Kỹ thuật trải phổ

Kỹ thuật trải phổ ( Spread Spectrum Technology) là gì và tại sao lại trải phổ ? Là một kỹ thuật truyền dẫn trong đó một mã giả nhiễu ngẫu nhiên (Pseudo-Noise) (không phụ thuộc vào thông tin dữ liệu) được điều chế (spreading) thành một dạng sóng có mức năng lượng trải ra trên băng thông lớn hơn nhiều so với băng thông của thông tin. Thông thường, độ rộng dãi tần là vài MHz cho tín hiệu thoại vài Khz. Tại bộ thu, tín hiệu sẽ được giải điều chế (despreading) bằng khả năng sử dụng một mẫu đồng bộ của mã giả tạp âm(PN). “Tại sao chúng ta lại sử dụng hệ thống trải phổ ” Câu trả lời có thể dễ dàng nhận thấy qua các phân tích về khả năng ưu và nhược của nó. Thật vậy, kỹ thuật truyền thông đã phải đối phó với các vấn đề hết sức khó khăn về nhiễu, hiệu ứng đa đường truyền, gia tăng dung lượng, bảo mật … Và người ta đã phát hiện ra trải phổ có những thuộc tính không thể thay thế bởi các kỹ thuật điều chế khác. a. Ưu điểm  o Chống lại các nhiễu cố ý và vô ý. o Hạn chế và làm giảm hiệu ứng đa đường truyền. o Chia sẻ cùng dãy tần số với nhiều người sử dụng. o Bảo mật do chuỗi mã giả ngẫu nhiên (Phân chia theo mã). b. Hạn chế  o Không hiệu quả về băng thông. o Hoạt động phức tạp hơn.

 

I. Giới thiệu về trải phổ
Trải phổ là một kỹ thuật truyền thông được đặc trưng bởi băng thông rộng và công suất thấp. Truyền thông trải phổ sử dụng các kỹ thuật điều chế (modulation) khác nhau cho mạng WLAN và nó cũng có nhiều thuận lợi so với người tiền nhiệm của nó là truyền thông băng hẹp. Tín hiệu trải phổ trông giống như nhiễu, khó phát hiện và thậm chí khó để chặn đứng hay giải điều chế (demodulation) nếu không có các thiết bị thích hợp.Jamming và nhiễu (interference) thường có ảnh hưởng với truyền thông trải phổ ít hơn so với truyền thông băng hẹp. Vì những lý do này mà trải phổ đã được sử dụng trong quân sự trong một thời gian dài. Để có thể hiểu được trải phổ là gì, trước hết chúng ta phải thảo luận các khái niệm của truyền thông băng hẹp.

1. Truyền thông băng hẹp
Truyền thông băng hẹp là công nghệ truyền thông chỉ sử dụng đủ phổ tần số để mang tín hiệu dữ liệu không hơn. Nhiệm vụ của FCC (Federal Communication Commission) là hạn chế việc sử dụng tần số càng nhiều càng tốt, chỉ cho phép sử dụng tần số ở một mức đủ để hoàn thành công việc. Trải phổ hoàn toàn ngược lại với nhiệm vụ mà FCC đang thực hiện vì nó sử dụng băng tần rộng hơn mức cần thiết để truyền thông tin. Điều này cho chúng ta biết được một ít khái niệm về tín hiệu như thế nào được gọi là trải phổ. Một tín hiệu được gọi là một tín hiệu trải phổ khi băng thông của nó rộng hơn nhiều so với mức cần thiết để truyền thông tin.

Hình dưới minh họa sự khác nhau giữa truyền thông băng hẹp và truyền thông trải phổ. Chú ý là một trong những đặc điểm của băng hẹp là công suất đỉnh (peak power) cao. Khi sử dụng dãy tần số càng nhỏ để truyền thông tin thì công suất yêu cầu càng lớn. Để cho tín hiệu băng hẹp có thể nhận được chúng phải nằm ở trên mức nhiễu chung (còn gọi là nhiễu nền - noise floor) một lượng đáng kể. Bởi vì băng tần của nó khá là hẹp, nên công suất đỉnh cao bảo đảm cho việc tiếp nhận tín hiệu băng hẹp không có lỗi.

Một chứng cứ thuyết phục chống lại truyền thông băng hẹp (ngoài việc yêu cầu sử dụng công suất đỉnh cao) là tín hiệu băng hẹp có thể bị jammed (tắt nghẽn) hay interference (nhiễu) rất dễ dàng. Jamming là một hành động cố ý sử dụng công suất rất lớn để truyền tín hiệu không mong muốn vào cùng dãy tần số với tín hiệu mong muốn. Bởi vì băng tần của nó là khá hẹp, nên các tín hiệu băng hẹp khác bao gồm cả nhiễu có thể hủy hoại hoàn toàn thông tin bằng cách truyền tín hiệu băng hẹp công suất rất cao, cũng giống như một đoàn tàu đang chạy qua làm cho các bạn không thể tâm sự với bạn gái của mình í mà 

 .

2. Công nghệ trải phổ
Công nghệ trải phổ cho phép chúng ta lấy cùng một lượng thông tin như trong ví dụ truyền băng hẹp trước và trải chúng ra trên một vùng tần số lớn hơn nhiều. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng 1 MHz và 10 Watt đối với băng hẹp nhưng 20 MHz và 100 mW đối với trải phổ. Bằng việc sử dụng phổ tần số rộng hơn, chúng ta sẽ giảm được khả năng dữ liệu sẽ bị hư hỏng hay jammed. Một tín hiệu băng hẹp cố gắng jamming tín hiệu trải phổ sẽ giống như là việc ngăn chặn một phần nhỏ thông tin nằm trong dãy tần số băng hẹp. Nên hầu hết thông tin sẽ được nhận mà không thấy lỗi. Ngày nay thì các bộ phát tần số (RF radios) trải phổ có thể truyền lại bất kỳ một lượng thông tin nhỏ nào đã bị mất do nhiễu băng hẹp.

Trong khi băng tần trải phổ là tương đối rộng, thì công suất đỉnh của tín hiệu lại rất thấp. Đây chính là yêu cầu thứ 2 đối với một tín hiệu được xem như là trải phổ. Một tín hiệu được xem là trải phổ khi nó có công suất thấp. Hai đặc điểm này của trải phổ (sử dụng băng tần số rộng và công suất rất thấp) làm cho bên nhận (receiver) nhìn chúng giống như là một tín hiệu nhiễu. Noise (nhiễu) cũng là tín hiệu băng rộng công suất thấp nhưng sự khác biệt là nhiễu thường là không mong muốn. Hơn nữa, vì bộ nhận tín hiệu xem các tín hiệu trải phổ như là nhiễu, nên các receiver sẽ không cố gắng demodulate (giải điều chế) hay diễn giải nó làm cho việc truyền thông có thêm một ít sự bảo mật.

3. Ứng dụng của trải phổ. 
Sự bảo mật này đã làm hấp dẫn quân đội trong việc sử dụng công nghệ trải phổ trong suốt các năm 1950 – 1960. Bởi vì đặc tính gống nhiễu nên tín hiệu trải phổ có thể được truyền đi trước mũi kẻ địch mà không bị phát hiện. Thông thường, sự nhận thức về bảo mật trong truyền thông chỉ đúng khi không ai sử dụng cùng công nghệ đó. Nếu như một nhóm khác đã sử dụng cùng một công nghệ, thì các truyền thông trải phổ này sẽ bị phát hiện.

Vào năm 1980, FCC đưa ra một tập các quy tắc làm cho công nghệ trải phổ được phổ biến cho công chúng và khuyến khích việc nghiên cứu, đầu tư để thương mại hóa công nghệ trải phổ. Mặc dù lúc đầu chúng ta có thể nghĩ là quân đội đã đánh mất lợi thế của họ, nhưng thật sự thì không phải. Vì băng tần được sử dụng bởi quân đội là khác với băng tần được phổ biến cho công chúng. Quân đội cũng sử dụng các kỹ thuật điều chế và mã hóa khác để đảm bảo rằng truyền thông trải phổ của họ là khó bị ngăn chận hơn là của công chúng.

Kể từ năm 1980, các cuộc nghiên cứu bắt đầu trở nên nghiêm túc hơn. công nghệ trải phổ đã được sử dụng trong điện thoại không dây, hệ thống định vị toàn càu GPS, điện thoại tế bào số (CDMA), hệ thống truyền thông cá nhân (PCS) và bây giờ là WLAN. Những nhà say mê vô tuyến nghiệp dư đã bắt đầu có được nhiều kinh nghiệm hơn về công nghệ trải phổ.