Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS sử dụng mã trải phổ băng rộng để điều chế tín hiệu sóng mang đã được điều chế bởi dữ liệu gốc. Dãy mã được sử dụng có tốc độ cao hơn nhiều ( tốc độ chip) so với tốc độ bit thông tin, mỗi bit thông tin của tín hiệu số được truyền như một chuỗi ngẫu nhiên của chip. Các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp còn được gọi là hệ thống giả tạp âm. Trong thời gian gần đây các hệ thống DSSS đã được ứng dụng trong các hệ thống thông tin thương mại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.27: Trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS
2.5.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK
Đây là loại điều chế đơn giản nhất của trải phổ dãy trực tiếp. Trong kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp BPSK người ta sử dụng điều chế dịch pha nhị phân như phương pháp điều chế trải phổ, điều đó có nghĩa là lần điều chế thứ nhất điều chế dữ liệu theo phương pháp điều chế thông thường, lần thứ hai người ta sử dụng mã trải phổ để điều chế tín hiệu sóng mang đã được điều chế bởi tín hiệu (điều chế lần thứ nhất) theo kiểu BPSK.
Trước tiên ta đi xét tín hiệu sóng mang s(t): s(t) = A.cos ω0t Trong đó: + A: biên độ đỉnh của sóng mang.
+ ω0: tần số góc của sóng mang.
Ams là biên độ hiệu dụng của sóng mang, ta có: A 2Ams Gọi P là công suất sóng mang, do P = Ams2 nên ta có: A 2P
Và ta có biểu thức sóng mang là: s(t) = 2P.cos ω0t
Biểu thức sóng mang đã được điều chế bởi dữ liệu đưa qua điều chế dịch pha nhị phân BPSK:
Sd(t) = 2P.cos[ ω0t + фd(t)] với 0 t Ts (2.10) Trong đó: + фd(t): là pha của song mang.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ dữ liệu trước đó và phụ thuộc vào đặc điểm của việc điều chế.
Trải phổ dãy trực tiếp sử dụng kỹ thuật BPSK bằng mã trải phổ C(t) có dạng xung tín hiệu NRZ và chỉ có giá trị mức bằng 1 và có tốc độ dòng gấp N lần tốc độ dòng dữ liệu d(t). Việc điều chế trải phổ được thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang đã được điều chế Sd(t) với hàm mã C(t) .
Tín hiệu phát đi có dạng:
St(t) = 2P.cos[ ω0t + фc(t) + фd(t)] với 0 t T (2.11) Như vậy bây giờ pha của tín hiệu sóng mang phát đi phụ thuộc 2 thành phần:
+ фc(t) : phụ thuộc vào mã giả ngẫu nhiên C(t) + фd(t) : phụ thuộc vào dòng dữ liệu d(t).
Trên cơ sở của phương trình (2-3) ta xây dựng được sơ đồ điều chế như sau:
Hình 2.28: Sơ đồ trải phổ trực tiếp kiểu BPSK
Do tính chất của dãy mã giả ngẫu nhiên trải phổ C(t) có dạng xung NRZ có các giá trị 1 nên từ phương trình (2.11) ta có:
St(t) = 2P.C(t).cos[ ω0t + фd(t)] (2.12)
Như vậy trải phổ sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK được thực hiện một cách đơn giản bằng cách nhân tín hiệu sóng mang đã được điều chế bởi dữ liệu với mã trải phổ C(t), bộ điều chế mã BPSK ở hình trên được thay thế bằng bộ nhân. Ta xây dựng được bộ điều chế như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.29: Sơ đồ trải phổ trực tiếp đơn giản
khi này thì tín hiệu phát đi có thể được viết lại là: St(t) = C(t). Sd(t) (2.13)
Mặt khác do tính chất của tín hiệu C(t) là các tín hiệu xung NRZ nên C(t)= ±1 do đó C2(t) = 1. Vì vậy: St(t). C(t) = C2(t). Sd(t)= Sd(t) (2.14) Tại đầu thu thì bộ thu sẽ thu được tín hiệu sau một khoảng thời gian trễ Td là:
2P.C(t-Td).cos[ ω0t + фd(t- Td) + φ] + nhiễu Ta xây dựng sơ đồ giải điều chế như sau:
Hình 2.30: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản
Do việc điều chế tín hiệu ờ phía phát được thực hiện qua 2 lần điều chế. Do đó tại đầu thu quá trình giải điều chế cũng phải thực hiện theo 2 quá trình ngược lại với phía phát:
Quá trình 1: Thực hiện nhân tín hiệu điều chế thu được với mã trải phổ có sẵn ở đầu thu (quá trình này thực chất là quá trình nén phổ tín hiệu). sau quá trình này thì tín hiệu thu được sẽ có dạng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong đó: Td: thời gian trễ do truyền dẫn.
T„d: thời gian trễ truyền dẫn do phía thu dự đoán.
Nếu T„=Td thì điều đó có nghĩa mã trải phổ phía thu được đồng bộ chính xác với mã trải phổ phía phát. Khi đó ta có: C(t-T„d). C(t-Td).
Nếu bỏ qua thành phần pha ngẫu nhiên φ thì tín hiệu thu được sau bộ nén phổ là: S*R(t)= 2P. cos[ ω0(t- Td) + фd(t- Td) ]
Ta thấy S*R(t) chính là Sd(t) bị trễ đi một khoảng thời gian là Td.
Quá trình 2: Tín hiệu S*R(t) được đưa đến bộ giải điều chế pha để tách trở lại tín hiệu ban đầu.
Trong trường hợp ta đang xét thì lần điều chế thứ nhất đối với dữ liệu thông tin là quá trình điều chế pha số thông thường, còn điều chế trải phổ lần thứ 2 là điều chế BPSK.
Sau đây ta xét quá trình điều chế mà cả hai quá trình điều chế đều sử dụng phương pháp điều chế BPSK (phương pháp này còn được gọi là phương pháp điều chế BPSK cải tiến).
Điều chế dữ liệu lần 1 có dạng:
Sd(t) = 2P.cos[ ω0t + dt] với 0 t Ts (2.16) Trong đó: Tb là độ rộng của một tín hiệu hay một bít.
Do điều chế BPSK nên độ dịch pha là Π. Dữ liệu d(t) mang giá trị ±1. Trong ký hiệu BPSK một ký hiệu điều chế được thay bở một bít. Do vậy:
Ts= Tb với Ts là độ dài của một ký hiệu điều chế. Do đó phương trình (2-16) có thể được viết lại như sau:
Sd(t) = 2P.cosω0t với 0 t Tb
Lúc này tín hiệu này được đưa qua điều chế lần thứ hai dạng BPSK, và nó sẽ có dạng sau:
Sd(t) = 2P.C(t). d(t). cosω0t với 0 t Tb (2.17)
Do vậy quá trình điều chế 2 lần được thay thế bằng quá trình điều chế duy nhất thông qua việc nhân mã trải phổ C(t) với dãy dữ liệu d(t).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
góc pha của sóng mang bị dịch cố định là 0 hay 1800 tùy thuộc vào giá trị của dữ liệu. Do vậy nếu cả hai quá trình điều chế (dữ liệu và trải phổ) đều áp dụng phương pháp này thì người ta có thể thay bằng một bước điều chế dịch pha nhị phân cho tích của dữ liệu và mã trải phổ. Còn đối với phương pháp điều chế pha 4 mức (QPSK) thì góc pha của sóng mang bị dịch đi nằm tại một trong bốn giá trị là 0, ±900 và 1800.
Điều chế pha 4 mức QPSK thực hiện tổ hợp 2 bít của tín hiệu thành một ký hiệu điều chế và quyết định một trạng thái pha sóng mang. Do vậy cùng với một độ rộng băng tần truyền dẫn, sử dụng phương pháp điều chế QPSK sẽ có tốc độ bít tăng gấp đôi so với phương pháp điều chế BPSK.
Quy luật về trạng thái pha của phương pháp điều chế QPSK như sau:
Trong trường hợp tổng quát khi bước điều chế dữ liệu ban đầu là phép điều chế dịch pha, tín hiệu đầu vào bộ điều chế trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK là:
S (t) = 2P.cos[ ω0t + фd(t)] với 0 t Tb (2.18) Phép điều chế trải phổ QPSK thực hiện dịch pha của sóng mang đã được điều chế bởi dữ liệu dưới tác dụng của mã trải phổ giả ngẫu nhiên theo quy luật điều chế theo bảng như trên. Việc điều chế này được thực hiện như hình vẽ sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.31: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức
Trong đó bộ lai cầu phương thực hiện tạo ra 2 tín hiệu có lệch pha nhau là 1800 (trực giao với nhau) từ tín hiệu điều chế pha ban đầu. Hai tín hiệu này có công thức sau:
Tín hiệu thứ nhất: I(t) = 2P.cos[ ω0t + фd(t)] (2.19) Tín hiệu thứ hai: Q(t) = 2P.sin[ ω0t + фd(t)] (2.20)
Đồng thời tín hiệu giả ngẫu nhiên C(t) cũng được tách làm hai tín hiệu C1(t) và tín hiệu C2(t) với tốc độ bít bằng một nữa tốc độ bít của dòng nhị phân ban đầu. Dòng bít của tín hiệu C1(t) chứa các giá trị bít nằm ở các vị trí chẵn trong dòng bít của tín hiệu C(t) và ngược lại dòng bít của tín hiệu C2(t) chứa các giá trị bít nằm ở các vị trí lẻ trong dòng bít của tín hiệu C(t). Như vậy hai tín hiệu I(t) và Q(t) bây giờ bị trải phổ dịch pha nhị phân bởi hai mã trải phổ có tốc độ bằng nữa tốc độ mã ban đầu. Kết quả tín hiệu trải phổ đầu ra thu được bằng cách cộng hai tín hiệu trải phổ này với nhau và có dạng sau:
x(t)=C1(t).I(t)+C2(t).Q(t)= S C1(t).cos[ω0t +фd(t)]+ SC2(t).sin[ ω0t + фd(t)] (2.21) Như vậy với bước điều chế trải phổ sử dụng phép điều chế pha 4 mức, tín hiệu sóng mang bị điều pha bởi dữ liệu lại một lần nữa bị điều chế pha QPSK. Bước điều chế sóng mang bởi dữ liệu có thể là điều chế pha nhị phân hay điều chế pha 4 mức giống như bước điều chế trải phổ. Khi đó đầu thu khôi phục lại dữ liệu theo chiều ngược lại và phải tuân theo đúng phép giải điều chế BPSK hay QPSK. Với phương thức điều chế pha 4 mức thì ta có thể gửi nhiều dữ liệu hơn vào sóng mang va do đó tiết kiệm được đường truyền dẫn so với phương thức điều chế pha nhị phân.