text:
TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
Chia sẻ: Mai Trần Thúy Hạnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81
lượt xem 357
download
TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
- CÔNG NGHỆ CDMA 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TỔ ONG 1.1. Tổng quan Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc (BS). Một vùng phục vụ của một BS được gọi là ô và nhiều ô được kết hợp lại thành vùng phục vụ của hệ thống. Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó. Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 1.2. Cấu hình hệ thống
- Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên ô tô (hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển; BS bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn. MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu nhập số liệu cước đối với các cuội gọi đã hoàn thành. Các máy di động, BS và MSC được liên kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể được thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận do đã được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC. 1.3. Sự phát triển của hệ thống tổ ong Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào áp dụng sử dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đó là hệ thống bán song công và vì thế mà người đàm thoại bên kia không thể nói được trong khi người đàm thoại bên này đang nói và việc kết nối là nhân công nhờ điện thoại viên. Sau đó, nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150 MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã được sử dụng vào năm 1969. Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho một vùng bán kính rộng tới 80 Km. 1.3.1. AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) AMPS là một hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT & T và Motorola - Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các ô nhỏ và dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất
- định với một công suất nhỏ để cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ tương ứng như một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán lý thuyết về mạng điện thoại di động. Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm giao thoa giữa các kênh giống nhau. Hình 1.2 đưa ra các mẫu tái sử dụng tần số khác nhau. Hình 1.2 Mẫu tái sử dụng tần số Trên hình 1.2 ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả các băng tần có thể, số lượng các ô trong cụm đó được gọi là yếu tố tái sử dụng tần số (K). Hình 1.3: Búp sóng của anten định hướng
- Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một anten định hướng được sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng và vì vậy mà giao thoa của các kênh chính tăng (thông thường sử dụng vùng phủ sóng 120o). Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS có khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt trong một khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn hoặc bị cản trở trong trường hợp không có kênh trong ô mới. Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường có thể được cung cấp trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói đến không đăng ký. 1) So sánh giữa các hệ thống analog Bảng 1.1 đưa ra các so sánh về tham số của 4 hệ thống thông dụng. Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT900 NMT450 Băng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/1,25 KHz 25/20 KHz Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz Các kênh 832 920* 1000 (1999) 180/225 Loại điều chế FM FM FM FM Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7 Điều chế kênh điều khiển FSK FSK FFSK FFSK Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz Mã kênh điều khiển Manchester Manchester NRZ NRZ Dung lượng kênh điều khiển 77000 62000 13000 13000 Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s Bí mật thoại Có thể Có thể Không Không Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống Có Có Có Bị giới hạn Bảng 1.1: So sánh các tham số của các hệ thống tổ ong 1.3.2. TDMA 1) Tổng quan Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này đều có thể
- được 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. Hình 1.4: Phổ TDMA 2) Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng băng tần (869 - 894) MHz và (824 - 849) MHz giống như hệ thống AMPS. Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6 khe thời gian. Hệ thống AMPS hiện tại có khả năng chuyển vùng với cấu trúc khung và cấu trúc khe thời gian được chỉ ra trên hình 1.5 và hình 1.6. Hệ thống này mã hoá tín hiệu thoại theo mã VSELP (dự đoán tổng vectơ tuyến tính tồn tại), điều chế /4 DQPSK và hoạt động theo kiểu cặp đôi. 6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh Hình 1.5: Cấu trúc khung. a) Dạng khe thời gian từ máy di động đến trạm gốc b) Dạng khe thời gian từ trạm gốc tới máy di động Với : 324 bit = 162 ký hiệu = 40/6 ms = 6,67 ms G - thời gian guard R - thời gian ramp SACCH - kênh điều khiển liên kết chậm CDVCC - mã xác minh màu số đã mã
- Hình 1.6: Dạng khe thời gian 3) GSM (Group Special Mobile) GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu tương thích với hệ thống báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển. Hệ thống GSM 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. Hình 1.7 mô tả cấu trúc khung của hệ thống GSM.
- Hình 1.7: Cấu trúc khung 1.3.3 CDMA 1) Tổng quan Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những 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 phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ vào năm 1990. Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. 2) Thủ tục phát/thu tín hiệu (1) Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). (2) Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHZ sau đó phát xạ qua anten. (3) ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã.
- Hình 1.8: Sơ đồ phát/thu CDMA 3) Các đặc tính của CDMA (1) Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200 - 300) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: * Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặc nhiều BS. * Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian. * Đặt nhiều anten tại BS. Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA được chỉ ra trên hình 1.9 và được tóm tắt như sau:
- Hình 1.9: Các quá trình phân tập trong CDMA + Phân tập theo thời gian - Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai. + Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 MHz. + Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) - hai cặp anten thu của BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm). (a) Chuyển vùng mềm (b) Chuyển vùng cứng
- Hình 1.10: So sánh chuyển vùng mềm và chuyển vùng cứng Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA. Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương pháp khác có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên nhưng hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn. Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là rất thấp. Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có 2 BS sao có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di động.
- (2) Điều khiển công suất CDMA Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ BS đến máy di động và ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác. Mục đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất phát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổngcông suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất thu trung bình của nhiều máy di động. Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu của các máy di động khác còn lại chỉ như là tín hiệu tạp âm của băng rộng (xem hình 1.8). Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi sử 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 hệ thống CDMA bằng cách tăng số lượng các cuội gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của máy di động. Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy di động đủ khoẻ thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu như dung lượng tối đa không giảm. Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BS và điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ trên hình 1.11. Mạch mở đường 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 được thu 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 khuyếch đại công suất. Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy di động như là một phần của bản tin thông báo.
- Hình 1.11: Điều khiển công suất trong CDMA 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 đến việc BS địch cỡ công suất mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di động giữ được công suất phát tối ưu. BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 ms 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 máydi động nhờ việc quy định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Mục đích của việc điều khiển này là làm giảm công suất phát của máy di động khi rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm hiệu ứng bóng râm hay làm giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công suất được cung cấp thêm đối với các vùng thu tín hiệu bị gián đoạn hoặc đối với máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao. (3) Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số 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 luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. (4) Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi
- Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại. Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP. Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm. (5) 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, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác. (6) Máy di động có chuyển vùng mềm Như đã miêu tả trong hình 1.12, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm. Hình 1.12: Đường kết nối trong khi chuyển vùng mềm
- Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận 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 cuả BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu cuả ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ cuả một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu cuả BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công. (7) Dung lượng Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS. Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ một BS mà từ tất cả các người sử dụng trong vùng phục vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng. Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu. Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh. Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số liệu với tốc độ 9600 b/s thì công nghệ điều chế và mã hoá đòi hỏi tỷ số Eb/No là 6 dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển để thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di động có thể truyền một cách đồng thời. Dung lượng của hệ thống tổ ong giảm do giao thoa của BS bên cạnh và tăng bởi các yếu tố miêu tả trong chương 3.1. (8) Tách tín hiệu thoại
- Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. (9) Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS. Hình 1.13 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng. Hình 1.13: Giao thoa từ BS bên cạnh Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần. (10) Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp FM analog. Do độ rộng kêng 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 Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No. (11) Dung lượng mềm Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 - búp sóng. Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn. Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh được 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 trong hệ thống CDMA thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường. 2. TRẢI PHỔ Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng hơn độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin. Trong trường hợp này thì các mã sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Trải phổ sóng mang phân loại theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm: DS (trải trực tiếp), dịch tần, dịch thời gian và loại hybrid. 2.1 Hệ thống trải trực tiếp (DS) Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao. Hệ thống DS đã được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi Golomb (Thông tin số với ứng dụng khoảng cách),... Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm. 2.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK 180o. Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng nhưng dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế 2 pha đơn giản. Độ rộng băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên. Nghĩa
- là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5 Mcps (chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ rộng băng là 5 MHz. Hình 2.1 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha. Quá trình này được chỉ ra trên hình 2.2 theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha 180o giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác nhau không thành vấn đề trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung) là quan trọng trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây. Hình 2.1: Điều chế loại DS (2 pha) (1) Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các kỹ thuật phức tạp. Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang vì mức sóng mang nằm bên dưới của mức tạp âm khi điều chế mã. (2) Yêu cầu nhiều công suất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã mã. (3) Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hằng số duy trì độ rộng băng là lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có một mức giới hạn nhất định. Trong hệ PAM với sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [ (sin x)/x] 2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh. Hình 2.2 đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Nói tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã. Thực tế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin băng gốc mà đưa qua thủ tục điều chế nhờ bộ đếm và bộ tích luỹ bởi dãy mã tức thời. ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản. Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu. Trong trường hợp đó, nếu các mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 180 o và sóng mang được khôi phục. Các sóng mang băng tần hẹp được
- khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ các sóng mang đã điều chế băng gốc được đi qua. Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra. Hình 2.2: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS. Bộ lọc băng thông có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần liên quan của bộ thu. 2.1.2 Độ rộng băng RF của hệ thống DS Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp. Nếu băng là 2 KHz thì độ lợi sử lý được giới hạn là 20 MHz. Trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi bảo mật tín hiệu thì quan điểm là chọn vừa phải một độ rộng băng hẹp và công suất phát trên 1Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất. Do đó các độ rộng băng rộng được sử dụng. Các độ rộng băng rộng cũng được yêu cầu trong trường hợp độ lợi sử lý lớn nhất là cần thiết để ngăn chặn giao thoa.
- Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề độ rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh. Bất kỳ một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu. JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System) chấp nhận một loại điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF (Identification Friend & Foe) và TACAN (Tactical air Navigation). Thực tế thì các hệ thống như vậy liên quan chặt chẽ tới nhiều dạng sóng được chấp nhận cho hệ thống DS để điều khiển mức năng lượng trong mấu bên. Bảng 2.1 miêu tả qua các đặc tính của các dạng sóng. Dạng sóng Mấu chính 0-0 3dB BW Mấu bên thứ 1 Tốc độ BPSK 2 x nhịp mã 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate PAM 2 x nhịp mã 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate QPSK 2 x nhịp mã* 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate MSK (điển hình) 1,5 x nhịp mã 0,66 x nhịp mã -23 dB 12 dB/octate Bảng 2.1. So sánh các dạng sóng DS * Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [ (sin x)/ x] 2 có thể được giải thích như sau. Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là A thì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0, T±T/2: (2-1) Rõ ràng là công thức 2.1 có dạng sin x/x nghĩa là sự phân bố điện áp của tín hiệu và phân bố công suất có dạng [ (sin x)/ x] 2 . Sự phân bố công suất của tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đưa ra trên hình 2.3 với biên độ tương ứng với dải của 2 mấu bên thứ nhất tương ứng với 3 lần tốc độ mã. Trong trường hợp này thì 90% công suất tổng bao gồm trong băng tương ứng với 2 lần tốc độ mã, 93% tương ứng với 4 lần và 95% tương ứng với 6 lần. Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSK hay QPSK bao gồm trong tần số băng bên. Nhưng sự suy giảm công suất tín hiệu không thành vấn đề chỉ trong giới hạn băng sau. Vì công suất của nhiều hàm điều hoà bậc cao bao gồm cả tần số băng bên trong điều chế nên giới hạn băng hẹp của băng RF tạo ra sự giới hạn thời gian lên và xuống của băng điều chế.
- Hình 2.3: Phân bố công suất trong phổ [ (sin x)/ x] 2 Mối tương quan tam giác của tín hiệu đã điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần. Hình 2.4 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của giới hạn băng tần đến dạng đường bao của RF. Hình 2.4: Giới hạn độ rộng băng RF và ảnh hưởng của nó đến các tín hiệu DS thông thường Truyền dẫn QPSK là một sơ đồ để giới hạn băng tần cao khi tốc độ mã cho trước. QPSK có thể làm giảm băng RF yêu cầu tới một nửa nhưng độ lợi sử lý giảm đi nhiều. Ví dụ, để truyền thông tin 10 Kb/s với tốc độ mã 22,75 Mc/s thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHz để điều chế BPSK và độ lợi sử lý là 20 KHz / 10 Kb/s = 2000. Mặt khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10 MHz nên độ lợi sử lý giảm 3 dB do đó 10 MHz / 10 Kb/s = 1000. Do đó loại điều chế hay tốc độ mã nên được xác định trong hệ thống áp dụng và tốc độ thông tin cơ bản, độ lợi sử lý và băng tần sử dụng cũng nên được cân nhắc. Giới hạn băng RF đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đo khoảng cách sử dụng DS. Như đã chỉ ra trên hình 2.4, suy giảm chất lượng của chức năng tương quan chịu tổn thất khi điều khiển chính xác thời gian. Nghĩa là giới
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Công nghệ 3G WCDMA UMTS
130 p | 1889 | 1397
-
Công nghệ 3G là gì ?
1 p | 489 | 231
-
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động
19 p | 304 | 170
-
Chương 7: Công nghệ CDMA cho hệ thống điện thoại tổ ong
225 p | 208 | 136
-
Công nghệ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS
43 p | 203 | 111
-
Giáo trình CDMA và thông tin di động - Phần 1 Ứng dụng công nghệ CDMA trong mạng thông tin di động - Chương 3
31 p | 199 | 96
-
Mạng CDMA 2000 1X EV-DO
60 p | 179 | 86
-
công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, chương 2
16 p | 182 | 83
-
Giới thiệu công nghệ CDMA
5 p | 160 | 73
-
Tài liệu về Công nghệ 4G
7 p | 114 | 71
-
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMAC - 1
11 p | 183 | 67
-
Chương 6: Công nghệ lắp máy
39 p | 153 | 59
-
Tài liệu thực tập công nghệ thông tin - CDMA 2000
10 p | 194 | 57
-
Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực
4 p | 172 | 52
-
Công nghệ ADN tái tổ hợp part 1
6 p | 104 | 30
-
Công nghệ ghép kênh cấp cao
6 p | 67 | 20
-
công nghệ CDMA phần 1
11 p | 58 | 19

markdown:
# TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
Chia sẻ: Mai Trần Thúy Hạnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:81
lượt xem 357
download
![](http://image.tlvnimg.com/document/thumbnail/2009/20090928/maithuyhanh/80x100/70135_2410.jpg)
##
TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](http://static.tlvnimg.com/b2013az/templates/version1/default/images/down16x21.png)
Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô.
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: TÀI LIỆU CÔNG NGHỆ CDMA
- CÔNG NGHỆ CDMA 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TỔ ONG 1.1. Tổng quan Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc (BS). Một vùng phục vụ của một BS được gọi là ô và nhiều ô được kết hợp lại thành vùng phục vụ của hệ thống. Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó. Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động. Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động 1.2. Cấu hình hệ thống
- Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên ô tô (hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động). Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển; BS bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn. MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu nhập số liệu cước đối với các cuội gọi đã hoàn thành. Các máy di động, BS và MSC được liên kết với nhau thông qua các đường kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF. Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể được thiết lập qua bất cứ một kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều có thể bận do đã được kết nối một cách đồng thời với các máy di động. Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống. Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa MSC và BS. Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC. 1.3. Sự phát triển của hệ thống tổ ong Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào áp dụng sử dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đó là hệ thống bán song công và vì thế mà người đàm thoại bên kia không thể nói được trong khi người đàm thoại bên này đang nói và việc kết nối là nhân công nhờ điện thoại viên. Sau đó, nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150 MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã được sử dụng vào năm 1969. Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho một vùng bán kính rộng tới 80 Km. 1.3.1. AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) AMPS là một hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT & T và Motorola - Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các ô nhỏ và dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất
- định với một công suất nhỏ để cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ tương ứng như một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán lý thuyết về mạng điện thoại di động. Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm giao thoa giữa các kênh giống nhau. Hình 1.2 đưa ra các mẫu tái sử dụng tần số khác nhau. Hình 1.2 Mẫu tái sử dụng tần số Trên hình 1.2 ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả các băng tần có thể, số lượng các ô trong cụm đó được gọi là yếu tố tái sử dụng tần số (K). Hình 1.3: Búp sóng của anten định hướng
- Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một anten định hướng được sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng và vì vậy mà giao thoa của các kênh chính tăng (thông thường sử dụng vùng phủ sóng 120o). Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS có khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt trong một khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn hoặc bị cản trở trong trường hợp không có kênh trong ô mới. Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường có thể được cung cấp trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói đến không đăng ký. 1) So sánh giữa các hệ thống analog Bảng 1.1 đưa ra các so sánh về tham số của 4 hệ thống thông dụng. Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT900 NMT450 Băng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/1,25 KHz 25/20 KHz Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz Các kênh 832 920* 1000 (1999) 180/225 Loại điều chế FM FM FM FM Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7 Điều chế kênh điều khiển FSK FSK FFSK FFSK Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz Mã kênh điều khiển Manchester Manchester NRZ NRZ Dung lượng kênh điều khiển 77000 62000 13000 13000 Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s Bí mật thoại Có thể Có thể Không Không Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống Có Có Có Bị giới hạn Bảng 1.1: So sánh các tham số của các hệ thống tổ ong 1.3.2. TDMA 1) Tổng quan Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống này đều có thể
- được 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. Hình 1.4: Phổ TDMA 2) Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng băng tần (869 - 894) MHz và (824 - 849) MHz giống như hệ thống AMPS. Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6 khe thời gian. Hệ thống AMPS hiện tại có khả năng chuyển vùng với cấu trúc khung và cấu trúc khe thời gian được chỉ ra trên hình 1.5 và hình 1.6. Hệ thống này mã hoá tín hiệu thoại theo mã VSELP (dự đoán tổng vectơ tuyến tính tồn tại), điều chế /4 DQPSK và hoạt động theo kiểu cặp đôi. 6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh Hình 1.5: Cấu trúc khung. a) Dạng khe thời gian từ máy di động đến trạm gốc b) Dạng khe thời gian từ trạm gốc tới máy di động Với : 324 bit = 162 ký hiệu = 40/6 ms = 6,67 ms G - thời gian guard R - thời gian ramp SACCH - kênh điều khiển liên kết chậm CDVCC - mã xác minh màu số đã mã
- Hình 1.6: Dạng khe thời gian 3) GSM (Group Special Mobile) GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu tương thích với hệ thống báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển. Hệ thống GSM 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. Hình 1.7 mô tả cấu trúc khung của hệ thống GSM.
- Hình 1.7: Cấu trúc khung 1.3.3 CDMA 1) Tổng quan Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những 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 phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ vào năm 1990. Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng bộ thu được. 2) Thủ tục phát/thu tín hiệu (1) Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). (2) Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHZ sau đó phát xạ qua anten. (3) ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã.
- Hình 1.8: Sơ đồ phát/thu CDMA 3) Các đặc tính của CDMA (1) Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu nhận một cách độc lập. Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách độc lập được. Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200 - 300) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: * Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặc nhiều BS. * Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời gian. * Đặt nhiều anten tại BS. Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA được chỉ ra trên hình 1.9 và được tóm tắt như sau:
- Hình 1.9: Các quá trình phân tập trong CDMA + Phân tập theo thời gian - Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai. + Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 MHz. + Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) - hai cặp anten thu của BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm). (a) Chuyển vùng mềm (b) Chuyển vùng cứng
- Hình 1.10: So sánh chuyển vùng mềm và chuyển vùng cứng Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA. Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương pháp khác có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên nhưng hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn. Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là rất thấp. Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có 2 BS sao có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di động.
- (2) Điều khiển công suất CDMA Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ BS đến máy di động và ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác. Mục đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất phát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổngcông suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất thu trung bình của nhiều máy di động. Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu của các máy di động khác còn lại chỉ như là tín hiệu tạp âm của băng rộng (xem hình 1.8). Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi sử 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 hệ thống CDMA bằng cách tăng số lượng các cuội gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của máy di động. Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy di động đủ khoẻ thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu như dung lượng tối đa không giảm. Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BS và điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ trên hình 1.11. Mạch mở đường 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 được thu 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 khuyếch đại công suất. Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy di động như là một phần của bản tin thông báo.
- Hình 1.11: Điều khiển công suất trong CDMA 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 đến việc BS địch cỡ công suất mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di động giữ được công suất phát tối ưu. BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 ms 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 máydi động nhờ việc quy định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Mục đích của việc điều khiển này là làm giảm công suất phát của máy di động khi rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm hiệu ứng bóng râm hay làm giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công suất được cung cấp thêm đối với các vùng thu tín hiệu bị gián đoạn hoặc đối với máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao. (3) Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác. Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số 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 luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. (4) Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi
- Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại. Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP. Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm. (5) 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, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác. (6) Máy di động có chuyển vùng mềm Như đã miêu tả trong hình 1.12, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm. Hình 1.12: Đường kết nối trong khi chuyển vùng mềm
- Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận 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 cuả BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu cuả ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ cuả một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu cuả BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công. (7) Dung lượng Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS. Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ một BS mà từ tất cả các người sử dụng trong vùng phục vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng. Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu. Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh. Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số liệu với tốc độ 9600 b/s thì công nghệ điều chế và mã hoá đòi hỏi tỷ số Eb/No là 6 dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển để thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di động có thể truyền một cách đồng thời. Dung lượng của hệ thống tổ ong giảm do giao thoa của BS bên cạnh và tăng bởi các yếu tố miêu tả trong chương 3.1. (8) Tách tín hiệu thoại
- Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. (9) Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS. Hình 1.13 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng. Hình 1.13: Giao thoa từ BS bên cạnh Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần. (10) Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp FM analog. Do độ rộng kêng 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 Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No. (11) Dung lượng mềm Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 - búp sóng. Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn. Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh được 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 trong hệ thống CDMA thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường. 2. TRẢI PHỔ Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng hơn độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin. Trong trường hợp này thì các mã sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Trải phổ sóng mang phân loại theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm: DS (trải trực tiếp), dịch tần, dịch thời gian và loại hybrid. 2.1 Hệ thống trải trực tiếp (DS) Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao. Hệ thống DS đã được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi Golomb (Thông tin số với ứng dụng khoảng cách),... Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm. 2.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK 180o. Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng nhưng dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế 2 pha đơn giản. Độ rộng băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên. Nghĩa
- là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5 Mcps (chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ rộng băng là 5 MHz. Hình 2.1 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha. Quá trình này được chỉ ra trên hình 2.2 theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha 180o giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác nhau không thành vấn đề trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung) là quan trọng trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây. Hình 2.1: Điều chế loại DS (2 pha) (1) Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các kỹ thuật phức tạp. Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang vì mức sóng mang nằm bên dưới của mức tạp âm khi điều chế mã. (2) Yêu cầu nhiều công suất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã mã. (3) Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hằng số duy trì độ rộng băng là lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có một mức giới hạn nhất định. Trong hệ PAM với sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [ (sin x)/x] 2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh. Hình 2.2 đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Nói tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã. Thực tế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin băng gốc mà đưa qua thủ tục điều chế nhờ bộ đếm và bộ tích luỹ bởi dãy mã tức thời. ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản. Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu. Trong trường hợp đó, nếu các mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 180 o và sóng mang được khôi phục. Các sóng mang băng tần hẹp được
- khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ các sóng mang đã điều chế băng gốc được đi qua. Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra. Hình 2.2: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS. Bộ lọc băng thông có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần liên quan của bộ thu. 2.1.2 Độ rộng băng RF của hệ thống DS Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp. Nếu băng là 2 KHz thì độ lợi sử lý được giới hạn là 20 MHz. Trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi bảo mật tín hiệu thì quan điểm là chọn vừa phải một độ rộng băng hẹp và công suất phát trên 1Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất. Do đó các độ rộng băng rộng được sử dụng. Các độ rộng băng rộng cũng được yêu cầu trong trường hợp độ lợi sử lý lớn nhất là cần thiết để ngăn chặn giao thoa.
- Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề độ rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh. Bất kỳ một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu. JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System) chấp nhận một loại điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF (Identification Friend & Foe) và TACAN (Tactical air Navigation). Thực tế thì các hệ thống như vậy liên quan chặt chẽ tới nhiều dạng sóng được chấp nhận cho hệ thống DS để điều khiển mức năng lượng trong mấu bên. Bảng 2.1 miêu tả qua các đặc tính của các dạng sóng. Dạng sóng Mấu chính 0-0 3dB BW Mấu bên thứ 1 Tốc độ BPSK 2 x nhịp mã 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate PAM 2 x nhịp mã 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate QPSK 2 x nhịp mã* 0,88 x nhịp mã -13 dB 6 dB/octate MSK (điển hình) 1,5 x nhịp mã 0,66 x nhịp mã -23 dB 12 dB/octate Bảng 2.1. So sánh các dạng sóng DS * Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [ (sin x)/ x] 2 có thể được giải thích như sau. Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là A thì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0, T±T/2: (2-1) Rõ ràng là công thức 2.1 có dạng sin x/x nghĩa là sự phân bố điện áp của tín hiệu và phân bố công suất có dạng [ (sin x)/ x] 2 . Sự phân bố công suất của tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đưa ra trên hình 2.3 với biên độ tương ứng với dải của 2 mấu bên thứ nhất tương ứng với 3 lần tốc độ mã. Trong trường hợp này thì 90% công suất tổng bao gồm trong băng tương ứng với 2 lần tốc độ mã, 93% tương ứng với 4 lần và 95% tương ứng với 6 lần. Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSK hay QPSK bao gồm trong tần số băng bên. Nhưng sự suy giảm công suất tín hiệu không thành vấn đề chỉ trong giới hạn băng sau. Vì công suất của nhiều hàm điều hoà bậc cao bao gồm cả tần số băng bên trong điều chế nên giới hạn băng hẹp của băng RF tạo ra sự giới hạn thời gian lên và xuống của băng điều chế.
- Hình 2.3: Phân bố công suất trong phổ [ (sin x)/ x] 2 Mối tương quan tam giác của tín hiệu đã điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần. Hình 2.4 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của giới hạn băng tần đến dạng đường bao của RF. Hình 2.4: Giới hạn độ rộng băng RF và ảnh hưởng của nó đến các tín hiệu DS thông thường Truyền dẫn QPSK là một sơ đồ để giới hạn băng tần cao khi tốc độ mã cho trước. QPSK có thể làm giảm băng RF yêu cầu tới một nửa nhưng độ lợi sử lý giảm đi nhiều. Ví dụ, để truyền thông tin 10 Kb/s với tốc độ mã 22,75 Mc/s thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHz để điều chế BPSK và độ lợi sử lý là 20 KHz / 10 Kb/s = 2000. Mặt khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10 MHz nên độ lợi sử lý giảm 3 dB do đó 10 MHz / 10 Kb/s = 1000. Do đó loại điều chế hay tốc độ mã nên được xác định trong hệ thống áp dụng và tốc độ thông tin cơ bản, độ lợi sử lý và băng tần sử dụng cũng nên được cân nhắc. Giới hạn băng RF đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống đo khoảng cách sử dụng DS. Như đã chỉ ra trên hình 2.4, suy giảm chất lượng của chức năng tương quan chịu tổn thất khi điều khiển chính xác thời gian. Nghĩa là giới
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Công nghệ 3G WCDMA UMTS
130 p |
1889 |
1397
-
Công nghệ 3G là gì ?
1 p |
489 |
231
-
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động
19 p |
304 |
170
-
Chương 7: Công nghệ CDMA cho hệ thống điện thoại tổ ong
225 p |
208 |
136
-
Công nghệ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS
43 p |
203 |
111
-
Giáo trình CDMA và thông tin di động - Phần 1 Ứng dụng công nghệ CDMA trong mạng thông tin di động - Chương 3
31 p |
199 |
96
-
Mạng CDMA 2000 1X EV-DO
60 p |
179 |
86
-
công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, chương 2
16 p |
182 |
83
-
Giới thiệu công nghệ CDMA
5 p |
160 |
73
-
Tài liệu về Công nghệ 4G
7 p |
114 |
71
-
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG MC-CDMAC - 1
11 p |
183 |
67
-
Chương 6: Công nghệ lắp máy
39 p |
153 |
59
-
Tài liệu thực tập công nghệ thông tin - CDMA 2000
10 p |
194 |
57
-
Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực
4 p |
172 |
52
-
Công nghệ ADN tái tổ hợp part 1
6 p |
104 |
30
-
Công nghệ ghép kênh cấp cao
6 p |
67 |
20
-
công nghệ CDMA phần 1
11 p |
58 |
19

Set-Cookie: TLDEVNamespace=vmgfnd3l918tjhcdbd11lq8t94; path=/; domain=.tailieu.vn; HttpOnly