Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 và phương án triển khai 3g trên mạng VMS mobifone

Do đó luận văn “Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 và phương án triển khai 3G trên mạng VMS-MobiFone” của tôi tập trung vào nghiên cứu về kỹ thuật trải phổ là kỹ thuật chính được sử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

.

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN NAM QUÂN

HÀ NỘI - 2005

MỤC LỤC

Mục lục ……… 1

Danh mục hình vẽ ……….……… 5

Từ viết tắt ……… 7

Lời nói đầu. ……… 15

Chương 1 - Giới thiệu chung……… 17

1.1 Mở đầu ……… 17

1.2 So sánh hệ thống thông tin di động thế hệ 3 WCDMA với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai ……… 22

1.3 So sánh hệ thống thông tin di động WCDMA với hệ thống IS-95 23 1.4 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000 ………… 25

Chương 2 - Kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA ………… 27

2.1 Kỹ thuật trải phổ. ……… 27

2.1.1 Giới thiệu chung ……… 27

2.1.2 Nguyên lý trải phổ ……… 29

2.1.3 Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo-noise sequence)…… ………… 30

2.1.3.1 Các chuỗi ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại MLSR 32

2.1.3.2 Chuỗi Gold ……… 34

2.1.4 Các ưu điểm của hệ thống trải phổ ………. 34

2.2 Công nghệ CDMA. ………. 35

2.2.1 Tổng quan về CDMA ……… 35

2.2.2 Các hệ thống CDMA ……… 37

2.2.2.1 Hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp DS-CDMA ………

38

2.2.2.2 Hệ thống CDMA trải phổ nhảy tần FH- 40

CDMA …

2.2.2.3 Hệ thống CDMA nhảy theo thời gian TH-CDMA ………

42 2.2.2.4 Các hệ thống lai ……… 43

Chương 3 - Các tiêu chuẩn trong thông tin di động thế hệ thứ 3 44

3.1 Giới thiệu chung ……… 44

3.1.1 Mục tiêu của IMT-2000 ……… 45

3.1.2 Đặc điểm của IMT-2000 so với các hệ thống …………. 45

3.1.3 Yêu cầu đối với giao diện vô tuyến cho IMT-2000 ………… 46

3.1.4 Các chuẩn được đề nghị cho IMT-2000 ………

47 3.2 Tiêu chuẩn cdma2000 ………. 48

3.2.1 Giới thiệu về cdma2000 ……… 48

3.2.2 Cấu trúc kênh logic … 50

3.2.3 Cấu trúc kênh vật lý …

50 3.2.3.1 Kênh đường xuống … 52

3.2.3.2 Kênh đường lên ……… 54

3.2.4 Quản lý nguồn lực vô tuyến …… 55

3.3 Tiêu chuẩn WCDMA … 58

3.3.1 Giới thiệu về WCDMA 58

3.3.2 Cấu trúc kênh logic … 63

3.3.2.1 Các kênh điều khiển chung …… 63

3.3.2.2 Các kênh dành riêng ……… 64

3.3.3 Cấu trúc kênh vật

lý ……….

64 3.3.3.1 Các kênh vật lý dành riêng. … 64

3.3.3.2 Các kênh vật lý chung ……… 68

3.3.3.3 Mã hoá kênh và dồn kênh dịch vụ …… 72

3.3.3.4 Quản lý các nguồn lực vô tuyến. …

74 Chương 4 - Các hệ thống trung gian trên con đường phát triển lên hệ thống 3G……… 79

4.1 GPRS ……… 79

4.1.1 Giới thiệu dịch vụ GPRS ………… 79

4.1.2 Cấu trúc mạng GPRS và các giao thức ……… 80

4.1.3 Quản lý di động trong mạng GPRS …… 83

4.1.3.1 Các trạng thái quản lý di động ………. 83

4.1.3.2 Thủ tục nhập mạng (attach) ……… 84

4.1.3.3 Kích hoạt giao thức dữ liệu gói PDP …

85 4.1.3.4 Thông báo vị trí của MS ……… 85

4.2 EDGE …… 85

Chương 5 - Phương án triển khai 3G trên mạng VMS - MobiFone.… 91 5.1 Tình hình hiện tại của mạng VMS

91 5.1.1 Mở đầu ………. 91

5.1.2 Cơ sở hạ tầng hiện có ……… 91

5.1.2.1 Mạng lõi ……… 92

5.1.2.2 Mạng truyền dẫn ……… 92

5.1.2.3 Mạng truy cập vô tuyến ……… 93

5.1.3 Lộ trình triển khai nâng cấp mạng VMS-MobiFone lên 3G 94

5.2 Cấu hình hệ thống thử nghiệm 3G của MobiFone 99

5.2.1 Mục đích thử nghiệm ……… 99

5.2.2 Lựa chọn tiêu chuẩn và công nghệ …………. 99

5.2.2.1 Giao tiếp vô tuyến và phổ tần

99 5.2.2.2 Mạng lõi ……… 101

5.2.3 Phương án triển khai thực tế

101 5.2.3.1 Đăng kí tần số thử nghiệm …… 101

5.2.3.2 Phạm vi triển khai phase 1 …… 101

5.2.3.3 Phương án triển khai 101

5.2.4 Triển khai thử nghiệm các dịch vụ 3G trên mạng VMS

103

Chương 6 - Giải pháp chuyển giao giữa mạng 3G và mạng 2G 104

6.1 Mở đầu ……… 104

6.2 Thủ tục di động để roaming giữa WCDMA và

GSM ……

106

6.2.1 Chuyển giao trên kết nối chuyển mạch kênh (CS) …… 107

6.2.1.1 Ưu điểm của chuyển giao trên kết nối chuyển mạch

kênh ……… 107

6.2.1.2 Chuyển giao từ mạng WCDMA sang

GSM …….

108

6.2.1.3 Chuyển giao từ mạng GSM sang WCDMA …… …. 109

6.2.2 Chuyển giao trên kết nối chuyển mạch gói (PS) 110

6.2.2.1 Ưu điểm của chuyển giao trên kết nối chuyển mạch

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Mô hình mạng IMT-2000 20

Hình 2.1: Nguyên lý trải phổ 29

Hình 2.2: Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính 33

Hình 2.3: Sơ đồ tạo chuỗi Gold 34

Hình 2.4: Minh hoạ về trải phổ của CDMA 37

Hình 2.5: Phân loại các hệ thống CDMA 38

Hình 2.6: Sơ đồ khối bộ phát DS - SS 38

Hình 2.7: Sơ đồ khối bộ phát DS-SS sử dụng điều chế BPSK

39 Hình 2.8: Tín hiệu trải phổ điều chế BPSK 39

Hình 2.9: Sơ đồ khối bộ thu DS-SS 40

Hình 2.10: Sơ đồ khối thu - phát hệ thống trải phổ nhảy tần 41

Hình 2.11: Sơ đồ khối thu - phát của hệ thống TH-CDMA 42

Hình 3.1: Tổng quan các kênh vật lý riêng của cdma2000 51

Hình 3.2: Tổng quan các kênh vật lý chung của cdma2000 51

Hình 3.3: Kiến trúc 3G Release 99 59

Hình 3.4: Sơ đồ kết nối tổng quát của mạng 3G 60

Hình 3.5: Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đường xuống 65

Hình 3.6: Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đường xuống 66

Hình 3.7: Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đường lên 67

Hình 3.8: Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đường lên 68

Hình 3.9: Cấu trúc kênh CCPCH đường xuống 69

Hình 3.10: Cấu trúc kênh đồng bộ SCH 70

Hình 3.11: Cấu trúc burst truy cập 71

Hình 3.12: Cấu trúc phần Preamble của burst truy cập 71

Hình 3.13: Cấu trúc phần dữ liệu của burst truy cập 71

Hình 3.14: Các phương pháp mã hoá FEC cơ bản cho WCDMA 72

Hình 3.15: Dồn kênh dịch vụ trong WCDMA 73

Hình 3.16: Dồn kênh dịch vụ tách biệt trong WCDMA 74

Hình 4.1: Sơ đồ tổng quát mạng GPRS. 81

Hình 4.2: Cấu trúc mạng EDGE 89

Hình 5.1: Lộ trình triển khai nâng cấp mạng MobiFone lên 3G 95

Hình 5.2: Cấu hình hệ thống 3G - thiết bị Alcatel 101

Hình 5.3: Cấu hình hệ thống 3G - thiết bị Ericsson 101

Hình 6.1: Kết hợp giữa mạng 3G với mạng 2G hiện tại 104

Hình 6.2: Phân lớp phủ sóng GSM - WCDMA 105

Hình 6.3: Các thủ tục chuyển giao từ WCDMA sang GSM 108

Hình 6.4: Các thủ tục chuyển giao từ GSM sang WCDMA 109

Hình 6.5: Thủ tục lựa chọn lại cell từ cell WCDMA sang cell GSM 111

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền cận đồng bộ

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

B

BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha hai mức

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc

BSSGP Base Station System GPRS

Protocol

Giao thức GPRS hệ thống trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

C

CAMEL Customized Application for

Mobile network Enhanced Logic

Ứng dụng tùy chọn cho logic nâng cao của mạng di động

CCPCH Common Control Physical

Channel

Kênh vật lý điều khiển chung (WCDMA)

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

CPHCH Common Physical Channel Kênh vật lý dùng chung

CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra dư theo chu kì

CS Circuit Switched Chuyển mạch kênh

D

DCS Digital Communications System Hệ thống thông tin số

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

DPCCH Dedicated Physical Control

Channel

Kênh điều khiển vật lý dành riêng

DPDCH Dedicated Physical Data Channel Kênh số liệu vật lý dành riêng DPHCH Dedicated Physical Channel Kênh vật lý dành riêng

DS-CDMA

Direct Sequence CDMA CDMA trải phổ trực tiếp

DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp

DTCH Dedicated Traffic Channel Kênh lưu lượng dành riêng

EIR Equipment Identity Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị

ETSI Eutopean Telecommunication

FDD Frequency Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo tần số

FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần

Access số

FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước (khi phát)

F-FCH Forward Fundamental Channel Kênh cơ sở đường xuống

FH-SS Frequency Hooping Spread

Spectrum

Trải phổ nhảy tần

F-PCH Forward Paging Channel Kênh tìm gọi đường xuống

F-PICH Forward Pilot Channel Kênh pilot đường xuống

F-SCH Forward Supplementary Channel Kênh phụ trợ đường xuống

F-SYNC Forward Syncronization Channel Kênh đồng bộ đường xuống

G

Gb Interface between SGSN and BSC Giao diện giữa SGSN và BSC

Gc Interface between GGSN and

Gf Interface between SGSN and EIR Giao diện giữa SGSN và EIR

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ GPRS cổng

Gi Reference point between GPRS

and an external packet data

Điều chế Gause tối thiểu

Gn Interface between two GSNs

within the same PLMN

Giao diện giữa hai GSN trong cùng PLMN

Gp Interface between two GSNs in

different PLMNs

Giao diện giữa hai GSN trong các PLMN khác nhau

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung

GPS Global Positionning System Đồng hồ hệ thống

Gr Interface between an SGSN and an Giao diện giữa một SGSN và

GSM Group Special Mobile/Global

System for Mobile

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

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

TDMA của Mỹ (do Qualcom đề xuất)

ISDN Integrated Servises Digital

LLC Logical Link Control Giao thức liên kết logic

M

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập trung bình

MM Mobile Management Quản lý di động

MMS Multimedia Messaging Services Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

NAT Network Address Translate Biên dịch địa chỉ mạng

NSS Network and Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch và mạng

PAGCH Packet Access Grant Channel Kênh cấp truy cập gói

PC Persional Computer Máy tính cá nhân

PCH Paging Channel Kênh nhắn tin

PCU Packet Control Unit Khối điều khiển gói

PDP Packet Data Protocol Giao thức số liệu gói

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng

PN Pseudo Noise Mã giả tạp âm (giả ngẫu nhiên)

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PRACH Packet Random Access Channel Kênh truy cập ngẫu nhiên gói PRACH Physical Random Acces Channel Kênh vật lý truy cập ngẫu nhiên

(WCDMA)

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

PTM Point To Multipoint Điểm - đa điểm

PTM-G Point to Multipoint - Group Call Nhóm cuộc gọi điểm - đa điểm

PTM-M Point to Multipoint - Multicast Quảng bá điểm - đa điểm

Q

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương

R

RACH Random Access Channel Kênh thâm nhập ngẫu nhiên

R-ACH Reverse Access Channel Kênh truy cập đường lên

Reverse Fundamental Channel

Kênh cơ sở đường lên (cdma2000)

RNC Radio Network Control Điều khiển mạng vô tuyến

R-PICH Reverse Pilot Channel Kênh pilot đường lên (cdma2000)

RS1 Rate Set 1 Tập tốc độ 1 (tập tốc độ là ước số

và bội số của tốc độ cơ sở 9600bps)

RS2 Rate Set 2 Tập tốc độ 2 (tập tốc độ là ước số

và bội số của tốc độ cơ sở 14400bps)

R-SCH

Reverse Supplementary Channel

Kênh phụ trợ đường lên (cdma2000)

S

S/N Sign/noise Tỷ số tín hiệu/tạp âm

SACCH Slow Associated Cotrol Channel Kênh điều khiển liên kết chậm SCH Synchronization Channel Kênh đồng bộ

SDCCH Stand alone Dedicated Control

Channel

Kênh dành riêng

SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS

SMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển sự truyền

TDD Time Division Multiplex Dồn kênh theo thời gian

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

TLLI Temporate Logical Link Identity Nhận dạng liên kết logic tạm thời

TRAU Transcoder and Rate Adaptor Unit Khối chuyển đổi mã và thích ứng

dụng

Um The interface between the MS and

the GPRS fixed network part

Giao diện giữa MS và GPRS

UMTS Universal Mobile

VAS Value Added Service Dịch vụ giá trị gia tăng

VLR Visiting Locaton Register Thanh ghi định vị tạm trú

VMS Vietnam Mobile Telecom Services

Co

Công ty thông tin di động VMS

W

WAP Wireless Application Protocol Thủ tục ứng dụng vô tuyến

WCDMA Wideband Code Division Multiple

Access

Đa truy nhập băng rộng phân chia theo mã

WLL Wireless Local Loop Mạch vòng vô tuyến nội hạt

WWW World Wide Web Trang tin toàn cầu

LỜI NÓI ĐẦU

Kể từ khi ra đời năm 1940 đến nay hệ thống thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ thứ nhất là thế hệ thông tin di động tương tự sử dụng công nghệ truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Tiếp theo là thế hệ thứ hai và hiện nay đang là thế hệ thứ ba đang được đưa vào hoạt động Thế hệ thứ tư cũng đang được nghiên cứu Thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng

kỹ thuật số với các công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)

và theo mã (CDMA), được xây dựng theo tiêu chuẩn GSM, IS95 phát triển rất nhanh những năm 90 Đây là các hệ thống thông tin di động băng hẹp với tốc

độ bit thông tin của người sử dụng là 8 - 13kbps Hai thông số quan trọng đặc trưng cho các hệ thống thông tin di động số là tốc độ bit thông tin của người

sử dụng và tính di động, ở các thế hệ tiếp theo thế hệ thứ hai các thông số này ngày càng được cải thiện Thông tin di động thế hệ thứ ba có tốc độ bit lên tới 2Mbps, thế hệ thứ tư có tốc độ lên tới 34Mbps và cao hơn nữa

Trong môi trường kinh doanh cạnh tranh hiện nay với các nhà khai thác mạng thông tin di động thế hệ thứ hai thì xu hướng triển khai 3G là một xu hướng tất yếu phải làm để đảm bảo được khả năng cạnh tranh của mình Những nhà khai thác đã có mạng GSM muốn lợi dụng đầu tư của mình khi chuyển sang công nghệ WCDMA Còn cdma2000 sẽ là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA

Do đó luận văn “Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 và phương án triển khai 3G trên mạng VMS-MobiFone” của tôi tập trung vào nghiên cứu về

kỹ thuật trải phổ là kỹ thuật chính được sử dụng trong thông tin di động thế hệ thứ 3 công nghệ và các hệ thống ứng cử viên chính của IMT-2000 (các hệ thống 3G), với sự chú trọng vào việc phát triển các hệ thống 2G lên 3G, đặc biệt là phát triển các hệ thống GSM là các hệ thống đã được triển khai rộng lớn ở Việt Nam

Luận văn được chia làm bảy chương được phân bổ như sau:

Chương 1 - Giới thiệu chung

Chương 2 - Kỹ thuật trải phổ và công nghệ CDMA

Chương 3 - Các tiêu chuẩn trong thông tin di động thế hệ thứ ba

Chương 4 - Các hệ thống trung gian trên con đường phát triển lên hệ thống 3G

Chương 5 - Phương án triển khai 3G trên mạng VMS - MobiFone

Chương 6 - Giải pháp chuyển giao giữa mạng 3G và mạng 2G

Chương 7 - Một số đề xuất về việc triển khai mạng 3G ở Việt Nam

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Nam Quân, các thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn thông Trường đại học Bách khoa Hà Nội và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc hoàn thành bản luận văn này

Hà nội, ngày tháng năm 2005 Người viết quyển

Nguyễn Cảnh Tùng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Mở đầu

Điện thoại di động ra đời vào những năm 1940, khi đó điện thoại di động chỉ được sử dụng như các phương tiện thông tin giữa các đơn vị cảnh sát

ở Mỹ Đến nay thông tin di động đã trải qua nhiều thế hệ Thế hệ thứ nhất là vào giữa những năm 1980 hệ thống điện thoại di động tổ ong đầu tiên ra đời

sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng nếu không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này:

- Phân bổ tần số hạn chế, dung lượng thấp

- Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là rất lớn

- Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn với khách hàng

- Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cơ sở hạ tầng

- Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi

- Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau

Do đó để loại bỏ hạn chế trên người ta đã chuyển sang sử dụng thông tin di động số cho thông tin di động cùng với các phương pháp đa truy nhập mới Sự ra đời của thông tin di động thế hệ thứ 2 nhằm đáp ứng yêu cầu này

Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA) được ra đời ở châu Âu và có tên gọi là GSM GSM được phát triển từ năm đầu của thập kỉ 90 ở băng tần 900Mhz

Sau đó các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA) Công nghệ này

sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho

thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom

đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95A

Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc

và Hồng Kông CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA

Ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nước này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System)

Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã được đưa vào thương mại

Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thông tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là hệ thống cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu tốc độ thấp Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba Thông tin di động thế hệ ba là hệ thống thông tin di động cho các dịch vụ di động truyền thông cá nhân đa phương tiện Hộp thư thoại sẽ được thay thế bằng bưu thiếp điện tử được lồng ghép với hình ảnh và các cuộc thoại thông thường trước đây sẽ được bổ sung các hình ảnh để trở thành thoại có hình… Dưới đây là một số yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ ba này:

• Mạng phải là băng rộng và có khả năng truyền thông đa phương tiện, nghĩa là mạng phải đảm bảo được tốc độ bit lên tới 2 Mbps phụ thuộc vào tốc độ di chuyển của máy đầu cuối: 2 Mbps dự kiến cho các dịch vụ cố định, 384 kbps khi đi bộ và 144 kbps khi đang di chuyển tốc độ cao

• Mạng phải có khả năng cung cấp độ rộng băng tần (dung lượng) theo yêu cầu Điều này xuất phát từ việc thay đổi tốc độ bit của các dịch vụ khác nhau Ngoài ra cần đảm bảo đường truyền vô tuyến không đối xứng, chẳng hạn với tốc độ bit cao ở đường xuống và tốc độ bit thấp ở đường lên hoặc ngược lại

• Mạng phải cung cấp thời gian truyền dẫn theo yêu cầu, nghĩa là đảm bảo các kết nối chuyển mạch cho thoại, các dịch vụ video và các khả năng số liệu gói cho các dịch vụ số liệu

• Chất lượng dịch vụ phải không thua kém chất lượng dịch vụ mạng cố định, nhất là đối với thoại

• Mạng phải có khả năng sử dụng toàn cầu, nghĩa là bao gồm cả thông tin vệ tinh

• Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động

Bộ phận tiêu chuẩn của ITU-R đã xây dựng các tiêu chuẩn cho

IMT-2000 IMT-2000 đã mở rộng đáng kể khả năng cung cấp dịch vụ và bao phủ một vùng rộng lớn các môi trường thông tin Mục đích của IMT-2000 là đưa

ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) vào những năm 2000 Thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) xây dựng trên cơ sở IMT-2000 đã được đưa vào hoạt động từ năm 2001 Các hệ thống 3G cung cấp rất nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm: thoại, số liệu tốc độ bit thấp và bit cao, đa phương tiên, video cho người sử dụng làm việc cả ở môi trường công cộng lẫn tư nhân (vùng công

sở, vùng dân cư, phương tiện vận tải…)

Các tiêu chí chung để xây dựng IMT-2000 như sau:

• Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2GHz:

- Đường lên: (1885 - 2025) MHz

- Đường xuống: (2110 - 2200) MHz

• Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:

- Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến

- Tương tác với mọi loại dịch vụ viễn thông

Mô hình tổng quát của mạng IMT-2000:

Ký hiệu: - TE (Terminal Equipment): Thiết bị đầu cuối

- UI (User Interface): Giao diện người sử dụng

Hình 1.1 - Mô hình mạng IMT-2000

• Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau

TE di động

TE di động

TE di động

TE di động

Mạng truy nhập

- Phát quảng

bá thông tin truy nhập hệ thống

- Phát và thu

vô tuyến

- Điều khiển truy nhập vô tuyến

UIM

UIM

Mạng lõi

- Điều khiển cuộc gọi

- Điều khiển chuyển mạch dịch vụ

- Điều khiển tài nguyên quy định

Vùng các dịch vụ ứng dụng

• Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện

• Có thể hỗ trợ các dịch vụ như:

- Môi trường thường trú ảo (VHE) trên cơ sở mạng thông minh, di động

cá nhân và chuyển mạng toàn cầu

- Đảm bảo chuyển mạng quốc tế

- Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch theo kênh và số liệu chuyển mạch theo gói

Để xây dựng tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ 3, các tổ chức quốc tế sau đây được hình thành dưới sự điều hành chung của ITU Hiện nay hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 là:

▪ WCDMA được xây dựng từ 3GPP

▪ cdma2000 được xây dựng từ 3GPP2

Hai hệ thống này đã bắt đầu được đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỷ 2000 Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba

WCDMA là sự phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai sử dụng công nghệ TDMA như GSM, PDC, IS-136 cdma2000

là sự phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động thế hệ hai sử dụng công nghệ CDMA: IS-95

Châu Âu sử dụng hệ thống thế hệ hai là DCS 1800 ở băng tần 1755) MHz cho đường lên và (1805-1850) MHz cho đường xuống Ở châu

(1710-Âu và hầu hết các nước Châu Á băng tần IMT-2000 là 2x60 MHz (1920-1980 MHz cộng với 2110-2170 MHz) có thể sử dụng cho WCDMA FDD Băng tần

sử dụng cho TDD ở Châu Âu thay đổi, băng tần được cấp theo giấy phép có thể là 25 MHz cho sử dụng TDD ở (1900-1920) và (2020-2025) MHz

Nhật sử dụng hệ thống thế hệ hai là PDC, còn Hàn Quốc sử dụng hệ thống thế hệ hai là IS-95 cho cả khai thác tổ ong lẫn PCS ấn định phổ PCS ở

Hàn Quốc khác với ấn định phổ PCS ở Mỹ, vì thế Hàn Quốc có thể sử dụng toàn bộ phổ tần quy định của IMT-2000 Ở Nhật một phần phổ của IMT-2000 TDD đã được sử dụng cho PHS (hệ thống điện thoại cầm tay cá nhân)

Ở Mỹ không còn phổ mới cho các hệ thống thông tin di động thế hệ ba Các dịch vụ của thế hệ ba sẽ được thực hiện trên cơ sở thay thế phổ tần của hệ thống thông tin thế hệ ba bằng phổ tần của hệ thống PCS thế hệ hai hiện tại

Ở Trung Quốc phổ tần dành trước cho PCS và WLL sử dụng một phần phổ tần của IMT-2000 mặc dù chúng chưa được ấn định cho hãng khai thác nào Theo quyết định về phân định tần số, sẽ có đến 2x60 MHz được sử dụng cho WCDMA ở Trung Quốc Phổ tần cho TDD cũng sẽ được sử dụng ở Trung Quốc

Các nước đã bắt đầu xin giấy phép cho sử dụng phổ tần của IMT-2000 Giấy phép đầu tiên được cấp cho Phần Lan vào 03/1999, sau đó là Tây Ban Nha Một số nước cũng có thể đi theo quan điểm cấp phép giống như GSM được cấp phép ở châu Âu Tuy nhiên, một số nước bán đấu giá phổ tần cho IMT-2000 giống như Mỹ bán đấu giá phổ tần cho PCS (nước Anh chẳng hạn)

1.2 So sánh hệ thống thông tin di động thế hệ ba WCDMA với các hệ thống thông tin di động thế hệ hai

Bảng dưới đây là so sánh các thông số của giao diện vô tuyến giữa hệ thống WCDMA và GSM:

Truyền sóng ở 2 dải tần 900 MHz và

1800 MHz

Truyền sóng ở dải tần xấp xỉ 2 GHz

Độ rộng băng tần kênh 200 KHz Độ rộng băng tần kênh 5 MHz

Đặc tính lưu lượng đối xứng ở đường

lên và đường xuống

Đặc tính lưu lượng bất đối xứng ở đường lên và đường xuống

GSM FDD - 14,4 kbps Tốc độ số liệu:

+ 8 kbps đến 384 kbps với WCDMA FDD

+ Lên tới 2 Mbps với WCDMA TDD

Hệ số tái sử dụng tần số > 3 Hệ số tái sử dụng tần số = 1

Phương pháp đa truy cập TDMA Phương pháp đa truy cập CDMA Qui hoạch vô tuyến có tính chất tĩnh

với việc tăng lưu lượng

Qui hoạch vô tuyến có tính chất động, bán kính vùng phủ của cell phụ thuộc vào số người sử dụng trong cell

Dung lượng: dung lượng tĩnh được

cho bởi một cấu hình phần cứng nào

đó

Dung lượng tùy thuộc vào mức độ nhiễu, do vậy rất nhạy cảm với cấu hình mạng

Điều khiển công suất: các thuật toán

điều khiển công suất đơn giản

Điều khiển công suất là vấn đề thiết yếu ở đường lên để khắc phục hiệu ứng gần xa

Chuyển giao: chỉ có chuyển giao

cứng

Chuyển giao: có 3 loại chuyển giao - chuyển giao cứng, mềm và mềm hơn Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên đặc thù phân đoạn ô

1.3 So sánh hai hệ thống thông tin di động WCDMA và IS-95

Những điểm khác nhau cơ bản giữa WCDMA và IS-95 được trình bày

ở bảng dưới đây Cả WCDMA và IS-95 đều sử dụng công nghệ CDMA trải phổ trực tiếp Tốc độ chip 3,84 Mcps cao hơn của hệ thống WCDMA cho phép tốc độ bit cao hơn Tốc độ chip cao hơn cũng giúp khả năng phân tập đa đường nhiều hơn so với tốc độ chip 1,2288 Mcps, đặc biệt những cell nhỏ ở

đô thị

Các thông số WCDMA IS-95

Đường lên: 800 Hz, đường xuống: điều khiển công suất thấp Đồng bộ của trạm gốc Không cần thiết Cần thiết, thực hiện

nhờ hệ thống GPS Chuyển giao giữa các tần

số

định rõ phương pháp

đo Các thuật toán quản lý

nguồn tài nguyên vô

tuyến hiệu quả

Có, giúp cải thiện được chất lượng dịch vụ theo yêu cầu

Không cần thiết chỉ đối với các mạng thoại

Số liệu gói Lịch trình gói dựa theo

tải

Số liệu gói được truyền như đối với các cuộc gọi ngắn sử dụng chuyển mạch kênh Phân tập truyền phát

Hệ thống IS-95 nhằm mục đích chính để ứng dụng macro cell Các trạm gốc macro cell được đặt trên mái nhà, ở đó có thể dễ dàng nhận được tín hiệu GPS Trạm gốc IS-95 cần phải được đồng bộ và quá trình đồng bộ thực hiện nhờ hệ thống GPS Sự cần thiết có tín hiệu GPS làm khả năng triển khai cell trong nhà và micro cell khó khăn hơn, bởi vì việc nhận tín hiệu GPS mà không có kết nối trong tầm nhìn thẳng đến các vệ tinh GPS là khó khăn Vì vậy, người ta thiết kế hệ thống WCDMA với các trạm gốc không đồng bộ, tại

đó không cần tín hiệu đồng bộ từ GPS Các trạm gốc không đồng bộ khiến cho việc chuyển giao của hệ thống WCDMA hơi khác so với IS-95

Chuyển giao giữa các tần số được xem là quan trọng đối với hệ thống WCDMA để tối đa hóa việc sử dụng một số sóng mang ở mỗi trạm gốc ở hệ thống IS-95, phương pháp đo lường giữa các tần số chưa được xác định rõ, khiến cho việc chuyển giao giữa các tần số trở nên khó khăn hơn

1.4 So sánh hai tiêu chuẩn WCDMA và cdma2000

• Những điểm giống nhau:

- Đều dựa trên công nghệ trải phổ trực tiếp

- Đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của IMT-2000

Điều chế QPSK (cho cả hai

hướng)

QPSK (BTS-MS), BPSK (MS-BTS)

Cấu trúc khung tín

hiệu

10 ms đối với lớp vật lý

10, 20, 40, 80 ms đối với lớp truyền dẫn

5 ms đối với báo hiệu

20, 40, 80 đối với lớp vật

lý

Mã hóa kênh dùng mã có hệ số trải

phổ biến thiên trực giao (OVSF), từ 4 - 256 bit

dùng mã Walsh, từ 4 - 128 bit

Mã nhận dạng đối

với sector

dùng 512 mã ngẫu nhiên hóa, mỗi mã nhận dạng một sector riêng biệt

dùng chung một mã PN ngắn, nhưng sử dụng 512 giá trị PN offset khác nhau

để nhận dạng các sector khác nhau

Mã nhận dạng MS Dùng mã ngẫu nhiên

hóa, gắn bởi sector để nhận dạng MS

dùng chung một mã PN dài, nhưng tạo ra các giá trị

PN offset khác nhau theo

số seri thiết bị của MS để nhận dạng các MS khác nhau

Điều khiển công suất 1500 lần/ giây 800 lần/ giây

Mức độ triển khai tại

các nước

Nhật Bản : tháng 10/2001

Hàn Quốc: 2003 Châu Âu: 2002 (đã triển khai GPRS)

Mỹ: chưa công bố (thử

Nhật Bản : 2002 Hàn Quốc: SKT-10/2000, KTF-9/2000

Châu Âu: chưa công bô Mỹ: 2001

nghiệm GPRS) Nhà cung cấp Ericsson, Nokia, Nortel,

Motorola, Alcatel, Lucent

Qualcomm, Lucent, Nortel, Motorola, Samsung, Ericsson

Nhà khai thác NTTDoCoMo,

Vodafone

Sprint PCS, Verizon, KDDI, SKT

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ CÔNG NGHỆ CDMA

2.1 Kỹ thuật trải phổ

2.1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống thông tin trải phổ là hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu

có băng tần phát lớn hơn nhiều lần băng tần tín hiệu dữ liệu thông tin nhờ sử dụng kỹ thuật điều chế các tín hiệu băng hẹp chứa dữ liệu thông tin với mã trải phổ có bề rộng phổ lớn hơn gấp nhiều lần phổ tín hiệu dữ liệu thông tin

Trong trường hợp này mã trải phổ được sử dụng là độc lập với tín hiệu

dữ liệu thông tin

Vậy vấn đề được đặt ra là: tại sao lại phải sử dụng kỹ thuật trải phổ trong hệ thống thông tin?

Thông thường để đánh giá ảnh hưởng của tạp âm đến chất lượng của hệ thống thông tin, người ta sử dụng hai tham số:

+ Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (ký hiệu S/N) đối với hệ thống thông tin tương tự

+ Xác xuất lỗi bit (BER) đối với hệ thống thông tin số

Các tham số này quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng thông tin, người ta chỉ cho rằng với một mức tạp âm đã cho, việc nâng cao tỷ số tín hiệu trên tạp âm không thể thực hiện một cách tuỳ tiện mà phải có trả giá bằng một trong ba cách sau:

Cách 1: Tăng năng suất của nguồn tín hiệu: biện pháp này chỉ thực

hiện một cách có giới hạn, đặc biệt trong các hệ thống thông tin dùng nhiều phương tiện kỹ thuật phức tạp do sự ràng buộc về mặt kỹ thuật, về vấn đề mật

độ phổ công suất

Cách 2: Tăng độ dài tín hiệu: nghĩa là kéo dài thời gian làm việc của hệ

thống thông tin Phương pháp này sẽ làm giảm nhỏ xác xuất nhiễu tác động

vào tín hiệu, cải thiện được tỷ số tín hiệu trên tạp âm nhưng phải chấp nhận một trả giá là tốc độ truyền thông tin bị giảm

Cách 3: Trải rộng phổ tín hiệu: Nội dung của phương pháp này chúng

ta sẽ tiếp tục nghiên cứu ở các phần tiếp theo

Trong lịch sử phát triển công nghệ thông tin, kỹ thuật trải phổ chống nhiễu dã được nghiên cứu và ứng dụng, đầu tiên được sử dụng trong các hệ thống thông tin quân sự Vào những năm cuối của cuộc chiến tranh thế giới lần thứ hai trải phổ để chống phá sóng đã là khái niệm rất quen thuộc Trong những năm tiếp theo việc nghiên cứu trải phổ được thúc đẩy bởi động lực chủ yếu là tìm cách thiết kế những hệ thống thông tin có khả năng chống nhiễu cao Kết quả của việc nghiên cứu này đã đưa đến một loạt các ứng dụng khác nhau của kỹ thuật trải phổ như: giảm mật độ năng lượng, phép đo định vị độ phân giải cao và phân kênh đa đường (đa truy cập)…

Kỹ thuật này được gọi là kỹ thuật trải phổ vì chúng sử dụng băng thông truyền dẫn lớn hơn gấp nhiều lần với độ rộng băng tối thiểu cần thiết kế để truyền thông tin Việc mở rộng băng thông một mặt có điều bất lợi, nhưng mặt khác đem lại rất nhiều lợi điểm Trong đó có việc nâng cao khả năng khôi phục tín hiệu và khả năng chống nhiễu của hệ thống

Một hệ thống thông tin được định nghĩa là hệ thống trải phổ nếu nó thoả mãn đầy đủ các điều kiện sau:

* Tín hiệu truyền đi chiếm độ rộng băng thông rộng hơn gấp nhiều lần

so với độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền dữ liệu thông tin

* Việc trải phổ được thực hiện bằng tín hiệu trải phổ, thông thường được gọi là mã trải phổ, mã trải phổ này độc lập với dữ liệu thông tin cần truyền

* Tại đầu thu, việc giải điều chế trải phổ (thực chất là nén phổ) nhằm khôi phục lại dữ liệu ban đầu, được thực hiện qua việc xét tương quan giữa tín

hiệu thu được với một tín hiệu mã gọi là bản sao của mã trải phổ ở đầu phát

và đồng bộ với mã trải phổ ở đầu phát

Nhận xét: có một số hệ thống thông tin sử dụng các kỹ thuật điều chế

truyền thống như: điều tần, điều pha, điều xung mã… cũng có độ rộng băng truyền dẫn lớn hơn độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền dữ liệu nhưng không phải là hệ thống thông tin trải phổ, lý do trong các hệ thống thông tin này kỹ thuật điều chế không thoả mãn cả ba yêu cầu nêu trên của định nghĩa

hệ thống trải phổ

2.1.2 Nguyên lý trải phổ

Trong điều chế trải phổ, mỗi người sử dụng được phát một chuỗi mã riêng, chuỗi mã này được sử dụng để mã hoá tín hiệu mang tin khi phát Tại phía thu sẽ tiến hành giải mã tín hiệu thu được thông qua chuỗi mã này Điều này thực hiện được là do tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong muốn và mã của những người sử dụng khác rất thấp Do quá trình mã hoá sẽ trải rộng phổ của tín hiệu cần phát nên băng tần của tín hiệu mã lớn hơn rất nhiều so với băng tần cần thiết để mang tin, Vì vậy người ta gọi phương pháp này là điều chế trải phổ, tín hiệu thu được gọi là tín hiệu trải phổ

Nếu ký hiệu Bt là băng tần phát, Bi là băng tần của tín hiệu mang tin

Ta có định nghĩa về độ tăng ích xử lý Gp như sau:

i

t p B

Để có thể thực hiện trải phổ, tín hiệu phát phải có dạng tạp âm băng rộng và có tính ngẫu nhiên Như vậy tín hiệu phải được cấu trúc từ một số hữu hạn các thông số mang tính chất ngẫu nhiên Các thông số này phải được chứa đựng ở cả bên phát và bên thu Yêu cầu này có thể được thoả mãn bằng việc sử dụng một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên có phổ gần giống như tạp âm Gaussian - chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PN Trong thực tế, các chuỗi nhị phân ngẫu nhiên có thể được điều chế dễ dàng và có những kết quả thực tế giá trị

2.1.3 Chuỗi giả ngẫu nhiên (Pseudo - noise sequence)

Như ta đã biết các ưu điểm của hệ thống trải phổ có được nhờ việc tạo

ra tín hiệu phát trên đường truyền xuất hiện không giống nhiễu và có tính ngẫu nhiên Tính chất ngẫu nhiên ở đây được hiểu là không thể xác định được đối với các máy thu trái phép Còn đối với các máy thu có mã trải phổ (dãy giả ngẫu nhiên) được đồng bộ với máy phát thì tín hiệu hoàn toàn có thể xác định được Hệ thống có thể sử dụng được các tín hiệu như thế phải cấu tạo từ một số hữu hạn các tham số nhờ được chọn trước một cách ngẫu nhiên Cũng như vậy, tại đầu thu các tín hiệu này phải được tạo và được đồng bộ để phù hợp hoàn toàn với đầu phát, nhờ đó các máy thu thực hiện việc nén phổ để khôi phục lại tín hiệu ban đầu

Vậy câu hỏi được đặt ra là: tín hiệu giả ngẫu nhiên khác với tín hiệu thực ngẫu nhiên như thế nào?

Tín hiệu ngẫu nhiên là không thể xác định được sự biến đổi tiếp theo của nó, mà chỉ có thể miêu tả được bằng bảng thống kê Còn tín hiệu giả ngẫu nhiên thì không hoàn toàn ngẫu nhiên, nó là tín hiệu có chu kỳ xác định và có thể dự đoán được, mặc dù vậy sự xuất hiện của nó đối với các máy thu trái phép là thực sự ngẫu nhiên

Dãy ngẫu nhiên nhị phân độc lập được biết trong nguyên lý xác suất được gọi là dãy Bernoulli Chúng ta được biết rằng đặc tính ngẫu nhiên của

một dãy Bernoull có thể được tái lập lại một cách thành công bởi một dãy có chu kỳ tuần hoàn xác định và có thể được cấu tạo bởi thuật toán tuyến tính được chỉ rõ bởi một số hữu hạn thập phân của tham số nhớ nhị phân (bits)

Trong chương trình này chúng ta nghiên cứu quá trình tạo mã (dãy tín hiệu giảm ngẫu nhiên), một khâu rất quan trọng trong hệ thống trải phổ, quyết định sự nhận dạng tín hiệu của các máy thu trong hệ thống

Theo Golomb [1967], dãy giả ngẫu nhiên nhị phân tuần hoàn độc lập có 3 đặc tính cơ bản sau đây:

▪ Đặc tính cân bằng:

Trong mỗi chu kỳ của dãy xác suất xuất hiện của con số nhị phân 1 và 0

là bằng nhau (mỗi loại bằng 1/2) Thực tế trong mỗi chu kỳ số con số nhị phân 1 và 0 sai khác nhau là 1 đơn vị, sở dĩ có sự sai khác nhau 1 đơn vị là do

bộ tạo dãy loại trừ trạng thái tất cả các bits bằng zero, và sự sai khác nhau 1 bit này không có nghĩa gì khi dãy cực dài

▪ Đặc tính chạy (hay đặc tính kéo dài):

Sự kéo dài của con số 0 hoặc 1 liên tiếp trong dãy được định nghĩa là bước chạy Một bước chạy được định nghĩa là một nhóm các bits cùng loại (1 hoặc 0) liên tiếp tồn tại trong dãy Trường hợp có 1 bit 0 hay bit 1 xen giữa các bits 1 hay 0 liên tiếp cũng được xem là kết thúc một bước chạy và bắt đầu một bước chạy mới

Độ dài bước chạy là số bits trong bước chạy Đặc tính chạy trong dãy giả ngẫu nhiên phải thoả mãn là trong một chu kỳ của dãy số:

* 1/2 bước chạy có độ dài bằng 1

* 1/4 bước chạy có độ dài bằng 2

* 1/8 bước chạy có độ dài bằng 3

* Tổng quát có 1/2n số bước chạy có độ dài là n

▪ Đặc tính tương quan:

Từ một dãy giả ngẫu nhiên đã có, nếu ta dịch chuyển theo cách dịch đi lần lượt từng vị trí bit Bit trẻ dịch sang vị trí bit già tiếp theo và bit già nhất dịch về vị trí bit trẻ nhất hoặc ngược lại Ta sẽ thu được dãy mới có số phần tử

phù hợp và không phù hợp với dãy ban đầu

Tính tương quan của dãy thoả mãn nếu so sánh trong một chu kỳ các dãy tạo ra và các dãy dịch chuyển, nếu các số hạng phù hợp và các số hạng không phù hợp sai khác nhau không quá một đơn vị đếm

Một dãy số được tạo ra có các tính chất thoả mãn được cả đặc tính trên được gọi là dãy giả ngẫu nhiên Chúng ta xét kỹ hơn về đặc tính tương quan của dãy Chuỗi giả ngẫu nhiên được sử dụng trong các hệ thống thông tin vô tuyến trải phổ với các chức năng sau:

➢ Trải phổ băng tần của tín hiệu điều chế thành băng tần phát có độ rộng lớn Tín hiệu qua trải phổ phải có dạng tạp âm băng rộng

➢ Phân biệt tín hiệu của các người sử dụng khác nhau nhưng cùng sử dụng một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống đa truy cập

Ta có một số định nghĩa liên quan tới chuỗi giả ngẫu nhiên:

➢ Tự tương quan: Hàm tự tương quan Ra() đánh giá sự tương quan

giữa một tín hiệu f(t) và bản sao của chính nó được dịch đi một thời

gian :

➢ Tương quan chéo: Rc() được định nghĩa bằng sự tương quan giữa

hai tín hiệu khác nhau f(t) và g(t):

Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các tín hiệu trải phổ là các mã

giả ngẫu nhiên dạng nhị phân Tự tương quan và tương quan chéo của các

(

R c  f t g t  dt

chuỗi được xác định bằng tín hiệu Agreement - Disagreement khi các mã được so sánh từng bit một cho mọi sự dịch chuyển  khác nhau

2.1.3.1 Các chuỗi ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại MLSR

Ta xem xét một bộ tạo dãy nhị phân tuyến tính được đưa ra ở hình 2.2 Trong mỗi nhịp, bộ ghi dịch lại dịch chuyển tất cả các nội dung sang phải Dãy {an, n là một số nguyên nào đó} được truyền đi với mỗi số hạng được tạo ra một cách tuyến tính từ r số hạng trước đó theo công thức:

i a c

1

Thanh ghi dÞch

(n)

Thanh ghi dÞch (n-1)

Thanh ghi dÞch (n-r-1)

kÕt n liª Kh«ng 0

i c

kÕt

Hình 2.2: Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính

Ở đây, tất cả các số hạng đều là số nhị phân, c1 đến cr là các biến số liên kết (1 cho liên kết và 0 cho không liên kết), và các quy tắc nhân thông thường được duy trì, nhưng phép cộng là theo module 2 và định luật phân bố được áp dụng

Dãy {an} được tạo ra như vậy có thể là vô hạn gấp bội Tuy nhiên, chỉ cần nhắc đến các số hạng có dấu không phủ định, chúng ta có thể xác định được hàm số tạo dãy là:

( )D

2 1

0 +a D+a D +

a

Trong đó, D là toán tử trễ, còn số mũ của D của mỗi số hạng trong đa thức này tương ứng với số lượng các đơn vị (các chu kỳ nhịp) thời gian trễ tương ứng mỗi số hạng

Trong hệ thống đa truy cập CDMA, cần phân biệt các tín hiệu của người sử dụng khác nhau nhưng dùng chung một băng tần truyền dẫn Muốn vậy, các mã trải phổ phải được chọn sao cho tương quan chéo của chúng xấp

xỉ 0 Lý thuyết chứng minh rằng các tín hiệu trải phổ trực giao đảm bảo tương quan chéo bằng nhau Tuy nhiên điều kiện tương quan chéo chỉ đảm bảo gần đúng trong những thiết bị hiện nay vì người ta dùng các bộ phát tương quan

mã trải phổ

Với các chuỗi MLSR, khi r nhỏ thì tương quan rất lớn nên không thể sử dụng trong CDMA, vì vậy trong thực tế người ta dùng các chuỗi Gold có tương quan chéo giữa hai mã nhỏ

2.1.3.2 Chuỗi Gold

Chuỗi Gold được tạo ra bằng cách cộng Module -2 hai chuỗi MLSR có tần số clock bằng đúng tần số chip Mấu chốt đáng kể nhất trong việc tạo chuỗi Gold là phải chọn được những cặp MLSR để đảm bảo các chuỗi tạo ra

có tính tương quan chéo nhỏ

Vì cả hai chuỗi MLSR đều có độ dài như nhau P = 2r -1 và sử dụng tần

số nhịp giống nhau nên chuỗi Gold tạo ra cũng có độ dài P

Bất kỳ sự dịch nào của chuỗi MLSR có độ dài P đều tạo ra chuỗi Gold mới, một chuỗi MLSR có thể có P kiểu dịch, mỗi kiểu dịch tạo ra một chuỗi Gold thì số chuỗi Gold sẽ là 2r -1

Bé t¹o chuçi MLSR 1

Bé t¹o chuçi MLSR 2

Chuçi MLSR 1

Chuçi MLSR 2

Hình 2.3: Sơ đồ tạo chuỗi Gold

2.1.4 Các ưu điểm của hệ thống trải phổ

Các ứng dụng trải phổ được phân thành những phạm vi khác nhau với những ưu điểm chính sau:

▪ Khả năng đa truy cập: nếu có nhiều người sử dụng cùng phát các tín

hiệu trải phổ một lúc, bên phía thu vẫn có thể phân biệt được giữa các người

sử dụng với điều kiện mỗi người sử dụng đều được cấp một mã trải phổ có độ tương quan chéo thấp so với các mã của những người khác Tại phía thu, bằng việc sử dụng tín hiệu mã của chính phía phát, chỉ có tín hiệu phát đi từ phía phát chủ định mới được nén phổ, còn các tín hiệu phát đi từ những người sử dụng khác vẫn là tín hiệu phổ rộng Vì vậy trong phạm vi băng tần thông tin, công suất phát của người sử dụng chủ định sẽ lớn hơn công suất nhiễu với điều kiện nguồn nhiễu không quá lớn

▪ Khả năng chống nhiễu đa đường: Do ảnh hưởng của phản xạ và khúc

xạ, một tín hiệu có thể được thu từ nhiều đường đi khác nhau Các tín hiệu này đều là các phiên bản của tín hiệu phát nhưng lại có biên độ, pha, độ trễ và góc tới khác nhau Hiện tượng này gọi là nhiễu đa đường Phương pháp trải phổ có thể xử lý được hiện tượng nhiễu đa đường này, tuy nhiên việc xử lý như thế nào còn phụ thuộc vào phương pháp điều chế tín hiệu (DSSS, FHSS )

▪ Tính bảo mật: bên thu chỉ có thể nén phổ và khôi phục tín hiệu khi biết

được mã trải phổ của bên phát

▪ Khả năng chống nhiễu từ các nguồn khác: Việc thực hiện nén phổ

tín hiệu mã (tín hiệu mang tin) ở bên thu sẽ đồng thời làm cho phổ của các tín hiệu băng hẹp không mong muốn khác bị trải rộng ra, do đó sẽ làm giảm công suất tín hiệu nhiễu trong dải tần thông tin, do đó tỷ số S/N sẽ tăng lên Ưu điểm này còn giúp cho hệ thống trải phổ chống được các loại nhiễu chủ ý do một đối tượng nào đó gây ra với mục đích làm gián đoạn thông tin

▪ Khả năng bị nghe trộm thấp: Do tín hiệu tin được trải phổ nên mật

độ công suất của tín hiệu rất thấp, cộng với việc bên thu phải biết được tín hiệu mã mới giải mã được thông tin, vì vậy việc nghe trộm trên kênh vô tuyến

Trong kỹ thuật FDMA, là kỹ thuật đa truy nhập phân kênh theo tần số thì mỗi người sử dụng được phát một cặp tần số để truyền tin và cặp tần số này được gán cho họ trong suốt quá trình thực hiện cuộc gọi Dải tần cần thiết cho một người sử dụng là 30KHz Như vậy các quá trình trao đổi thông tin được phân cách nhau bằng tần số Hiệu suất sử dụng tần số trong FDMA được quyết định bởi hiệu suất phổ điều chế (số bit thông tin trên 1Hz băng tần) và hệ số sử dụng lại tần số Trong thông tin di động, vùng phủ sóng được

chia làm các ô, mỗi ô sử dụng một số tần số cho truyền tin Do ảnh hưởng của nhiễu, các ô lân cận nhau không thể sử dụng tần số giống nhau Do đó một trong các vấn đề quan trọng nhất trong thông tin di động FDMA là quy hoạch

Ở hệ thống CDMA, mỗi người sử dụng được cấp phát một mã giả ngẫu nhiên duy nhất Các mã này được phân phối đến các đầu cuối thuê bao và trạm gốc Đồng thời, tất cả các người sử dụng đều dùng chung một dải phổ Với việc sử dụng mã giả ngẫu nhiên để điều chế, phổ thông tin được trải rộng

ra thành toàn bộ băng tần RF của hệ thống Do đặc tính của mã trải phổ nên các trạm gốc không cần thiết phải có tần số khác nhau, vì vậy sẽ giảm nhẹ được việc quy hoạch ô Mặt khác, nhờ sử dụng cùng một băng tần cho các trạm gốc nên ở CDMA có thể thực hiện chuyển giao mềm, đảm bảo không gián đoạn thông tin trong quá trình chuyển giao

C