Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống trải phổ trực tiếp CDMA với kỹ thuật loại bỏ can nhiễu

chương 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA Chương 2 MÔ HÌNH TRUYỀN KÊNH, CÁC LOẠI MÃ VÀ CAN NHIỄU TRONG CDMA Chương 3 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG KHỬ NHIỄU CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả được trình bày trong đề tài: “Nghiên cứutìm hiểu hệ thống trải phổ trực tiếp CDMA với kỹ thuật loại bỏ can nhiễu” làcông trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn Các

số liệu, kết quả trong “Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống trải phổ trực tiếp CDMAvới kỹ thuật loại bỏ can nhiễu” là hoàn toàn trung thực và chưa được công bốtrong bất kỳ công trình nào trước đây Các kết quả được sử dụng để thamkhảo đều đã được trính dẫn đầy đủ và theo đúng quy định

Bắc Ninh, ngày 10 tháng 05 năm 2017

Tác giả

Lê Thiên Bắc

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đồ án “Nghiên cứu tìm hiểu

hệ thống trải phổ trực tiếp CDMA với kỹ thuật loại bỏ can nhiễu” này, tác giả

đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý báu

Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướngdẫn là TS NGUYỄN THÀNH CHUYÊN giáo viên trường Đại học Bách khoa

Hà Nội và Th.s NGUYỄN VĂN LÂM giáo viên khoa Điện tử - Truyền thông.Các Thầy đã luôn ủng hộ, động viên, tận tình giúp đỡ và hỗ trợ những điềukiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đồ án

“Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống trải phổ trực tiếp CDMA với kỹ thuật loại bỏcan nhiễu”

Tác giả xin chân thành cảm ơn cơ sở đào tạo là Trường Đại học Kỹthuật – Hậu cần Công an Nhân dân đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoànthành nhiệm vụ Tác giả cũng xin cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã tạo điều kiện cho phép tác giả được tham gia nghiên cứu trong thời gianlàm ĐATN

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, anh em, bạn bè,các đồng chí, đồng nghiệp đã động viên và cổ vũ tác giả trong suốt thời giannghiên cứu

Xin trân trọng cảm ơn tất cả !

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG CDMA 3

1.1 Giới thiệu chương 1 3

1.2 Tổng quan về thông tin di động 3

1.2.1 Lịch sử phát triển 3

1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin di động tế bào 5

1.2.3 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động 7

1.2.4 Phân loại hệ thống thông tin di động 7

1.3 Các phương pháp truy nhập trong mạng thông tin di động 9

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) 9

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) 10

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) 12

1.4 Kỹ thuật trải phổ trong CDMA 13

1.4.1 Giới thiệu 13

1.4.2 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp 16

1.4.3 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số 18

1.4.4 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian 19

1.5 Kết luận chương 1 21

Chương 2 MÔ HÌNH TRUYỀN KÊNH, CÁC LOẠI MÃ VÀ CAN NHIỄU TRONG CDMA 22

2.1 Giới thiệu chương 22

2.2 Một số mô hình kênh truyền 22

2.2.1 Giới thiệu chung về kênh truyền vô tuyến 22

2.2.2 Các dạng kênh truyền 23

2.2.3 Các mô hình kênh cơ bản 27

2.3 Một số loại mã trong CDMA 29

2.3.1 Tổng quan 29

2.3.2 Xét tính chất chung của mã trải phổ 29

2.3.3 Các loại mã trải phổ 32

2.4 Can nhiễu trong CDMA 35

2.4.1 Khái niệm chung 35

2.4.2 Can nhiễu trong hệ thống CDMA 36

2.5 Kết luận chương 2 36

Chương 3 TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP TÁCH SÓNG VÀ KHỬ NHIỄU 38

3.1 Giới thiệu chương 38

3.2 Phương pháp tách sóng thông thường 38

3.2.1 Phân tích mô hình bộ thu 38

3.2.2 Hiệu xuất tách sóng 41

3.3 Tách sóng bằng phương pháp loại bỏ can nhiễu 45

3.3.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 45

3.3.2 Tách sóng loại bỏ can nhiễu 45

3.3.3 Phân tích hiệu suất bộ tách sóng loại bỏ can nhiễu 47

3.4 Kết luận chương 3 48

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 49

4.1 Giới thiệu chương 49

4.2 Giải thuật chương trình 49

4.3 Mô hình hệ thống máy thu phát trải phổ trên lý thuyết 49

4.4 Kết quả khi sử dụng mô phỏng và thảo luận 50

4.5 Nhận xét kết quả thu được, hướng tiếp tục nghiên cứu 52

4.5.1 Nhận xét kết quả thu được 52

4.5.2 Hướng tiếp tục nghiên cứu 53

4.6 Kết luận chương 4 53

KẾT LUẬN 54

1 Các kết quả nghiên cứu của đồ án tốt nghiệp 54

2 Hướng phát triển của đồ án tốt nghiệp 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt

ACL Auto - Correlation Hàm tự tương quan

AWGN Additive White Gaussian

Noise

Tạp âm Gao xơ trắng cộng tính

BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế số dịch pha nhị phânBSS Base Station Subsystem Phân hệ chuyển mạch

CCL Cross – correlation Hàm tương quan chéo

CDMA Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

CNR Carrier to Noise Ratio Tỉ số sóng mang trên tạp âm

DS Direct Sequence Trải phổ chuỗi trực tiếp

FDD Frequency Division

Duplex

Song công phân chia theo tần số

FH Frequency Hopping Trải phổ nhảy tần

FDMA Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

FSK Frequency Shift Keying Điều chế số dich tần

FFH Fast Frequency Hopping Nhảy tần nhanh

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầuGSM Global System for Mobile Hệ thống di động toàn cầu

ICI InterChip Interference Can nhiễu giữa các chip

ITM International Mobile

UHF Untral high Frequency Tần số cực cao

PG Processing Gain Độ tăng ích xử lí

PSTN Public Switched

Telephone Network

Mạng điện thoại công cộng

TDD Time Divisio Duplex Song công phân chia thời theo

gian

TH Time Hopping Trải phổ nhảy thời gian

TDMA Time Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo thời gian

VHF Very high Frequency Tần số rất cao

SSMA Spread Spectrum Multiple

Hình 1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số 10

Hình 1.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian 11

Hình 1.4 Quá trình trải phổ và nén trong kỹ thuật CDMA 12

Hình 1.5 Hệ thống thông tin trải phổ 14

Hình 1.6 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS 16

Hình 1.7 Phổ của tín hiệu trước và sau khi trải phổ 17

Hình 1.8 Dạng sóng của tín hiệu trước trải phổ và sau trải phổ 18

Hình 1.9 Phổ của tín hiệu FH – SS 18

Hình 1.10 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS 19

Hình 1.11 Truyền tín hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian 20

Hình 1.12 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu TH – SS 20

Hình 2.1 Hiện tượng truyền sóng đa đường 24

Hình 2.2 Hiệu ứng Dopple 25

Hình 2.3 Kênh truyền chọn lọc tần số 26

Hình 2.4 Kênh truyền không chọn lọc tần số 26

Hình 2.5 Xác định tương quan hai tín hiệu 30

Hình 2.6 Mô hình phát chuỗi nhị phân ngẫu nhiên 30

Hình 2.7 Đáp ứng của chuỗi ngẫu nhiên 31

Hình 2.8 Hàm tự tương quan 31

Hình 2.9 Bộ tạo dãy Gold đối với cặp ưa thích g 1 x=x 3+ x +1 và g 2 x= x 3+x 2+1 33

Hình 2.10 Tương quan chéo tuần hoàn đối với dãy Gold 34

Hình 3.1 Bộ tách sóng thông thường 38

Hình 3.2 Mô hình bộ tách sóng 2 user đồng bộ 42

Hình 3.3 Tốc độ bít lỗi của bộ lọc thích nghi single – user 44

Hình 3.4 Bộ tách sóng loại bỏ can nhiễu 46

Hình 4.1 Sơ đồ máy phát DS – SS 50

Hình 4.2 Sơ đồ khối thu DS – SS 50

Hình 4.3 Giao diện chính của chương trình 51

Hình 4.4 Giao diện chương trình 1 51

Hình 4.5 Giao diện chương trình 2 52

Hình 4.6 Đồ thị trường hợp 20 user, 100000 bit 52

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Hiện nay, CDMA là một công nghệ rất mới đang được nghiên cứumạnh mẽ trên toàn thế giới với khả năng truyền tốc độ cao, tính bền vững vớifading lựa chọn tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao vàgiảm độ phức tạp của hệ thống Tuy nhiên trong quá trình triển khai hệ thốngCDMA thường gặp các loại can nhiễu do quá trình truyền làm ảnh hưởng tớichất lượng của hệ thống Hạn chế được điều này sẽ làm cho hệ thống CDMAhoạt động được tốt hơn, tăng chất lượng dịch vụ

Xuất phát từ những suy nghĩ trên, em đã quyết định chọn đề tài:”Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống trải phổ trực tiếp CDMA với kỹ thuật loại bỏcan nhiễu”

2 Các công trình nghiên cứu có liên quan

Những ưu điểm của CDMA đã được các nhà khoa học trong cũng nhưngoài nước nghiên cứu và đã đi đến được thành công nhất định Nổi tiếngtrong số đó là công trình của MULTIUER DETECTION của tác giả Verdu đãcho chúng ta cái nhìn tổng quan nhất về CDMA nói chung và cách loại bỏ cannhiễu nói riêng

3 Mục đích nghiên cứu

Trong đề tài này đề cập một cách tổng quan công nghệ CDMA, hệthống trải phổ trực tiếp SS – CDMA Tìm hiểu các phương pháp tách sóngthông thường cũng như phương pháp tách sóng loại bỏ can nhiễu Từ đó đưa

ra được cách loại bỏ can nhiễu một cách triệt để, tăng được chất lượng của hệthống trải phổ

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu được các loại can nhiễu trong CDMA và mô phỏng chúngtrên phần mềm Matlab để đánh giá và đưa ra kết luận

5 Đối tượng nghiên cứu

- Lý thuyết về hệ thống CDMA, các loại nhiễu, các phươngpháp tách sóng trong MC – CDMA

- Phần mềm mô phỏng MATLAB

6 Phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết kết hợp với mô phỏng bằng phần mềm.

7 Phạm vi nghiên cứu

Về lý thuyết:

- Tìm hiểu khái quát về lịch sử, phân loại, các kênh truyền

- Phương pháp tách sóng thông thường

- Phương pháp tách sóng loại bỏ can nhiễu

Chương 3 Tìm hiểu phương pháp tách sóng khử nhiễu.

Chương 4 Mô phỏng, hướng phát triển của đề tài.

Chương 1 TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG

CDMA

1.1 Giới thiệu chương 1

Trước khi tìm hiểu, nghiên cứu về một vấn đề nào đó chúng ta cần phảitìm hiểu tổng quan về nó Sau đây chúng ta đi tìm hiểu về lịch sử phát triểncủa thông tin di động, các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động tếbào,

Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề quantâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băngtần càng tốt Tuy nhiên, ở hệ thống thông tin trải phổ độ rộng băng tần lạiđược mở rộng Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần đó gây lãng phí.Nhưng ở môi trường nhiều người sử dụng, họ có thể sử dụng cùng băng tầnlàm tăng hiệu quả sử dụng tần số

1.2 Tổng quan về thông tin di động

1.2.1 Lịch sử phát triển

Cuối thế kỷ XIX, các thí nghiệm của nhà bác học người Ý MarconiGuglielmo đã cho thấy là thông tin vô tuyến có thể thực hiện được giữa cácmáy thu phát ở xa nhau và di động Thông tin vô tuyến lúc đó chủ yếu dùng

mã Morse, cho đến năm 1982 hệ thống vô tuyến truyền thanh mới được thiếtlập lúc đầu là cho cảnh sát Đến năm 1933, sở cảnh sát Bayone, bang NewJesrey mới thiết lập hệ thống thoại vô tuyến di động tương đối hoàn chỉnh đầutiên trên thế giới Hồi đó các thiết bị điện thoại di động rất cồng kềnh, nặnghàng chục Kg, đầy tạp âm và rất tốn nguồn do dùng các đèn điện tử tốn côngsuất nguồn lớn Công tác trong dải thấp của băng VHF, các thiết bị này liênlạc được với khoảng cách vài chục dặm Sau đó quân đội cũng đã dùng thôngtin di động để chỉ huy và chiến đấu có hiệu quả Các dịch vụ di động trongđời sống như cảnh sát, cứu thương, cứu hỏa, hàng hải, hàng không… cũng đã

sử dụng thông tin di động để các hoạt động của mình được thuận lợi Chấtlượng thông tin di động hồi đó rất kém

Băng tần có thể sử dụng được bởi công nghệ đương thời cho thông tin

vô tuyến luôn luôn khan hiếm Các băng sóng trung và dài đã được sử dụngcho phát thanh trong các băng tần số thấp và cao (LF và HF) thì bị chiếm bởicác dịch vụ thông tin toàn cầu Công nghệ hồi đó thì chưa thích hợp để đạt

đến chất lượng liên lạc cao trên các băng sóng VHF và UHF Khái niệm về tái

sử dụng tần số đã được nhận thức xong không được áp dụng để đạt được mật

độ người sử dụng cao Do đó trong suốt nhiều năm, chất lượng của thông tin

di động kém hơn nhiều so với thông tin hữu tuyến do công nghệ không thíchhợp và các nhà tổ chức thông tin đã không sử dụng nổi độ rộng dải tần trêncác băng tần số cao

Năm 1947, Bell lab cho ra ý tưởng về mạng điện thoại di động tế bào,các máy di động lưu động tự do và chuyển vùng khi từ tế bào này sang tế bàokhác Các tế bào được tổ chức nhằm phủ kín vùng phủ sóng (là vùng địa lýđược cung cấp dịch vụ di động) và kết nối thành mạng thông qua chuyểnmạch (tổng đài điện thoại di động) được bố trí tại trung tâm vùng

Trong khi các mạng điện thoại tương tự cố định thương mại đang được

số hóa nhờ sự phát minh ra các dụng cụ điện tử kích thước nhỏ bé và tiêu thụ

ít nguồn thì tình trạng của vô tuyến di động vẫn còn biến đổi rất chậm chạp.Các hệ thống vô tuyến di động nội bộ mặt đất bắt đầu được sử dụng song mớichỉ ở mức độ phục vụ các nhóm chuyên biệt chứ chưa phải cho các cá nhântrong cộng đồng

Mặc dù Bell Laboratories đã ấp ủ ý đồ về một mạng tế bào ngay từ năm

1947, song mãi cho tới năm 1979 công ty mẹ của nó vẫn không làm gì đểkhởi đầu việc phát triển một hệ thống liên lạc vô tuyến tế bào Thời kỳ ấp ủlâu dài đó là phải chờ các phát triển cần thiết về công nghệ Chỉ tới khi cácmạch tích hợp thiết kế được một cách tùy chọn, các bộ vi xử lý, các mạchtổng hợp tần số, các chuyển mạch nhanh dung lượng lớn thì mạng vô tuyến tếbào mới được thực hiện Những năm thập kỷ 1980 đã chứng kiến sự ra đờicủa một số hệ thống vô tuyến tế bào tương tự thường được gọi là các mạng vôtuyến di động mặt đất công cộng Làm việc ở giải tần UHF, các mạng này chothấy sự thay đổi vượt bậc về độ phức tạp hệ thống thông tin liên lạc dân sự.Chúng cho phép người sử dụng có được những cuộc đàm thoại trong khi diđộng với bất kỳ đối tượng nào có nối tới các mạng điện thoại chuyển mạchcông cộng PSTN hoặc các mạng đa dịch số

Trong những năm 1990 đã có những bước tiến hơn nữa trong thông tin

di động với việc áp dụng các mạng tế bào số và các hệ thống không dây số.Ngoài các dịch vụ điện thoại truyền thống, các hệ thống vô tuyến di động sốthế hệ thứ hai sẽ cung cấp một mảng các dịch vụ mới khác như thư tiếng nói,truyền số liệu, truyền fax, truyền các tin ngắn,… Thông tin di động đã và

đang phát triển hết sức mạnh mẽ trên phạm vi toàn thế giới, càng ngày càngtiến tới chia sẻ thị trường và thay thế từng mảng các dịch vụ thông tin cố định.Ngày nay trên thế giới số thuê bao di động đã lên tới hơn một tỷ.

Từ năm 1997, Liên minh viễn thông quốc tế ITU đã xây dựng tiêuchuẩn chung cho thông tin di động thế hệ thứ ba trong dự án IMT-2000 Mụcđích của IMT-2000 là xây dựng tiêu chuẩn chung nhất cho các hệ thống thôngtin di động, phục vụ nhiều loại hình dịch vụ với tốc độ tối đa lên tới 2Mb/s

Tại Việt Nam hiện nay đã có rất nhiều công ty kinh doanh dịch vụthông tin di động bao gồm cả công nghệ GSM (như Vinaphone, mobifone,Viettel) và công nghệ CDMA (như Sphone ) với số thuê bao không ngừngtăng lên, doanh thu từ dịch vụ này ngày càng tăng Các dịch vụ cũng ngàycàng được mở rộng

1.2.2 Tổng quan về hệ thống thông tin di động tế bào

1.2.2.1 Tổng quan

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

Trong hệ thống thông tin di động tổ ong thì tần số mà các máy di động

sử dụng là không cố định, ở một kênh nào đó mà kênh đó tín hiệu đàm thoạiđược xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về vấn đề tần

số một cách tự động Vì vậy, các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còncác ô ở xa hơn một khoảng nhất định thì có thể tái sử dụng lại tần số đó Đểcho phép các máy di động có thể di trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyểngiữa các ô thì tổng đài phải điều khiển các kênh báo hiệu, hoặc các kênh lưulượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy thíchhợp một cách tự động

Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống thông tin di động tăng lên vì cáckênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một các có hiệu quả nhờviệc tái sử dụng lại tần số, vì vậy dụng lượng thuê bao được phục vụ sẽ tănglên

1.2.2.2 Mô hình hệ thống thông tin di động tế bào

Hệ thống thông tin di động tế bào gồm bốn phần chính: Phân hệ chuyểnmạch BSS, phân hệ chuyển mạch SS, trạm di động MS, và khai thác OSS

 Phân hệ hỗ trợ và khai thác OSS

Phân hệ hỗ trợ và khai thác OSS được xây dựng trên nguyên lý mạngquản lý viễn thông OSS có ba chức năng chính: chức năng khai thác và bảodưỡng, chức năng quản lý thuê bao, chức năng quản lý MS, BS, MSC đượcliên kết với nhau thông qua đường kết nối thoại và số liệu

Mỗi MS sử dụng một cặp kênh thu – phát RF, vì các kênh lưu lượngkhông cố định ở kênh RF nào mà thay đổi ở các tần số RF khác nhau phụthuộc vào sự di chuyển của các máy di động trong suốt quá trình thực hiệncuộc gọi, nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã được thiết lậpqua vùng đó Bộ điều khiển MSC là bộ phận chính của hệ thống thông tin diđộng tế bào Nó quản lý và điều khiển toàn bộ hệ thống.

1.2.3 Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di

động

Ngoài nhiệm vụ phải cung cấp các dịch vụ mạng điện thoại cố địnhthông thường, các mạng thông tin di động phải cung cấp các dịch vụ đặc thùcho mạng để đảm bảo thông tin mọi lúc mọi nơi Mạng thông tin di động phảiđảm bảo một số yêu cầu cơ bản chung sau đây:

- Sử dụng hiệu quả băng tần được cấp phát để đạt dung lượng cao

- Đảm bảo chất lượng truyền dẫn theo yêu cầu Các hệ thống thông tin

di động phải có khả năng hạn chế tối đa các ảnh hưởng bởi fading

- Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất bằng cách sử dụng SIM-CARD.SIM-CARD có kích thước như một thẻ tín dụng Thuê bao có thể cắm thẻ nàyvào máy di động của mình và chỉ có người này mới có thể sử dụng nó Cácthông tin lưu trữ ở SIM-CARD cho phép thực hiện các thủ tục an toàn thôngtin

- Giảm tối đa tỷ lệ rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùngphủ này sang vùng phủ khác

- Cho phép phát triển các dịch vụ mới, đặc biệt là các dịch vụ phi thoại

- Đảm bảo tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế

- Các thiết bị cầm tay phải gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lượng

1.2.4 Phân loại hệ thống thông tin di động

1.2.4.1 Phân chia theo đặc tính tín hiệu

- Hệ thống tương tự – Analog: Thế hệ 1, tín hiệu thoại điều tần Analog,các tín hiệu điều khiển đã số hóa toàn bộ

- Hệ thống số – Digital: Thế hệ 2 và cao hơn, tín hiệu thoại, tín hiệuđiều khiển đã số hóa toàn bộ Ngoài dịch vụ truyền tín hiệu thoại còn có khảnăng phục vụ các dịch vụ khác như truyền số liệu, truy cập mạng…

1.2.4.2 Phân chia theo cấu trúc hệ thống

- Các mạng thông tin vô tuyến dạng tế bào

Cung cấp dịch vụ trên diện rộng với khả năng lưu động chuyển vùng,toàn cầu, liên mạng

- Các mạng vô tuyến không dây

Cung cấp các dịch vụ trên diện hẹp, có giải pháp kỹ thuật đơn giản,không có khả năng chuyển vùng

- Vành đai vô tuyến địa phương

Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với chất lượng như điện thoại cốđịnh cho một vành đai quanh một trạm gốc Không có khả năng chuyển vùng.Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho các vùng mật độ dân cư thấp,mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển

1.2.4.3 Phân chia theo phương thức đa truy nhập

- Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Mỗi một thuê bao truy nhập mạng bằng một tần số Băng tần chungđược chia thành N kênh vô tuyến Mỗi một thuê bao truy nhập và liên lạc trênkênh con trong suốt thời gian liên lạc

- Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

Trong phương thức truy nhập này, các thuê bao dùng chung một tần sốnhưng luân phiên nhau về thời gian

- Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Các thuê bao dùng chung 1 tần số trong suốt thời gian liên lạc Phânbiệt nhờ sử dụng mã trải phổ khác nhau

1.2.4.4 Phân chia theo phương thức song công

- Song công phân chia theo tần số FDD

Băng tần công tác gồm 2 giải tần dành cho đường lên từ MS đến BS vàđường xuống từ BS tới MS Trong đó đường lên luôn là giải tần thấp vì MS

có công suất nhỏ hơn thường di động và có khả năng bị che khuất, khi đó vớidải tần thấp hơn thì khả năng bị che khuất giảm

- Song công phân chia theo thời gian TDD

Trong phương thức này, khung thời gian công tác được phân chia làmhai, một nửa cho đường lên và một nửa cho đường xuống.

 Dù các mạng thông tin di động dạng tế bào phân loại theo cách nàothì mục đích của các mạng thông tin đó cũng phải đáp ứng được yêu cầu cơbản sau:

- Thiết bị ngày càng rẻ

- Chất lượng dịch vụ ngày càng tốt hơn

- Giá cước mỗi cuộc gọi giảm

- Dung lượng thông tin của hệ thống cao

- Đáp ứng nhu cầu phát triển của hệ thống

Với các kỹ thuật sử dụng như: kỹ thuật điều chế, kỹ thuật đa truy nhập,

kỹ thuật mã nói tiếng nói và các thiết bị phụ trợ sử dụng trong hệ thống,…đềugây ảnh hưởng đến hiệu quả phổ của các hệ thống Trong khi đó, dải tần vôtuyến là nguồn tài nguyên có giới hạn Việc sử dụng nguồn tài nguyên đó nhưthế nào để có hiệu quả cao là việc rất quan trọng

1.3 Các phương pháp truy nhập trong mạng thông tin

di động

1.3.1 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)

Đa truy nhập theo tần số được sử dụng chủ yếu trong thông tin di độngthế hệ thứ nhất, trong đó hai dải tần số có độ rộng W được sử dụng cho đườngxuống từ trạm gốc tới máy di động và đường lên từ máy di động tới trạm gốc.Đặc điểm của loại đa truy nhập này là tốc độ truyền thấp, khó áp dụng cho cácdịch vụ phi thoại, hiệu quả sử dụng tần số thấp, có bao nhiêu kênh trong một

tế bào thì phải có bấy nhiêu máy thu và máy phát làm việc trên bấy nhiêu tần

số đặt tại BS do đó kết cấu của BS cồng kềnh Phương thức FDMA được sửdụng chủ yếu trong thông tin di động thế hệ 1

Kỹ thuật này được sử dụng phân chia tín hiệu trên miền tần số Mỗitrạm mặt đất phát một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang củacác trạm khác, và các sóng mang này chúng không chồng lấn lên nhau nhờcác băng thông phòng vệ thích hợp Phương pháp này cho phép tất cả cáctrạm mặt đất truyền dẫn liên tục không cần điều khiển định thời đồng bộ, vàthiết bị sử dụng khá đơn giản Tuy nhiên do các kênh truyền dẫn được phân

chia theo các thước đo vật lý nên phương pháp này thiếu linh động trong việcthay đổi cách phân phối kênh, và có hiện tượng nhiễu xuyên điều chế.

 Đặc điểm của hệ thống FDMA

- Mỗi MS được cấp phát kênh trong suốt thời gian thông tuyến

- Mỗi kênh FDMA chỉ mang duy nhất một mạch thoại tại một thờiđiểm

- Dung lượng kênh bị lãng phí trong thời gian rỗi

- Chi phí cho hệ thống là khá lớn

- FDMA đòi hỏi có một mạch lọc chính xác để loại bỏ can nhiễu củacác kênh lân cận

- Tái sử dụng lại tần số

Hình 1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số

 Nhiễu xuyên kênh

Mỗi kênh truyền trong thông tin di động chứa vài sóng mang có tần sốkhác nhau được truyền đến các trạm thu Các trạm thu này sẽ thực hiện giảiđiều chế các thành phần sóng mang này Quá trình giải điều chế nếu băngthông phòng vệ của các hệ thống càng lớn Tuy nhiên điều này sẽ ảnh hưởngđến sử dụng băng thông của hệ thống làm giá thành tăng Do đó vấn đề cânbằng kỹ thuật và kinh tế cần phải xét đến trong quá trình thiết kế

1.3.2 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

Đa truy nhập phân chia theo thời gian được sử dụng trong hầu hết các

hệ thống thông tin di động thế hệ 2 đã hoàn toàn số hoá Trong phương thức

đa truy nhập này mỗi người sử dụng chiếm cả dải tần W ở một khe thời gian

nhất định trong suốt thời gian liên lạc Đặc điểm của phương thức đa truynhập này là dễ mở các dịch vụ phi thoại, thiết bị trạm gốc khá đơn giản do chỉcần một cặp máy thu phát làm việc trên một cặp tần số ứng với đường lên vàđường xuống cho nhiều người sử dụng (8 người sử dụng đối với GSM), hiệuquả sử dụng tần số cao hơn so với kiểu đa truy nhập theo tần số Tuy nhiênphương thức này yêu cầu rất cao về đồng bộ và đòi hỏi có các mạch san bằngkhá phức tạp để hạn chế ISI sinh ra trong quá trình truyền tin.

Đây là kỹ thuật sử dụng việc phân chia thời gian Hệ thống TDMAđịnh ra một khung thời gian gọi là khung TDMA, khung này được phân chia

ra thành nhiều khoảng chia và mỗi khoảng chia được phân chia cho từngtrạm Trong một khe thời gian chỉ cho phép truyền hoặc nhận Khoảng thờigian không sử dụng giữa các khe lân cận là thời gian bảo vệ để giảm nhiễu.TDMA cho phép giữ nguyên đặc tính của hệ thống (công suất phát cho mỗikênh, tỷ số S/N), nhưng lại khó khăn về đồng bộ hoá tín hiệu thu

Hình 1.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian

TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA bởi vì tiếng nói phải được

số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho mộtkhe thời gian trống và khi đó mới phát đi Do đó việc truyền dẫn tín hiệu làkhông liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá

Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nênthiết bị TDMA được sử dụng có kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệuthu nhằm duy trì chất lượng tín hiệu

Trong hệ thống thông tin TDMA thì một sóng mang được sử dụng chonhiều người và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ đểdành cho nhiều người sử dụng do đó không có sự chồng chéo nhau Thông tin

sẽ được truyền dẫn dưới dạng cụm trong các khe thời gian

 Đặc điểm của TDMA

- Chia sẻ một tần số sóng mang với nhiều thuê bao

- Việc truyền data cho các thuê bao trong hệ thống TDMA không liêntục mà xuất hiện từng cụm

- TDMA dùng các khe thời gian khác nhau cho truyền và nhận vì thếkhông cần đến các bộ song công

- Đồng bộ đầu vào được yêu cầu ở hệ thống CDMA

- Trong một khung TDMA đầu chứa thông tin đồng bộ và địa chỉ củathuê bao, trạm gốc dùng để nhận ra chúng Thời gian bảo vệ dùng để đồng bộcho các bộ thu giữa hai khe thời gian và khung khác nhau

1.3.3 Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Đa truy nhập theo mã là một dạng của đa truy nhập trải phổ SSMA,trong đó mỗi người sử dụng dùng toàn bộ phổ tần như với TDMA và trongtoàn bộ thời gian của cuộc gọi như đối với FDMA Các kênh được phân biệtvới nhau nhờ việc sử dụng các mã giả tạp âm PN khác nhau nhờ đó hầu nhưkhông gây nhiễu lẫn nhau

Nguyên lý của kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã:

Hình 1.4 Quá trình trải phổ và nén trong kỹ thuật CDMA

Trong hệ thống CDMA, mỗi người dùng được gán cho một chuỗi mãxác định và tất cả các người dùng có thể sử dụng chung khoảng băng tầntrong cùng một khoảng thời gian Do CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ, do

đó ở mỗi trạm phát sẽ sử dụng một chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên tác động vàotín hiệu tin tức Khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều trạm phát khác nhau,

nó sẽ lấy tín hiệu mong muốn bằng cách giải mã tín hiệu bằng chuỗi mã riêngcủa chính tín hiệu đó như Hình 1.4 Ta có được kết quả này là do tính tựtương quan và tương quan chéo của các chuỗi mã trải phổ

Trong Hình 1.4, máy thu mong muốn nhận được tín hiệu tin tức từngười dùng A nên đã sử dụng chuỗi mã dành riêng cho A để giải mã Khi đó,các tín hiệu nhận được từ các người dùng không mong muốn (B, C) trở thànhnhiễu đối với tín hiệu từ A (do tính tương quan chéo thấp) và từ đó ta có thểthu được tín hiệu từ A một cách dễ dàng

Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA hoạt động theo nguyên lý trảiphổ Nó không tìm cách phân bố các tiềm năng tần số và thời gian rời rạc chomỗi thuê bao Ngược lại, giải pháp này cung cấp tất cả các tiềm năng đồngthời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao ở mứctối thiểu đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu trên tạp âm theo mức chất lượng yêucầu Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộdải tần phân bố Theo cách như vậy mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tácđộng tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất có thể Can nhiễu

bổ xung này làm hạn chế dung lượng, nhưng vì phân bố tiềm năng thời gian

và dải thông không bị hạn chế cho nên dung lượng cũng lớn hơn đáng kể sovới các hệ thống TDMA và FDMA

1.4 Kỹ thuật trải phổ trong CDMA

1.4.1 Giới thiệu

Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ năm 1950 và được áp dụngtrong thông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của côngnghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã đượcthương mại hoá từ phương pháp thu GPS Phương pháp này cũng được đềxuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ vào những năm 1990

Kỹ thuật trải phổ ra đời từ nhu cầu bảo mật thông tin trong quân sự.Mục đích của kỹ thuật trải phổ là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp

âm đối với các máy thu không mong muốn, làm cho các máy thu này khókhăn trong việc tách và lấy ra được bản tin Để biến đổi bản tin thành tín hiệutựa tạp âm, ta sử dụng mã ngẫu nhiên để mã hoá bản tin Tuy nhiên, máy thuchủ định phải biết mã này để có thể tạo ra bản sao mã này một cách chínhxác, đồng bộ với mã được phát và lấy ra bản tin Vì vậy ta phải sử dụng mã

“giả” ngẫu nhiên Mã này phải được thiết kế để có độ rộng băng tần lớn hơnnhiều so với độ rộng băng tần của bản tin Bản tin được mã hóa sao cho tínhiệu sau khi mã hoá có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giảngẫu nhiên Quá trình này được gọi là “quá trình trải phổ”

Tại đầu phát, tín hiệu mang thông tin được trải phổ bằng cách nhân với

mã giả ngẫu nhiên PN và cho qua bộ lọc có băng thông bằng độ rộng kênh

Mã giả ngẫu nhiên bao gồm các chuỗi bít được tạo ra từ biến số ngẫu nhiênduy nhất là điểm khởi đầu của chuỗi Nó có tốc độ lớn hơn rất nhiều so vớitốc độ tin Tập hợp các mã cần dùng phải có các thuộc tính tương quan sauđây:

- Mỗi mã phải có thể phân biệt được một cách dễ dàng với một bản saocủa chính nó bị dịch chuyển theo thời gian

- Mỗi mã phải có thể phân biệt được một cách dễ dàng bất chấp các mãkhác được sử dụng trên mạng

- Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phụclại tín hiệu gốc nhờ việc giải trải phổ các tín hiệu đồng bộ thu được

G s=B s

B i (1.1)

Hình 1.5 Hệ thống thông tin trải phổ

Hình 1.5 minh họa một hệ thống thông tin trải phổ, trong đó i(t) là tínhiệu tin tức có tốc độ dữ liệu là R i và băng thông B i, c (t ) là chuỗi trải phổ cótốc độ ký hiệu là R c, còn gọi là tốc độ chip Tỷ số băng thông B i của tín hiệutrải phổ so với băng thông tin tức B i được định nghĩa là độ lợi xử lý

CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy cập khác:

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Bảo mật cao

- Giảm fading đường truyền

- Bảo đảm truyền dẫn chất lượng cao và cho phép chuyển vùng mềmgiữa các trạm gốc

Đa truy nhập theo mã là một dạng của đa truy nhập trải phổ SSMA,trong đó mỗi người sử dụng dùng toàn bộ phổ tần như với TDMA và trongtoàn bộ thời gian của cuộc gọi như đối với FDMA Các kênh được phân biệtvới nhau nhờ việc sử dụng các mã giả tạp âm PN khác nhau nhờ đó hầu nhưkhông gây nhiễu lẫn nhau

Một hệ thống thông tin được xem là trải phổ khi thỏa 2 điều kiện:

+ Băng thông tín hiệu đã trải phổ lớn hơn rất nhiều so với băng thôngtín hiệu thông tin

+ Mã dùng để trải phổ độc lập với tín hiệu thông tin

 Ưu điểm của kỹ thuật thông tin trải phổ

- Khả năng đa truy cập

Cho phép nhiều user cùng hoạt động trên một dải tần, trong cùng mộtkhoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu Đó là domỗi user đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tínhiệu từ nhiều user, nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muốn

- Tính bảo mật thông tin cao

Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễunền Do đó, các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại củatin tức đang được truyền đi trên nền nhiễu Chỉ máy thu biết được chính xácquy luật của chuỗi giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhậnđược tin tức.

- Bảo vệ chống nhiễu đa đường

Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ… của tínhiệu trên kênh truyền vô tuyến Các tín hiệu được truyền theo các đường khácnhau này đều là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ

và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu

đã bị sai lệch, không giống tín hiệu phát đi Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thểtránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tươngquan của nó

1.4.2 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực

tiếp

Tín hiệu truyền đi được biểu diễn dưới dạng lưỡng cực, sau đó nhântrực tiếp với chuỗi giả ngẫu nhiên Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân vớichuỗi trải phổ lần nữa để tạo lại tín hiệu tin tức

Tín hiệu cần truyền đi là d (t ), có dạng NRZ với d (t )=± 1, tốc độ bit fb.Thực hiện nhân d (t ) với chuỗi giả ngẫu nhiên c (t ) có tốc độ bit fc với fc≫fb

Hình 1.6 Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS

d (t ) c (t )={ c (t ) , d (t )=+1

c (t) d (t )=−1 (1.2)Như vậy, vì tốc độ bit f c của chuỗi giả ngẫu nhiên lớn hơn nhiều so vớitốc độ bit f bcủa chuỗi tín hiệu truyền đi, nên tín hiệu d (t ) sẽ bị chia nhỏ vớitần số rất cao Tần số này được gọi là tốc độ chip Sau đó, chuỗi tích số

d (t ) c (t) được điều chế BPSK hoặc QPSK Giả sử ta dùng điều chế BPSK, tínhiệu sau điều chế có biểu thức:

V DS−SS(t)=√2 P s d (t) c (t ) cos w0t (1.3)Trong đó:

P s là công suất phát [W]

w0 là tần số sóng mang [rad/s]

Nếu so sánh công thức (1.3) với biểu thức BPSK:

V BPSK(t )=√2 P s d (t ) cos w0t (1.4)Với cùng công suất phát P s, chuỗi số d (t ) c (t) có tốc độ chip f c chiếmdải phổ tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu V BPSKcó tốc độ bit f b Vì vậy, mật

độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ trải phổ V DS−SS thấp hơn nhiều so vớimật độ phổ công suất của tín hiệu không trải phổ V BPSK

Nếu f c đủ lớn, mật độ phổ này sẽ rất thấp và xen lẫn với mức nhiễu nềnkhiến cho các máy thu thông thường rất khó khăn trong việc tách và lấy ra tínhiệu tin tức

Hình 1.7 Phổ của tín hiệu trước và sau khi trải phổ

Tại máy thu, tín hiệu V DS−SS được nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên c r(t)

được tái tạo ở máy thu, giải điều chế V BPSK để thu lại tín hiệu tin tức ban đầu

Hệ thống DS/SS được trải phổ bằng cách cộng module 2 dữ liệu gốcvới mã giả ngẫu nhiên Tín hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một sóng mang theoBPSK, QPSK… Máy thu dùng mã giả ngẫu nhiên được tạo ra giống như bênphát cộng module 2 với tín hiệu thu được, thực hiện giải trải phổ để lấy tínhiệu mong muốn

Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tintrải phổ Là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợptần số cao

Hình 1.8 Dạng sóng của tín hiệu trước trải phổ và sau trải phổ 1.4.3 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần

số được chọn theo mã trong một tập hợp các tần số Độ rộng toàn bộ băng tầnđược chia nhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau Chuỗi mã PN sẽ xácđịnh khe tần số nào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhấtđịnh

Hình 1.9 Phổ của tín hiệu FH – SS

Kỹ thuật FH – SS phát triển dựa trên điều chế BFSK Trong đó, tần sốsóng mang được thay đổi liên tục theo một quy luật giả ngẫu nhiên (dựa trên

chuỗi mã ngẫu nhiên sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu FH – SS đượctrải rộng trên trục tần số.

Thật vậy, ứng với một tần số sóng mang, dải tần số của tín hiệu BFSK

là B, vậy với tín hiệu FH – SS dùng L (L=2N

−1, với N là chiều dài chuỗi mã)trạng thái nhảy tần, phổ tần của tín hiệu FH – SS sẽ trải rộng đến B FH=B × L

như Hình 1.10

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 racác tần số khác nhau

Tín hiệu FH – SS được tạo mạch tổng hợp tần số điều khiển bởi N +1

bit, trong đó bao gồm N bit của từ mã giả ngẫu nhiên và 1 bit số d (t ) của tínhiệu thông tin cần truyền

Hình 1.10 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu FH – SS

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 thíchhợp Như vậy, sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại

bỏ tại nơi thu

1.4.4 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời

gian

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 giảngẫu nhiên theo mã và đạt được 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình

Sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyềndẫn biến đổi theo mỗi thời gian 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

TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thốngghép kênh theo thời gian Vì mục đích này mà sự chính xác thời gian đượcyêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát

Hình 1.11 là sơ đồ khối của hệ thống TH/SS Ta thấy rằng bộ điều chếrất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã đều cóthể được sử dụng đối với bộ điều chế TH/SS

Hình 1.11 Truyền tín hiệu theo kỹ thuật trải phổ theo thời gian

Trục thời gian được chia thành các khung Mỗi khung lại được chiathành k khe thời gian Trong một khung, tùy theo mã của từng user mà nó sẽ

sử dụng một trong kkhe thời gian của khung

Hình 1.12 Sơ đồ khối tạo và khối thu tín hiệu TH – SS

Tín hiệu được truyền trong mỗi khe có tốc độ gấp k lần so với tín hiệutruyền trong toàn bộ khung nhưng tần số cần thiết để truyền tăng gấp klần

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

sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừgiao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

1.5 Kết luận chương 1

Tóm lại, một hệ thống thông tin được coi là trải phổ nếu:

- Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộngbăng tần tối thiểu cần thiết

- Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu kỹ thuật trải phổ:

- Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp

- Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số

- Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian

Chương 2

MÔ HÌNH TRUYỀN KÊNH, CÁC LOẠI MÃ VÀ CAN NHIỄU

TRONG CDMA

2.1 Giới thiệu chương

Kênh truyền vô tuyến di động giữ vai trò quan trọng ảnh hưởng đếnchất lượng các hệ thống thông tin vô tuyến Không như các kênh truyền hữutuyến, kênh truyền vô tuyến không ổn định và thường tuân theo các quy luậtngẫu nhiên, do đó rất khó để có thể dự đoán hay phân tích một cách chínhxác Kinh nghiệm cho thấy rằng, mô hình hóa kênh truyền vô tuyến là mộttrong những công việc quan trọng nhất và khó nhất trong thiết kế hệ thống

Mã trải phổ là một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên Tín hiệu ngẫu nhiên

là tín hiệu mà ta không thể dự đoán trước sự thay đổi của nó theo thời gian và

để biểu diễn tín hiệu người ta dựa vào lý thuyết xác suất thống kê Có nghĩa,với thuê bao này nó không ngẫu nhiên, là tín hiệu có thể dự đoán trước cảphía phát và phía thu nhưng với các thuê bao khác nó là ngẫu nhiên

Can nhiễu làm giảm hiệu suất tách sóng trong hệ thống trải phổ vì vậychúng ta phải tìm hiểu về nó để đưa ra cách khắc phục

2.2 Một số mô hình kênh truyền

2.2.1 Giới thiệu chung về kênh truyền vô tuyến

Hầu hết các hệ thống vô tuyến tế bào vận hành ở vùng thành thị nênkhông có đường truyền trực tiếp giữa máy phát và máy thu, mà ở đây sự hiệndiện của các cấu trúc cao tầng đã sinh ra hiện tượng mất mát do nhiễu xa Bởi

do các sóng phản xạ từ nhiều đối tượng khác nhau, sóng đi theo các đường có

độ dài khác nhau nên sự tác động của các sóng này tại một vị trí nào đó sẽ gây

hiệu thu tại một khoảng cách nào đó so với máy phát, người ta dùng các môhình truyền dẫn.

Bởi vì không có đường truyền tín hiệu trực tiếp, tín hiệu phát có thể đibằng nhiều đường với độ trễ thời gian, độ dịch pha, suy giảm biên độ và gócpha khác nhau đến máy thu So với tín hiệu trên đường truyền tự do, tín hiệu

đa đường bị thay đổi rất lớn

Hiện tượng fading trong một hệ thống thông tin có thể được phân thànhhai loại:

- Fading tầm rộng

Fading tầm rộng diễn tả sự suy yếu của trung bình công suất tín hiệuhoặc độ suy hao kênh truyền là do sự di chuyển trong một vùng rộng Hiệntượng này chịu ảnh hưởng bởi sự cao lên của địa hình (đồi núi, rừng, các khunhà cao tầng, ) giữa máy phát và máy thu Người ta nói phía thu được bị chekhuất bởi các vật cản cao Các thống kê về hiện tượng fading tầm rộng chophép ta ước lượng độ suy hao kênh truyền theo hàm của khoảng cách

- Fading tầm hẹp

Fading tầm hẹp diễn tả sự thay đổi đáng kể ở biên độ và pha tín hiệu.Điều này xảy ra là do sự thay đổi nhỏ trong vị trí không gian (nhỏ khoảng nửabước sóng) giữa phía phát và phía thu Fading tầm hẹp có hai nguyên lý là sựtrải thời gian của tín hiệu và đặc tính thay đổi theo thời gian của kênh truyền.Đối với các ứng dụng di động, kênh truyền là biến đổi theo thời gian vì sự dichuyển của phía phát và phía thu dẫn đến sự thay đổi đường truyền sóng

Có ba cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền của tín hiệu trong hệthống di động:

- Phản xạ xảy ra khí sóng điện từ va chạm vào một mặt bằng phẳng vớikích thước rất lớn so với bước sóng tín hiệu RF

- Nhiễu xạ khi đường truyền sóng giữa phía phát và thu bị cản trở bởimột nhóm vật cản có mật độ cao và kích thước lớn so với bước sóng Nhiễu

xạ là hiện tượng giải thích cho nguyên nhân năng lượng RF được truyền từphía phát đến phía thu mà không cần đường truyền thẳng Nó thường đượcgọi là hiệu ứng chắn vì trường tán xạ có thể đến được bộ thu ngay cả khi bịchắn bởi vật cản không thể truyền xuyên qua

- Tán xạ khi sóng điện từ va chạm vào một mặt phẳng lớn, gồ ghề làmcho năng lượng bị tán xạ hoặc là phản xạ ra tất cả các hướng Trong môitrường thành phố, các vật thể thường gây ra tán xạ là cột đèn, cột báo hiệu,tán lá.

2.2.2 Các dạng kênh truyền

2.2.2.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền

 Hiện tượng đa đường

Trong một hệ thống thông tin vô tuyến, các sóng bức xạ điện từ thườngkhông bao giờ được truyền trực tiếp đến anten thu Điều này xẩy ra là do giữanơi phát và nơi thu luôn tồn tại các vật thể cản trở sự truyền sóng trực tiếp Dovậy, sóng nhận được chính là sự chồng chập của các sóng đến từ hướng khácnhau bởi sự phản xạ, khúc xạ, tán xạ từ các toà nhà, cây cối và các vật thểkhác Hiện tượng này được gọi là sự truyền sóng đa đường Do hiện tượng đađường, tín hiệu thu được là tổng của các bản sao tín hiệu phát Các bản saonày bị suy hao, trễ, dịch pha… Tuỳ thuộc vào pha của từng thành phần màtín hiệu chồng chập có thể được khôi phục lại hoặc bị hư hỏng hoàn toàn

Hình 2.1 Hiện tượng truyền sóng đa đường

Ngoài ra khi truyền tín hiệu số, đáp ứng xung có thể bị méo khi quakênh truyền đa đường và nơi thu nhận được các đáp ứng xung độc lập khácnhau Hiện tượng này gọi là sự phân tán đáp ứng xung Hiện tượng méo gây