2.6. Kỹ thuật trải phổ
2.6.1.1. 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: √ Gọi P là cơng suất sóng mang, do P = Ams2 nên ta có: √ Và ta có biểu thức sóng mang là: s(t) = √ .cos ω0t
Biểu thức sóng mang đã đƣợc điều chế bởi dữ liệu đƣa qua điều chế dịch pha nhị phân BPSK:
Sd(t) =√ .cos[ ω0t + фd(t)] với 0 ≤ t ≤ Ts (2.9) Trong đó: + фd(t): là pha của song mang.
42
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 dịng 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:
( ) √ ( ) với 0 ≤ t ≤ T (2.10) 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).
Trên cơ sở của phƣơng trình (2.10) ta xây dựng đƣợc sơ đồ điều chế nhƣ sau:
Hình 2.24: 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:
( ) √ ( ) ( ) (2.11) 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:
43
Hình 2.25: 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) (2.12) 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) (2.13) Tại đầu thu thì bộ thu sẽ thu đƣợc tín hiệu sau một khoảng thời gian trễ Td là:
√ C(t-Td).cos[ ω0t + фd(t- Td) + φ] + nhiễu (2.14) Ta xây dựng sơ đồ giải điều chế nhƣ sau:
Hình 2.26: 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 q trình giải điều chế cũng phải thực hiện theo 2 quá trình ngƣợc lại với phía phát:
- Q 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 q trình nén phổ tín hiệu). sau q trình này thì tín hiệu thu đƣợc sẽ có dạng sau:
SR(t)= √ .C(t-T’’d). C(t-Td).cos[ ω0t + фd(t- Td) + φ] (2.15) Trong đó: Td: thời gian trễ do truyền dẫn.
44
T’’d: thời gian trễ truyền dẫn do phía thu dự đốn.
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:
( ) √ ( ) ( ) 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 thơng thƣờng, cịn 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).
Điều chế dữ liệu lần 1 có dạng:
Sd(t) =√ .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) = √ ..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) =√ .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).
45