Công nghệ mạng di động CDMA kỹ thuật trải phổ DS SS trong hệ thống mạng CDMA

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu mà máy di động được đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIÊN THÔNG

PHAM MANH HUNG

10101077

CONG NGHE MANG DI DONG CDMA

KY THUAT TRAI PHO DS-SS TRONG HE THONG MANG CDMA CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THONG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA DIEN-DIENTU — — — —— —— 00o -

NHAN XET DANH GIA CUA GIANG VIEN HUGNG DAN

Đ PE60906000000666060606000000000 092 nh”? 00000000900090006000000000400000000000002060060000000000000000090060000000000000000000200000060000000000990000009090®

ĐA »C6PĐ6660600660000000000000040000000000000600000060600600000000000000004000000000000600000000000000000000000000000000000000000000000000990960600600000090090 0604 HAobĐĐ6606000006086086060906000050000%0909000060000000006004000000660000000006000000000000000600000000000000600000000000000000000000000000000000000000000500990040006040 0®

CONG NGHE MANG DI DONG CDMA

NGHIEN CUU CAC KY THUAT TRAI PHO TRONG CONG NGHE CDMA

Sinh vién: Pham Manh Hing Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông

_ Ă.ố Ố.Ố EHOEHEO LEED

Đô 00 ĐA te6A°66600000600000000000000000000000600006006008000000000000000000900000000000000000009909000000000000000000000000000000090000900000000002000000 000066

160666 6660600060660800808000000600006600000009000005000900000000000006060606000000000000909606000000000000000000%000000000000000000000000000000000000096900000000 8499

68 E60B8060000060900008600006000000066000000009060900099000000000000000000000 00009000990600600060000000000000009000000090000000000 000000 0000000060000000690999900600000 000

808660 60600066400004000000000000000000000060000000000000000000004000000000604000000600060060000000000009000000900090050600000000000000000000000009099990000600 0000 s00 H60 kê0004624600000000060000000000604400060006060000000000000 04006000000 60000000 0496000000060600000006000000002000000000000900000000000500940000000400009999000000008 00000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lâp - Tu do — Hanh phiic

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

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 : Phan) N ale, Lge we MSSV : ye

Nganh: m3 ty 13 thea vs

1 Dau để luận án tốt nghiệp:

hộ: đu MẸ du me Rao, he Don SS

—kem € ThA a, pth ene “a M1 cán a CMA

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

Nae (xy my Ag ' hee ak su Pf, câu as COMMAS

2 uồt tay fe p ages COMA

bec

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án: 11/03/2008

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/06/2008

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn :

ol

\

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

Ngày tháng 03 năm 2008 (ký và ghi rõ họ tên)

nhiễu công sức, thời gian cũng như là tâm quyết của mình để

hướng dẫn Em hoàn thành Luận Ấn Tốt Nghiệp này

Em cũng cảm ơn tất cã các thây cô của trường đã nhiệt tình

giảng dạy Em, trang bị cho Em những kiến thức quí giá Cũng như

các thầy cô trong văn phòng Khoa Điện - Điện Tử đã luôn tao điều kiện thuận lợi nhất cho Em trong suốt thời gian học tập và làm Luận Ấn Tốt Nghiệp này

Và cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn và những người thân đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên tính thần tôi trong suốt khoảng thời gian đài học tập

SVTH : Phạm Mạnh Hùng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử, mạng viễn thông, tổng đài, các mạng điện thoại mới lần lược ra đời, trong đó mạng điện thoại

di động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống, trong sinh hoạt, cũng như trong sự phát triển của một đất nước công nghiệp vì thế hiểu về công nghệ mạng đi động là một phần kiến thức quan trọng (rong xu hướng công nghiệp hóa — hiện đại hóa đất nước

Tại Việt Nam công nghệ viễn thông phát triển rất nhanh, các mạng viễn thông ngày càng đa dạng, trong đó phải kể đến mạng di động CDMA đang từng bước phát triển mạnh mẻ Đó cũng là lý do em chọn để tài “Công Nghệ Mạng Di Động

CDMA - Nghiên Cứu Các Kỹ Thuật Trải Phổ Trong Công Nghệ CDMA” để làm để

tài tốt nghiệp Theo đó, với sự phát triển của công nghệ mạng CDMA

( Code Division Multiple Access) - mang đa truy nhập phân chia theo mã Qua đó giúp em hiểu rõ hơn về những tính năng cấu trúc và ứng dụng rộng rãi của mạng CDMA trong sv phat triển của công nghệ mạng viễn thông trên thế giới và trên đất nước Việt Nam chúng ta

Dù với rất nhiều cố gắng nhưng do khả năng và kiến thức còn hạn chế cùng

với thời gian làm có giới hạn nên nội dung dé tài chỉ được thực hiện ở một mức độ

nào đó và chắc rằng còn rất nhiều thiếu sót Kính mong nhận được sự thông cảm,

chỉ dạy và đóng góp ý kiến của quý thây cô và bạn bè

Em xin chân thành cám ơn

II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - -c-+cccccecerre 4

| Iv CAC CONG NGHE TRUY CAP TRONG

Hf THONG THONG TIN DI ĐỘNG -2222+vcveeeetrrrtrkkeeerrrrrrrrre 6

1 FDMA - đa truy cập phân chia theo tần sỐ -ccccrserrsre 7

2 TDMA - đa truy cập phân chia theo thỜI . - 555 <+*s*erserese 8

3 CDMA - đa truy cập phân chia theo mã _ - - 10

CHƯƠNG II : CÔNG NGHỆ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 12

I1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CDMA -:-22252+2t2rverterrrrkerrrre 12

II CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG CDMA -: ©22ccccceeerrrree 13

1.Máy thuê bao di động MS - cà Sen nh 14

"9x 1.8100: 0 14 a.Phân hệ phát — thu của trạm gốc (BTS) -: +-+ +xseesres 15 b.Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC) - 5-5 csssrsrseerertrerrre 16 c.Bộ quản lý của trạm gốc (BSM) -cccieereririrrirriie 16

d.Quá trình phát và thu vô tuyến ở BS . -.srcersreereerrree 17

3 Tổng đài di động MX : -. 7- Street 17

4 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Regist€r) : 18

Ill GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

CỦA MẠNG DI ĐỘNG CDMA c5-©75+cccererrrrrrrrrrrrrrree 18

IV QUÁ TRÌNH THU PHÁT

TÍN HIỆU TRONG CÔNG NGHỆ CDMA - 5< +ccserererrerrrre 19

| V ĐIỀU KHIẾN CÔNG SUẤT TRONG CÔNG NGHỆ CDMA 23

| 1 Diéu khién cOng suat thap c.cceeesesecessssessssesesssseeeseseseesenenereeeseeeeeees 28 2 Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng lên trong công nghệ CDMA - -cs<seeseeesee 28 3 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng lên trong công nghệ CDMA .-. - + 29

rN “a A ^⁄ ` + A 4 Điều khiến công suất mạch vòng kín trên | kênh hướng xuống trong công nghệ CDMA - 31

| VI CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TRONG CÔNG NGHỆ CDMA 31

| 1.Tính đa phân tập trong công nghệ CDMA -. - - 5-72 32 2.Dung lượng của hệ thống công nghệ CDMA -+<=++ 33 a Dung lượng mỀm - + + +2 2+ 34 b Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng trong công nghệ CDMA 35

3 Bảo mật cuộc gọi và tăng cường bảo mật cuộc gọi trong CDMA 36

4 Bộ mã- giãi mã thoại và tốc độ biến đổi 36

5 Chuyển giao trong công nghệ CDMA-HanddofŸ - -‹ 37

a Chuyển giao mỂm - + 5+ 52222 38 b Chuyển giao CỨng 55c 39 6 Tách tín hiệu thOạ] . - 5< 5 +4 1 E#VE*EESEEtrtrstrrrrrreree 39 7 Giá trị Eb/No thấp và vấn để chống lổi -. . - 40

VIL CAC UU DIEM CUA CÔNG NGHỆ CDMA :-: +cccccccceree 40 INe.r(8io 0.11 41

2 Dung lượng lớn . . ++£©++++22EE+E++EEEEttttrkrrttttkrrrrtrkerrrrrked 42

3.Vùng phủ sóng rỘng - «5c +SeS nh ghe 43

4 Chuyển giao mm _ 7+ +©2E*+<+Eteteretrrrttrrrrrrrrer 44

| 5 Đơn giản hoá quy hoach hé thong . -+ +-+c+s++e+v+vexexeree 44

| 6 Tăng cường bảo mật . - set 9H 401811 121011 tt gi t 44

7 Tiết kiệm năng lượng, - - + re 44

CHƯƠNG III : CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHO TRONG CDMA 46

I TRAIPHO LA Gi VA TAI SAO PHAI TRAI PHO

TIN HIEU TRONG CONG NGHE CDMA .sesssssessessessseeseeseeseesseeneennenneeeneenees 46

II CÁC TÍNH NĂNG CO BAN CUA HE THONG TRAI PHO 47

Il, HE THONG TRẢI PHỔ TÍN HIỆU TRỰC TIẾP:

DS/SS-DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM -<<<<< 49

1 Phương pháp trải phổ trực tiếp DS/SS-BPSK . - 52

a May phát DS/SS — BPSK -. -c-cSẶseehehhhHHeeee 52 a1 Sơ đồ tín hiệu tại máy phát -s++etseteresrrseeresrre 53

b Máy thu DS/SS-BPSK . - Sen 55

b1 Sơ đồ dạng tín hiệu tại máy thu DS/SS-BPSK 57

2 Phương pháp trải phổ tín hiệu trực tiếp DS/SS - QPSK 57

a Máy phát DS/SS —- QPSK -cccciSeeheehhireie 57

al Dang sóng của tín hiệu tại máy phất - -. -+«- 58

b May thu DS/SS — QPSK oo cccseessesseeneesenenseseeeeeasseneeesseenseeeneenes 59 b1 Sơ đồ máy thu trong phương pháp trải phổ

Tín hiệu DS/SS-QPSK - SẶ S2 SenHHHHHHH Hà 60

3 Phương pháp trải phổ MSK -5-5c+tsertrrerrrrtrrrrirrieierrriee 62

a So dé may phát chuổi trực tiếp MSK - -.+cc-csreeierreriree 63

b Sơ đồ máy thu chuối trực tiếp MSK -+-s+r+rsreresre 63

4 Hệ thống trải phổ nhảy tần FH/SS: Frequency Hopping Spread SD€CTUI ¿- ¿+55 +2 + +99 7K nh th nh HH HH g0 010 0110110110 63

a Đặc tính của tín hiệu dịch tần - +55 Sc+sererersrrerrrrrrrsr 64

" Jin 0a .65

5 Hệ thống trải phổ dịch tần nhanh F FH/SS - - 66

a Máy phấtt < + tn n4 2 HH H H g0 1101000 111" 67

| b Máy thu East EH/SS -2+©22+++2Y+xtterxketrrkerrrkkrrrrrrrrrrrrrrrre 68

| 6 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian TH/SS:

| Time Hopping Spread Specfrum - - - +5 ++ss+eneenhtiirirrrirrre 70

IV SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ: SPREAD SPECTRUM 70

V H& THONG LAI TRONG TRAI PHO HYBRID -::+o 72

1 Hệ thống lai EH/DS - «+ 2+ 2 2H21 73

a Bộ phát của hệ thống lai FH/DS .-. -©c+csessrersererrre 73

b Bộ thu của hệ thống lai EH/DS .- ¿2 2 + S+xseeeeeeseeseses 75

: T9 uy: 8N 76

3 Hệ thống lai TH/DS . - 7-52 5*SE*+etetrtrererrteerrrrrrrrsrre 77

VI MỘT SỐ CHUỖI TRONG HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 78

I8 8.1 78

2 Chuỗi có chiều dài cực đại Chuỗi m - -©-<5<+<<<<<s+ 79

a Sơ đồ mạch phát chuỗi m ¿5 - +++tsEtetsrerrrrrrrrerrvea 79

b Phổ công suất của dãy m 5255 <£ererrrrrrrrrrrerrrke 81

3 ChuGi trai ph 0c0o5 01 82

4 Chuỗi trải phổ KaSaimi . - - 5 + *#E re 82

5 ChuGi tri phO Walsh c.ceeececeeseseesesssesesesessesssssseseseseeseneneseseeeneneseseenes 83

VI NHIÊU TRONG HỆ THÔNG MẠNG DI ĐỘNG CDMA 86

1 Hiệu ứng của can nhiễu và tạp âm 5-5 §6

2 Hiệu ứng giao thoa nhiều đường và môi trường truyền 88

TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN DI DONG

I LICH SU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

Thông tin đi động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm hai mươi ở băng tần vô tuyến 2 MHz Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào sử dụng băng tần 150 Mhz tại Saint Louis - mỹ vào năm 1946 với khoảng cách kênh là 60 Khz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3

Năm 1948, một hệ thống điện thoại di động hoàn toàn tự động có dai thong tan

số 30 Khz với kỹ thuật FM ở băng tần 450 Mhz đưa hiệu suất sử dụng phổ tần lên

gấp 4 lần so với cuối thế chiến II

Quan niệm về một hệ thống di động tổ ong cellular ra đời từ cuối những năm bốn mươi với bell Thay cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và anten cao

là những cell diện tích bé có máy phát BTS (Base Transceiver Station) cong suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng một tần số Tháng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự ra đời ở dai tan s6 850 MHz Tuong ting

là sản phẩm công nghiệp AMPS (Advanced Mobile Phone System) ra đời năm 1983 đến đầu ngững năm 90, thế hệ đầu tiên của thông tin di động cellular đã bao gồm

hàng loạt hệ thống ở các nước khác nhau: TACS, NMTS, NAMTS, Tuy nhiên

các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết về dung lượng Mặt khác, các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự

chuyển giao không đủ rộng như mong muốn Những vấn đề trên đặt ra cho các thế

hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết Một sự lựa chọn được đặt ra :

kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số

GVHD : Ts Hé Ngoc Bá Trang 1

CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

CS CUNG NG (II ee E

Trước hết kỹ thuật số bảo đảm chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh và khả năng tiểm tàng về một dung lượng lớn Các hệ thống thông tin di động

số cellular có những ưu điểm căn bản sau đây:

e_ Sử dụng kỹ thuật điểu chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn

© Mã hoá số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngày càng thấp, cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bit tốc độ chuẩn

e_ Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, dành tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng

e_ Ấp dụng kỹ thuật mã hoá kênh va mã hoá nguồn của truyền dẫn số

e Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và nhiễu kênh kể ACI (Adjacent -Channel Interference) hiệu quả hơn Điều này cuối cùng tăng dung lượng hệ thống

e_ Điều khiển động trong việc cấp phát kênh liên lạc làm cho sử dụng phổ tần

số hiệu quả hơn e_ Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực , số liệu , mật mã hoá , kết nối với ISDN

e Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn Dung lượng tăng, diện

tích cell nhé di, chuyển giao nhiễu hơn, báo hiệu tất bật đều dễ dàng xử lý

bằng phương pháp số

Hệ thống thông tin di động celiular thế hệ thứ 2 có 3 tiêu chuẩn chính: GSM, IS-54, JDC, trong đó IS-54 bao gồm trong nó tiêu chuẩn AMPS

Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ những năm sau của thập kỷ 90 sẽ là kỹ thuật số với

CDMA và TDMA cải tiến

Chúng ta chứng kiến một sự thật là ngày càng nhiều người cần đến thông tin di động , tỷ lệ máy điện thoại di động so với máy cố định ngày càng tăng lên Cùng với nhiều dich vụ đi động phi cellular , nhắn tin , máy vô tuyến cá nhân , hệ thống thông tin di động qua vệ tinh thế hệ cũ và mới , máy tính cá nhân đi động , chúng ta

~ ain A? A nx ^ : Z A A : ` x 4S w ne

sẽ tiến tới hệ thống thông tin cá nhân trên phạm vi toàn cầu, với khả năng trao đối

——=———=—- TỐ

GVHD : Ts Hé Ngoc Bá Trang 2

II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG :

Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô Mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi một cách liên tục khi đi chuyển giữa các ô

Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc (BS)

Một vùng phục vụ của một bs được gọi là ô và nhiều ô kết hợp lại thành vùng phục

vụ của hệ thống

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng

là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh

báo hiệu mà máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động Vì vậy các ô

kể nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở cách xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi một cách liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điểu khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lưu lượng theo su di chuyển của máy di động để chuyển đổi tân số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách

tự động

Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kể nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê được phục vụ sẽ tăng lên

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 3

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

Hình 1.2 : cấu trúc mạng thông tin di động

= ÔÔÔÔÔÔ 1.117 Ồ Ô——_— roằẻằaaaasaẫanmmmm

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 4

CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

a

Trong đó :

NSS: hệ thống chuyén mach ( Network Switching Subsystem )

MSC: trung tâm chuyển mạch di d6ng (Mobile Switching Centre )

HLR: bộ ghi định vị thường trú ( Home Location Register )

VLR: bộ ghi định vị tạm trú ( Visitor Location Register )

AUC: trung tâm nhận thuc ( Authentication Centre )

EIR: thanh ghi nhận dang thiét bi ( Equipment Indentification Register )

BSS: hệ thống tram géc ( Base Station System )

BSC: dai diéu khién tram gốc ( Base Station Controller )

BTS: tram thu phat géc ( Base Transceiver Station )

OSS: hệ thống con khai thác và bảo dưỡng ( Operation & Support Station )

NMC: trung tâm quan ly mang (Network Management Centre )

PSTN: mang dién thoai chuyén mach céng céng ( Public Switched Telephone Network )

PLMN: mạng di động mat dat ( Public Land Mobile Network )

ISDN: mạng số liên kết đa dich vu ( Integrated Switched Digital Network )

MS: tram di động ( Mobile Station )

Hệ thống khai thác và bão dưỡng OSS mặc dù không thuộc thành phần của mạng thông tin di động nhưng nó liên quan chặt chẽ với mạng đó là trạm di động MS thuộc người sử dụng

Trong mỗi một BSS, có một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển một nhóm

BTS về các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất

Trong mỗi SS, một trung tâm chuyển mạch của PLMN, gọi tất là tổng đài di động MSC phục vụ nhiều BSC hình thành cấp quản lý vùng lãnh thổ gọi là vùng phục vụ

MSC bao gồm nhiều vùng định vị

Do yêu cầu quản lý về nhiều mặt đối với MS của mạng đi động cellular dẫn đến

cơ sở đữ liệu lớn Bộ ghi định vị thường trú HLR chứa các thông tin về thuê bao như

—— —_— —_—_—— _——_—_

GVHD: Ts Hồ Ngọc Bá Trang 5

CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

các dịch vụ mà thuê bao lựa chọn và các thông số nhận thực VỊ trí hiện thời của

MS được cập nhật qua bộ ghi định vị trạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR Trung tâm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR các thông số nhận thực và các khoá mật mã Mỗi MSC có một VLR

Khi MS di động vào một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yêu câu HLR cung cấp

các số liệu về MS này đồng thời VLR cũng thông báo cho HLR biết MS nói trên

đang ở vùng phục vụ nào VLR có đầy đủ các thông tin để thiết lập cuộc gọi theo yêu cầu của người sử dụng Một MSC đặc biệt ( gọi là MSC cổng ) dugc PLMN giao cho chức năng kết nối giữa PLMN với các mạng cố định

IV CÁC CÔNG NGHỆ TRUY CẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN

DI ĐỘNG :

Ở giao diện vô tuyến MS và BTS liên lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Do tài

nguyên về tần số là có giới hạn mà số lượng thuê bao lại không ngừng tăng lên nên

ngoài việc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kênh tân số được dùng chung theo kiểu trung kế

Hệ thống trung kế vô tuyến là hệ thống vô tuyến có số kênh sẵn sàng phục vụ ít

hơn số người dùng khả dĩ Xử lí trung kế cho phép tất cả người dùng sử dụng chung

một cách trật tự số kênh có hạn vì chúng ta biết chắc rằng xác suất mọi thuê bao

cùng lúc cần kênh là thấp Phương thức truyển cùng một lúc nhiều tín hiệu trên trên

cùng một kênh thông tin duy nhất được gọi là đa truy cập Đây là kỷ thuật được dùng phổ biến trong việc truyền tín hiệu và thông tin liên lạc

Sau đây là các hệ thống đa truy cập cơ bản trong thông tin liên lạc:

% FDMA: đa truy cập phân chia theo tần số Phục vụ các cuộc goi theo các

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

+ CDMA: đa truy cập phân chia theo mã Phục vụ các cuộc goi theo các chuối

mã khác nhau

+» PDMA : đa truy cập phân chia theo cực tính, phục vụ các cuộc gọi theo các

sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến

+ SDMA : đa truy cập phân chia theo không gian, phục vụ các cuộc gọi theo các anten định hướng búp sóng hẹp

1 FDMA - đa truy cập phân chia theo tan sé :

FDMA ( Frequency Division Multiple Access ) 14 một phương pháp đa truy nhập giới thiệu sớm nhất và sử dụng rộng rải nhất Băng thông làm việc của nguồn tài nguyên được chia thành nhiều băng tân nhỏ, mổi bang tan nhỏ này được gọi là một kênh sẽ cấp phát cho một user truy cập vào mạng Mổi user sẽ truy xuất vào mạng bằng một tần số khác nhau nên được gọi là đa truy xuất phân chia theo thời gian

Trong FDMA để phân biệt được các user khác nhau thì phân biệt bằng các tần số

làm việc của nó

Phương pháp FDMA có ưu điểm là không cần bộ định thời đồng bộ, và các thiết

bị sử dụng khá đơn giản Tuy nhiên do băng thông hạn chế, dung lượng không cao

| và không linh hoạt trong việc phân phối kênh, FDMA còn có nhược điểm là rất dể

| bị nhiễu xuyên kênh khi tần số làm việc của các user không ổn định Sự phân chia

' tần số sử dụng khi có nhiều thuê bao như sau :

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 7

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

User 1 User 2 User 3 User N

Frequency axis ( KHz, MHz, GHz )

Hình 1.4 : Dang phổ của FDMA

2 TDMA - đa truy cập phân chỉa theo thời gian :

TDMA ( time division multiple access ) là phương pháp đa truy xuất mà các user thay phiên nhau truy xuất vào nguồn tài nguyên thông tin theo các khoảng thời gian cho phép khác nhau Vậy nên thời gian làm việc bị chia nhỏ gọi là khung thời gian , mối khung thời gian này lại được chia nhỏ nữa gọi là khe thời gian, mối khe

CÔNG NGHỆ CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

thời gian này sẽ cấp phát cho user truy xuất vào mạng Mổi kênh khác nhau sẽ được

phân biệt bằng khe thời gian

TDMA cho phép nhiều user thay phiên nhau sử dụng một kênh tần số, do đó dung lượng tần số cải thiện hơn so với FDMA việc truyền tín hiệu trong TDMA diển ra không liên tục , vì vậy máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao khi truy nhập

TDMA được chia thành hai loại băng rộng và băng hẹp Mỹ và nhật sử dụng TDMA băng hẹp, còn các nước châu âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này đều có thể được xem như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe thời gian trong

băng tần

Sự phân chia tần số sử dụng khi có nhiều thuê bao như sau :

User 1 User2 User3 UserN User 1 User2 User3 User N

Time exis

(ms, 11S)

| Hình 1.5 : Sự phân chia tần số sử dụng khi có nhiều thuê bao

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 9

3 CDMA - đa truy cập phân chỉa theo mã :

CDMA (code division multiple access ) kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo

mã, không phân chia nhỏ phổ tân, cũng không chia thời gian thành các khe, mà tất

cả các user khác nhau đều được pháp sử dụng băng tần trong cùng một thời gian CDMA dựa trên kỹ thuật trải phổ tín hiệu ( SS _ Spread Spectrum ), nghĩa là làm cho độ rộng phổ tăng lên rất nhiều so với độ rộng ban đầu

Nguyên tắt chính của CDMA là sử dụng một chuối tín hiệu ngẩu nhiên nhị phân ( gọi là chuổi giả nhiểu — PN — Pseudo Noise ) để chuyển đối tín hiệu băng tần gốc thành tín hiệu có băng thông rộng rồi chuyển đi , mổi user sẻ sử dụng một chuổi pn khác nhau gọi là tín hiệu mã hay gọi đơn giẩn là mã Chính mã là cơ sở để đầu thu phân biệt user này với user khác Ở đầu thu , máy thu sẽ sử dụng một chuối mã ngẩu nhiên giống như đầu phát để giải mã tín hiệu thu và khôi phục lại tín hiệu ban đầu Đối với các user không biết tín hiệu mã thì tín hiệu thu được giống như can nhiễu, vì vậy mà hệ thống cdma có khả năng bảo mật rất cao

Sự phân chia tần số sử dụng khi có nhiều thuê bao như sau :

GVHD: Ts Hồ Ngọc Bá Trang 10

CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

CHUONG II CONG NGHE MANG DI DONG CDMA (CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS)

I TONG QUAN VE CONG NGHE CDMA :

Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 vì nhiều lý do như làm giảm nhiễu , cung cấp thông tin bảo mật Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý

thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ phương pháp thu GPS va Ommi — Tracs, phương pháp này cũng đã được để xuất trong hệ thống tổ ong Qualcomn — mỹ vào năm 1990

CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kì ai Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh nàycũng được phần biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,23 Mhz với hai

dải biên phòng vệ 0.27 Mhz, tổng cộng 1,77 Mhz CDMA dùng mã trải phổ có tốc

độ cắt ( chip rate ) 1/2288 Mhz Dong dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ

cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đâu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN :

pseudonoise - giả tạp âm) của máy phát PN Một cắt là phần dữ liệu mã hoá qua

Hình 2.1: Quá trình phát và thu theo nguyên lý công nghệ CDMA

Để nén phổ trở lại đữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được

Trong CDMA, sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào mét dai

tân rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu phổ của tín hiệu lại được nén trở

a n ⁄ A nx

lại về phổ của tín hiệu gốc

II CẤU HÌNH CUA MỘT HE THONG CDMA

CONG NGHE CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS ee

> 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 , điểu hưởng ở kênh vô tuyến nào đó có dải thông là 1,25MHz Sau đó,

tín hiệu được chuyển xuống trung tần , được lọc SAW và đưa đến bộ biến đổi ADC

Tiếp theo, tín hiệu số được đưa đến các vi mạch đặc chủng ASIC Chức năng của các ASIC (Application Speciũc Intergrated Circuit) là MODEM của MS (MSM — Mobile Station Modem) MSM có 3 bộ phận chính : bộ giải điều chế , bộ điều chế thuê bao và bộ giải mã Viterbi

Chức năng chủ yếu của bộ giải điều chế là máy thu quét tìm RAKE Các

bộ tương quan làm việc song song (mỗi bộ tương quan này gọi là một ngón tay - finger) Mỗi finger là một bộ giải điều chế độc lập , bám sát tín hiệu về mặt tần số

và thời gian xác định sự tương quan của các tín hiệu thu được theo dãy PN chỉ nén

phổ đối với tín hiệu trong cuộc (tức là tín hiệu nào đã được trải phổ ở máy phát bởi

cùng một dãy PN)

| Bộ điều chế có nhiệm vu là phát , xử lý dữ liệu : mã hoá vòng xoắn , chèn khối, trực giao và trải phổ Công suất phát được điều khiển bởi bộ vi xử lý Sau đó tín hiệu được chuyển lên cao tần 850MHz Trong bộ điều chế có cả bộ giải cài xen phục vụ việc thu dữ liệu

Bộ giải mã Viterbi này dùng thuật toán Viterbi Sau đó dòng bít được xử lý tiếp theo ở bộ giải mã thoại

2 Trạm gốc BS:

Đóng vai trò là giao diện giữa máy di động MS và tổng đài di động MX

BS cung cấp đường truyền của các gói tin và là một đầu cuối cố định của giao diện

vô tuyến Giao diện vô tuyến có chức năng điều khiển và bảo đảm phủsóng cho

cell Cấu hình này bao gồm BSC, BTS và BSM

————=PnP——— -.—ằ———

CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

CD (CDMA Digital Block) : khối xử lý số

GPS (Global Positioning System) : hé théng dinh vi toan cau

BCP (BTS Controll Processor) : b6 xtt ly diéu khién BTS

CIN (CDMA Interconnection Network) : mạng liên kết

CKD (Clock Distributor) : bộ phân chia đồng hồ

TSB (Transcoders & Selector Bank) : bộ chuyển mã và chọn

CCP (Call Controll Processor) : bộ xử lý điều khiển cuộc gọi

BIN (BTS Interconnection Network) : mang lién két BTS

MX

BSMP (Base Station Manager Processor) : b6 xut ly điều hành quan trị trạm gốc

ALM (Alarm) : cảnh báo

a Phân hệ phát - thu của trạm gốc (BTS)

BTS được bế trí theo địa lý từng cell, ở xa BSC BTS bao gồm một hệ

thống anten , thiết bị tân số vô tuyến (các máy phát , máy thu) và các phương tiệnsố

để liên lạc với BSC , BTS bao gồm : RE, CD, GPS , BCP và BIN

ee

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 15

CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

BCP là bộ xử lý điều khiển quản trị chung trên một BTS BCP gồm có một

bộ xử lý điểu khiển quét ( Scan Controll 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 ly tin higu CDMA , đó là các công việc Codec, Modem, định thời , phối ghép giữa các dải quạt của BTS Khối tần số vô tuyến RF có các chức năng : giữ mức tạp âm thấp , khuếch dai, lọc , chuyển đổi tần

số xuống và lên , kết hợp và phân bố đa tần số

Mạng liên kết của BTS được gọi là BIN, nó cung cấp các đường truyén

điểu khiển và đường truyền lưu lượng tới các khối trong BTS va tdi BSC

Đông hồ hệ thống GPS bảo đảm định thời cho toàn hệ thống

b Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC)

BSC kết hợp chặt chẽ với tổng đài di động MX (hay 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 : CIN,

CKD, TSB và CCP

Mạng liên kết CIN cung cấp các đường truyền dẫn chung giữa các khối

Bộ chuyển mã và chọn TSB mã hoá thoại , phân bố các bộ chọn , đóng và

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

Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi CCP cap phát và quản trị các tài nguyên , thực hiện chuyển giao mềm và điểu khiển cuộc gọi

Bộ phân chia đồng hồ CKD đồng bộ định thời từ đồng hồ GPS cho các phần

tử trong mạng

c Bộ quản lý của trạm gốc (BSM)

BSM bao gồm BSMP và ALM

Bộ xử lý quản trị trạm gốc BSMP hỗ trợ một giao diện giữa người khai thác

và máy , tiến hành điều hoà tải theo chương trình , vận hành và bảo dưỡng trạm gốc

Bộ cảnh báo ALM xử lý cảnh báo các sự kiện sai hỏng

ẽẽẽ c CO cố õỐẮÍẮẲẨẤẨẲẨẲẶÒỒOÔỒÔÔÓŒỚÔ( SSS SS

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 16

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS

d Quá trình phát và thu vô tuyến ở BS

Các đặc điểm phát và thu CDMA đã trình bày cũng thể hiện đối với BS, vì

đó là sự phát và thu giữa chúng với nhau Bây giờ ta xem xét một số đặc điểm riêng của BS :

BS thường sử dụng nhiều 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 quan

Có hai máy thu 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 va sai lỗi của nó

3 Tổng đài di động MX:

Cấu hình MX bao gồm 3 phân hé 14 : ASS(Access Switching Subsystem - phân hệ chuyển mạch truy cập) , INS( Interconnection Network Subsystem - phân

hệ mạng liên kết) và CCS(Central Control Subsystem - phân hệ điều khiển trung

tâm) MX cung cấp các dịch vụ căn bản và dịch vụ phụ cho MS MX có bộ ghi vị

trí tạm trú VLR để lưu trữ tạm thời các tin tức về thuê bao MX được thực thi thành

một hệ thống điểu khiển phân bố có đẳng cấp MX cũng điều khiển sự trao đổi

thông tin giữa các bộ xử lý MX được module hoá theo chức năng và có cấu hình dự phòng

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 đầu nối cho ASS và CCS, xử lý tập

trung cuộc gọi (phiên dịch số thuê bao , chuyển mach , định tuyến) và đồng bộ hoá mạng chuyển mạch

Phân hệ điều khiển trung tâm CCS bao gồm các khối AMS và LRS Mỗi

một cuộc gọi cần được gần vào một bộ chọn và một vocoder tương ứng Chất lượng

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 17

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

truyền thoại được đánh giá bằng tỷ số S/N trong từng cửa sổ 20ms của vocoder Nếu thu là phân tập, thì chuyển mạch số sẽ chọn ra đường truyền tốt nhất CCS cộng tác với CCP để định tuyến cuộc gọi giữa MX và BS, cấp phát mã trải phổ PN

cho cuộc gọi đang xét

Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) : là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin di động Nó được nối với một hay nhiều MSC và có

nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong

vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC

4 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) :

Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm tất cả các cơ sở dữ liệu Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào 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 năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tâm này quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép

II GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT DONG CUA MẠNG DI ĐỘNG

CDMA

Khi MS thực hiện cuộc gọi, tín hiệu từ máy điện thoại di động MS (Mobile

Station) này sẻ được truyền đến trạm thu phát gốc BTS (Base Tranceiver Station) từ đây tín hiệu thoại được truyền qua trạm điểu khiển gốc BSC (Base Base Station Controller), sau khi tín hiệu truyền đến trạm này thì sẻ được chuyển đến trung tâm

chuyển mạch di động MSC (Mobile Switchinh Center) hoặc tín hiệu được thông qua

bộ vận hành và bảo dưởng trước khi chuyển đến khối MSC này Tại đây tín hiệu được cập nhật thông tin xem là User nội mạng hay User khác mạng gọi đến

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 18

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

e Trường hợp MS là nội mạng thì các thông tin về nó đã được cập nhật và lưu trử trong thanh ghi HLR (Home Location Register) chung với khối MSC này

Và từ khối MSC này tín hiệu được định tuyến đến khối MSC khác mà ở đó

có MS thu Khối MSC ở đầu thu có thể là nội mạng hay khác mạng di động tức là MS ở mạng ngoài gọi đến

e Trường hợp MS nội mạng gọi MS nội mạng thì khối MSC ở đầu thu có thể là cùng khối MSC ở đầu phát do cùng vùng tín hiệu phục vụ Tín hiệu thoại d\sé được truyền đến BSC để từ đây tín hiệu thoại được truyền đến BTS sau đó truyền qua MS thu và cuộc gọi đưôc thực hiện

e Trường hợp MS nội mạng gọi MS khác mạng thì sau khi qua khối MSC nơi phát, tín hiệu đựơc truyền đến khối GMSC (Gate Mobile Switching Station), đây là khối MSC của mạng khác, thông tin của MS này sẻ được thanh ghi VLR (Visiter Location Register) lưu trử và cập nhật, sau khi qua ltrình này được hoàn tất thì tín hiệu sẻ được truyền qua khối HLR, thanh ghi này sẻ cập nhật thông tin của MS gọi đến, và từ khối MSC thu tín hiệu được truyền đến khoối BSC trước khi qua trạm thu phát BTS để khối này thực hiện truyền tín hiệu đến MS thu

e Trường hợp MS không phải của nội mạng gọi vào thuê bao MS của mạng di động CDMA, thì sau quá trình thu phát điều khiển của bộ phận mạng phát có chứa MS đó thì tín hiệu được định tuyến đến khối MSC của mạng di động CDMA, tại đây thông tin của MS phát sẻ dược khối VLR cập nhật và lưu trử, khối VLR này được cấu hình chung với khối MCS trong mạng CDMA, thông tin của.MS gọi được cập nhật và định tuyến đến khối MSC nội mạng có chứa

MS được gọi Từ đây tín hiệu sẻ được truyền cho MS tất nhiên là trước các quá trình này tín hiệu đã được trải phổ

IV QUÁ TRÌNH THU PHÁT TÍN HIỆU TRONG CÔNG NGHỆ

CDMA

“=

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 19

phân biệt lẫn nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ User nào

Kênh vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng được phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên Một kênh CDMA rộng 1,23 Mhz với hai dải biên phòng vệ 0.27 Mhz, tổng cộng 1,77 Mhz CDMA dùng mã trải

phổ có tốc độ cắt ( chip rate ) 1,2288 Mhz Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều

chế ở tốc độ cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đâu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên

PN : pseudonoise - giả tạp âm) của máy phát PN Một cắt là phần dữ liệu mã hoá

qua cổng XOR

el

GVHD : Ts H6é Ngoc Ba Trang 20

CONG NGHE CDMA -~ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

| @—|Bộ điều chế Máy thu & bội

hat PN & may phat giải điều chế

Hình 2.1 : Quá trình phát và thu theo nguyên lý công nghệ CDMA

Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận được

Trong CDMA, sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lượng tín hiệu vào một dải

tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu phổ của tín hiệu lại được nén trở

lại về phổ của tín hiệu gốc

Quá trình thu phát tín hiệu trong công nghệ CDMA được mô tả chỉ tiết như sơ đồ hình 2.3 sau: Ở đây chỉ nêu ra quá trình truyền tín hiệu qua từng bộ phận mà không quan tâm đến các quá trình trải phổ hay tín hiệu thuộc nội mạng hay khác mạng di động

O DS/SS

- KỸ THUẬT TRẢI PHỔ ~

A nan

CONG NGHE CDMA

User sử dụng trong cùng một khoảng thời gian và cùng tần số

Tại máy phát thì tín hiệu ngỏ vào Input có thể là Analog hay Digital, nếu là tín

hiệu Analog thì sẻ được đưa thẳng vào bộ nén tín hiệu, còn nếu là tín hiệu Digital

thì trước khi qua bộ nén tín hiệu nó được đưa qua bộ biến đổi D/A : Digital Analog convert, sau khi tín hiệu được đưa qua bộ nén tín hiệu nó sẻ được đưa qua bộ mã

hóa để tiếp tục quá trình trải phổ với chuổi giả trải phổ PN, sau đó tín hiệu tiếp tục

chuyển qua bộ điều khiển công suất tín hiệu tại máy phát, tại đây tín hiệu có thể trực tiếp đưa lên kênh truyền RF: Forward Fundamental channel, tất nhiên khi đó tín hiệu sẻ xãy ra nhiễu và hiện tượng giao thoa cộng vào và được đưa đến bộ điều

khiển công sấut tại máy thu, hoặc tín hiệu được đưa lên kênh truyền qua bộ khuếch

đại công suất hướng lên, với nhiễu và giao thoa có thể xấy ra sau đó tín hiệu hổn

tạp này lại được đua lên kênh truyền RE và tại đây quá trình lẩn lộn các tín hiệu

nhiễu và giao thoa vẩn còn, tiếp theo là tín hiệu được đưa đến bộ điều khiển công suấtt tại máy thu

Tại máy thu khi nhận được tín hiệu tại bộ điều khiển công suất, tín hiệu sẻ được đưa qua bộ giải điều chế với sóng mang như ở máy phát Do tín hiệu trước khi qua máy thu được trải phổ nên tại máy thu tín hiệu thu sẻ có phổ rộng và củng vì thế nên ở máy thu tín hiệu sẻ được nén phổ lại và quá trình này cần có chuối đồng bộ

PN, chuổi nén phổ PN Sau khi nén phổ tín hiệu được chuyển đến bộ giải mã để trở thành dạng tín hiệu ban đầu khi qua máy phát, và thực hiện giải nén để tạo thành tín hiệu bình thường đưa qua đầu thu Otput Nếu là tín hiệu Analog thì được đưa ra trực tiếp còn nếu là tin hiéu Digital thi được đưa qua bộ biến đổi A/D : Analog

Digital convert và chuyển đến đầu thu

V ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG CÔNG NGHỆ CDMA

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 23

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS

Trong công nghệ CDMA ngoài vấn để về trải phổ cân quan tâm đến vấn đề

cũng không kém phần quan trọng là điểu khiển công suất

Ở các hệ thống thông tin di động CDMA các máy di động đều phát chung một

tần số ở cùngmột thời gian nên chúng gây nhiễu đồng kênh đối với nhau chất lượng

truyền dẩn của dường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường

đa người sử dụng phụ thuộc vào ti số Eb/No trong đó Eb lànăng lượng Bit còn No là mật độ tạp âm trắng GAUSO cộng bao gồm tự tạp âm và tạp âm từ máy phát của người người sử dụng khác Để dảm bảo tỉ số Eb/No không đổi và lớn hơn ngưởng

yêu cầu cân điều khiển công suất

của các máy của người sử dụng theo khoảng cách của nó với trạm gốc nếu ở các hệ thống FDMA và TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở

hệ thống CDMA việc điều khiển công suất là bắt buộc và điều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lượng hệ thống sẻ giảm

Dung lượng của một hệ thống CDMA đạt giá trị cực đại nếu công suất phát của các máy di động được điều khiển sao cho ở trạm gốc công suất thu được là như nhau đối với tất cả các người sử dụng Điểu khiển công suất được sử dụng cho đường lên để tránh hiện tượng gần xa và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiểu lên dung

lượng hệ thống

Đối với công suất đường xuống không cần điếu khiển công suất ở hệ thống đơn

ô, vì nhiều gây ra bởi người sử dụng khác luôn ở mức không đổi đối với tín hiệu hữu ich Tất cả các tính hiệu đều được phát chung vì thế không xảy ra sự khác biệt tổn hao truyến sóng như ở đường lên Ngoài việv giảm hiện tương gần xa, điều khiển công suất còn được sử dụng để làm giảm hiện tượng che tối và duy trì công suất phát trên một người sử dụng, cấn thiết để đầm bảo tỷ số lỗi bit ở mức tối thiểu Như vậy điều khiển công suất còn giúp phần làm tăng tuổi thọ pin của máy cẩm tay

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều là từ BS đến máy di động và ngược lại Để cung cấp một hệ thống có dung lượng, lưu lượng

————————————————_——— —T—ễẰễễằẰ_— _-Ƒ

GVHD : Ts Hồ Ngọc Bá Trang 24

Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di động tương

ứng thành thông tin số băng hẹp Trong trường hợp này thì tín hiệu của các máy di động khác còn lại chỉ như là tạp âm của băng rộng Thủ tục của thu hẹp tạp âm được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tÿ số tín hiệu trên giao thoa (db) từ giá trị

âm lên đến một mức đủ lớn để cho phép hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của hệ thống CDMA bằng cách tăng số

lượng của các cuộc gọi đồng thời trong một băng tần cho trước Dung lượng hệ

thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỹ số tín hiệu trên giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điầu khiển công suất của máy di động

Hoạt động của máy di động sẻ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BS thu được là quá yếu Nếu tín hiệu của các máy di động là đủ lớn thì hoạt động của các máy này sẻ được cải thiện nhưng giao thoa đối với các máy di

động khác cùng sử dụng một kênh sẻ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các

thêu bao khác bị giảm nếu như dung lượng tối đa không giảm

- Việc đóng mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS và điều khiển - - -'

công suất từ BS tới máy đi động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ ra như hình 2.4, mạch mở đường điều khiển công suất từ máy di động BS là chức năng hoạt

động cơ bản của máy di động Máy di động điểu khiển ngay công suất phát theo sự

biến đổi công suất thu được từ BS Máy điđộng đo được công suất thu được từ BS và

điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được Mạch mở đường

i

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 25

CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ D§/S5

điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cã các máy di động được thu

với cùng một mức tại BS BS cung cấp chức năng mạch hở đường điểu khiển công

suất qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cổ cho nó Hằng số

định cổ liên quan chặt chẻ tới yếu tố tải và tạp âm của B5

` Ì Xác định tế ¬ vie cares nineties ot

gii mã Xử tý của BS : Xử lý của MS

Hình 2.4: Điều Khiển công suất trong CDMA Một phương pháp điểu khiển công suất là do tự điều khién AGC: Automatic

Gain Control ở máy thu di động Trước khi phát, trạm di động giám sát tổng công suất thu được từ trạm gốc Công suất đo được cho thấy tổn hao đường truyền đối với từng người sử dụng Trạm di động điều chỉnh công suất phát của mình tỷ lệ nghịch với tổng công suất mà nó thu được Có thể phải điểu chỉn công suất ở một dải rộng

lên đến 80dB Phương pháp này gọi là điều chỉnh công suất vòng hở OPC (Open

looop Power Control), ở phương pháp này trạm gốc không tham giai vào các thủ tục

-À 2 A Z⁄

điều khiển công suất

GVHD: Ts Hồ Ngọc Bá Trang 26 -

CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS

Trở ngại khi sử dụng việc ty diéu khiển công suất là sự thay đổi rất lớn tốn hao

ở đường truyền lên và xuống Tân số trung tâm của các đường lên và xuống thông

thường nằm ở các băng tân khác nhau Trong trường hợp này không còn tính đảo lẫn giửa hai đường ví thế tổn hao đường truyền giửa hai đường sẽ khác nhau

Ví dụ ở hệ thống thông tin di động tổ ong IS-95 hai tần số trung tâm khác nhau

45 Mhz, tổn hao đường truyền ở hai đường có thể khác nhau lên dén vai dB

Có thể đạt được điều khiển công suất trung bình thời gian dài hiệu quả hơn bằng

sơ đổ điểu khiển công suất vòng kín (CPC - Close loop Power Control) Phung

pháp này đòi hởi trạm gốc phải thường xuyên liên hệ với trạm di động để có thể

thay đổi công suất một cách thích ứng Trạm gốc đánh giá công suất tín hiệu của

người sử dụng đường lên và so sánh với công suất ngưỡng danh định Trên cơ sở mức thu cao hay thấp hơn ngưỡng danh định trạm gốc phát lênh 1 bit đến trạm di động để hạ thấp hoặc nâng cao công suất phát của trạ di động lên một mức cố định bằng dB

Vòng nói trên sẽ gây trể bằng tổng thời gian phát lệnh và thời gian cần thiết để thực hiện lệnh ở máy phát của trạm di động Ở một hệ thống thực tế người ta có thể

sử dụng kết hợp điều khiển vòng hở và vòng kín Công suất danh định phải được gắn với công suất cân thiết để đạt được tỉ số lổi lit cho trước Tuy nhiên do hiện

tượng che tối mức công suất này có thể thay đổi Vì thế cần thêm một vòng điều

chỉnh công suất được gọi là vòng ngoài (Outer Loop) để điều chỉnh mức công suất danh định đến tỉ số lối bit yêu cầu

Tốc độ điều chỉnh công suất phụ thuộc vào hàm điều chỉnh công suất được thiết

.¡'kế theo sự che tối luật log chuẩn tắc hay chỉ theo sự thay đổi tổn hao đường truyền,

Nếu điều khiển công suất theo phadinh da tia nhanh, thì tốc độ điều chỉnh công suất phải lớn hơn tốc độ phadinh cực đại 10 lần Nếu điều khiển công suất được thiết kế theo thay đổi luật log chính tắc do che tối thì tín hiệu thu được sẽ thể hiện phadinh

Rayleigh nhanh sau khi diéu chỉnh công suất

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 27

công suất tuân theo luật gần giống như phân bố log chuẩn tắc Độ lệch tiêu chuẩn

của tỈ số tín hiệu trên tạp mâ thông thường trong khoảng 12dB

1 Điều khiển công suất thấp

Việc giảm tỹ số Eb/No tương ứng với tỹ số tín hiệu trên nhiễu chấp nhận được

a

không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu

để khắc phục tạp âm và giao thoa Việc giảm này nghĩa là công suất phát yêu cầu đối với máy di động Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong những vùng rộng lớn hơn với công suất thấp so với các hệ thống Analog hay TDMA có công suất tương tự Hơn nửa việc giảm công suất phát yêu cầu sẻ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác

Một tiến bộ hơn nửa của việc điều khiển công suất trong công nghệ CDMA là làm giảm công suất phát trung bình Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẩn là thuận lợi đối với công nghệ CDMA.trong các hệ thống băng hẹp thì công

suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian

Trong hệ thống công nghệ CDMA thì công suất phát trung bình có thể giảm bởi vì

công suất yêu câu chỉ phát đi khi có điểu khiển công suất và công suất phát chỉ tăng

khi có fading

2 Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng lên trong công nghệ

CDMA

Mỗi máy di động chịu suy hao đườñg được tạo ra từ trạm gốc Trong CDMA tất

cả các trạm gốc phát tín hiệu dẫn đường ở cùng tần số và tất cả các máy di động bắt đâu đồng bộ bằng sử dụng các tin hiệu dẫn đường này Và gốc tần số và thời gian

để giải điều chế các tín hiệu thoại số được truyền đi từ mỗi trạm gốc Máy di động

đo tổng cường độ tín hiệu dẫn đường từ trạm gốc và cường độ tín hiệu nhận duoc từ tất cả các trạm gốc

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 28

Trường hợp tăng đột biến môi trường kênh xảy ra thì thiết bị điểu khiển công suất mạch vòng theo kiểu tương tự với vùng động 85dB hoặc hơn đáp ứng ngay lập tức trong Ims Vì vậy bằng cách giảm công suất phát của máy di động thiết bị điều

khiển tránh làm nó không tăng cao hơn mức yêu cầu

Tốc độ tăng công suất phát máy di động thường phải nằm trong tốc độ điều khiển công suất mạch vòng khép kín từ trạm gốc Bằng cách này các máy di động không thể tăng công suất phát quá lớn cho dù có sự suy giảm đột ngột chất lượng điện thoại trên kênh hướng xuống

Các kênh đổng bộ từ mỗi trạm gốc gồm thông tin về công suất phát của các kênh dẫn đường và máy đi động xác định công suất phát sử dụng thông tin đó,Khi

sử dụng các chức năng này có thể tạo ra sự chênh lệch giữa công suất phát và hệ số

tiện ích của anten (ERP đầu ra) của trạm gốc dựa trên cơ sở kích thươc tế bào

Ví dụ 1 trạm gốc với vùng phục vụ rộng lớn cần công suất phát cao trái lại 1 trạm với vùng phục vụ nhỏ không cần công suất phát cao Tất nhiên nếu I máy di động ở khoảng cách xa nhất từ một trạm gốc công suất thấp thì cường độ tín hiệu

mà nó nhận được từ trạm gốc thấp hơn so với trường hợp ở khoảng cách tương tự từ một trạm gốc công suất cao hơn Kết quả là máy đi động phát công suất cần thiết và

Trong hệ thống tế bào các kênh vô tuyến kép đầy đủ được sử dụng nếu dãy tầng

sử dụng từ trạm gốc tới máy đi động với dãy tần từ máy di dộng tới trạm gốc.Sự

rc

GVHD : Ts Hé Ngoc Ba Trang 29

CÔNG NGHỆ CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS

khác biệt của tần số này cho pháp sử dụng đồng thời các máy phát và các máy thu Ở máy di động mà không có hổi tiếp hay nhiễu của các tín hiệu phát của máy di động tới các bộ phận của máy di động Cũng như vậy sự tách biệt tần số có tac dụng rất lớn trong xử lý điều khiểu công suất

Có nghĩa sự tách biệt tần số 45 MHz giữa kênh hướng đi và hướng lên vượt qua dấy thông liên kết của các kênh nên máy di động được giả thiết là các giá trị của tổn hao hay đa đường dẫn giống nhau, do không có khả năng suy hao đường dẫn hướng lên mặc dù có I chênh lệch giữa suy hao đa đường của kênh hướng

lên.Phương pháp đo này cung cấp giá trị trung bình chính xác cho công suất phát

nhưng 1 phương pháp phụ được

Để bù giao thoa Rayleigh độc lập nhau trên các kênh hướng xuống và hướng lên

mà máy di dộng không thể đo được, công suất phát máy di dộng được điều khiển bởi các tín hiệu từ trạm gốc Các bộ giải điều chế ở mỗi trạm gốc đo tỷ lệ tín hiệu nhận duoc của mỗi máy di động so sánh tỷ lệ này với tỷ lệ tín hiệu trên tap âm đã

chỉ định và phát các lệnh điều khiển đâu ra tới máy di động qua kênh hướng xuống

Lệnh điều khiển đầu ra được dùng để xác định công suất máy di động trong giá tri

dự tính của công suất phát máy di động mạch vòng mở

Lệnh điều khiển đâu ra được phát từ trạm gốc tăng hay giảm công suất phát của máy di động so với giá trị thiết lập ban đầu (thường là 0,1dB).Cú phát 1,25ms một

lần lệnh điều khiển đầu ra có thể theo dõi giao thoa Rayleigh trên kênh hướng lên

Nó rất quan trọng để giảm thời gian thực hiện xử lý xác định công suất phát và phát

lệnh Để môi trường kênh không bị thay đổi nhiều cho tới khi bit điều khiển được nhận ở máy di động và hoạt động: điểu khiển được hiện thực sự

Các bộ phận điều khiển hệ thống ở MSC cung cấp các bộ điều khiển mỗi trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm dựa vào tỷ lệ lỗi của máy di động được phát tới bộ

điểu khiển kênh được sử dụng cho xác định tăng hay giảm công suất phát của mỗi

máy di động.Phương pháp này được gọi là điểu khiển công suất mạch vòng kín

GVHD : Ts Hé Ngoc Bá Trang 30