Xem mẫu
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG
I. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG :
Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm. Mặc dù các khái niệm tổ ong,
các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đ-
ược biết đến trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960
mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng
của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện
lượi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống
điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia
theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. 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 vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế
cố hữu của các hệ thống này.
(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp.
(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong
môi trường pha đinh đa tia.
(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cươ sở hạ
tầng.
(5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
(6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu,
làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước
khác.
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ
thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới.
Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo
thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 1
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến
CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz.
Năm 1985 hệ thống số được quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA
băng hẹp đã được lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đ-
ược đưa vào từ năm 1993.
Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển
khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lượng đã phát sinh ở các thị
trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến
lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được
ký hiệu là IS- 54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt
hươn. Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy
nhất sử dụng TDMA. Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136,
còn được gọi là AMPS số (D-AMPS). Nhưng không giống như IS - 54, GSM đã
đạt được các thành công ở Mỹ.
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ
đa truy 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 - 95 A.
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, Irael, 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
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 2
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
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 thôg tin di động vệ
tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998.
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. Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W-
CDMA và CDMA2000. W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và
CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2. Ở thế hệ này các hệ thống
thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả
năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông
tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được
gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng.
Chúng ta đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông, đặc
biệt là thông tin di động và truyền thông không dây. Kỹ thuật đa truy nhập đang
bùng nổ. Số lượng người sử dụng mạng di động tăng vọt. Nhu cầu dịch vụ ngày
càng đa dạng, đặc biệt là các dịch vụ số liệu, kết nối Internet và multimedia.
Hệ thống thông tin đi động tế bào đầu tiên được triển khai vào năm 1971 dùng
kỹ thuật điều chế tương tự FM ở dải tần 850 MHz. Tương ứng là hệ thống
AMPS của Mỹ ra đời vào năm 1983. Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của
thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở nhiều nước khác nhau:
TACS, NMT, NAMPS … Tuy nhiên các hệ thống này đều không thỏa mãn
được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết là nhu cầu về dung lượng. Mặt khác,
việc tồn tại nhiều tiêu chuẩn không tương thích với nhau làm cho liên lạc giữa
các mạng cực kỳ khó khăn. Những hạn chế trên đã được đặt ra cho mạng di
động tế bào thế hệ thứ hai phải giải quyết.
Mạng di động thế hệ thứ hai ra đời, sử dụng kỹ thuật số thay vì kỹ thuật tương tự
như trong thế hệ thứ nhất. Việc sử dụng công nghệ số giúp cho mạng thế hệ thứ
hai bảo đảm chất lượng cao trong một môi trường nhiễu mạnh, có dung lượng
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 3
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
lớn hơn, hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn, có nhiều dịch vụ hơn … Mạng thế
hệ thứ hai được phát triển mạnh mẽ, trong đó nổi tiếng nhất và được sử dụng
nhiều nhất là mạng GSM với khoảng 600 triệu thuê bao trên toàn thế giới. Hiện
tại GSM vẫn đang là tiêu chuẩn được ứng dụng rộng khắp … Nhưng trong khi
nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao, thì hệ thống GSM vẫn còn nhiều hạn
chế. Không hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao, không thể ứng dụng multimedia,
dung lượng của mạng vẫn còn thấp .
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP
Hình 1.1 : Các phương pháp đa truy nhập
Công nghệ viễn thông phát triển đã kéo theo nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông
tin di động ngày càng tăng. Số người sử dụng thông tin di động và truyền thông
không dây tăng vọt dẫn đến việc dùng chung, chia sẻ tài nguyên (các đường
truyền vô tuyến vật lý) là một xu hướng tất yếu. Việc nhiều người cùng sử dụng
chung một đường truyền vô tuyến được gọi là đa truy nhập.
Có ba phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin di động: đa truy
nhập phân chia theo tần số (FDMA), theo thời gian (TDMA) và theo mã
(CDMA).
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 4
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1. Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple
Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA (Fequency Division
Multiple Access) là một phương pháp đa truy nhập lâu đời nhất và được thực
thi rộng rãi nhất.
Trong phương pháp này, băng tần của toàn bộ hệ thống bị chia thành nhiều
phần nhỏ. Hệ thống gán cho mỗi người sử dụng một tần số khác nhau, mỗi
kênh truyền là một tần số, có nghĩa là mỗi người sử dụng có một kênh truyền
riêng. Hệ thống phân biệt tín hiệu của những người sử dụng khác bằng các
kênh tần số khác nhau. Điều này làm cho hệ thống sử dụng phổ tần kém hiệu
quả nhất, vì khi đang tiến hành cuộc gọi, không một người sử dụng nào khác
có thể chia sẻ cùng một kênh tần số.
Mỗi kênh trong hệ thống FDMA là một cặp tần số, tần số cao dành cho
đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên.
Đặc điểm chính của hệ thống FDMA:
- Một kênh FDMA chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm.
- Khi kênh FDMA không được sử dụng, nó sẽ ở trong tình trạng rỗi, nhưng
không một thuê bao nào khác có thể chia sẻ, sử dụng kênh tần số này.
- Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại.
- Băng thông của mỗi kênh hẹp (30KHz), do đó hệ thống FDMA là hệ
thống băng hẹp.
- Mức độ phức tạp của FDMA thấp hơn các hệ thống khác.
- Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau, nên hệ thống cần rất ít
thông tin cho mục đích đồng bộ.
- Dung lượng của hệ thống nhỏ. Tuy nhiên có thể tăng dung lượng bằng
cách sử dụng băng tần hẹp hơn thông qua cải tiến các kỹ thuật điều chế.
- Sử dụng các bộ truyền song công do cả hai hướng thu và phát hoạt động
cùng một lúc, dẫn đến tăng chi phí cho thiết bị.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 5
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
- Ảnh hưởng của nhiễu đối với hệ thống rất cao. Vì vậy phải sử dụng nhiều
bộ lọc tần số.
2. Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple
Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian – TDMA (time division
multiple access) cũng chia nhỏ băng tần của mình thành nhiều kênh tần số
khác nhau. Nhưng thời gian sử dụng kênh tần số được chia thành nhiều khe
thời gian nhỏ hơn (ví dụ 8 khe trong GSM). Vì vậy, nhiều người có thể sử
dụng chung một tần số. Khi đã sử dụng hết tất cả các khe thời gian trên một
tần số thì người sử dụng tiếp theo sẽ được cấp phát một khe thời gian trên
kênh tần số mới. Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số của hệ
thống so với hệ thống FDMA.
Nhiều người sử dụng trên một kênh tần số được ấn định khe thời gian khác
nhau. Mỗi người chỉ có thể thu phát tín hiệu trong khe thời gian của mình.
Mỗi kênh tần số cùng với một khe thời gian tạo thành một kênh truyền bên
trong hệ thống.
Trong TDMA, vì mỗi người sử dụng không truyền liên tục mà chỉ truyền
trên khe thời gian nên hệ thống phải sử dụng tín hiệu số và điều chế số. Có
hai dạng song công bên trong TDMA: song công theo tần số (FDD) và song
công theo thời gian (TDD). FDD sử dụng các kênh có tần số khác nhau cho
truyền và nhận. Ngược lại, trong TDD, một nửa thời gian được dành cho thu
và một nửa còn lại dành cho việc phát tín hiệu.
Đặc điểm chính của hệ thống TDMA:
- TDMA cho phép nhiều người sử dụng chung một tần số, bằng cách chia
khoảng thời gian sử dụng tần số thành nhiều khe thời gian không chồng
lấp nhau, và mỗi người sử dụng một khe thời gian. Số lượng khe tùy
thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông …
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 6
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
- Việc truyền tín hiệu trong TDMA diễn ra không liên tục mà thành từng
cụm nhỏ. Vì vây, máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao cho
việc thu phát tín hiệu, dẫn đến thời gian sử dụng acquy tăng lên.
- Trong các khe thời gian rỗi, máy di động đo đạc mức công suất của các
trạm phát khác.
- TDMA cần nhiều thông tin cho quá trình đồng bộ ban đầu hơn FDMA do
chế độ truyền không liên tục và chia khe thời gian.
- Có thể cấp phát băng tần theo yêu cầu thông qua việc ấn định nhiều kênh
cho một người sử dụng để tăng tốc độ của dịch vụ. Vì vậy, tốc độ dịch vụ
có thể được cải thiện.
3. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA (code division multiple
access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các
khe, mà tất cả những người sử dụng khác nhau đều được phép sử dụng toàn
bộ băng tần trong cùng một thời gian.
Hệ thống trải phổ có khả năng chống lại nhiễu đa đường và tăng dung lượng
đa truy nhập. Hiệu quả sử dụng băng tần rất cao khi có nhiều người cùng sử
dụng hệ thống.
Các đặc điểm chính của CDMA:
- Cho phép mỗi người dùng sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống trong
cùng một thời gian.
- Mỗi người sử dụng sẽ có một mã khác nhau để phân biệt. Mã được sử
dụng để mã hóa và điều chế.
- Sử dụng hiệu quả phổ tần hơn các hệ thống FDMA và TDMA.
- Hệ thống có tính bảo mật cao.
- Cho phép cấp phát tài nguyên mềm dẻo. Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ có tốc
độ khác nhau.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 7
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
III.CÔNG NGHỆ CDMA
1. Tổng quan :
CDMA dựa trên công nghệ trải phổ (SS – spread spectrum ),trong đó tín hiệu
gốc ban đầu được phát trong một tín hiệu vô tuyến có băng thông rất lớn so
với băng thộng tối thiểu ban đầu.Chúng ta nói tín hiệu ban đầu đã được trải
phổ.
Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao
(gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên - PN – pseudorandom noise) để chuyển đổi tín
hiệu có băng hẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thông
rộng , đỉnh công suất bé và phát đi . Mỗi người sủ dụng sẻ có một chuỗi tín
hiệu PN khác nhau gọi là mã. Mã này là cơ sở mã hóa tín hiệu và phân biệt
người sử dụng này với người sử dụng khác .Ở máy thu sẽ sử dụng một chuỗi
mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã và thu được tín hiệu chính xác.
Đối với người sử dụng không biết chuỗi mã thì tín hiệu thu được ở máy thu
sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu .Vì vậy hệ thống có tính bảo mật cao.Trải
phổ theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (direct sequence
spread spectrum ).
Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS),kỹ thuật đa truy nhập dựa trên
công nghệ trải phổ còn một số kỹ thuật khác gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS –
frequency hopping SS) và trải phổ nhảy thời gian (THSS – time hopping SS
)nhưng không đạt hiệu quả cao như DSSS. Hệ thống CDMA chỉ sử dụng kỹ
thuật trải phổ DSSS.
2. Các hệ thống thông tin trải phổ :
2.1. Hệ thống DS/SS :
Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả
ngẫu nhiên có tốc độ tín hiệu (tốc độ chip ) cao hơn nhiều tốc độ bit của
luồng số phát.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 8
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
2.2. Hệ thống FF/SS :
Thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập lớn các tần
số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian
của một chíp giữ nguyên kông đổi.Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay
chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực hiện ở tần số
cao hơn tốc độ bit của thông tin, và ngược lại đối với hệ thống nhảy tần
chậm.
2.3. Hệ thống TH/SS :
Một khối các bit số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay
nhiều khe thời gian của một khung truyền có rất nhiều khe thời gian.
Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng
để truyền dẫn trong mỗi khung .
3. Các đặc tính của CDMA :
3.1. Tính đa dạng phân tập :
Phân tập là hình thức giảm fading. Fading đa đường xảy ra khi hai hay
nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Truyền dẫn băng hẹp bi
ảnh hưởng bởi hiện tượng này,trong khi truyền dẫn băng rộng thì ít bị
ảnh hưởng bởi fading nhờ vào tính đa dạng trong phân tập.
Có 3 hình thức phân tập chính :
Phân tập theo thời gian : đạt được nhờ vào việc chèn mã,tách lỗi và
mã hóa sửa sai.
Phân tập theo tần số :nhờ vào việc mở rộng khả năng báo hiệu băng
tần báo rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến
băng tần báo hiệu ,tín hiệu băng rộng 1.25Mhz.
Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) : 2 cặp aten thu tại
BS,bộ thu đa đường và kết nối BS .
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 9
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Phân tập dùng phương pháp đa đường (theo khoảng cách )là hình thức
phân tập cao nhất nhờ đặc tính có duy nhất ở hệ thống CDMA là thu
phát dựa trên mã PN.Bộ điều khiển đa đường tách chuỗi PN nhờ sử
dụng bộ tương quan song song. Máy di động dùng 3 bộ tương quan,
trạm gốc dùng 4 bộ tương quan. Máy di động có bộ tương quan song
song la bộ thu - quét, các đầu thu này có khả năng nhận tín hiệu từ các
luồng khác nhau,chúng xét tín hiệu thu mọi đườn, sau đó tổ hợp và giải
điều chế tất cả tín hiệu thu được.Fading có thể xuất hiện trong mọi tín
hiệuthu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy,
tổng tín hiệu thu được có dộ tin cậy cao. Nhiều bộ tách tương quan có
thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có hai trạm gốc
BS để thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động.
3.2. Đặc tính tái sử dụng tần số chung :
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA.
Giao thoa tổng hợp ở máy di dộng thu được từ BS là tổng giao thoa của
các máy di động trong cùng một tế bào và giao thoa từ các máy di dộng
của BS của tế bào bên cạch. Giao thoa tổng hợp từ tất cả các máy di
động bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong
cùng một BS. Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử dụng tần số là
65%. Nếu dùng anten định hướng (búp sóng 120) thì giao thoa trung
bình giảm xuống còn 1/3, do đó dung lượng cung cấp bởi hệ thống tăng
lên xấp xỉ 3 lần.
Tóm lại, việc sử dụng tần số chung không chỉ đối với tất cả các thuê
bao trong cùng một thuê bao mà còn đối với những thuê bao ở tất cả các
tế bào khác. Nguồn cung cấp cho mỗi thuê bao là năng lượng thay vì
thời gian hoặc tần số, cho nên việc điều khiển tạp âm và phân phối kênh
trở nên đơn giản hơn. Nhưng đồng thời, vấn đề điều khiển công suất trở
nên quan trọng.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 10
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3.3. Điều khiển công suất :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ
BS đến di động và ngược lại ) để cung cấp một hệ thống có dung lượng
lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cao và các lợi ích khác. Muc đích của
điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển sao cho tín
hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu
với độ nhạy rung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của tất cả
các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổng
công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất trung bình của
nhiều máy di động.
Bộ thu của BS chuyển tín hiệu 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 như là tín hiệu tạp âm của băng rộng. Thủ tục
thu hẹp băng thông được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tỷ số tín
hiệu giao thoa (dB) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho phép
hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được.
Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của CDMA bằng cách tăng số
lượng các cuộc 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 BS có
tỷ số tín hiệu trên nhiễu 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 BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy
di động đủ mạnh thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện
nhưng nhiễu 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 bị giảm
nếu dung lượng tối đa không giảm.
Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS và
điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 11
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
CDMA như trong hình. Mạch mở điều khiển công suất từ máy di động
tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động. Máy di động
điều chỉnh ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ
BS. Máy di động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công
suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được. Mạch mở đường điều
khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động thu
được với cùng một mức tại BS. BS 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 định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố
tải và tạp âm của BS,độ tăng ích anten và bộ khuếch đại công suất
.Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy di động như là một phần của
bản tin thông báo.
BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công
suất từ máy di động tới BS. Khi mạch đóng dẫn tới việc BS định cỡ
công suất mạch mở xác định của máy do động một cách tức thời để máy
di động giữ được công suất phát tối ưu.
BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị
ngưỡng biến đổi và điểu 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 BS và máy di động.
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máy di động nhờ việc
qui định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di
động. Muc đích của việc điều khiển này là giảm công suất phát của máy
di động hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp
và giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công suất được cung cấp
thêm đối với các vúng thu tín hiệu gián đoạn hoặc đối với máy di động
ở xa có tỉ lệ lỗi cao.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 12
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
3.4. Chuyển vùng mềm:
Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự :BS ban đầu, cả hai BS,
BS mới. Lược đồ này làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm
cho người sử dụng không nhậ ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó,
trong khi 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
BS 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 mức nhất
định nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục
vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy
di động chuyển một bản tin điều khiển tới trung tâm chuyển mạch di
động để thông báo về cường độ tín hiệu và số liệu của trạm gốc mới.
Sau đó, trung tâm chuyển mạch di động thiết lập một đường nối mới
giữa máy di động và trạm gốc mới và 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 tram gốc thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai trạm gốc sao cho
chuyển vùng mềm có thể thực hiện mà không có hiện tượng “ping-
pong” giữa chúng. Trạm gốc ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi
việc kết nối cuộc gọi với trạm gốc mới đã thưc hiện thành công.
3.5. Công suất phát thấp:
Việc giảm tỉ số E/N (tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu ) chấp
nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn giảm công
suất phát yêu cầu khắc phục tạp âm và can nhiễu. Sự 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
phát thấp khi so với các hệ thống analog hay TDMA có công suất tương
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 13
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng phục vụ và
làm giảm số lượng trạm gốc yêu cầu khi so với các hệ thống khác.
Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA làm giảm công suất phát
trung bình. Trong đa số 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 yêu cầu công
suất lớn chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ
tăng khi có fading.
3.6. Dung lượng mềm :
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 trong quân đội.Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỉ số sóng
mang trên nhiễu vào khoảng 18 dB nên còn nhiều hạn chế theo quan
điểm hiệu qua sử dụng tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì
một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS
khác. Nói cách khác thì trong một hệ thống CDMA một kênh tần rộng
được sử dụng chung bởi tất cả các BS.
Hiệu quả việc tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỉ số
tín hiệu trên nhiễu tạo ra không chỉ từ môt BS mà tất cả các người sử
dụng trong vùng phuc vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được
xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là
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 các người sử dụng với số lượng người sử dụng. Nếu tỉ số
công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 14
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp chất lượng tín hiệu
tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo quy
luật số lượng nhỏ và tỉ lệ 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 lý, tỉ số E/N ( bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu),
chu kì công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng
của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ
thống CDMA có cùng một tỉ 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.
Hiện tại FCC ( ủy ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần số
25 Mhz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bố 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
BS 3 bup 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
trang 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 bit. Chức năng đó có thể làm tránh
việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn 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 hệ
thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỉ lệ
lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành.
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 15
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Tương tự, 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 ) cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp
thứ tự ưu tiên cao hơn đối dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp
dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường.
3.7. Bảo mật cuộc gọi :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và
về cơ bản là tạo ra xuyên âm, viêc 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 (scrambling). Về cơ bản thì công
nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo
vệ khác.
3.8. Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi :
E/N là tỉ số của năng lượng trên một bit đối với mật độ phổ công suất tạp
âm, đây là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều
chế và mã hóa số.
Khái niệm E/N tương tự như tỉ số sóng mang trên tạp âm của phương
pháp FM analog. Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ
thống CDMA cung cấp một 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 E/N 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 E/N.
3.9. Tách tín hiệu thoại :
Trong thông tin hai chiều song công tổng quát thì tỉ số chiếm dụng tải
của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 16
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
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 tải.
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 ½ vì dung
lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác.
4. Ưu điểm của CDMA :
4.1. Dung lượng tăng cao :
Dung lượng của hệ thống CDMA cao hơn 8-10 lần dung lượng của một
hệ thống tương tự AMPS, hay 4-5 lần dung lượng của hệ thống GSM.
Hệ thống CDMA sử dụng một kỹ thuật trải phổ duy nhất, rất nhiều
người sử dụng có thể cùng chia sẻ một băng tần, mà không cần phải sử
dụng chung theo kiểu phân chia theo thời gian. Vì vậy, một hệ thống
CDMA có thể xử lý cùng một lúc nhiều người dùng hơn các hệ thống
GSM.
Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm. Dung lượng phụ
thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trì một hệ số chất lượng
nhất lượng. Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị hạn chế
bởi yêu cầu chất lượng của dịch vu.
4.2. Cải thiện chất lượng cuộc gọi :
Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định.
Hệ thống CDMA sử dụng điều khiển công suất nhanh và chính xác.
Trạm gốc gửi các lệnh điều khiển công suất phát đến mọi máy di động
đang hoạt động , giảm bớt công suất phát của các máy di động ở gần
và tăng công suất của máy ở xa. Điều này làm cho mức nhiễu giao
thoa trong băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 17
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
giảm bớt. Các nhiễu có công suất quá lớn bị triệt tiêu. Trong nền
nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thông tin dành
riêng.
Tỷ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vì khả năng hoạt
động trong cùng một băng tần của các sector. Các cuộc gọi được
chuyển giao “mềm” khi các máy di động di chuyển từ vùng này sang
vùng khác.
Các bộ má hóa, giải mã thoại của CDMA sử dụng một kỹ thuật cải
tiến. Chúng chỉ truyền các thông tin cần thiết và bỏ qua các tiếng ồn
khác. Thông tin thoại được nén tốt hơn khi bỏ qua các khoảng lặng
4.3. Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống :
Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell. Điều
này đơn giản hóa quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống.
Ở các hệ thống khác (tương tự hay GSM ), toàn bộ băng tần được chia
thành các đoạn chia nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng
các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu. Hệ thống như vậy cần
phải được quy hoạch tần số cẩn thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống
cũng phải xem xét vấn đề quy hoạch tần số. Hệ thống CDMA không
gặp phải bài toán khó của quy hoạch tần số, vì các cell sử dụng băng
tần như nhau.
4.4. Tăng cường bảo mật :
Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của
hệ thống.
Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn độ rộng của băng thông (1.25 MHz hay
cao hơn ), cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi.
Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gốc
và trạm di động mới có thể hiểu và tách ra các thông tin hữu ích. Đối
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 18
- CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
với các máy thu trộm, khi không có chuỗi mã này, tín hiệu thu được
chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền. Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ
thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bảo mật.
4.5. Vùng phủ sóng :
Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ sóng. Do vậy, toàn bộ
hệ thống cần ít trạm hơn các hệ thống thông thường.
Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA áp dụng các kỹ
thuật điều khiển công suất nhanh và chính xác. Điều này cũng thu
được từ việc tất cả các cell dùng chung băng tần, nên nhiễu giảm bớt.
4.6. Tiết kiệm năng lượng :
Cùng với chức năng điều khiển công suất, có chức năng khác làm cho
thời gian thoại của máy di động được kéo dài.
Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết. Nó tổ chức và phát
thông tin theo từng cụm ngắn, và tắt trong các thời gian còn lại. Trong
thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động
không phải lắng nghe liên tục trên kênh tìm gọi. Điều này cũng giúp
tiết kệm pin máy di động.
Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi. Số lượng bit
thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm,
dẫn đến năng lượng cần sử dụng giảm.
4.7. Cấp phát tài nguyên mềm dẻo :
Toàn bộ băng thông của hệ thống, không gian mã chính là tài nguyên
của dùng chung trong hệ thống. Tài nguyên của hệ thống có thể được
cấp phát động, tùy thuộc vào yêu cầu của dịch vụ. Khi một người
dùng không cần một tài nguyên nào nữa, nó được trả lại cho hệ thống
dành cho các người dùng khác. Do vậy, hệ thống hỗ trợ nhiều loại
dịch vụ có tốc độ khác nhau (thoại, số liệu, fax,…).
SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 19
nguon tai.lieu . vn
