Nghiên cứu mạng thông tin di động cdma vấn đề quy hoạch và ứng dụng mạng

Không chỉ truyền dẫn thoại, CDMA2000 1x cho phép truyền dữ liệu dạng gói cung cấp hàng loạt ứng dụng vô tuyến tốc độ cao như: gửi tin nhắn trong môi trường đa truyền thông, ứng dụng Inte

Nghiên cứu mạng thông tin di

động CDMA - vấn đề quy hoạch

và ứng dụng mạng

Phí thị thu hằng

Hà Nội – 11/2005

Trường đại học bách khoa hà nội

-o0o -

Luận văn thạc sỹ khoa học

Nghiên cứu mạng thông tin di động

CDMA - vấn đề quy hoạch

Mục lục

Trang Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Lời giới thiệu 1

Chương 1 : Tổng quan về kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1 Lịch sử phát triển của công nghệ CDMA 6

1.1.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA 6

1.2 Công nghệ CDMA 12

1.2.1 Thu phát tín hiệu trong CDMA 12

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống CDMA 13

1.3 Kỹ thuật trải phổ 23

1.3.1 Giới thiệu chung về hệ thống trải phổ 23

1.3.2 Trải phổ trực tiếp 23

1.3.3 Khái niệm hệ thống trải phổ 24

1.3.4 Đặc tính hệ thống trải phổ trực tiếp 26

1.3.5 Chuỗi giả ngẫu nhiên 30

1.4 Mã hoá thoại và mã hoá kênh 32

1.4.1 Mã hoá thoại 32

1.4.2 Mã hoá kênh 37

Chương 2 : Công nghệ CDMA 2000 1x 39

2.1 Giới thiệu công nghệ CDMA2000 1x 39

2.1.1 Giải pháp hiệu quả để sử dụng tần số 39

2.1.2 Hỗ trợ thoại và dữ liệu tốc độ cao 40

2.1.3 Chất lượng cuộc gọi trong CDMA 2000 1x: 41

2.2 Kiến trúc mạng CDMA2000 1x 41

2.2.1 Sơ đồ kiến trúc mạng CDMA2000 1x 41

2.2.2 Nhiệm vụ chức năng các thành phần 42

2.2.2.1 Mạng lõi 42

2.2.2.2 Mạng truy cập vô tuyến – RAN 44

2.2.2.3 Mạng dữ liệu gói – PDN (Packet Data Network) 45

2.2.2.4 Giải pháp quản lý mạng 46

2.2.3 Cấu trúc địa lý hệ thống thông tin di động CDMA2000 1x 48

2.3 Đường truyền vô tuyến và thiết kê quy mô mạng 49

2.3.1 Thiết kế đường truyền vô tuyến 49

2.3.2 Tính toán dung lượng ô 49

2.3.3 Lập kế hoạch phủ sóng 51

2.3.4 Các mô hình truyền sóng 51

2.3.4.1 Mô hình Hata – Okumura 52

2.3.4.2 Mô hình Walficsh_Ikegami (COST 231) 53

2.4 Các dịch vụ cung cấp 55

2.4.1 Các dịch vụ cơ bản 55

2.4.2 Các dịch vụ gia tăng giá trị khác 55

Chương 3 : Công nghệ CDMA 2000 1x EV-DO 57

3.1 Hướng phát triển 57

3.2 Các đặc điểm mới của CDMA2000 1xEV-DO 58

3.2.1 Vấn đề tăng tốc cụm dữ liệu 58

3.2.2 Cơ chế thích ứng tốc độ của EV-DO 59

3.2.3 Mô hình điều chế và mã hoá tiên tiến 60

3.2.4 Phân cực marco qua việc lựa chọn vô tuyến 61

3.2.5 Ghép kênh hiệu quả khi sử dụng phân cực đa người dùng 61

3.2.6 Các tính năng khác của EV-DO 62

Chương 4 : Phương pháp quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 CDMA 2000 1x – ứng dụng tại Việt Nam 66

4.1 Mở đầu 66

4.2 Quy hoạch dung lượng mạng 67

4.2.1 Mật độ lưu lượng 68

4.2.2 Tải hệ thống 68

4.2.3 Cấp dịch vụ 68

4.2.3.1 Mô hình Erlang-B 68

4.2.3.2 Mô hình Erlang-C 70

4.2.4 Một số khái niệm khác 71

4.2.4.1 Nhgẽn mềm trong hệ thống 71

4.2.4.2 Nghẽn cứng trong hệ thống 72

4.2.5 Dung lượng hệ thống 73

4.2.5.1 Dung lượng tuyến lên (MS -> BTS) 73

4.2.5.2 Dung lượng tuyến xuống (BTS -> MS) 76

4.3 Quy hoạch vùng phủ sóng 77

4.3.1 Quỹ đường truyền 77

4.3.2 Vùng phủ sóng đường lên (Reverse Link, Up Link) 78

4.3.3 Vùng phủ sóng đường xuống (Forward Link, Down Link) 79

4.3.4 Cân bằng tuyến (Link Balance) 80

4.4 Quy hoạch độ lệch định thời 80

4.4.1 Chuỗi PN ngắn 81

4.4.2 Cùng đệ lệch định thời (Co-PN Offset) 83

4.4.3 Độ lệch PN cận kề (Adjacent PN offset) 85

4.5 Tối ưu hoá hệ thống 87

4.5.1 Kỹ thuật tối ưu hoá mạng 87

4.5.2 Kỹ thuật giám sát kênh 87

4.5.2.1 Tuyến xuống 87

4.5.2.2 Tuyến lên 88

4.5.3 Tham số điều khiển công suất 88

4.5.4 Kích thước cửa sổ tìm kiếm 90

4.5.4.1 Cửa sổ tìm kiếm Cửa sổ tìm kiếm A (SRCH_WIN_A) 90

4.5.4.2 Cửa sổ tìm kiếm N&R (SCRH_WIN_N

& SCRH_WIN_R) 94

4.5.5 Tối ưu trường 95

4.5.5.1 Cường độ lệch pha 95

4.5.5.2 FER (Tỷ lệ mất khung) 96

4.5.5.3 Vùng phủ sóng tuyến xuống 96

4.5.5.4 Nhiễu tuyến xuống 96

4.5.5.5 Vùng phủ sóng tuyến lên 97

4.5.5.6 Nhiễu tuyến lên 97

4.6 Mạng thông tin di động CDMA triển khai tại Việt Nam 98

4.6.1 Giới thiệu mạng S-fone 98

4.6.2 Sơ đồ cấu hình 99

4.6.3 Phân hệ mạng lõi 99

4.6.3.1 Trung tâm chuyển mạch MSC 99

4.6.3.2 Khối chức năng VMS 102

4.6.3.3 Khối chức năng nhắn tin SMSC 102

4.6.3.4 Hệ thống trả tiền trước PPS 102

4.6.3.5 Khối đăng ký thuê bao thường trú VLR 103

4.6.3.6 Trung tâm tính cước và chăm sóc khách hàng CSBS 103

4.6.3.7 Phần truyền báo hiệu số 7 103

4.6.4 Phân hệ mạng truy nhập 103

4.6.5 Phân hệ mạng truyền dữ liệu gói 104

4.6.5.1 Nút chuyển mạch dữ liệu gói PDSN 105

4.6.5.2 Trung tâm nhận thực dữ liệu AAA 105

4.6.5.3 Mạng lõi dữ liệu DCN 106

4.6.5.4 Tác tử chính HA 106

4.6.6 Các dịch vụ cung cấp 107

4.6.6.1 Các dịch vụ hệ thống 107

4.6.6.2 Nhóm các dịch vụ S-WAP 108

4.6.6.3 Các dịch vụ khác 109

4.6.7 Khu vực phủ sóng 110

4.7 Một số kiến nghị và đề xuất 110

Kết luận chung 112

Các tài liệu tham khảo 113

Danh mục các từ viết tắt

A Active Kênh hoạt hoá

AAA Authentication, Authorization

& Accounting Trung tâm nhận thực thuê bao

AC Authentication Center Trung tâm nhận thực thuê bao

ADPCM Adaptive Differential Pulse

Code Modulation Điều xung mã vi sai thích ứng ATM Asyschronous Transfer Mode Kiểu truyền dẫn không đồng bộ ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp tự động

AWGN Additive White Gaussian

Noise Nhiễu trắng cộng dừng

BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bít

BMS Base Management Station Trạm quản lý các BSC

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế khoá dịch pha nhị phânBSC Base Station Controller Hệ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CAN Central ATM Network Mạng chuyển mạch ATM trung

tâm

CDMA Code Devision Multiple

Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CELP Code-Excited Linear

Predictor

Dự đoán tuyến tính kích hoạt theo mã

CRC Circle Redundency Check Kiểm tra chất lượng của khung

CSBS Customer Care Service &

Billing System

Trung tâm tính cước và chăm sóc khách hàng

CS Control Subsystem Phân hệ điều khiển

DSSS Direct Sequence Spread

Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp

EDGE Enhanced Data Rates for

EVRC Enhanced Variable Rate

Codec Mã hoá nâng cao tốc độ biến đổiEV-DO Evolution Data Only Dịch vụ tốc độ cao

EV-DV Evolution Data & Voice Dịch vụ tốc độ cao và thoại

FA Frequency Allocation Tần số sử dụng

FAF Floor Attennuation Factor Hệ số suy hao tầng

FDMA Frequency Division Multiplex

Access Truy nhập phân kênh theo tần sốFER Frame Erase Rate Tỷ lệ mất khung

FHSS Frequency Hopping Spread

System Trải phổ nhảy tần số

GMSC Gateway MSC Cổng MSC

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ hỗ trợ dữ liệu gói

GoS Grade of Service Tổn thất dịch vụ

HA Home Agent Tác tử chính

HLR Home Location Register Khối đăng ký định vị thường trú

IP Internet Protocal Giao thức Internet

ISDN Intergrated Services Digital

Network Mạng số đa dịch vụ

IS InterWorking Function Phân hệ chuyển mạch mạng IMT-

International

Telecommunication Union –

Telecommunication Sector

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LPC Linear Prediction Code Mã dự đoán tuyến tính

LSP Linear Spectrial Pairs Cặp phổ tuyến tính

MS Mobile Station Trạm di động, thuê bao

MSC Mobile Switching Center Trung tâm chuyển mạch di độngMIP Moblie IP Thuê bao dùng dịch vụ IP

NTS Network Terminal Server Máy chủ đầu cuối mạng

OA&M Operations, Administration &

Maintenance VËn hµnh, qu¶n lý vµ b¶o d−ìng

OMC Operation & Maintenance

Center

Trung t©m vËn hµnh vµ b¶o d−ìng

PAM Pulse Amplitude Modulation §iÒu biªn xung

PCM Pulse Code Modulation §iÒu xung m·

PDN Packet Data Network M¹ng d÷ liÖu gãi

PDSN Packet Data Switch Node Nót chuyÓn m¹ch gãi

PN Pseudo Noise M· gi¶ ngÉu nhiªn

PPS Prepaid Service DÞch vô tr¶ tiÒn tr−íc

PSK Phase Shift Keying §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha

PSTN Public Switched Telephone

Network M¹ng ®iÖn tho¹i c«ng céng

QCELP Qualcomm Code-Excited

Linear Predictor

Dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch ho¹t theo m· Qualcomm

QoS Quanlity of Service ChÊt l−îng dÞch vô

QPSK Quadrature Phase Shift

Keying

§iÒu chÕ kho¸ dÞch pha cÇu ph−¬ng

RAN Radio Access Network M¹ng truy cËp v« tuyÕn

RELP Residual Excited Linear

Prediction

M· ho¸ dù ®o¸n tuyÕn tÝnh kÝch ho¹t phÇn d−

RF Radio Frequency TÇn sè v« tuyÕn

SCP Service Control Point §iÓm ®iÒu khiÓn dÞch vô

SMS Short Message Service DÞch vô tin nh¾n tin ng¾n

SMSC Short Message Switching

Center Khèi chøc n¨ng nh¾n tin

SNR Signal to Noise Ratio TØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÔu

SS-F Subsystem IWF Ph©n hÖ giao tiÕp víi IWF

SS-ST Subsystem – Subscriber

Trunk

Ph©n hÖ giao tiÕp trung kÕ vµ thuª bao

SS-T Subsystem Trunk Ph©n hÖ giao tiÕp trung kÕ

SS-V Subsystem VMS Ph©n hÖ giao tiÕp víi VMS SSP Service Switched Point §iÓm chuyÓn m¹ch dÞch vô

TCH Traffic Channel Kênh lưu lượng

TDMA Time Division Multiplex

Access

Truy nhập phân kênh theo thời gian

THSS Time Hopped Spread

Spectrum Trải phổ nhảy thời gian

VLR Visitor Location Register Bộ đăng ký định vị tạm trú VMS Voice Mail Service Dịch vụ hộp thư thoại

WAP Wireless Application Protocal Giao thức ứng dụng không dây W-

CDMA Wideband CDMA CDMA băng rộng

WLL Wireless Local Loop Mạch vòng vô tuyến nội hạt

Danh mục các bảng biểu

Bảng 1.1 : So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ 7

Bảng 1.2 : So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ 7

Bảng 1.3 : Mẫu sử dụng lại tần số 4/12 8

Bảng 1.4 : Bảng phân bổ tần số cho mẫu 4/12 với 40 tần số 8

Bảng 1.5 : Giá trị chuỗi ra tại bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính 32

Bảng 2.1 : Bảng so sánh tốc độ truyền dữ liệu của các hệ thống 41

Bảng 3.1 : So sánh thông lượng giữa các công nghệ 58

Bảng 4.1: Tốc độ số liệu cực đại 1x 67

Bảng 4.2: Tốc độ số liệu cực đại 1xEV-DO 67

Bảng 4.3: Các kiểu chuyển giao và hệ số mào đầu tương ứng 77

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hỡnh 1.1: Công nghệ phân chia theo thời gian và tần số 4

Hỡnh 1.2: Xu hướng phát triển của thông tin di động 5

Hỡnh 1.3: Sơ đồ khối thu / phát CDMA 13

Hỡnh 1.4: Các quá trình phân tập trong CDMA 15

Hỡnh 1.5: Điều khiển công suất trong CDMA 16

Hỡnh 1.6: Chuyển vùng mềm giữa hai BTS 19

Hỡnh 1.7: Giao thoa từ BTS bên cạnh 21

Hỡnh 1.8: Tín hiệu trải phổ trực tiếp DSSS 24

Hỡnh 1.9: Trải phổ trực tiếp sử dụng điều chế BPSK 27

Hỡnh 1.10: Trải phổ trực tiếp sử dụng điều chế QPSK 29

Hỡnh 1.11: Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính 31

Hỡnh 1.12: Mã hoá CELP cho LSP 34

Hỡnh 1.13: Mã hoá CELP cho các giá trị L, b, I, G 35

Hỡnh 1.14: Giải mã CELP cho tốc độ 1, 1/2 và 1/4 35

Hỡnh 1.15: Sơ đồ chức năng mã hoá EVRC 36

Hỡnh 1.16: Sơ đồ khối mã hoá cuộn 37

Hỡnh 2.1: Mạng CDMA 2000 1X 39

Hỡnh 2.2: Sơ đồ kiến trúc mạng CDMA 2000 1X 42

Hỡnh 2.3: Sơ đồ khối mạng quản lý 47

Hỡnh 2.4: Cấu trúc địa lý của mạng CDMA 2000 1X 48

Hỡnh 3.1: Sơ đồ kiến trúc mạng CDMA 2000 1xEV-DO 59

Hỡnh 3.2: Sơ đồ thích ứng tốc độ của 1xEV-DO 60

Hỡnh 3.3: Thông lượng hệ thống trung bình tăng khi sử dụng phân cực đa người dùng 62

Hỡnh 3.4: So sánh tốc độ download giữa các công nghệ 65

Hỡnh 4.1: Quan hệ giữa số kênh và tải theo bảng Erlang-B 69

Hỡnh 4.2: Quan hệ giữa số kênh và tải theo bảng Erlang-C 70

Hỡnh 4.3: Mô phỏng các vùng chuyển giao mềm 72

Hỡnh 4.4 Sử dụng anten sector hoá để giảm nhiễu 75

Hỡnh 4.5 Trường hợp MS không thể phân biệt được hai trạm gốc 81

Hỡnh 4.6 MS không nhận dạng được trạm gốc 82

Hỡnh 4.7 Mô phỏng trường hợp hai trạm gốc có cùng PN offset 84

Hỡnh 4.8 Hai trạm gốc có cùng PN Offset 85

Hỡnh 4.9 Trường hợp hai trạm gốc có PN cận kề 85

Hỡnh 4.10 Hai trạm gốc có các PN offset cận kề trong miền thời gian 86

Hỡnh 4.11 Cửa sổ A dùng để thu cả hai đường A và B 91

Hỡnh 4.12 SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm lớn hơn 92

Hỡnh 4.13 SRCH_WIN_A và vùng chuyển giao mềm nhỏ hơn 94

Hỡnh 4.14 Cấu hình mạng CDMA của S-fone 99

Hỡnh 4.15 Cấu hình phân hệ mạng lõi 100

Hỡnh 4.16 Cấu hình trung tâm chuyển mạch MSC 100

Hỡnh 4.17 Vị trí của SMSC trong mạng 102

Hỡnh 4.18 Sơ đồ mạng truy nhập 103

Hỡnh 4.20 Mạng dữ liệu gói 104

Hỡnh 4.21 Phần cứng của nút chuyển mạch mạng gói PDSN 105

Hỡnh 4.22 Trung tâm nhật thực thuê bao AAA 106

Hỡnh 4.23 Vị trí của HA trong mạng 106

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ như điện tử, tin học, công nghệ viễn thông đã phát triển rất mạnh mẽ

và cung cấp ngày càng nhiều các dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt các yêu cầu của khách hàng

Thế kỷ 21 là thế kỷ của sự bùng nổ thông tin vô tuyến, trong đó thông tin di động đóng vai trò rất quan trọng Nhu cầu về thông tin di động ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịch vụ Nó ngày càng trở nên rất phổ biến và không thể thiếu trong xã hội hiện đại Nó không chỉ

đòi hỏi đáp ứng được những dịch vụ thoại truyền thống thông thường mà còn phục vụ nhiều dịch vụ truyền tải thông tin khác nhau như truyền số liệu, hình ảnh, tổ hợp đa dịch vụ … tốc độ cao và băng thông rộng Chính

điều này đã đòi hỏi thế giới luôn phải tìm kiếm những phương thức thông tin mới ngày càng ưu việt hơn Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động thế giới

Hiện nay tại Việt Nam ba mạng thông tin di động GSM ( Mobifone, Vinaphone và Vietel ) đang sử dụng công nghệ GPRS (General Packet Rate Service) truyền dữ liệu, nhưng vẫn chưa thể đáp ứng được các dịch vụ đòi hỏi băng thông rộng như truyền hình hội nghị

Trong bối cảnh đó thì việc ra đời mạng thông tin di động ứng dụng công nghệ CDMA là giải pháp hữu hiệu để giải quyết những vấn đề này Hiện tại

ở Việt Nam có 2 nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động ứng dụng công nghệ CDMA là Sài Gòn Postel (S-fone) với mạng CDMA2000 1x và VP Telecom với mạng CDMA2000 1x EV-DO đang trong quá trình triển khai, thử nghiệm và chuẩn bị đưa vào sử dụng

Nhưng để đảm bảo duy trì cho mạng hoạt động tốt lại là vấn đề không

đơn giản Được sự hướng dẫn nhiệt tình của PGS Phương Xuân Nhàn,

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu

mạng thông tin di động CDMA - Vấn đề quy hoạch và ứng dụng mạng”

Ngoài việc cung cấp những cơ sở lý thuyết về các hệ thống thông tin di

động CDMA, luận văn còn nghiên cứu vấn đề quy hoạch và tối ưu mạng để

đảm bảo cho mạng hoạt động hiệu quả, an toàn và tốt nhất, đồng thời nó cũng là cơ sở cho việc mở rộng mạng sau này

Với mục đích đó luận văn được chia thành 4 chương như sau :

Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về kỹ thuật trải phổ và công nghệ

CDMA

Chương 2 : Giới thiệu Công nghệ CDMA2000 1x với kiến trúc mạng,

thiết kế đường truyền vô tuyến, thiết kế quy mô mạng

Chương 3 : Công nghệ CDMA2000 1x EV-DO và các đặc điểm mới Chương 4 : Phương pháp quy hoạch mạng thông tin di động

CDMA2000 1x bao gồm quy hoạch dung lượng mạng, quy hoạch vùng phủ sóng, quy hoạch độ lệch định thời, tối ưu hoá mạng và nghiên cứu mạng CDMA được triển khai tại Việt Nam

Do giới hạn về khuôn khổ cũng như khả năng nghiên cứu của bản thân

có hạn nên luận văn không tránh khỏi những sai sót Vì vậy rất mong nhận

được sự đóng góp và phê bình của các thầy cô giáo, cũng như bạn bè đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của PGS Phương Xuân Nhàn, các thầy cô giáo và các bạn bè đã giúp đỡ tôi hoàn thành bài luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, tháng 11/2005

Người thực hiện

Phí Thị Thu Hằng

Chương 1 : Tổng quan về kỹ thuật trải phổ

và công nghệ CDMA 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Lịch sử phát triển của CDMA

Thế kỷ 21 được xem như kỷ nguyên của thông tin kỹ thuật số với các dòng bit dịch chuyển toàn cầu, hết nối toàn thế giới Và con người đã phải thừa nhận sự lệ thuộc của mình vào thế giới đa truyền thông kỹ thuật số (Multimedia) kỳ diệu này Truyền thông di động cũng không nằm ngoài vòng kết nối đó với hàng loạt công nghệ tiên tiến tham gia phục vụ con người

Hiện có hơn 50 quốc gia trên thế giới triển khai ứng dụng công nghệ CDMA với trên 100 mạng

Lịch sử phát triển CDMA được bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50 Với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyền thông trải phổ được ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó Đến thập niên 80, CDMA được phép thương mại hoá và chính thức được đề xuất bởi Qualcomm, một trong những công ty hàng đầu

về công nghệ truyền thông

CDMA được viết đầy đủ là Code Division Multiple Access, nghĩa là

Đa truy nhập (Đa người dùng) phân chia theo mã GSM phân phối tần

số thành những kênh nhỏ, rồi chia xẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một dải tần chung Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng 1 dải tần Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một dải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ, CDMA đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công nghệ khác chưa thể đạt được

Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM dựa trên công nghệ TDMA Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% thị phần trên toàn cầu, TDMA ngoài chuẩn GSM còn có một chuẩn khác nữa, hiện được sử dụng chủ yếu ở Mỹ Latinh, Canada, Đông á, Đông Âu Còn công nghệ CDMA đang được sử dụng nhiều ở Mỹ, Hàn Quốc … Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép một số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần số mà không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh Công nghệ này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu

ít tốn kém hơn CDMA Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời, mã hoá từng gói tín hiệu số bằng một mã khoá duy nhất và gửi đi Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mã Công nghệ này có tính bảo mật tín hiệu cao hơn TDMA

Hỡnh 1.1 Công nghệ phân chia theo thời gian và tần số

Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng hệ thống hữu tuyến nhờ áp dụng kỹ thuật mã hoá mới Đặc biệt các hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác vì đòi hỏi ít trạm thu phát Trong tiến trình phát triển lên công nghệ thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) nổi lên hai hướng phát triển theo hai tiêu chuẩn chính đã được ITU-T công nhận là CDMA2000 và W-CDMA

Châu Âu thì phát triển theo xu hướng: GSM -> GPRS -> EDGE -> CDMA

W-Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc và một số nước khác thì phát triển theo

xu hướng: IS-95A -> IS-95B -> CDMA2000, CDMA phát triển theo hai

pha là CDMA 2000 1X và CDMA 2000 1xEV

Riêng Nhật Bản thì phát triển mạng PDC của mình theo cả hai hướng là

W-CDMA (NTT Docomo, J-phone) và CDMA2000 (KDDI)

Hỡnh 1.2 Xu hướng phát triển của thông tin di động

Năm 1995, CDMA IS-95A là phiên bản đầu tiên được triển khai thương

mại tại Hồng Kông qua Hutchison Telecom và phiên bản có tốc độ truyền

14kbps này được thừa nhận như một trong những hệ thống thuộc thế hệ thứ

2 (2G)

Năm 1996 CDMA bắt đầu thống trị trên thị trường Bắc Mỹ

Năm 1997, IS-95B được đưa ra với nhiều cải tiến về chất lượng đồng

thời tốc độ truyền đến 64kbps Đây là thế hệ di động thứ 2,5 Cùng năm này

số thuê bao CDMA trên toàn thế giới vào xấp xỉ 8 triệu thuê bao Năm

1998, CDMA2000 1x hỗ trợ cả thoại và dữ liệu được đưa vào dự thảo IMT

2000 (International Mobile Telecommunication 2000 - Đề án Truyền thông

Di động Quốc tế 2000) do ITU (International Telecommunication Union –

Liên minh viễn thông quốc tế) soạn thảo định nghĩa cho tiêu chuẩn truyền

thông thế hệ thứ 3 (3G) Thuê bao CDMA lên đến 24 triệu người trên toàn

thế giới

Năm 1999, CDMA 2000 1x được công nhận là 3G và chính thức công

bố Cuối năm 1999, thế giới đã có hơn 50 triệu thuê bao CDMA

Năm 2000, hai nhà khai thác hàng đầu tại Hàn Quốc là SK Telecom và

LG Telecom triển khai thương mại hệ thống CDMA 2000 1x đầu tiên trên thế giới Thế giới có 80 triệu thuê bao CDMA

Năm 2001, CDMA2000 1xEV trở thành một chuẩn của 3G

Trong 3 tháng thừ 6 – 9/2002, từ 127 triệu thuê bao, CDMA đã vượt qua con số 134 triệu thuê bao CDMA

Hệ thống CDMA 20001x thuộc 3G được công bố chưa đầy 2 năm đã có hơn 20 nhà khai thác với số thuê bao hơn 24 triệu Trung bình mỗi tháng tăng thêm 2 triệu thuê bao Không chỉ truyền dẫn thoại, CDMA2000 1x cho phép truyền dữ liệu dạng gói cung cấp hàng loạt ứng dụng vô tuyến tốc độ cao như: gửi tin nhắn trong môi trường đa truyền thông, ứng dụng Internet cho các thiết bị cầm tay …

1.1.2 Ưu điểm của công nghệ CDMA

Công nghệ CDMA đã thực sự mang lại cho các nhà khai thác cũng như người sử dụng rất nhiều lợi ích :

- Dung lượng hệ thống CDMA gấp 8 - 10 lần hệ thống AMPS và 4 - 5 lần hệ thống GSM

- Chất lượng cuộc gọi được nâng cao

- Thiết kế hệ thống đơn giản hoá do việc sử dụng cùng một dải tần số ở mọi ô

- Nâng cao sự bảo mật thông tin

- Đặc tính phủ sóng được cải thiện, nâng cao phạm vi phủ sóng

- Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối

- Dải thông được cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng

Với dải tần 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/ sector (mỗi sóng mang 5MHz), còn với CDMA2000 thì có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 1,25MHz) Như vậy với 62 kênh lưu lượng TCH/ sóng mang thì W-CDMA có tối đa 124 TCH/sector còn CDMA2000 1X có tới 266 TCH/sector

Với các giả định như trên từ bảng so sánh 1.1 ta thấy dung lượng thoại

của CDMA2000 1X là lớn nhất trong các công nghệ TDMA, GSM,

W-CDMA, do đó lượng người sử dụng cùng lúc là lớn nhất

TDMA GSM GSM WCDMA CDMA 2000 1X

Bảng 1.1 : So sánh dung lượng thoại giữa các công nghệ

GPRS EDGE WCDMA CDMA

2000 1X

CDMA 2000 1xEV-DO

Bảng 1.2 : So sánh tốc độ dữ liệu giữa các công nghệ

Qua bảng 1.2 ta thấy tốc độ số liệu của CDMA2000 1x và 1xEV-DO

lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ dựa trên nền GSM khác như GPRS

và EDGE, thậm chí hơn cả W-CDMA Nhờ vào khả năng truyền số liệu tốc

độ cao mà CDMA2000 có thể đưa ra mức giá dịch vụ truyền số liệu rất cạnh tranh

9 Tái sử dụng tần số:

Nguyên tắc cơ bản của thông tin di động số chia ô là sử dụng lại nhiều

lần một tần số ở mỗi vùng địa lí nhất định Giải pháp này cho phép nâng

dung lượng mạng lớn hơn nhiều so với cách truyền thống là phủ sóng một

vùng lớn chỉ với một site

Với công nghệ GSM, việc sử dụng lại tần số là một vấn đề hết sức quan

trọng, ảnh hưởng rất lớn đến dung lượng cũng như chất lượng mạng, cả băng tần được chia thành một số tần số song công nào đó, các tần số này lại

được chia thành các nhóm tần số, mỗi nhóm được sử dụng cho một vùng

gồm nhiều trạm BTS Cùng nhóm tần số này có thể đem sử dụng cho vùng

bên cạnh mà không gây hiện tượng giao thoa đồng kênh, miễn là khoảng

cách giữa hai BTS cùng sử dụng một tần số đủ lớn Các mẫu sử dụng lại tần

số trong GSM là 3/9, 4/12, 7/21 Với mẫu 4/12 các tần số đ−ợc chia thành

12 nhóm với 4 BTS, mỗi BTS có 3 ô Mẫu này áp dụng cho những vùng có mật độ trung bình, ít nhà cao tầng nên rất phù hợp và đ−ợc ứng dụng trong các mạng GSM ở Việt Nam Nếu mỗi nhà khai thác có 40 tần số thì đ−ợc 4

ô có tối đa 4 tần số và 8 ô còn lại có tối đa 3 tần số Nh− vậy mỗi sector chỉ

đ−ợc phép sử dụng một vài tần số xác định, do đó dung l−ợng mạng GSM

bị giới hạn rất nhiều

Bảng 1.3 : Mẫu sử dụng lại tần số 4/12

Nhúm tần số A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 Tần số 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Bảng 1.4 : Bảng phân bổ tần số cho mẫu 4/12 với 40 tần số

Còn với công nghệ CDMA, tất cả các thuê bao sử dụng cùng một tần số sóng mang Tần số này đ−ợc sử dụng ở mọi ô, mọi sector trong mạng Vì

vậy dung lượng của mạng CDMA lớn hơn rất nhiều so với dung lượng của các mạng khác vì số người sử dụng trong một sector của hệ thống CDMA tương đương với số người sử dụng trên toàn bộ một kênh CDMA 1,25MHz

9 Giảm tỷ số Eb/No :

Các hệ thống số chia ô đều sử dụng mã sữa lỗi, các hệ thống điều chế băng hẹp thường sử dụng các phương thức ít phức tạp hơn để tốn ít dải băng tần hơn, do đó để giữ chất lượng âm thanh tốt thì nhà khai thác phải cần một tỷ số Eb/No cao ( công suất bít/ nhiễu), như vậy họ phải giới hạn số lượng người sử dụng trên hệ thống nên làm hạn chế dung lượng

Trong khi đó CDMA sử dụng phương pháp mã sửa lỗi tiên tiến nên yêu cầu tỷ số Eb/No không cao Việc sử dụng tỷ số Eb/No thấp hơn để đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng thoại khiến cho hệ thống CDMA có dung lượng lớn hơn, cần ít công suất truyền tải hơn so với các hệ thống băng hẹp

9 Mã hoá tốc độ biến đổi:

Sự phát hiện ra tính linh động của thoại là một thay đổi khác giúp tăng dung lượng hệ thống CDMA IS-95 CDMA đã lợi dụng tính linh động của thoại bằng cách sử dụng các bộ mã hoá có tốc độ biến đổi

Trong một cuộc nói chuyện qua điện thoại, mỗt người chỉ thật sự nói trong khoảng 35% thời gian cuộc gọi, 65% còn lại là nghe người kia nói hoặc là thời gian im lặng Nguyên tắc của bộ mã hoá có tốc độ biến đổi là

nó chỉ hoạt động ở tốc độ cao và cung cấp chất lượng thoại tốt nhất khi có

sự hoạt động của tiếng nói Khi không phát hiện thấy tiếng nói thì bộ mã hoá sẽ hạ thấp tốc độ mã hoá vì không có lí do gì phải mã hoá sự im lặng ở tốc độ cao Khi đó, tốc độ mã hoá có thể giảm xuống đến 4 hoặc 2 hoặc 1 Kbps Bởi vậy, bộ mã hoá có tốc độ biến đổi chỉ sử dụng hết dung lượng kênh khi thực sự cần thiết Vì mức nhiễu giao thoa do tất cả những người sử dụng gây ra trực tiếp quyết định dung lượng của hệ thống và sự phát hiện ra tính linh động của thoại đã làm giảm mức nhiễu trong hệ thống nên dung lượng có thể đạt tới giá trị cực đại

9 Điều khiển công suất:

Một yếu tố then chốt để nâng cao dung lượng của CDMA là điều khiển công suất Mục đích thiết kế chủ yếu của một hệ thống CDMA là để cho tất cả những người sử dụng cùng nhận được một mức công suất như nhau từ

trạm gốc và để mức công suất này càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì

được cuộc gọi có chất lượng cao Bất kỳ một công suất nào vượt quá nhu cầu sẽ chỉ làm tăng thêm mức nhiễu toàn bộ trên kênh CDMA một cách không cần thiết và sẽ làm giảm dung lượng của hệ thống Do đó việc điều khiển công suất càng chính xác thì dung lượng càng lớn

Trong mạng CDMA, trạm gốc liên lạc với trạm di động MS, chỉ dẫn cho trạm di động điều chỉnh tăng giảm công suất Trạm di động chỉ truyền

đủ công suất để duy trì đường nối, do đó công suất truyền dẫn trung bình của CDMA thấp hơn nhiều so với công suất truyền dẫn của hệ thống tương

tự Ô liên tục đo đạc tín hiệu nhận được từ máy di động và so sánh với mức công suất thiết kế và sau đó quyết định sẽ tăng hay giảm công suất truyền dẫn của một mobile xác định Công việc này được tiến hành mỗi 1,25ms một lần, tức 800 lần/ 1 giây CDMA điều chỉnh mức công suất lên xuống theo 84 mức của 1dB Phương thức này đảm bảo rằng cho dù mobile có ở gần hay xa ô thì mỗi mobile vẫn nhận được một mức công suất như nhau

• Nâng cao chất lượng cuộc gọi:

Các hệ thống điện thoại cellular sử dụng công nghệ CDMA cung cấp

âm thanh có chất lượng cao hơn và ít xảy ra rớt cuộc gọi hơn các hệ thống hoạt động dựa trên công nghệ khác Các đặc tính của hệ thống CDMA đã tạo ra khả năng đó như:

- Các phương pháp sửa lỗi tiên tiến làm tăng khả năng chính xác cho các khung nhận được

- Các bộ mã hoá tinh vi cho phép mã hoá tốc độ cao và giảm tạp âm nền

- CDMA sử dụng ưu điểm của nhiều loại phân tập khác nhau để nâng cao chất lượng thoại như :

° Phân tập tần số (bảo vệ khỏi fading chọn lọc tần số)

° Phân tập không gian (dùng 2 anten nhận)

° Phân tập đường truyền (sử dụng bộ thu Rake để khắc phục sự thu nhận một tín hiệu qua nhiều đường gây ra nhiễu giao thoa và thậm chí còn nâng cao chất lượng âm thanh)

° Phân tập thời gian (dùng cài xen và mã hoá)

- Thực hiện chuyển giao mềm để góp phần làm tăng chất lượng thoại bằng cách cung cấp một kết nối “make before break” Quá trình chuyển giao mềm giữa các sector của cùng 1 cell cũng cung cấp những ích lợi tương tự

- Điều khiển công suất chính xác, đảm bảo cho tất cả các mobile đều có mức công suất gần bằng mức công suất tối ưu để có thể đạt được chất lượng thoại tốt nhất

• Quá trình thiết kế được đơn giản hoá

Tất cả các thuê bao sử dụng chung một sóng mang CDMA, cùng chia sẻ một phổ tần số với nhau Hệ số sử dụng lại tần số bằng 1 là một yếu tố quan trọng đã làm cho dung lượng của CDMA lớn hơn nhiều các công nghệ khác, đồng thời việc thiết kế hệ thống đơn giản và dễ hiểu hơn nhiều Nhà khai thác không phải lập kế hoạch sử dụng tần số - một công việc hết sức phức tạp trong hệ thống tương tự và TDMA Quan trọng hơn là việc điều chỉnh lại tần số để mở rộng cũng được loại bỏ Nếu nhà khai thác muốn thêm một cell hay một kênh mới thì không cần phải thiết lập lại toàn bộ tần

số của hệ thống

• Nâng cao tính bảo mật thông tin:

Thông tin trong CDMA được bảo mật rất cao, việc xâm nhập bất hợp pháp vào tín hiệu CDMA là cực kỳ khó Đó là do các khung thông tin đã số hoá được trải phổ trên một nền phổ rộng, hơn nữa trong tương lai CDMA có các kế hoạch mã hoá số mới để tạo ra các mức bảo mật và an toàn hơn nhiều

• Cải thiện vùng phủ sóng :

Một cell CDMA có vùng phủ sóng lớn hơn nhiều so với cell tương tự hay số khác vì CDMA sử dụng thiết bị thu có độ nhạy lớn hơn các công nghệ khác Như vậy để phủ sóng cùng một vùng địa lí như nhau thì số cell CDMA phải dùng sẽ ít hơn Tuỳ thuộc vào nhu cầu tải của hệ thống và nhiễu giao thoa, việc giảm số cell có thể tới 50% so với GSM

• Tăng thời gian sử dụng pin:

Do việc điều khiển công suất chính xác và các đặc tính khác của hệ thống, các máy mobile CDMA thường chỉ truyền công suất bằng một phần nhỏ công suất so với các máy tương tự và TDMA

Điều này cho phép các thuê bao tăng thời gian sử dụng pin của mobile

• Cung cấp dải thông theo yêu cầu:

Một kênh CDMA băng rộng cung cấp tài nguyên chung mà tất cả các mobile trong hệ thống cùng dùng chung, tuỳ theo ứng dụng là truyền thoại, dữ liệu, fax hay ứng dụng khác Tại một thời điểm bất kỳ, phần dải thông không được sử dụng bởi mobile này thì sẽ được cung cấp cho mobile khác, như vậy CDMA thực sự linh hoạt và được khai thác để tạo ra các khả năng mạnh hơn như dịch vụ truyền dữ liệu tốc độ cao Thêm vào đó vì mobile hoàn toàn độc lập khi sử dụng vùng băng thông nên các đặc trưng đó có thể

dễ dàng cùng tồn tại trên một kênh CDMA

Việc nâng cấp mạng GSM (2G) lên GPRS (2,5G) tương đối dễ dàng bằng cách lắp thêm một số thiết bị và nâng cấp phần mềm nhưng để phát triển lên thế hệ thứ 3 là EDGE và W-CDMA thì cần phải lắp thêm một hệ thống trạm BTS mới (với EDGE) hay cả một mạng CDMA (với W-CDMA) chạy song song với mạng cũ

Cũng giống như từ GSM nâng cấp lên GPRS, từ IS-95 nâng cấp lên CDMA2000 1x khá đơn giản Chỉ cần lắp thêm một số thiết bị: PDSN, Card BTS và nâng cấp phần mềm Cũng tương tự như vậy khi chúng ta phát triển mạng lên CDMA2000 1xEV, chỉ cần lắp thêm các card thu phát mới cho 1xEV và nâng cấp phần mềm hệ thống Như vậy so với việc phát triển

từ GSM lên W-CDMA thì việc nâng cấp từ IS-95 hay CDMA2000 1x lên CDMA2000 1xEV đòi hỏi lắp thêm ít thiết bị hơn, đơn giản hơn mà vẫn tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng cũ đã triển khai

1.2 Công nghệ CDMA

1.2.1 Thu phát tín hiệu trong CDMA

Công nghệ CDMA dựa trên kỹ thuật thông tin trải phổ Trong thông tin trải phổ CDMA, nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, sử dụng mã tạp âm giả ngẫu nhiên ( Pseudo Noise - PN) với sự tương quan chéo thấp

được ấn định cho mỗi người sử dụng Điều này có nghĩa là thông tin truyền

đi có thể được tất cả mọi người dùng thu được nhưng chỉ có một người có thể giải mã được nhờ có khoá giải mã riêng của người đó Trong đó phía

phát sẽ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN nhất định còn phía thu sẽ tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu ban

đầu bằng việc trải phổ ngược các tín hiệu thu được

Trong hệ thống CDMA thủ tục thu phát được thực hiện như sau:

- Tín hiệu dữ liệu thoại (9,6 kbps) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và nhân với sóng mang f0 và mã PN ở tốc độ 1,288 Mbps ( 128 x 9,6 kbps)

- Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng là 1,25 MHz, sau đó được phát qua anten

- Tại phía thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được

đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông có độ rộng băng là 1,25MHz và dữ liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại nhờ

bộ tách chèn và giải mã

Hỡnh 1.3 Sơ đồ khối thu / phát CDMA

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống CDMA

Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong mạng điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều

fading nghiêm trọng Nhưng trong điều chế CDMA băng rộng thì vấn đề fading đa đường được giảm đi nhiều vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập

Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này

do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được, do đó bộ giải điều chế không thể xử lí tín hiệu thu một cách độc lập được

Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách Phân tập theo thời gian đạt

được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ vào việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu ( 200 - 300 KHz ) Phân tập theo khoảng cách hay theo

đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau:

- Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di

động đồng thời với 2 hoặc nhiều BTS

- Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian

- Đặt nhiều anten tại BTS

Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA được chỉ

ra trên hình 1.4 và được tóm tắt:

- Phân tập theo thời gian : Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai

- Phân tập theo tần số : Tín hiệu băng rộng 1,25 MHz

- Phân tập theo khoảng cách (đường truyền) : hai cặp anten thu của BTS,

bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BTS (chuyển vùng mềm)

Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA Phân tập theo thời gian có thể áp dụng được cho tất cả các hệ thống

số có tốc độ truyền dẫn cao mà yêu cầu thủ tục sửa sai Nhưng các phương pháp khác nhau có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA

Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên nhưng hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn

Hỡnh 1.4 Các quá trình phân tập trong CDMA

Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BTS sử dụng 4 bộ tương quan Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác

định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu Do đó tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là rất thấp

Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có 2 BTS sao cho có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di động

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ BTS đến máy di động và ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác Mục đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất sao cho tín hiệu phát đi của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BTS Khi đó tổng công suất thu được tại bộ thu của BTS trở thành công suất thu trung bình của nhiều máy di động

Bộ thu CDMA của BTS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di

động tương ứng thành thông tin số băng hẹp Trong trường hợp này thì tín hiệu của các máy di động khác còn lại chỉ như là tín hiệu tạp âm của băng rộng Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tỉ số tính hiệu/ nhiễu giao thoa (dB) từ giá trị âm lên đến mức đủ lớn để cho phép hoạt động được với lỗi bít chấp nhận được

Mong muốn tối ưu các lợi ích của hệ thống CDMA bằng cách tăng số lượng các cuộc gọi đồng thời trong một băng tần cho trước Dung lượng hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BTS có tỷ

số tín hiệu/ nhiễu giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của máy di động

Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BTS thu được là quá yếu Nếu các tín hiệu của các máy di

động đủ khoẻ thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ giảm đi nếu như dung lượng tối đa không giảm

Hỡnh 1.5 Điều khiển công suất trong CDMA

Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BTS và

điều khiển công suất từ BTS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ ra trên hình 1.5 Mạch mở đường điều khiển công suất từ máy di động tới BTS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động Máy

di động điều chỉnh công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ

BTS theo chiều tỷ lệ nghịch Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động thu với cùng một mức tại BTS BTS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó Hằng số này liên quan chặt chẽ tới các yếu tố tải và tạp âm của BTS, độ tăng ích anten và

bộ khuếch đại công suất Hằng số này được truyền đi từ BTS tới máy di

động như là một phần của bản tin thông báo

BTS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động tới BTS Khi mạch đóng dẫn đến việc BTS định cỡ công suất mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di

động giữ được công suất phát tối ưu

BTS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan tới giá trị ngưỡng biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25ms cho đến khi đạt kết quả Việc định cỡ giá trị mạch đóng để

bù cho giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ tăng ích chấp nhận được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến giữa BTS và máy

Việc giảm tỷ số Eb/No (tỷ số tín hiệu/ nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng thêm dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự Hơn nữa việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và giảm số lượng BTS yêu cầu khi so với các hệ thống khác

Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình Trong đa số các trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo

ra theo thời gian Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading

• Bộ mã hoá - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi:

Bộ mã hoá - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc

độ biến đổi 8 Kbps Dịch vụ thoại 2 chiều có tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã hoá - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BTS và máy di động Bộ mã hoá - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã hoá - giải mã thoại phía thu Bộ mã hoá - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại

Hai bộ mã hoá - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 bps, 4800 bps, 2400 bps, 1200bps, các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu Thuật toán mã hoá - giải mã thoại chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP (Mã dự đoán tuyến tính theo Qualcomm)

Bộ mã hoá - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu vào Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và

về cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất

gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-54-B Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng chuẩn DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác

Như hình 1.6 dưới đây, cả BTS ban đầu và BTS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm

Hỡnh 1.6 Chuyển vùng mềm giữa hai BTS

Việc chuyển giao cuộc gọi theo trình tự : BTS ban đầu, cả hai BTS, BTS mới Lược đồ này giúp tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận ra trạng thái chuyển vùng mềm Như vậy nếu trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch “cắt trước khi nối” thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình thức chuyển mạch “nối trước khi cắt”

Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BTS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ của một BTS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu

và số liệu của BTS mới Sau đó MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy

di động và BTS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BTS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BTS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-pong giữa chúng BTS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối cuộc gọi với BTS mới đã thực hiện thành công

• Dung lượng :

Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách

có điều khiển Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó

có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quân đội Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu quả tái sử dụng tần số Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BTS sẽ không được phép sử dụng cho BTS khác Nói cách khác thì trong hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BTS

Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu/ nhiễu tạo ra không chỉ từ một BTS mà từ tất cả những người sử dụng trong vùng phục vụ Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả những người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả những người sử dụng với số lượng người sử dụng Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu

được đối với cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu

Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi xử lí, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu

kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BTS Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh

Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25MHz để truyền

số liệu với tốc độ 9600bps thì công nghệ điều chế và mã hoá đòi hỏi tỷ số

Eb/No là 6dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển để

thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di động

có thể truyền một cách đồng thời

• Tách tín hiệu thoại:

Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn 35% Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác

• Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng:

Tất cả các BTS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BTS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng một BTS và giao thoa tạo ra trong các máy

di động của BTS bên cạnh Nói cách khác, tín hiệu của mỗi máy di động giao thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy

di động khác trong cùng một BTS Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BTS không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BTS với giao thoa từ tất cả các BTS

Hình 1.7 trình bày giao thoa từ các BTS bên cạnh theo %, giao thoa từ mỗi BTS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% gioa thoa tổng

Hỡnh 1.7 Giao thoa từ BTS bên cạnh

Do đó giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài nhỏ hơn 4% Trong trường hợp anten của BTS là định hướng (tức là búp sóng anten 1200) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BTS Do đó dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ

3 lần

• Giá trị Eb/No thấp và chống lỗi:

Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số

Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp FM analog Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao Nói cách khác thì độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No

Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng Dải phổ này được phân phối lại giữa các

ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BTS 3 búp sóng Do đó thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng

bị nghẽn Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ Ví dụ người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bít Chức năng đó có thể làm tránh được việc tắt cuộc gọi do tắc ngẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng

Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định

đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường

hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng Nhưng trong hệ thống CDMA thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bít cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành

Cũng vậy hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho người sử dụng dịch vụ lớp cao Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch cao so với người sử dụng thông thường

1.3 Kỹ thuật trải phổ

1.3.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật trải phổ

Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng hơn độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin Trong trường hợp này thì các mã sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin Trải phổ sóng mang phân loại theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm : Trải phổ trực tiếp (DSSS), trải phổ dịch tần (FHSS), trải phổ dịch thời gian (THSS) và trải phổ hybrid

ở hệ thống DSSS, tất cả những người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và đồng thời phát đi tín hiệu của họ Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu còn lại xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp như tạp âm Còn trong hệ thống FHSS và THSS, mỗi người dùng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung

đột Do đó, FHSS và THSS là kiểu hệ thống tránh xung đột còn DSSS là kiểu hệ thống lấy trung bình Hệ thống CDMA chủ yếu chỉ sử dụng DSSS nên chúng ta chủ yếu xem xét đến kỹ thuật DS

1.3.2 Trải phổ trực tiếp

Trải phổ trực tiếp là điều chế các dãy mã đã được điều chế thành các dạng sóng điều chế trực tiếp Đây là kỹ thuật trải phổ được biết đến nhiều nhất Trong DSSS tín hiệu được điều chế bằng mã digital mà tốc độ bít của mã lớn hơn nhiều so với tốc độ bít số liệu Chúng có các dạng tương đối

đơn giản vì không yêu cầu tính ổn định hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao DSSS được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm DSSS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế xung (PAM), điều chế tần số (FSK), điều chế pha (PSK)

Hỡnh 1.8 Tín hiệu trải phổ trực tiếp DSSS

1.3.3 Khái niệm hệ thống trải phổ

Dung lượng lý thuyết của một kênh thông tin được định nghĩa theo công thức tính dung lượng kênh của Shanon :

C = BWlog2[1+(S/N)] (1.1) Trong đó : BW : Độ rộng băng tần (Hz)

C : Dung lượng kênh (bps)

S : Công suất tín hiệu

N : Công suất nhiễu

Công thức trên biểu thị quan hệ giữa khả năng truyền tin của kênh trong

điều kiện không có lỗi với tỷ số S/N cho trước và băng tần hữu hạn của kênh Tăng dung lượng kênh thông tin bằng cách tăng độ rộng băng tần, công suất phát hoặc kết hợp cả hai

Tuy nhiên công thức trên chỉ áp dụng cho kênh tần số vô tuyến (RF) có

bộ lọc trung tần có đáp ứng băng thông lý tưởng với độ rộng băng tần ít nhất là 2BW Giả thiết kênh nhiễu ở đây là nhiễu trắng cộng dừng (AWGN), AWGN thường được chấp nhận như là một dạng của kênh RF Giả thiết này

được điều chỉnh khi nhiễu tổng được phát ra bởi các nguồn điện ngẫu nhiên

Định lý giới hạn trung tâm cho phép chúng ta giả thiết tín hiệu ra của bộ lọc trung tâm có phân bố Gaussian và độc lập về tần số Với phần lớn các hệ thống viễn thông bị giới hạn bởi nhiễu xuyên thì giả thiết này không còn

đúng nữa và kết quả sẽ khác đi Công thức Shannon sẽ không đưa tới phương pháp tiếp cận đường bao Việc tiếp cận đường bao đòi hỏi mã hóa kênh và điều chế phức tạp Trong nhiều trường hợp phải coi như đường biểu diễn gần với đường bao

Hệ thống tương tự thường được thiết kế tiêu chuẩn với tỷ số S/N là 17dB Trong khi đó hệ thống CDMA có thể được thiết kế với tỷ số S/N thấp hơn nhiều do băng tần rộng hơn

e W

1 2

1 1

log

4 3

S N

S N

S N

S

e

Sử dụng công thức logarit mở rộng và giả thiết S/N rất nhỏ (≤ 0,1) có thể bỏ qua thành phần luỹ thừa bậc cao nên có thể viết lại công thức (1.2) bằng công thức :

) / ( 44 ,

690 KHz

Thông tin có thể điều chế ở trong tín hiệu trải phổ bằng một số phương pháp Phương pháp thông thường là cộng tin với mã trải phổ trước khi điều chế sóng mang Nếu tín hiệu là tương tự thì phải được số hoá trước khi trải phổ

Độ lợi xử lý hệ thống (GP) xác định mức độ loại bỏ nhiễu, được tính bằng tỷ số giữa độ rộng băng tần RF và tốc độ truyền tin

GP = BW / R (1.4)

GP thường trong khoảng từ 20 đến 30 dB Trong hệ thống thông tin trải phổ mức nhiễu do tạp âm nhiệt và nhiễu xuyên âm quyết định Tỷ số S/N của tín hiệu vào và tín hiệu ra quan hệ với nhau bằng công thức :

(S/N)ra = GP x (S/N)vào (1.5)

Gọi Eb là công suất bit thông tin và No là mật độ phổ công suất nhiễu ta

có :

(S/N)Vào =

P o

b W o

b

G

x N

E xB N

Hệ thống trải phổ trực tiếp DSSS là hệ thống thông tin băng rộng trong

đó toàn bộ băng tần hệ thống cấp cho mỗi thuê bao sử dụng Một hệ thống

được coi là hệ thống trải phổ trực tiếp nếu thoả mãn các yêu cầu sau:

- Tín hiệu trải phổ có độ rộng băn tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần tối thiểu để truyền tin

- Trải phổ dữ liệu được thực hiện bởi mã trải phổ Mã trải phổ độc lập với dữ liệu truyền đi và có tốc độ lớn hơn nhiều so với tốc độ dữ liệu

- Tại phía thu, việc giải mã trải phổ được thực hiện bởi bộ tương quan chéo giữa tín hiệu trải phổ và bản sao mã trải phổ tại phía thu

• Điều chế khoá dịch pha nhị phân :

Dạng đơn giản nhất của hệ thống trải phổ trực tiếp là dùng khóa dịch pha nhị phân để điều chế dữ liệu và điều chế trải phổ Thông thường sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK) để điều chế dữ liệu và khoá dịch pha cầu phương (QPSK) để điều chế trải phổ

Tín hiệu mã hoá DSSS BPSK được tính bằng :

x(t) = c(t).s(t) = c(t).d(t) 2S cos ϖC t (1.8) Trong đó :

Công thức (1.8) là phép cộng module 2 của c(t) và d(t) như là một phép nhân vì tín hiệu nhị phân (0 và 1) tương ứng với giá trị (1 và -1) trong bộ

điều chế

Hỡnh 1.9 Trải phổ trực tiếp sử dụng điều chế BPSK

Tín hiệu s(t) có phổ [(sinx)/x]2 trong băng tần xấp xỉ 1/T (T là chu kỳ tín hiệu băng tần gốc), trong khi tín hiệu trải phổ trực tiếp cũng có phổ tương tự trong băng tần xấp xỉ 1/Tc (trong đó Tc là chu kỳ tín hiệu trải phổ)

Từ công thức (1.4) độ lợi xử lí hệ thống GP = BW/R = T/TC Gọi tín hiệu nhiễu là T(t) (giả thiết nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống, công suất nhiễu vượt qúa công suất tạp âm nhiệt), tín hiệu tại đầu thu được tính bằng :

[r(t)]* = x(t) + I(t) (1.9) Tại đầu thu, nhân tín hiệu với mã PN sẽ thu được tín hiệu:

r(t) = c(t).[x(t) + I(t)] = c(t).[c(t).s(t)] + c(t).I(t) = s(t) + c(t).I(t) (1.10) Với c(t)2 = 1; c(t).I(t) là nhiễu hiệu dụng

cos (wct)

x1(t

Khuếch đại công suất

Cộng Module-2

Tín hiệu

băng tần gốc,

d1(t)

Lọc Tốc độ chíp = Rc = 1/Tc

Tín hiệu trải phổ, c1(t)