Xem mẫu
-
LUẬN VĂN
Đề tài: Tìm hiểu kỹ thuật trải phổ CDMA trong thông
tin di động
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm …..
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Lương Thị Thuận
TÌM HIỂU KỸ THUẬT TRẢI PHỔ CDMA TRONG
THÔNG TIN DI ĐỘNG
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Điện tử - Viễn thông
Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Cương
HÀ NỘI - 2005
Lương Thị Thuận 1 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
TÓM TẮT NỘI DUNG
Công nghệ CDMA đã được tìm hiểu từ những năm 90 đến nay, đã trở nên phổ
biến và là nền tảng để phát triển các thế hệ thông tin di động thế hệ 3G. Nó đã trở
thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới. Công nghệ
CDMA là nội dung chính của bản khoá luận này.
Trong khoá luận này, em trình bày tổng quan về mạng thông thông tin di động
bao gồm: những nét đặc thù, lịch sử và xu hướng phát triển của thông tin di động, khái
quát về 3 phương pháp đa truy nhập là: FDMA, TDMA, CDMA. Các kỹ thuật trải phổ
cụ thể, như: kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp, nhảy tần, nhảy thời gian và các hệ thống
lai. Các kỹ thuật khác trong trải phổ như: dãy mã giả ngẫu nhiên và vấn đề đồng bộ
các tín hiệu này. các đặc tính CDMA khi ứng dụng vào trong hệ thống thông tin di
động. Trong phần tìm hiểu về mạng di động CDMA 2000 1x, trình bày về cấu hình, xử
lý cuộc gọi, quy trình thiết lập cuộc gọi và một số dịch vụ bổ sung chưa có trong mạng
GSM.Cuối cùng là phần giới thiệu về một mạng thông tin di động cụ thể sử dụng kỹ
thuật CDMA, mạng S-Fone.
Lương Thị Thuận 2 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm vừa qua, nhu cầu trao đổi thông tin ngày một cao nó không
chỉ nằm trong giới hạn của một quốc gia, mà là trên phạm vi thế giới. Sự phát triển rất
nhanh của công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông cung cấp ngày càng nhiều
các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt các
yêu cầu của khách hàng.
Hiện nay, mạng thông tin di động ở Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM
là chủ yếu. Tuy nhiên, trong tương lai mạng thông tin di động này sẽ không đáp ứng
được các nhu cầu về thông tin di động. Bởi vì, nhu cầu thông tin di động không chỉ là
thoại mà còn là truyền dữ liệu, hình ảnh, âm thanh ... với tốc độ cao, các yêu cầu về
chất lượng, bảo mật cũng được đặt ra. Điều này đã thúc đẩy các nhà cung cấp dịch vụ
thông tin di động phải tìm kiếm một phương thức thông tin mới. Và công nghệ CDMA
đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới.
Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng
dải thông lớn hơn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuê bao
đa truy nhập lớn hơn nhiều. Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các
tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các mạng thông tin di động sử dụng công
nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Do
đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu.
Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã chọn đề tài: “ Tìm hiểu về kỹ thuật
trải phổ CDMA trong thông tin di động”.
Nội dung của đề tài này là: Tìm hiểu về các kỹ thuật trải phổ, các đặc tính của
công nghệ CDMA khi ứng dụng vào mạng thông tin di động, mạng thông tin di động
2000 1x, tìm hiểu về mạng S-Fone – là mạng di động CDMA duy nhất ở nước ta hiện
nay.
Đề tài bao gồm 4 chương :
Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin di động
Chương 2: Kỹ thuật trải phổ CDMA trong thông tin di động
Chương 3: Mạng thông tin di động 2000 1x
Chương 3: Tìm hiểu về mạng điện thoại di động S-Fone
Lương Thị Thuận 3 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do
thời gian hạn chế, trình độ và kinh nghiệm còn có hạn nên nội dung của luận văn này
chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự phê bình, hướng
dẫn và sựgiúp đỡ của thầy, cô và các bạn.
Để có thể hoàn thành luận văn này, trước tiên em muốn gởi đến thầy Nguyễn
Văn Cương lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt
thời gian qua. Em xin được gởi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân
thành và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tập tại trường.
Lương Thị Thuận 4 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
1.1. Những đặc thù của thông tin di động
Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ (vì
vừa như vậy mới liên lạc vừa di chuyển được, và cho tới ngày nay loài người chưa
phát hiện ra môi tường thông tin đặc biệt nào khác ưu việt hơn sóng điện từ).
Mỗi một cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập (gọi là
kênh truyền vô tuyến ), mỗi kênh giả sử chỉ có dải thông 3KHz ( tức là 3.103 Hz ứng
với dải thông tiếng nói, trên thực tế phải cần nhiều hơn thế nữa) thì dải tần số vô tuyến
từ 0 – 3 GHz ( 3.109) chỉ cho phép truyền 3.109 3.103 = 106 tức là một triệu cuộc liên
lạc một lúc. Vậy thì làm thế nào để hàng trục triệu người có thể cùng sử dụng máy di
động cùng một lúc đấy là chưa kể dải tần số vô tuyến còn phải dành cho rất nhiều
công việc khác (như quốc phòng , hàng không, nghiên cứu khoa học….), dải tần số
dành cho thông tin di động chỉ là phần nhỏ.
Giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lập trên một dải
tần số vô tuyến hạn chế là sử dụng lại tần số miễn hai cuộc liên lạc phải đủ xa nhau về
khoảng cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền của hai người trong
cuộc, để không gây nhiễu cho nhau. Do vậy một địa bàn có dịch vụ thông tin di động
phải được chia thành các phần nhỏ, gọi là tế bào, hai cuộc liên lạc ở hai tế bào dù ở xa
nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý của một
trạm trung tâm tế bào. Về lý thuyết, nếu kích cỡ của tế bào là rất nhỏ, công suất thu
phát liên lạc được khống chế trong đó( để không làm “phiền” đến tế bào khác) thì có
thể phục vụ được vô số cuộc gọi di động cùng một lúc mà chỉ cần một dải tần sóng vô
tuyến hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số. Điều này kéo
theo một loạt hệ quả tất yếu khác như:
• Chống nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận
• Kỹ thuật chuyển giao
• Quản lý kênh truyền (khi có yêu cầu sử dụng hoặc giải phóng kênh)
• Đăng ký vị trí (mới biết người liên lạc ở tế bào nào để tìm gọi) …
Lương Thị Thuận 5 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Ngoài ra các yêu cầu khác của người sử dụng như kích thước nhỏ nhẹ của
thiết bị cầm tay đồng thời lại tiết kiệm năng lượng (để phục vụ cuộc liên lạc được
lâu)... Những yêu cầu này luôn đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ thuật xử
lý tín hiệu mà những tiến bộ cách đây 20 năm không thể đáp ứng nổi. Chính vì vậy
phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ
20 thông tin di động mới thâm nhập vào đời sống xã hội rộng rãi bằng những sản
phẩm thương mại hấp dẫn. Sau đó phát triển với tốc độ nhảy vọt trong thập kỷ tiếp
theo khi đưa ra nhiều dịch vụ đa năng với chất lượng dịch vụ ngày càng cao.
Tóm lại, đặc thù cơ bản của thông tin di động là mâu thuẫn giữa số lượng
người dùng đông đảo và dải tần hạn chế, dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các tế
bào kèm theo tất cả các kỹ thuật hệ thống khi xây dựng hệ thống tế bào này. Điều này
làm cho hệ thống thông tin di động khác rất nhiều so với hệ thông tin cố định ( hữu
tuyến hoặc vô tuyến). [5]
1.2. Lịch sử phát triển của thông tin di động
Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những
mốc phát triển quan trọng trong lịch sử. Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin di
động của nước Mỹ làm điển hình:
Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu tiên được giới thiệu
ở 25 thành phố của Mỹ. Mỗi hệ thống dùng bộ ăng ten công suất lớn đặt cao phủ sóng
toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ thuật FM, truyền bán song công (Pust-to talk), ở
băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là 120kHz. Đây chưa phải hệ thống tế bào, tần
số chưa được dùng lặp lại nên số người được phục vụ rất ít.
Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng
tăng gấp đôi.
Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz, hiệu suất phổ tần tăng gấp 4 lần.
Năm 1950-> 1960: Xuất hiện tổng đài tự động, dịch vụ IMTS (song công, tự
động quay số, tự động chọn kênh ). Tuy nhiên nhanh chóng bị bão hoà bởi nhu cầu
người sử dụng do dịch vụ chất lượng kém và hay bị bận. Dịch vụ IMTS hiện vẫn còn ở
Mỹ, song hiệu suất sử dụng phổ kém so với điện thoại tế bào hiện nay.
Cũng trong thời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưo ra dự án
điện thoại năm 1968). Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được.
Lương Thị Thuận 6 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Năm 1983: Ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến AMPS ( Advanced
Mobile Phone System ). Đánh dấu sự ra đời điện thoại tế bào thế hệ 1. Ủy ban viễn
thông liên bang Mỹ (FCC) đã phân cho dịch vụ này 1 dải tần 40MHz trên khoảng tần
số 800MHz (ứng với 660 kênh song công rộng 2x30kHz= 60kHz). Phổ tần này được
phân đều cho 2 nhà cung cấp để tạo sự cạnh tranh.
Năm 1989: Trước yêu cầu tăng trưởng mạnh mẽ số người sử dụng FCC phân
thêm cho dịch vụ này 10MHz phổ nữa (ứng với 166 kênh song công). Hệ thống điện
thoại tế bào này hoạt động trong môi trường han chế giao thoa, sử dụng lại tần số, kĩ
thuật đa truy cập theo tần số (FDMA)
Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS-54 trên cơ sở hạ
tầng AMPS. Hỗ trợ 3 người sử dụng trên 1 kênh 30kHz, kĩ thuật điều chế (π/4
DQPSK). Khi kĩ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung lượng
lên 6 lần (kết hợp với kĩ thuật đa truy cập theo thời gian TDMA và tồn tại song song
với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng). Đây là thời điểm đánh dấu sự ra đời của hệ thống
thông tin di động thế hệ thứ 2 (ở Châu Âu là hệ GSM).
Cũng trong năm 1991, hệ thống dựa trên kĩ thuật trải phổ phát triển bởi công
ty QUALCOM theo chuẩn IS-95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần
1.25MHz, sử dụng kĩ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Có nhiều ưu điểm
hơn AMPS về dung lượng, yêu cầu về tỉ số SNR thấp hơn, về giá thành có tính cạnh
tranh cao.
Vấn đề tích hợp nhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt
ra từ những năm 90.
Từ năm 1995: Chính phủ mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800->2100MHz,
hứa hẹn sự phát triển mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS).
Năm 2000: Tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã tiến hành tiêu chuẩn hoá cho
hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000_hệ thống thông tin di động thứ 3. [5]
1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Khái niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 tại phòng thí nghiệm Bell
của AT&T. Nhưng đến đầu những năm 70 AT&T mới đưa ra dự án điện thoại tế bào.
Và cho đến năm 1983, ra đời dịch vụ AMPS do AT&T và MOTOLAR của Mỹ. Đánh
dấu sự ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Với kỹ thuật tương tự,
phương pháp điều tần FM để điều chế tiếng nói trên băng tần 800MHz với độ rộng
phổ là 40MHz. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn thì toàn bộ vùng
Lương Thị Thuận 7 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là tế bào (cell). Mỗi tế bào được
dịch vụ cung cấp một tần số nhất định và có một anten trung tâm, với công suất phát
phù hợp để quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tế bao khác.
Khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số.
B
C
G
A
D
F
B
E
C
B G
A
C
G
D
A F
E
D
F
E
Hình 1. Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dịch vụ
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất đã bao gồm hàng loạt các hệ thống
ở các nước khác nhau như: NMT phát triển ở Châu Âu, NTT ở Nhật, TACS ở Anh…
Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ truy cập FDMA có sơ đồ khái quát như sau:
HLR HLR
SS7
MSC
HLR
HLR HLR
PSTN
MSC
HLR
BS
BS
Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất
Lương Thị Thuận 8 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Chú thích :
MSC Mobile service Switching Center Trung tâm chuyển mạch nghiệp
vụ di động
AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
BS Base Station Trạm gốc
SS7 common channel Signaling System no.7 Báo hiệu kênh chung số 7
PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng mà
trước hết là về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn của các hệ thống không tương
thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng (việc liên lạc ngoài biên giới là
không thể). Do sử dụng kỹ thuật truyền tiếng nói tương tự nên hiệu suất sử dụng phổ
tần không cao và chất lượng kém. Những vấn đề này đặt ra cho hệ thống thông tin di
động hế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật tương tự hay số. Và kỹ thuật số đã được
lựa chọn , trước hết là sự bảo đảm chất lượng cao hơn, khả năng tiềm tàng về một
dung lượng lớn hơn.
1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai
Ra đời vào đầu những năm 1990: Chuẩn GSM của Châu Âu và IS-54 (tồn tại
song song với AMPS) của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phương pháp đa truy
nhập CDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ hai dựa trên kỹ thuật đa truy cập phân
chia theo thời gian TDMA và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA, truyền
dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK, FSK…
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển ở
Mỹ. Hệ thống này sử dụng lại băng tần 824MHz - 849MHz cho tuyến lên và 869MHz
– 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng mỗi kênh là 1,25MHz.
Hệ thống thông tin di động GSM ra đời và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, băng
tần sử dụng gồm hai dải tần: 890MHz – 915MHz cho tuyến lên và 935MHz –
Lương Thị Thuận 9 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
960MHz cho tuyến xuống. Dải tần này lại được chia nhỏ ra thành các dải con rộng
200KHz (gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý). Mỗi kênh vật
lý chia thành 8 khe thời gian (Time Slot) ứng với 8 kênh dịch vụ. Về lý thuyết số kênh
vật lý trên dải tần 25MHz là 25000/200=125 kênh. Tổng số kênh lưu lượng là
125x8=1000 kênh, nghĩa là phục vụ đồng thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lại tần
số.
Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM( Global
System for Mobile communication)
NSS
ISDN SS
AUC
PSPDN
EIR
VLR HLR
CSPDN
PSTN
MSC
PLMN
OSS
BSS BSC
Chú thích:
BTS
Truyền dẫn tin tức
Kết nối cuộc gọi và
truyền dẫn tin tức
MS
Hình 3. Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM
SS Switching System Hệ thống chuyển mạch
AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực
HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú
VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú
EIR Equipment Identify Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị
MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các
nghiệp vụ di động
Lương Thị Thuận 10 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc
BSC Base Station Controller Đài điều khiển trạm gốc
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
MS Mobile Station Trạm di động
OSS Operation & Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ
NSS Network Switching System Hệ thống chuyển mạch mạng
ISDN Integrated Service Digital Mạng số đa dịch vụ tích hợp
Network
PSPDN Packet Switched Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển
Network mạch gói
CSPDN Circuit Switched Public Data Mạng số liệu công cộng chuyển
Network mạch kênh
PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch
Network công cộng
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công
cộng
Ưu điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai :
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quyết những hạn
chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Do sử dụng kĩ thuật số mà có
những ưu điểm sau:
Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn.
Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ bít càng thấp cho phép ghép nhiều kênh vào
dòng bít tốc độ chuẩn.
Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số.
Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Common Channel Interference) và
chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn sẽ làm tăng
dung lượng hệ thống.
Lương Thị Thuận 11 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Điều khiển động việc cấp phát kênh mộ cách liên tụcnên làm cho việc sử dụng
tần số hiệu quả hơn.
Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu
dễ dàng xử lý băng phương pháp số.
Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN).
Nhược điểm :
Các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một số nhược điểm
như sau:
Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là hạn chế nên các dịch vụ ứng dụng
cũng bị hạn chế ( không thể đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông
tin di động đa phương tiện cho tương lai).
Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai là không thống
nhất. Do Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng
rộng, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thể coi như là sự tổ hợp của FDMA và
TDMA vì người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe
thời gian trong băng tần. Do đó việc chuyển giao toàn cầu chưa thực hiện được.
1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba
Ra đời vào những năm cuối của thập niên 90 nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin
di động gia tăng. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng các kỹ thuật đa truy
nhập: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA một sóng mang và đa sóng mang
DECT, CDMA đa sóng mang(CDMA2000 hay IS2000), CDMA băng rộng theo thời
gian (WCDMA-TDD) và theo tần số (WCDMA- FDD). Nó có dải thông khá rộng là
1885MHz-2025MHz và 2110MHz – 2200MHz trên toàn thế giới theo tiêu chuẩn IMT-
2000. So với hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thông
tin di động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ sóng khắp
toàn cầu. Nó có thể chuyển mạng, hoạt động mọi nơi, mọi lúc. Nó có thể thực hiện các
dịch vụ thông tin dữ liệu tốc độ cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp
thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, Wap(Wiless Applycation Protocal) là giao thức
ứng dụng không dây cho phép truy cập vào mang Internet đọc tin tức, tra cứu thông
tin, hình ảnh…Do đặc điểm băng tần rộng nên nó còn có thể cung cấp các dịch vụ
truyền hình ảnh, âm thanh, các dich vụ điện thoại thấy hình…Hệ thống này ngày càng
phát triển khắp toàn cầu với những mục tiêu cơ bản sau:
Lương Thị Thuận 12 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
• Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu
• Có khả năng truyền tải đa phương tiện
• Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di động thế hệ hai chỉ có
phương thức chuyển mạch gói, hiệu suất kênh tương đối thấp. Trong khi hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh
và chuyển mạch gói.
• Tăng phương thức truyền tải không đối xứng. Do các dịch vụ số liệu mới
WWW (Word Wide Web) có đặc tính không đối xứng: truyền tải đường lên
thường chỉ cỡ vài Kbit/s, còn đường xuống cỡ vài trăm Kbit/s. Trong hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ hai thì chỉ hỗ trợ truyền tải đối xứng.
• Tăng cường dịch vụ số liệu WWW và khả năng truyền số liệu.
• Chất lượng thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến.
• Hiệu suất phổ tần cao hơn.
• Tính bảo mật cao.
1.2.4. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang thế
hệ thứ ba
TACS
GSM (900)
GPRS
GSM (1800) WCDMA
NMT
GSM (1900)
GPRS
IS-136 (1900)
IS-95 (1900)
EDGE
IS-136
TDMA (800)
AMPS CDMA2000 CDMA
IS-95CDMA 1X 2000 MX
(800)
SMR IDEN (800)
3G
2,5G
2G
1G
Hình 4. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3
Lương Thị Thuận 13 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục được nhiều
nhược điểm của thế hệ một. Song với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và nhu cầu
tăng vọt của khách hàng sử dụng mạng di động, cùng những đòi hỏi về chất lượng làm
cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai không đáp ứng nổi. Những nhu cầu này
chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao nhằm phát triển
truyền thông đa phương tiện và đa dịch vụ. Do vậy thế hệ 2,5 dã ra đời và trở thành kỹ
thuật trung gian quá độ sang hệ thống thông tin thế hệ thứ ba.
1.3. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động
Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong hệ thống thông tin di
động người ta sử dụng các kỹ thuật ghép kênh. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử
dụng khái niệm đa truy cập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiêù thuê
bao dùng chung tài nguyên tần số hoặc khe thời gian hoặc cả hai. Có ba hình thức đa
truy nhập cơ bản là:
Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
1.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA
Trong hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật FDMA toàn bộ dải thông
của băng tần được chia thành 2N dải con, mỗi dải con gọi là một kênh vô tuyến. Như
vậy sẽ có N kênh kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N
kênh kế tiếp dành cho liên lạc hướng xuống. Mỗi thuê bao sẽ được cấp phát một cặp
kênh trong suốt quá trình liên lạc.Với kiểu truy nhập này các kênh sẽ phát đi liên tục
đồng thời một số sóng mang. Do vậy nhất thiết phải cung cấp các khoảng bảo vệ giữa
mỗi dải mà một sóng mang chiếm, để tính đến sự không hoàn hảo của các bộ tạo dao
động và các bộ lọc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả hệ thống truyền
dẫn số và truyền dẫn tương tự. Kỹ thuật này có ưu điểm nổi bật là đơn giản và không
cần đồng bộ giữa bên thu và bên phát. Tuy nhiên, nó có một số nhược điểm: Thiếu linh
hoạt trong trường hợp tái cấu hình, tổn thất dung lượng khi số các truy nhập tăng lên
do phát sinh các sản phẩm xuyên điều chế giữa các sóng mang, cần phải điều khiển
công suất phát của các trạm …Hệ thống FDMA điển hình là AMPS, sử dụng điều chế
FM cho truyền dẫn tương tự.
Lương Thị Thuận 14 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
1.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA
Trong hệ thống TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian.
Năng lượng của tín hiệu được hạn chế ở một trong các khe thời gian. Nhiễu của các
kênh kề nhau được giới hạn bởi việc sử dụng khoảng thời gian giữa các kênh. Từng
cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số, sau đó được gán cho một trong các
khe thời gian này. Số lượng các khe thời gian trong một kênh vô tuyến có thể thay đổi
tuỳ thuộc vào cách thiết kế hệ thống. Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và
thường thì nhiều hơn. Điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách
hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một dải thông như vậy.
TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số
hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời
gian trống và khi đó mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và
tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin
hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA được sử dụng có kỹ thuật
phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng tín hiệu.
Trong hệ thống thông tin TDMA thì một sóng mang được sử dụng cho nhiều
người và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều
người sử dụng do đó không có sự chồng chéo nhau. Thông tin sẽ được truyền dẫn dưới
dạng cụm (burst) trong các khe thời gian.
Kỹ thuật TDMA đã khắc phục được các nhược điểm của kỹ thuật FDMA như:
• Không có các sản phẩm xuyên điều chế do tại một thời điểm chỉ
khuyếch đại một sóng mang duy nhất.
• Hiệu suất truyền cao dù số lượng truy nhập là rất lớn.
• Không cần phải khống chế công suất phát của các trạm.
• Đơn giản hoá việc điều hưởng do phát và thu trên cùng một tần số.
• Việc xử lý tín hiệu số dẫn đến sự đơn giản hoá trong vận hành.
Tuy nhiên, TDMA cũng có những nhược điểm nhất định:
• Cần phải đồng bộ hoá.
• Cần phải mở rộng kích thước của trạm để phát với hiệu suất cao.
• Giá thành đắt do trang thiết bị phức tạp.
Lương Thị Thuận 15 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Sơ đồ mô tả sự phân chia khe thời gian (hay phổ TDMA) cho những người sử
dụng hệ thống thông tin TDMA.
Người sử dụng 1 Người sử dụng 2 Người sử dụng 3
Khe thời Khe Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời
gian 1 gian 3 gian 4 gian 5 gian 6
thời gian 2
30KHz
Hình 5. Phổ TDMA
TDMA được chia ra TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Trong đó Mỹ và
Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng.
Hệ thống TDMA Bắc Mỹ :
Hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng dải tần (869 - 894) và (824 - 849)MHz.
Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6 khe thời
gian. Cấu trúc khung của hệ thống TDMA Bắc Mỹ như sau:
1 khung = 972 ký hiệu (1994 bit)
= 40ms
Người sử Người sử Người sử Người sử Người sử Người sử
dụng 1 dụng 2 dụng 3 dụng 1 dụng 2 dụng 3
Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời
gian 0 gian 1 gian 2 gian 3 gian 4 gian 5
3 thuê bao số với tốc độ cao nhất trên một kênh
Lương Thị Thuận 16 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
1 khung =972 ký hiệu (1994 bit)
= 40ms
Người sử Người sử Người sử Người sử Người sử Người sử
dụng 1 dụng 2 dụng 3 dụng 4 dụng 5 dụng 6
Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời Khe thời
gian 0 gian 1 gian 2 gian 3 gian 4 gian 5
6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh.
Hình 6. Cấu trúc khung TDMA
Dạng khe thời gian của hệ thống TMDA được mô tả như sau:
324 bit
6 16 16 28 122 12 12 122
R SACC CDV
G DAT TRAININ DATA DATA
Hình 7 (a). Dạng khe thời gian máy di động đến trạm gốc
324 bit
28 12 13 12 130 12
TRAININ SACCH 0 DATA CDVCC DATA RESERVERR
000...00
Hình 7(b). Dạng khe thời gian từ trạm gốc đến máy di động
Lương Thị Thuận 17 Trường Đại học Công Nghệ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
Trong đó: G (Guard): là thời gian bảo vệ.
R là thời gian ramp.
SACCH là kênh điều khiển liên kết chậm.
CDVCC là mã xác định mẫu số đã mã.
Hệ thống TMDA Châu Âu :
Đây là hệ thống GMS, một hệ thống thông tin số sử dụng hệ thống TDMA và
sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến BS và
băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ BS đến máy di động.
Cấu trúc khung hệ thống TDMA như sau:
1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung
= 2715648 khung
0 1 2 3 4 5 ........ 2047
1siêu khung=26 khung(hoặc51 khung)
0 1 2 3 4 5 ........ 24 25
0 1 2 3 4 5 ........ 49 50
51 khung 26 khung
đa khung (120 ms) đa khung (235,4 ms)
0 1 2 … 25
0 1 2 … 50
0 1 2 3 4 5 6 7
Lương Thị Thuận Hình 8.8 Cấu trúc khung TDMA ng Đại học Công Nghệ
1 Trườ
- Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA
1 khung TDMA = 8 khe thời gian (4.615 ms)
1.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA
Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ năm 1950 và được áp dụng trong
thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn
và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã được thương mại hoá từ
những phương pháp thu GPS và Ommi – TRACS. Phương pháp này cũng được đề
xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm – Mỹ vào những năm 1990.
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA hoạt động theo nguyên lý trải phổ. Nó
không tìm cách phân bố các tiềm năng tần số và thời gian rời rạc cho mỗi thuê bao.
Ngược lại, giải pháp này cung cấp tất cả các tiềm năng đồng thời cho mọi thuê bao,
khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao ở mức tối thiểu đủ để duy trì một tỷ số
tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng
rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố. Theo cách như vậy mỗi thuê bao
tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất
có thể. Can nhiễu bổ xung này làm hạn chế dung lượng, nhưng vì phân bố tiềm năng
thời gian và dải thông không bị hạn chế cho nên dung lượng cũng lớn hơn đáng kể so
với các hệ thống TDMA và FDMA
Trong hệ thống thông tin CDMA nhiều thuê bao có thể chiếm cùng kênh vô
tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi (phát liên tục). Những thuê bao này được phân
biệt do mỗi thuê bao dùng một dãy mã giả ngẫu nhiên riêng không trùng với bất kỳ
một thuê bao nào khác.
Tại đầu phát, tín hiệu mang thông tin được trải phổ bằng cách nhân với mã giả
ngẫu nhiên PN ( Pseudo Noise) và cho qua bộ lọc có băng thông bằng độ rộng kênh .
Mã giả ngẫu nhiên bao gồm các chuỗi bít được tạo ra từ biến số ngẫu nhiên duy nhất là
điểm khởi đầu của chuỗi. Nó có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ tin. Tập hợp các
mã cần dùng phải có các thuộc tính tương quan sau đây:
Mỗi mã phải có thể phân biệt được một cách dễ dàng với một bản sao của
chính nó bị dịch chuyển theo thời gian.
Lương Thị Thuận 19 Trường Đại học Công Nghệ
nguon tai.lieu . vn
