) (2.4 Với α là phần tử cơ bản của trƣờng GF(2 m
2.5.1. Trải phổ dãy trực tiếp
Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS sử dụng mã trải phổ băng rộng để điều chế tín hiệu sóng mang đã đƣợc điều chế bởi dữ liệu gốc. Dãy mã đƣợc 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 đƣợc truyền nhƣ một chuỗi ngẫu nhiên của chip. Các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp còn đƣợc gọi là hệ thống giả tạp âm. Trong thời gian gần đây các hệ thống DSSS đã đƣợc ứng dụng trong các hệ thống thông tin thƣơng mại.
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 ngƣời ta sử dụng điều chế dịch pha nhị phân nhƣ
phƣơng pháp điều chế trải phổ, điều đó có nghĩa là lần điều chế thứ nhất điều chế dữ liệu theo phƣơng pháp điều chế thông thƣờng, lần thứ hai ngƣời ta sử dụng mã trải phổ để điều chế tín hiệu sóng mang đã đƣợc điều chế bởi tín hiệu (điều chế lần thứ nhất) theo kiểu BPSK.
Trƣớc 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 đƣợc điều chế bởi dữ liệu đƣa 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.
+Ts: độ rộng một chíp (hay một ký hiệu) của dữ liệu điều chế d(t) Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ dữ liệu trƣớc 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 đƣợc thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang đã đƣợc 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) Nhƣ 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).
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 phƣơng trình (2.11) ta có:
St(t) = 2P.C(t).cos[ ω0t + фd(t)] (2.12)
Nhƣ vậy trải phổ sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK đƣợc thực hiện một cách đơn giản bằng cách nhân tín hiệu sóng mang đã đƣợc điều chế bởi dữ liệu với mã trải phổ C(t), bộ điều chế mã BPSK ở hình trên đƣợc thay thế bằng bộ nhân. Ta xây dựng đƣợc bộ điều chế nhƣ sau:
Hình 2.29: Sơ đồ trải phổ trực tiếp đơn giản
khi này thì tín hiệu phát đi có thể đƣợc 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 đƣợc 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 nhƣ sau:
Hình 2.30:Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản.
Do việc điều chế tín hiệu ờ phía phát đƣợc 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 ngƣợc lại với phía phát:
Quá trình 1: Thực hiện nhân tín hiệu điều chế thu đƣợc 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 đƣợc sẽ có dạng sau:
SR(t)= 2P.C(t-T„d). C(t-Td).cos[ ω0t + фd(t- Td) + φ] (2.15) 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 đƣợc 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 đƣợc 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) đƣợc đƣa đến bộ giải điều chế pha để tách trở lại tín hiệu ban đầu.
Trong trƣờng hợp ta đang xét thì lần điều chế thứ nhất đối với dữ liệu thông tin là quá trình điều chế pha số thông thƣờng, 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 phƣơng pháp điều chế BPSK (phƣơng pháp này còn đƣợc gọi là phƣơng pháp điều chế BPSK cải tiến).
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 đƣợc thay bở một bít. Do vậy:
Ts= Tb với Ts là độ dài của một ký hiệu điều chế. Do đó phƣơng trình (2-16) có thể đƣợc viết lại nhƣ sau:
Sd(t) = 2P.cosω0t với 0 t Tb
Lúc này tín hiệu này đƣợc đƣa 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 đƣợc thay thế bằng quá trình điều chế duy nhất thông qua việc nhân mã trải phổ C(t) với dãy dữ liệu d(t).
2.5.1.2.Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK
Ngoài phƣơng pháp điều chế tín hiệu dịch pha nhị phân (BPSK) còn có nhiều phƣơng pháp điều chế dịch pha khác. Với phƣơng pháp điều chế dịch pha nhị phân, 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 phƣơng pháp này thì ngƣời ta có thể thay bằng một bƣớc điều chế dịch pha nhị phân cho tích của dữ liệu và mã trải phổ. Còn đối với phƣơng 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 phƣơng pháp điều chế QPSK sẽ có tốc độ bít tăng gấp đôi so với phƣơng pháp điều chế BPSK.
Trong trƣờng hợp tổng quát khi bƣớc 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 đƣợc điều chế bởi dữ liệu dƣới tác dụng của mã trải phổ giả ngẫu nhiên theo quy luật điều chế theo bảng nhƣ trên. Việc điều chế này đƣợc thực hiện nhƣ hình vẽ sau:
Hình 2.31: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức
Trong đó bộ lai cầu phƣơng 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 đƣợc 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 ngƣợc 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). Nhƣ 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 đƣợc 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) Nhƣ vậy với bƣớc 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. Bƣớc điều chế sóng mang bởi dữ liệu có thể là điều chế pha nhị phân hay điều chế pha 4
mức giống nhƣ bƣớc điều chế trải phổ. Khi đó đầu thu khôi phục lại dữ liệu theo chiều ngƣợc lại và phải tuân theo đúng phép giải điều chế BPSK hay QPSK. Với phƣơng thức điều chế pha 4 mức thì ta có thể gửi nhiều dữ liệu hơn vào sóng mang va do đó tiết kiệm đƣợc đƣờng truyền dẫn so với phƣơng thức điều chế pha nhị phân.