Tìm hiểu các phương pháp tách sóng đa truy cập trong hệ thống CDMA

11 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG [1 Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, hay được gọi là thế hệ thứ nhất 1G, sử dụng công nghệ analog gọi là đa truy nhập ph

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC KY THUAT CONG NGHE TP.HCM KHOA DIEN — DIEN TU’

NGANH DIEN TU VIEN THONG

[TN

TRAN MINH THUC

104101068

TIM HIEU CAC PHUONG PHAP TACH SONG DA

TRUY CAP TRONG HE THONG CDMA

CHUYEN NGANH: DIEN TU’ VIEN THONG

BO AN TÓT NGHIỆP

Giáo viên phản biện: . - nàn snnhHhhhhhhhrrrrrrrrrrro

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

TRUONG DAI HOC DL KY THUAT CONG NGHE Độc Lập ~ Ty Do — Hanh Phiic

KHOA BIỆN - ĐIỆN TỪ MERAH

NHIEM VU LUAN AN TOT NGHIEP

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

Họ và tên SV Vấn bu MINE Từ ¬ MSSV: tu t2126¿ —

1 Đầu đề luận án tốt nghiệp :

2 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) :

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án : 3/40/2008

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ :/A/ 2009

Mon Plraar " tony " 1 1/ Drain GE ¬A

| 2D SH TH TH e2 Ha re k 2 nu nHn HH2 22x rreerre

4T 2 HH HH HH H210 ty g1g gu re BP

Ngày YQ thang LO nam 200 ở (Ký và gÍ rà họ tên)

| TH.S Net Gens tường

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUONG DAN

Tp.HCM , ngay 2-thang / năm 2009

Giáo viên hướng dẫn

i

PGS.TS Pham Hong Lién

LOI CAM ON

Trước hết em xin chân thành cảm ơn cô Phạm Hồng Liên , người đã tận tình hướng dẫn và đưa ra một phương pháp làm việc khoa học để đồ án tốt nghiệp hoàn thành đúng thời hạn Đồng thời em cũng xin cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Điện

Tử - Viễn Thông thuộc trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường

Để quyên luận văn này hoàn thành còn có sự hỗ trợ và đóng góp không nhỏ

từ phía gia đình và tất cả bè bạn cả về phương diện vật chất lẫn tỉnh thần Em vô cùng trân trọng và biết ơn với những sự đóng góp đó!

Dù đã rất cố gắng nhưng không thẻ tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện Em rất mong nhận được những lời nhận xét cũng như là các ý kiến đóng góp từ quý Thầy cô và các bạn

Con xin cảm ơn Cha, Mẹ đã tạo mọi điêu kiện giúp đỡ con hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn tât cả bạn bè đã góp ý cho luận văn này hoàn chỉnh hơn

Thành phó Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2009

Trần Minh Thức

LOI NOI DAU

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển mạnh mẽ cung cấp ngày càng

nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn chất lượng cao đáp ứng ngày càng

tôt các yêu câu của khách hàng

Thế kỷ 21sẽ chứng tỏ sự bùng nỗ thông tin trong đó tin tức đi động đóng vai trò quan trọng Nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lương, chất lượng và các loại dịch vụ, điều này đã thúc đây thế giới phải tìm kiếm một phương thức thông tin mới Và công nghệ CDMA trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di

động trên thế giới

Hiện nay , mạng thông tin di động Việt Nam đang sử dụng công nghé GSM , tuy nhiên trong tương lai mạng thông tin này sẽ không đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động, do đó việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động

CDMA là một điều tat yếu

Nội dung của luận văn gồm 4 phần :

e Phan 1 : Tìm hiểu hệ thống thong tin đi động GSM,CDMA

e Phan 2 : Tim hiéu cdc loại nhiễu trong CDMA

e Phan 3 : Tim hiéu cdc phương pháp tách sóng trong CDMA

© Phần 4: Chương trình mô phỏng, kết luận và hướng phát triển đề tài

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp , mặc dù em đã cố gang rat nhiều

nhưng đo trình độ có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót , em rất mong nhận được sự phê bình , hướng dẫn và sự giúp đỡ của thầy cô, bạn bè

Em xin chân thành sự cảm ơn giúp đỡ tận tình của cô Phạm Hồng Liên và các thầy cô trong khoa điện tử viễn thông đã giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

MUC LUC CHƯƠNGI: GIỚI THIỆU CHUNG

11 QUÁ TRÌNH PHAT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG 1

1.3 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CDIMA : 5-5-5 << SE £ SE SSEss E99 EeEeEsssekrseererree 6 1.3.1 Tính đa dạng phân tập : <0 000600010 101050006090 6 1.3.2 Tái sử dụng tần số chung : - 2-2-5 sc scescsscsscesessersrrsersersee 6

1.3.3 Điều khiển công suất : 2% s- 2< se ©sErsEzsersersersrreereerreererserree 7

1.3.5 Công suất phát thấp : -2- << se ©zezzEzsereereerrerrerssrsrre 9 1.3.6 Dung lượng miỀm : 2< 5° < 5° se €9 s2 xe s24 vecsesecsovee 10 1.3.7 Bảo mật CUỘC ỌÌ : 0G ó S3 9.99 099600996084 586895995699699986899.966956 10

1.3.8 Giá trị Eg/ No thấp và bảo vệ lỗi : -s-sc-s<ccsccsscssersecssssee 11 1.3.9 Tach tim WiGu thoai : .c.c.cscccssssssssscescesscssssessssssssessessecssssesossessscseesssessesesesees 11 1.4 TU GSM LEN 3G 2 cessssssscssssscsosssssssscessssesssnscessonscsssscessnecessusesssssecsanscessssesses 12 1.5 TỪ IS-95 ĐÉN CDMA2000 : -55-ssccsevrestrrserraerrsserrssorsssrrsser 14

1.6 KẾT LUẬN : o- 5-5 o€CseEEkExEkxeEsereerreeeceerkerrsrseererrsersee 15

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT TRẢI PHÔ

2.1 KỸ THUẬT TRẢI PHỎ :_ . -2- 2< s©secse< 16

2.1.1 Khái niệm trải phố : ccVCVV+2222222224°122.2E22222222222222222zaarzed 16

2.1.2 Nguyên lý trải phổ trực tiếp IDS : -. 2° 5< <©c<csscseesersessersesee 18 2.1.3 Trải phố nhảy tần (FH- frequence-Hopper) : -s-s<ssccs 21

2.1.4 Trải phố nhảy thời gian (TH-Time Hopping) : - 5525 <s<<<5 21

2.1.5 SO SANH CAC HE THONG SS : . -sccsccscoscse 23 2.2 CAC CHUOI TRAI PHO ¡: . 2< 5< cs<cssccseeesereseezseorseerserrsee 24

2.2.1 Các chuỗi giả ngẫu nhiên (PN- Pseudo-Noise) : .- -s<-scs< 24

2.2.2 Các chuỗi frực gia : -scss<cs se scscaeekseseerseeesssresrspskscssssesrsee 25

2.3 UU ĐIÊM HỆ THÔNG DS-CDMA ‹ -.55 e5 csssceeceseeesersrsee 26

CHƯƠNG3 FADING VA NHIEU

3.1 Eading : co cọ TH cọ cọ TT T0 n0 8m 29

CC Ta na 29

3.3 Hiện tượng đa đường : co cọ Họ TH HT 00g08 80 30

3.4 Nhiễu Gaussian trắng : .- 2- << sse sEs£ S934 3 55815188515 558 4000522 31

3.5 Nhiễu đa truy cập MAI (Multiple Access Interference) : .- -. - 33

3.5.1Công thức biếu diễn IMAI : .- < 55-5< 5s se se EseeEeEsreerseseksrssessrsee 34

3.5.2 Các tính chất của nhiễu MAI : . 5- 5 55s°cs=ssessessssssssssessrsssse 35

3.5.3 Các phương pháp triệt MAL : 2 <5 5 << nh n0 008460884 6m8, 35

CHƯƠNG 4 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG

4.1 BO TACH SONG KINH DIEN :: .-.5 5escsecscseesessessesses 37 4.1.1 Phân tích mô hình bộ thu : .-. ° 5s se cssesecssessesssessessrse 37

4.1.1.1 Mô hình đồng bộ : 5 << cescescsscserstrsersersrsesecsee 38 4.1.1.2 Mô hình bất đồng bộ: . -5-<cscssessrsresessrssrsrrsrrsrrsrsscse 38

4.1.2 Hiệu suat tach sóng : -œ- << HH HH 0 00096085604 80 39

4.1.2.1 Xác xuất lỗi đối với kênh dong ĐỘ 5-s©c<ce<cssessessrssessrssse 39

4.1.2.2 xác xuât lỗi đôi với kênh bât đông bộ H101011013011001000000 0.nA name 42

4.2 BỘ TÁCH SÓNG ĐA USER TUYẾN TÍNH :: .- -°- 5s csse 43

4.2.1 Tách sóng giải tương quan (Decorrelating Detectfor) : 43

4.2.1.1 Kênh CDMA đồng bộ, -° 2 -s©csscsetsevsecsersserssrssrssre 43 4.2.1.2 Kênh CDMA bắt đồng bộ : -.5- 5< csssesssssssssrsssrssss 48

4.2.2.3 Hiệu suất của bộ tách sóng MMSE : -<cseeseesee 59

4.3 BỘ TÁCH SÓNG ĐA USER PHI TUYỂN : . -«- 59

4.3.1 Bộ triệt nhiễu nối tiếp SIC : . <2 5 <sxessessersersersersee 59

4.3.1.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp đồng bộ : . - 59 4.3.1.2 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp bất đồng bộ : 61 4.3.1.3 Đặc điểm bộ triệt nhiễu nối tiếp : - - 5< =so=seceees 62 4.3.1.4 Hiệu suất của bộ triệt nhiễu nối tiếp : . . - 63

4.3.2 Bộ triệt nhiễu song song nhiều tầng : - -5 sc-secseesessecsee 65

4.4 BO TACH SONG TOL UU : .-5-5- 55s =seesessessere 70

4.4.1 Bộ tách sóng tối ưu cho kênh đồng bộ : .- -s©-<=ss<se< 70

4.4.1.1 Kênh đồng bộ 2 user - << s©<+ssseeseerzeserseessersersee 70

4.4.1.2 Kênh đồng bộ K user : 5- 5° << <ss+esesereerzesrsrrsee 73 4.4.1.3 Bộ tách sóng tối ưu cho kênh bất đồng bộ : - 74

4.4.1.4 Hiệu suất của bộ tách sóng tỐi tt : «-<ecc<<<<cec<e<es 75

4.4.1.4.1 Kênh 2 user đồng bộ : .-. ° 5< «ecsesscssrsrrsrssrsee 75

4.4.1.4.2 Kênh K user đồng bộ : . -° - 5-5 s=sscscssesesseseree 75

5.2.1.2 Bộ tách sóng phương sai tối thiểu MMSE : 82

5.2.2 Bộ tách sóng phi tuyến : 5 «5 ccsceserserseresresrnerrsrnsrrsrrsee 82

5.2.2.1 Bộ triệt nhiễu nối tiếp SIC: .- -. -5 5-=sceseseesses 82

5.2.2.2.1 PIC Kiml Gide : c.cccccscscsscccccccsssscsssssccssssscsssesesssssssesesssessseseeerers 84

5.2.2.2.2 PIC giải tương quan : <-<sĂĂS<S95<B198951550568866 85 5.2.2.2.3 Bộ triệt nhiễu song song tuyến tính LPIC : - 86

5.2.2.3 Bộ tách sóng hồi tiếp quyết định : .-. -s-<sec<ees-se §7 5.2.3 Bộ tách sóng tối ưu : s-s° << <©xseserserstsertererrrrrersrrsrree 89 CxK§\(08:0n0:877V06;/0)016: 21171757 90

5.3.1.Bộ tách sóng tuyến tính : .s <-5s< << sscssrsreessessrsersresrke 90

5.3.1.1 Bộ thu giải tương quan ( bất đồng bộ ): - -cs<ceeeseee 90

5.3.1.2 Bộ tách sóng phương sai tối thiểu ( MMSE ) : -. - 91

5.3.2 BO tach song phi tuyém : .ccsssssscsesssscsscscsseecsecessssesceseecsssessscsssesssaesees 91

5.3.2.1 Bộ tách sóng triệt nhiễu nối tiếp ( SÍC ) : -. -<cseeseeee 91

| 5.3.2.2 Bộ tách sóng song song nhiều tầng ( PC ) : . - 92

5.3.2.2.1 Bộ tách sóng PIC kinh điển : .- << c<ec<essese 92

5.3.2.2.2 Bộ tách sóng PIC giải tương u41 : -=<5<<55<<=<s= 93 5.3.2.2.3 Bộ tách sóng PIC tuyến tính : - 5-5 «<< se =sesees=se 94

5.3.3 Bộ tách sóng tối ưu .-. 5 << s< 5< << << Sex u40 95

CHUONG 6

KET LUAN VA HUONG PHAT TRIEN

6.1 KET LUAN fuicccssssssssssssssssssescescsscsssssecsecsesnssasenscnssesssessessesssesenssesssssesssasees 96

6.2 HUONG PHAT TRIEN : <5 eo se ses£EsEzSssesesssseseszeesesee 97

-1-

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

Trong chương này trình bày quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động, cũng như khái niệm cơ bản về các phương pháp đa truy cập FDMA, TDMA, CDMA, con đường

tiến lên 3G của hệ thống CDMA và GSM

11 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIEN CUA HE THONG THONG TIN DI DONG

[1 Những hệ thống thông tin di động đầu tiên, hay được gọi là thế hệ thứ nhất (1G), sử dụng

công nghệ analog gọi là đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) để truyền kênh thoại trên sóng vô tuyến đến thuê bao điện thoại di động Nhược điểm của các hệ thông này là chất lượng

thấp, vùng phủ sóng hẹp và dung lượng nhỏ Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ

hai (2G) được đưa vào khai thác sử dụng công nghệ số đa truy nhập phân chia theo thời gian

(TDMA) Đến đâu thập niên 1990, công nghệ TDMA được dùng cho hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM ở Châu Âu Đến giữa thập kỷ 1990, đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) trở

thành loại hệ thống 2G thứ hai khi người Mỹ đưa ra Tiêu chuẩn nội địa - 95 (IS-95), nay gọi là

[I1 Tất cả các hệ thống 2G đều có khả năng cung cấp chất lượng và dung lượng cao hơn Chuyển vùng trở thành một phân của dịch vụ và vùng phủ sóng cũng ngày một rộng hơn, nhưng vẫn phải đối mặt với các vấn đề hạn chế về dung lượng trên nhiều thị trường Thông tin di động

ngày nay đang tiến tới một hệ thống thế hệ thứ ba hứa hẹn dung lượng thoại lớn hơn, kết nối dữ

liệu di động tốc độ cao hơn và sử dụng các ứng dụng đa phương tiện.Các hệ thống vô tuyến thé

hệ thứ 3 (3G) cần cung cấp dịch vụ thoại với chất lượng tương đương các hệ thống hữu tuyến và dịch vụ truyền số liệu có tốc độ từ 144kbit/s đến 2 Mbit/s Hiện đang có hai hệ thống tiêu chuẩn hoá: một chuẩn dựa trên hệ thống CDMA băng hẹp IS-95, được gọi là cđma2000 Chuẩn kia là

sự kết hợp của các tiêu chuẩn Nhật Bản và Châu Âu do Dự án Hợp tác Thế hệ thứ 3 (3GPP) tổ

chức 3GPP đang xem xét tiêu chuẩn vô tuyến tên là truy nhập vô tuyến mặt đất (UTRA -

UMTS Terrestrial Radio Access) UMTS Tiêu chuẩn này có 2 sơ đô truy nhập vô tuyến Một

-2~

trong số đó sắp xếp các cặp dai tan thông qua ghép song công phân chia theo tần số (FDD) -

thường gọi là CDMA băng thông rộng (WCDMA)

-IDMA -5G hz.23Mb ps -5G hz.2SMbps -17G hz, 1SSMbps

-TEEE902.11 and Propietary

-1 Mbps -IEEES02.11 -2.4GHz, 2Mbps.1DMbpšs

Hình 1.1:Quá trình phát triển của hệ thống thông tin di động 1.2 FDMA, TDMA va CDMA

ñ Trước khi xem xét tương lai 3G, cũng cần khảo sát hoạt động của từng giao diện nói trên

Thứ nhất, các kênh này được ghép cặp sao cho một kênh đi từ trạm di động đến trạm gốc và kênh kia đi từ trạm gốc đến trạm di động, tạo điều kiện cho liên lạc song công Thứ hai, có một tập các kênh điều khiển hai chiều dùng để điều khiển các kênh thoại Cuối cùng, giao diện không gian cần một quy trình mà ở đó, các kênh thoại được phân bỗ cho nhiều người dùng đồng

thời Chúng ta gọi FDMA, TDMA và CDMA là các phương thức phân bổ kênh của giao điện không gian

Power Time

Frequency

Hình1.2: Các phương pháp đa truy cập

ñ FDMA là phương thức phân bỗổ đầu tiên và ra đời sớm nhất Một thuê bao muốn tạo một cuộc gọi sẽ phải nhập số điện thoại cần gọi và nhắn phím gửi Nếu còn dung lượng thoại cho tế bào, một cặp kênh sẽ được phân bỗ cho trạm di động để phục vụ đàm thoại - mỗi kênh cho một chiều thoại và tần số cao dành cho đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên Xét trên một

sơ đô phân bô tế bào điển hình, số chiều thoại tối đa của một tế bào bắt kỳ là khoảng sáu mươi

Rõ ràng là không thể phục vụ hàng triệu người dùng với một dung lượng hạn chế như thé

L Đặc điểm chính của hệ thông FDMA:

Kiểu truyền song công

Tại một thời điểm: một kênh = một user, không một người sử dụng nào khác có thể chia sẻ cùng một kênh tần só, ngay cả khi nó đang ở trạng thái rỗi

Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại

Băng thông của mỗi kênh tương đối hẹp (30KHz) và thực hiện trong băng hẹp

Mức độ phức tạp của FDMA thấp hơn các hệ thống khác

Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau, nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ khi so sánh với TDMA

-_ Cân có bộ lọc RF rât cao đề tôi thiêu hóa kênh kê cận

[1 Các hệ thống TDMA khắc phục vấn đề dung lượng kênh bằng cách chia kênh vô tuyến đơn thành các khe thời gian và phân bô một khe thời gian cho mỗi thuê bao Ví dụ, hệ thống TDMA của Hoa Kỳ có ba khe thời gian trên mỗi kênh trong khi hệ thống GSM có tám khe thời

gian trên mỗi kênh Để sử dụng các khe thời gian, tín hiệu thoại tương tự cần được chuyên sang dạng số Một bộ mã hoá thoại, được gọi là vocoder, thực hiện công việc này Dung lượng có được ban đầu hơi nhỏ song với việc dùng các vocoder tốc độ bít thấp, số kênh thoại trên mỗi

kênh vô tuyến có thê được tăng lên dang ké

Trail Bits Sync Bit Information Data Guard Bit

Hình 1.3 : Cấu tre khung TDMA [1 Đặc điểm chính của hệ thống TDMA:

- - Một đa khung = n khung, I khung = n khe thời gian, mỗi khung được hình thành từ

các bit giả lập, các bit thông tin và các bit kết thúc khung

- Phân nửa các khe thời gian trong khung là liên kết hướng thuận, nửa còn lại là hướng ngược, nhưng tần số song mạng phải khác nhau

.5-

- _ Phân chia tín hiệu thành các khe thời gian và trong mỗi khe chỉ cho phép một người

sử dụng được phát hay thu tín hiệu, số khe phụ thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông

đường truyền

Việc truyền tín hiệu không liên tục mà thực hiện thành các bó nên tiêu tôn năng lượng

pin thấp

Quá trình chuyển giao đơn giản hơn nhiều đối với mọi thuê bao

- Trong các khe thời gian rỗi, máy di động đo đạc mức công suất của các trạm phát khác

- _ TDMA sử dụng nhiều bit đồng bộ hơn FDMA

- _ Số thuê bao khác nhau được cung cấp số khe thời gian khác nhau, vì vậy nên băng

thông có thê cung cấp theo số người sử dụng

[1 Các hệ thống CDMA giải quyết vấn đề dung lượng theo một cách hoàn toàn khác Nó cũng dùng vocoder để số hoá tín hiệu thoại nhưng không phân bổ khe thời gian mà gán cho mỗi chiều thoại một mã duy nhất trước khi đưa lên kênh vật lý Quá trình này cũng được gọi là điều chế tạp âm vì tín hiệu đầu ra của nó giếng như tạp âm nền Tắt nhiên là quá trình này có cơ sở

toán học của nó song việc quan sát trên thực tế cũng phần nào lý giải được các khái niệm Hình

dung rằng bạn vưa mới hạ cánh xuống một sân bay quốc tế quan trọng và bạn đang đi vào sảnh chuyển tiếp để chuẩn bị chuyển sang chuyến bay tiếp theo Khi bạn đi vào khu đông người, trước hết bạn sẽ nghe thấy các giọng nói Bạn nói tiếng Việt, bạn sẽ nghe được những mẫu hội thoại bằng tiếng Việt Cũng như thế, người Pháp nghe thấy giọng nói tiếng Pháp, người Anh nghe thấy giọng tiếng Anh, và tương tự với tất cả các thứ ngôn ngữ trên đời Bạn có thê nghe từng cuộc hội thoại nếu như tạp âm tổng thể ở đưới một mức tối đa nào đó Điều này có nghĩa là

số tối đa các cuộc gọi trong hệ thống CDMA là một phương trình của tạp âm nền cộng với các tạp âm do mỗi cuộc gọi tạo ra So sánh với TDMA, CDMA có dung lượng cao hơn với chất

lượng bằng hoặc tốt hơn

-6-

1⁄3 CÁC DAC TINH CUA CDMA :

1.3.1 Tinh da dang phan tap :

Truyền dẫn băng hẹp bị ảnh hưởng bởi fading, trong khi truyén dẫn băng rộng thi it bi

ảnh hưởng nhờ vào tính đa dạng trong phân tập

Có ba phương pháp phân tập chính là :

L] Phân tập theo thời gian: để chèn mã, tách lỗi và mã hóa sửa sai

E Phân tập theo tần số: tăng khả năng báo hiệu, fading kết hợp tần số ảnh hưởng băng tần báo hiệu

O Phan tap theo khoảng cách (theo đường truyền): hai cặp anten thu tại BS, bộ thu đa đường và kết nói BS (chuyển vùng mềm)

Phổ biến là bộ thu đa đừơng

ñ Thu phát trên một chuỗi PN

[1 Bộ tương quan song song gọi là bộ thu quét Bộ thu thưc hiện lần lượt nhận tín hiệu,xét

tín hiệu rồi tổ hợp và cuối cùng là giải điều chế tín hiệu thu được

1.3.2 Tái sử dụng tần số chung :

[1 Xác định bởi tín hiệu trên nhiễu

[1 Giao thoa tại BS là tổng giao thoa của tất cả giao thoa di động trong tế bào và cả di động

của tế bào bên cạnh

Ll Việc tái sử dụng tần số là tất cả user trong tế bào và cả tế bào bên cạnh

[Nếu dùng anten không định hướng thì hiệu quả tai dir dung tần số 1 65%

HH Dùng anten có định hướng ( búp sóng 120 độ) thì giao thoa giảm 1/3, dung lượng tăng

gần 3 lần

Nguồn cung cấp cho mỗi thuê bao là năng lượng thay vì thời gian hoặc tần số, cho nên việc điều khiển tạp âm và phân phối kênh trở nên đơn giản hơn Nhưng đồng thời, vấn đề điều khiên công suât trở nên rât quan trọng

1.3.3 Điều khiến công suất :

1 Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều (từ BS đến máy di

động và ngược lại

Công suất tổng trung bình tại BS bằng công suất trung bình của di động thuộc tế bào

[1 BS chuyền tín hiệu thu thành thông tin số băng hẹp Thủ tục thu hẹp băng thông gọi là độ

lợi xử lý, nhằm nâng cao tỉ số tín hiệu trên giao thoa (đB) từ giá trị âm lên một mức đủ lớn để cho phép hoạt động với lỗi bit chấp nhận được

(J Dung lượng hệ thống max = tín hiệu / nhiễu, ở mức yu cầu tối thiểu công cuất

H BS thu yếu thì di động giảm chất lượng, tín hiệu di động cao thì nhiễu user khác và làm

chất lượng user đó giảm

[¡ Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BS và điều khiển công suất

từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA như trong hình 2.6

BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động tới BS

Khi mạch đóng dẫn tới việc BS định cỡ công suất mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di động giữ được công suất phát tối ưu Máy di động điều chỉnh ngay

công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỉ lệ

nghịch với mức công suât đo được

[1 BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động với giá trị ngưỡng biến đổi và điều khiển

công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 ms cho đến khi đạt kết quả

ñ Việc định cỡ giá trị mạch đóng đề bù cho giá trị xác định của mạch mở, mạch mở này bù

độ tăng ích chấp nhận được và suy hao truyền dẫn

1 BS cung cấp hằng số định cỡ: gồm tải, tạp âm,độ tăng ích anten, bộ khuếch đại công suất

L) Mục đích:

LI BS thu tín hiệu với độ nhạy trung bình

-8-

1 Gidm công suất phát di động: giảm fading đa đường thấp, giảm hiệu únh bóng râm( hay

giao thoa với BS khác)

[LI_ Công suât cung cập thêm: ở tín hiệu bị gián đoạn, máy di động ở xa có tỉ lệ lôi cao

Khuếch đai AGC ° chon

Hình 1.5 : Đường kết nối trong khi chuyển vùng mềm

Œ_ CDMA chuyển mạch nối trước khi cắt

Lì Sau khi cuộc gọi thiết lập, tìm BS bên cạnh ( khi cường độ tín hiệu đủ lớn di động đã sang vùng phục vụ mới và chuyến vùng bắt đầu), máy di động thông báo cho trung tâm chuyển

mạch về: cường độ tín hiệu và số liệu trạm gốc mới, trung tâm chuyển mạch thiết lập kết nói

mới trong khi vẫn giữ kết nói ban dâu

1 Trường hợp di động nằm trong vùng chuyền đổi 2 BS thì cả 2 đều phục vụ ( chuyên vùng

mà không có hiện tượng “ping-pong” giữa chúng

1 Trạm gốc BS đầu bị cắt khi đi động kết nối thành công BS mới

1.3.5 Công suất phát thấp :

Việc giảm tỉ số E / No (tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu) chấp nhận được thì:

1 Giảm số lượng trạm gốc

LI Giảm giá thành

-10-

Giảm công suất phát

L! Tăng dung lượng

[I1 Tăng khả năng khắc phục tạp âm và nhiễu can

7 Tăng vùng hoạt động

1.3.6 Dung lượng mềm :

7 Trong hệ thống CDMA, một kênh băng tần rộng được sử dụng chung cho tất cả BS

[1 Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng

FI_ Số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tính = công suất thu trung bình * sé user

[1 Tỉ số công suất tín hiệu thu được trên công suất tạp âm trung bình > ngưỡng thì chất

lượng tín hiệu tốt

[Tham số để xác định dung lượng là: độ lợi xử lý, Eb/No, chu kỳ công suất thoại, hiệu quả

tái sử dụng tần số

1 Hé thống CDMA có mối quan hệ linh hoạt giữa user và loại dịch vụ

[1 Sự tắc cuộc gọi khi tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng Nhưng trong hệ thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành

1.3.7 Bảo mật cuộc gọi :

! Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyên âm

[1 Việc tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn vì tín hiệu CDMA đã được

trộn (scrambling)

ñ Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng

bảo vệ khác

-11-

1.3.8 Giá trị Ep/ Nọ thấp và bảo vệ lỗi :

Ep :năng lượng | bit

No:mat d6 pho cong suat tap 4m

(] Day la gia trị tiêu chuan dé so sánh hiệu suat của phương pháp điêu chê và mã hóa sô

LL Độ rộng kênh băng tân rộng CDMA cung cập: một hiệu suat cao và độ dư mã sửa sai cao

O D6 rong kénh bang tan hẹp: thì chỉ các mã sửa sai các hiệu suất và độ dư thấp được phép

sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu

[1 Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm EwNo

1.3.9 Tach tin hiệu thoại :

Trong CDMA, vận tốc truyền dữ liệu giảm nếu không vó tín hiệu thoại), giao thoa user khác giảm đáng kể Dung lượng tăng khoảng 2 lần, truyền dẫn trung bình máy di động giảm 1⁄2

vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa với người sử dụng khác

[1 Trong hơn một tỷ thuê bao điện thoại di động trên thế giới, khoảng 863,6 triệu thuê bao

sử dụng công nghệ GSM, 120 triệu dùng CDMA và 290 triệu còn lại dùng FDMA hoặc TDMA Khi chúng ta tiến tới 3G, các hệ thống GSM và CDMA sẽ tiếp tục phát triển trong khi TDMA

và FDMA sẽ chìm dần vào quên lãng Con đường GSM sẽ tới là CDMA băng thông rộng

(WCDMA) trong khi CDMA sé 1a cdma2000 Từ thập niên 1990, Liên minh Viễn thông Quốc

tế đó bắt tay vào việc phát trien một nền tảng chung cho các hệ thống viễn thông di động Kết

quả là một sản phẩm được gọi là Thông tin di động toàn cầu 2000 (IMT-2000) Con số 2000 có nghĩa là sản phẩm này sẽ có mặt vào khoảng năm 2000, nhưng thực tế là chậm đến hai, ba năm

IMT-2000 không chỉ là một bộ dịch vụ, nó đáp ứng ước mơ liên lạc từ bất cứ nơi đâu và vào bất

cứ lúc nào Để được như vay, IMT-2000 tao diéu kién tich hop cac mang mat đất và/hoặc vệ tinh Hơn thế nữa, IMT-2000 cũng đề cập đến Internet không dây, hội tụ các mạng cố định và di động, quản lý di động (chuyên vùng), các tính năng đa phương tiện di động, hoạt động xuyên mạng và liên mạng Như vậy nói, các hệ thống 3G cần phải hoạt động trên một dải phổ đủ rộng

và cung cấp được các dịch vụ thoại, dữ liệu, đa phương tiện Đối với một thuê bao hoạt động trên một ô siêu nhỏ (picocell), tốc độ dữ liệu có thể đến 2,048 Mbit/s Với một thuê bao di động

G Con đường tiến tới 3G duy nhất của GSM là CDMA băng thông rộng Trên thị trường

châu Âu, WCDMA được gọi là Hệ thống viễn thông di động toàn cầu (UMTS) Trong cấu trúc

dich vụ 3G, cần có băng thông rất lớn và như thế cần nhiều phổ tằn hơn Các nhà cung cấp dịch

vụ châu Âu dùng hơn 100 tỷ USD để mua phổ tần cho các dịch vụ 3G; các nhà cung cấp dịch vụ

khác trên thế giới cũng đó phân bổ phổ 3G Ở Hoa Kỳ, FCC chưa thể nhanh chóng phân bổ bắt

cứ phổ nào cho các dịch vụ 3G Hoa Kỳ có khoảng 190MHz phổ tần phân bổ cho các dịch vụ vô tuyến di động trong khi phan con lại của thế giới chỉ được phân bô 400 MHz Vì thế có thé tin

rằng sự phát triển lên 3G ở Hoa Kỳ sẽ rất khác với phần còn lại của thế giới

CO Để đến 3G có lẽ cần phải đi qua giai đoạn 2,5G Nói chung, 2.5 G bao gồm một hoặc tắt

cả các công nghệ sau : Dữ liệu chuyển mạch gói tốc độ cao (HSCSD), Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS), Tốc độ dữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE)

Hình 1.6 : Đường lên 3G của GSM

1 HSCSD là phương thức đơn giản nhất để nâng cao tốc độ Thay vì một khe thời gian, một

trạm di động có thể sử dụng một số khe thời gian để kết nói đữ liệu Trong các ứng dụng thương

-13-

mại hiện nay, thông thường sử dụng tối đa 4 khe thời gian, một khe thời gian có thể sử dụng

hoặc tốc độ 9,6kbit/s hoặc 14,4kbit/s Đây là cách không tốn kém nhằm tăng dung lượng đữ liệu

chỉ bằng cách nâng cấp phần mềm của mạng (dĩ nhiên là cả các máy tương thích HSCSD)

Nhưng nhược điểm lớn nhất của nó là cách sử dụng tài nguyên vô tuyến Bởi đây là hình thức chuyên mạch kênh, HSCSD chỉ định việc sử dụng các khe thời gian một cách liên tục, thậm chí

ngay cả khi không có tín hiệu trên đường truyền

D Giải pháp tiếp theo là GPRS và đường như là giải pháp được nhiều nhà cung cấp lựa

chọn Tốc độ dữ liệu của nó có thể lên tới 115,2kbit/s bằng việc dùng 8 khe thời gian Nó được

quan tâm vì là hệ thống chuyển mạch gói, do đó nó không sử dụng tài nguyên vô tuyến một cách liên tục mà chỉ thực hiện khi có một cái gì đó dé gửi đi GPRS đặc biệt thích hợp với các ứng

dụng phi thời gian thực như email, lướt Web Triển khai hệ thống GPRS thì tốn kém hơn hệ

thống HSCSD Mạng này cần các thành phần mới, cũng như cần sửa đổi các thành phần hiện có

nhưng nó được xem là bước đi cần thiết để tiến tới tăng dung lượng, dịch vụ Một mạng GSM

mà không có khả năng GPRS sẽ không tôn tại lâu trong tương lai

F1 Bước tiếp theo là cải tiến GSM thành Tốc độ đữ liệu nâng cao cho sự phát triển GSM hay toàn cầu (EDGE), tăng tốc độ dữ liệu lên tới 384kbit⁄s với 8 khe thời gian Thay vi 14,4kbit/s

cho mdi khe thoi gian, EDGE dat téi 48kbit/s cho mét khe thoi gian Y tuong cua EDGE 1a str dụng một phương pháp điều chế mới được gọi là 8PSK EDGE là một phương thức nâng cấp hap dẫn đối với các mạng GSM vì nó chỉ yêu cầu một phần mềm nâng cấp trạm gốc Nó không thay thế hay nói đúng hơn cùng tồn tại với phương pháp điều chế khóa dịch tối thiểu Gaussian (GMSK), được sử dụng trong GSM, nên các thuê bao có thê tiếp tục sử dụng máy di động cũ

của mình nếu không cần được cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn Xét trên khía cạnh kỹ thuật,

cũng cần giữ lại GMSK cũ vì 8PSK chỉ có hiệu quả ở vùng hẹp, với vùng rộng vẫn cần GMSK

Nếu EDGE được sử dụng cùng với GPRS thì sự kết hợp này được gọi là GPRS nâng cấp (EGPRS), còn sự kết hợp của EDGE và HSCSD được gọi là ECSD

_WCDMA thực sự là một dịch vụ vô tuyến băng thông rộng sử dụng băng tần SMHz để

đạt được tốc độ dữ liệu lên tới 2Mbit⁄s Hiện tại cả châu Âu và Nhật Bản đều đang thử

- 14 -

nghiệm/triển khai WCDMA và công nghệ này đang tiến triển nhanh trên con đường thương mại

hoá

1.5 TỪ IS-95 DEN CDMA2000

[1 CDMA không chuyển ngay sang 3G do thiếu phô tân trên thị trường Hoa Kỳ Thị trường Hàn Quốc đó thử nghiệm cdma2000 trên phổ tần 3G của mình Cũng như đối với GSM, Hoa Kỳ

va phan còn lại của thế giới có những con đường rất khác nhau để đi đến 3G

1 Cdma2000 được cấu trúc theo cách để cho phép nhiều mức dịch vụ 3G trên kênh IS-95

1,25MHz truyén thong Cac dich vu nay 1a cdma2000 1xRTT (một thời được gọi là công nghệ

truyền dẫn vô tuyến kích thước kênh IS-95) Với công suất 3G tối đa, cảma2000 sử dụng một kênh 3,75 MHz, lớn gắp 3 lần kênh truyền thống, gọi là 3xRTT

Hình 1.7: Đường lên 3G của CDMA

[1 Hệ thống 1xRTT sử dụng một sơ đồ điều chế hiệu quả hơn dé tăng gấp đôi số lượng thuê bao thoại và tạo ra các kênh đữ liệu lên tới 144kbit⁄s Tốc độ này cho phép một số nhà cung cấp dịch vụ cho rằng mình đang thực hiện 3G Trong thực tế, tốc độ người dùng sẽ ở trong khoảng 50-60kbit/s Dữ liệu theo sơ đồ 1xRTT sẽ được chuyển mạch gói để đảm bảo sử dụng kênh hiệu quả Tốc độ lên tới 2,4Mbit/s có thể đạt được bằng cách triển khai 1xEV-DO tức là dịch vụ chi

có đữ liệu không có thoại trên kênh này Khi IxEV-DV được triển khai thì ta sẽ có kênh đa phương tiện thực sự

-15-

L Xa hơn IxEV-DV, 3xRTT là một kênh 3,75MHz trên phổ SMHz - 1,25 MHz con lai được dùng cho dải tần bảo vệ trên và dưới Có một số kịch bản hoạt động cho phô 10MHz, 15MHz, va 20 MHz

16 KETLUAN

[ï Trong chương này tổng quan về xu hướng phát triển cũng như các kĩ thuật cơ bản trong thông tin di động nói riêng và lĩnh vực truyền thông nói chung Rõ ràng là sẽ có không chỉ một con đường đi tới các hệ thống vô tuyến di động 3G Và cũng rõ ràng là IMT-2000 đó được đông đảo chấp nhận Tuy nhiên, tính không tương thích của các công nghệ 3G, việc thiếu phô tần, thiếu các ứng dụng và thiết bị 3G đặt ra một số vấn đề cần giải quyết

[1 Từ quan điểm công nghệ, cả WCDMA và cdma2000 đều sử dụng các kỹ thuật trải phổ rộng Tuy nhiên, chúng có cấu trúc kênh, mã chip, tốc độ chip và thủ tục đồng bộ hoá khác nhau,cần có thời gian để hài hoà các trở ngại công nghệ này Để giải quyết được vấn đề phổ trên toàn cầu sẽ tốn kém và mất nhiều thời gian Cuối cùng, cần có nhiều dịch vụ hơn nữa dé thu hút

khách hàng Chúng ta thay sự phố biến của email và tin nhắn đối với PDA và điện thoại di động Giờ đây chúng ta cần một loạt các ứng dụng đa phương tiện đòi hỏi phải có tốc độ dữ liệu của

3G

-16-

CHUONG 2

KY THUAT TRAI PHO

Chương này trình bày các khái niệm về kỹ thuật trải phổ, chuỗi trải phố, ưu khuyết

điểm của DS-CDMA

2.1 KỸ THUẬT TRẢI PHỎ

2.1.1 Khái niệm trải phố

[1 Các kỹ thuật điều chế/giải điều chế trước đây được thiết kế để truyền thông tin số

từ nơi này đến nơi khác dựa trên giả thiết là môi trường truyền chỉ có nhiễu Gauss trắng

cộng tĩnh (stationary AWGN) Các bộ giải điều chế được thiết kế để đạt được xác suất lỗi bit (BER) nhỏ nhất đối với tín hiệu truyền cho trước trong môi trường có nhiễu AWGN

1 Trên thực tế thì giả thiết trên không chính xác, có nhiều kênh truyền không phù hợp với mô hình như trên Ví dụ như các hệ thống thông tin quân sự có thể bị ảnh hưởng

bởi nhiễu bởi các tín hiệu chính nó phát đi bị trễ do phản xạ trên các vật chắn Sự giao

thoa này không thể mô hình hóa như là AWGN tĩnh được

1 Để tối thiểu ảnh hưởng của các loại nhiễu giao thoa nói trên, một kỹ thuật điều

chế, giải điều chế mới được nghiên cứu và phát triển, đó là kỹ thuật trải phổ

H Sở dĩ có tên gọi là trải phố bởi vì độ rộng băng thông truyền tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với băng thông tối thiểu cần thiết để truyền tín hiệu số va no được mở rộng trước khi phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần trải phổ, sử dụng băng tần như vậy

la không có hiệu quả Tuy nhiên trong môi trường đa truy cập, những người này có thé str dụng chung một băng tần trai phổ và hệ thống sử dụng băng tần có hiệu quả mà vẫn duy

trì được các ưu điểm của trải pho Phổ của tín hiệu được trải rộng đến một độ băn thông

cần thiết sau đó bộ điều chế sẽ chuyển phổ này đến dãy tần được cấp cho truyền dẫn

1 Để có thể xây dựng được một hệ thống trải phổ, bộ giải điều chế phải có các đặc

điểm sau:

-17-

° Năng lượng tín 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

với một bản sao của tín hiệu được máy phát dùng để trải tín hiệu thông tin cần phát

° Một hệ thống thông tin được gọi là trai phô nếu:

vx Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn nhiều độ rộng băng tan cần thiết dé phat thong tin

v_ Trải phô được thực hiện bằng một m độc lập với dữ liệu

[Tóm lại, ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật trải phố là làm giảm xác suất tách

sóng đối với các máy thu khi SNR (signal-noise ratio), thời gian tich phan T (intergrated

tìme), xác suất báo tách sóng sai (false-alarm probability) là không đôi

1 Dung lượng hệ thống trải phổ: một thông số để định lượng khả năng hoạt động của

hệ thống này so với hệ thống khác là độ lợi xử lý Độ lợi xử lý càng lớn, dung lượng hoạt

động của hệ thống càng lớn, cho phép dung lượng cực đại và khả năng chống nhiễu cao,

hệ thống hoạt động càng tốt trong hệ thống trải phổ, độ lợi xử lý thường được định nghĩa

là tỷ số băng thông trải phô trên tốc độ bit dữ liệu

Rb: tốc độ bit đữ liệu

Te: chu kỳ bit mã trải phổ

« Chuỗi trực tiếp (DS - Direct Sequence)

« Nhảy tần số (FH - Frequency Hopping)

° Nhảy thời gian (TH - Time Hopping)

2.1.2 _ Nguyên lý trải phố trực tiếp DS

-19-

— &S Qb -4 -4 ‘ ' i ee 1 t eee 1 eee ete

1

'

chiều dài chuỗi trước khi lặp lại rất đài nên người ta xem g(f) là giả ngẫu nhiên Tốc độ

của chuỗi giả lớn hơn nhiều so véi x(t) nén mét bit cua x(t) được nhân với nhiều bit của

g(t)

Băng thông của tín hiệu dữ liệu là 2fb còn băng thông của g(£) là 2fc Vì fc>>fb

nên phổ của tín hiệu được trải rộng ra theo tỉ số fc/fb Do công suất của tín hiệu trước và

sau trải phố không đổi nên mật độ phố công suất của tín hiệu giảm đi fc/fb lần

Xét tại đầu thu: trước tiên tín hiệu thu r(t) được nhân với chuỗi giả g(t) (nén phổ)

sau đó nhân với sóng mang cos(w/) Sóng thu được cho qua bộ tích phân và đầu ra bộ

tích phân được lấy mẫu theo từng bit, ta được chuỗi dữ liệu d(kTb) Bộ tích phân này

đóng vai trò như một bộ lọc thông thấp có tần số cắt là fb Như vậy máy thu cần phải tái

tạo được chuỗi giả ngầu nhiên và sóng mang hình sin tần sô w, có pha phù hợp

Hình 2.3 : Tín hiệu tại phía phát b) Phía thu

Tín hiệu thu ——*\|_ Máythu _ Tín hiệu được giải trải phổ

-21-

2.1.3 Trải phố nháy tần (FH- frequence-Hopper)

Hệ thống trải phô nhảy tần thay đổi theo tần số sóng mang được điều chế bởi tín hiệu

tin tức một cách tuần hoàn(mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên) Trong khoảng thời gian

Thọp, tần số sóng mang không thay đổi nhưng sau đó nó chuyển sang tần số khác Toàn bộ

băng thông Bs được chia thành N dai tần số có băng thông Bs‹ Hệ thống được gọi là nhảy

tần chậm hay nhanh phụ thuộc vào Thạp lớn hơn hay nhỏ hơn Thị (Tbi/Thop>T là nhảy tần

nhanh,Tbi/Thop<1 Ì nhảy tần chậm).Giả sử Trị” Thọp thì độ lợi xử lý là:

Hình 2.5 : Trải phô nhảy tan (FH - SS)

Ưu điểm cuả hệ thống FH so với hệ thống DS là ở vấn đề đồng bộ, hệ thống FH chấp

nhận sai số đồng bộ trong khoảng Thọp trong khi hệ thống DS chỉ cho phép sai số trong

khoảng Toụp

2.1.4 Trải phố nhảy thời gian (TH-Time Hopping)

1 Trong một hệ thống trải phổ nhảy thời gian (THSS : Time Hopping Spread

Spectrum) số liệu được phát thành các cụm Mỗi cụm gồm k bit số liệu và thời gian chính

xác để phát mỗi cụm được xác định bởi một chuỗi PN Giả sử thang thời gian được chia

thành J khe thời gian Vì thế mỗi khe thời gian chiếm độ rộng là T;=T/J giây Mỗi kênh

tín hiệu được sử dụng trong J khe có tốc độ gấp J lần so với trường hợp tín hiệu được

¡TRƯỜNG ĐHÔL ~KTÚN:

-22-

truyền trong toàn bộ thang và sẽ thay đổi qua từng thang Phương pháp này có thê tránh

được nhiễu gần xa, hơn nữa hệ thống này tương đối dễ thực hiện

1 TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh

theo thời gian vì mục đích này mà sự chính xác theo thời gian được yêu cầu trong hệ

thống nhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát Mã hóa được sử dụng một cách

cần thận vì sự tương đồng các đặc tính nếu sử dụng nếu sử dụng cùng một phương

pháp như các hệ thống thông tin m hĩa khc

1 Do hệ thống TH/SS có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ

thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa có khả năng gây

nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

1 Biểu đồ thời gian được cho ở hình 1.13 Trong thời gian mỗi khung một

nhóm k bịt được phát trong T; giây, nghĩa là trong J khe thời gian

h Khe thời gian được sử dụng để phát được xác định bởi chuỗi PN.Mỗi bit chỉ

chiêm Tụ =T/k giây khi phát Quan hệ giữa Tr TT; và Tọ được mô tả ở hình 2.5

-23-

2.1.5 SOSANH CAC HE THONG SS:

H Mỗi loại hệ thống đều có ưu nhược điểm Việc chọn hệ thống nào phải dựa

trên các ứng dụng đặc thù Chúng ta sẽ so sánh các hệ thống DS, FH và TH

1 Các hệ thống DS/SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải rộng nó ở một phổ

tần rộng Trong các hệ thống FH/SS ở mọi thời điểm cho trước, những người sử

dụng phát ở tần số khác nhau vì thế có thể tránh nhiễu giao thoa Các hệ thống

TH/SS tránh nhiễu giao thoa bằng cách tránh không để nhiều hơn một người sử

dụng phát trong cùng một thời điểm

O Co thé thiết kế các hệ thống DS/SS với giải điều chế nhất quán và không nhất

quán Tuy nhiên, do sự nhảy chuyền tần số phát nhanh rất khó duy trì đồng bộ pha ở

các hệ thống FH/SS vì thế chúng thường đòi hỏi giải điều chế không nhất quán

Trong thực tế các hệ thống DS/SS có chất lượng tốt hơn do sử dụng giải điều chế

nhất quán nhưng giá thành mạch khóa pha sóng mang đắt

[1 Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ tạo mã PN, FH/SS có thể nhảy trên băng tần

rộng hơn nhiều so với băng tần của tín hiệu DS/SS Ngoài ra có thể tạo ra tín hiệu

TH/SS có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều độ rộng băng tần của DS/SS khi bộ tạo

chuỗi của hai hệ thống này cùng tốc độ đồng hồ FH/SS cũng loại trừ được các kênh

tần số gây nhiễu giao thoa mạnh và thường xuyên DS/SS nhạy cảm nhất với vấn đề

gần xa Các hệ thống FH/SS dễ bị thu trộm hơn so với hệ thống DS/§S

1 Thời gian bắt mã ở các hệ thống FH/SS ngắn nhất, tuy nhiên máy phát và

máy thu ở hệ thống FH/SS đắt do sự phức tạp của bộ tông hợp tần số

[1 Các hệ thống FH/SS chịu được fading và các nhiễu Các máy thu DS/SS đòi

hỏi mạch đặc biệt để làm việc thỏa mãn trong môi trường nói trên

Tim lai :Trong DS tất cả người sử dụng cùng dùng chung một băng thông và phát

tín hiệu đồng thời Còn hệ thống FH và TH mỗi người sử dụng được ấn định một

mã ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào được sử dụng cùng tần số hay

khe thời gian vì thế máy phát sẽ tránh được xung đột Như vậy FH và TH là các

kiểu hệ thống tránh xung đột, còn DS là hệ thống lấy trung bình

-24-

2.2 CAC CHUOI TRAI PHO

Các chuỗi trai phố đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống CDMA vì đó là cơ sở để

thực hiện quá trình đa truy nhập, nghĩa là cơ sở để phân biệt các tín hiệu từ các trạm phát khác nhau Việc lựa chọn mã trải phô cho hệ thống sẽ quyết định chất lượng của hệ thống Các chuỗi trãi phổ sẽ phân thành hai loại: chuỗi trực giao và chuỗi giả ngẫu nhiên, dựa vào

đặc tính tự tương quan và tương quan chéo giữa chúng Cần lưu ý là khả năng đa truy nhập

trong hệ thống thông tin đi động có được là nhờ lợi dụng các đặc tính tự tương quan và

tương quan chéo của các mã trãi phổ

2.2.1 Các chuỗi giả ngẫu nhiên (PN- Pseudo-Noise)

Chuỗi PN là một chuỗi nhị phân có hàm tương quan giống như hàm tương quan của một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên qua một chu kỳ Mặc dù qui luật biến đổi của các

chuỗi này là hoàn toàn xác định nhưng chuỗi PN có nhiều đặc tính giống với chuỗi nhị

phân ngẫu nhiên chang han: sé bit 0 và số bit I gần bằng nhau, tương quan chéo giữa mã

PN và phiên bản bị dịch theo thời gian của nó rất nhỏ Chuỗi PN được tạo ra bằng cách

sử dụng các mạch logic tuần tự

[1 Loại quan trọng nhất trong số các chuỗi PN là chuỗi thanh ghi dịch cơ số 2 có

chiều dài cực đại hay còn gọi là chuỗi m Một chuỗi m sẽ có chu kỳ N = 2”-] đối với đa thức sinh bậc m

Thuộc tính chuỗi m :

1 Thuộc tính ghi dịnh : dịch vòng sang trái hay phải của một chuỗi m cũng là một chuỗi m Nói cách khác nêu chuỗi ra la m nam trong tap Sm thi dịch vòng của chuôi m cũng là một chuôi m cũng năm trong tap Sm

[I Số bit 1 nhiều hơn sé bit 0 Mọi chuỗi m nằm trong tập Sm chứa 2” bit 1 và 2”"'-

1 lbit

1 Giá trị tương quan của chuỗi m trong một chu kỳ là “-1/N” đối với tương quan chéo và “l1” đôi với tự tương quan

Một tập chuỗi trực giao quan trọng trong số các chuỗi trực giao là tập Walsh-

Hadamard Tir ma tran Hadamard, các hàm Walsh được tạo ra Bắt đầu với H¡=[+1] bằng

cách sử dụng phương pháp truy hồi, ma trận Hadamard kích thước (LxL) được xây dựng

Gọi A; với ie[1,p) là tập các chuỗi hữu hạn (+1) có chiều đài L và ự„„ (k) là phần tử

thứ k của hàm tự tương quan của chuỗi A¡ Một tập các chuỗi gọi là tập bù nếu và chỉ nếu:

i=l

Các chuỗi Golay (có cả tính chất bù lẫn tính trực giao) được tạo ra từ các hàng của ma

tran CG, bat dau voi CG:

1 1

CG, = |, 4 =[A, B,] (2.7)

và tổng quát hơn

CG, =[A, B,] (2.8) voi

+1 +1 -1 +i

0 CHUOI GOLD TRUC GIAO OG (ORTHOGONAL GOLD)

Các chuỗi Gold trực giao được hình thành từ tập chuỗi Gold gốc (gồm các phần tử

{1,-1}) bằng cách thêm “1” vào cuối mỗi chuỗi Tập OG( Ortogonal Gold ) gồm L chuỗi

có chiều đài L=2" (với n mod 4 # 0) được cho bởi:

2.3 UU DIEM HE THONG DS-CDMA

Tín hiệu trải phố có nhiều ưu điểm Nhìn từ góc độ CDMA, uu diém lớn nhất là kha

năng đa truy cập, khử nhiễu đa đường, triệt nhiễu băng hẹp và bảo mật thông tin

-27-

LÌ Khả năng đa tray cập

Nếu nhiều user cùng sử dụng kênh truyền tại một thời điểm thì các tín hiệu trải phổ

trực tiếp sẽ chồng lấp về thời gian lẫn tần số Tại máy thu, khối giải trải phổ có chức năng

khử mã trải phổ Hoạt động này tương đương với việc tập trung công suất của user mong

muốn vào băng thông tín hiệu phát Nếu tương quan chéo giữa mã của user mong muốn và

mã của các user khác là tương đối nhỏ thì tách sóng đồng bộ sẽ chỉ để lại một phần nhỏ

công suất của các tín hiệu can nhiễu trong băng thông tín hiệu phát

1 Nhiễu đa đường

Nếu chuỗi mã có hàm tự tương quan lý tưởng thì hàm tự tương quan bằng 0 ngoài

khoảng [-Tc,T¿], với Tc là khoảng chip Nghĩa là, nếu tín hiệu mong muốn và một phiên bản

của nó (bị trễ hơn 2T,) có mặt tại máy thu thì việc giải trải phổ sẽ xem phiên bản bị trễ là

tín hiệu nhiễu và giữ lại một phần nhỏ công suất của tín hiệu này trong băng thông tín hiệu

mong muốn

O Nhiéu bang hep

Tách sóng đồng bộ tại máy thu liên quan đến việc nhân tín hiệu nhận được với chuỗi

mã được tạo ra bên trong máy thu Tuy nhiên như chúng ta thấy ở máy phát, nhiễu băng

hẹp sẽ bị trải phố sau khi nhân nó với mã giải trải Do đó, công suất của nhiễu này trong

băng thông tín hiệu mong muốn giảm đi một lượng bằng độ lợi xử lý

LÌ Bảo mật

Vì tín hiệu trải phố sử dụng toàn bộ băng thông tại mọi thời điểm nên nó có công suất

rất thấp trên một đơn vị băng thông Điều này gây khó khăn cho đối phương khi muốn phát

hiện tín hiệu đã trải phổ

Ngoài những ưu điểm quan trọng trên, DS-CDMA còn có nhiều tính chất đặc biệt

khác mà có thể liệt kê theo ưu điểm (+) và khuyết điểm (-):

1 Việc tạo tín hiệu được mã hóa dễ thực hiện (bằng phép nhân đơn giản)

[] Do chỉ một tân số sóng mang cần được tạo nên bộ tông hợp tân sô đơn giản

- 28 -

1 Đồng bộ giữa các user là không cần thiết

Ll Thật khó đạt được và duy trì việc đồng bộ của tín hiệu mã cục bộ và mã nhận

được Sai số đồng bộ phải được giữ trong khoảng thời gian bằng một phần nhỏ của khoảng chip để đạt việc tách sóng chính xác

1 Công suất nhận được từ các user gần trạm gốc lớn hơn nhiều công suất nhận được

từ các user khác ở xa hơn Do một user phát liên tục qua toàn băng thông, user gần trạm gốc thường tạo ra nhiều nhiễu cho các user ở xa trạm gốc nên gây ra hậu quả là việc khôi phục tín hiệu của các user này là không thể thực hiện được Hiệu ứng gần xa này có thê

được giải quyết bằng cách dùng các giải thuật kiểm soát công suất sao cho công suất trung bình của các user nhận được tại trạm gốc là bằng nhau Tuy nhiên, việc kiểm soát công suất

này hơi khó thực hiện vì độ trễ vòng hồi tiếp, ước lượng công suất không hoàn hảo, sai số

trong kênh truyền hồi tiếp và các điều kiện lưu lượng.

[1 Fading đa đường xảy ra khi 2 hay nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Băng hẹp thì ảnh hưởng còn băng rộng thì không nhờ đa dạng trong phân tập [1 Hai dạng fading được đề cập nhiều trong hệ thống CDMA và đặc biệt là MUD:

e Fading tần số phẳng (frequencey-flat fading) : gây ảnh hưởng tới biên độ thu nhưng không ảnh hưởng tới sự méo dạng dạng sóng tín hiệu xác định o_ Phân bố Fading Rayleigh (Fading nhanh

o_ Phân bố Ricean : sử dụng mô tả fading đa đường khi tồn tại tín hiệu trực

e _ Mỗi user là một nguồn nhiễu đối với các user khác

e Càng có nhiều người truy cập cùng lúc thì giao thoa đối với user mong muốn cảng tăng

e - User càng ở gần trạm thu thì công suất của nó phát ra được thu lại sẽ lớn hơn user khác cùng phát tương tự ở những vị trí xa hơn do suy hao đường truyền Nếu các user không mong muốn có công suất tương đối lớn so với user mong muốn thì sẽ gây nhiễu đáng kể cho user mong muốn

1 Yêu câu: việc làm sao dé may thu nhận được cùng một mức công suât từ môi

bộ phát là rât quan trọng

-30-

1 Mục đích :Việc điều khiển công suất nhằm mọi tín hiệu của mọi user khi đến

máy thu có cùng công suất thu P

1 Khắc phục:

e Dang song tin hiệu xác định ngẫu nhiên sẽ nằm ở biên dưới để tạo ra đặc tính

tương quan chéo thấp

e _ Liên quan đến hệ thống trải phố khi chiều đài của chuỗi mã giả ngẫu nhiên lớn

hơn so với chiều dài kí tự

3.3 Hiện tượng đa đường :

Là hiện tượng có nhiều đường truyền từ máy phát tới máy thu

1 Nguyên nhân dẫn tới hiện tượng này lả:

e© - Sự phán xạ hay khúc xạ khí quyến

9 é w A A fe f ` ` A

e Su phan xa tir mat dat, doi nui, cdc toa nha cao oc

Hình 3.1 : Hiện tượng đa đường dẫn

1 Ảnh hưởng: tín hiệu thu thay đối bất thường

O Yéu cau:

e Thu tín hiệu trực tiếp

® - Bỏ tín hiệu còn lại

e© _ Chuỗi PN trực tiếp phải đồng bộ chuỗi PN tai may thu

e _ Chuỗi PN còn lại phải không đồng bộ chuỗi PN tại máy thu

Trong hệ thông trải phố nhiễu đa đường có thế được loại bỏ

-31-

3.4 Nhiéu Gaussian trang :

L Tác hại:

e _ Nhiễu chồng kênh làm cho tín hiệu không rõ ràng

e Giới hạn máy thu lấy quyết định đúng

L] Loại bỏ: băng lọc, chắn, lựa chọn điều chế và vị trí máy thu tối ưu

Tuy nhiên, có một nguồn nhiễu tự nhiên được gọi là nhiễu nhiệt hay nhiễu

Johnson, ta không thể loại bỏ được nhiễu này Nhiễu nhiệt được gây ra bởi chuyển

động nhiệt của các electron trong mọi thiết bị như : điện trở, dây dẫn, Những

electron là nguyên nhân gây ra dòng điện và cũng là nguyên nhân gây ra nhiễu

nhiệt.Ta có thể mô tả nhiễu nhiệt như một loại nhiễu Gausian ngẫu nhiên trung bình

zero Nhiễu Gaussian, n(t), là một hàm ngẫu nhiên có giá trị n ở thời gian bat ky va no

có đặc tinh thống kê là hàm mật độ xác suất Gaussian p(n) :