ĐỒ án tốt NGHIỆP GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ CHO hệ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ hệ THỨ 3 WCDMA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA. THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC CÁC BẢNG 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 LỜI NÓI ĐẦU 12 Chương 1 14 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA WCDMA 14 1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động tế bào 14 1.1.1 Thế hệ thứ nhất 14 1.1.2 Thế hệ thứ 2 15 1.1.3 Thế hệ thứ 2.5 18 1.1.3.1 GPRS (General packet radio services) 18 1.1.3.2 EDGE (Enhanced data rates for GSM evulotion) 19 1.2 Những yêu cầu với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3: 20 1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ thứ 3 20 1.3.1 Giới thiệu 20 1.3.2 Một số kĩ thuật sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 ........................................................................................................21 1.3.2.1 Nguyên lí trải phổ DS CDMA 21 1.3.2.2 Hiện tượng gần xa và điều khiển công suất: 28 1.3.2.2.1 Hiêu ứng gần xa 28 1.3.2.2.2 Điều khiển công suất 30 1.3.2.3 Chuyển giao 35 Chương 2 36 CÁC VẤN ĐỀ VỀ VÙNG PHỦ 36 2.1 Giới thiệu 36 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ: 37 2.2.1 Mô hình tổn hao đường truyền 37 2.2.1.1 Mô hình truyền sóng không gian tự do 37 2.2.1.2 Mô hình tổn hao đường truyền trên cự li xa 38 2.2.1.3 Sự che khuất bóng dâm chuẩn log 39 2.2.2 Hiện tượng phading 39 2.2.3 Mô hình IMT2000 42 2.2.3.1 Mô hình cho môi trường trong nhà 42 2.2.3.2 Môi trường ngoài phố 43 2.2.3.3 Môi trường xe cộ 43 2.3 Phân tích quỹ đường truyền 44 2.3.1 Các thông số quan trọng cần xét 44 2.3.2 Quỹ đường lên 46 2.3.3 Quỹ đường đường xuống 53 Chương 3 55 CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ 55 3.1 Repeater 55 3.1.1 Khái quát 55 3.1.2 Nguyên lí hoạt động 55 3.1.3 Một số đặc điểm của Repeater: 57 3.1.4 Mô hình triển khai Repeater 57 3.1.5 Một số loại Repeater 60 3.1.5.1 Repeater vô tuyến: 60 3.1.5.2 Repeater Quang 61 3.1.5.3 Repeater biến tần (Frequency convertion Repeater) 64 3.1.5.4 Repeater khử nhiễu (ICS : Interference cancelling system) 65 3.1.6 Ảnh hưởng của Repeater (bộ lặp) 66 3.1.7 Kết luận 67 3.2 Giải pháp phủ sóng cho các văn phòng, nhà cao tầng Inbuiding (Picocell) ........................................................................................................68 3.2.1 Khái quát 68 3.2.2 Ưu điểm của hệ thống Inbuilding 69 3.2.3 Một số đặc điểm kĩ thuật 70 3.2.4 Kết luận 71 3.3 Sử dụng bộ khuếch đai cao tần đường lên TMA (Tower mounted Amplifier) 71 3.3.1 Khái quát 71 3.3.2 Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động TMA 72 3.3.3 Cơ sở toán học 73 3.3.4 Ảnh hưởng của TMA 76 3.3.5 Kết luận 77 3.4 Anten thông minh 77 3.4.1 Khái quát 77 3.4.2 Phân loại và một số đặc điểm của anten thông minh 78 3.4.2.1 Đặc điểm của anten thông minh 78 3.4.2.2 Các loại anten thông minh 79 3.4.2.2.1 Anten chuyển búp: 79 3.4.2.2.2 Anten giàn thích nghi : 79 3.4.3 Cơ sở toán học 80 3.4.3.1 Cải thiện vùng phủ đường xuống nhờ Anten thích nghi. 80 3.4.3.2 Cải thiện vùng phủ đường lên bằng Anten thích nghi. 81 3.4.4 Kết luận 83 3.5 Bộ khuếch đại RF từ xa 83 3.5.1 Khái quát 83 3.5.2 Ảnh hưởng của bộ khuếch đại RF từ xa 85 3.5.3 Kết luận 86 3.6 Cấu hình tối ưu hoá ROC 86 3.6.1 Ảnh hưởng của ROC 87 3.6.2 Kết luận 91 KẾT LUẬN 92 Tài liệu tham khảo 92

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ SÓNG

CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA

NĂM 2009

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ SÓNG

CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

THẾ HỆ THỨ 3 WCDMA

Giáo viên hướng dẫn: ĐẠI TÁ, PGS-TS ĐỖ HUY GIÁC

NĂM 2009

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10

LỜI NÓI ĐẦU 12

Chương 1 14

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ THỨ BA WCDMA 14

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động tế bào 14

1.1.1 Thế hệ thứ nhất 14

1.1.2 Thế hệ thứ 2 15

1.1.3 Thế hệ thứ 2.5 18

1.1.3.1 GPRS (General packet radio services) 18

1.1.3.2 EDGE (Enhanced data rates for GSM evulotion) 19

1.2 Những yêu cầu với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3: 20

1.3 Hệ thống thông tin di dộng thế hệ thứ 3 20

1.3.1 Giới thiệu 20

1.3.2 Một số kĩ thuật sử dụng trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

21 1.3.2.1 Nguyên lí trải phổ DS CDMA 21

1.3.2.2 Hiện tượng gần xa và điều khiển công suất: 28

1.3.2.2.1 Hiêu ứng gần xa 28

1.3.2.2.2 Điều khiển công suất 30

1.3.2.3 Chuyển giao 35

Chương 2 36

CÁC VẤN ĐỀ VỀ VÙNG PHỦ 36

2.1 Giới thiệu 36

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vùng phủ: 37

2.2.1 Mô hình tổn hao đường truyền 37

2.2.1.1 Mô hình truyền sóng không gian tự do 37

2.2.1.2 Mô hình tổn hao đường truyền trên cự li xa 38

2.2.1.3 Sự che khuất bóng dâm chuẩn log 39

2.2.2 Hiện tượng phading 39

2.2.3 Mô hình IMT2000 42

2.2.3.1 Mô hình cho môi trường trong nhà 42

2.2.3.2 Môi trường ngoài phố 43

2.2.3.3 Môi trường xe cộ 43

2.3 Phân tích quỹ đường truyền 44

2.3.1 Các thông số quan trọng cần xét 44

2.3.2 Quỹ đường lên 46

2.3.3 Quỹ đường đường xuống 53

Chương 3 55

CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CƯỜNG VÙNG PHỦ 55

3.1 Repeater 55

3.1.1 Khái quát 55

3.1.2 Nguyên lí hoạt động 55

3.1.3 Một số đặc điểm của Repeater: 57

3.1.4 Mô hình triển khai Repeater 57

3.1.5 Một số loại Repeater 60

3.1.5.1 Repeater vô tuyến: 60

3.1.5.2 Repeater Quang 61

3.1.5.3 Repeater biến tần (Frequency convertion Repeater) 64

3.1.5.4 Repeater khử nhiễu (ICS : Interference cancelling system) 65

3.1.6 Ảnh hưởng của Repeater (bộ lặp) 66

3.1.7 Kết luận 67

3.2 Giải pháp phủ sóng cho các văn phòng, nhà cao tầng Inbuiding (Picocell)

68 3.2.1 Khái quát 68

3.2.2 Ưu điểm của hệ thống Inbuilding 69

3.2.3 Một số đặc điểm kĩ thuật 70

3.2.4 Kết luận 71

3.3 Sử dụng bộ khuếch đai cao tần đường lên TMA (Tower mounted Amplifier) 71

3.3.1 Khái quát 71

3.3.2 Sơ đồ khối và nguyên lí hoạt động TMA 72

3.3.3 Cơ sở toán học 73

3.3.4 Ảnh hưởng của TMA 76

3.3.5 Kết luận 77

3.4 Anten thông minh 77

3.4.1 Khái quát 77

3.4.2 Phân loại và một số đặc điểm của anten thông minh 78

3.4.2.1 Đặc điểm của anten thông minh 78

3.4.2.2 Các loại anten thông minh 79

3.4.2.2.1 Anten chuyển búp: 79

3.4.2.2.2 Anten giàn thích nghi : 79

3.4.3 Cơ sở toán học 80

3.4.3.1 Cải thiện vùng phủ đường xuống nhờ Anten thích nghi 80

3.4.3.2 Cải thiện vùng phủ đường lên bằng Anten thích nghi 81

3.4.4 Kết luận 83

3.5 Bộ khuếch đại RF từ xa 83

3.5.1 Khái quát 83

3.5.2 Ảnh hưởng của bộ khuếch đại RF từ xa 85

3.5.3 Kết luận 86

3.6 Cấu hình tối ưu hoá ROC 86

3.6.1 Ảnh hưởng của ROC 87

3.6.2 Kết luận 91

KẾT LUẬN 92

Tài liệu tham khảo 92

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khóa chuyển pha cơ

haiBTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

CCPCH Common Phycical Control

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa thâm nhập phân chia theo mã

CEPT Conference of European

Postal and Telecommunication Administrations

Hội nghị các cơ quan quản lý Viễn thông và Bưu chính châu Âu

CPICH Common Pilot channel Kênh hoa tiêu chung

DECT Digital Enhanced Cordless

Telecommunication

Hệ thống viễn thông không dây

số tăng cườngDPCCH Dedicated Phycical Control

ChannelDPSK Differential Phase Shift

Keying

Điều chế khóa chuyển pha vi sai

DSP Digital signal processing Xử lý tín hiệu số

EDGE Enhanced Data Rates for

GSM Evolution

Tốc độ số liệu gói tăng cường

EIRP Equivalent Isotropic

Viện tiêu chuẩn viễn thôngchâu Âu

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo

tần sốFDMA Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tầnsố

GSM Global System for Mobile

Tiêu chuẩn hệ thống thông tin

di động toàn cầu - 2000

IS - 95A Interim Standard - 95A Tiêu chuẩn thông tin di động

CDMA do Qualcomm đề xuất

IS - 136 Interim Standard - 136 Tiêu chuẩn thông tin di động

TDMA cải tiến do AT&T đề xuất

ISI InterSymbol Interference Nhiễu giao thoa giữa các ký

hiệuITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

JPD Japanese Personal Digital

Cellular System

Hệ thống tổ ong số cá nhân

do Nhật Bản đề xuất

LNA Low noise amplifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp

LSE Least Square Error Sai số bình phương nhỏ nhấtMAI Multiple User Interference Nhiễu giao thoa đa người sử

dụngMCTD MultiCarrier Transmit

MUI Multiple User Interference Nhiễu giao thoa đa người sử

dụngOFDMA Orthogonal FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần

số trực giaoOTD Orthogonal Transmit Phân tập phát trực giao

DiversityOVSF Orthogonal Variable

Spreading Factor

Hệ số trải phổ biến đổi trực giao

P.B.E Probability of Bit Error Xác suất lỗi bit

P-CCPCH Primary CCPCH Kênh vật lý điều khiển chung

sơ cấp

PHS Personal Handy Phone

System

Hệ thống điện thoại cầm tay

cá nhân

PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất

QPSK Quadrature Phase Shift

Keying

Điều chế khóa chuyển phacầu phương

REF Range Extension Factor Hệ số mở rộng vùng phủ

RNC Radio Network Controler Bộ điều khiển mạng vô tuyếnROC Rollout optimised

mạch

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm

STM1 Synchronous Transport

Module1

Module truyền dẫn đồng bộ mức 1

STTD Space-Time Transmit Phân tập phát không gian - thời

Diversity gianTDMA Time Division Multiple

Access

Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo thời gian

TMA Tower mounted Amplifier Bộ khuếch đại đường thu

UMTS Universal Mobile

Telecommunication System

Hệ thống viễn thông di độngtoàn cầu

VSF Variable Spreading Factor Hệ số trải phổ biến đổi

W-CDMA Wideband Code Division

Multiple Access

Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo mã băng rộngW-TDMA Wideband Time Division

Multiple Access

Đa truy nhập vô tuyến phân chia theo thời gian băng rộng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống tế bào số

Bảng 2.1 Các số mũ của tổn hao trong các môi trường khác nhau

Bảng 2.2 Phụ thuộc dự trữ nhiễu yêu cầu vào tải ô

Bảng 2.3 Thí dụ tính quỹ đường truyền cho tiếng tốc độ 12,2 kbps, đi bộ

ngoài trờiBảng 2.4 Thí dụ tính quỹ đường truyền cho số liệu tốc độ 128 kbps,trong

nhàBảng 2.5 Thí dụ tính quỹ đường truyền cho số liệu tốc độ 384 kbps,trong

nhàBảng 2.6 Thí dụ tính quỹ đường xuống cho tiếng 12,2 kbps đi bộ ngoài

trờiBảng 3.1 Chất lượng sóng trong nhà cao tầng

Bảng 3.2 Yêu cầu thiết kế Inbuilding

Bảng 3.3 Tập các tham số điển hình cho phân hệ máy thu TMA

Bảng 3.4 So sánh giữa bộ khuếch đại RF từ xa và bộ lặp

Bảng 3.5 So sánh dung lượng của một cấu hình trạm gốc thông thường với

cấu hình trạm gốc ROC, dựa trên tổn hao truyền sóng cho phép 154,4 dB.

Bảng 3.6 So sánh dung lượng của một cấu hình trạm gốc thông thường so

với cấu hình trạm gốc ROC, dựa trên tổn hao truyền sóng cho phép 156,6dB

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống DS-CDMA

Hình 1.2 Phổ của tín hiệu thu và tạp âm sau bộ nhân

Hình 1.3 Hiện tượng gần xa

Hình 1.4 Điều khiển công suất ở CDMA

Hình 1.5 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ phađinh

Hình 1.6 Điều khiển công suất vòng ngoài

Hình 2.1 Phụ thuộc của cường độ tín hiệu thu vào khoảng cách

Hình 2.2 phân tán thời gian

Hình 2.3 Hàm mật độ xác suất Rayleigh

Hình 3.1 Sơ đồ khối Repeater

Hình 3.2 Giải pháp dùng repeater trong trường hợp vùng phủ bị che khuấtHình 3.3 Giải pháp dùng repeater cho đường hầm

Hình 3.4 Giải pháp dùng repeater ở siêu thị

Hình 3.5 Giải pháp dùng repeater cho các toà nhà cao tầng

Hình 3.6 Giải pháp dùng repeater trong sân vận động

Hình 3.7 Sơ đồ khối Repeater vô tuyến

Hình 3.8 Repeater quang

Hình 3.9 Sơ đồ khối Repeater quang

Hình 3.10 Chia sector với Repeater quang

Hình 3.11 Các lớp Repeater quang

Hình 3.12 Repeater quang phủ sóng một khu đô thị

Hình 3.13 Repeater quang phủ sóng đường hầm

Hình 3.14 Mô hình Repeater ICS

Hình 3.15 Bộ khuếch đại TMA

Hình 3.16 Sơ đồ khối TMA

Hình 3.17 Khái niệm về phân hệ máy thu phân tầng (a)Phân hệ máy thu

trạm gốc điển hình WCDMA riêng và GSM/WCDMA chung(b)Hình 3.18 Mô hình anten thông minh

Hình 3.19 Cấu trúc của trạm gốc sử dụng bộ khuếch đại RF từ xa

Hình 3.20 Cấu trúc của trạm gốc sử dụng cấu hình tối ưu hoá (ROC)

Hình 3.21 Bổ sung công suất phát đường xuống do sử dụng cấu hình tối ưu

hoá

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu, đa phương tiệnđưa ra các yêu cầu các dịch vụ tốc độ nhanh , hiệu quả, an toàn và bảo mật

Do vây những hệ thống băng hẹp với tốc độ hạn chế và chuyển mạch kênhhiện nay không còn đáp ứng được những yêu cầu mới Vì vậy cần một hệthống thông tin mới với tốc độ cao chất lượng tốt, hệ thống chuyển mạch.Trước tình hình đó một giải pháp được đưa ra đó là xây dựng hệ thốngthông tin di động mới đó là 3G với tốc độ lí thuyết có thể lên tới 2Mb/s và

áp dụng hệ thống chuyển mạch gói có thể đáp ứng những yêu cầu hiện nay

Hệ thống này đã được đưa vào áp dụng và mang lại nhiều thành công ở một

số nước như : Nhật Bản, Trung Quốc, Mỹ, châu Âu

Ở Việt Nam hiện nay việc tiến hành triển khai hệ thống 3G cũng đangđược thực hiện ở giai đoạn đầu tuy nhiên đã chứng kiến sự cạnh tranhquyết liệt giữa các nhà mạng Có đến 7 nhà mạng tham gia cuộc thi tuyểnlấy giấy phép kinh doanh 3G bao gồm: Viettel, Vinaphone, Mobifone, Gtel,Sfone, Viêt nam mobi, và EVN telephone,nhưng chỉ có 4 giấy phép 3G Sựcạnh tranh này lợi thế có thể sẽ nghiêng về phía các nhà mạng có tiềm lựclớn và hệ thống cơ sở hạ tầng có sẵn Nhưng sự kiện này cho thấy mộttương lai tươi sáng cho việc triển khai thành công hệ thống 3G ở Viêt Nam

Có hai con đường tiến lên mạng 3G ở Việt Nam Con đường thứ nhất từcác mạng CDMA (Sfone, EVN telephone) tiến lên hệ thống CDMA 2000.

Và con đường thứ hai là từ các mạng GSM tiến lên hệ thống WCDMA.Mỗi con đường có những thuận lợi và khó khăn riêng trong việc xây dưng

cơ sở hạ tầng cũng như việc cung cấp dịch vụ

Một trong những khó khăn của việc xây dựng hệ thống 3G đó là vấn đề

về vùng phủ Băng tần số của hệ thống 3G được xác định là dải tần 2Ghzvới dải tần số cao này việc suy hao trên đường truyền sẽ là rất lớn vì vậyvùng phủ sẽ bị giảm Việc xây dựng cơ sở hạ tầng hệ thống 3G dựa trênnhững nền tảng sẵn có của hệ thống GSM sử dụng chung các trạm gốc củaGSM gây một khó khăn đó là phải đảm bảo vùng phủ tương tự như hệthống GSM Vấn đề vùng phủ còn có rất nhiều vấn đề ảnh hưởng tới nhưtổn hao đường truyền, sự che chắn bởi vật cản, phading Chính vì vậy việcđảm bảo vùng phủ cho hệ thống 3G là một vấn đề khó khăn cần giải quyếtvới mạng 3G

Đồ án của em dưới dây với tiêu đề ‘’ Các phương pháp tăng cườngvùng phủ cho hệ thống tghông tin di động thế hệ thứ ba WCDMA’’ Vớimục đích tìm hiểu các phương pháp cơ bản tăng cường vùng phủ choWCDMA

Đồ án của em gồm các phần như sau:

Chương1: Tổng quan về hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3

Sơ lược về lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động từ 1G, 2G

và 2.5G Giới thiệu một số kĩ thuật sử lí truyền dẫn số trong hệ thống thôngtin di động WCDMA

Chương 2: Một số vấn đề về vùng phủ

Tìm hiểu một số vấn đề về vùng phủ và các yếu tố ảnh hưởng đến vùngphủ.

Chương 3 Một số phương pháp tăng cường vùng phủ sóng

Tìm hiểu và so sánh một số biện pháp tăng cường vùng phủ sóng cho

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Đỗ Huy Giác đã tận tìnhgiúp đỡ em hoàn thành đồ án này !

Tuy nhiên do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, Đồ án nàykhông tránh khỏi thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiếncủa quý thầy cô và các bạn để đồ án hoàn chỉnh hơn

Sinh viên thực hiện

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ

HỆ THỨ BA WCDMA

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động tế bào

1.1.1 Thế hệ thứ nhất

Năm 1880, nhà bác học Hertz là người đầu tiên trình diễn về thông tin

vô tuyến Sau đó năm 1897 Marconi đã thực liên lạc giữa hai máy thu phátcách xa nhau 18 dặm vùă liên lạc vừa di chuyển Năm 1921 di động được

áp dụng ở sở cảnh sát Detroit, sử dụng thông tin liên lạc giữa các xe ôtô.Năm 1932 cảnh sát thành phố Newyork đã thiết lập mạng thông tin tươngđối hoàn chỉnh tuy nhiên các thiết bị thời gian này tương đối kồng kềnh Thông tin di động đã được đưa vào sử dụng rộng rãi tại Mỹ năm 1946,khi đó nó chỉ được sử dụng ở phạm vi thành phố Hệ thống này có sáu kênh

sử dụng cấu trúc ô rộng với tần số 150MHz Mặc dù, các khái niệm tế bào,trải phổ, điều chế số, và các công nghệ hiện đại khác đã được biết đến hơn

50 năm trước đây, nhưng đến những năm 1960 dịch vụ điện thoại di động

tế bào mới xuất hiện Các hệ thống thông tin di động đầu tiên này ít có tiệních và có dung lượng rất thấp Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại tếbào điều tần song công sử dụng kỹ thuật đã truy nhập phân chia theo tần sốFDMA Đây là hệ thống sử dụng công nghệ Analog để truyền kênh thoạitrên sóng vô tuyến đến thuê bao di động hay còn được gọi là hệ thốngthông tin di động thế hệ thứ nhất 1G

Các hệ thống thông tin di động tế bào tương tự nổi tiếng nhất là: Hệthống di động tiên tiến (AMPS), hệ thống di động tiên tiến băng hẹp(NAMPS), hệ thống thông tin truy cập toàn diện (TACS) và hệ thốngNMT

Hạn chế của các hệ thống này là: thiết bị kồng kềnh, chất lượng thoạikém, phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn khó chịu, khôngđáp ứng được các dịch vụ mới của khách hàng….

1.1.2 Thế hệ thứ 2

Với những đòi hỏi về nhu cầu thông tin với chất lượng tôt hơn và nhiềucác dịch vụ mới Vào cuối thập niên 1980, các hệ thống thế hệ thứ 2 (2G)được đưa vào khai thác sử dụng công nghệ số đa truy nhập phân chia theothời gian TDMA Hệ thống đa truy nhập TDMA đầu tiên ra đời trên thếgiới là GSM GSM được phát triển từ năm 1982, CEPT quyết định việc ấnđịnh tần số dịch vụ viễn thông châu Âu ở băng tần 900 MHz Đến nhữngnăm giữa thập niên 1990, đa truy nhập phân chia theo mã CDMA trở thành

hệ thống 2G thứ hai khi người Mỹ đưa ra tiêu chuẩn nội địa – 95 (IS – 95)nay gọi là công nghệ Cdma one

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

1993, hiện nay đã có tới 7 hãng khai thác thị trường di động, có 5 hãng khaithác ở mạng GSM là VinaPhone, Mobiphone, Viettel Mobile, G-tel, Việtnam mobi, còn có 2 hãng khai thác mạng CDMA là EVNTelecom (Điệnlực), S-Fone Telecom Sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ đang

mở ra một tương lai mới cho thị trường thông tin di động ở Việt Nam Songsong với sự phát triển hệ thống thông tin di động tế bào nói trên, các hệthống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm taykhông dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình choloại thông tin này là DECT (Digital Enhanad Curdless Telecom) của châu

Âu và PHS của Nhật cũng đã được đưa vào khai thác Các hệ thống thôngtin di động kỹ thuật nói trên, sử dụng phương pháp đa truy nhập TDMA

như GSM (châu Âu), FPC (Nhật), hoặc phương pháp đa truy nhập CDMA(IS – 95 Mỹ) đều thuộc thế hệ 2G

PDC (Nhật Bản)

50kHz (xen

kẽ 25kHz)

(xen kẽ 200kHz)

Cơ chế

mã hoá

11,2kbit/giây VSEP

CELPP

5,6kbit/sPSI-13kbit/giây VSELP

8,5kbit/giây QCELP tốc

độ biến thiên

4 nấc

22,8kb/s RPE-PTP-LPC 11,4 kbit/s EVSIPhương

OPQSK

GMSK

Bảng 1.1 Các thông số cơ bản của hệ thống tế bào số

* Chú thích : RPE: Mã hoá dự báo kích thích xung đều

LTP: Mã hoá dự báo dài hạn

LPC: Mã dự báo tuyến tính

FDD: Phân chia theo tần số

PSI-CEPT: Dự báo tuyến tính kích thích mã - đổi đồng bộ âm

Một số ưu điểm 2G GSM :

- Các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền

số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độcao (HSCSD: High Speed Circuit Swiched Data)

- Các công việc liên quan đến dịch vụ thoại như mã hóa tiếng toàntốc cải tiến EFC (Enhanced Full Rate Codec), mã hóa đa tốc độ thích ứng

và khai thác tự do đầu cuối các Codec tiếng

- Các dịch vụ bổ sung như chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủgọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ cấm gọi mới

- Cải thiện liên quan đến dịch vụ bản tin ngắn SMS (Short MessageService) như móc nối các SMS, mở rộng bảng chữ cái mở rộng tương tácgiữa các SMS

- Các công việc liên quan đến tính cước như dịch vụ trả tiền trước,tính cước nóng và hỗ trợ cho ưu tiên vùng gia đình

- Tăng cường công nghệ SIM

- Dịch vụ mạng thông minh CAMEL (Customised Application forMobile Networrk Enhanced Logic)

- Các cải thiện chung như chuyển mạng GSM – AMPS, các dịch vụđịnh vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ địnhtuyến tối ưu

1.1.3 Thế hệ thứ 2.5

Hệ thống thông tin di động 2G cung cấp dịch vụ tiếng và số liệu trên

cơ sở chuyển mạch kênh GSM chỉ hỗ trợ truyền số liệu tốc độ cao nhất là9,6 kb/s, tốc độ này không thể đáp ứng các dịch vụ internet hiện nay Vìvậy cần một giải pháp hiệu quả hơn để đảm bảo tốc độ truyền số liệu hiệuquả hơn Một trong số những giải pháp đó là GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS)là sự phát triển của hệ thống thôngtin di động GSM có hỗ trợ chuyển mạch gói Nó được viện các tiêu chuẩnviễn thông châu âu (ETSI) đề xuất

GPRS sử dụng một gói chuyển mạch truyền dẫn gói dữ liệu tốc độ cao

và báo hiệu hiệu quả hơn hệ thống GSM Nó tối ưu mạng và sử dụng tàinguyên vô tuyến Nó duy trì chặt chẽ sự tách biệt hệ thống vô tuyến và hệthống mạng, cho phép hệ thống mạng được sử dụng các công nghệ truynhập vô tuyến khác

GPRS xác định các kênh vô tuyến mới và cho phép phân kênh độngcho người sử dụng.GPRS đạt được tố độ số liệu cao hơn nhưng vẫn sửdụng giao diện vô tuyến gần giống như GSM(cùng kênh tần số 200 khz vàtrên 8 khe thời gian) Tuy nhiên GPRS các MS có thể truy nhập cùng lúcnhiều khe thời gian GPRS được thiết kế đẻ cung cấp các dịch vụ gói tốc độcao hơn so với GSM Về mặt lí thuyết GPRS có thể cung cấp tốc độ số liệulên tới 171 kb/s , nhưng thực tế nó không thể đạt được tốc độ 50 kb/s dophải dành một phần dung lượng cho việc hiệu chỉnh lỗi trên đường truyền

Ưu điểm của GPRS :

- Tốc độ truyền tải dữ liệu cao

- Vẫn có thể gọi và nhận cuộc gọi , nhận và gửi SMS mà không ảnhhưởng đến việc truy cập GPRS.

- Chỉ tính cước khi truyền tải dữ liệu mà không phải trả cước theo thờigian truy nhập

- Kết nối tức thời liên tục

- Phát triển các dịch vụ đa phương tiện (WAP, internet, Email, MMS)

Các tốc độ dữ liệu tăng cường cho GSM phát triển là một công nghệgiao diện vô tuyến mới nâng cao dung lượng mạng và tốc độ dữ liệu người

sử dụng cho mạng GPRS / GSM Nó được định chuẩn bởi viện các tiêuchuẩn viễn thông châu âu(ETSI)

Mục đích chính của EDGE là tăng các khả năng cho qua số liệu củamạng GSM/GPRS Nói cách khác là nén nhiều bit hơn trong một giây ởsóng mang có cùng độ rộng băng tần 200 khz và 8 khe thời gian Để thựchiện điều này sơ đồ điều chế được chuyển từ sơ đồ điều chế khoá chuyểnpha Gau-xơ cực tiểu (GMSK) sang sơ đồ điều chế 8-PSK Về mặt lí thuyếtEDGE có thể hỗ trợ tốc độ số liệu lên tới 384 kb/s EDGE tiến bộ hơnnhiều so với GPRS nhưng nó vẫn chưa đạt đến yêu cầu mong muốn của3G, vì vậy chỉ có thể coi nó là thế hệ 2,5G

1.2 Những yêu cầu với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3:

Sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ 3 tạo ra tương lai rộng

mở cho nghành viễn thông di động Tuy nhiên để đạt được điều đó nó phảiđảm bảo các yêu cầu khắt khe hiện nay đó là:

- Tiêu chuẩn hoá thống nhất trên toàn cầu.

- Tăng chất lượng thoại tương đương thoại hữu tuyến

- Tăng cường các dịch vụ đa phương tiện

- Tốc độ truyền tải dữ liệu cao

- Sử dụng phương thức chuyển mạch gói, truyền tải dữ liệu không đốixứng

- Hiệu suất sử dụng kênh và phổ tần cao hơn

Để đáp ứng được những yêu cầu này một mạng di động thế hệ 3 phải đảmbảo khắc phục được những ảnh hưởng xấu của môi trường truyền dẫn,phading, và năng cao chất lượng tín hiệu thu phát

hệ thống thông tin di dộng thế hệ ba với tên gọi IMT-2000 Sự ra đời của

hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba với những tiêu chuẩn mới mang lạinhiều hứa hện cho thị trường thông tin di động với khả năng cung cấpnhiều các dịch vụ đa phương tiện mới Đây cũng là bước phát triển mới củathông tin di động Hệ thông thông tin di động 3G mang lại khả năng cungcấp nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm : thoại, dữ liệu tốc độ thấp và cao,thoại có hình ảnh, các dịch vụ đa phương tiện

Các tiêu chuẩn chung của IMT-2000:

- Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

Môi trường hoạt động của IMT-2000 chia thành 4 vùng với các tốc độbit Rb như sau :

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được xây dựng chủ yếu dựatrên công nghệ CDMA Trải phổ chuỗi trực tiếp là một kĩ thuật xử lí sốquan trọng sử dụng cho hệ thống CDMA Kĩ thuật trải phổ trực tiếp manglại cho hệ thống WCDMA khả năng bảo mật và tính chống nhiễu cao

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống DS-CDMA

Trên hình 1.1, có K tín hiệu phát đồng thời từ các máy di động MS tới máy thu tại trạm gốc BS Mỗi tín hiệu được gán một chỉ số k, trong đó k =

1, 2, …, K Dạng sóng số liệu cơ số hai () b k (t) là hàm chữ nhật có biên

độ +1 hay –1 và có thể đổi dấu sau T b giây Dạng sóng trải phổ () c k (t),

cũng có hình chữ nhật, nhưng nó tuần hoàn và có tốc độ cao hơn nhiều so

với tốc độ bit số liệu Ta coi rằng thời gian một bit số liệu (T b giây) chứa

đúng một chu kỳ (N chip) mã trải phổ sao cho tốc độ chip bằng N/T b = 1/T c,

trong đó T c là thời gian chip hay độ rộng chip Vì thế tốc độ chip (ký hiệu là

R c ) gấp N lần tốc độ bit (R b = 1/T b) Thực chất, do dạng sóng số liệu đượcđiều chế ở dạng sóng trải phổ và sóng mang nên sóng trải phổ chuỗi trực

tiếp cho tín hiệu k là:

hai giá trị +1 và -1 có tốc độ chip R c >> R b , T b >> T c , T b = N.T c và là chu

kỳ của chuỗi chip

Các mã c k (t) trực giao với nhau và thỏa mãn điều kiện sau:

j i

, 1 1

0

(1.2)

S k (t) có độ rộng băng tần truyền dẫn gần bằng B = 2/T c = N.2/T b, lớn

gấp N lần độ rộng băng tần cần thiết thông thường đối với BPSK Có thể

thấy rõ điều này nếu xét sóng trải phổ là một tín hiệu BPSK có thể thay đổipha 1800 ở mọi T c giây thay cho thay đổi ở mọi T b = N.T c giây Tín hiệu

BPSK gốc được trải phổ rộng hơn N lần và mật độ phổ công suất của nó giảm tương ứng 1/N lần so với các giá trị ban đầu.

Do bị suy hao đường truyền là Lpk, công suất trung bình của s k (t) thu

được bằng Prk và ta coi rằng tất cả các tín hiệu thu được đều có công suất

như nhau Giả thiết này đúng nếu có thể điều khiển động công suất cho tất

cả các đầu cuối Thông số k là pha của sóng mang Vì tất cả các tín hiệuphát là dị bộ, cũng cần có thông số trễ k trong mô hình và vì thế pha củasóng mang tại máy thu sẽ là: k - 2fc k Tạp âm n(t) là tạp âm trắng cộng

Gauss (AWGN) có trung bình không với hai biên mật độ phổ công suất

(PSD) bằng N 0/2 (W/Hz) Hàm tự tương quan (là biến đổi ngược Fourier

của PSD) đối với n(t) là ()N 0/2, trong đó  là một thông số thời gian khác

Thực chất của điều này là các mẫu của n(t) có trong bình 0 và không tương

quan với nhau Vì các mẫu tạp âm này là các biến ngẫu nhiên Gauss liên

hợp nên chúng cũng độc lập với nhau Nếu lấy tích phân tạp âm cho T b giâythì đầu ra của bộ tích phân sẽ là một biến ngẫu nhiên với trung bình không

và phương sai N 0 T/2 Nếu coi rằng về bản chất kênh thu là cộng thì tất cả K

tín hiệu phát trễ và tạp âm cộng với nhau ở máy thu

Ta xét quá trình thu tín hiệu ở máy thu thứ nhất Tín hiệu nhận được

từ đầu vào máy thu thứ nhất được xác định như sau:

k c k

k c

K k

k c k

k c

t f t

c t c t b A C t

f t

b

A

C

t f t

c t c t b A C t

f t

c t b A C

t

r

1

1 1

1

1

1 1

2 1 1

2 cos

2

cos

.

2 cos

2

cos

tín hiệu của các luồng bit k  1 sẽ bị trải phổ Phổ của tín hiệu thu cùng với

tạp âm sau bộ nhân được cho ở hình 1.4

Hình 1.2 Phổ của tín hiệu thu và tạp âm sau bộ nhân

Ta đang xét máy thu đang giải mã với luồng bit phát 1 Trước hết, nóphải đồng bộ với đồng hồ của máy phát 1 Sau đó nó giải trải phổ tín hiệu

thu được bằng cách nhân với c 1 (t), (nếu là luồng bit k thì sẽ nhân với c 1

(t-k )), loại bỏ sóng mang bằng phương pháp nhất quán bằng cách nhân với Bcos(2fct + ’ 1r ) và sau đó tích phân trong khoảng thời gian T b giây đểkhôi phục lại năng lượng ký hiệu số liệu và đồng thời loại bỏ tạp âm ngoài

băng Sau khi lấy tích phân trong khoảng thời gian T b, luồng 1 sẽ được tách

động lại và lấy mẫu T b giây một lần) tạo nên một cấu trúc của máy thu

tương quan nhất quán hay còn được gọi là bộ lọc phối hợp (“phối hợp” ở

đây nghĩa là chỉ phối hợp với thành phần tín hiệu hữu ích) (Máy thu tươngquan thực hiện tương quan tích cực, ta có thể thực hiện nó ở dạng một bộlọc thích ứng là phần tử thụ động, nhưng thực hiện điều này rất khó nếu độdài của chuỗi trải phổ dài) Đầu ra của bộ tương quan được lấy mẫu, sau đóđưa đến bộ hạn biên cứng (mạch ngưỡng hay bộ phân biệt) và bit số liệu

“+” được quyết định nếu mẫu lớn hơn 0 (Vôn) hay “”nếu ngược lại Bộhạn biên cứng sẽ đưa ra ước tính chuỗi cơ số hai đầu ra như sau:

kiện nhiễu giao thoa từ K-1 tín hiệu phát khác, vì trải phổ nên các tín hiệu

này thể hiện như tạp âm nền đối với máy thu và có thể không ảnh hưởnglớn

Sau đây ta sẽ trình bày đơn giản phân tích hiệu năng Xác suất lỗi bit(P.B.E - Probability of Bit Error) là một hàm của tỷ số tín hiệu trên tạp âm

SNR (E b /N 0 ), tỷ số giữa năng lượng bit tín hiệu E b với mật độ phổ tạp âm

N 0 Khi không có sự gây giảm chất lượng nào ngoài tạp âm AWGN thìP.B.E làP b,BPSK Q 2 SNRđối với BPSK Giả thiết rằng ta mô hình K-1

tín hiệu nhiễu băng rộng như là AWGN Công suất kết hợp của chúng

trong độ rộng băng của hệ thống trải phổ, chẳng hạn B(Hz), là (K-1)P Tổng công suất tạp âm ở hệ thống này bây giờ là (N 0 /2).2B + (K-1)P = N 0 B + (K-1)P, cho ta một PSD tạp âm hai biên mới: N 0 /2 + (K-1)P/(2B) Như

vậy, nhiễu giao thoa đa người sử dụng (MUI) sẽ tạo nên một tạp âm bổsung có PSD hai biên bằng:

B

P K

I

2

1 2

 (1.7)

Bây giờ SNR thu được mới là:

K P/B N

E I

N

E

1 0

1 2

/N E G

K Q ) SNR Q(

P

b p

gian (0,T b ) và giả sử đầu ra của bộ tương quan (hình 1.3) ở thời điểm t = T b

là Y Mẫu Y này là một biến ngẫu nhiên phụ thuộc vào tính ngẫu nhiên của

tất cả các luồng bit số liệu, các pha của sóng mang và các thời gian trễ Dotính đối xứng nên ta chỉ cần xét một bit +1 của người sử dụng thứ nhất làmngười sử dụng tham khảo (Xác suất có điều kiện của lỗi bit cũng sẽ như

vậy nếu ta coi rằng bit –1 được phát) Tất cả K – 1 tín hiệu phát dị bộ đồng

thời khác được coi là nhiễu giao thoa Nếu coi rằng các mạch đồng bộ hoạtđộng bình thường, ta có thể đặt cả hai trễ 1 và pha 1 bằng 0 Ta xét tất cả

các k khác (với mọi k  1) như là các trễ tương đối và mô hình chúng như

là các biến ngẫu nhiên độc lập có cùng phân bố (i.i.d – independent

identically distributed) trên khoảng (0,Tb) Tất cả các bit số liệu của các

nguồn gây nhiễu đều được mô hình như là các biến ngẫu nhiên rời rạc độclập i.i.d đồng xác suất là +1 hay –1 Có thể mô hình các dịch pha sóng

mang thu (’ k = 1 - 2fc k , k  1) như là các biến ngẫu nhiên đồng đều

trong khoảng (0, 2)

Khi K = 1 thì sẽ không có nhiễu giao thoa và ta đạt được xác suất lỗi

bit P.B.E bằng Q 2E br/N0 chính là kết quả nhận được cho BPSK Vì

Q(x) giảm cùng với x nên xem xét phương trình (1.9) ta thấy rằng P.B.E

tăng khi số người sử dụng đồng thời K tăng và giảm cùng với thừa số trải phổ N Để truyền dẫn tiếng đã số hóa, yêu cầu P.B.E vào khoảng 10-3 Nếu

biết E br /N 0 và thừa số trải phổ N (hoặc Gp - Độ lợi xử lý) thì ta có thể sử dụng phương trình (1.9) để ước tính số người sử dụng đồng thời K được

phép trong hệ thống Lưu ý rằng, mặc dù nhiễu giao thoa có băng tần rấtrộng nhưng PSD của nó không phẳng và vì thế không phải là tạp âm trắngnhư ta mô hình nó

Ở hệ thống thông tin di động đa ô với số người sử dụng cực đại K trong một ô, ta có thể tính tỷ số tín hiệu trên tạp âm đầu vào máy thu k như

k

j

jr j kr k

sử dụng khác trong cùng ô cũng như đến từ ô khác,  là hệ số nhiễu từ ôkhác, j là thừa số tích cực tiếng, N 0 là mật độ phổ tạp âm nhiệt, B là độ

rộng băng tần Nếu ta quy đổi mẫu số nói trên thành tạp âm Gauss trắngcộng (AWGN) thì ta có thể viết:

   

0 1 0

Trong đó, I 0 là mật độ phổ nhiễu của các người sử dụng khác.

Từ phương trình (1.9) và (1.10) ta có thể viết:

 k p

Từ phương trình (1.12) ta thấy, nếu coi rằng E br /N 0 là tỷ số tín hiệu

trên tạp âm đầu ra thì nhờ trải phổ tỷ số này tăng Gp lần so với tỷ số tín

hiệu trên tạp âm đầu vào

Giả sử điều khiển công suất lý tưởng (công suất thu được từ tất cả các

người sử dụng cùng ô ở máy thu được xét đều như nhau: P jr = P kr = P

Điều khiển công suất hoàn hảo) và coi rằng thừa số tích cực tiếng  là như

nhau cho tất cả người sử dụng thì từ các phương trình (1.10) và (1.12) tađược:

K  υPP β

BN

P G

G SNR

N

E

p p k '

υP /N E

(1.15)

Kmax được gọi là điểm cực hay dung lượng ô tiệm cận.

Từ phương trình (1.14), nếu xét đến các ảnh hưởng khác như: chiasectơ tế bào, mức độ điều khiển công suất hoàn hảo ta được số người sửdụng cực đại trong 1 ô xác định theo công thức sau:

0 max

(1.16)

Trong đó,  là hệ số nhiễu từ các ô khác,  là độ lợi nhờ phân đoạn ô,

 là thừa số tích cực tiếng và  là hệ số điều khiển công suất hoàn hảo

1.3.2.2.1 Hiêu ứng gần xa

Với các hệ thông thông tin di động CDMA một vấn đề gặp phải là hiêuứng xa gần (near – far effect ) Là hiện tượng do khoảng cách của các MSđến trạm gốc là khác nhau sẽ dẫn đến hiện tượng các MS ở gần sẽ lấn át tínhiệu các MS ở xa Việc điều khiển công suất không tốt sẽ dẫn đến số người

có thể sử dụng đồng thời trong một tế bào giảm mạnh

Hiện tượng gần xa có thể giải thích như sau :

Giả sử không có điều khiển công suất và mọi người cùng phát với mộtcông suất P Ta hãy xét trường hợp chỉ có 2 người sử dụng đồng thời :

- Khi 2 MS ở cùng khoảng cách d với trạm gốc : công suất thu được

1

R

P = P R2 hay P R1 /P R2=1 Đối với MS 2 thì P R1 là nhiễu

- Giả sử MS1 tiến lại trạm gốc ở cự li d/2 khi đó công suất P R1= 162

nhiễu còn cho phép thu được tốt Khi đó lẽ ra 17 người sử dụng ở khoảngcách d cùng có thể công tác thì 2 người có thể công tác đồng thời với mộtngười (MS) ở cự li d và một MS ở cự li d/2 Tức là hiệu ứng gần xa làmgiảm số người có thể đồng thời công tác , phải thực hiện điều khiển côngsuất sao cho P Ri= P Rj với mọi i,j.

Hiện tượng gần xa như trên có thể giải thích bằng hình vẽ sau:

Hình 1.3 Hiện tượng gần xa

1.3.2.2.2 Điều khiển công suất

Điều khiển công suất trong hệ thông CDMA nhằm mục đích:

- Duy trì chất lượng thoại cho hầu hết MS đang hoạt động trong tếbào.

- Tăng dung lượng hệ thống tổng cộng trong khi vẫn duy trì chấtlượng thoại

- Giảm công suất phát trung bình của MS nhằm tiết kiệm Pin

Điều khiển công suất nhanh và nghiêm ngặt là nét quan trọng nhất ởcác hệ thống thông tin di động CDMA, nhất là ở đường lên Thiếu điềukhiển công suất, một MS phát công suất lớn sẽ chặn toàn bộ ô Hình 2.30cho thấy vấn đề nẩy sinh và giải pháp điều khiển công suất vòng kín

MS1

MS2

Hình 1.4 Điều khiển công suất ở CDMA

Các MS1 và MS2 làm việc ở cùng một tần số nhưng sử dụng các mãtrải phổ khác nhau ở BS MS1 ở xa BS hơn so với MS2 Vì thế suy haođường truyền đối với MS1 sẽ cao hơn đối với MS2 (70 dB chẳng hạn) Nếukhông có biện pháp điều khiển công suất để hai MS tạo ra mức thu nhưnhau ở BS thì MS2 có thể gây nhiễu lớn cho MS1 và như vậy có thể chặnmột bộ phận lớn ô dẫn đến hiện tượng xa gần ở CDMA làm giảm dung

lượng hệ thống như đã đề cập ở trên Như vậy để đạt được công suất cựcđại cần điều khiển công suất cuả tất cả các MS trong một ô sao cho mứccông suất mà chúng tạo ra ở BS sẽ bằng nhau.

Ở thông tin di động CDMA tồn tại ba các phương pháp điều chỉnhcông suất sau đây:

 Điều khiển công suất vòng hở

 Điều khiển công suất nhanh vòng kín gồm điều khiển công suấtvòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài

Điều khiển công suất vòng hở thực hiện đánh giá gần đúng công suấtđường xuống của tín hiệu kênh hoa tiêu dựa trên tổn hao truyền sóng củatín hiệu này Nhược điểm của phương pháp này là do điều kiện truyền sóngcủa đừơng xuống khác với đường lên nhất là do pha đinh nhanh nên sựđánh giá sẽ thiếu chính xác Ở hệ thống CDMA trước đây người ta sử dụngphương pháp này kết hợp với điều khiển công suất vòng kín, còn ở hệthống W-CDMA phương pháp điều khiển công suất này chỉ được sử dụng

để thiết lập công suất gần đúng khi truy nhập mạng lần đầu

Phương pháp điều khiển công suất nhanh vòng kín như sau Ởphương pháp này BS thường xuyên đánh giá tỷ số tín hiệu trên can nhiễuthu được (SIR= Signal to Interference Ratio) và so sánh nó với tỷ số SIRđích ở điểm đặt (SIRsetpoint) Nếu SIR cao hơn SIRsetpoint thì BS ra lệnh cho

MS hạ thấp công suất, trái lại nó ra lệnh MS tăng công suất Chu kỳ lệnh-phản ứng này được thực hiện 1500 lần trong một giây (1,5 KHz) ở W-CDMA Tốc độ này sẽ cao hơn mọi sự thay đổi tổn hao đường truyền vàthậm chí có thể nhanh hơn phađinh nhanh khi MS chuyển động tốc độ thấp

Kỹ thuật điều khiển công suất vòng kín như vậy được gọi là vòngtrong cũng được sử dụng cho đường xuống mặc dù ở đây không có hiệntượng gần xa vì tất cả các tín hiệu đến các MS trong cùng một ô đều bắtđầu từ một BS Tuy nhiên lý do điều khiển công suất ở đây như sau Khi

MS tiến đến gần biên giới ô, nó bắt đầu chịu ảnh hưởng ngày càng tăng củanhiễu từ các ô khác Điều khiển công suất đường xuống trong trường hợpnày để tạo một lượng dự trữ công suất cho các MS trong trường hợp nóitrên Ngoài ra điều khiển công suất đường xuống cho phép bảo vệ các tínhiệu yếu do phađinh Releigh gây ra, nhất là khi các mã sưả lỗi làm việckhông hiệu quả.

Hình 2.31 cho thấy hoạt động của điều khiển công suất đường lên ởmột kênh phađinh ở tốc độ chuyển động thấp của MS Các lệnh điều khiểncông suất sẽ điều khiển công suất cuả MS tỷ lệ nghịch với công suất thuđược (hay SIR) tại BS Nhờ đảm bảo dự trữ để chỉnh công suất theo từngnấc, nên chỉ còn một lượng phađinh dư nhỏ và kênh trở thành kênh hầunhư không phađinh (nhìn từ phiá máy thu BS)

Gi©y, 3km/giê

Hình 1.5 Điều khiển công suất vòng kín bù trừ phađinh

Tuy nhiên việc loại bỏ phađinh phải trả giá bằng tăng công suất phát

Vì thế khi MS bị phađinh sâu, công suất phát sử dụng lớn và nhiễu gây racho các ô khác cũng tăng

Điều khiển công suất vòng ngoài thực hiện điều chỉnh giá trị

đạt được chất lượng các đường truyền vô tuyến như nhau Chất lượng củacác đường truyền vô tuyến thường được đánh giá bằng tỷ số bit lỗi (BER:Bit Error Rate) hay tỷ số khung lỗi (FER= Frame Error Rate) Lý do cầnđặt lại SIRsetpoint như sau SIR yêu cầu (tỷ lệ với Ec/N0) chẳng hạn làFER=1% phụ thuộc vào tốc độ của MS và đặc điểm truyền nhiều đường.Nếu ta đặt SIRsepoint đích cho trường hợp xấu nhất (cho tốc độ cao nhất) thì

sẽ lãng phí dung lượng cho các kết nối ở tốc độ thấp Như vậy tốt nhất là để

lượng Hình 2.32 cho thấy sự thay đổi của SIRsetpoint đích theo thời gian

Thông tin độ tin cậy khung

Lệnh điều chỉnh SIR đích

BS

SIR đích

Thời gian

MS không chuyển động

Hỡnh 1.6 Điều khiển cụng suất vũng ngoài

Để thực hiện điều khiển cụng suất vũng ngoài, mỗi khung số liệu củangười sử dụng được gắn chỉ thị chất lượng khung là CRC Việc kiểm trachỉ thị chất lượng này sẽ thụng bỏo cho RNC về việc giảm chất lượng vàRNC sẽ lệnh cho BS tăng SIRsetpoit Lý do đặt điều khiển vũng ngoài ở RNC

vỡ chức năng này thực hiện sau khi thực hiện kết hợp cỏc tớn hiệu ở chuyểngiao mềm

Khi một cuộc gọi tớch cực, tổ hợp cỏc MS, nodeB và RNC điều hànhquỏ trỡnh truyền tin giữa nodeB và MS để đảm bảo chất lượng đườngtruyền vụ tuyến tốt nhất Quỏ trỡnh trong đú MS chuyển sang kờnh lưu

lượng mới được gọi là chuyển giao (Handoff) Các hệ thống thông tin diđộng tương tự trước đây (có FDMA, TDMA) thực hiện chuyển giao bằngcác lệnh cho MS điều chỉnh sang tần số mới, làm tạm ngừng đường truyềndẫn tiếng và cả hai phía sẽ nghe thấy tiếng “click” trong cuộc thoại Đối vớimodem số, “click” thường gây ra lỗi số liệu và làm mất đồng bộ.

Hệ thống WCDMA định nghĩa một số kiểu chuyển giao là: chuyểngiao mềm, chuyển giao mềm hơn, chuyển giao cứng, bán chuyển giao Chuyển giao mềm: xảy ra khi nodeB mới bắt đầu thông tin với MStrong khi MS này vẫn thông tin với nodeB cũ RNC kết hợp các tín hiệu thu

từ cả hai nodeB để tạo ra một tín hiệu liên tục cho phía kia MS sẽ nhận tínhiệu từ hai nodeB bằng các đường truyền bổ sung ở máy thu RAKE và sẽ

xử lý để được một tín hiệu

Chuyển giao mềm hơn: MS thực hiện chuyển giao giữa hai đoạn củacùng một ô (một nodeB) Thông thường, các nodeB được thiết kế để cácăng-ten phát và thu ở các hình quạt (đoạn) 600 hay 1200 chứ không ở toàn

bộ 3600 Để phủ toàn bộ 3600 thì khi này cần nhiều ăng-ten Các hệ thốngnày gọi là các hệ thống WCDMA chia sectơ

Chuyển giao cứng: xảy ra khi hai nodeB không đồng bộ hay không ở cùngmột tần số và xảy ra gián đoạn truyền tiếng cũng như số liệu Chuyển giaocứng có trong các hệ thống thông tin di động thế hệ hai như GSM

Chuyển giao mềm và mềm hơn cần phải có ở các hệ thống thông tin diđộng WCDMA để tránh hiện tượng gần xa xảy ra khi MS tiến sâu vàovùng phủ sóng của ô lận cận mà không được nodeB của ô này điều khiểncông suất dẫn đến nó sẽ gây nhiễu cho các MS ở ô này Chuyển giao cứngthường xuyên và nhanh có thể tránh được điều này, nhưng chuyển giao nàychỉ có thể thực hiện được với một thời gian trễ nhất định, trong khoảng thờigian này có thể xảy ra hiện tượng gần xa

Chương 2 CÁC VẤN ĐỀ VỀ VÙNG PHỦ

2.1 Giới thiệu

Vấn đề về vùng phủ là vấn đề đầu tiên cần phải tính đến khi xây dựngmột mạng thông tin di động Từ việc phân tích vùng phủ có thể đưa ra cấuhình và mật độ site của nhà mạng Mật độ site trong triển khai hệ thống banđầu cần được tính toán cụ thể để có thể đáp ứng được yêu cầu thực tế trướcmắt và có dự phòng cho sự phát triển trong tương lai