các phương pháp tách sóng cdma

Cuộc cách mạng về phát triển kỹ thuật mã hoá tiếng sử dụng kỹ thuật số tốc độ thấp với chất lượng thoại cao và công nghệ mạch tích hợp phát triển nhanh chóng đã tạo ra hệ thống điện thoạ

PHẦN A

GIỚI THIỆU

Đồ án tốt nghiệp Trang ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Việt Hùng,

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 –Điện Tử trường

Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã truyền đạt những kiến

thức quý báu trong quá trình học tập tại trường

Để quyển 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 tinh thần

Em vô cùng trân trọng và biết ơn với những sự đóng góp đó!

Dù đã rất cố gắng nhưng không thể 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 điều kiện giúp đỡ con hoàn

thành luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè đã góp ý cho luận văn này

hoàn chỉnh hơn

TP.HCM, tháng 12 năm 2010

Người thực hiện

Khổng Văn Lực



QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh viên: KHỔNG VĂN LỰC MSSV: 06117043

- MSSV:

Ngành: Công Nghệ Điện Tử Viễn Thông

Tên đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG TRONG CDMA

1) Cơ sở ban đầu: Một số tài liệu có liên quan

2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: + Tìm hiểu tổng quan về lịch sử phát triển của thông tin di động + Tìm hiểu công nghệ cdma + Tìm hiêu các kỹ thuật trải phổ + Tìm hiểu các phương pháp tách sóng 3) Các bản vẽ:

4) Giáo viên hướng dẫn: THS.NGUYỄN VIỆT HÙNG

5) Ngày giao nhiệm vụ:

6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/1/2011

Giáo viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH

Ngày tháng năm 20…

Chủ nhiệm bộ môn

Đồ án tốt nghiệp Trang iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày… tháng….năm 2010

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Việt Hùng

Đồ án tốt nghiệp Trang vi

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP.HCM, ngày… tháng….năm 2010

Giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

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 tốt các yêu cầu của khách hàng

Thế kỷ 21 sẽ chứng tỏ sự bùng nổ thông tin trong đó tin tức di động đóng vai trò quan trọng.Nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lựong, chất lượng và các loại dịch vụ, điều này đã thúc đẩy thế giới 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 nghệ 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 tất yếu

Nội dung của luận văn gồm 5 phần:

Chương 1: Tổng quan về lịch sử thông tin di động

Chương 2: Tìm hiểu các kỹ thuật trải phổ trong CDMA

Chương 3: Tìm hiểu các loại nhiễu trong CDMA

Chương 4: Tìm hiểu các phương pháp tách sóng trong CDMA

Chương 5: Mô phỏng & hướng phát triển

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp, mặc dù em đã cố gắng rất nhiều nhưng do 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 và bạn bè

Em xin chân thành sự cảm ơn giúp đỡ tận tình Nguyễn Việt Hùng và các

thầy cô Bộ môn điện tử viễn thông đã giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp Trang viii

MỤC LỤC

Phần A: GIỚI THIỆU i

Lời cảm ơn ii

Quyết định giao đề tài iii

Nhận xét giáo viên hướng dẫn iv

Nhận xét giáo viên phản biện v

Lời nói đầu vi

Mục lục vii

Liệt kê hình xii

Phần B: NỘI DUNG 1

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3

1.1 Hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ nhất 3

1.2 Hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai 3

1.3 Hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ ba 4

1.4 Xu hướng hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ 4 6

2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP 7

2.1 Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA 7

2.1.1 Đặc điểm chính của hệ thống FDMA: 8

2.2 Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA 8

2.2.1 Đặc điểm chính của hệ thống TDMA: 9

2.3 Đa truy cập phân chia theo mã CDMA 9

2.3.1 Các đặc điểm chính của CDMA: 10

3 CÔNG NGHỆ CDMA 10

3.1 Tổng quan: 10

3.2 Các hệ thống thông tin trải phổ: 11

3.2.1 Hệ thống DS/SS: 11

3.2.2 Hệ thống FF/SS: 11

3.2.3 Hệ thống TH/SS: 11

4 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CDMA: 11

4.1 Tính đa dạng phân tập: 11

4.2 Đặc tính tái sử dụng tần số chung: 12

4.3 Điều khiển công suất: 13

4.4 Chuyển vùng mềm: 13

4.5 Công suất phát thấp: 14

4.6 Dung lượng mềm: 14

4.7 Bảo mật cuộc gọi: 16

4.8 Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi: 16

4.9 Tách tín hiệu thoại: 16

5 ƯU ĐIỂM CỦA CDMA: 17

5.1 Dung lượng tăng cao: 17

5.2 Cải thiện chất lượng cuộc gọi: 17

5.3 Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống: 17

5.4 Tăng cường bảo mật: 18

5.5 Vùng phủ sóng: 18

5.6 Tiết kiệm năng lượng: 18

5.7 Cấp phát tài nguyên mềm dẻo: 19

CHƯƠNG 2:CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 21

1 MỞ ĐẦU: 22

2 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP (DS/SS): 23

2.1 Các hệ thống DS/SS – BPSK: 23

2.1.1 Máy phát DS/SS – BPSK 23

2.1.2 Máy thu DS/SS – BPSK: 24

2.1.3 Mật độ phổ công suất 26

2.1.4 Độ lợi xử lý (PG) 27

2.2 Các hệ thống DS/SS – QPSK: 28

2.2.1 Máy phát: 28

2.2.2 Máy thu: 30

3 HỆ THỐNG NHẢY TẦN (FH/SS): 31

3.1 Các hệ thống FH/SS nhanh: 32

Đồ án tốt nghiệp Trang x

3.1.1 Máy phát: 33

3.1.2 Độ rộng băng tần: 34

3.1.3 Máy thu 35

3.1.4 Tốc độ đồng hồ cho các hệ thống FH/SS nhanh 35

3.2 Hệ thống FH/SS chậm: 36

4 HỆ THỐNG NHẢY THỜI GIAN ( TH/SS): 37

5 SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG SS: 38

CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI NHIỄU TRONG CDMA 41

1 FADING 42

2 VẤN ĐỀ GẦN XA 4 3 HIỆN TƯỢNG ĐA ĐƯỜNG 43

4 NHIỄU GAUSSIAN 44

5 NHIỄU ĐA TRUY NHẬP 46

CHƯƠNG 4:CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG 49

1 BỘ TÁCH SÓNG KINH ĐIỂN 50

1.1 Phân tích mô hình bộ thu: 50

1.1.1 Mô hình đồng bộ: 50

1.1.2 Mô hình bất đồng bộ: 52

1.2 Hiệu suất tách sóng: 54

1.2.1 Xác suất lỗi đối với kênh đồng bộ: 54

2 BỘ TÁCH SÓNG ĐA USER TUYẾN TÍNH: 59

2.1 Tách sóng giải tương quan: 59

2.1.1 Kênh CDMA đồng bộ: 59

2.1.2 Kênh CDMA bất đồng bộ: 65

2.2 Phân tích hiệu suất cho bộ tách sóng giải tương quan: 67

2.2.1 Trường hợp đồng bộ: 67

2.2.2 Trường hợp bất đồng bộ: 70

2.3 bộ tách sóng phương sai tối thiểu – mmse: 72

2.4 Kênh CDMA đồng bộ: 75

2.5 Kênh CDMA bất đồng bộ 77

2.6 Hiệu suất của bộ tách sóng MMSE: 78

3 BỘ TÁCH SÓNG ĐA USER PHI TUYẾN: 78

3.1 Bộ triệt nhiễu nối tiếp SIC: 78

3.1.1 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp đồng bộ: 79

3.1.2 Phương pháp triệt nhiễu nối tiếp bất đồng bộ: 81

3.1.3 Đặc điểm bộ triệt nhiễu nối tiếp: 81

3.1.4 Hiệu suất của bộ triệt nhiễu nối tiếp: 83

4 BỘ TRIỆT NHIỄU SONG SONG 86

4.1 Bộ triệt nhiễu song song nhiều tầng: 86

4.1.1 Bộ tách sóng kinh điển ở tầng thứ nhất: 87

4.1.2 Tầng thứ nhất là bộ tách sóng giải tương quan 88

4.2 Bộ triệt nhiễu song song từng phần (Partial PIC): 91

4.3 Bộ triệt nhiễu song tuyến tính LPIC (Linear PIC): 92

5 BỘ TÁCH SÓNG TỐI ƯU: 92

5.1 Bộ tách sóng tối ưu cho kênh đồng bộ: 93

5.1.1 Kênh đồng bộ 2 user 93

5.1.2 Kênh đồng bộ K user: 96

5.2 Bộ tách sóng tối ưu cho kênh bất đồng bộ: 98

5.3 Hiệu suất của bộ tách sóng tối ưu: 99

5.3.1 Kênh 2 user đồng bộ: 99

5.3.2 Kênh K user đồng bộ: 100

5.3.3 Kênh bất đồng bộ: 102

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG & HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108

1 Mô hình đồng bộ 109

1.1 Bộ tách sóng kinh điển 109

1.2 Bộ tách sóng MMSE 110

1.3 Bộ tách sóng triệt nhiễu nối tiếp SIC 111

1.4 Bộ triệt nhiễu song song PIC tầng 1 là bộ thu kinh điển 111

1.5 Bộ triệt nhiễu song song PIC tầng 1 là bộ thu giải tương quan 112

1.6 Bộ tách sóng tối ưu 113

1.7 Tổng hợp các bộ tách sóng mô hình đồng bộ 113

2 Mô hình bất đồng bộ 114

Đồ án tốt nghiệp Trang xii

2.1 Bộ tách sóng kinh điển: 114

2.2 Bộ tách sóng MMSE 115

2.3 Bộ tách sóng giải tương quan 116

2.4 Tổng hợp các phương pháp trong mô hình bất đồng bộ: 117

3 So sánh mô hình đồng bộ và Bất đồng bộ 118

4 Tổng kết và hướng phát triển 121

4.1 Kết luận 121

4.2 Hướng phát triển 122

Phần c: TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ máy phát DS/SS – BPSK 23

Hình 2.2 Sơ đồ khối máy thu DS/SS – BPSK 24

Hình 2.3 Mật độ phổ công suất của các tín hiệu 26

Hình 2.4 Liên hệ chu chù dữ liệu và chu kỳ chip 28

Hình 2.5 Các dạng sóng ở hệ thống DS/SS – QPSK 29

Hình 2.6.Sơ đồ khối máy thu cho hệ thống DS/SS – QPSK 30

Hình 2.7 Biểu đồ tần số cho hệ thống FH điều chế FSK 32

Hình 2.8 Sơ đồ cho hệ thống FH/SS 33

Hình 2.9 Biểu đồ tần số cho hệ thống FH/SS chậm điều chế FSK 36

Hình 2.10 Hệ thống TH/SS đơn giản 38

Hình 3.1 Hiện tượng đa đường dẫn 43

Hình 3.2 Hàm mật độ xác suất chuẩn hoá Gaussian 45

Hình 3.3( a ) Mật độ công suất của nhiễu trắng, ( b ) Hàm tự tương quan 45

Hình 3.4 Mật độ phổ công suất của tín hiệu trước và sau trải phổ cho user 1 47

Hình 4.1 Bộ tách sóng kinh điển 50

Hình 4.2 Mô hình kênh đa user đồng bộ 51

Hình 4.3 Mô hình kênh đa user không đồng bộ 53

Hình 4.4 Hàm xác xuất phân bố theo Gausian 55

Hình 4.5 Mô hình bộ tách sóng 2 user đồng bộ 55

Hình 4.6 Bộ tách sóng giải tương quan cho kênh bất đồng bộ 60

Hình 4.7 Bộ lọc thích nghi đã được biến đổi trong tách sóng giải 61

Hình 4.8 Bộ thu giải tương quan cho kênh đồng bộ 2 user 62

Hình 4.9: Bộ tách sóng giải tương quan bất đồng bộ 66

Hình 4.10 Bộ tách sóng tuyến tính MMSE cho kênh đồng bộ 76

Hình 4.11 Bộ thu tuyến tính MMSE cho hai user đồng bộ 76

Hình 4.12: Bộ triệt nhiễu nối tiếp cho hai user đồng bộ 80

Hình 4.13: Bổ sung tương đương của sự triệt nhiễu nối tiếp cho hai user đồng bộ80 Hình 4.14 Tiệm cận hiệu suất đa kênh cho hai user đồng bộ 84

Hình 4.15.Sự triệt nhiễu nối tiếp bổ sung cho hai user 85

Hình 4.16 Bộ triệu nhiễu song song nhiều tầng 87

Đồ án tốt nghiệp Trang xiv

Hình 4.17 Bộ tách sóng pic sử dụng tách sóng kinh điển ở tầng thứ nhất 87

Hình 4.18 Bộ tách sóng pic tầng thứ nhất bộ tách sóng giải tương quan 88

Hình 4.19 Bộ tách sóng cực đại hàm khả năng cho user 1 95

Hình 4.20 Bộ tách sóng cực tiểu BER cho 1 user giao thoa đồng bộ 96

Hình 5.1 Bộ tách sóng kinh điển 109

Hình 5.2 Bộ tách sóng MMSE 110

Hình 5.3 Bộ tách sóng triệt nhiễu nối tiếp SIC 111

Hình 5.4 Bộ thu triệt nhiễu song song PIC tầng 1 là bộ thu kinh điển 111

Hình 5.5 Bộ thu triệt nhiễu song song PIC tầng 1 là bộ thu giải tương quan 112

Hình 5.6 Bộ tách sống tối ưu đồng bộ 113

Hình 5.7 so sánh các phương pháp tách sóng trong mô hình đồng bộ 114

Hình 5.8 bộ tách sóng kinh điển trong mô hình bất đồng bộ 115

Hình 5.9 Bộ tách sóng MMSE trong mô hình bất đồng bộ 116

Hình 5.10: Bộ tách sóng giải tương quan trong mô hình bất đồng bộ 117

Hình 5.11 tổng hợp các bộ tách sóng trong mô hình bất đồng bộ 118

Hình 5.12 so sánh hai mô hình đồng bộ và bất đồng bộ của bộ tách sóng kinh điển 119

Hình 5.13 So sánh mô hìn đồng bộ và không đồng bộ của bộ tách sóng sic 120

Hình 5.14 So sánh mô hình đồng bộ và bất đồng bộ của bộ tách sóng MMSE 120 Hình 5.15 Cây mô hình các bộ tách sóng 122

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG

TIN DI ĐỘNG

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Hệ thống thông tin di động đầu tiên được phát triển bởi phòng thí nghiệm Bell vào những năm đầu của thập niên 70.Hệ thống đầu tiên này được gọi là dịch vụ điện thoại di động tiên tiến (AMPS-Advancecd Mobile Phone serveice).Hệ thống này sử dụng phương thức điều chế FM (Frequence Modulation) cho thoại và FSK cho báo hiệu (Signalling).Phương pháp đa truy cập sử dụng là FDMA (Frequence Division Multiplex Access), tức là các thiết bị đầu cuối khác nhau sử dụng tần số khác nhau và các tế bào khác nhau sử dụng các dải tần khác nhau.Hệ thống AMPS được thương mại hoá vào năm 1983 và đến năm 1994 có khoảng 200 triệu thuê bao Mỹ,Canda, Úc, Nam Mỹ

Tại châu âu một vài hệ thống tế bào thuộc thế hệ thứ nhất giống như AMPS

đã được phát triển.Một vài hệ thống này có thể nêu ra như TACS (Total Access Communication system) xuất hiện tại Anh, Tây Ban Nha, Ý.Hệ thống NMT (Nordic Mobile Telephone) xuất hiện ở các nước Bắc Âu.Hệ thống công suất 450 xuất hiện tại Đức và Bồ Đào Nha.Tất cả các hệ thống nêu trên là hệ thống tương tự, dùng FM cho thoại, FSK cho báo hiệu và FDMA cho đa truy cập và thường được gọi là thế

hệ thứ nhất của điện thoại di động tế bào

Cuộc cách mạng về phát triển kỹ thuật mã hoá tiếng sử dụng kỹ thuật số tốc

độ thấp với chất lượng thoại cao và công nghệ mạch tích hợp phát triển nhanh chóng đã tạo ra hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai.Năm 1983 Châu Âu thiết lập nhóm đưa ra chuẩn mới từ “Group Special Mobile Communication” dựa trên TDMA.Công việc của nhóm này đã đưa ra hệ thống nổi tiếng GSM đưa vào sử dụng năm 1993 và phát triển nhanh chóng.Theo các tài liệu thì tháng 10 năm 1994

có khoảng 2 triệu thuê bao ở Châu Âu và hiện nay rất nhiều nước sử dụng hệ thống này.Hệ thống thông tin di động toàn cầu là một hệ thống thông tin số của Châu Úc tương thích với hệ thống báo hiệu số 7.Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890-915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến trạm gốc và băng tần (935-960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ trạm gốc đến máy di động

Đồ án tốt nghiệp Trang 4

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Hệ thống điện thoại di động thứ hai sử dụng kỹ thuật số cho phép đa truy cập

sử dụng các phương pháp khác nhau như TDMA và CDMA.Trên cơ sở chuẩn GSM nhiều hệ thống khác nhau đã đưa ra.Tại Nam Mỹ hệ thống di động số dựa trên FDMA đã được phát triển cho hệ thống này là IS-54.Tại Nhật hệ thống PDC (Personal digital Cellular) đưa ra năm 1991 có nhiều ưu điểm như dung lượng cao

và công suất phát thấp

Vào tháng 8 năm 1995 hệ thống thông tin này đa truy cập phân chia theo mã (CDMA Code Division Multiple Access) theo chuẩn IS-95 được đưa vào hoạt động tại Mỹ và một số nước khác.Hệ thống IS-95 CDMA đã giới thiệu nhiều ưu điểm so với các chuẩn di động khác như dung lượng cao, công suất thấp, tính bảo mật cao…

Phần này trình bày một số xu hướng phát triển cho hệ thống thông tin di động trong tương lai.Hi vọng hệ thống điện thoại di động thế thệ thứ ba (3G) sẽ là một hệ thống thông tin di động chung cho toàn cầu nhằm làm giảm các chi phí về

cơ sở hạ tầng và thiết bị đầu cuối, cho phép cung cấp các dịch vụ thoại và truyền số liệu với cước ngày càng rẻ.Nhiều nhà sản xuất và các trung tâm nghiên cứu đã bỏ ra khá nhiều công sức để đề ra các đề xuất kỹ thuật và liên kết với nhau để tiến tới một tiêu chuẩn chung cho toàn cầu.Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (Internationnal Telecommunication Union) đã đưa ra một tập hợp các yêu cầu chi tiết đối với hệ thống 3rd

.Một trong những yêu cầu chính là có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền số liệu tới tốc độ 144 Kbps ngoài trời và tới 2 Mbps trong nhà và cung cấp tổ hợp các dịch vụ thoại, Fax, E-mail và video với chất lượng yêu cầu của đối tượng

sử dụng mọi lúc, mọi nơi

Cho tới nay, trên thế giới đã có nhiều đề án kỹ thuật đề xuất cho 3G như: ARIB/W-CDMA (hay còn gọi là Core AWGN) của Nhật

ETSI/W-CDMA và TD-CDMA (gọi chung là UTRA) của Châu ÂU

CDMA 2000 phát triển trên cơ sở tiêu chuẩn IS-95 và UWC-136 phát triển

từ hệ thống DMAPS IS-136

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

TTAI và TTAII của hiệp hội công nghệ viễn thông (TTA) Hàn Quốc đề xuất, TTAI có các tham số giống CDMA 2000

TTAII W-CDMA gần giống ETSI/W-CDMA của Trung Quốc

Một đặc điểm chung là hầu hết các đề án đều đề xuất kỹ thuật có liên quan đến CDMA.Điều đó chứng tỏ ưu điểm của CDMA đối với 3G là không thể phủ nhận được

Khác với thế hệ CDMA thứ hai, các hệ thống CDMA thế hệ ba sẽ được đặc trưng bởi một số các đặc điểm sau:

Độ rộng băng tần và tốc độ chip lớn hơn

Cung cấp các dịch vụ nhiều tốc độ khác nhau

Khả năng truyền dữ liệu gói

Trải phổ phức tạp hơn

Chuyển vùng giữa các tần số không gây ảnh hưởng gì đến chất lượng

Điều khiển công suất nhau trong truyền xuống

Theo kế hoạch làm việc chi tiết của ITU, thì việc tiêu chuẩn hoá chỉ có thể kết thúc vào cuối 1999 và đầu năm 2000.Khi đó mới tiến hành chế tạo, thử nghiệm thiết bị nên hệ thống chỉ có thể đưa vào khai thác thương mại sớm nhất vào năm

2000

Chính vì vậy, các nhà sản xuất và khai thác thông tin di động đều đưa ra các phát triển hệ thống mà họ đang có lên thành hệ thống 2,5G nhằm tăng dung lượng truyền dẫn với giá thành rẻ nhờ tận dụng các thiết bị mạng hiện có.Các nhà sản xuất

và khai thác hệ thống GSM (Alcatel, Ericsson…) sẽ tiếp tục nghiên cứu phát triển

hệ thống của họ theo các hướng

ASCI (Advanced Speech Call Item) nhằm giới thiệu một vài dịch vụ mới như truyền thoại quảng bá, truyền thoại trong nhóm để thoả mãn nhu cầu thị trường vô tuyến di động cá nhân

HSCSD (High Speech Circuit Switched Data) trên cơ sở tận dụng cấu trúc hạ tầng của mạng GSM cung cấp các dịch vụ tiên tiến như hội nghị truyền hình, gởi

Đồ án tốt nghiệp Trang 6

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

các hình ảnh video tức thời, truy cập Internet và tải cao

Các hình ảnh có độ phân giải cao trong vài giây…với tốc độ tới 38Kbps bằng cách ghép từ 1 đến 5 khe thời gian và tiến tới tốc độ 7Kbps bằng cách ghép từ

1 đến 8 khe thời gian

GPRS (General Packet Radio Service ) sử dụng chuyển gói với tốc độ lên từ 14kbps tới 115kbps để cung cấp các dịch vụ Internet, Fax, truyền file, E-mail, nhắn tin hai chiều, truyền số lượng về lưu lượng các phép đo kiểm từ xa, truyền quảng

bá, hướng dẫn định tuyến giao dịch thẻ tín dụng… Hệ thống cũng cung cấp cho các nhà khai thác phương tiện tính cước theo số liệu truyền thực sự và khai thác hơn

EDGE (Enhancell data Rate for GSM Evolution) trên cơ sở sử dụng cơ sở hạ tầng của GSM kết hợp với kỹ thuật ghép nhiều khe thời gian kết hợp với điều chế mức cao có khả năng cung cấp truyền dữ liệu với tốc độ 115kbps nếu thuê bao di động hoàn toàn và tới 384kbps nếu thuê bao chỉ di động cục bộ

Có nhiều ý tưởng công nghệ được đệ trình, nhưng ITU vẫn chưa quyết định lựa chọn giải pháp nào cho 3G, do vậy việc lựa chọn một công nghệ duy nhất cho 3G là rất khó vì các giải pháp đưa ra còn khác biệt nhau nhiều.Xu hướng hiện nay là tiến tới một tập hợp các tiêu chuẩn tối ưu thỏa mãn các yêu cầu của IMT-2000

Trong khi các hệ thống 3G còn chưa được sử dụng rộng rãi, nhiều nghiên cứu về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 (4G) đã được tiến hành và đạt được nhiều kết quả quan trọng

Công nghệ chủ yếu được nghiên cứu trong các hệ thống thông tin di động thế

hệ thứ tư (4G) là các kỹ thuật đa sóng mang

Các kỹ thuật đa sóng mang có khả năng chống lại hiệu ứng fading chọn lọc tần số thường gặp trong thông tin di động một cách có hiệu quả.Đây là một lợi điểm rất quan trọng, đặc biệt là với các ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao

Mô hình OFDM đã được nghiên cứu khá kỹ lưỡng trong thời gian gần đây

và đã được phát triển trong các mạng LAN không dây tốc độ cao và trong mạng truyền hình số mặt đất

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Giữa OFDM và CDMA có những sự hỗ trợ nhau khá tốt.Bằng cách kết hợp OFDM và CDMA, ta có thể tận dụng ưu điểm chống nhiễu fading chọn lọc tần số

và khả năng phát triển leo thang về tốc độ truyền dữ liệu

Hình 1.1: Các phương pháp đa truy nhập

Công nghệ viễn thông phát triển đã kéo theo nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông tin di động ngày càng tăng.Số người sử dụng thông tin di động và truyền thông không dây tăng vọt dẫn đến việc dùng chung, chia sẻ tài nguyên (các đường truyền vô tuyến vật lý) là một xu hướng tất yếu.Việc nhiều người cùng sử dụng

chung một đường truyền vô tuyến được gọi là đa truy nhập

Có ba phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin di động: đa truy

nhập phân chia theo tần số (FDMA), theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA)

Đồ án tốt nghiệp Trang 8

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

nhau.Điều này làm cho hệ thống sử dụng phổ tần kém hiệu quả nhất, vì khi đang tiến hành cuộc gọi, không một người sử dụng nào khác có thể chia sẻ cùng một kênh tần số

Mỗi kênh trong hệ thống FDMA là một cặp tần số, tần số cao dành cho đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên

2.1.1 Đặc điểm chính của hệ thống FDMA:

Một kênh FDMA chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm.Khi kênh FDMA không được sử dụng, nó sẽ ở trong tình trạng rỗi, nhưng không một thuê bao nào khác có thể chia sẻ, sử dụng kênh tần số này

Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại.Băng thông của mỗi kênh hẹp (30KHz), do đó hệ thống FDMA là hệ thống 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

Dung lượng của hệ thống nhỏ.Tuy nhiên có thể tăng dung lượng bằng cách

sử dụng băng tần hẹp hơn thông qua cải tiến các kỹ thuật điều chế

Sử dụng các bộ truyền song công do cả hai hướng thu và phát hoạt động cùng một lúc, dẫn đến tăng chi phí cho thiết bị

Ảnh hưởng của nhiễu đối với hệ thống rất cao.Vì vậy phải sử dụng nhiều bộ lọc tần số

Multiple Access)

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian – TDMA (time division multiple access) cũng chia nhỏ băng tần của mình thành nhiều kênh tần số khác nhau.Nhưng thời gian sử dụng kênh tần số được chia thành nhiều khe thời gian nhỏ hơn (ví dụ 8 khe trong GSM).Vì vậy nhiều người có thể sử dụng chung một tần số.Khi đã sử dụng hết tất cả các khe thời gian trên một tần số thì người sử dụng tiếp theo sẽ được cấp phát một khe thời gian trên kênh tần số mới.Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống so với hệ thống FDMA

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Nhiều người sử dụng trên một kênh tần số được ấn định khe thời gian khác nhau.Mỗi người chỉ có thể thu phát tín hiệu trong khe thời gian của mình.Mỗi kênh tần số cùng với một khe thời gian tạo thành một kênh truyền bên trong hệ thống

Trong TDMA vì mỗi người sử dụng không truyền liên tục mà chỉ truyền trên khe thời gian nên hệ thống phải sử dụng tín hiệu số và điều chế số.Có hai dạng song công bên trong TDMA: song công theo tần số (FDD) và song công theo thời gian (TDD).FDD sử dụng các kênh có tần số khác nhau cho truyền và nhận.Ngược lại, trong TDD, một nửa thời gian được dành cho thu và một nửa còn lại dành cho việc phát tín hiệu

2.2.1 Đặc điểm chính của hệ thống TDMA

TDMA cho phép nhiều người sử dụng chung một tần số, bằng cách chia khoảng thời gian sử dụng tần số thành nhiều khe thời gian không chồng lấp nhau, và mỗi người sử dụng một khe thời gian.Số lượng khe tùy thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông

Việc truyền tín hiệu trong TDMA diễn ra không liên tục mà thành từng cụm nhỏ.Vì vây, máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao cho việc thu phát tín hiệu, dẫn đến thời gian sử dụng acquy tăng lên

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

TDMA cần nhiều thông tin cho quá trình đồng bộ ban đầu hơn FDMA do chế độ truyền không liên tục và chia khe thời gian.Có thể cấp phát băng tần theo yêu cầu thông qua việc ấn định nhiều kênh cho một người sử dụng để tăng tốc độ của dịch vụ.Vì vậy tốc độ dịch vụ có thể được cải thiện

Access)

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA (code division multiple access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các khe, mà tất cả những người sử dụng khác nhau đều được phép sử dụng toàn bộ băng tần trong cùng một thời gian

Đồ án tốt nghiệp Trang 10

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Hệ thống trải phổ có khả năng chống lại nhiễu đa đường và tăng dung lượng

đa truy nhập.Hiệu quả sử dụng băng tần rất cao khi có nhiều người cùng sử dụng hệ thống

2.3.1 Các đặc điểm chính của CDMA:

Cho phép mỗi người dùng sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống trong cùng một thời gian

Mỗi người sử dụng sẽ có một mã khác nhau để phân biệt.Mã được sử dụng

Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao (gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên - PN – pseudorandom noise) để chuyển đổi tín hiệu có băng hẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thông rộng, đỉnh công suất bé và phát đi.Mỗi người sủ dụng sẻ có một chuỗi tín hiệu PN khác nhau gọi là mã.Mã này là cơ sở mã hóa tín hiệu và phân biệt người sử dụng này với người sử dụng khác.Ở máy thu sẽ sử dụng một chuỗi mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã và thu được tín hiệu chính xác.Đối với người sử dụng không biết chuỗi mã thì tín hiệu thu được ở máy thu sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu.Vì vậy hệ thống

có tính bảo mật cao.Trải phổ theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (direct sequence spread spectrum )

Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS), kỹ thuật đa truy nhập dựa trên công nghệ trải phổ còn một số kỹ thuật khác gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS –

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

frequency hopping SS) và trải phổ nhảy thời gian (THSS – time hopping SS )nhưng không đạt hiệu quả cao như DSSS.Hệ thống CDMA chỉ sử dụng kỹ thuật trải phổ DSSS

và ngược lại đối với hệ thống nhảy tần chậm

3.2.3 Hệ thống TH/SS

Một khối các bit số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian của một khung truyền có rất nhiều khe thời gian.Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Phân tập là hình thức giảm fading.Fading đa đường xảy ra khi hai hay nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Truyền dẫn băng hẹp bi ảnh hưởng bởi hiện tượng này, trong khi truyền dẫn băng rộng thì ít bị ảnh hưởng bởi fading nhờ vào tính đa dạng trong phân tập

di động

Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA.Giao thoa tổng hợp ở máy di dộng thu được từ BS là tổng giao thoa của các máy di động trong cùng một tế bào và giao thoa từ các máy di dộng của BS của tế bào bên cạch.Giao thoa tổng hợp từ tất cả các máy di động bằng một nửa của giao thoa tổng

từ các máy di động khác trong cùng một BS.Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử dụng tần số là 65%.Nếu dùng anten định hướng (búp sóng 120) thì giao thoa trung bình giảm xuống còn 1/3, do đó dung lượng cung cấp bởi hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần

Tóm lại việc sử dụng tần số chung không chỉ đối với tất cả các thuê bao trong cùng một thuê bao mà còn đối với những thuê bao ở tất cả các tế bào khác.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 khiển công suất trở nên quan trọng

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA như trong hình.Mạch mở điều khiển công suất từ máy di động tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động.Máy di động điều chỉnh ngay công suất phát theo

sự biến đổi công suất thu được từ BS.Máy di động đo mức công suất thu được từ

BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được.Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động thu được với cùng một mức tại BS.BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó.Hằng

số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố tải và tạp âm của BS,độ tăng ích anten và bộ khuếch đại công suất.Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy di động như là một phần của bản tin thông báo

Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự:BS ban đầu, cả hai BS, BS mới.Lược đồ này làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhậ ra trạng thái chuyển vùng mềm.Do đó, trong khi hệ thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch “cắt trước khi nối “ thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình thức chuyển mạch “nối trước khi cắt”

Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng.Nếu cường độ tín hiệu đạt đến mức nhất định nào đó có nghĩa là máy

di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu.Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới trung tâm chuyển mạch di động để thông báo về cường độ tín hiệu và số liệu của trạm gốc mới.Sau đó, trung tâm chuyển mạch di động thiết lập một đường nối mới giữa máy

di động và trạm gốc mới và quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu

Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai tram gốc thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai trạm gốc sao cho chuyển vùng mềm

Đồ án tốt nghiệp Trang 14

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

có thể thực hiện mà không có hiện tượng “ping-pong” giữa chúng.Trạm gốc ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc kết nối cuộc gọi với trạm gốc mới đã thưc hiện thành công

Việc giảm tỉ số E/N (tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu ) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn giảm công suất phát yêu cầu khắc phục tạp âm và can nhiễu.Sự giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động.Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất phát thấp khi so với các hệ thống analog hay TDMA có công suất tương tự.Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng phục vụ và làm giảm số lượng trạm gốc yêu cầu khi so với các hệ thống khác

Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA làm giảm công suất phát trung bình.Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA.Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắc phục Fading tạo ra theo thời gian.Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì yêu cầu công suất lớn chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading

Khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức

độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển.Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA.Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu trong quân đội.Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu

tỉ số sóng mang trên nhiễu vào khoảng 18 dB nên còn nhiều hạn chế theo quan điểm hiệu qua sử dụng tái sử dụng tần số.Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác.Nói cách khác thì trong một

hệ thống CDMA một kênh tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS

Hiệu quả việc tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỉ số tín hiệu trên nhiễu tạo ra không chỉ từ môt BS mà tất cả các người sử dụng trong vùng phuc vụ.Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

tất cả các người sử dụng lớn hơn một là quan trọng.Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng.Nếu tỉ số công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp chất lượng tín hiệu tốt.Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo quy luật số lượng nhỏ và tỉ lệ thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu

Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi xử lý, tỉ số E/N ( bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kì công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS.Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng một tỉ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh

Hiện tại FCC ( ủy ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần số 25 Mhz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bố đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng.Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 bup sóng.Do đó, thuê bao thứ 58

sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn.Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35%

do trang thái tắc cuộc gọi.Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ.Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit.Chức năng đó có thể làm tránh việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng

Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng.Nhưng hệ thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỉ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành

Tương tự, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất ( dung lượng ) cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao.Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối dịch

Đồ án tốt nghiệp Trang 16

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyên âm, viêc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn (scrambling).Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác

E/N là tỉ số của năng lượng trên một bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đây là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hóa

số

Khái niệm E/N tương tự như tỉ số sóng mang trên tạp âm của phương pháp

FM analog.Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao.Nói cách khác thì độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ

dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị E/N cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu.Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao.Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm E/N

Trong thông tin hai chiều song công tổng quát thì tỉ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%.Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá tải.Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể.Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng ½ vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Dung lượng của hệ thống CDMA cao hơn 8-10 lần dung lượng của một hệ thống tương tự AMPS, hay 4-5 lần dung lượng của hệ thống GSM

Hệ thống CDMA sử dụng một kỹ thuật trải phổ duy nhất, rất nhiều người sử dụng

có thể cùng chia sẻ một băng tần, mà không cần phải sử dụng chung theo kiểu phân chia theo thời gian.Vì vậy, một hệ thống CDMA có thể xử lý cùng một lúc nhiều người dùng hơn các hệ thống GSM

Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm.Dung lượng phụ thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trì một hệ số chất lượng nhất lượng.Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị hạn chế bởi yêu cầu chất lượng của dịch vu

Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định.Hệ thống CDMA sử dụng điều khiển công suất nhanh và chính xác.Trạm gốc gửi các lệnh điều khiển công suất phát đến mọi máy di động đang hoạt động, giảm bớt công suất phát của các máy di động ở gần và tăng công suất của máy ở xa.Điều này làm cho mức nhiễu giao thoa trong băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng giảm bớt.Các nhiễu có công suất quá lớn bị triệt tiêu.Trong nền nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thông tin dành riêng

Tỷ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vì khả năng hoạt động trong cùng một băng tần của các sector.Các cuộc gọi được chuyển giao “mềm” khi các máy di động di chuyển từ vùng này sang vùng khác

Các bộ má hóa, giải mã thoại của CDMA sử dụng một kỹ thuật cải tiến.Chúng chỉ truyền các thông tin cần thiết và bỏ qua các tiếng ồn khác.Thông tin thoại được nén tốt hơn khi bỏ qua các khoảng lặng

Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell.Điều này đơn giản hóa quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống

Đồ án tốt nghiệp Trang 18

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Ở các hệ thống khác (tương tự hay GSM ), toàn bộ băng tần được chia thành các đoạn chia nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu.Hệ thống như vậy cần phải được quy hoạch tần số cẩn thận

và mỗi thay đổi đối với hệ thống cũng phải xem xét vấn đề quy hoạch tần số.Hệ thống CDMA không gặp phải bài toán khó của quy hoạch tần số, vì các cell sử dụng băng tần như nhau

Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của hệ thống.Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn độ rộng của băng thông (1.25 MHz hay cao hơn ), cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi.Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gốc và trạm di động mới có thể hiểu và tách ra các thông tin hữu ích.Đối với các máy thu trộm, khi không có chuỗi

mã này, tín hiệu thu được chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền.Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bảo mật

Cùng với chức năng điều khiển công suất, có chức năng khác làm cho thời

gian thoại của máy di động được kéo dài

Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết.Nó tổ chức và phát thông tin theo từng cụm ngắn, và tắt trong các thời gian còn lại.Trong thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động không phải lắng nghe liên tục trên

kênh tìm gọi.Điều này cũng giúp tiết kệm pin máy di động

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi.Số lượng bit thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm, dẫn đến năng lượng cần sử dụng

giảm

Toàn bộ băng thông của hệ thống, không gian mã chính là tài nguyên của dùng chung trong hệ thống.Tài nguyên của hệ thống có thể được cấp phát động, tùy thuộc vào yêu cầu của dịch vụ.Khi một người dùng không cần một tài nguyên nào nữa, nó được trả lại cho hệ thống dành cho các người dùng khác.Do vậy, hệ thống

hỗ trợ nhiều loại dịch vụ có tốc độ khác nhau (thoại, số liệu, fax,……)

CHƯƠNG 2

CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

Kỹ thuật trải phổ là kỹ thuật tín hiệu được điều chế 2 lần, trong đó có sử dụng một mã giả ngẫu nhiên PN (Pseudo Noise Code) độc lập với dữ liệu thông tin, để trải năng lượng của tín hiệu tin tức trên một băng thông rộng hơn rất nhiều so với băng thông của tín hiệu tin tức, gọi là trải phổ (Spread Spectrum).Và tại máy thu cũng phải sử dụng một bản sao của chuỗi giả ngẫu nhiên PN để thực hiện việc giải trải phổ (Despread) nhằm khôi phục lại dữ liệu thông tin

Tín hiệu dùng để trải phổ phải có thuộc tính thích hợp để tại đầu thu có thể giải điều chế và tách được dữ liệu ban đầu tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế trực tiếp dữ liệu đã được điều chế ban đầu.Tạo tín hiệu băng rộng bằng cách điều chế trực tiếp dữ liệu đã được điều chế bởi sóng mang bằng tín hiệu băng rộng hoặc mã được gọi là trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-SS- Direct Sequence Spread Spectrum)

Một phương thức trải phổ khác là sử dụng chuỗi mã để điều khiền tần số sóng mang của tín hiệu phát.Trong trường hợp này tín hiệu phát là tín hiệu đã được điều chế những sóng mang nhảy tần từ tần số này sang tần số khác và phương thức trải phổ này được gọi là trải phổ nhảy tần (FH-SS-Frequency Hoping Spread Spectrum).Một phương pháp mà hệ thống trải phổ sử dụng cả hai phương thức trên

để tận dụng những ưu điểm của hai phương thức này, phương pháp này đước gọi là phương thức trải phổ ghép (Hybrid).Ngoài ra còn một số phương pháp trải phổ không thông dụng khác như trải phổ nhảy thời gian (Time Hoping), trải phổ Chirp

sử dụng trong radar

Tóm lại:

Trong hệ thống thông tin trải phổ, băng thông được sử dụng để phát phải lớn hơn rất nhiều so với băng thông tín hiệu

Sử dụng một mã để trải phổ và giải trải phổ tín hiệu

Chỉ có máy phát và máy thu tương ứng mới được chia sẻ thông tin về mã trải phổ này

Đồ án tốt nghiệp Trang 23

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

Có 3 kiểu hệ thống thông tin trải phổ cơ bản:

Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum)

Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequency Hopping Spread Spectrum)

Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum)

Hệ thống DS/SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với tín hiệu giả ngẫu nhiên.Ở hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời.Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy tín hiệu mong muốn bằng cách nhân vởi chuỗi trải phổ tương ứng với user đó.Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ.Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao

2.1.1 Máy phát DS/SS – BPSK

Hình 2.1 Sơ đồ máy phát DS/SS – BPSK

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

Ta có thể biểu diễn các bản tin được biểu diễn như sau:

Trong đó là bit dữ liệu tin tức thứ k và T là độ rộng xung (tốc độ số liệu

là 1/T bit/s).Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng tín hiệu PN c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau.Tín hiệu nhận được b(t).c(t) sau đó sẽ được điều chế sóng mang

sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS – BPSK xác định theo công thức:

Đồ án tốt nghiệp Trang 25

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

Mục đích của máy thu là lấy ra bản tin b(t) (số liệu từ tín hiệu thu được bao

gồm cả tín hiệu được phát cộng với tạp âm).Do tồn tại trễ truyền lan nên tín hiệu thu được là:

      cos 2  c(   )  ( )

s t Ab t c t f t n t 2.1.3

Trong đó n(t) là tạp âm của kênh và đầu vào máy thu.Để mô tả lại quá trình

khôi phục bản tin, ta giả thuyết không có tạp âm.Trước hết tín hiệu được giải trải phổ để đưa từ băng tần rộng về băng tần hẹp.Sau đó nó được giải điều chế để nhận tín hiệu băng gốc.Để giải trải phổ, tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN

được tạo ở máy thu ta được:

Tín hiệu thu được là tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T.Để giải

điều chế ta giả thuyết máy thu biết pha và tần số cũng như điểm khởi đầu của từng bit.Một bộ giải mã điều chế bao gồm một bộ tương quan, đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng.Để tách ra bit số liệu thứ i, bộ tương quan phải tính toán:

(2 )2

b t cos f dt 2.1.5

Trong đó là thời điểm bắt đầu của bit thứ i.Vì là hoac

trong thời gian một bit.Thành phần thứ nhất tích phân sẽ cho ta T hoặc Thành phần thứ hai là thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân bằng 0.Vậy kết quả cho là hoặc Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng ta được đầu

ra là cơ số hai.Ngoài thành phần tín hiệu , đầu ra tích phân cũng có tạp âm nên

có thể gây ra lỗi

Tín hiệu PN đóng vai trò như một mã đã biết trước ở máy thu chủ định.Do

đó nó có thể khôi phục bản tin, còn các mấy thu khác thì nhìn thấy tín hiệu ngẫu nhiên.Để máy thu có thể khôi phục bản tin thì máy thu phải đồng bộ với tín hiệu thu được.Quá trình xác định được gọi là quá trình đồng bộ thường được thực hiện hai

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

bước bắt và bám.Quá trình nhận được được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) (STR – Symbol Timing Recovery).Quá trình nhận được (cũng như ) là quá trình khôi phục sóng mang

2.1.3 Mật độ phổ công suất

Mật độ phổ công suất PSD (Power Spectral Density) của tín hiệu ở các điểm khác nhau trong máy phát và trong máy thu

Hình 2.3 Mật độ phổ công suất của các tín hiệu

Giả sử dữ liệu và chuỗi tín hiệu PN là các tín hiệu nhị phân ngẫu nhiên ( mỗi bit hay chip đều nhận giá trị +1 và -1 với xác xuất là như nhau

Biên độ là 1 và tốc độ chip là 1/Tb bit/s và PSD

Đồ án tốt nghiệp Trang 27

Chương 2: Các kỹ thuật trải phổ

Có độ rộng băng tần là 1/T Hz giống với c(t) do đó quá trình trải phổ sẽ tăng độ rộng băng tần lên là T/Tc=N lần.thông thường giá trị này thường rất lớn.Điều chế sóng mang chuyển đổi tín hiệu c(t).b(t) vào tín hiệu băng thông s(t) có mật độ xác xuất ( PSD) là:

Ta thấy rằng băng hẹp cùng dạng phổ với tín hiệu b t( ) nhưng dịch về phía phải fc, độ rộng băng tần là 2/T gấp 2 lần b(t).Điều này giống như dự tính vì w(t) giống hệt phiên bản của b(t)