tìm hiểu công nghệ cdma

Tóm lại, đặc thù cơ bản của thông tin di động là mâu thuẫn giữa số lượng người dùng đông đảo và dải tần hạn chế, dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các tế bào kèm theo tất cả các kỹ th

Đề tài Tìm hiểu công nghệ

CDMA

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm vừa qua, nhu cầu trao đổi thông tin ngày một cao, nó khôngchỉ nằm trong giới hạn của một quốc gia, mà là trên phạm vi thế giới Sự phát triểnrất nhanh của công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông cung cấp ngày càngnhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càngtốt các yêu cầu của khách hàng

Hiện nay, mạng thông tin di động ở Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM

là chủ yếu Tuy nhiên, trong tương lai mạng thông tin di động này sẽ không đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động Bởi vì, nhu cầu thông tin di động không chỉ

là thoại mà còn là truyền dữ liệu, hình ảnh, âm thanh với tốc độ cao, các yêu cầu

về chất lượng, bảo mật cũng được đặt ra Điều này đã thúc đẩy các nhà cung cấpdịch vụ thông tin di động phải tìm kiếm một phương thức thông tin mới Và côngnghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trêntoàn thế giới

Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuêbao đã truy nhập lớn hơn nhiều Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại đượccác tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu Các mạng thông tin di động sử dụngcông nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tươnglai Do đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điềutất yếu

Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã chọn đề tài: “ Tìm hiểu vềcông nghệ CDMA”

Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do thời gian hạn chế, trình độ và kinh nghiệm còn có hạn nên nội dung của luận văn nàychắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự phê bình,hướngdẫn và sự giúp đỡ của thầy, cô và các bạn

Mục Lục

1.1 - Những đặc thù của thông tin di động

1.2 - Lịch sử phát triển của thông tin di động

1.3 Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động

1.4 Xu thế phát triển của thông tin di động

Chương II - Tìm hiểu về công nghệ CDMA

2.3.7 - Bảo mật cuộc gọi

2.3.8 - Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi

2.3.9 - Tách tín hiệu thoại

2.4 - Ưu điểm của CDMA

2.4.1 - Dung lượng tăng cao

2.4.2 - Cải thiện chất lượng cuộc gọi

2.4.3 - Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống

2.4.4 - Tăng cường bảo mật

2.4.5 - Vùng phủ sóng

2.4.6 - Tiết kiệm năng lượng

2.4.7 - Cấp phát tài nguyên mềm dẻo

2.5 - Công nghệ W-CDMA

Chương III - Công nghệ CDMA trong thông tin di động

3.1 - Cuộc cách mạng số và tình hình phát triển

3.2 - CdmaOne hỗ trợ truyền thông di động 2G đi vào quên lãng

3.3 - Cdma2000 thế chỗ CdmaOne

3.4 - Công nghệ CDMA2000 1X và CDMA2000 1xEV

3.5 - Sự phát triển của mạng thông tin di động CDMA vào Việt Nam

3.5.1 - 2006: Năm của công nghệ CDMA

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1 - Những đặc thù của thông tin di động

Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ (vìvừa như vậy mới liên lạc vừa di chuyển được, và cho tới ngày nay loài người chưaphát hiện ra môi tường thông tin đặc biệt nào khác ưu việt hơn sóng điện từ) Mỗimột cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập (gọi là kênh truyền

vô tuyến ), mỗi kênh giả sử chỉ có dải thông 3KHz ( tức là 3.103Hz ứng

với dải thông tiếng nói, trên thực tế phải cần nhiều hơn thế nữa) thì dải tần số vôtuyến từ 0 – 3 GHz ( 3.109 ) chỉ cho phép truyền 3.109 3.103 = 106 tức là một triệucuộc liên lạc một lúc Vậy thì làm thế nào để hàng trục triệu người có thể cùng sửdụng máy di động cùng một lúc đấy là chưa kể dải tần số vô tuyến còn phải dànhcho rất nhiều công việc khác (như quốc phòng , hàng không, nghiên cứu khoahọc….), dải tần số dành cho thông tin di động chỉ là phần nhỏ

Giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lập trên mộtdải tần số vô tuyến hạn chế là sử dụng lại tần số miễn hai cuộc liên lạc phải đủ xanhau về khoảng cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền của haingười trong cuộc, để không gây nhiễu cho nhau Do vậy một địa bàn có dịch vụthông tin di động phải được chia thành các phần nhỏ, gọi là tế bào, hai cuộc liên lạc

ở hai tế bào dù ở xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ thông quaviệc quản lý của một trạm trung tâm tế bào Về lý thuyết, nếu kích cỡ của tế bào làrất nhỏ, công suất thu phát liên lạc được khống chế trong đó( để không làm “phiền”đến tế bào khác) thì có thể phục vụ được vô số cuộc gọi di động cùng một lúc mà chỉcần một dải tần sóng vô tuyến hạn chế Phương pháp này gọi là phương pháp sửdụng lại tần số Điều này kéo theo một loạt hệ quả tất yếu khác như:

• Chống nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận

• Kỹ thuật chuyển giao

• Quản lý kênh truyền (khi có yêu cầu sử dụng hoặc giải phóng kênh)

• Đăng ký vị trí (mới biết người liên lạc ở tế bào nào để tìm gọi) …

Ngoài ra các yêu cầu khác của người sử dụng như kích thước nhỏ nhẹ của thiết bị cầm tay đồng thời lại tiết kiệm năng lượng (để phục vụ cuộc liên lạc được lâu) Những yêu cầu này luôn đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ thuật

xử lý tín hiệu mà những tiến bộ cách đây 20 năm không thể đáp ứng nổi Chính vìvậy phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử vào cuối thập kỷ 80 củathế kỷ 20 thông tin di động mới thâm nhập vào đời sống xã hội rộng rãi bằngnhững sản phẩm thương mại hấp dẫn Sau đó phát triển với tốc độ nhảy vọt trongthập kỷ tiếp theo khi đưa ra nhiều dịch vụ đa năng với chất lượng dịch vụ ngày càngcao

Tóm lại, đặc thù cơ bản của thông tin di động là mâu thuẫn giữa số lượng người dùng đông đảo và dải tần hạn chế, dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các

tế bào kèm theo tất cả các kỹ thuật hệ thống khi xây dựng hệ thống tế bào này Điềunày làm cho hệ thống thông tin di động khác rất nhiều so với hệ thông tin cố định( hữu tuyến hoặc vô tuyến) [Tài liệu tham khảo - TLTK]

1.2 - Lịch sử phát triển của thông tin di động

Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những mốc phát triển quan trọng trong lịch sử Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình:

- Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu tiên được giới thiệu

ở 25 thành phố của Mỹ Mỗi hệ thống dùng bộ ăng ten công suất lớn đặt cao phủsóng toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ thuật FM, truyền bán song công (Pust-totalk), ở băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là 120kHz Đây chưa phải hệ thống

tế bào, tần số chưa được dùng lặp lại nên số người được phục vụ rất ít

- Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng

- Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz, hiệu suất phổ tần tăng gấp 4 lần

- Năm 1950-> 1960: Xuất hiện tổng đài tự động, dịch vụ IMTS ( sóng cộng, tựđộng quay số, tự động chọn kênh ) Tuy nhiên nhanh chóng bị bão hoà bởi nhu cầungười sử dụng do dịch vụ chất lượng kém và hay bị bận Dịch vụ IMTS hiện vẫn còn

ở Mỹ, song hiệu suất sử dụng phổ kém so với điện thoại tế bào hiện nay Cũng trongthời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưa ra dự án điện thoại năm1968) Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được

Cũng trong thời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưa ra dự án

điện thoại năm 1968) Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được

- Năm 1983: Ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến AMPS ( Advanced Mobile Phone System ) Đánh dấu sự ra đời điện thoại tế bào thế hệ 1 Ủy ban viễnthông liên bang Mỹ (FCC) đã phân cho dịch vụ này 1 dải tần 40MHz trên khoảngtần số 800MHz ( ứng với 660 kênh sóng cộng rộng 2x30kHz= 60kHz) Phổ tần nàyđược phân đều cho 2 nhà cung cấp để tạo sự cạnh tranh

- Năm 1989: Trước yêu cầu tăng trưởng mạnh mẽ số người sử dụng FCC phânthêm cho dịch vụ này 10MHz phổ nữa (ứng với 166 kênh song công) Hệ thống điệnthoại tế bào này hoạt động trong môi trường hạn chế giao thoa, sử dụng lại tần số, kĩthuật đa truy cập theo tần số (FDMA)

- Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS-54 trên cơ sở hạtầng AMPS Hỗ trợ 3 người sử dụng trên 1 kênh 30kHz, kĩ thuật điều chế (π/4DQPSK) Khi kĩ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dunglượng lên 6 lần (kết hợp với kĩ thuật đa truy cập theo thời gian TDMA và tồn tạisong song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng) Đây là thời điểm đánh dấu sự ra đờicủa hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (ở Châu Âu là hệ GSM) Cũng trong năm

1991, hệ thống dựa trên kĩ thuật trải phổ phát triển bởi công ty QUALCOM theochuẩn IS-95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần 1.25MHz, sử dụng kĩ thuật

đa truy cập phân chia theo mã CDMA Có nhiều ưu điểm hơn AMPS về dung lượng,

yêu cầu về tỉ số SNR thấp hơn, về giá thành có tính cạnh tranh cao Vấn đề tích hợpnhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt ra từ những năm 90

- Năm 1995: Chính phủ mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800->2100MHz, hứahẹn sự phát triển mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS)

- Năm 2000: Tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã tiến hành tiêu chuẩn hoá cho

hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000_hệ thống thông tin di động

thứ 3 [TLTK]

1.2.1 - Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Khái niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 tại phòng thí nghiệm Bellcủa AT&T Nhưng đến đầu những năm 70 AT&T mới đưa ra dự án điện thoại tếbào Và cho đến năm 1983, ra đời dịch vụ AMPS do AT&T và MOTOLAR của Mỹ.Đánh dấu sự ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Với kỹ thuật tương

tự, phương pháp điều tần FM để điều chế tiếng nói trên băng tần 800MHz với độrộng phổ là 40MHz Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn thì toàn bộvùng dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là tế bào (cell) Mỗi tế bàođược dịch vụ cung cấp một tần số nhất định và có một anten trung tâm, với công suấtphát phù hợp để quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tếbao khác Khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất đã bao gồm hàng loạt các hệ thống ở cácnước khác nhau như: NMT phát triển ở Châu Âu, NTT ở Nhật, TACS ở Anh… Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ truy cập FDMA có sơ đồ khái quát nhưsau:

Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất

Chú thích :

- MSC ( Mobile service Switching Center): Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động

- AuC ( Authentication Center ): Trung tâm nhận thực

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

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

- BS ( Base Station ): Trạm gốc

- SS7 ( Common channel Signaling System no.7 ): Báo hiệu kênh chung số 7

- PSTN ( Public Switched Telephone Network ) : Mạng điện thoại chuyển mạch côngcộng

Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng mà trước hết là về dung lượng Mặt khác các tiêu chuẩn của các hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng (việc liên lạc ngoài biên giới là không thể) Do sử dụng kỹ thuật truyền tiếng nói tương tự nên hiệu suất sử dụng phổtần không cao và chất lượng kém Những vấn đề này đặt ra cho hệ thống thông tin diđộng hế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật tương tự hay số Và kỹ thuật số đã

được lựa chọn , trước hết là sự bảo đảm chất lượng cao hơn, khả năng tiềm tàng vềmột dung lượng lớn hơn.

1.2.2 - Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai

Ra đời vào đầu những năm 1990: Chuẩn GSM của Châu Âu và IS-54 (tồn tạisong song với AMPS) của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phương pháp đatruy nhập CDMA Hệ thống thông tin di động thế hệ hai dựa trên kỹ thuật đa truycập phân chia theo thời gian TDMA và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mãCDMA, truyền dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK, FSK…

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển ở

Mỹ Hệ thống này sử dụng lại băng tần 824MHz - 849MHz cho tuyến lên và869MHz – 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng mỗi kênh là1,25MHz

Hệ thống thông tin di động GSM ra đời và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, băng tần sử dụng gồm hai dải tần: 890MHz – 915MHz cho tuyến lên và 935MHz –960MHz cho tuyến xuống Dải tần này lại được chia nhỏ ra thành các dải con rộng 200KHz (gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý) Mỗi kênhvật lý chia thành 8 khe thời gian (Time Slot) ứng với 8 kênh dịch vụ Về lý thuyết sốkênh vật lý trên dải tần 25MHz là 25000/200=125 kênh Tổng số kênh lưu lượng là125x8=1000 kênh, nghĩa là phục vụ đồng thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lạitần số

Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM( Global System for Mobile communication)

Hình 3 Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM

SS Switching System Hệ thống chuyển mạch

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

EIR Equipment Identify Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các

nghiệp vụ di động BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc

BSC Base Station Controller Đài điều khiển trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

OSS Operation & Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ NSS Network Switching System Hệ thống chuyển mạch mạng ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp PSPDN Packet Switched Mạng số liệu công cộng

Public Data Network chuyển mạch góiCSPDN Circuit Switched Mạng số liệu công cộng

Public Data Network chuyển mạch kênhPSTN Public Switched Mạng điện thoại chuyển mạch

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộng

Ưu điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai :

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Do sử dụng kĩ thuật số mà có những ưu điểm sau:

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

- Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ bít càng thấp cho phép ghép nhiều kênh vào dòng bít tốc độ chuẩn

- Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số

- Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Common Channel Interference) và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn sẽ làm tăngdung lượng hệ thống

- Điều khiển động việc cấp phát kênh mộ cách liên tụcnên làm cho việc sử dụngtần số hiệu quả hơn

- Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu

- Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là không thống

nhất Do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thể coi như là sự tổ hợp của FDMA

- 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 Do đó việc chuyển giao toàn cầu chưa thực hiện được

1.2.3 - Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

Ra đời vào những năm cuối của thập niên 90 nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin

di động gia tăng Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng các kỹ thuật đatruy nhập: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA một sóng mang và đa sóngmang DECT, CDMA đa sóng mang(CDMA2000 hay IS2000), CDMA băng rộngtheo thời gian (WCDMA-TDD) và theo tần số (WCDMA- FDD) Nó có dải thôngkhá rộng là 1885MHz-2025MHz và 2110MHz – 2200MHz trên toàn thế giới theotiêu chuẩn IMT-2000 So với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ haithì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiệnđược phủ sóng khắp toàn cầu Nó có thể chuyển mạng, hoạt động mọi nơi, mọi lúc

Nó có thể thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu tốc độ cao và thông tin đa phươngtiện băng rộng như: hộp thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, Wap(WilessApplycation Protocal) là giao thức ứng dụng không dây cho phép truy cập vào mangInternet đọc tin tức, tra cứu thông tin, hình ảnh…Do đặc điểm băng tần rộng nên nócòn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, các dich vụ điện thoạithấy hình…Hệ thống này ngày càng phát triển khắp toàn cầu với những mục tiêu cơbản sau:

• Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu

• Có khả năng truyền tải đa phương tiện

• Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di động thế hệ hai chỉ cóphương thức chuyển mạch gói, hiệu suất kênh tương đối thấp Trong khi hệ thống

thông tin di động thế hệ thứ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyểnmạch gói

• Tăng phương thức truyền tải không đối xứng Do các dịch vụ số liệu mớiWWW (Word Wide Web) có đặc tính không đối xứng: truyền tải đường lên thườngchỉ cỡ vài Kbit/s, còn đường xuống cỡ vài trăm Kbit/s Trong hệ thống thông tin diđộng thế hệ thứ hai thì chỉ hỗ trợ truyền tải đối xứng

• Tăng cường dịch vụ số liệu WWW và khả năng truyền số liệu

• Chất lượng thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến

• Hiệu suất phổ tần cao hơn

• Tính bảo mật cao

1.2.4 - Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang thế hệ thứ ba

Hình 4 Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục được nhiều nhược điểm của thế hệ một Song với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và nhu cầu tăng vọt của khách hàng sử dụng mạng di động, cùng những đòi hỏi về chất lượnglàm cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai không đáp ứng nổi Những nhucầu này chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao nhằmphát triển truyền thông đa phương tiện và đa dịch vụ Do vậy thế hệ 2,5 dã ra đời vàtrở thành kỹ thuật trung gian quá độ sang hệ thống thông tin thế hệ thứ ba

1.3 - Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động

Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong hệ thống thông tin di động người ta sử dụng các kỹ thuật ghép kênh Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều

sử dụng khái niệm đa truy cập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiêùthuê bao dùng chung tài nguyên tần số hoặc khe thời gian hoặc cả hai Hiện nay có 5hình thức đa truy nhập cơ bản là:

- FDMA: Đa truy nhập phân chia theo tần số, phục vụ các cuộc gọi theo kênhtần số khác nhau

- TDMA: Đa truy nhập phân chia theo thời gian, phục vụ các cuộc gọi theo cáckhe thời gian khác nhau

- CDMA: Đa truy nhập phân chia theo mã, phục vụ các cuộc gọi theo chuỗi mãkhác nhau

- PDMA: Đa truy cập phân chia theo thuộc tính, phục vụ các cuộc gọi theo sựphân cực khác nhau của sóng vô tuyến

- SDMA: Đa truy cập phân chia theo không gian, phục vụ các cuộc gọi theo cácĂng-ten định hướng búp sóng hẹp

1.4 - Xu thế phát triển của thông tin di động

Hiện nay thông tin di dộng vẫn đang trong giai đoạn phát triển như vũ bão, đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng của khách hàng cả về số lượng, chất lượng vàloại hình dịch vụ Về cơ bản có thể chia thành các hướng phát triển như sau:

- Phát triển theo chuẩn IMT-2000, được quyết địng bởi ITU, nhằm thống nhất các hệ thống di động đa năng thế hệ thứ ba ở các khu vực trên thế giới

- Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà dùng cho các trụ sở, công ty lớn (trên tần số cao 18GHz)

- Từ những năm 1990 đã có những nghiên cứu rộng lớn trên thế giới nhằm pháttriển hệ thống vô tuyến cá nhân: Kết hợp sự thông minh của mạng PSTN, xử lý tínhiệu số hiện đại và công nghệ RF Các kỹ thuật chung cho điều chế, đa truy cập và

kỹ thuật mạng cũng được lựa chọn nhằm đem dich vụ đến tận cá nhân người sửdụng như PCS (Person Communication Servise) (ví dụ cụ thể như mạng Cityphone).PCN (Person Communication Network ) là khái niệm mạng mà người dùng có thểthu và tiến hành cuộc gọi ở bất cứ đâu dùng thiết bị cá nhân nhỏ nhẹ

- Phát triển viễn thông kết hợp vệ tinh: Cùng với sự phát triển của công nghệ vũtrụ , hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ di động mặt đất tạo nên hệ viễn thông kếtnối toàn cầu thích hợp cho mọi địa hình và mọi loại hình

- Hiện nay các quốc gia phát triển sau có cơ hội đi nhanh vào các kỹ thuật tiên tiến nhất và lựa chọn các mô hình thích hợp với phát triển của tương lai [TLTK]

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ CDMA

2.1 - Tổng quan

CDMA dựa trên công nghệ trải phổ (SS – spread spectrum ),trong đó tín hiệugốc ban đầu được phát trong một tín hiệu vô tuyến có băng thông rất lớn so với băngthông tối thiểu ban đầu.Chúng ta nói tín hiệu ban đầu đã được trải phổ

Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao (gọi làchuỗi giả ngẫu nhiên - PN – pseudorandom noise) để chuyển đổi tín hiệu có bănghẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thông rộng , đỉnh công suất

bé và phát đi Mỗi người sử dụng sẽ 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 dụngkhác 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 tínhiệu thu được ở máy thu sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu Vì vậy hệ thống có tínhbảo mật cao.Trải phổ theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (directsequence spread spectrum )

Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS),kỹ thuật đa truy nhập dựa trêncông nghệ trải phổ còn một số kỹ thuật khác gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS –frequency hopping SS) và trải phổ nhảy thời gian (THSS – time hopping SS )nhưngkhông đạt hiệu quả cao như DSSS Hệ thống CDMA chỉ sử dụng kỹ thuật trải phổDSSS.

2.2 - Các hệ thống thông tin trải phổ :

độ mã cho trước) Nhưng độ lợi xử lý giảm đi nhiều tương ứng với tỉ lệ lỗi bit caohơn

Hình 6 Sơ đồ trải phổ DS/SS – QPSK

2.2.2 - Hệ thống FH/SS :

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số đượcchọn theo mã trong một tập hợp các tần số Độ rộng toàn bộ băng tần được chia nhỏthành các khe tần số không lấn lên nhau Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần sốnào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định

Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ khôngtrực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra cáctần số khác nhau

Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu Tương ứng

có hai trường hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm

Hình 7 Sơ đồ khối của hệ thống trải phổ FH

Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb= 1/Tb , được mã hoá NZR Sau

đó được điều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t) được điều khiển bởi một bộtạo mã Bộ tổng hợp tần số sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc Do đó, tần số sóngmang được xác định theo một tập hợp của log2N chip ( N là số lượng các tần sốsóng mang có thể có) Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra log2N chip liên tiếp Nhưvậy, tần số sóng thay đổi theo các bước Bước của tần số là RH=Rc/log2N

Tại máy thu, sóng mang được nhân với một sóng mang chưa điều chếđược tạo ra giống hệt bên phát Sóng mang này được tạo ra nhờ bộ tạo mã PNgiống như bên phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp.Như vậy, Sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại bỏ tại nơithu Điều chế FSK thường sử dụng cho các hệ thống này Giải điều chế là khôngkết hợp do tần số sóng mang luôn thay đổi trong quá trình truyền tin

2.2.3 - Hệ thống FH/SS nhanh

chu kỳ của tín hiệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì T/Th ≥ 1 Trongkhoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số j tần số { f0, f0+∆f ,f0+2∆f , …,f0+(j-1)∆f } được phát Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần sốlân cận, thường được chọn bằng 1/Th Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độnhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu như sau:

Hình 8 Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T=3Th

2.2.4 - Hệ thống FH/SS chậm

Khi tốc độ nhảy tần số của sóng mang trải phổ nhỏ hơn tốc độ dữ liệu ta có hệthống trải phổ nhảy tần chậm (T/TH < 1) Về cơ bản thì hai hệ thống trải phổ nhảytần chậm và nhảy tần nhanh tương tự nhau Dưới đây là biểu đồ tần số của hệ thốngtrải phổ nhảy tần chậm với T/TH= 1/2 :

Hình 9 Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T/TH = ½

2.2.3 Hệ thống TH/SS :

Một khối các bit số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay nhiều khethời 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

Nhảy thời gian tương tự như điều chế xung Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát,thời gian đóng/ mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo

mã và đạt được 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhau nhỏ sovới hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thờigian chip mã trong hệ thống FH/SS thì sự nhảy tần số chỉ xảy ra trong trạng

thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH/ SS Hình (18) là sơ đồ khối của hệthống TH/SS Ta thấy rằng bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng chophép điều chế xung theo mã đều có thể được sử dụng đối với bộ điều chế TH/ SS.

TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênhtheo thời gian Vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong

hệ thống nhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát

Do hệ thống TH/SS có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sửdụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa

có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

Hình 10 Sơ đồ khối bộ thu phát của hệ thống TH/SS

dụng phát các tần số khác nhau vì thế có thể tránh được nhiễu giao thoa Các hệthống TH/ SS tránh nhiẽu giao thoa bằng cách tránh không để nhiễu hơn một người

sử dụng phát trong một thời điểm

Có thể thiết kế các hệ thống DS/ SS với giải điều chế kết hợp và không kếthợp Tuy nhiên, do sự nhảy chuyển tần số phát nhanh rất khó duy trì đồng bộ pha

ở các hệ thống FH/SS vì thế chúng thường đòi hỏi giải điều chế không kết hợp.Trong thực tế các hệ thống DS/SS có chất lượng tốt hơn do sử dụng giải điều chế kếthợp nhưng giá thành của mạch pha sóng mang đắt

Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ tạo mã PN, FH/SS có thể nhảy tần trên băngtần rộng hơn nhiều so với băng tần của tín hiệu DS/SS Ngoài ra có thể tạo ra tínhiệu TH/SS có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều độ rộng băng tần của DS/ SS khi

bộ tạo chuỗi của hai hệ thống này cùng tốc độ đồng hồ

Hệ thống FH/SS loại trừ được các kênh tần số gây nhiễu giao thoa mạnh vàthường xuyên, còn DS/SS nhạy cảm nhất với vấn đề gần xa Các hệ thống FH/SS dễ

bị thu trộm hơn so với hệ thống DS/SS

Thời gian bắt mã ở các hệ thống FH/SS ngắn nhất, tuy nhiên máy phát và máythu ở hệ thống FH/SS đắt do sự phức tạp của bộ tổng hợp tần số

Các hệ thống FH/SS chịu được fading nhiều tia và các loại nhiễu.Trong khicác máy thu DS/SS đòi hỏi các mạch đặc biệt để làm việc tốt trong môi trườngnói trên

2.3 - Các đặc tính của CDMA :

2.3.1- Tính đa dạng phân tập :

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

- Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) : 2 cặp aten thu tại BS,bộ thu

đa đường và kết nối BS

Phân tập dùng phương pháp đa đường (theo khoảng cách )là hình thức phân tậpcao nhất nhờ đặc tính có duy nhất ở hệ thống CDMA là thu phát dựa trên mã PN.Bộđiều khiển đa đường tách chuỗi PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song Máy diđộng dùng 3 bộ tương quan, trạm gốc dùng 4 bộ tương quan Máy di động có bộtương quan song song la bộ thu - quét, các đầu thu này có khả năng nhận tín hiệu từcác luồng khác nhau,chúng xét tín hiệu thu mọi đườn, sau đó tổ hợp và giải điều chếtất cả tín hiệu thu được.Fading có thể xuất hiện trong mọi tín hiệuthu nhưng không

có sự tương quan giữa các đường thu Vì vậy, tổng tín hiệu thu được có dộ tin cậycao Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thốngthông tin có hai trạm gốc BS để thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động

2.3.2 - Đặc tính tái sử dụng tần số chung :

Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA Giaothoa tổng hợp ở máy di dộng thu được từ BS là tổng giao thoa của các máy di độngtrong 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 cácmáy di động khác trong cùng một BS Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử