng biện pháp kiểm tra lỗi tập tin, truyền lại hoặc mã hóa sửa lỗi thì sẽ xử lý được .
    Còn nếu nhiễu cường độ lớn, xảy ra toàn bộ thời gian truyền, nhiều tần số thì đứt kênh hoàn toàn rồi, biện pháp gì thì cũng thế, lúc đó dùng tín hiệu hữu tuyến (adsl, cáp quang) mà xài đỡ thôi.

    0 nhận xét:

    :) , :D , :)) , =)) , :( , :(( , x-( , :-/ , :|

    Đăng nhận xét

    Twitter Delicious Facebook Digg Stumbleupon Favorites More

     
    Design by NewWpThemes | Blogger Theme by Lasantha - Premium Blogger Themes | New Blogger Themes