Mở đầu Phổ tần số vô tuyến là tài nguyên của từng quốc gia, khu vực, được quản lý theo hướng dẫn của ITU. Trên cơ sở các yêu cầu do ITU đặt ra, cơ quan quản lý viễn thông sẽ quy hoạch, cấp phát dải tần viễn thông của quốc gia cho các nhà khai thác. Trước đây vấn đề này được giải quyết theo phương pháp cấp các băng tần khác nhau cho các dịch vụ khác nhau.Tuy nhiên do băng tần vô tuyến là hữu hạn, trong khi đó nhu cầu về phổ tần vô tuyến tăng ngày càng nhanh khi ra đời hệ thống thông tin di động tế bào, các dịch vụ mới đòi hỏi một phương pháp mới để giải quyết hiệu quả hơn vấn đề trên. Kỹ thuật trải phổ đã được nghiên cứu và áp dụng trong lĩnh vực quân sự từ những năm 1930, tuy nhiên gần đây các kỹ thuật này đã được nghiên cứu và áp dụng thành công trong các hệ thống thông tin di động tế bào nhu nhu cầu cấp bách của việc giải quyết vấn đề cạn kiệt dung lượng trong GSM.
Một hệ thống được gọi là hệ thống trải phổ nếu có các đặc điểm sau : 1. Băng tần truyền dẫn lớn hơn nhiều so với băng tần thông tin. Băng tần truyền dẫn được xác định bởi mã trải phổ hay mã giả ngẫu nhiên, độc lập với thông tin được gửu đi. Dãy mã trải phổ mã hoá tín hiệu thông tin.
Điều này làm cho công suất tín hiệu bị trải rộng ra trên một băng tần rất lớn, dẫn đến mật độ công suất thấp hơn. Như vậy, bản chất của kỹ thuật trải phổ là sự thực hiện trải phổ tín hiệu ở phía phát sau đó điều chế và phát đi. Ở phía thu sẽ thực hiện nén phổ trở lại làm cho ảnh hưởng của nhiễu bị tối thiểu hoá. Từ những yếu tố đưa ra ở trên ta thấy rằng, phổ của tín hiệu càng trải rộng ở phía phát và co hẹp lại ở phía thu thì càng có lợi về tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N).
16 Tỷ số giữa băng tần truyền dẫn Bc và băng tần thông tin Bi được gọi là tăng ích do xử lý (Gp) của hệ thống trải phổ Bc Gp = Bi 1.Mô hình kỹ thuật trải phổ Hình 1. Mô hình kỹ thuật trải phổ Tại bộ điều chế, tín hiệu dữ liệu X(t) có tốc độ K(bit/s) được nhân với mã trải phổ g(t) có tốc độ chip Rp (chip/s). Giả thiết tốc độ băng truyền của X(t) và g(t) là R(Hz) và Rp(Hz). Nếu tín hiệu dữ liệu có băng hẹp hơn so với mã trải phổ thì tín hiệu sau khi trải phổ sẽ có độ rộng băng truyền của mã trãi phổ.
Tại bộ điều chế, tín hiệu được nhân với dãy mã trãi phổ là bản sao đồng bộ với mã trãi phổ ở phía phát. Giả sử việc nhân là lý tưởng, nghĩa là tín hiệu mong muốn sẽ được nén phổ và tất cả các tín hiệu không mong muốn (nhiễu) sẽ được trãi rộng ra. Do đó mật độ phổ công suất của tín hiệu sau khi nén được tăng lên còn các thành phần không mong muốn bị giảm đi, rõ ràng tỷ số tín hiệu/tạp âm (S/N) ở đầu ra của máy thu được cải thiện. Các ưu điểm của hệ thống trải phổ a.
Khả năng đa truy nhập 17 Nếu tại một thời điểm nào đó có nhiều người cùng có yêu cầu liên lạc trong cùng một giải băng tần thì máy thu có khả năng phân biệt tín hiệu đối với mỗi người sử dụng, do mỗi người có một dãy mã duy nhất và các dãy mã này có mức tương quan chéo đủ nhỏ. Việc tương quan giữa tín hiệu thu được với một dãy mã trải phổ ứng với một người sử dụng nào đó sẽ chỉ làm cho phổ tín hiệu của người sử dụng co hẹp lại trong khi các tín hỉệu của người sử dụng khác vẫn bị trải rộng trên băng tần truyền dẫn. Do đó, trong băng tần thông tin, chỉ có công suất tín hiệu của người sử dụng đang quan tâm là đủ lớn để có thể cho máy thu nhận được. Nguyên lý thông tin trải phổ a.
Hai tín hiệu băng hẹp có cùng dải thông được phát đi tới 2 người sử dụng. Hai tín hiệu được trải phổ từ các tín hiệu băng hẹp. Tín hiệu do cả hai người sử dụng thu cùng tại một điểm. Tại máy thu của người sử dụng thứ nhất chỉ có tín hiệu thứ nhất được nén trở lại phổ gốc tín hiệu ban đầu Ta thấy rằng cùng một lúc có thể có hai tín hiệu cùng được truyền đi trong cùng một băng tần, nhưng tại máy thu chỉ có tín hiệu 1 được nén phổ trở lại và khôi phục được còn tín hiệu 2 vẫn như là nhiễu.
Khả năng chống nhiễu đa đường Tín hiệu tới máy thu qua nhiều đường khác nhau: trực tiếp, phản xạ. Các tín hiệu đa đường có biên độ và pha khác nhau làm tăng tín hiệu tổng tại một vài tần số 18 và giảm tín hiệu tại các tần số khác. Nhờ đặc tính đó trong tín hiệu băng rộng đã tạo ra một sự phân tập tần số một cách tự nhiên có tác dụng chống pha đinh chọn lọc. Khả năng bảo mật Tín hiệu được truyền đi trong cùng một băng tần chỉ có thể được nén phổ và khôi phục lại khi máy thu có mã trải phổ đã sủ dụng cho tín hiệu đó ở máy phát.
Khả năng loại trừ nhiễu Việc tương quan chéo giữa mã trãi phổ và một tín hiệu băng hẹp sẽ làm trải rộng công suất của tín hiệu băng hẹp. Nhờ vậy, có thể giảm công suất nhiễu trong băng tần thông tin, tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị giảm nhỏ. Ở máy thu, sau khi nén phổ nhiễu từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm. Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần (dải thông) của máy thu sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu giảm xuống.
Vậy bản chất làm việc theo nguyên tắc trải phổ ở máy phát, nén phổ ở máy thu làm cho ảnh hưởng của nhiễu và tạp âm được tối thiểu hóa. Tại máy thu tín hiệu trải phổ được nén phổ trong khi nhiễu băng hẹp lại bị trải phổ, làm nó xuất hiện như tạp âm nền so với tín hiệu mong muốn. Nhiễu Tin tức Nhiễu Tin tức Hình 1. Minh họa khả năng chống nhiễu e.
Khả năng chống nhiễu phá Việc chống nhiễu phá (nhiễu do con người sinh ra) được khắc phục tương tự như nhiễu tự nhiên. Những tín hiệu không có sự tương quan về dãy mã ngẫu nhiên đều bị trải rộng ra và trở thành nhiễu nền ở phía thu. Xác xuất phát hiện thấp Vì mật độ công suất của tín hiệu thấp nên tín hệu trải phổ khó có thể bị phát hiện.Mô hình kênh Chất lượng của các hệ thống thông tin phụ thuộc nhiều vào kênh truyền, nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu. Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích.
Tín hiệu được phát đi, qua kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ (reflection), tán xạ(scattering), nhiễu xạ (diffraction)…, các hiện tượng này được gọi chung là Fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến.Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền a. Hiện tượng đa đường (Multipath) Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thường không bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu.
Điều này xẩy ra là do giữa nơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp. Do vậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khác nhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thể khác. Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường (Multipath propagation). Do hiện tượng đa đường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao tín hiệu phát.
Các bản sao này bị suy hao, trễ, dịch pha và có ảnh hưởng lẫn nhau. Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần mà tín hiệu chồng chập có thể được khôi phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn. Ngoài ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo khi qua kênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng xung độc lập khác nhau. Hiện tương này gọi là sự phân tán đáp ứng xung (impulse dispersion).
Hiện tượng méo gây ra bởi kênh truyền đa đường thì tuyến tính và có thể được bù lại ở phía thu bằng các bộ cân bằng. 20 Tán xạ Phản xạ Truyền thẳng Khúc xạ Che khuất Trạm di động Trạm gốc Tán xạ Hình 1. Hiện tượng truyền sóng đa đường b. Hiệu ứng Doppler Hiệu ứng Doppler gây ra do sự chuyển động tương đối giữa máy phát và máy thu như trình bày ở hình 1.
Bản chất của hiện tượng này là phổ của tín hiệu thu được bị xê lệch đi so với tần số trung tâm một khoảng gọi là tần số Doppler. Giả thiết góc tới của tuyến n so với hướng chuyển động của máy thu là αn, khi đó tần số Doppler của tuyến này là: v f Dn = f 0 cos(αn ) c Trong đó f0, v, c lần lượt là tần số sóng mang của hệ thống, vận tốc chuyển động tương đối của máy thu so với máy phát và vận tốc ánh sáng. Nếu α n = 0 thì tần số Doppler lớn nhất sẽ là: f D,max = v f 0 c 21 Trạm phát τ 2 (t ) Tuyến 1 Vật Tuyến 2 τ 1 (t ) phản α1 v xạ Hình 1. Hàm truyền đạt của kênh Giả thiết tín hiệu đến máy thu bằng nhiều luồng khác nhau với cường độ ngang hàng nhau ở khắp mọi hướng, khi đó phổ của tín hiệu tương ứng với tần số Doppler được biểu diễn như sau: A f − f0 2 Nếu f0 − fD ,max ≤ f ≤ f0 + f D ,max 1− fmax α yy ( j2πf ) = 0 Các trường hợp còn lại Phổ tín hiệu thu được biểu diễn lại ở hình 1.6 Mật độ phổ tín hiệu thu bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Doppler do Jake tìm ra năm 1974.
Và được gọi là phổ Jake.