Trải phổ tức là mở rộng băng thông của tín hiệu, cùng lúc giảm mật độ công suất của tín hiệu có ích để nó có thể nằm dưới mức nhiễu. Kỹ thuật này ra đời từ nhu cầu bảo mật thông tin trong quân sự.
Để thực hiện điều này một chuỗi ngẫu nhiên PN ( Pseudo – Noise ) chuyển đổi tín hiệu có băng thông hẹp thành tín hiệu tương tự như nhiễu có băng thông rộng. Chuỗi này có tốc độ chip cao hơn nhiều tốc độ dữ liệu của tín hiệu mang tin và có hàm tự tương quan và hàm tương quan chéo tốt. . Do tính tương quan tốt của chuỗi PN, tất cả các người dùng trong một cell sử dụng cùng một tần số sóng mang và có thể phát các tín hiệu đồng thời với can nhiễu lẫn nhau rất ít.
Để có thể xây dựng được một hệ thống trải phổ, hệ thống phải có các đặc điểm sau:
ã Năng lượng tớn hiệu truyền đi phải chiếm một dải tần lớn hơn rất nhiều tốc độ bit thông tin và xấp xỉ độc lập với tốc độ bit thông tin.
ã Tớn hiệu trải phổ là sự kết hợp của tớn hiệu tin tức và một chuỗi trải phổ độc lập với tín hiệu tin tức.
ã Việc giải điều chế được thiết lập bằng cỏch tương quan tớn hiệu nhận được với một bản sao của tín hiệu được máy phát dùng để trải tín hiệu thông tin cần phát.
Các kỹ thuật trải phổ được phân thành ba nhóm chính:
ã Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS – Direct Sequence SS)
ã Trải phổ nhảy tần (FHSS – Frequency Hopper SS)
ã Trải phổ nhảy thời gian (THSS – Time Hopper SS).
2.2.1 Kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DS-CDMA)
Trong DS-CDMA tín hiệu mang tin tức (tín hiệu dữ liệu) được điều chế trực tiếp bằng cách nhân vời một tín hiệu mã giả ngẫu nhiên. Tốc độ của tín hiệu mã được gọi là tốc độ chip. Một chip biểu thị cho một ký tự (symbol) trong các
tín hiệu mã trải rộng. Tín hiệu dữ liệu có thể là tương tự hoặc số. Tốc độ chip thường rất lớn hơn so với tốc độ của tín hiệu. Việc giải mã tín hiệu được thực hiện dễ dàng bằng cách lấy tín hiệu thu được nhân với tín hiệu mã. Hình sau mô tả việc truyền dữ liệu 2 người dùng qua một kênh cộng đồng bộ.
Hình 2.1 Mô tả truyền dữ liệu 2 người dùng a) Sơ đồ nguyên lí máy phát:
Máy phát sẽ tạo nên tín hiệu mã từ một bộ tạo mã, sau đó nhân tín hiệu mã với tín hiệu dữ liệu để thực hiên việc trải phổ. Tín hiệu được cho qua một bộ điều chế băng rộng trước khi phát lên anten.
b) Sơ đồ nguyên lí bộ thu:
Bộ thu (hình 2.3) dùng sự giải điều chế đồng bộ để giải trải phổ tín hiệu. Để có thể thực hiện sự giải trải phổ, bộ thu không những phải biết chuỗi mã đã được
dùng để trải rộng phổ của tín hiệu mà mã được tạo ra bên trong bộ thu cũng phải được đồng bộ với các mã của tín hiệu nhận được.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lí bộ thu
2.2.2 Kỹ thuật đa truy nhập trải phổ nhảy tần (FH-CDMA)
Trong FH-CDMA, tần số sóng mang không cố định mà thay đổi một cách tuần hoàn. Suốt khoảng thời gian c
T tần số sóng mang không thay đổi, nhưng sau mỗi khoảng thời gian này sóng mang sẽ nhảy sang tần số khác (có thể vẫn ở tần số cũ) theo qui luật được quyết định bởi tín hiệu mã. Tập các tần số mà sóng mang có thể dùng gọi là tập nhảy.
Sự chiếm dụng tần số trong một hệ thống FH-CDMA thì rất khác so với hệ thống DS-CDMA. Một hệ thống DS-CDMA sẽ chiếm toàn bộ dải tần khi nó truyền trong khi một hệ thống FH-CDMA chỉ sử dụng một phần nhỏ của dải tần khi truyền tuy nhiên vị trí của dải tần này sẽ thay đổi theo thời gian. Sự khác nhau giữa FH-CDMA và DS-CDMA trong việc sử dụng tần số được minh họa ở hình sau.
Hình 2.4 Trải phổ nhảy tần
FH-CDMA được chia làm hai loại tùy thuộc vào tốc độ nhảy tần của sóng mang. Nếu tốc độ nhảy tần lớn hơn (nhiều) so với tốc độ ký tự, ta có sự nhảy tần nhanh. Trong trường hợp này, tần số sóng mang thay đổi vài lần trong thời gian truyền một ký tự, vì vậy một bit sẽ được truyền lần lượt trên các tần số khác nhau. Nếu tốc độ nhảy tần nhỏ hơn (nhiều) so với tốc độ ký tự, ta có sự nhảy tần chậm.
Trong trường hợp này, nhiều ký tự sẽ được truyền lần lượt trên cùng một tần số. Băng thông chiếm dụng của tín hiệu tại một tần số sóng mang không chỉ phụ thuộc vào băng thông tín hiệu mang tin mà còn phụ thuộc vào dạng của tín hiệu nhảy tần và tốc độ nhảy tần. Nếu tốc độ nhảy tần nhỏ hơn nhiều so với băng thông tín hiệu mang tin, băng thông của tín hiệu mang tin sẽ là nhân tố chính quyết định băng thông chiếm dụng. Tuy nhiên, nếu tốc độ nhảy tần lớn hơn rất nhiều so với băng thông của tín hiệu mang tin thì hình dạng xung của tín hiệu nhảy tần sẽ quyết định băng thông chiếm dụng tại một tần số sóng mang.
2.2.3 Kỹ thuật đa truy nhập trải phổ nhảy thời gian (TH-CDMA)
Trong TH-CDMA, tín hiệu dữ liệu được truyền thành từng cụm trong những khoảng thời gian được quyết định bởi mã của người dùng. Trục thời gian được chia thành các khung (frame) và mỗi khung được chia thành các khe thời
gian. Trong mỗi khung một người dùng sẽ chiếm giữ một khe thời gian để truyền, tuy nhiên vị trí của khe sẽ phụ thuộc vào tín hiệu mã của người dùng.
Hình sau miêu tả đồ thị tần số-thời gian trong hệ thống TH-CDMA cho một người dùng.
Hình 2.5 Trải phổ nhảy thời gian.