Hệ thống mạch vòng vô tuyến nội hạt WLL : Luận văn ThS. Điện tử Viễn thông: 2 07 00

Việc sử đụnsĩ các mã này dẫn đến sự mở rộng đ á n 2 kể phổ tần của só ns mang so với phổ mà nó có thể có chỉ khi được điều c h ế bởi thông tin hữu ích.. Đổ đ ả m bảo thông tin song công

LUẬN VĂN THẠC s ĩ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

GS TS PHAN ANH

V - L ô / SU

HÀ NỘI - 2002

MỤC LỤC

CHƯƠNG I - CÁC PHƯƠNG THỨC ĐA THÂM NHẬP VÔ TUYÊN

1.1 Mở đầu 2

1.2 Đa thâm nhập phân chia theo tần sô FDMA 5

1.2.1 Nguyên l ý 5

1.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân c ận 9

1.3 Đa thâm nhập phân chia theo thời gian TDM A 11

1.3.1 Nguyên lý T D M A 11

1.3.2 Tạo c ụ m 11

1.3.3 Thu c ụ m 13

1.3.4 Đổng bộ 15

1.4 Đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA 17

1.4.1 C D M A theo chuỗi trực tiếp (DS -CDM A) 17

1.4.2 CD M A theo chuỗi nhẩy tần ( F H - C D M A ) 32

CHƯƠNG II - THƯ PHÁT TRONG HỆ THỐNG CDMA 2.1 T ổn g q u an 36

2.2 Thủ tục phát/thu tín h iệu 36

2.3 K ên h C D M A và kênh C D M A băng rộng (W -C D M A ) đường x u ố n g 37

2.3.1 Kênh pilot 38

2.3.2 Kênh đổng b ộ 38

2.3.3 Kènh tìm gọ i 40

2.3.4 Kênh lưu lượng 41

2.3.5 Bộ điểu c h ế 44

2.4 K ênh C D M A đường lẻn 46

2.4.2 Kênh lưu lượng 48

2.5 K hoảng cách kênh và độ lệch tần sỏ 52

2.6 Đ iều khiển công suất trong C D M A 55

2.7 Các tham số điều c h ế 59

2.7.1 Mã hoá x o ắ n 60

2.7.2 Lặp bít 61

2.7.3 Ghép xen k h ố i 62

2.7.4 Ngẫu nhiên h o á 62

2.7.5 Các mã trực giao 63

2.7.6 Điéu c h ế trực giao cơ 6 4 63

2.7.7 Các mã d à i 64

2.7.8 Trải phổ trực tiếp 65

2.7.9 Lọc ba ns tần cơ sở 65

2.7.10 Đổng bộ tín hiệu C D M A 66

2.8 Kết lu ận 66

CHƯƠNG III - TỔNG QUAN VỀ WLL 3.1 Đ ặt ván đ ề 68

3.2 Đ ặc điểm chung của hệ thông W L L 69

3.2.1 Cấu hình hệ thốn g 69

3.2.2 Các giao diệ n 70

3.2.3 So sánh hệ thống W L L với các hệ thống truyền t h ố n g 78

CHƯƠNG IV - HỆ THỐNG MẠCH VÒNG VỔ TUYÊN NỘI HẠT ( DM A STAREX-800 P H Ẩ N 1 : B S C 81

4.1 Tổng q u a n 81

4 1 1 Khá i q u á t 8 1

4 1 2 Tiêu chuẩn va đặc tín h 83

4.2 Cáu trú c 85

4.2.1 Cấu hình mạng và các khối phán c ứ n g 85

4.2.2 Câu hình phần m ề m : 87

4.3 Chức năng của BSC trong hệ thống S T A R E X -8 0 0 89

4.3.1 Các chức nân lĩ liên quan đến xử lv C D M A 89

4.3.2 Giao tiếp m an s V5 2 91

4.3.3 Chức năng liên quan tới vận hành và báo d ư ỡ n s 93

PHẦN 2 : B T S 94

4.1 T ổn g q u a n 94

4.1.1 Khái qu á t 94

4.1.2 Đặc tính hệ thống 95

4.2 Câu trú c 100

4.2.1 Cấu hình phần cứn g 100

4.2.2 Cấu hình phần m ề m 108

4.3 Các chức năng chính của B T S 110

4.3.1 Chức năng điều khiển cuộc gợi 1 10 4.3.2 Chức năng quản lý tài nguyên cuộc gọ i 1 10 4.3.3 Chức năng nạp số liệu 110

4.3.4 Chức năng bảo dưỡng và vận h à n h 111

4.3.5 Lỗi, xử lý cánh báo và chức năng điều khiển 111

4.3.6 Chức năng kiểm tra 111

4.3.7 Chức năng kiểm tra quá tải 112

4.3.8 Chức năng thống kê và đo lường 112

4.4 Kết lu ậ n 112

5.1 ÌVIỨ cỉầu I 13 5.2 Quy hoạch phổ I 14

5.3 Tính toán dung lượng 114

5.4 Tính toán còng su at p h á t 119

5.4.1 Hướng x u ố n g 121

5 4 1 Hưứriiz l ê n 123

5.5 Xây dựng mò hình kết nối giữa các B T S 123

5.6 Kết lu ận 124

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

KẾT LUẬN

TẢI LIÊU THAM KHẢO

L Ờ I M Ở Đ Ẩ U

Theo chiến lược phát triển mạrm Bưu chính - Viễn thông của T o n s C ôn s

ty Bưu chính - Viễn thôns dề ra thì trong năm 2002 này nước ta sẽ triển khaiJ <— o J

r ôns rãi các hê thống thông tin di đỏrm c ô n s n s h è C D M A dưới clans nhữrm hè o o o . 0 0 0 o o .thốns W L L (Wireless Local Loop) Đây là một hệ thốrm sử d ụ n " còng nuhệ

đa truy nhập tiên tiến với nhiều ưu điểm nổi bật như khá năng chống nhiễu phá, kha nãnỉĩ c h ố n s pha-đinh và nâng cao du ng lượnu hệ thông Dựa trên những ưu điếm của công nghệ CDMA, Bưu Điện tỉnh Hải Dương cùnỵ với Công ty VKX thuộc Tổng Công ty Bưu chính - Viễn thông đã láp đặt một hệ thốnụ W L L sử dụng thiết bị STAREX800 của hãng LGIC tại địa bàn tỉnh và hiện nay đang được khai thác Vì vậy sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu công nghệ CD MA và hệ thống W L L ST A R E X 8 0 0 tại tỉnh Hải Dương, tôi đã manh dan thưc hiên đề tài luận văn với nôi dunti sau :

- Nohicn cứu sự thu - phát tín hiệu tron" hệ thỗniĩ CDMA

- Thiết lap hệ thống W L L sử dụng S T A R E X 8 0 0 cho Đ H Q G Hà Nồi Luận văn đã đạt được một số kết quá nhất định Một là đã trình bày đượcmột cách losic về kĩ thuật thu - phát trong CD M A Hai là dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về STAREX800 đã áp dụng để thiết lập được một hệ thống VVLL có ý nghĩa thực tiễn cho Đ H Q G Hà nội

Tuy có nhiều cố gắns nhưng do điều kiện có nhiều hạn chế, luận văn của tôi khỏng thể tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự góp ý của các tháv, cô giáo cùng các đ ồ n s nghiệp

('lull'llự / ( '</(■ phiftfiH' thííc del thám nhập vo III veil

CHƯƠNG I

C Á C P H Ư Ơ N G T H Ú C ĐA T H Ả M N H Ậ P V Ô T U Y Ế N 1.1 M ở đáu

Các phưưnơ thức đa thâm nhập vỏ tuyến được sử dụrm rộ nơ rãi tronơ các maim thâm nhập thuê bao hay thâm nhập đa trạm ớ th ô n s tin vệ tinh Các

p h ư ơ n s pháp này được chia thành ha loại chính:

Đ a thâm nhập phàn chia theo tần số (FDMA: Frequency Division Multiple Access)

* Đa thâm nhập phàn chia theo thời gian (TDMA: Time Division MultipleAccess)

* Đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA: Code Division Multiple

m a n g đồng thời chiếm hình chữ nhật này và gây gây nhiễu cho nhau Đè tránh được can nhiẽu này các máy thu của trạm sốc phải có khá nãntĩ phàn biệt các

só n a mang thu được Sự phàn biệt này có thể đạt được:

- Nh ư là hàm số của vị trí nãnti lương sóiìiĩ mang ờ vùn SI tán số Nếu phổ

của són£ mang chiếm các băng tần con khác nhau, máy thu có thể phàn biệt

H è till ing m ạ ch VÒHỊÌ vò tuyến nội liại W LL

( 'I i i O íiií ; I : C á c p h u ’d n X ihííc (1(1 lliíUH n h ậ p v o l itxcn

các SÓI1U m a n s bcinỉi cách lọc Đây là rmuyèn lý thâm nhập phàn chia theo tán

số (FD MA: Frequency Division Multiple Access, hình 1.1.1.a)

- Nh ư là hàm vị trí thời Iiian của các năniĩ lưựníi sórm manụ Máy thu lán lượt các s o n s maniỉ theo thừi RÍan và phân tách chú nu bằng một tân số Đây là

n s u y ê n lý đa thâm nhập phàn chia theo thời gian (TDMA: Time Division Multiple Access; hình l l l b )

- Bãim cách bổ sung thêm một "mật kháu" chỉ máy thu có thể nhận biết và mật kháu này riêng biệt chí từng sóng mang Điều này đám bao nhận biết đươc sóng m a n s thâm chí tất củ các sóng m a n s (ionLI thời chiếm cùng môt o o o o o C7 .

k h o ả n s tán số Mật khẩu thường được thực hiện bởi các mã giả ngẫu nhiên (PN: Pseudo Noise Code) Phương pháp này được gọi là đa thâm nhập phãn chia theo mã (CDMA: Code Division Multiple Access; hình l l l c ) Việc sử đụnsĩ các mã này dẫn đến sự mở rộng đ á n 2 kể phổ tần của só ns mang so với phổ mà nó có thể có chỉ khi được điều c h ế bởi thông tin hữu ích Đây cũng là

lý do mà C D M A còn được gọi là đa thâm nhập trải phố (SSMA: Spread Spectrum Multiple Access)

Các phương pháp đa thàm nhập nói trên có thể kết hợp với nhau; hình 1.1.2 cho thây các cách kết hựp

H ệ t lì ổ iì 1 ^ m ạch vòììiỊ 17 ' lu x cn n ộ i h ill u L L

( ’luíơnX / ( ill ỊìluCơn^ thứ c dư thâm n h ậ p vo tiiv c n

H ệ t h ố n V m u c h V Ò H Ị ! \ > l i t x ế n n ộ i h ạ i W L L

Dưới đây ta xét cụ thể hơn các phương pháp đa thâm nhập nói trên

1.2 Đa thâm nhập phân chia theo tần sô FDMA

1.2.1 Nguyên lý

Ở phương pháp đa thâm nhập này độ rộng băng tần cấp phút cho hệ thống B-MH z đưưc chia thành n bã nu tần con, mỗi bãniỉ tán con được ấn đinh cho một kên h riêns có độ rộn2 harm tấn là B/n MHz (hình 1.2.1) ứ dạng thâm nhập này, các máy thuê hao phát liên tục một số sons m a n II đổrm thời ở các

H ừ t h o n ị ’ m ạ c h vòiii> vò t u y è h n ò i liại W L L

( 'hiding I : Cúc phương thức da Ihâm nhập vô tuyến

tấn số khá c nhau Cần đảm bảo các khoảng bảo vệ giữa từng kênh bị sóng mang ch iế m đổ phòng ngừa sự không hoàn thiện của các bộ lọc và các bộ dao dộng Máy thu đường xuống chọn sóng mang cần thiết theo tẩn số phù hợp

Đoạ n băng

Hình 1.2.1 F D M A và nhiều giao thoa kênh lân cận

Như vậy F D M A là phương thức đa thâm nhập mà trong đó mõi kênh được cấp phát một tần số nhất định Để đảm bảo F D M A hoạt động tốt tần số phải được phân chia và quy hoạch thống nhất trên toàn thế giới

Đổ đ ả m bảo thông tin song công tín hiệu phát thu của một máy thuê bao phải hoặc được phát ở hai tần số khác nhau hoặc ở một tần số nhưng khoảng thời gian phát thu khác nhau Phương thức thứ nhất gọi là ghép song công theo theo tần số (FDM A/FD D, FDD: Frequency Division Duplex) còn phương pháp thứ hai được gọi là ghép song công theo thời gian (FD MA/TDD, TDD: Time Division Duplex)

Hệ thống m ạch vòng vỏ tuyên nội hại WLL

I I ự t h ổ n ự m ạ c h VÒHÍỊ v ò l i i xc n HỘI h ợ i W L L

C 'lìiío'iiiỊ / : c '(/(' pliil'n'/ii; I hứ c d a lliani n h ậ p võ l i i x r n

Khoảng cách giữa hai kênh lân cận

Đ ộ rộng băng tần được cấp phát cho hệ thống

l i e th o u # m u c h VÒHIỊ Vt’> tn x è n n ộ i h ạ i W L L

( 'hi lling I : ( ' ác phư<fHỊỊ tliửc del lliỉim n h ậ p vó t u y ế n

hang được iiọi là khoảim cách giữa hai kênh lãn cận (Ax), khoanii cách nay phái được chọn đủ lớn để đối với một tỷ số tín hiệu trên tạp cho trước (S/N: Siunal to Noise) thì hai kênh cạnh nhau khônti thè gây nhiễu cho nhau Như vạy mỗi kênh bao gồm một cặp tần số: một tần sô ở bã nu tán thấp và một tần

sỏ ớ băng tần cao để đàm bảo thu phát song công

Ớ hệ thốnơ thứ hai cả máy thu và máy phát có thể sử dụng c h u n s một tán

số (nh ưns phân chia theo thời gian) khi này b ã n s tán chỉ là một và mỗi kênh

cỏ thể chọn số bất kỳ trong băng tần (phương pháp ghép song côn Si theo thời ơịan: TDD) Phương pháp này được mô tả ở hình 1.2.3

1.2.2 Nhiễu giao thoa kênh lân cận

T ừ hình 1.2.1 ta thấy độ rộng của kênh bị chiếm d ụ n s bởi một số sóng

m a n s ở các tần số khác nhau Các sóng mang này được phát đi từ một trạm gốc đến tất cả các máy thuê bao vô tuyến nằ m trong vùng phủ của anten của trạm này Máy thu của các máy thuê bao vô tuyến phải lọc ra các sóng tương ứng với chúng, việc lọc sẽ được thực hiện dễ dàng hơn khi phổ của các sóng man lĩ được phân cách với nhau bởi một băng tần bảo vệ rộng Tuy nhiên việc

sử dụng bã nu tần bảo vệ rộng sẽ dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả độ rộng băng tần của kênh Vì thế phủi thực hiện sự dung hoà giữa kỹ thuật và tiết kiệm phổ tần Dù có chọn một giải pháp dung hoà nào đi nữa thì một phần

c ông suất của sóng mang lân cận với một sóng mang cho trước sẽ bị thu bởi

m áy thu được điều hưởng đến tần số cùa sóng mang cho trước nói trên Điều này gây ra nhiễu do sự giao thoa được gọi là giao thoa kênh lân cận (ADCI: Adjacent Channel Interference)

Duntỉ lượn2 truyền dẫn của từns kênh (tốc độ bit R h) xác định độ rộng băng tần điều chế (Bm) cần thiết nhưns phải có thêm một khoảng háo vệ để tránh nhiễu thoa ỊỊÌao siĩra các kènh làn cận nên Bm < B/n Do vậy d u n s lượng thực tế lớn hơn d un s lưựnìĩ cực đại nhận được nhừ bởi một kỹ thuật điểu ch ế

hỉ ọ llỉò tìụ m ạch vò iiiỊ v<’> tuxến n ộ i h ạ i W I.L

Về mặt kết cấu thì đè đảm báo nhiều kênh khác nhau cho các máy thuẻ bao t rạm số c cần phái có nhiều máy thu phát.

Hình 1.3.1 N g u yê n lý TDMA

Đế tăng hiêu suất sử dung tán số các hè thong thuê bao khô nu đây số

F D M A có thể sứ dụrm kết hợp với ụhép song con tí theo thời gian

( h illin g I : ( ’á c p h ư ítH ịị th ứ c d ll th u m Iih ậ p vò IIIXCII

( F D M A / T D D ) ơ p h ư ơ n ụ p h á p n à y m ộ t m á y t hu p há t chí sử tlụrm m ộ t tán số

va thời u i a n p h á t t h u l uâ n phi ẻn (1.2.3).

Phiro'nu pháp FD M A ít nhậy cảm với sự phàn tán thời gian do truyền lan son í , kho nu cán đôn cr o 0<2 bô ízây trẻ do xử lý tín hiêu kh ô n s đá nu kế nên íiiám trễ* 0 ./ J o o <—hổi âm

1.3 Đa thâm nhập phân chia theo thòi gian TDMA

1.3.2 Tạo cụm

Hình 1.3.2 mô tả sự tạo lập cụm

Máv phát của trạm gốc nhận thông tin ở dạng luồng cư số hai liên tục có tốc độ R b từ giao tiếp người sử dụng Thông tin này phải được lun giữ ở bộ nhớ đệm trong thời gian đợi phát cụm Khi xuất hiện thời gian này, nội dung của bộ nhớ đệm được phát đi trong khoảng thời gia T B Tốc độ điều c hế cho sóng m ang (khi xét cho 2-PSK) được xác định như sau:

trong đó T|( thời man của cụm, còn T| là thời man của một khuntĩ

l l ệ th o n g m ạch vòni> vò tuvcn n ộ i hạ i VI L L

Rb : Tốc độ bit của người sử dụng

R : Tốc độ đưa lên điều chế

Tb : Độ lâu của cụm

Tp : Độ lâu của khung

TS : Khe thời gian

( ////V ///.s' / ( 'úc p h n ’t f ii'j tilth ' da lliiu ti n h ậ p vó III yen

Bây uiừ ta có thế thây rantz vì sao dạng thâm nhập nay luôn liên quan đốn truyền đẫn số; nó dỗ dàng lưu si ữ các bit trorm thời gian một khunii và nhanh chóriíỉ Sĩiái phóng bộ nhớ này tronụ khoáng thời si an một cụm Không dỏ dàn Sỉ thực hiên da nu xử lý này cho các th òns tin tươns tư

Mỗi cu m neoài thòng tin lưu lươn2 còn chứa thôníi tin bổ sung như:

/ Đẩu dè chứa:

'ĨTiông tin đề khôi phục sóng m a n s (CR: Carrier Recovery) và đẻ đồng

bộ đổng; hồ bit của máy thu (BTR: Bit Timing Recovery)

T ừ duy nhất (UW: Unique Word) cho phép máy thu xác định khới đáu của một cụm ƯW cũng cho phép giải quyết được sự k h ô ns rõ ràng về pha (khi can thiết) trong trường hợp giải điều ch ế nhất quan Khi biết được sự khởi đau của cụm, tốc độ bit và xảv ra sự không rõ ràng pha máy thu có thè xác định được các bit đi sau từ duy nhất

* Nhận dạng kênh (Cl: Channel Identifier):

Các thông tin nói trôn có thể được đặt riênơ rõ và tập trung ở đầu cụm hay

có thể kết hợp với nhau hay phân hố ở nhiều chỗ trone một số khung (trường hợp các từ đồng bộ khung phàn bố)

2 Báo hiệu và diêu khiển

3 Kiểm tra dườnq truyèn

0 mộ t số hệ thống các thông tin bổ sung trên có thể được đặt ớ các kênh dành riêng

1.3.3 Thu cụm

Hình 1.3.3 minh hoạ quá trình xử lý ớ máy thu của thuê bao vô tuyến thứ

3 Phan xử lý khung T D M A sẽ điều khiển viêc mớ c o n s cho cụm b an s cáchJ o . 0 . 0phát hiện từ duy nhất; sau đó lấy ra lun lượng danh cho mình được chứa tro nu

c a c cụm con cứa mỗi cụm Lưu lưựng này được thu nhãn khỏnu liên tục với

i H i ’ t Ill'll ạ nul l ' l l VÒHIỊ v ò t u y ế n n ộ i h a i W'LẤ.

C ỉ m m ị Ị I : ( ' ác p h lít I 'l l , í; ill ứ c d a t h á m n h ậ p vò ill veil

toe độ bit là R Đẽ khỏi phục lại tốc do hit ban đau R, (V dạnsz một luống số liên tục tlioim tin được uiữ ớ hộ liệm tronu khoáng thời gian của khung đang xét và được đọc ra từ bộ nhớ đệm này o' tốc độ R tron2: khoán tỉ thời uian cua

k h un s sau

Điẽu quan trọng để xúc định nội cluníỉ cua cụm nói trên là trạm thu phải có kha nãim phát hiện được từ duy nhất ứ khới đầu của mỗi cụm Bộ phát hiện từ duy nhất xác định mối tương quan siữa các chuỗi bit ứ đầu ra của bộ phát hiện bit của máy thu, chuỗi này có cùng độ dài như từ duy nhất và là mẫu của từ duy nhất dược lun giữ ở bộ nhớ của bộ tươns; quan Chỉ có các chuỗi thu tạo ra các đỉnh tương quan lớn hơn một ngưỡng thì được giữ lại như là các từ duy

L3.4 Đồng bộ

Ớ T D M A vấn để ctổns bộ rất quan trọng Đốriíi bộ cho phép xác định đ ún s

vị trí của cụm cẩn láy ra ở máy thu hay cần phát đi ở máy phát tương ứng Nếu các máy thuê bao là máy di động thì đồnụ bộ còn phải xét đến cả vị trí của

m áy này so với trạm gốc v ề vân đề đôn LI bộ c h ú n g ta sẽ xét ở các hè th ống đa

thàm nhập vô tuyên cụ thể

So với FDMA, T D M A cho phép tiết kiệm tần số và thiết bị thu phát hơn Tuy nhiên ở nhiều hệ thốns nếu chỉ sử dụng một cặp tán số thì không đủ đảm bảo dung lượng của mạng Vì thế T D M A thường được sử dụng kết hợp với

FD M A cho các mạng đòi hỏi dung lượng cao

Nhược điểm của T D M A là đòi hỏi đồng bộ tốt và thiết bị phức tạp hon

F D M A khi cầu dung lươn2 truyền dẫn cao

H c tlui/iu n i a c h v ò n ạ vò t u x c u n ộ i h ụ i Vi L L

( 'liiítí/!^ I : C á c phit' toi” t h ứ c (III llnini n l n j p vn t i t xr n

1.4 Đa thâm nháp phân chia theo mã ( DM A

C D M A là phươnn thức đa thám nhập mà ớ đó mỗi kènh được cung cap mọt cặp tần số và một mã duy nhát Đây là phươns thức đa thâm nhập mới, phươnu thức nàv dựa trên rmuvên lý trải phố Tồn tại hai phương thức trái phổ:Trai phổ theo chuỗi trực tiếp (DS: Direct Sequency)

Trải phổ theo nhẩy tán (FH: Frequency Hopping)

Đe hiếu được V nghĩa của C D M A dựa trẽn các phươim pháp trài phổ này ta

sẽ kháo sát tons quát nsuyê n lý trai phổ nêu trên ở phần dưới dây

1.4.1 ( DMA theo chuỗi trực tiếp ( D S - C D M A )

ỉ 4.1.1 Nguyên lý

Nguvèn lý của phươim pháp DS- CD M A được cho ở hình 1.4.1

Bán tin của tín hiệu số cần phát M,(t) d a n s mã NR Z lưỡng cực với Mị(t) =

± 1 được đưa lên nhân với chuỗi mã c,(t) được tạo ra từ một bộ tạo chuỗi cư số hai giả ngẫu nhiên (PRBS Generator: Pseudo Random Binary Sequency Generator) được mã hoá ớ dạng NR Z lưỡnti cực sao cho ỊC,(t)} = {c , !, c,

c, c , , Ị, trorm đó I.J I,n ' 7 cr c, n có thể nhàn siá tri ± 1 Chuỗi siủi mã rtíĩẫu nhiênI.n o o c?này nằm tro nu tập các chuỗi mã giải ngẫu nhiên sau:

có giá trị đươníí lớn khi dịch thời gian 1 = 0 và giam dan khi dịch thời gian tãns và trở nên am khi dịch thòi izian lởn hơn T

* Hàm tưoìiii quan chéo c,(t) và c !(t ) với iị được xác định :

Cn(0 -> |c:,(t), c 2(t), c 3(t) c , ( t ) }

là các hàm trực giao theo quy tắc:

* Hàm tự tương quan của c,(t) xác định theo c ô n s thức sau:

( 'luítíii^ I : ('(/(' p h i f d n ^ t h ứ c ( I I I lliiini n h a p vó Iiiycn

1 9

Toe độ cua ban tin dược !ZỌÍ là tốc độ bit R h nhỏ hơn nhièu so với lốc độ cua chuỗi mã được uọi la tốc độ chip R , Mỏi luổng số của mỗi kênh sẽ được

bộ tạo mã lạo ra một chuỗi PRBS (chuỗi cư hai uia nsủu nhiòn) tưưng ứng duy nhát được íiọi là chuỗi mã: Cj(t) có độ dài L Mỗi bit có độ làu b ã n s độ lâu của chuôi mã: Ti, = T X L c, (t ) có tốc độ R = 1/T (c: chip) cao hơn nhiều so với tốc độ bit R h = 1/T của tín hiệu số cần phải phát, vì thế phổ của tín hiệu sia ncấu nhien sẽ rộniỉ hơn nhiêu so với phổ của tín hiệu số cần phát (độ rộn" phổ của tín hiệu xun s B tỷ lệ nghịch với độ rộng xu nu T : B ~ 1/T) Do phổ rộng

và cònu suất khổng thay đổi nên tín hiệu PRBS có biên độ mật độ phổ rất thấp Sau khi nhàn ta được tín hiệu tích có phổ rất rộng và biên độ mật độ phổ rất thấp (xem hình 1.4.2) Quá trình này được gọi là quá trình trải phổ bằrm chuỗi trực tiếp Sau đó tín hiệu đã được trái phổ được đưa lèn điều ch ế (để đơn

iĩián ở hình vẽ sử dụng diếu chế khoá chuyến dịch pha hai trạng thái: 2 - PKS

harm cách nhàn với cosco,t) ta được:

ơ phía thu xảy ra quá trình ngược lại Trước hết tính hiệu thu được giủi điều ch ế (bán s cách nhàn với 2cosco t đưa đến từ bộ dao động nội phía thu):

Tán s ố

►

Hình 1.4.2 P hố cùa sóng m a n g ỏ D S - C D M A cùtiíỊ với ph ò cua

sóng m a n ” này khi c h ỉ được diêu che bời bản tin M,ịt)

t i e t h ổ n o t n ạ c h VÒHỈÌ v ò n t x c n n ộ i h ạ i W L L

( ' ì n ù i n x I : C á c p h ỉ ù M ạ lliii'i (III ihdtti film/) vu l u \ ( ‘)i

Sau dó đưa qua bộ lọc thoniz thấp LPF de láy ra thành phán tán thấp: U(t)

=- VI|(t )C,(l) Đè khử trải phổ U(t) được đưa lên nhàn với PRBS được tạo ra ỏ'

bo uiái mã Nêu chuỗi mã cua bộ tạo mã uiõnu với chuỗi mã phía phát:

trons: đó: p là công suất phát; R là tốc độc chip; f là sóng mang

Phổ này được trình bày ở hình 1.4.2

1.4.1.3 Thực hiện da thủm nhập

Trạm gốc nhận được tín hiệu hữu ích s,(t) bị xếp chổng với các tín hiệu

s ( t ) của các n Sĩ ười sứ dụníi khác ứ cùng một tần số, vậy tín hiệu thu được sẽ

./ */'irong đó:

i ì c (lin/ựj m u c h VÒIHỊ vò n i \ t ' n n(>! h ụ i W L L

( ’Iiiíó /Ií; I : C ue phư<tn iỊ t h ứ c cla thâm n h ậ p v ò I II yen

trước đav Vì vậy mật độ phổ cua tạp àm Ỵ ^ \ I {í)c ( t ) C' , {t ) s<~' tỈTãp Vậy CÔIIÍĨ sunt tap âm iiiao thoa trong hăim tần của bấn tin M|(t) hữu ích sẽ thấp

1.4.1.4 Báo vờ chonX nhiêu \>iao thoa i>iữíi các hệ thoniỊ

( hit'o'ir.; / (.'(/<■ phiùiHỊị lliức ( 1(1 t h a m n h ạ p vó l nycti

Các tín hiệu được phát đi từ các hệ thống khác cỏ thể sử dụntỉ cùng báng lan của tín hiệu CDMA Các tín hiệu này có thê là các sóntỉ marm bãnu hẹp (các sónu mane F D M A /T D M A chãnc han) Gia sử J(t)cos(o.t là một sónụ

m a n s như vậy Tín hiệu ờ đau ra của bộ nhàn sẽ là:

ĨMhiẻu ìiiao thoa này bị trái phổ bởi máy thu CDMA C o n s suất íiiao thoa ứ băn tỉ tán của bản tin Mj(t) hữu ích sẽ rất nhỏ (xem 1.4.3)

I A ì 5 Báo vệ chong pha dinh nhiên tia

Pha đinh nhiều tia gây ra do tín hiệu đến máy thu theo nhiều đường có các

độ dài khác nhau Ta có thế coi tín hiệu đi thánẹ từ máy phát đến máy thu là tín hiệu hữu ích, còn các tín hiệu phản xạ từ các vật khác nhau rồi mới đến máy thu kì tín hiệu nhiễu Các tín hiệu phán xạ bị trỗ một khoảng thời Liian Atn, nếu khoánụ trẻ này lớn hơn khoảng thời gian của một chip T thì sẽ khôriíí còn sư í ươn í quan giữa mã thu được và mã nội của máy thu dẫn đến phố của sóng manụ phán xạ bị trải rộng nhừ vậy đạt được sự chống pha đinh nhiêu tia

1.4.1.() Các chuồi m ã dụng N R Z dơn cực và tu'o'ni> quan I>iữa c h í m "

Tronu thực tố các chuỗi mã có thế được xử lý ớ dạne cơ hai d<m cực vớiw J ohai mức logic "0" và "1" và các bộ nhàn thường được thay thế bàng mạch logic hoặc loại trừ, dựa trên quy định sau:

Xung "+" thay bans lôgic "0", Xung thay bans lôgic "1"

Phép "x" thay bằng "+ môđun-2" được thực hiện bằnu mạch hoặc loại trừ XOP Chuỗi c,(t) được biểu diễn ở mã cơ hai như sau:

trong đó L là số hit của mã (độ dài của mã)

Các chuỗi mã c,(t) và Cj(t) là các hàm trực iiiao khi:

Nếu 1 = j :

2 3

( ' liiíóny / : (.'</(' pltiíơiiỊỊ t h ứ c d a t h a m n h ậ p vo l i i yr n

có số bit toàn "0" hay toàn " I " khi dịch thời lĩian I = 0 ± m.T.L, tromj; đó m la

n licit );<) s ố hit "1" và s ố hit "0" h ar m n h a u h a y k h á c n h a u ít n h ấ t ở c á c d ị c h

thời con lại ( t ự t ư ơ n s quan nhỏ nhất)

" 1" và so số "0" bàng nhau và tương quan chéo bàng "0")

Như vậy trước điều chế hai tín hiệu số đon cực M(t) và Cn(t) được cộng môđun - 2 sau đó được biến đổi thành lưỡng cực theo quy tắc:

trong đó: p(, là số bit giống nhau

pị là số bit khỏnơ giống nhau

Nếu một chuỗi được so sánh tương quan với bán thân mình thì được cho

là tư iu'n'nu quan, còn nếu nó được so sánh tưưns quan với một chuỗi khác thì được íỉọi là tưctng quan chéo Thườniĩ nơười ta sử dụng tirưrm quan chuán hoá iheo quy tắc sau:

l ie ílion ” mạch vòiii’ vò luyến nội hụi W LL

(_ h n't I'll s' I : ( ' t i i ' p h i ừ ỉ H i ị t h ứ c I I I I i l i u m I i l i ậ p v ó t i t x c n

Pn + / ’ I

tronii do:

p0 là sò bit tziotm nhau

Pi là sô bit khòng sio’n s nhau

Hà m tự tưưns quan của chuỗi PRBS được cho ớ hình 1.4.4

Mũ cao nhất của đa thức tạo chuỗi

Độ lâu của chuỗiBước dịch chuỗi so sánh

Hình 1.4.4 Chuỗi gi ả ngảu nhiên

l i e m uch W 'ni£ vò tuyên HỘI h ạ i \ \ L L

Đê tính tự tưưnu quan ta giữ chuỗi góc có định và dịch chuỗi so sánh từnụ bit một I = 0 ± 1, ± 2, ±3 Ironu đó I là dịch thời so với chuỗi iiốc tính harm chip Giá sứ ỉCn} là một chuỗi nuẫu nhiên được cho bới {Cn} = )C„- Cị C 2,

c Cị ' n h ư ta đã nêu ứ tròn Nếu Cn là N R Z lưữrm cực và b ằ n " Cn = ± 1 và

L la đỏ dài chuỗi, ta có thế định nụhiã hàm tư Lirơníỉ quan như sau:

n-l

tronẹ đó I là khoản 2; dịch thời si an của chuỗi | C n}

Hàm tưoìiỵ, quan chéo giữa hai chuỗi {Cn} và {Bin} có độ dùi L được tính

Để làm thí dụ ta xét hàm tự tươns quan cho chuỗi 11 10100 được tạo ra ờ

bộ tạo chuỗi cơ hai giả ngẫu nhiên trong thí dụ 1 ở hình 1.4.5 Các giá trị củahàm tương quan này được tổng kết ớ bảng 1.4.1 (do tính đối xứng của hàmtươns quan nên ta chí xét cho X > 0)

( 'll/n o il! / C á c p h iíd ìi^ thứ c tia th a m n h ậ p va titxcn

( 'III ft I'll" I : ( lie pl m' o’N.i; llilic da l l i a m n h ậ p vò liiycn

B ả n g 1.4.1 Th í dll vê tư tương qưcin clio "1001110"

( ' l u l l i n g I : ( ' (/(' p h i t ' a ' n x l l i i f r d a l l i i i t n n h ậ p v u I i i y r n

Sư tổ chức này bao íiổm một tạp hợp N các Hip - flop tạo nên một thanh ulii dịch \'ới một tạp họp các dường hổi âm tiếp được đủm báo bởi các thao tác hoặc loại trừ Các thanh ghi dịch này được xây dựníĩ trẽn cơ sứ đa thức tạo mã P(x) tối uián Trạng thái của các flip - flop thay đổi theo nhịp của đồng hổ có tốc độ R Luổnu chip ở đáu ra có chu kỳ 2 N - 1 và mõi chu kỳ có 2 N 1 - I chip "0" và chip "1" Hàm tươnơ quan và mật độ phổ của chuỗi đã được xét ở hình 1.44

Hình 1.4.6 Thí du vê hàm Walsh sử d ụ n g cho trải phô

Tro nu thỏ nu tin di ctộns đè tiện cho viêc đổng bô n lí ười ta có thể sử duniỉo o o . 0 . 0 omột số bộ tạo mã đặc biệt như bộ tạo mã Walsh Đặc điểm của mã này là nó tạo nên một ma trận trong đó tổ hợp mã của các hàng và các cột có cùng thứ

Băt chuỗi mã:

Hình 1.4.7a cho thấy một loại sơ đồ bắt chuỗi cho trường hợp tách sóng

k h ỏ n s tương quan (không khôi phục sóng mang) Sóng m a n s thu s,](t) được nhân với chuỗi Cj(t + x) được tạo ra tại máy thu Chuỗi này không đ ồ n s pha với c,(t) và sự dịch được ký hiệu là I Đầu ra của bộ nhàn được đưa đến lọc băng thông có tần số trung tâm 03c và có độ rộng băng thông rộng so với M,(t) nhưng hẹp so với phố củaCị(t) Vậy bộ lọc có tác dụng tru nu bình hoá sán phẩm C,(t).C;(t+i) và tín hiệu ớ đầu ra của bộ lọc có thê được biểu diễn như

Một bộ tách sóng hình bao sau bộ lọc sỗ tách ra giá trị đỉnh của tín hiệu ở đáu ra của hộ lọc Vì hiên độ của sóng mang được diều ch ế bởi M,(t) là không đổi tín hiệu ở đầu ra của bộ lọc tách sóng hình bao sẽ cung cấp hàm tự tương qua n của c,(t), vậy:

T ừ hình 1.4.4 ta thấy rằng hàm này có cực đại khi I = 0 Biên độ đầu ra của bộ tách sóng hình bao được đo cho một giá trị cho trước I, nếu điện áp này nho hơn một ngưỡng cố định thì I được tăng một lượng bằng độ làu cua một chip T Thao tác trên được lặp đi lặp lại cho đến khi đầu ra của bộ tách sóníĩ hiên vượt quá một nsưỡntĩ cố định chứns tỏ rá nu đính t ươn Sỉ quan đối với

I = 0 đã đạt được Khi này sẽ chuyến sánu chế độ bám

Ị lệ th o n ịị m ạch vònli vò litx c /i n ộ i h ạ i W I.L

Chương / C ác pliương thức 'da thám nhập vó luyến

Không khôi phục sóng mang

Có khôi phục sóng mang

Hình 1.4.7 Nguyên lý bắt m ã ở hệ thông DS-CDMA

H ệ thống m ạch vòng vô tuyến nội hại WIẨ,

( ' lu i't I'/Ii’ Ị : ( ’</(■ p l u í ơ n x l l i i í c (1(1 t h ă m n h a / ) v o IHỴCII

Thực tè tốt nhất la tích luỹ một số giá trị do đối với một I cho trước nhừ một hộ phàn tích có khoánu thời gian hiirm một số chu kv của chuỗi niiáu nhiẽn Bo tích phàn dược đặt giữa bộ tách s o n s đưừnti bao và bộ phát hiện imưỡnsĩ

Hình 1.4.7b mô ta sơ đồ bát mã cho trườn ÍI hợp iĩiái điều ch ế nhất quán (có khôi phục sons mans), ơ hình này trước hết sóng m a n s đã được khôi phục được nhàn với so ns m an s thu:

,e(x)

©

Bộ tách s ó n g đường b a o

Sau đó quá trình xảy ra giống như ở hình 1.4.7a.

* Quá trình bám:

Hình 1.4.8 cho thấy nguyên lý của việc tổ chức bám

Vòng bắt được tăng gấp hai với nhánh "nhánh" và nhánh "Trỗ" Tín hiệu được tạo ra bở bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên ở nhánh "nhánh" là c,(t + T c/2), và

tách sóng hình bao để tạo ra một tín hiệu lỗi e(x) = |Ra(x+Tc/2)| -|Ra(x- Tc/2)|, sau khi lọc lỗi này sẽ điều khiển làm cho bộ tạo chuỗi nhanh hav chậm hơn Dấu của e(x) phụ thuộc vào I có dạng đặc tính của một tín hiệu lỗi trong vòng điều khiển

1.4.2 CDMA theo chuỗi nhẩy tần (FH-CDMA)

1.4.2.1 Nguyên lý

Hình 1.4.9 m ô tả nguyên lý C D M A theo chuỗi nhẩy tần

Bản Ún cơ hai được truyền có tốc độ hit R h = 1/Tb và được m ã hoá ở NRZ Bản tin này điều ch ế sóng m ang có tần số fc(l) = cott/27T được tạo ra ử bộ tổng hợp tần số được điều khiển bởi một chuỗi cơ hai hay bộ tạo mã Bộ tạo mã này cung cấp các chip có tốc độ bit R c Nguyên lý nói trên được minh hoạ ở điều

c h ế pha hai trạng thái (BPSK) Vậy tín hiệu được truyền đi ở dạng sau:

Ớ m áy thu sóng mang nói trên được nhân với sóng man g không bị điều

ch ế được tạo ra ở cùng điều kiện như ở máy phát Nếu m ã địa phương đồng pha với m ã thu được thì tín hiệu ở đầu ra của bộ nhân là:

Cluo/HiỊ / C ác phương thức 'da thám nhập vỏ tuyến

Ị lệ thống m ạch vòni> vở tnxến nội hại W LL

Có thè khao sát ba loại hè thốim:

- Loại chí c ó một bước nhay tần trên một bit thong tin: R,I = Rb;

- Loại c ó nhiéu bước nháv trên một bít thông tin: R|| » Rh;

H ệ t h ò n i Ị n i ụ c h VÙII.ÌỊ v ò t u x i ’ h n o i h ạ i u l L

( l i l t ) I ' l l" / (.’ (/(■ p h u ' o ' n ^ t h ứ c l i d i l i u m n h ậ p v ò l i i \ ( ‘)i

Loại một bước nháy trên nhiêu hit R|, « R h

Hình 1.4.10 cho thấy một thí dụ vé truvẽn dán Rị, « Rt,

Phổ của sóntí mang trong đoạn thời ìiian riiiãn (phổ cho mộl chu kỳ Tị, = 1/ Rí I ịi) có các đặc tính cua sóng m a n s BPSK ctưưc điéu chế bới luổnu số có tốc• *— ' • C 5đệ) li it và vì t hế chiếm băn lí tần h hãng R h Phổ đoạn thời uian dài bao iíỏm việc xốp chồnti N són s m an s có phổ thời sian nsắn VI thế nó có độ rộnc Blớn hơn Hệ số trái phổ la B/b Ta có thể trình bàv diễn biên của truyèn dẫnsóniỊ mang ở dnạg lưới tần số thì gian như ở hình 1.4.10 trong đó mỗi ô thể hiện trạns thái tán số ờ một điểm nhất định

H ệ th a m ; m ạch vòriỊ! V(> tuxcu n ộ i h ụ i \\ Ỉ.L.

( ' l i ú i ú i Ị ' Ị : ( 'á c p l u í t O i i ; / l ì i í c ( I I I i h i i t n n h ậ p v o IIIY C II

che Gia sir một ban tin M,(t) được phát đi bănu tán số 0) ,| được xác định h(Vi

chuĩi mã Cj(t) và baiiii 0),J2n là :

(1.4.28)

Ớ đáu ra của hộ lọc thõiiiĩ thấp ta thay M,(t) bị kèm bời các tạp àm ííày ra bởi sự cĩ mặt của các s ĩ n s m a n s như CO ., = (0 Xác suất của trườnII hợp này nhỏ khi số lượng các băng tần trèn lưới lớn và hệ số trải phổ B/b lớn Như vậy

cĩ the đạt được mật độ phổ của phổ tạp ủm giao thoa thời giai dài nhỏ

ì 4.2.4 Báo vệ chống nhiễu

T ư ơ n s tự như trong trường hợp chuỏi trực tiếp nhiễu giao thoa gày ra do các sỏnụ m a n s cĩ các tần số cỏ định sẽ bị trải rộng phổ ở máy thu nhờ vậy ạn chị được cơng suất tạp àm trona, băns tấn của tín hiệu bán tin Mj(t) hĩru ích.Nuuycn lý tạo m ã và đổnu bộ cũniỉ mỏng như đã kháo sát ở phán trcn.Trong m ạn g th âm nhập thuê bao chủ yếu sử dụng DS C D M A vì phương pháp này đơn giản hơn

Nuói phưưng pháp CDM A nhẩy tần cịn cĩ phương pháp CD M A nháy theo thời gian: TS - CDMA Ớ một số ứng dụn<ỉ để tăng hiệu quả cho CDM A người ta cĩ thể sử dụnti kết hợp cả ba kỹ thuật trải phổ nĩi trên

H ệ thổnX m ạ ch vịm Ị vị tuvừn n ộ i hạ i \VL,L