tìm hiểu về kỹ thuật trải phổ của mạng thông tin di động cdma

Để tăng thêm dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800 — 900 MHZ vào vùng 1,8 — 1,9 thống thông tin di động nói trên , sẽ

Trang 1

LỚP : 01DT4

Trang 2

BO GIAO DUC & DAO TAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRUONG PAI HOC DL KY THUAT CÔNG NGHE Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

_ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN MU HH OOO

~ #3 tk W -—

`

TỐ NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý : SV phải đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

Họ và tên SV: Ọ ð dleaag ¬ Anh "—- MSSV : 40//@.«4 4 4 _—

Ngành Dun Xu Vn _ UL©I ong _ Lop: 04.Ø1% _

1 Đầu đề luận án tốt nghiệp :

Tân đc 7 ead brew 108 bu Xa: ⁄1 (LÁO Cy "

Tie PL ak ke La nae " har 8 es i soos

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án : 4/40 /2005

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ :6/A/ 2 2006 x

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn

~ -.^¬ “—

Ộ

2_ cccccoses scuntrnnnannnsssnennisnunnnsnsnvennvorsneeanteenecawoanoqnannvansaiecsceecsnsestt DD cccccccesccsessenseveuenssnsnnesnnanes sees vensuasvanscsyscsssvvasasisimunvaceercrinaee Boo ccccccsecsssssannennnnneeesvsssevanvusnssseeseuneangnnceessonannnceenceeeneceraneeceant 4 s22 emrrrirrtriirrriirrrerirrirrrrrdtniihT

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

Ngày At thang 4Ó năm 200 E , , :

Trang 3

-Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHAM HONG LIEN

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DAN

Pan p ge thial gee đây

Trang 4

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHẠM HỒNG LIÊN

: NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

TP-Hồ Chí Minh 01 - 2006

SVTH: VO HOANG ANH

Trang 5

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHAM HONG LIEN

LOI CAM ON

_—===~====r soLliice -

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô PHẠM HỒNG LIÊN Cô đã

_ nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em được tham khảo tài liệu và

cung cấp những kiến thức, những thông tỉn để

°

có thể hoàn thành luận văn này

Chúc các thầy cô cùng toàn thể anh chị được nhiều hạnh phúc và thành

công trong sự nghiệp trồng người

đồng môn khoa Điện Điện Tử

Em cũng xin chân thành cám ơn đến các Thầy các Cô đang giảng dạy tại trường Đại Học DL Kỹ Thuật Công Nghệ ,đặc biệt là các Thầy Cô khoa Điện-

Điện tử đã truyền đạt những kiến thức cơ bản nhất về chuyên môn để làm

hành trang cho em khi bước vào đời

Em xin chân thành cảm ơn tất cả!

Trang 6

Luan Van Tot Nghiép GVHD: PHAM HONG LIEN

MUC LUC

CHUONG I: TONG QUAN MANG THONG TIN DI DONG

1/ KHÁI QUÁT VỀ THÔNG TIN DI DONG .Trang 8 Il/ CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CHÍNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 9

1.1 Hé théng con chuyén mach SS:Switching Subsystem 9

1.2 Trung tam chuyén mach di độngMSC: Mobile Switching Center -.-.-. 9 1.3 Bộ ghi Bộ ghỉ định vị trường trú HLR: Home Location Register .-.- 10 1.4 Bộ ghỉ định vị tạm trú VLR: Visitor Location Regisfer -.-.-. -e-¬.s-=e° 10

1.5 GMSC - 10

1.7 Trạm thu phát gốc BTS: Base Tranceiver Station 12

1.8 Bộ điều khiển trạm gốc BSC: Base Station Controller 4 13

IH1/ TRAM DI DONG MS: MOBILE STATION 14 VI/ HE THONG CON KHAI THAC OSS (OPERATION AND SUPPOR 14 SUBSYSTEM)

1 Quan ly thué bao 15

2 Quản lý thiết bị đi động 15

VI/ PHÂN LOẠI TẦN SỐ VÔ TUYẾN 17

VI CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUY CẬP TRONG MẠNG THONG TIN

2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA) 19

3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) 19

VIII SO SÁNH CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY CẬP FDMA,TDMA,CDMA 21

Chương 2 : HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA

1 Các ưu điểm của hệ thống CDMA - nome 23

2 Phân lớp tổng quát của CDMA se<cekeseezceeete 24

SVTH: VÕ HOÀNG ANH Trang 4

Trang 7

GVHD: PHAM HONG LIEN

2 Kênh CDMA đường lên 30

| Chuong 3 : NGUYEN LY TRAI PHO vA MA TRAI PHO

! I/ NGUYEN LY TRAI PHO 40

| 2 Khái niệm về kỹ thuật trải phổ 40

4 Các hệ thống thing tin trai phổ 41

II MÃ TRẢI PHỔ - -5-~c<-S-=czezemtztzernmd 43

1 Giới thiệu chung 43

3 Chuỗi Gold mene 47

4 Ma tru giao - 48

Chương 4 3 HE THONG TRAI PHO CHUOI TRUC TIEP

1 Ảnh hưởng của tạp âm trắng và nhiễu gây nghẽn "` 59

SVTH: VO HOANG ANH Trang 5

Trang 8

Luận Văn Tốt Nghiệp

Ánh hưởng của nhiều liên kí tự IST

Ánh hưởng của nhiễu giao thoa và truyền đa tỉa

Vấn dé gần-xa (Near-Far)

3 FH nhanh với điều chế M-FSK

4 Tốc độ xung lock cho các hệ thống FH nhanh

._ Hệ thống nhảy tần-thời gian lai ghép a

2

3 Các hệ thống nhảy thời gian/chuỗi trực tiếp

CỘNG NGHỆ CDMB TẠI THÀNH PHỔ HỖ CHÍ MINH

I/ DỰ BÁO YÊU CẤU ¬

Tăng trưởng nhu cầu:

Du báo nhu cầu điện thoại

Ill TINH SO CELL CAN THIE

ĐỂ ĐẢM BẢO YÊU CẤU . -

Trang 9

STANDAR - -. ~ -~-<-~e=e=terer=rrtrese wees 90

V CUGC THONG TIN DI DONG TRẢ TRƯỚC GSM -.-. -. =-~-~-—~* 94

VI CUGC THONG TIN DI ĐỘNG TRA SAU GSM 96 VIL UU VA NHUGC DIEM CUA HE THONG CDMA 99

TÍNH TOÁN CHO CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ

V XÁC ĐỊNH MẬT ĐỘ NHIÊU CÔNG SUẤT 104 VI.TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG CDMA sees 105

Chương 9 : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

MO PHONG BANG PHAN MEM MATLAB

1/ GIỚI THIẾU vỀ PHẦN MEM N4

2 Sử dụng lệnh từ các ñile lệnh mene waa 09

Trang 10

TONG QUAN MANG THONG TIN DI DONG

I KHAI QUAT VE THONG TIN DI DONG

Thông tin di động đã có từ những năm 60 và sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tân số FDMA (Frequeney Division Multiple Access) Vao

đầu những năm 80, ở một số nước Châu Á đã xuất hiện các hệ thống thông tin di

động số, với kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time

Division Multiple Access), do các hãng thiết bị viễn thông như: Eriesson,

Alcatel sản xuất Các hệ thông này không tương thích với nhau làm cho mạng thông tin di động chỉ bó hẹp trong từng Quốc gia

Trước tình hình đó, vào tháng 09 năm1987, trong hội nghị Châu Á về Bưu

toàn Châu Âu Năm 1988, viện tiêu chuẩn Châu Âu (ETSI-Eroupe

Telecommunication Standard Insstitute) đã thành lập nhóm chuyên trách về dịch

vụ thông tin di động GSM (Oroupe Special Mobile còn có thể gọi là Global System for Mobile Telecommunication-Hệ thống thông tin di động toàn cầu)

Nhóm này có nhiện vụ đưa ra các tiêu chuẩn thống nhất cho hệ thống thông tin

di động số SGM dưới các hình thức khuyến nghị, lấy các tiêu chuẩn này làm cơ

sở cho thông tin di động, làm cho chúng ta tương thích với nhau

Vào năm 1988, ở Châu Âu được sự chỉ đạo của CEPT, nhóm GSM được

hội công nghiệp và viễn thông (TIA) cũng thành lập Ủy ban tiêu chuẩn các hệ

chia theo thời gian TDMA (Time division multiple Access) (IS-54/1988) va da

truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Mutiple Access) (IS-

số đã đạt trên 20.000.000 tại Châu Mỹ và trên 10.000.000 tại Nhật Bản

Ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM được đưa vào sử dụng

năm 1993 và hiện nay đang được công ty Viettel Mobile, VMS và GPC khai

thác Để tăng thêm dung lượng cho các hệ thống thông tin di động, tần số của

các hệ thống này đang được chuyển từ vùng 800 — 900 MHZ vào vùng 1,8 — 1,9

thống thông tin di động nói trên , sẽ tạo nên một hệ thống thông tin di động cá

nhân PCS cho phép mỗi cá nhân có thể thông tin ở mọi thời điểm và ở bất cứ nơi

nào mà họ cần thông tin Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông về các dịch vụ viễn thông mới, các hệ thống thông tin di

Trang 11

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHAM HONG LIÊN

thế hòa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2Mbps và được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng

Tĩnh1.1 Hệ thống điện thoại di động

IL CAC KHOI CHỨC NĂNG CHÍNH TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG

1 Hệ thống con chuyển mạch SS :Switching Subsystem

Hệ thống con chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính

của GSM cũng như cơ sở di liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di

động của thuê bao Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những

người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác

2 Trung tâm chuyển mạch đi độngMSC: Mobile Switching Center

Ở SS chức năng chuyển mạch chính được MSC thực hiện, nhiệm vụ chính

với mạng ngoài MSC làm nhiệm vụ giao tiếp với mạng ngoài gọi là MSC cổng

Trang 12

Việc giao tiếp với mạng ngoài để đảm bảo thông tin cho những người sử dụng mạng GSM đòi hỏi cổng thích ứng (các chức năng tương tac — IWF: interworking

tải của các mạng này cho việc truyền tải số liệu của người sử dụng hoặc báo

hiệu giữa các phần tử của mạng GSM Chẳng hạn SS có thể sử dụng mạng báo

hiệu kênh chung số 7 (CCS No), mạng này đảm bảo hoạt động tương tác giữa

đài lớn điểu khiển trạm gốc (BSC) một tổng đài MSC thích hợp cho một vùng

đô thị và ngoại ô có dân cư vào khoảng một triệu (với mật độ thuê bao trung

bình)

chức năng tương tác (TWF: interworking function) bao gồm một thiết bị để thích

ứng giao thức và truyền dẫn Nó cho phép kết nối với các mạng: PSPDN (mạng

số liệu công cộng chuyển mạch gói) hay CSPDN (mạng số liệu công cộng

chuyển mạch theo mạch), nó cùng tôn tại khi các mạng khác chỉ đơn thuần là

PSTN hay ISDN IWF có thể được thực hiện trong cùng chức năng MSC hay có

thể ở thiết bị riêng, ở trường hợp hai giao tiếp giữa MSC và IWF được để mở

3 Bộ ghi định vị trường trú HLR: Home Location Register

Ngoai MSC, SS bao gồm các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến

vị trí hiện thời của thuê bao HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả

chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC mà nhiệm vụ

của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép

4 Bộ ghi định vị tạm trú VLR: Visitor Location Register

VLR là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng GSM Nó được nối một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao

Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

5 GMSC

SS có thể chứa nhiều MSC, VLR, HLR Để thiết lập một cuộc gọi đến

Trang 13

> Cac tong dai cổng có nhiệm vụ lấy thông tin về vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài đang quản lý thuê bao ở thời điểm hiện thời

(MSC tạm trú)

bao để tìm đúng HLR cần thiết và hỏi HLR này Tổng đài cổng có một giao

diện với các mạng bên ngoài thông qua giao diện này nó làm nhiệm vụ

cổng để kết nối các mạng bên ngoài với mạng GSM Ngoài ra tổng đài này cũng có giao diện báo hiệu số 7 (CCS No7) để có thể tương tác phần tử khác của SS Về phương diện kinh tế không phải bao giờ tổng đài cổng

cũng đứng riêng mà thường được kết hợp với MSC

6 Hệ thống con BSS: Base Station Controller

Có thể nói BSS là một hệ thống các thiết bị đặc thù riêng cho các tính chất

tổ ong v6 tuyén cia GSM BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động (MS)

vô tuyến và quản lý các chức năng này Mặt khác BSS thực hiện giao diện với

viễn thông khác BSS cũng phải được diéu khiển và vì vậy nó được đấu nối với

CSS Các giao điện bên ngoài cla BSS

Trang 14

Oss

Luéng diéu khién

| <> Luông lưu lượng

OSS: Hệ thống con khai thác

Trang 15

7 Trạm thu phát gốc BTS: Base Tranceiver Station

Một BTS bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho

giao diện vô tuyến Có thể coi BTS là các modem vô tuyến phức tạp có thêm

một số các chức năng khác Một bộ phận quan trong của BTS là TRAU

(Transcoder and rate adapter unit: khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ) TRAU là thiết bị mà ở đó quá trình mã hóa và giải mã tiếng đặc thù riêng cho GSM được tiến hành, ở đây cũng thực hiện thích ứng tốc độ trong trường hợp

xa BTS và thậm chí trong nhiễu trường hợp được đặt giữa các BSC và MSC

Trang 16

8 Bộ điều khiển trạm gốc BSC: Base Station Controller

khiển từ xa BTS và MS Các lệnh này chủ yếu là các lệnh ấn định, giải phóng

BTS còn phía kia nối với MSC của SS Trong thực tế BSC là một tổng đài nhỏ

giao diện vô tuyến và chuyển giao (handover) Một BSC trung bình có thể quản

lý tới vài chục BTS phụ thuộc vào lưu lượng của các BTS này Giao diện giữa

BSC với MSC được gọi là giao điện A, còn giao diện giữa nó với BTS được gọi

là giao diện Abis

II TRẠM DI ĐỘNG MS : MOBILE STATION

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn thấy của hệ thống MS có thể là thiết bị đặt trong ô tô, thiết bị xách tay

màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc goi) hoặc giao diện với một số thiết bị

khác (như: giao diện với máy tính cá nhân, fax ) Hiện nay người ta đang cố

gắng sản xuất các thiết bị đầu cuối gọn nhẹ để đấu nối với trạm di động Việc

Thiết bị Thích ứng Đầu cuối đầu cuối đầu cuối Ai AAna

Trang 17

Fax

> Kết cuối trạm di động thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến.Thích ứng đầu cuối làm việc như một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Cần sử dụng bộ thích ứng đầu cuối khi giao diện

động

IV HỆ THỐNG CON KHAI THÁC OSS: OPERATION AND

SUPPORT SUBSYSTEM

OSS thực hiện ba chức năng chính sau:

»> Khai thác và bảo dưỡng mạng

> Quản lý thuê bao và tính cước

> Quản lý thiết bị di động

V KHAI THÁC VÀ BẢO DƯỠNG MẠNG

— Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng như: tải của hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao

(handover) giữa 2 ô nhờ vậy nhà khai thác có thể giám sát được toàn bộ

chất lượng của dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng và kịp thời xử lý các

sự cố Khai thác cũng bao gồm việc thay đổi cấu hình để giảm những vấn để

xuất hiện ở thời điểm hiện thời, chuẩn bị tăng lưu lượng trong tương lai để

viễn thông hiện đại khai thác được thực hiện bằng máy tính và được tập trung

ở một trạm

— Bao dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố, hỏng

đại có khả năng tự phát hiện một số sự cố hay dự báo sự cố thông qua tự

kiểm tra Trong nhiễu trường hợp người ta dự phòng cho thiết bị để khi có sự

bằng điều khiển từ xa Bảo đưỡng cũng bao gồm các hoạt động tại hiện

trường nhằm thay thế thiết bị có sự cố

— Hé thống khai thác và bảo dưỡng có thể được xây dựng trên nguyên lý TMN (Telecommunication management Network: mang quan ly viễn thông)

SVTH: VÕ HOÀNG ANH Trang l5

Trang 18

của mạng viễn thơng (các MSC, BSC, HLR và các phần tử mạng khác trừ

khai thác và bảo dưỡng lại nối đến một máy tính chủ đĩng vai trị giao tiếp

người máy theo tiêu chuẩn GSM gọi là OMC (Operation and maintenance center: trung tâm khai thác và bảo dưỡng)

1 Quản lý thuê bao

Bao gồm các hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ đầu tiên là nhập và xĩa thuê bao khỏi mạng Đăng ký thuê bao cũng cĩ thể rất phức tạp bao

gồm nhiều dịch vụ và các tính năng bổ sung Nhà khai thác cĩ thể thâm nhập

được tất cả các thơng số nĩi trên Một nhiệm vụ quan trọng khác của khai thác

cĩ thể thâm nhập được tất cả các thơng số nĩi trên, một nhiệm vụ quan trọng

khác của khai thác là tính cước các cuộc gọi Quản lý thuê bao ở mạng GSM chỉ

liên quan đến HLR và một số thiết bị OSS riêng chẳng hạn mạng nối HLR với

các thiết bị giao tiếp người máy ở các trung tâm giao dịch với thuê bao Sim card cũng đĩng vai trị như một bộ phận của hệ thống quản lý thuê bao

2 Quản lý thiết bị đi động

(Equipment Idnetity Register) thực hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan

sự được phép của thiết bị Một thiết bị khơng được phép sẽ bị cấm

GSM EIR được coi là hệ thống con SS

(Equipment Idnetity Register) thực hiện EIR lưu giữ tất cả các giữ liệu liên quan

sự được phép của thiết bị Một thiết bị khơng được phép sẽ bị cấm

Lưu ý: Khác với thiết bị, sự được phép của thuê bao được ÁC xác nhận Ở

GSM EIR được coi là hệ thống con chuyểm mạch SS

Trang 19

Tram di đông (kiểu) Đầu cuối di

| _— dong (kiéu 2) Thiét bi

Trang 20

Luận Văn Tốt Nghiệp

VI PHÂN LOẠI TÂN SỐ VÔ TUYẾN

Tần số Phân Cơ chế truyề Cự ly thông tin và lĩnh vực sử

loại sóng vô tuyến dụng băng tần

3KHz-30KHz | VLF Sóng đất Thông tin đạo hàng quân sự khắp

thế giới

30KHz-3000 | LF Sóng đất 1500km đạo hàng vô tuyến

KHz

3MHz ngắn) Hàng không, đạo hàng,liên lạc

Sóng trời (cự ly nghiệp dư dai)

3MHz- HF Sóng trời 3-6MHz:thông tin liên tục

30MHz Sóng tân điện ly | 6-30MHz:thông tin di động, thông

tin kinh doanh và nghiệp dư,dân sự,

quốc tế

30MHz- VHF Sóng không gian | Thông tin trực thi, VHF, FM

300MHz Sóng đối lưu Đa thông tin

300MHz- UHF Sóng không gian | Ra-đa, đa thông tin

3GHz-30GHz | SHF, Sóng không gian | Thông tin vỆ tỉnh, thông tin cố định,

Viba Ra-da 30GHz- EHF Sóng trời Thông tin cho tương lai

300HGz

Hình 2.6- Sơ đồ quân lý tín hiệu của thông tin di động

VII CAC PHƯƠNG PHÁP TRUY CẬP TRONG MẠNG THÔNG TIN

Hệ thống trung kế vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít hơn số người

dùng khả dĩ Xử lý trung kế cho phép tất cả người dùng sử dụng chung một cách

Trang 21

cần kênh là thấp Phương thức để sử dụng chung các kênh gọi là đa truy nhập

Hiện nay người ta sử dụng 5 phương pháp truy nhập kênh vật lý:

> FDMA: Frequence Division Multiple Access) Da truy cập phân chia theo

tần số, phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau

> TDMA: (Time Division Multiple Access) Da truy cập phân chia theo thời gian, phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau

> CDMA: (Code Division Multiple Access) Đa truy cập phân chia theo mã, phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau

> PDMA: Đa truy cập phân chia theo cước tính, phục vụ các cuộc gọi theo

các sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

> SDMA: (Space Division Multiple Access) Da truy cap phan chia theo không gian, phục vụ các cuộc gọi theo các anten định hướng bước sóng hẹp

Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp thu phát sóng song công bao gom:

»> FDD: (Frequency Division Duplex) Thu phát sóng song công theo tần số

là hệ thống thông ti vô tuyến hai đường bỡi vì nó có thể phân biệt các tín

hiệu đường lên và đường xuống một cách dễ dàng bằng các bộ lọc

> TDD: ( Time division Duplex) thu phat song song công theo thời gian là

phương phát thu phát sóng song công khác cho hệ thống hai đường,

phương pháp này cả BS và thiết bị đầu cuối truyền một tín hiệu qua cùng kênh tần số vô tuyến nhưng tại các khoảng thời gian khác nhau

(Air Interface), MS thiết lập và thực hiện cuộc gọi với bất kỳ thuê bao nào khác Việc phân chia các kênh liên lạc cho mỗi MS được gọi là kỹ thuật đa truy

cập Các phương pháp đa truy cập là FDMA, TDMA, và CDMA

1 Đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA)

Trong kỹ thuật đa truy cập này, các user được truyền liên tục theo thời

gian trên băng tần số riêng ứng với user đó Mỗi băng tần nhỏ như vậy gồm

bảo vệ phải đủ để đảm bảo nhiễu xuyên kênh giữa các user sử dụng chung một

kênh truyền là nhỏ nhất

Trong hệ thống thông tin di động tế bào, sử dụng kỹ thuật FDMA, mỗi khi

Trang 22

cặp tần số (1 kênh) để liên lạc hai hướng: hướng lên (từ thuê bao di động MS đến trạm gốc BS), hướng xuống từ BS đến thuê bao di động MS) Do đó, nếu có

N thuê bao di động thì băng tần tổng sẽ được chia thành 2N băng tần nhỏ và các dải tần bảo vệ giữa hai băng tần kế cận nhau để phục vụ cho việc truyền và phát

Hình 1.3 Nguyên lý đa truy cập phân chia theo tân số (FDMA)

Do mỗi thuê bao di động MS sử dụng một cặp tần số khác nhau nên

nhiễu giao thoa giữa các tần số lân cận là rất lớn Mỗi trạm gốc BS phải có nhiều bộ thu phát riêng dành cho các thuê bao di động, do đó nếu số thuê bao lớn hoặc phát triển FDMA trên phương diện rộng sẽ không mang lại hiệu quả kinh tế Đó chính là những nhược điểm lớn của FDMA

2 Đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA)

Trong phương pháp đa truy cập TDMA, mỗi thuê bao trong một hệ thống

đều có thể truy cập toàn bộ băng tần vô tuyến của hệ thống trong chu kỳ thời

gian ngắn gọi là khe thời gian (Time Slot Khoảng thời gian không sử dụng giữa các khe lân cận là thời gian bảo vệ để giảm nhiễu

Trang 23

3 Đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

thuê bao đi động MS trong một cell sử dụng chung một kênh tần số của cell và

được gán các mã ngẫu nhiên khác nhau Các thuê bao có thể thực hiện cuộc gọi

đông thời và không gây nhiễu lẫn nhau nhờ tính chất không tương quan giữa các

mã giả ngẫu nhiên

Tín hiệu băng hẹp nhân với tín hiệu băng rộng được gọi là tín hiệu trải

phổ Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên, có tốc độ chip lớn hơn nhiều lần so với tốc độ dữ liệu Các kênh tín hiệu sử dụng cùng một tần số sóng mang và có thể phát đồng thời với nhiễu

Mỗi MS sử dụng một mã giả ngẫu nhiên riêng mà từ mã này gần như trực

giao với tất cả các từ mã khác, máy thu sẽ tính tương quan thời gian để tách ra

duy nhất tín hiệu mình muốn Các từ mã hay các tín hiệu khác được xem là can

Hình 1.5 Nguyên lý đa truy cập phân chia theo mã (CDMA)

sau khi giải tương quan Nếu công suất của mỗi thuê bao trong một Cell không được điều khiển thì hiệu ứng “gần-xa” xuất hiện Vấn để “gần-xa” xuất hiện khi

nhiều thuê bao đi động chia sẽ cùng một kênh truyền Tổng quát thì tín hiệu

truyền thu được mạnh nhất sẽ “chiếm giữ” bộ giải điều chế tại máy thu Trong

giải điều chế tại các trạm gốc với các tín hiệu thu được yếu hơn, qua đó làm

giảm xác suất thu được của các tín hiệu yếu hơn Để tránh hiệu ứng “gần-xa” ta

phải thực hiện việc điều khiển công suất khi sử dụng CDMA Việc điều khiển

rằng mỗi thuê bao trong vùng phủ sóng của tra c cung cấp cùng một mức tín

hiệu tại bộ thu của trạm gốc DIET Hết số Bhs si €Bược vấn để là khi thuê bao

SVTH: VO HOANG ANH

Trang 24

ở gần trạm gốc sẽ cung cấp công suất quá lớn so với các thuÊ bao nằm ở xa trạm gốc Điều khiển công suất được thực hiện tại trạm gốc bằng cách lấy mẫu số đo cường độ tín hiệu vô tuyến của mỗi thuê bao di động và sau đó gửi lệnh thay đổi công suất trên đường vô tuyến thuận Mặc dù có sử dụng điều khiển công suất trong mỗi Cell nhưng các thuê bao di động bên ngoài Cell vẫn gây ra sự can nhiễu mà không chịu sự điều khiển bởi trạm gốc thu

%# Dac diém cia CDMA

- Nhiều thuê bao của hệ thống CDMA chia sé chung tan s6 có thể sử

dụng TDD hoặc FDD

Khác với TDMA hay FDMA, CDMA có giới hạn dung lượng “mềm” Fading nhiều tia giảm đáng kể bởi vi tin hiệu được trải ra trên một phổ

rộng

Tốc độ dữ liệu kênh truyền trong các hệ thống CDMA rất cao

CDMA có thể sử dụng phân tập không gian khoảng cách nhỏ

Các thuê bao trong hệ thống CDMA có thể bị ảnh hưởng từ các thuê

bao khác do vấn đề tự gây nhiễu

Vấn để “gẫn-xa” xảy ra tại các máy thu CDMA nếu như một thuê bao không mong muốn có công suất thu cao hơn so với công suất thu của thuê bao mong muốn

VIII SO SANH CAC KY THUAT ĐA TRUY CAP FDMA, TDMA,

CDMA

Kỹ thuật FDMA thường được sử dụng trong các hệ thống tương tự (AMPS)

Kỹ thuật FDMA tương đối đơn giản nhưng băng thông hẹp, và rất dễ bị ảnh hưởng fading cùng tần số khi số thuê bao tăng lên Do giới hạn về băng thông nên FDMA phải sử dụng lại tần số trong hệ thống tin di động tế bào Kỹ thuật FDMA không có khả năng bắt tay chuyển vùng do phải phát và thu liên tục trên

băng tần hẹp cố định Chi phi cho trạm gốc quá cao do mỗi thuê bao di động MS

cần một máy thu và phát riêng do đó làm tăng chỉ phí lắp đặt Bên cạnh đó sự giới hạn dung lượng trong một cell làm cho việc mở rộng dung lượng rất khó

khăn (do sự giới hạn về băng tần) Do đó kỹ thuật FDMA chỉ đáp ứng được các

dịch vụ có tốc độ thấp

Trang 25

Ngày nay khi thiết bị đã được số hoá thì phương pháp TDMA tỏ ra hiệu

quả hơn FDMA Kỹ thuật TDMA làm tăng hiệu suất sử dụng phổ kênh truyền, vì

N thuê bao có thể sử dụng chung một băng tần nào đó thay vì là một thuê bao như FDMA Hơn nữa, TDMA không đòi hỏi ghép kết hợp vì việc phát và thu được thực hiện ở các khe thời gian khác nhau Do thuê bao chỉ được phép phát tại những khe thời gian cố định nên có thể sử dụng những khe thời gian còn lại

phục vụ cho các các dịch vụ điều khiển công suất, báo hiệu, kiểm tra tín hiệu

hướng dẫn từ các trạm gốc lân cận phục vụ cho bắt tay chuyển vùng Tuy nhiên,

phân cứng của TDMA khá phức tạp do đòi hỏi mã hoá và đồng bộ cao Việc

phát và thu không liên tục sẽ làm giảm băng thông khi số lượng khe thời gian

tăng lên Trễ fading ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống TDMA do nó gây ra nhiễu

giao thoa giữa các ký tự (1SI) Một ưu điểm nữa của TDMA chỉ phí trạm gốc

tương đối thấp hơn FDMA do sử dụng ít sóng mang hơn và giá thành thiết bị số

cũng rẻ hơn Để có thể phục vụ các dịch vụ đòi hỏi tốc độ cao như truyền hình

ảnh, video, hội nghị trực tiếp thì cần phải có một hệ thống cho phép nhiều thuê

bao hơn và sử dụng băng tần rộng hơn Nên đòi hỏi một kỹ thuật mới để có thể

đáp ứng các nhu cầu trên, và do đó kỹ thuật CDMA ra đời

Trong hệ thống CDMA các thuê bao có thể sử dụng chung một băng

tân rộng mà không cần phân chia thời gian nên có thể thu và phát liên tục Do

băng thông rộng nên dễ bị ảnh hưởng bởi fading và máy thu Rake tận dụng nhiễu giao thoa do trể này phát sinh để thực hiện thu phân tập đa tia giúp cho tín

hiệu thu chính xác hơn Nhiễu băng hẹp ảnh hưởng không đáng kể đến hệ thống

CDMA vì bị suy giảm đáng kể ở bộ nén phổ của máy thu Hệ thống CDMA có

khả năng chuyển vùng mềm, điều khiển công suất nhanh, và tính bảo mật cao

hơn các hệ thống khác Kỹ thuật CDMA có thể phục vụ cho các dịch vụ với tốc

độ khác nhau và truyền thông đa phương tiện Tuy nhiên đây là kỹ thuật tương đối mới, đòi hỏi chi phí cao và phần cứng phức tạp do tốc độ xử lý nhanh và băng thông rộng

Trang 26

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHAM HỒNG LIÊN

CHƯƠNG 2

HE THONG THONG TIN DI DONG CDMA

IL GIỚI THIỆU

Hệ thống thông tin di động CDMA dựa trên kỹ thuật trải phổ tín hiệu Kỹ

thuật này cho phép chúng ta chuyển đổi một tín hiệu có băng thông hẹp sang một tín hiệu có băng thông rộng hơn nhiều lần Hay biến đổi mật độ phổ tín hiệu

từ chỗ tập trung trong một khoảng tần hẹp nào đó sang phân bố rộng khắp trên

một dải tần rộng hơn

1 Các ưu điểm của hệ thống CDMA

Khả năng chống tín hiệu gây nhiễu và bảo mật Khi quan sát trên toàn

bộ băng thông, tín hiệu CDMA xuất hiện như nhiễu Mật độ phổ công suất rất

thấp, nên tín hiệu trải phổ khó bị phát hiện và thu trộm Đồng thời việc lọc tách tín hiệu cần thiết phải dựa trên sự hiểu biết về mã được dùng để trải phổ của tín hiệu thông tin, các mã này thường được gọi là mã giả ngẫu nhiên (PN code), việc dò tìm mã này rất khó khăn càng làm cho hệ thống CDMA thêm bảo mật Tín hiệu gây can nhiễu là một phần của hệ thống đối với người sử dụng cụ thể nào đó, thì tất cả tín hiệu của người sử dụng khác chung trong hệ thống, thậm chí

ngoài hệ thống được xem như nhiễu Nhờ vào tính chất của tín hiệu trải phổ

chúng ta có thể lọc tách được tín hiệu mong muốn trên nền nhiễu như vậy

Khả năng chống vấn dé fading nhiéu đường của hệ thống CDMA Thay vì phải dùng các bộ nhiễu cân bằng để khắc phục nhiễu giao thoa ký tự

(ISD do hiện tượng fading nhiều đường gây ra trong hệ thống TDMA hay hệ thống FDMA thì trong hệ thống CDMA, các phiên bản trễ của tín hiệu được

dùng trong quá trình phục hồi của tín hiệu

CDMA không đặt nặng việc hoạch định tần số Đối với FDMA, việc cấp phát đủ các tần số cho các trạm gốc để không bị can nhiễu giữa chúng là tốn

kém Ngược lại, tất cả các Cell trong hệ thống CDMA có thể hoạt động ở cùng

một tần số

Những đặc điểm nổi bật của hệ thống CDMA làm cho các nhà cung cấp

dịch vụ quan tâm thúc đẩy nó phát triển nhanh:

Khả năng loại trừ can nhiễu băng hẹp

Trang 27

- Kha nang bdo mat Khả năng cùng tổn tại

CDMA có thể hoạt động ở mức S/I rất thấp Thực tế, tất cả các cell trong ñệ thống CDMA có thể sử dụng cùng một sóng mang

Chuyển giao mềm (soft handover) đây là một thế mạnh khác của CDMA Trong các hệ thống tương tự thế hệ thứ nhất, chuyển giao là một tác vụ rất nguy hiểm Trong quá trình chuyển giao, cuộc gọi có nhiều khả năng không được duy trì do bị ảnh hưởng bởi fading Trong khi đó, trong hệ thống CDMA tín hiệu của thuê bao di động được nhận diện bởi nhiều trạm gốc và vận dụng điều này để tạo ra sự chuyển giao mềm

Tuy nhiên, điểm mạnh đáng kể nhất là vấn để dung lượng (capacity) Đối

với mạng tế bào thương mại thì số thuê bao mà mạng phục vụ là quan trọng,

càng nhiều thuê bao càng tốt Đối với hệ thống CDMA, nếu số người sử dụng (thuê bao) đồng thời tăng lên thì chất lượng giảm xuống theo nhưng nó lại không

đặt ra một sự nghiêm ngặt như trong hệ thống FDMA hay TDMA CDMA cung cấp một giới hạn dung lượng mềm, thay cho giới hạn cứng trong FDMA hay TDMA Điều này là chắc chắn bởi vì đối với FDMA hay TDMA có một tính chất quan trọng là dung lượng được thiết kế (về băng tin được cấp phát đồng thời FDMA, hay số khe thời gian _TDMA) Khi các băng tần số hay các khe thời gian đã bị sử dụng hết thì người sử dụng khác không thể sử dụng mạng được

nữa

2 Phân lớp tổng quát của CDMA

- DS-CDMA (Direct Sequence_ CDMA): tin hiéu thông tin được nhan

trực tiếp với chuỗi mã có tốc độ chip rất cao

.‹ FH-CDMA (Frequency Hopping CDMA): tin hiệu mang tin được

truyền với những tần số sóng mang thay đổi nhanh phụ thuộc vào mã

trải phổ

_« TH-CDMA (Time Hopping_CDMA): tín hiệu mang tin không được truyền một cách liên tục Thay vào đó, tín hiệu được truyền theo từng khoảng ngắn, ở đây thời gian của các khoảng này được quyết định bởi

mã trải phổ

Trang 28

Hình 2.1 Phân loại tổng quát của hệ thống CDMA

Ngoài ba hệ thống CDMA thuần tuý trên, chúng ta còn các hệ thống

CDMA két hợp, như 14 FH/DS, TFH, TH/DS, TFH/DS Sv kết hợp có thể thực

hiện giữa CDMA và TDMA, đa tần sóng mang hay đa tần số trong đó MC-

CDMA và MT-CDMA dựa trên kỹ thuật ghép tân số trực giao OFDM

Do giới hạn về trình độ và thời gian và vì yêu cầu của đề tài nên người thực hiện chỉ tập trung về các kỹ thuật trải phổ dùng trong hệ thống CDMA thuần tuý

Trang 29

ASS: phân hệ chuyển mạch truy cập

INS: phân hệ liên kết mạng

CSS: phân hệ điều khiển trung tâm

R2, ISUP, MAP: thuộc về mạng báo hiệu

Cấu hình mạng CDMA gồm có MS và cơ sở hạ tầng: BS, MX và HLR

1 Máy thuê bao di động MS

Anten MS nối tới bộ anten song công cho phép một anten dùng chung cho

cả phát và thu, điều hưởng ở kênh vô tuyến nào đó có dải thông 1,23 Mhz Sau

đó, tín hiệu được chuyển xuống trung tần, được lọc và đưa đến bộ chuyển đổi ADC Tiếp theo, tín hiệu số được đưa đến các vi mạch đặc chủng ASIC Chức năng chủ yếu của ASIC là Modem của MS gồm 3 phần chính: các bộ giải điều

chế, bộ điều chế thuê bao và bộ giải mã Viterbi

Hinh 2.3.Cdu hinh tram géc BS

BS đóng vai trò giao diện giữa máy di động MS và tổng dài di động MX

BS cung cấp đường truyền của các gói tin BS cũng còn là một đầu cuối cố định

Trang 30

của giao diện vô tuyến Giao diện vô tuyến có chức năng điều khiến và phủ sóng cho cell

2.1 Trạm thu/phát gốc (BTS)

BTS được bố trí tùy thuộc vào vị trí địa lý từng cell Ở xa BSC, BTS bao

gồm một hệ thống anten, thiết bị tần số vô tuyến (các máy pháưthu) và các

phương tiện số để liên lạc với BSC BTS bao gồm:

_ Bộ xử lý điều khiển BTS (BCP) BCP gồm có một bộ điều khiển xử lý quét (Scan Control Processor) để liên kết khối số, để xử lý cuộc gọi,

quản lý địa chỉ, vận hành và bảo dưỡng BTS

._ Khối xử lý số (CD) dùng để xử lý tín hiệu CDMA

khuếch đại, lọc, chuyển đổi tần số lên và xuống, kết hợp và phân phối

đa tần số

Mạng liên kết của BTS (BIN), nó cung cấp các đường truyền điều

khiển và đường truyền lưu lượng tới các khối trong BTS và tới BSC _ Đồng hồ hệ thống (GPS) đảm bảo định thời cho toàn hệ thống

2.2 Bộ điều khiển trạm gốc (BSC)

BSC kết hợp chặt chế với tổng đài di động MX (còn được gọi là MSC)

BSC có trách nhiệm cấp phát các kênh ở giao diện vô tuyến, điều khiển công

suất và thực hiện chuyển giao mềm cho các MS trong vùng phục vụ của nó BSC

bao gồm:

khối

_ Bộ chuyển mã và chọn (TSB) mã hóa thoại, phần bố các bộ chọn, đóng

và mở gói, điều khiển công suất, thực hiện chuyển giao cứng trong cell

.‹ Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi (CCP) cấp phát và quản trị các tài

nguyên, thực hiện chuyển giao mềm cùng với điều khiển cuộc gọi

phần tử trong mạng

Trang 31

2.3 Bộ quản lý của trạm gốc (BSM)

BSM bao gồm:

_ Bộ xử lý điều hành quản trị trạm gốc (BSMP) hổ trợ một giao diện giữa

người khai thác và máy Tiến hành điều hòa tải theo chương trình, vận

hành và bảo dưỡng trạm gốc

_ Bộ cảnh báo (ALM) xử lý cảnh báo các sự kiện sai hỏng

2.4 Quá trình phát và thu vô tuyến ở BS:

Các đặc điểm phát và thu CDMA cũng thể hiện đối với BS vì đó là sự phát

và thu giữa chúng với nhau Bây giờ ta xét một số đặc điểm riêng của BS:

z BS thường sử dụng nhiễu anten thu phân tập, kèm theo các bộ xử lý thu phân tập

‹ Trong tín hiệu mà BS thu được, không có pilot, nên BS thực hiện

MODEM kiểu tương can (coherent)

‹ Có hai máy thu Rake (quét tìm), bám theo tín hiệu mạnh nhất của MS theo thời gian

‹ Thực hiện cấp phát máy thu và MODEM cho cuộc gọi chỉ định, giám sát trạng thái và chất lượng cuộc gọi đó, đo lường suy giảm tín hiệu và

sai lỗi của nó

3 Tổng đài di động MX

MX cung cấp các dịch vụ căn bản và dịch vụ phụ cho MS MX có bộ đăng

ký định vị tạm trú VLR để lưu trữ tạm thời các thông tin về thuê bao MX được thực thi thành một hệ thống điều khiển phân bố đẳng cấp MX cũng điều khiển

sự trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý MX được module hóa theo chức năng và

có cấu hình dự phòng Cấu hình MX bao gồm:

‹ Phân hệ chuyển mạch truy cập (ASS) chia thành các khối nhỏ hơn

tương ứng các đối tượng truy cập khác nhau

‹ Phân hệ mạng liên kết (INS) cung cấp sự đấu nối cho ASS và CCS, xử

lý tập trung cuộc gọi (phiên dịch số thuê bao, chuyển mạch, định tuyến)

và đồng bộ hóa mạng chuyển mạch

Trang 32

Phân hệ điều khiển trung tâm (CCS) CCS cộng tác với CCP để định

tuyến cuộc gọi giữa MX và BS, cấp phát mã trãi phổ PN cho cuộc gọi

ASS-7: để truy cập mạng báo hiệu SS7

ASS-T: để truy cập trung kế PSTM

ASS-M: để truy cập thuê bao di động

| AMS: phân hệ quản trị và bảo dưỡng

NIS DBS

OMS: phân hệ khai thác và bảo dưỡng

Trang 33

IIL THIET KẾ GIAO DIEN VO TUYẾN CHO HỆ THỐNG CDMA

1 Mở đầu

Các hệ thống CDMA chuỗi trực tiếp đang rất phổ biến trong các dịch vụ

mạng thông tin cá nhân và điện thoại tổ ong số Trong phần này sẽ để cập đến

một thiết kế giao diện vô tuyến cho hệ thống CDMA số chủ yếu dựa trên hệ

thống tổ ong do hãng Qualcom đề xuất

Trong hệ thống tổ ong FDMA tương tự kênh đường xuống (từ trạm gốc đến

trạm di động) và kênh đường lên (từ trạm di động đến trạm gốc), mỗi kênh được

cấp băng tần 10MHz Mỗi đường truyền dẫn vô tuyến chiếm độ rộng băng tần 30KHz và số kênh vô tuyến bằng 10/0,03 ~ 333 Khi sử dụng thừa số tái sử dụng tần số bằng 7 (nghĩa là các ô lân cận sử dụng một trong 7 tập tần số khác nhau),

số kênh vô tuyến có thể dành cho một ô là 333/7 ~ 48, đây là số cuộc gọi đồng

thời cực đại trong một Ôô

Hệ thống tổ ong CDMA số được để xuất sử dụng cùng độ rộng băng tân

như hệ thống tổ ong FDMA tương tự và các tần số phát của nó có trung tâm ở

các kênh 30 KHz của hệ thống tổ ong FDMA tương tự Tuy nhiên phổ tần được

cấp 10 MHz được chia gần đúng thành 8 kênh CDMA băng rộng với độ rộng

băng tần bằng 1,23 MH¿z Thí dụ kênh CDMA thứ nhất chiếm bang tan từ 869,415 MHz dén 870,645 MHz cho đường xuống và từ 824,415 MHz đến

825,645 MHz cho đường lên; các tần số trung tâm tương ứng là 870,030 MHz và

825,030 MHz cũng là các tân số trung tâm của hệ thống tổ ong FDMA tương tự

Kênh CDMA thứ hai có thể ấn định từ 870,645 MHz đến 871,875 MHz va

825,645 MHz dén 826,875 MHz và các tần số trung tâm này bằng 870,030 +

thống tổ ong CDMA có thể được phân bố nhiều kênh trong số 8 kênh có thể có

2 Kênh CDMA đường lên

Hình 2.7 cho thấy sơ đồ khối máy phát cho kênh CDMA đường lên (từ trạm

di động đến trạm gốc) Tốc độ số liệu cơ số hai có thể thay đổi và có thể nhận

giá trị bằng 9600, 4800, 2400 hay 1200 bit/s

Đối với tốc độ bit Rụ bit⁄s, chu kỳ chiếm của máy phát có thể giảm tương

ứng là Ry/9600 x 100% Số liệu cơ số hai được mã hóa bởi bộ mã hóa xoắn ở tỉ

lệ 1⁄3, độ dài hạn chế K, = 9 như ở hình 2.6

Trang 34

được lặp (9600/R; -1) lần Vì thế một ký hiệu ở Rụ = 4800 bits sẽ được lặp một

ký hiệu này sẽ dẫn đến tốc độ ký hiệu không đổi bằng 9600 x 3 = 28.800 ký

hiệu mã được ghép xen khối ở các khung có độ dài 20ms Mỗi khung chứa một

một ma trận đặc biệt Mục đích của ghép xen là để phân tán ảnh hưởng của các

các lỗi kênh độc lập Sau đó các kí hiệu mã được điểu chế bởi một bộ điều chế

(28.800/6) x 64 = 307.200 ký hiệu mã/giây (sps) Tốc độ ký hiệu Walsh là

Hình 2.6 Bộ mã hóa xoắn với tỉ lệ 1⁄3, độ dài hạn chế K, = 9

cho kênh CDMA đường lên

Trang 35

Ký hiệu mã Ký hiệu mã Ký hiệu mã Ký hiệu điều chế

4,4kbps | Cộng 8 Mã hoá Lặp Ghép Bộ điều chế (Walsh

CỐ "| bitđuôi > xoắn > OY > xen *Ì chế trực giao Chip) Các bít của r=1/3,K.=9 hiệu khối 64 mức

KTN

88 b/kh 4,8kbps

( une) 14,4 ksps 28,8ksps 28,8ksps

4,8ksps (307,2kcps) Chuỗi PN 1,2288Mcps

8,6kbps 2,4kbps 7,2ksps 2,0kbps 288 Mã 4,0kbps 1,2kbps 3,6ksps 0,8kbps ;óöksps :

Hình 2.7 Máy phát kênh CDMA đường lên

Đầu ra của bộ điều chế trực giao là chuỗi trực tiếp, sau đó được lọc và

được phát Ba chuỗi PN: một dài và hai ngắn được sử dụng để trải phổ Chuỗi

dai (hay được gọi là chuỗi PN dài) có chu kỳ bing 2” — 1 và được tạo ra bởi một

mạch thanh ghi dịch tuyến tính có đa thức tạo mã sau đây:

Trang 36

19

g(x) =x ext xP als x7 4 x74 KP a XP a x7 x

+ x8 lg xg a x xo 4 x4 EK +1 (2.1)

Tất cả các trạm di động ở thống CDMA sẽ được sử dụng chuỗi dài này

Tuy nhiên việc nhận dạng mỗi trạm di động được thực hiên bởi sự dịch pha của

chuỗi theo địa chỉ của người sử dụng Nghĩa là mỗi trạm di động sẽ sử dụng

phiên bắn dịch pha của mỗi chuỗi dài này Vì một chuỗi PN dịch pha là tổng

tuyến tính của các chuỗi PN dịch pha khác, nên có thể tạo ra một chuỗi PN dài cho trạm di động bằng cách chắn các biến 42 bit bởi 1 mặt chắn Do mỗi dịch

pha trong số dịch pha có thể có là một địa chỉ hợp lệ của người sử dụng nên một địa chỉ không gian rất lớn được tạo ra và vì thế có thể đạt được mức độ cá nhân

Tất cao

Mã PN dài có tốc độ chip cố định bằng 1,2288 Mcps Vì tốc độ chip Walsh

là 307,2 kbit/s nên mỗi chip Walsh được trải phổ bởi 4 chip mã PN dài

Các chuỗi trải phổ PN thứ hai và thứ ba là các mã I và Q ngắn Chúng

cũng được gọi là các chuỗi hoa tiêu và mỗi trạm gốc sử dụng chúng để phát quảng bá tín hiệu đồng bộ hoa tiêu trải phổ PN pha vuông góc Tất cả các đường phát ở hệ thống CDMA cả từ trạm di động đến trạm gốc hay ngược lại đều sử

dụng chung một cặp mã hoa tiêu Các ô khác nhau sẽ có dịch pha khác nhau cho các mã PN hoa tiêu và các đường truyền trong cùng một ô sẽ có cùng dịch pha

mã hoa tiêu Vì thế có thể phân biệt được tín hiệu ở các ô khác nhau Các mã

hoa tiêu I và Q được tạo ra bởi các đa thức tạo mã tương ting sau:

g(x)=x> ex ex tx etx +x 4x41 Bo(x) =x +x? +x" xg Se exit 41 (2.2)

Các chuỗi-m được tạo ra bởi các đa thức trên có chu kỳ bing 2° - 1 =

37.767 Ở hệ thống này các mã hoa tiêu I và Q là các mã PN mở rộng được thiết

kế để có chu kỳ bằng 37.768 Các mã này được nhận bằng cách chèn một số 0

vào đâu ra của bộ tạo mã sau chuỗi 14 số 0 (xảy ra đúng một lần ở mdi chu ky của chuỗi-m) Đồng hồ thời gian của bộ tạo mã PN hoa tiêu I và Q được đặt ở

tần số 1,288 MHz giống như đồng hồ thời gian của mã PN dài Chu kỳ thời gian

của chuỗi PN hoa tiêu bằng 2!/1,2288MHz = 26,6667 ms và vì thế sẽ có 37,5 lặp của chuỗi PN hoa tiêu trên một giây

Trang 37

Các chip Walsh trải phổ (trải phổ bởi mã PN dài) lại được trải phổ PN pha

vuông góc một lần nữa bởi các mã hoa tiêu I và Q như ở hình 2.7 Kênh vuông

góc được trễ một nữa chip (một chip bằng 1/1,2288 MHz = 813,8 ns) nên trải phổ

vuông góc được gọi là trải phổ QPSK có dịch pha (OQPSK — Offset Quadrature

Phase Shift Keying) Sau trái phổ (bởi một chuỗi PN dài và hai chuỗi PN ngắn),

các dạng sóng I và Q được định dạng độ rộng băng tần bằng bộ lọc FIR số sao

cho phổ của băng gốc tổng hợp sẽ chủ yếu giới hạn trong 1,23/2 = 0,625 MH¿

Các tín hiệu băng gốc được điều chế ở các sóng mang vuông góc, được lọc, được

chung cho tất cả các trạm di động của hệ thống

Mỗi trạm di động sẽ phát quảng bá một tín hiệu đồng bộ PN hoa tiêu Mỗi

trạm di động sẽ tạo ra đồng bộ của mình cho định thời chip, ký hiệu, khe thời

gian khung và hệ thống (một chuẩn thời gian tuyệt đối theo thang thời gian của

hệ thống định vị toàn cầu, GPS—Global Positioning System) từ một nguồn chung

bám theo tín hiệu hoa tiêu PN mạnh nhất (thường bắt nguồn từ trạm gốc ngắn

nhất) Hiệu số thời gian (trễ giữa trạm di động và trạm gốc) vào khoảng 5,37

us/đặm (=(1,61 km/dặm)/(3 x 10° km/s)), hay 5,37/0,8138 = 6,6 chip PN trên

dặm Đối với bán kính ô 5 dặm chẳng hạn, vùng không rõ ràng pha vào khoảng

33 chip PN, hay 33/2! x 100% = 0,1% của chu kỳ mã PN hoa tiêu Máy thu của

trạm gốc có thể đạt được sự đồng bộ khung va chip với trạm di động Nhưng

không thể đồng bộ pha của sóng mang, nên quá trình giải điều chế ở trạm gốc là

giải điều chế trực giao không nhất quán (pha của sóng mang)

Ở hình 2.7 ta thấy rằng cùng một chuỗi số liệu được phát trên cả hai kénh I

và Q, vì thế máy phát không sử dụng điều chế OQPSK cho luồng số liệu của mình OQPSK được thiết lặp cho việc trải phổ PN bốn pha, nghĩa là mỗi chip được điều chế 4 pha Số liệu đã được mã hoá xoắn được điều chế trực giao bởi

các hàm Walsh Nếu sử dụng điều chế luồng số OQPSK thì ta phải sử dụng điều chế lai ghép trực giao cơ số 256/OQPSK Khi này đầu ra của bộ mã hoá xoắn và

lặp được chia thành các 8 bit (thay cho 6) mã cơ số hai, 6 bit đầu có thể dùng để

xác định ký hiệu Walsh cho điều chế trực giao, trong khi đó hai bit cuối sẽ xác

định điều chế QPSK cho các ký hiệu Walsh Như vậy một ký hiệu Walsh (được

Trang 38

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PHAM HỒNG LIÊN

trải phổ bởi mã PN dài) sẽ cé pha bing 45° 135°, 225°, hay 315° sau khi trải

phổ I và Q (bởi các mã PN ngắn) Trong trường hợp này trạm gốc phải bám pha sóng mang thu và thực hiện giải điều chế OQPSK nhất quán cho các ký hiệu Walsh, điều này rất khó khăn khi SNR thấp ở ở kênh fading Ưu điểm của điều chế số liệu OQPSK là tiết kiệm được băng tần hay tăng được tốc độ số liệu Vì pha của sóng mang ở kênh fading chậm không thay đổi đáng kể từ ký hiệu Walsh này đến ký hiệu Walsh khác, nên ta cũng có thể xét 4-DPSK, điều chế này không cần sự nhất quán pha sóng mang tuyệt đối, như là một phương pháp điều chế số liệu

Kênh CDMA đường lên bao gồm các kênh không hay các thâm nhập và các kênh lưu lượng Các kênh này sử dụng chung băng tần CDMA, chúng là các kênh mã được xác định bởi dịch pha của mã PN dài Các kênh thâm nhập được

các trạm di động sử dụng để thông tin từ trạm di động đến trạm gốc Chúng được

sử dụng để trao đổi các bản tin báo hiệu ngắn như khởi đầu cuộc gọi, trả lời tìm gọi và đăng ký Giao thức thâm nhập ngẫu nhiên theo khe được sử dụng ở kênh thâm nhập Thí dụ ở hình 2.8 cho thấy tất cả các tín hiệu thu được bởi trạm gốc ở một anten nhất định Số kênh lưu lượng và thâm nhập ở mỗi kênh CDMA đường

xuống có thể lên đến 62 kênh lưu lượng và 32 kênh thâm nhập trên một kênh

nhập nhập lượng lượng

1 N 1 N

F———— Sử dụng các mã giả tạp âm dài TT",

để phân biệt các kênh

Hình 2.8 Thí dụ về kênh logic cho đường lên thu được Ở trạm sốc

[CDMA IS-95]

3 Kênh CDMA đường xuống

Kênh CDMA đường xuống (trạm gốc đến trạm di động) chứa 64 kênh mã

được phát ở độ rộng băng tần CDMA đường xuống 1,23 MHz Thông tin này

SVTH: VO HOANG ANH | Trang 35

Trang 39

được mã hoá xoắn có tỷ lệ 1⁄2, độ dài hạn chế K, = 9 (hình 2.9), nếu tốc độ

số liệu thấp hơn 9600 bits thì được ghép xen khối, được trải phổ hai pha bởi mã

PN dài sử dụng mặt chắn theo địa chỉ của người sử dụng, diéu chế hai pha bởi một hàm Walsh (có 64 chip Walsh), được trải phổ I và Q (bốn pha) bởi hai mã

PN hoa tiêu ngắn, được lọc và được điều chế trên hai sóng mang vuông góc

(hình 2.10) Trải phổ theo mã PN dài là một thuật toán ngẫu nhiên hoá để đảm bảo tính cá nhân cho trạm đi động Mỗi kênh mã 64 được xác định bởi một hàm

Walsh Tính trực giao giữa 64 hàm Walsh đầm bảo sự cách ly tốt nhất giữa nhiều

tín hiệu được phát đi từ trạm gốc và các tín hiệu được ghép chung này có thể phân biệt được ở máy thu trạm di động Lưu ý rằng ở kênh CDMA đường xuống

điêu chế QPSK là điều chế cho chuỗi hoa tiêu PN, nhưng điều chế số liệu là

BPSK nhất quán Ta có thể cải thiện hiệu suất sử dụng băng tần hay tốc độ số

liệu bằng cách sử dụng điều chế QPSK cho các chuỗi số liệu (hình 2.6)

Hình 2.9: Bộ mã hoá xoắn có tỷ lệ 1⁄2, độ dài hữu hạn K, = 9

Một nét quan trọng của việc thiết kế dạng sóng kênh đường xuống là các

trạm gốc phát tín hiệu hoa tiêu làm chuẩn sóng mang cho các trạm di động để

giải điều chế nhất quán ở các trạm này Tín hiệu hoa tiêu không được tín hiệu

thông tin điều chế và sử dụng hàm Walsh không (64 số không) Như vậy tín hiệu này đơn giản chỉ gồm cặp vuông góc của các mã PN ngắn Nó được phát ở mức

công suất cao so với các kiểu tín hiệu khác, nên cho phép bám rất tốt Trạm di

động có thể nhận được đồng bộ với trạm gốc gần nhất mà không cần biết trứơc

nhận đạng của trạm gốc này bằng cách tìm ra toàn bộ độ dài của mã PÑ ngắn

Dịch thời gian của tín hiệu mạnh nhất tương ứng với dịch thời gian của mã PN

ngắn của trạm gốc gân nhất Sau khi đồng bộ, tín hiệu hoa tiêu được sử dụng

làm chuẩn sóng mang nhất quán để giải điều chế các tín hiệu khác từ trạm gốc

Trang 40

2 mA

Ham Walsh 32

Ghép xen

khối

Ký hiệu

điều chế

Hàm Walsh P

19,2 ksps

của kênh lưu lượng

đường xuống

9,2 kbps 4,4 kbps

Cộng các chỉ thị lượng khung cho

9600 và 4800 bps

2,0 kbps

chất

9,6 kbps 4,8 kbps 2,4 kbps

đài đối với iL 1,2 288 Mcps

Tiêu đề	Tìm hiểu về kỹ thuật trải phổ của mạng thông tin di động CDMA
Trường học	University of Science and Technology of Hanoi
Chuyên ngành	Information and Communication Technology
Thể loại	Báo cáo thực tập
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	119
Dung lượng	4,64 MB