MÔ HÌNH lớp vật lý CDMA2000 KÊNH XUỐNG KHOÁ LUẬN tốt NGHIỆP đại học CHÍNH QUY

IP Internet Protocol Giao thức internet IS-95 North American Version Một phiên bản CDMA Bắc Mĩ ISDN Intergrated Service Digital Mạng số liệu đa dịch vụ Network ITU International Liên đo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

Tóm tắt nội dung iv

Mở đầu 2

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 (3G)3 1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và một số yêu cầu đối với hệ thống 3G 3

1.1.1 Lịch sử phát triển 3

1.1.2 Những yêu cầu đối với hệ thống 3G 4

1.2 CDMA IS-95 (CDMA One) nâng cấp lên 3G 8

1.2.1 CDMA IS-95B 9

1.2.2 CDMA2000 1X EV-DO,EV-DV 10

1.3 Giới thiệu CDMA2000 11

1.3.1 Cấu trúc mạng 11

1.3.2 Chức năng các phần tử trong mạng: 12

1.3.3 Thủ tục truyền dữ liệu gói trong mạng CDMA2000 15

1.4 Các kĩ thuật sử dụng trong hệ thống 3G 16

1.4.1 Giới thiệu về CDMA 16

1.4.2 DS- CDMA 17

1.4.3 MC –CDMA 18

CHƯƠNG II : MÔ HÌNH LỚP VẬT LÝ CDMA2000- KÊNH XUỐNG 23

2.1 Quá trình mã hoá và điều chế cho kênh lưu lượng 23

2.1.1 Mã hoá CRC 23

2.1.2 Mã xoắn 23

2.1.3 Lặp kí hiệu mã 25

2.1.5 Đan xen khối trong CDMA2000: 26

2.2 Kĩ thuật điều chế và trải phổ 27

2.2.1 Kĩ thuật điều chế 27

2.2.2 Kĩ thuật trải phổ trực tiếp sử dụng phương pháp điều chế QPSK 29

2.3 Mã giả tạp âm và mã Walsh 32

2.3.1 Tìm hiểu dãy mã PN: 32

2.2.3 Mã Walsh 33

2.4 Các kênh trong CDMA2000 33

2.4.1 Lớp vật lý 33

2.4.2 Quy ước đặt tên kênh 36

2.4.3 Các kênh vật lý liên kết đường xuống 37

2.5 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐƯỜNG XUỐNG 48

2.5.1 Truyền dẫn đơn và đa sóng mang 48

2.5.2 Phân tập phát 49

2.5.3 Điều chế trực giao 50

2.5.4 Điều khiển công suất 50

2.5.5 Điều chế và trải phổ 51

2.5.6 Các đặc tính quan trọng của đường xuống 51

CHƯƠNG III SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CDMA2000-1xRTT VÀ KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM 53

3.1 Khối phát chuỗi dữ liệu 53

3.2 Khối mã hoá 53

3.2.1 Khối Chèn mã vòng CRC 54

3.2.2 Khối chèn bit đuôi 54

3.2.3 Khối mã xoắn 55

3.2.4 Khối lặp 55

3.2.6 Khối ghép xen 56

3.3 Khối phát 57

3.3.1 Khối xáo trộn mã dài và ghép bit điều khiển công suất 57

3.3.2 Khối trải phổ 58

3.4 Khối kênh truyền 59

3.4.1 Khối đa đường Fading 59

3.4.2 Khối Cộng tạp âm trắng 60

3.5 Khối thu 61

3.5.1 Khối lọc 61

3.5.2 Bộ thu Rake: 62

3.5.3 Khối ánh xạ tín hiệu 62

3.5.4 Khối giải xáo trộn và tách bit điều khiển công suất 63

3.6 Khối giải mã 63

3.6.2 Khối giải đục lỗ 64

3.6.3 Khối giải lặp 64

3.6.5 Khối tách bit chèn đuôi 65

3.6.6 Khối tách bit mã CRC 65

3.7 Các khối khác 65

3.7.1 Khối tính toán chỉ thị lỗi 65

3.7.2 Khối quyết định cứng 66

Danh mục từ viết tắt

1G First Generation Hệ thống thông tin di động thế thế hệ 1

1X-EV-DO CDMA 2000 1x Evolution Hệ thống CDMA 2000 1x chỉ nâng cấp

1X-EV-DV CDMA 2000 1x Data and Hệ thống CDMA2000 2G Second Generation Hệ thống thông tin di động thế thế hệ 2 3G Third Generation Hệ thống thông tin di động thế thế hệ 3

AMC Adaptive Modulation Coding Mã hoá và điều chế thích nghi

AMPS Advanced Mobile Phone Dịch vụ điện thoại di động tiên

AAA Authorisation, Authentication Nhận thực, trao quyền và

and Accounting thanh toán ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

Association

ATDPICH Auxiliary Transmision Diversity Kênh hoa tiêu phân tập phát

B-ISDN Broacast ISDN ISDN băng rộng

BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha nhị phân

BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm vô tuyến gốc

CDMA Code Division Multi Accsess Đa truy Cập theo Mã

CPCH Common Pilot Channel Kênh hoa tiêu chung

CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư thừa

DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình động

DPDCH Dedicated Phisycal Data Channel Kênh vật lý dữ liệu dành

DPLICF Phisical Layer Dependent Chức năng hội tụ phụ

Convergence Function Thuộc lớp vật lý

DS-CDMA Direct Sequence Spread CDMA chuỗi trực tiếp DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

F-BCH Forward Broacast Channel Kênh quảng bá

F-CACH Common Assignment Channel Kênh ấn định chung

F-CCCH Common Control Channel Kênh điều khiển chung

F-CPCCH Common Power Control Channel Kênh điều khiển công suất

F-DAPICH Dedicated Auxixiliary Pilot Kênh hoa tiêu phụ dành

F-DCCH Dedicated Control Channel Kênh điều khiển dành riêng

FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multi Access Đa truy cập theo tần số

FER Frame Error Rate Tỉ lệ lỗi khung

F-FCH Forward Fundamental Channel Kênh cơ bản đường xuống

FH-CDMA Frequency Hopping CDMA CDMA trải phổ nhảy tần

F-PCH Forward Paging Channel Kênh nhắn tin đường xuống

F-PICH Forward Pilot Channel Kênh hoa tiêu đường xuống

F-QPCH Forward Quick Paging Channel Kênh nhắn tin nhanh đường

F-SCH Forward Supplemental Channel Kênh bổ xung đường xuống

F-SYNC Forward Sync Channel Kênh đồng bộ đường xuống

F-TDPICH Transmision Diversity Pilot Kênh hoa tiêu phân tập phát

Channel GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HA Home Agent Trạm chủ thường trú

IMT-2000 International Mobile Tiêu chuẩn viễn thông di động quốc tế

IP Internet Protocol Giao thức internet

IS-95 North American Version Một phiên bản CDMA Bắc Mĩ

ISDN Intergrated Service Digital Mạng số liệu đa dịch vụ

Network

ITU International Liên đoàn viễn thông Quốc tế

LAC Location Area Code Mã định vị

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung gian

MC Multi Carrier Đa sóng mang

MC-CDMA Multi Carrier CDMA CDMA đa sóng mang

MC-SS Multi Carrier Spread Spectrum Trải phổ đa sóng mang

MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động MUD Multi-User Detection Phát hiện nhiều người sử dụng

Multiplexing số trực giao NMT Nordic Mobile Telephone Hệ thống điện thoại di động Bắc Âu NTT Nippon Telegraph and Hệ thống do NTT phát triển

of the CDMA standard OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia tần

OTD Orthogonal Transmit Diversity Phân tập phát trực giao

PCS Personal Communications Hệ thống thông tin cá nhân

PDC Pacific Digital Communication Hệ thống thông tin di động của NhậtPDSN Packet Data Serving Node Nút dịch vụ dữ liệu gói

PCH Pilot Channel Kênh hoa tiêu

PLDCF Physical Layer Independent Chức năng hội tụ phụ thuộc lớp PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm đến điểm

PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quanlity of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khoá dịch pha cầu phương

RBP Radio Burst Protocol Giao thức cụm vô tuyến

RC Radio Configuration Cấu hình vô tuyến

RLAC Radio Link Access Control Điều khiển truy nhập liên kết

RLP Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến

SMS Short Message Service Dịch vụ bản tin ngắn

SR Spread Rate Tốc độ trải phổ

SRBP ` Signalling Radio Burst Protocol Giao thức cụm vô tuyến báo

SRLP Signalling Radio Link Protocol Giao thức liên kết vô tuyến báo hiệu TACS Total Access Communication Hệ thống thông tin truy nhập

TCP Transmision Control Protocol Thủ tục điều khiển truyền

TDD Time Division Duplex Song công phân chia theo thời gian

TDMA Time Division Multi Access Đa truy nhập theo thời gian

TH-CDMA Time Hopping CDMA CDMA nhảy thời gian

TIA Telecommunications Industry Hiệp hội viễn thông công nghiệp

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người sử dụng

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

VLR Visitor Location Resister Thanh ghi định vị tạm trú

Tóm tắt nội dung

Nội dung của khoá luận này nghiên cứu và tìm hiểu về mô hình lớp vật lý của hệ thống thông tin di động CDMA2000- Kênh xuống, và thực hiện mô phỏng kết quả thu được trên phần mềm Matlab

Trong phần cơ sở lý thuyết giới thiệu chung về công nghệ CDMA và quá trình nâng cấp từ CDMA One lên CDMA 2000, mô hình của hệ thống thông tin di động CDMA2000 Cơ sở lý thuyết của lớp vật lý với các quá trình tổ chức các bit thành khung

và biến đổi thành sóng để truyền, với các thông số của lý thuyết

Trong phần thực nghiệm mô phỏng, khoá luận tìm hiểu nghiên cứu về sơ đồ mô phỏng của hệ thống CDMA2000 với các thông số của sơ đồ mô phỏng đã cho (mã kênh, mã CRC, ghép xen… ) và đưa ra một số kết quả thu được về tốc độ kênh cơ bản đường xuống, nhằm đánh giá đường truyền của CDMA2000

Mở đầu

Từ khi ra đời đến nay, mạng thông tin di động CDMA đã góp phần đáng kể trong việc thúc đẩy sự phát triển của thị trường thông tin di động trên thế giới Tuy nhiên sau hơn 10 năm phát triển mạng thông tin di động thế hệ 2 này bắt đầu bộc lộ những hạn chế của nó

so với nhu cầu về dịch vụ tốc độ cao và băng thông rộng đang ngày một tăng

Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho IMT-2000 cho thông tin di động thế hệ 3 IMT-2000 được chia thành các nhóm trên cơ sở TDMA và CDMA

Và CDMA2000 là một bộ phận của CDMA2000 trải phổ trực tiếp và CDMA đa sóng mang

CDMA 2000 1x RTT là một trong những hướng đi quan trọng nhưng nó cũng mang đầy đủ các đặc tính của công nghệ 3G và khắc phục những nhược điểm của công nghệ 2G Mạng CDMA 2000 1x RTT sẽ có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn và có khả năng đáp ứng những dịch vụ thông tin tiên tiến

CDMA là công nghệ mới và những kiến thức về nó là khá lớn đòi hỏi phải có nhiều thời gian để nghiên cứu tìm hiểu Trong khoá luận này chỉ đề cập đến mô hình lớp vật lý của CDMA2000-kênh xuống thông qua phần mềm mô phỏng trên matlab với các thông

số đã cho nhằm đánh giá về kênh truyền xuống

Khoá luận này gồm 3 chương: Chương 1 nêu lên khái niệm chung về công nghệ 3G Chương 2 nêu lên mô hình lớp vật lý của CDMA2000 về mặt lý thuyết và Chương 3 thực hiện mô phỏng trên sơ đồ Cuối cùng là kết luận

Do hạn chế về mặt thời gian và tài liệu tham khảo, cũng như mô phỏng hệ thống khoá luận này chỉ đề cập tới một khía cạnh trong mạng CDMA2000 đó là mô hình lớp vật lý kênh xuống và một số kết quả mô phỏng trên sơ đồ Những thiếu sót và hạn chế là không thể tránh khỏi Mong nhận được những ý kiến đóng góp để bản khoá luận này được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ 3 (3G)

1.1 Lịch sử phát triển của thông tin di động và một số yêu cầu đối với hệ thống 3G

1.1.1 Lịch sử phát triển

Như chúng ta đã biết, tính đến nay, thông tin di động đã phát triển qua các thế hệ khác nhau Thế hệ thứ nhất –1G là hệ thống thông tin tương tự hoặc bán tương tự Hệ thống này được xây dựng vào những năm 80 của thế kỉ trước, ví dụ như NMT và AMPS Những

hệ thống thông tin di động 1G cung cấp chủ yếu là thoại cũng như các dịch vụ liên quan đến thoại Các hệ thống thông tin thế hệ thứ nhất phát triển trong phạm vi quốc gia, những yêu cầu kĩ thuật của hệ thống này chủ yếu được xây dựng trên cơ sở thoả thuận các nhà điều hành viễn thông của chính phủ với các công ty cung cấp dịch vụ viễn thông mà không có chuẩn phổ biến rộng rãi Do vậy, các hệ thống thông tin di động 1G không có khả năng tương thích lẫn nhau

Do yêu cầu thông tin di động ngày càng tăng, đặc biệt là nhu cầu cần xây dựng một hệ thống thông tin di động toàn cầu Các tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế bắt đầu xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2- 2G Mục tiêu của hệ thống 2G là khả năng tương thích và đồng nhất trong môi trường quốc tế Hệ thống phải có khả năng phục vụ trong một khu vực (ví dụ như Châu Âu) mọi người sử dụng phải có khả năng truy nhập hệ thống tại bất kì nơi nào trong khu vực đó Theo quan điểm người sử dụng hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống này còn có khả năng cung cấp một số dịch vụ truyền dữ liệu và các dịch vụ bổ xung khác Do các tiêu chuẩn này chỉ thực hiện trong khu vực, nên khái niệm thông tin di động toàn cầu không thực hiện được và trên thị trường tồn tại một số hệ thống 2G, tiêu biểu như hệ thống: GSM, IS-95 và PDC Trong số đó hệ thống GSM là sử dụng phổ biến rộng rãi nhất

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3-3G ra đời với mục tiêu là hình thành một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn thế giới Khác với các dịch vụ được cung cấp bởi các những hệ thống thông tin di động hiện nay chủ yếu là thoại Hệ thống 3G nhằm

vào các dịch vụ băng rộng như truy nhập Internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lượng cao tương đương mạng hữu tuyến Có thể nói rằng, khái niệm IMT-2000 được ITU đưa ra theo mô hình từ trên xuống Trước tiên, các yêu cầu về dịch vụ và chất lượng được đưa ra, sau đó các tổ chức chuẩn hoá và các nhà công nghiệp, khai thác sẽ tiến tới thiết kế mạng đáp ứng các nhu cầu này

GSM PDC

D-AMPS

TDMA CDMA

Hình 1: Sơ đồ sự phát triển các hệ thống thông tin di động

1.1.2 Những yêu cầu đối với hệ thống 3G

Hệ thống tổ ong thế hệ thứ ba ra đời là bước phát triển hoàn thiện của thông tin di động có thể đáp ứng nhu cầu hiện nay của khách hàng Hệ thống này phải có nhiều loại hình dịch vụ như các dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao, video và truyền thanh hệ thống thông tin 3G phải đáp ứng những tiêu chuẩn sau do một số tổ chức đứng ra tiêu chuẩn Đây là một số tiêu chuẩn do IMT2000 và ITU đề ra:

• Tốc độ truyền dữ liệu tốc độ cao 144kbps hoặc 384kbps cho vùng phủ rộng ngoài trời và 2Mbps cho vùng phủ hẹp trong nhà

• Chất lượng thoại tương đương với mạng hữu tuyến

• Hỗ trợ cả dịch vụ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, truyền dữ liệu không đối xứng

hệ thống mặt đất và vệ tinh các truy nhập cố định và di động cho mạng công cộng và cá nhân

1.1.2.1 Tiêu chuẩn CDMA2000

Các hệ thống vô tuyến di động 2G được chuẩn hoá bởi TIA của Mĩ là 95A và 95B Công nghệ truy nhập cho cả hai hệ thống dựa trên DS-CDMA băng hẹp với tốc độ Chiplà 1,2288Mcps, băng thông 1,25MHz IS-95A được đưa vào thương mại năm 1995,

IS-hỗ trợ cả chế độ truyền dẫn kênh và gói ở tốc độ bit cực đại 14,4Kbps Hệ thống IS-95B phát triển năm 1998 để cung cấp dữ liệu tốc độ cao hơn, tới 115,2Kbps Điều này có thể thực hiện mà không cần thay đổi lớp vật lý của IS-95A Tuy nhiên nó vẫn chưa thoả mãn các yếu tố của hệ thống 3G Do đó TIA đã đề xuất CDMA2000, hệ thống vô tuyến di động 3G có thể thoả mãn mọi yêu cầu đặt ra của ITU TIA đã gặp phải vấn đề băng tần phân cho hệ thống 3G, chỉ ra trong WARC’92 là 1885-2025 MHz và 2110-2200MHz, đã được phân cho dịch vụ thông tin cá nhân (PCS) ở Mỹ từ 1.8GHz đến 2.2GHz Thực tế PCS CDMA dựa trên tiêu chuẩn IS-95 đã được phân băng tần 1850-1910 MHz và 1930-1990MHz Như vậy hệ thống 3G phải dùng chung băng tần đã phân cho nó và không được gây nhiễu lớn lên các ứng dụng trong hệ thống hiện có Do đó, hạ tầng cho

CDMA2000 được thiết kế sao cho nó có thể dùng chung với IS-95 và đảm bảo tương thích ngược với IS-95

1.1.2.2 Đặc tính của CDMA2000

Bảng 1: Các thông số của hệ thống CDMA 2000 Công nghệ truy nhập DS-CDMA,CDMA đá sóng mangMôi trường khai thác Trong nhà /ngoài trời

tốc độ chíp(Mcps) 1,2288/3,6864/7,3728/11,0592 Băng thông kênh(MHz) 1,25/3,75/7,5/11,25/15

chế độ song công FDD và TDD

Độ dài khung 5 và 20 ms

Hệ số trải Biến thiên từ 4 tới 256

Cơ cấu tách Coherent với kênh hoa tiêu chung Hoạt động liên cell FDD: đồng bộ

TDD: đồng bộ Điều khiển công suất Vòng mở và kín chuyển cell chuyển cell mềm

chuyển cell liên tần

Các tham số cơ bản của CDMA2000 được cho trong bảng 2 Hệ thống CDMA2000 có tốc độ chip cơ sở là 3,6864Mcps, nằm trong băng thông 3,75MHz, tốc độ chíp này gấp ba lần tốc độ chip dùng trong tiêu chuẩn IS-95 (1,2288Mcps) theo đó băng thông cũng tăng gấp 3 lần Như vậy mạng IS-95 hiện nay cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ hoạt động CDMA2000 Tốc độ chip cao hơn N x 1,2288 Mcps với N = 6,9,12 cũng được cung cấp,

cho phép tốc độ truyền cao hơn Giá trị N là thông số quan trọng cho phép xác định tốc độ

mã hoá kênh và tốc độ bit của kênh Để phát tốc độ chip cao ( N>1), hai kĩ thuật điều chế được sử dụng Ở chế độ điều chế trải phổ trực tiếp, các kí hiệu được trải theo tốc độ chip

và truyền dẫn nhờ một sóng mang, tạo ra băng thông Nx1,25MHz Phương pháp này được

sử dụng ở cả đường lên và đường xuống Ở chế độ đa sóng mang (MC), các kí hiệu được truyền và tách kênh thành những tín hiệu riêng biệt, mỗi tín hiệu được trải phổ ở tốc độ chip là 1,2288Mcps N tần số sóng mang khác nhau được sử dụng để truyền tín hiệu trải phổ này, mỗi tần số có sóng mang là 1,25MHz Phương pháp này chỉ sử dụng cho đường xuống, do phân tập có thể đạt được nhờ các tần số sóng mang khác nhau trên các anten khác nhau

Nhờ sử dụng đa sóng mang, CDMA2000 có thể xếp chồng tín hiệu bởi các kênh IS-95 1,25MHz hiện có và chính các kênh của nó, chỉ cần tính trực giao Phương pháp xếp chồng được minh hoạ trong hình dưới đây Tốc độ chip cao có thể được phát ở công suất thấp hơn so với tốc độ chip thấp Như vậy nhiễu được giảm thiểu

CDMA cũng hỗ trợ hoạt động TDD trong phần băng tần “đơn” Để dễ dàng thực hiện đầu cuối hai chế độ FDD/TDD, hầu hết kĩ thuật sử dụng cho FDD có thể áp dụng cho chế

độ TDD Sự khác biệt giữa hai chế độ này chủ yếu ở chế độ này là ở cấu trúc khung, do

có một khoảng dãn thời gian được thêm vào cho chế độ TDD

Tín hiệu hoa tiêu được ghép thời gian với kênh dữ liệu trên đường xuống, CDMA2000 dùng một kênh hoa tiêu liên tục được ghép trên khung đường xuống cho những người sử

Điều chế sóng mang phụ 1,25MHZ

Hình 2: Sự phát triển chồng lấn trong CDMA2000

dụng trong cell Tuy nhiên nếu dùng anten thích nghi thì các kênh hoa tiêu khác phải được phát từ mỗi anten

Trong hệ thống CDMA2000 các trạm gốc hoạt động ở chế độ đồng bộ, ta có thể sử dụng cùng một chuỗi PN nhưng với độ lệch offset khác nhau (khác bù pha) để phân biệt các trạm gốc Do đó chỉ cần một chuỗi PN chung có thể cho biết toàn bộ Cell so với sử dụng một tập các chuỗi PN khác nhau trong IMT-2000 / UTRA

1.2 CDMA IS-95 (CDMA One) nâng cấp lên 3G

Cấu trúc của hệ thống CDMA IS-95 giống như các hệ thống cellular khác, nghĩa là giống cấu trúc GSM đã trình bày ở trên Hệ thống CDMA IS-95 có những đặc điểm chính sau đây:

CDMA IS-95 được tối ưu hoá cho việc triển khai ở Mĩ để khắc phục cho những nhược điểm của hệ thống tương tự AMPS ở Mĩ Hệ thống hoạt động ở cùng băng tần với hệ thống AMPS dùng song công phân tần FDD Băng tần đường xuống và đường lên sử dụng băng 869MHz đến 894MHz và 824MHz đến 849MHz tương ứng Máy di động hỗ trợ hoạt động CDMA trên các kênh AMPS từ 1023 đến 1023, 1 tới 311, 356 tới 644, 689 tới 694 và 739 tới 777 Các kênh CDMA được xác định tương ứng bằng tần số và chuỗi

mã 64 mã Walsh được dùng để nhận dạng các kênh đường xuống, còn các tập bù mã PN dài được dùng để phân biệt các kênh đường lên Các đặc tính điều chế và mã hoá được cho trong bảng dưới đây:

Bảng 2 : Thông số của IS-95 Điều chế QPSK Tốc độ chip

Tốc độ dữ liệu chuẩn Băng thông

Mã hoá Đan xen

1,2288Mcps 9600bps tốc độ đủ với RS1 1,25MHz

Chập với mã Viterbi 20ms

Chi tiết về mã hoá kênh đường xuống và kênh đường lên khác nhau Tín hiệu hoa tiêu được phát từ mỗi Cell để giúp máy thu phát vô tuyến di động thâm nhập và bám tín hiệu đường xuống từ cell

Với sự phát triển mạnh của công nghệ những năm gần đây, Internet và Intranet Chính

vì vậy có khuynh hướng muốn thiết lập các văn phòng, dựa trên công nghệ vô tuyến, để điều hành hoạt động kinh doanh tới các nhân viên sử dụng thiết bị di động của mình Do

đó đòi hỏi sự phát triển của ngành viễn thông

1.2.1 CDMA IS-95B

Việc nâng cấp từ IS-95A lên IS-95B cho phép tích hợp kênh và mã hoá để đạt tốc độ 64-115kbps, đồng thời cải tiến kĩ thuật chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số Các nhà chế tạo thiết bị cũng đã thiết kế chức năng IS-707 cho dữ liệu chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh và Fax số cho các thiết bị thuộc CDMA One

Tiêu chuẩn Internet đề xuất cho thông tin di động còn gọi là IP di động hiện cũng là giải pháp nâng cao cho các dịch vụ dữ liệu gói cơ bản IP di động cho phép thuê bao của mình duy trì liên tục các kết nối dữ liệu và có một địa chỉ IP duy nhất khi cho thuê bao di chuyển giữa các BSC và khi chuyển vùng sang một mạng CDMA khác

hình 3 :Kế hoạch triển khai 3G từ CDMAOne

1.2.2 CDMA2000 1X EV-DO,EV-DV

Khi phát triển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 CDMA lên 3G1X theo tiêu chuẩn CDMA 2000 các nhà khai thác có thể tăng gấp đôi dung lượng vô tuyến và khả năng xử lý tốc độ dữ liệu tới 144kbps Can thiệp chủ yếu ở giai đoạn này là lớp vật lý Trong giai đoạn này tuổi thọ của pin tăng gấp đôi nhờ sử dụng kênh nhắn tin nhanh Dịch

vụ thoại cũng được cải thiện đáng kể nhờ sử dụng kênh nhắn tin nhanh và điều khiển công suất Để đạt giữ liệu tốc độ 144kbps, giai đoạn 1 cũng nâng cao đặc tính kĩ thuật của các giao thức trong MAC và RLP

CDMA 2000 1X có thể cung cấp dung lượng thoại lớn hơn IS-95 bằng cách sử dụng đường liên kết coherent và điều khiển công suất nhanh ở đường xuống Trong cải tiến CDMA 2000 1X cho dịch vụ dữ liệu vô tuyến, người ta vẫn cố gắng duy trì tương thích với các dịch vụ CDMA 2000

Việc cải tiến nâng cấp lên CDMA 2000 bao gồm hai giai đoạn: 1X-EV-DO ( 1X chỉ cải tiến giành cho dữ liệu) và 1X-EV-DV ( 1X cải tiến cho cả dữ liệu và thoại)

1.2.2.1 1X-EV-DO

Tiêu chuẩn 1X-EV-DO đề xuất một hệ thống lai TDMA/CDMA để nâng cao dịch vụ

dữ liệu trên một kênh 1,25MHz ở đường xuống Nhưng vẫn duy trì hầu hết các phần tử ở đường lên CDMA 2000 có bổ xung một số đặc tính cho phép nâng cao tốc độ dữ liệu Một đặc tính của hệ thống 1X-EV là sử dụng thủ tục thích nghi tuyến, cho phép phân

bổ các thuộc tính lớp vật lý khác nhau cho những người sử dụng khác nhau tuỳ theo tình trạng kênh của người sử dụng Tốc độ mã hoá trên đường xuống có thể thay đổi được bằng cách sử dụng mã hoá và điều chế thích nghi (AMC)

Ngoài ra, do đặc tính lưu lượng của dịch vụ Data ( khác với thoại), 1X-EV-DO cho phép nhiều người sử dụng theo một kênh thời gian trên một kênh đường xuống dùng chung Nhờ đó sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến Do đó, cần có thêm phần mào đầu

để xắp xếp người sử dụng trên đường xuống Hơn nữa việc phối hợp các trạm gốc trên đường xuống cho thủ tục chuyển giao mềm sẽ gặp khó khăn do các trạm gốc khác nhau

có thể có những người sử dụng khác nhau và thời gian xắp xếp người sử dụng khác nhau

Do đó trong hệ thống 1X-EV-DO, máy di động chỉ có thể thu dữ liệu từ một trạm gốc tại một thời điểm

1.2.2.2 1X-EV-DV

Đề xuất hoàn thiện nhất cho 1X-EV-DV là 1XTREME Đề xuất này đưa ra một hệ thống thoại hoàn toàn tương thích với chế độ thoại của CDMA 2000 1X và cũng cho phép dùng chung kênh ( giống 1X-EV-DO) cho các dịch vụ dữ liệu Hơn thế nữa một lớp điều khiển trung gian được đưa ra để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao cho đường xuống

Cơ sở việc phát triển 1XTREME là việc phân bổ tài nguyên động cho người sử dụng dựa trên tải đưa ra, hay là việc phân chia tài nguyên cho thứ tự được ưu tiên: Tài nguyên đang có có thể được ưu tiên cho thoại hay thuê bao giữ liệu chuyển mạch kênh và phần tài nguyên còn lại có thể được dùng cho người sử dụng dữ liệu ở mức tối đa Tuy nhiên người sử dụng dữ liệu theo mức tối đa vẫn có thể đạt được tốc độ cao nhờ sử dụng các cơ cấu ARQ nhanh và điều chế theo hiệu quả băng thông

dữ liệu và các dịch vụ Internet và Intranet

1.3 Giới thiệu CDMA2000

1.3.1 Cấu trúc mạng

CDMA 2000 là hệ thống thông tin 3G nên trong sơ đồ của nó có đầy đủ các khối và

nó tuân theo tiêu chuẩn IMT 2000 cho thông tin di động thế hệ ba CDMA 2000 được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn IS 2000, tiêu chuẩn này tương thích với tiêu chuẩn của mạng CDMA One (theo chuẩn IS-95A và IS-95B)hiện đang sử dụng do vậy việc nâng cấp và

chuyển đổi từ các phần tử cố định của mạng có thể được thực hiện như sau: BTS có các

bo mạch sử lý đa chế độ

BSC có khả năng định tuyến IP và đưa vào PDSN, ở thế hệ 2,5G CDMA 2000 1x có

độ rộng băng tần giống như CDMA One (1,25MHz) vì thế việc nâng cấp là hoàn toàn thuận lợi CDMA 2000 3x có độ rộng băng tần gấp ba lần độ rộng băng tần CDMA One cho nên việc chuyển giao cũng hoàn toàn thuận lợi chỉ việc ấn định lại băng tần

MS

Hình 4: Sơ đồ cấu trúc mạng CDMA2000

1.3.2 Chức năng các phần tử trong mạng:

* PSDN là nút phục vụ số liệu gói, là một phần tử mới chỉ có trong nút mạng của hệ

thống CDMA 2000, đây là phần tử quan trọng để xử lý các dịch vụ dữ liệu gói, vị trí của

nó cho trong hình trên Nhiệm vụ của nó là hỗ trợ các dịch vụ gói và thực hiện các chức năng sau:

PSTN

Internet

MSC

MS

- Thiết lập, duy trì và kết cuối của các phiên điểm đến điểm(PPP:Point to Point Protocol)

- Hỗ trợ các dịch vụ gói đơn giản và IP di động (MIP: mobile IP)

- Thiết lập duy trì các đoạn nối logic với mạng vô tuyến RN và giao diện vô tuyến gói

- Khởi đầu nhận thực,trao quyền và thanh toán(AAA) đến AAA chủ cho khách hàng di động

- Thiết lập các thông số dịch vụ AAA chủ cho khách hàng di động

- Định tuyến các gói dữ liệu đến và đi từ các mạng số liệu ngoài

- Thu thập số liệu của người sử dụng để đưa đến AAA

Tổng dung lượng của PSDN được xác định bằng thông lượng và số phiên PPP được phục vụ, số phiên của PSDN phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng và số phiên được lắp đặt

* AAA trung tấm nhận thực và trao quyền thanh toán

AAA chủ là một phần tử mới có trong CDMA2000, nơi cung cấp các chức năng nhận thực, trao quyền và thanh toán cho mạng số liệu gói của CDMA2000 AAA chủ liên lạc với PSDN qua mạng CDMA2000 như sau:

-Nhận thực liên quan đến kết nối PPP và MIP

-Trao quyền

-Thanh toán

* HA: HA là phần tử chính thứ ba của mạng dịch vụ gói trong CDMA 2000 nó tuân

theo chuẩn IS-835 HA thực hiện nhiều nhiệm vụ có liên quan đến theo dõi vị trí của thuê bao MIP khi thuê bao di động chuyển từ vùng chuyển mạch gói này sang vùng chuyển mạch gói khác Trong quá trình theo dõi máy di động HA đảm bảo rằng các gói được chuyển đến đúng máy di động MS

* Router: Là phần tử mạng có chức năng định tuyến các gói đi và đến từ các phần tử

mạng khác nhau trong mạng CDMA2000 Nó cũng có chức năng gởi và nhận dữ liệu đến

và đi từ các mạng khác, tường lửa (fire wall) có chức năng duy trì sự bảo an khi nối các ứng dụng số liệu của mạng khác

* HLR: Bộ ghi định vị thường trú có nhiệm vụ lưu trữ thông tin của thuê bao giống

như bộ ghi định vị thường trú của GSM ngoài ra nó còn lưu trữ thông tin liên quan đến việc đưa các dịch vụ gói HLR thực hiện nhiệm vụ đối với các dịch vụ gói cũng như đối với các dịch vụ thoại Nó lưu trữ các lựa chọn dịch vụ số liệu gói và các khả năng của đầu cuối cùng với các thông tin của dịch vụ thoại, thông tin dịch vụ được HLR nạp xuống VLR của MSC liên quan đến quá trình đăng kí thành công

* BTS: Là trạm thu phát gốc, BTS chịu trách nhiệm cấp phát các tài nguyên gồm tần

số, công suất và mã định kênh Walsh cho các thuê bao, BTS chứa các thiết bị thu phát vô tuyến nó là giao diện với mạng CDMA2000 và thiết bị của người sử dụng (UE:user equipment) cũng như điều khiển tính năng của hệ thống liên quan đến điều khiển hoạt động của mạng ví dụ như là BTS điều khiển sóng mang ở một trạm, công suất đường xuống và ấn định các mã Walsh, cũng giống như hệ thống IS95 hệ thống CDMA 2000 sử dụng nhiều sóng mang trên một Cell, vì thế khi khởi đầu một cuộc gọi hay một phiên gói, BTS phải tìm và ấn định một sóng mang tốt nhất để cung cấp dịch vụ cho thiết bị của người sử dụng

*BSC: Bộ điều khiển trạm gốc, nó có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ các BTS của mình

và định tuyến các gói đến và đi từ PSDN Định tuyến các gói đến và đi từ PDSN, ngoài ra các BSC còn có chức năng định tuyến lưu lượng ghép kênh theo thời gian đến chuyển mạch kênh MSC, phân phối các kênh giao diện vô tuyến, điều khiển công suât và chuyển giao mềm cho các MS trong vùng phục vụ của nó

* MSC trung tâm chuyển mạch di động :

Có nhiệm vụ chuyển mạch cho cả thoại và số liệu, ngoài ra nó còn có chức năng như quản lý di động, cung cấp các yêu cầu về dịch vụ bổ xung, tuỳ thuộc vào vị trí của MSC ở trong mạng mà MSC có thể cung cấp số liệu các giao diện và báo hiệu khác nhau cũng như thu thập các số liệu cho mục đích tính cước, thông thường có một VLR được gắn cứng với MSC nó có nhiệm vụ lưu trữ thông tin như ở HLR nhưng mang tính tạm thời để cho thuê bao di động chuyển vùng hoặc không chuyển vùng hoạt động trong một vùng cụ thể.MSC có thể kết nối với các mạng dịch vụ công cộng khác như mạng điện thoại công

cộng PSTN, mạng tích hợp số ISDN, PDSN, internet… và các MSC trong mạng hoặc các MSC ở các mạng khác

*MS: Là máy thuê bao di động là thiết bị để kết nối đường truyền vô tuyến, là thiết bị

để người dùng truy cập vào mạng, MS có thể là thiết bị cầm tay hoặc cũng có thể là thiêt

bị khác như máy tính chẳng hạn hoặc là máy Fax…

1.3.3 Thủ tục truyền dữ liệu gói trong mạng CDMA2000

Có thể chia dịch vụ số liệu của CDMA 2000 thành 2 loại: chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Số liệu chuyển mạch kênh được sử lý giống như tiếng Nhưng đối với tất cả các cuộc gọi gói, PSDN được sử dụng để giao diện giữa truyền tải số liệu của mạng

di động và mạng cố định Giao diện PSDN với BS được thực hiện nhờ thông qua chức năng điều khiển gói (PCF ) được đặt cùng với BS

CDMA2000 có 3 trạng thái dịch vụ số liệu quan trọng sau:

- Tích cực /kết nối: ở trạng thái này tồn tại kênh lưu lượng giữa UE và BS, số liệu gói được phát và thu hai chiều

- Ngủ: ở trạng thái này không có kênh lưu lượng vật lý, Nhưng đoạn nối PPP giữa

UE và PSDN vẫn được duy trì

- Rỗng / không tích cực: không có kênh lưu lượng cũng như đoạn nối PPP

Quan hệ giữa ba trạng thái cho trên hình dưới đây:

Tích cực /kết nối

Rỗng / không tích cực

Hình 5: Trạng thái số liệu gói

Ngủ

CDMA 2000 cho phép xử lý và truyền tải số liệu gói ở môi trường di động với các đáp ứng được yêu cầu của IMT 2000 Về mặt chức năng CDMA2000 xử lý tiếng giống như

IS-95, ngoại trừ việc thay đổi codec ở UE Tuy nhiên điểm khác cơ bản của CDMA2000 với IS-95 là mạng CDMA2000 có thể xử lý số liệu gói

UE: Khởi đầu sự lựa chọn, hoặc phiên gói số liệu hoặc phiên tiếng hoặc đồng thời cả gói số liệu và tiếng Khi đó mạng không thể khởi đầu phiên gói với UE ngoại trừ việc quản lý hệ thống tiêu chuẩn (SMS) yêu cầu một phiên số liệu gói

BSC được sử dụng chung cho cả tiếng và số liệu Để xử lý cuộc gọi các mạng số liệu

và tiếng được phân tách riêng Vì thế đối với số liệu gói, PSDN là trung tâm của tất cả các quyết định

PDSN không liên lạc trực tiếp với các nút mạng tiếng như: HLR và VLR, mà nó thực hiện qua AAA Như đã nói ở trên sau khi ra khỏi môi trường vô tuyến tại BSC, tiếng và

số liệu gói được phân tách Ngoài ra hệ thống mạng CDMA2000 hệ thống sử dụng PPP giữa UE và PSDN cho mọi kiểu phiên số liệu gói

PSDN cung cấp một số dịch vụ giữ liệu gói quan trọng gồm: IP đơn giản và MIP

- IP đơn giản là dịch vụ giữ liệu gói liên quan đến CDMA2000 1x và là dịch vụ mà ở

đó thuê bao được PSDN ấn định một địa chỉ của giao thức cấu hình chủ động (DHCP) và việc ấn định tuyến được mạng nội hạt cung cấp Địa chỉ IP ấn định cho thuê bao này không thay đổi nếu mạng vô tuyến nối nó với PDSN ấn định địa chỉ IP này không thay đổi Cần lưu ý rằng IP đơn giản không đảm bảo kết cuối di động và vì thế chỉ có dịch vụ khởi xướng di động sử dụng dịch vụ PPP với DHCP mà thôi

- Ở MIP mạng IP công cộng cung cấp dịch vụ định tuyến IP cho máy di động UE được ấn định một địa chỉ IP tĩnh đặt ở HA MIP ưu việt hơn IP ở chỗ nhờ có địa chỉ tĩnh,

UE có thể được chuyển giao giữa các mạng khác nhau do các PSDN khác nhau phục vụ Nhờ có địa chỉ tĩnh, MIP cũng có cho phép kết cuối di động

1.4 Các kĩ thuật sử dụng trong hệ thống 3G

1.4.1 Giới thiệu về CDMA

CDMA là phương pháp đa truy nhập mới được sử dụng với mục đích tương tự như FDMA và TDMA Tuy nhiên nó sử dụng hoàn toàn khác so với các phương pháp đa truy nhập trước đây Hình dưới đây minh hoạ phương pháp đa truy nhập theo ma

Trong CDMA tài nguyên vô tuyến được phân bổ dựa trên các mã giả ngẫu nhiên Do vậy, những người sử dụng đồng thời có thể chiếm dụng cùng một băng tần trong một khoảng thời gian Mỗi người sử dụng được gán cho một hoặc nhiều mã riêng biệt Và những mã đó được sử dụng để phân biệt cell, kênh truyền dẫn và người sử dụng

Dựa trên tín hiêụ trải phổ trong quá trình điều chế, phương pháp đa truy nhập có thể phân chia thành các nhóm như sau:

CDMA trải phổ trực tiếp (DS-CDMA)

CDMA nhảy tần (FH-CDMA)

CDMA nhảy thời gian (TH-CDMA)

CDMA điều chế hỗn hợp (HM-CDMA)

CDMA đa sóng mang (MC-CDMA)

1.4.2 DS- CDMA

Sơ đồ dưới đây thể hiện hệ thống DS-CDMA Số liệu người sử dụng chưa điều chế

du(t) có thể là một dòng bit nhị phân nối tiếp ( một người sử dụng ) hoặc một dòng số liệu nhiều đường nối tiếp( nhiều người sử dụng) Dòng dữ liệu này được điều chế bởi chuỗi

mã p(t) có tốc độ bit cao hơn Quá trình điều chế sẽ làm tăng tín hiệu băng tần của băng gốc Tín hiệu trải phổ băng gốc dm(t) cuối cùng được điều chế với một sóng mang vô tuyến ωc trước khi truyền dẫn vô tuyến

Tần số

thời gian

Mã Hình 6 : Đa truy nhập phân chia theo mã - CDMA

Máy phát Kênh Máy thu

cosωct

du(t)

Trong quá trình truyền dẫn trên kênh truyền, tín hiệu bị gián đoạn bởi nhiễu đa đường, nhiễu ngẫu nhiên và các tín hiệu can nhiễu khác trên kênh truyền, kí hiệu là n(t) Tín hiệu thu rrf(t) sau đó được giải điều chế để thu được tín hiệu trải phổ băng gốc rm(t) Khâu xử

lý cuối cùng là khôi phục trải phổ tín hiệu ban đầu rd(t)

Tín hiệu băng gốc rm(t) thu được thành 3 loại theo các bộ giải điều chế tín hiệu trải phổ xử lý chúng Loại tín hiệu thứ nhất là loại tín hiệu của người sử dụng cần thu Loại thứ hai là của người sử dụng tín hiệu khác (trong trường hợp nhiều người sử dung), những tín hiệu này sẽ bị bộ giải điều chế loại bỏ, đây là tín hiệu trực giao với tín hiệu người sử dụng cần thu Loại tín hiệu cuối cùng là tất cả các loại tín hiệu khác như: Tạp âm, can nhiễu….Những tín hiệu này làm gián đoạn tín hiệu cần thu

• Không hạn chế được hiệu ứng Doppler

• Việc thực hiện thu và bám mã phức tạp và giá thành cao

• Máy thu Rake yêu cầu điều khiển liên tục các thành phần đa đường và cập nhật liên tục các hệ số thu

• Khi thực hiện sử dụng kĩ thuật CDMA, hiệu năng hệ thống bị suy giảm khi

số lượng người sử dụng tăng do tương quan chéo không hoàn hảo giữa các mã trải phổ Do vậy số thuê bao trong thực tế ít hơn nhiều so với lý thuyết

Các hệ thống đa sóng mang, đặc biệt là hệ thống OFDM có nhiều đặc tính mong muốn hơn so với hệ thống sử dụng một sóng mang Nhiễu xuyên kí tự (ISI) có thể được giảm nhẹ do việc tăng khoảng thời gian truyền kí hiệu kết hợp với việc sử dụng khoảng bảo vệ

Do vậy, kĩ thuật OFDM là sự lựa chọn tốt cho ứng dụng có tốc độ bit cao trong môi trường truyền dẫn đa đường Kĩ thuật đa sóng mang cho phép tận dụng phổ tần bằng cách

sử dụng các sóng mang chồng lấn một phần và bằng cách gán các chòm sao tín hiệu và các tốc độ bit khác nhau cho mỗi sóng mang Ngoài ra kĩ thuật này còn cho phép sử dụng băng tần không kề nhau để truyền dẫn tín hiệu Nhược điểm của hệ thống này là:

• Tính trực giao của các sóng mang có thể mất do dịch tần và những thay đổi nhanh của kênh truyền dẫn Do vậy tồn tại mức độ can nhiễu cao giữa các sóng mang

• Phần tín hiệu đường bao của tín hiệu OFDM có dải động rất lớn Do vậy nó rất nhạy cảm với khuyếch đại công suất không tuyến tính thông thường

Mục đích kết hợp hai kĩ thuật truyền dẫn DS-SS và OFDM là nhằm đạt được hiệu suất

sử dụng băng tần trong hệ thống đa truy nhập với tính năng hoạt động tốt trong môi trường đa đường sử dụng máy thu có cấu hình đơn giản

Nói chung, ta có thể thực hiện MC-SS bằng cách trải phổ tín hiệu trong hệ thống đa sóng mang trong miền tần số hoặc miền thời gian Ở trường hợp thứ nhất, ta thực hiện trải phổ dòng số liệu ban đầu và sau đó điều chế đa sóng mang Trong trường hợp trải phổ trong miền thời gian, ta thực hiện theo trình tự ngược lại

Trong hệ thống MC-CDMA trải phổ được thực hiện trước khi điều chế, chiều dài của

mã trải phổ trùng với sóng mang

Sơ đồ khối máy phát của MC-CDMA cho hình dưới đây Các tham số chính bao gồm:

Điều chế đa sóng mang

một phần lên nhau Đại lượng sk(t) thể hiện đường bao phức của tín hiệu MC-CDMA (giả

sử tất cả các dạng xung là hình chữ nhật) Máy thu MC-CDMA được cho trong hình dưới đây:

Đối với các kênh truyền chọn lọc tần số, các sóng mang có thể phải chịu tổn hao lựa chọn tần số, máy phát có thể sửa thành M nhánh, mỗi nhánh có sơ đồ khối cho tương tự như sơ đồ khối hình trên M nhánh sử dụng cùng một mã trải phổ nhưng truyền các dòng

số liệu khác nhau (các nhánh được tạo ra sau khi chuyển đổi nối tiếp sang song song (S/P)

số liệu của người dùng) và sử dụng nhiều bộ tần số sóng mang khác nhau Theo cách này khoảng cách giữa các sóng mang sẽ bị giảm do chu kì kí tự trong mỗi nhánh tăng trong khi băng tần sử dụng không thay đổi khi khoảng cách giữa các sóng mang giảm, tín hiệu phải chịu fading phẳng

Các đặc tính quan trọng của MC-CDMA:

• Hệ thống MC-CDMA có hiệu năng tương tự như hệ thống DS-SS khi số người sử dụng thấp, và ngược lại khi số người sử dụng tăng hiệu năng của DS-SS suy giảm đáng kể so với hiệu năng của MC- CDMA

• MC-CDMA đạt được phân tập tần số do kí hiệu số liệu dk(n) được truyền trên tất

cả sóng mang

• Các thành phần dịch tần của tín hiệu có thể khôi phục được nhờ sử dụng máy thu Rake trong miền tần số để tổng hợp năng lượng tín hiệu rải rác trong miền tần số Tính chất này cho phép tín hiệu chịu được hiệu ứng Doppler

exp(-j2πf I t)

ξ k (I)

d k n r(t)

exp(-j2πf N t) ξ k (N)

hình 10 : Máy thu MC-CDMA

• Theo lý thuyết tại đầu thu tất cả các phương pháp tổng hợp và cân bằng có thể được sử dụng trong miền tần số: Tổng hợp tỉ số cực đại (MRC), tổng hợp hệ số tăng ích cân bằng (EGC), tách sóng nhiều người sử dụng (MUD)………

• Đối với kênh lựa chọn tần số, tính trực giao giữa những người sử dụng có thể bị mất do phân chia khoảng cách không đều giữa các sóng mang Vì vậy hệ thống MC-CDMA phù hợp hơn với đường xuống Khi đó, tại một máy thu nhất định việc thu tín hiệu được thực hiện trên cùng một kênh truyền Ngược lại với đường lên MUD có thể được sử dụng để loại bỏ nhiễu giữa các người sử dụng

• Việc đồng bộ trong MC-CDMA không cần tách biệt ra thành hai pha: thu mã và bám mã

CHƯƠNG II

MÔ HÌNH LỚP VẬT LÝ CDMA2000- KÊNH XUỐNG

2.1 Quá trình mã hoá và điều chế cho kênh lưu lượng

2.1.1 Mã hoá CRC

Mã khối là mã phát hiện và hiệu chỉnh một số giới hạn lỗi mà không cần phát lại Trong hệ thống thông tin di động CDMA dùng mã vòng CRC (Cyclic Redundance Check) để tính kiểm tra dư vòng hay để chị thị chất lượng khung ở các khung bản tin Mã vòng là tập con của mã khối tuyến tính, bộ mã hoá được đặc trưng bằng bộ tạo mã cứ k bít thông tin vào thì bộ mã hoá cho ra một từ mã là n bít, trong đó n-k là các bít thông tin kiểm tra CRC được bổ xung vào k bit đầu vào bộ mã hoá này có tỉ lệ là Rc=k/n ở mã này

từ mã được rút ra từ hai đa thức: Là đa thức tạo mã g(D) bậc n-k và đa thức bản tin a(D) trong đó D là toán tử trễ Từ mã được tính toán như sau:

• Nhân đa thức bản tin a(D) với Dn-k

• Chia tích a(D)n-k nhận được ở trên cho đa thức tạo mã để được phần dư là b(D)

• Kết hợp phần dư với tích trên ta được từ mã sau:c(D)=a(D)Dn-k+b(D)

Trong hệ thống thông tin di động CDMA2000 các đa thức sau được tạo mã để tính toán CRC có thể là:

Hình 11: Bộ mã hoá xoắn với tỉ lệ r =1/4 và k = 9

Hình trên đây là sơ đồ bộ mã xoắn (4,1,8) tương ứng với tỉ lệ mã hoá là 1/4 và độ dài hạn chế là 9 Các kết nối từ tầng FF đến bộ cộng modul 2 tương ứng được xác định bằng

đa thức sinh Mỗi một bộ cộng có một đa thức sinh tương ứng Trong đa thức sinh các bit

‘0’ biểu thị không có kết nối, còn các bit ‘1’ biểu thị có kết nối

c3

c2

các kí hiẹu mã (Đầu ra)

g3

g2

2.1.3 Lặp kí hiệu mã

Các kí hiệu mã ở đầu ra của bộ mã hoá hiệu chỉnh lỗi thuận sẽ được chỉ ra trong bảng dưới đây: Các kí hiệu mã ở đầu ra của bộ mã hoá hiệu chỉnh lỗi thuận sẽ được chỉ ra trong bảng dưới đây:

Mã kênh Số kí hiệu mã sau lặp /kí hiệu

mã Kênh truy nhập(chỉ cho tốc độ trải phổ

RC 1 hay 2 8 (1200bps hay 1800 bps)

4 (2400bps hay 3600bps)

2 (4800bps hay 7200bps)

1 (9600bps hay 14400bps) Kênh cơ bản

2)

2.1.5 Đan xen khối trong CDMA2000:

Đối với các kênh đồng bộ, các kênh tìm gọi, các kênh quảng bá, kênh ấn định chung, kênh điều khiển chung và các kênh lưu lượng đường xuống, tất cả các kí hiệu sau lặp và chích bỏ (nếu có) sẽ được đan xen khối

Các kí hiệu đầu vào lần lượt được viết vào bộ đan xen khối theo địa chỉ từ “0” đến kích thước khối N-1 Các kí hiệu sau đan xen được đọc ra theo trình tự hoán vị từ địa chỉ

Chuỗi dữ liệu ban đầu là d(t) = d0,d1,d2 ….gồm các xung lưỡng cực (là các giá trị của

di=± 1 tương ứng với giá trị nhị phân “0” hoặc “1” ) được đưa tới bộ chuyển đổi nối tiếp sang song song và chia thành hai dòng dữ liệu dI(t) và dQ(t) với:

dQ(t)

Hình 12: Bộ điều chế QPSK

St(t) = dI(t).√2P cos(ω0t) + dQ(t).√2P.sin(ω0t) (1.11)

Hoặc:

St(t) = √2P cos(ω0t + θd(t)) (1.12) Trong đó góc pha θd(t) phụ thuộc vào 1 trong 4 tổ hợp có thể có của dI(t) và dQ(t) các giá trị này là:

Bộ khôi phục điều chế

- Cosθd(t) không chỉ ra θd(t) là dương hay âm

- Biên độ tín hiệu ra bộ tách sóng pha tỉ lệ với biên độ của tín hiệu thu được cũng như với cosθd(t)

Do đó từ biên độ của tín hiệu bộ tách sóng pha không thể tách ra được thông tin nếu không so sánh nó với biên độ thu được Cả hai vấn đề này được giải quyết nhờ bộ nguồn

tính tốt nhất thu được trong trường hợp nếu như dao động chuẩn thứ 2 trực giao với dao động chuẩn thứ nhất Kết quả tách sóng pha ở hai kênh cùng pha I và Q được mô tả như sau:

SI(t) = thành phần tần số thấp của [2.cos(ω0t + θd(t).cos (ω0t) ]

SQ(t) = thanh phần tần số thấp của [2.cos(ω0t + θd(t).sin(ω0t) ]

Bộ tách sóng pha thứ hai không chỉ giải quyết tính chất không xác định giữa pha âm

và pha dương mà còn khắc phục cần thiết trong chuẩn biên độ Tất cả các cách có thể dựa vào cực tính của tín hiệu ở đầu ra của bộ tách sóng pha chứ không dựa vào biên độ Cụ thể là nếu bit đầu tiên trong hai bit bằng “0” nếu góc pha là dương (0 hoặc π/2) và bằng 1 trong trường hợp ngược lại Do đó bit đầu tiên của tín hiệu hoàn toàn được xác định nhờ vào cực của sinθd(t) tức là tín hiệu ra của bộ tách sóng thứ hai (kênh cầu phương) Tương

tự bit thứ 2 của tín hiệu bằng 1 nếu pha bằng π/2 hoặc bằng π, điều đó cho ta thấy rằng cực của tín hiệu bộ tách sóng pha thứ nhất (kênh cùng pha) chứa đựng thông tin cần thiết

để xác định thông tin thứ hai

2.2.2 Kĩ thuật trải phổ trực tiếp sử dụng phương pháp điều chế QPSK

Tín hiệu vào d(t) được chia làm hai đường và nhân với tín hiệu trải phổ là c1(t) và c2(t) sau đó tiếp tục được điều chế dịch pha, tín hiệu dạng ra có dạng sau:

S(t) = s1(t) + s2(t)= d(t).c2(t).A.cos (ω0t) + d(t).c1(t).A.sin (ω0t)

= A.cos ( ω0t +θ(t)) Trong đó :

7π/4 nếu c1(t).d(t)=-1,c2(t).d(t)=1

Vậy tín hiệu S(t) có thể nhận bốn trạng thái pha khác nhau : π/4, 3π/4 ,5π/4 ,7π/4 Khối giải điều chế :

Nguyên lý giải điều chế:

Giả thiết tín hiệu thu được với trễ truyền dẫn là Td và tạp âm là n(t):

S(t-Td)=A.d(t-Td).c1(t-Td).cos(ω0(t-Td))+A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td))+n(t) (1)

c2(t-Td)

Hình 14:Sơ đồ khối điều chế

Y(t) ={A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) + A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td))+ n(t) }.c1T’d).2 sin((ω0 + ωif).(t- Td )+ φ) (3)

(t-Nếu bỏ qua thành phần tạp âm và ngẫu nhiên ta thu được:

X(t) = {A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) +

+ A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td)) } c1(t-T’d).2cos((ω0 + ωif).(t- Td )) (4)

Y(t) ={A.d(t-Td).c1(t-Td).cos (ω0(t-Td)) +

+ A.d(t-Td).c2(t-Td).sin(ω0(t-Td)) } c1(t-T’d).2sin((ω0 + ωif).(t- Td ) (5)

Giả sử mã trải phổ phía thu đồng bộ với phía phát tức là Td =T’d thì:

c1(t – Td).c1(t – Td’) = c2(t – Td).c2(t – Td’) =1 (6)

Ngoài ra đây là hai mã ngẫu nhiên độc lập nên:

c1(t – Td) c2(t – Td’) = c1(t – Td’) c2(t – Td) = 0 (7)

Với giả thiết đó ta nhận được phương trình như sau:

X(t) = A.d(t-Td) cos (ω0(t-Td) 2 cos((ω0 + ωif).(t- Td ))

= A.d(t-Td).{cos((2ω0 + ωif).(t- Td )) + cos(ωif(t- Td ))}

Dữ liệu

Hình 15:Sơ đồ khối giải điều chế