BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIÍN THƠNG
PHAM MANH HUNG
10101077
CONG NGHE MANG DI DONG CDMA KY THUAT TRAI PHO DS-SS
TRONG HE THONG MANG CDMA
CHUYÍN NGĂNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THONG
Trang 2BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO Cộng Hoă Xê Hội Chủ Nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA DIEN-DIENTU — — — —— —— 00o -
NHAN XET DANH GIA CUA GIANG VIEN HUGNG DAN
DE TAI:
CONG NGHE MANG DI DONG CDMA
NGHIEN CUU CAC KY THUAT TRAI PHO TRONG CONG NGHE CDMA
Trang 3
BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO Cộng Hoă Xê Hội Chủ Nghĩa Việt Nam TRƯỜNG DHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc lập —- Tự do - Hạnh phúc
KHOA DIEN-DIENTU — — — ——— 000 - NHAN XET DANH GIA CUA GIANG VIEN PHAN BIEN
DE TAI:
CONG NGHE MANG DI DONG CDMA
NGHIEN CUU CAC KY THUAT TRAI PHO TRONG CONG NGHE CDMA
Sinh viĩn: Pham Manh Hing Chuyín ngănh: Điện Tử Viễn Thông
_ Ă.ố Ố.Ố EHOEHEO LEED
Trang 4BỘ GIÂO DỤC VĂ ĐĂO TẠO CỘNG HÒA XÊ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Độc lđp - Tu do — Hanh phiic
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
NHIỆM VỤ LUẬN ÂN TỐT NGHIỆP
Chú ý: SV phải đóng bản nhiệm vụ năy văo trang thứ nhất của luận ân
Họ vă tín SV : Phan) N ale, Lge we MSSV : ye
Nganh: m3 ty 13 thea vs
1 Dau để luận ân tốt nghiệp:
hộ: đu MẸ du me Rao, he Don SS
—kem € ThA a, pth ene “a M1 cân a CMA
2 Nhiệm vụ ( yíu cầu về nội dung vă số liệu ban đầu ):
Nae (xy my Ag ' hee ak su Pf, cđu as COMMAS
2 uồt tay fe p ages COMA bec
3 Ngăy giao nhiệm vụ luận ân: 11/03/2008 4 Ngăy hoăn thănh nhiệm vụ: 20/06/2008
5 Họ tín người hướng dẫn : Phần hướng dẫn :
ol
\
Nội dung vă yíu cầu LATN đê được thông qua NGƯỜI HƯỜNG DẪN CHÍNH
Trang 5Lời cam On
Lời đđu tiín Em xin chđn thănh gữi đến thầy Hồ Ngọc Bâ - Giảng viín khoa Điện Tử - Viễn Thông, người thầy đê bỏ ra rất nhiễu công sức, thời gian cũng như lă tđm quyết của mình để hướng dẫn Em hoăn thănh Luận Ấn Tốt Nghiệp năy
Em cũng cảm ơn tất cê câc thđy cô của trường đê nhiệt tình
giảng dạy Em, trang bị cho Em những kiến thức qủ giâ Cũng như
câc thầy cô trong văn phòng Khoa Điện - Điện Tử đê luôn tao điều kiện thuận lợi nhất cho Em trong suốt thời gian học tập vă lăm Luận Ấn Tốt Nghiệp năy
Vă cuối cùng tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn vă những người thđn đê luôn bín cạnh giúp đỡ, động viín tính thần tôi trong suốt khoảng thời gian đăi học tập
Trang 6
LỜI NÓI ĐẦU
Ngăy nay, cùng với sự phât triển của ngănh kỹ thuật điện tử, mạng viễn thông, tổng đăi, câc mạng điện thoại mới lần lược ra đời, trong đó mạng điện thoại di động đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực đời sống, trong sinh hoạt, cũng như trong sự phât triển của một đất nước công nghiệp vì thế hiểu về công nghệ mạng đi động lă một phần kiến thức quan trọng (rong xu hướng công nghiệp hóa — hiện đại hóa đất nước
Tại Việt Nam công nghệ viễn thông phât triển rất nhanh, câc mạng viễn thông ngăy căng đa dạng, trong đó phải kể đến mạng di động CDMA đang từng bước phât triển mạnh mẻ Đó cũng lă lý do em chọn để tăi “Công Nghệ Mạng Di Động
CDMA - Nghiín Cứu Câc Kỹ Thuật Trải Phổ Trong Công Nghệ CDMA” để lăm để
tăi tốt nghiệp Theo đó, với sự phât triển của công nghệ mạng CDMA
( Code Division Multiple Access) - mang đa truy nhập phđn chia theo mê Qua đó giúp em hiểu rõ hơn về những tính năng cấu trúc vă ứng dụng rộng rêi của mạng CDMA trong sv phat triển của công nghệ mạng viễn thông trín thế giới vă trín đất nước Việt Nam chúng ta
Dù với rất nhiều cố gắng nhưng do khả năng vă kiến thức còn hạn chế cùng
với thời gian lăm có giới hạn nín nội dung dĩ tăi chỉ được thực hiện ở một mức độ
năo đó vă chắc rằng còn rất nhiều thiếu sót Kính mong nhận được sự thông cảm,
chỉ dạy vă đóng góp ý kiến của quý thđy cô vă bạn bỉ
Trang 7MỤC LỤC Bek EK ORD Muc Luc Trang PHAN LI 2 cccccccccccccceccescescescecccceccesccscescescsevsccsccscesscscessessesseeceseecereeesaseasesensessnssenseeate 1 CHUONG I: TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN DI DONG 1 I LỊCH SỬ VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - 1 II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3 II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - -c-+cccccecerre 4 | Iv CAC CONG NGHE TRUY CAP TRONG
Hf THONG THONG TIN DI ĐỘNG -2222+vcveeeetrrrtrkkeeerrrrrrrrre 6
1 FDMA - đa truy cập phđn chia theo tần sỐ -ccccrserrsre 7
2 TDMA - đa truy cập phđn chia theo thỜI . - 555 <+*s*erserese 8 3 CDMA - đa truy cập phđn chia theo mê _ - - 10
CHƯƠNG II : CÔNG NGHỆ MẠNG DI ĐỘNG CDMA 12
I1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CDMA -:-22252+2t2rverterrrrkerrrre 12
II CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG CDMA -: ©22ccccceeerrrree 13
1.Mây thuí bao di động MS - că Sen nh 14 "9x 1.8100: 0 14 a.Phđn hệ phât — thu của trạm gốc (BTS) -: +-+ +xseesres 15 b.Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC) - 5-5 csssrsrseerertrerrre 16 c.Bộ quản lý của trạm gốc (BSM) -cccieereririrrirriie 16
d.Quâ trình phât vă thu vô tuyến ở BS . -.srcersreereerrree 17 3 Tổng đăi di động MX : -. 7- Street 17
4 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Regist€r) : 18
Ill GIẢI THÍCH NGUYÍN LÝ HOẠT ĐỘNG
CỦA MẠNG DI ĐỘNG CDMA c5-©75+cccererrrrrrrrrrrrrrree 18
Trang 8TÍN HIỆU TRONG CÔNG NGHỆ CDMA - 5< +ccserererrerrrre 19
| V ĐIỀU KHIẾN CÔNG SUẤT TRONG CÔNG NGHỆ CDMA 23
| 1 Diĩu khiĩn cOng suat thap c.cceeesesecessssessssesesssseeeseseseesenenereeeseeeeeees 28 2 Điều khiển công suất mạch vòng hở trín kính hướng lín trong công nghệ CDMA - -cs<seeseeesee 28 3 Điều khiển công suất mạch vòng kín trín kính hướng lín trong công nghệ CDMA .-. - + 29
rN “a A ^⁄ ` + A 4 Điều khiến công suất mạch vòng kín trín | kính hướng xuống trong công nghệ CDMA - 31
| VI CÂC VẤN ĐỀ LIÍN QUAN TRONG CÔNG NGHỆ CDMA 31
| 1.Tính đa phđn tập trong công nghệ CDMA -. - - 5-72 32 2.Dung lượng của hệ thống công nghệ CDMA -+<=++ 33 a Dung lượng mỀm - + + +2 2+ 34 b Tâi sử dụng tần số vă vùng phủ sóng trong công nghệ CDMA 35
3 Bảo mật cuộc gọi vă tăng cường bảo mật cuộc gọi trong CDMA 36
4 Bộ mê- giêi mê thoại vă tốc độ biến đổi 36
5 Chuyển giao trong công nghệ CDMA-HanddofŸ - -‹ 37
a Chuyển giao mỂm - + 5+ 52222 38 b Chuyển giao CỨng 55c 39 6 Tâch tín hiệu thOạ] . - 5< 5 +4 1 E#VE*EESEEtrtrstrrrrrreree 39 7 Giâ trị Eb/No thấp vă vấn để chống lổi -. . - 40
VIL CAC UU DIEM CUA CÔNG NGHỆ CDMA :-: +cccccccceree 40 INe.r(8io 0.11 41
2 Dung lượng lớn . . ++£©++++22EE+E++EEEEttttrkrrttttkrrrrtrkerrrrrked 42
Trang 9
CHƯƠNG III : CÂC KỸ THUẬT TRẢI PHO TRONG CDMA 46
I TRAIPHO LA Gi VA TAI SAO PHAI TRAI PHO
TIN HIEU TRONG CONG NGHE CDMA .sesssssessessessseeseeseeseesseeneennenneeeneenees 46
II CÂC TÍNH NĂNG CO BAN CUA HE THONG TRAI PHO 47
Il, HE THONG TRẢI PHỔ TÍN HIỆU TRỰC TIẾP:
DS/SS-DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM -<<<<< 49
1 Phương phâp trải phổ trực tiếp DS/SS-BPSK . - 52
a May phât DS/SS — BPSK -. -c-cSẶseehehhhHHeeee 52 a1 Sơ đồ tín hiệu tại mây phât -s++etseteresrrseeresrre 53 b Mây thu DS/SS-BPSK . - Sen 55
b1 Sơ đồ dạng tín hiệu tại mây thu DS/SS-BPSK 57
2 Phương phâp trải phổ tín hiệu trực tiếp DS/SS - QPSK 57 a Mây phât DS/SS —- QPSK -cccciSeeheehhireie 57 al Dang sóng của tín hiệu tại mây phất - -. -+«- 58 b May thu DS/SS — QPSK oo cccseessesseeneesenenseseeeeeasseneeesseenseeeneenes 59
b1 Sơ đồ mây thu trong phương phâp trải phổ
Tín hiệu DS/SS-QPSK - SẶ S2 SenHHHHHHH Hă 60
3 Phương phâp trải phổ MSK -5-5c+tsertrrerrrrtrrrrirrieierrriee 62 a So dĩ may phât chuổi trực tiếp MSK - -.+cc-csreeierreriree 63 b Sơ đồ mây thu chuối trực tiếp MSK -+-s+r+rsreresre 63
4 Hệ thống trải phổ nhảy tần FH/SS: Frequency Hopping Spread SD€CTUI ¿- ¿+55 +2 + +99 7K nh th nh HH HH g0 010 0110110110 63 a Đặc tính của tín hiệu dịch tần - +55 Sc+sererersrrerrrrrrrsr 64 " Jin 0a .65 5 Hệ thống trải phổ dịch tần nhanh F FH/SS - - 66 a Mây phấtt < + tn n4 2 HH H H g0 1101000 111" 67
| b Mây thu East EH/SS -2+©22+++2Y+xtterxketrrkerrrkkrrrrrrrrrrrrrrrre 68
| 6 Hệ thống trải phổ nhảy thời gian TH/SS:
Trang 10
IV SO SÂNH CÂC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ: SPREAD SPECTRUM 70
V H& THONG LAI TRONG TRAI PHO HYBRID -::+o 72
1 Hệ thống lai EH/DS - «+ 2+ 2 2H21 73
a Bộ phât của hệ thống lai FH/DS .-. -©c+csessrersererrre 73
b Bộ thu của hệ thống lai EH/DS .- ¿2 2 + S+xseeeeeeseeseses 75
: T9 uy: 8N 76
3 Hệ thống lai TH/DS . - 7-52 5*SE*+etetrtrererrteerrrrrrrrsrre 77
VI MỘT SỐ CHUỖI TRONG HỆ THỐNG TRẢI PHỔ 78
I8 8.1 78
2 Chuỗi có chiều dăi cực đại Chuỗi m - -©-<5<+<<<<<s+ 79
a Sơ đồ mạch phât chuỗi m ¿5 - +++tsEtetsrerrrrrrrrerrvea 79 b Phổ công suất của dêy m 5255 <£ererrrrrrrrrrrerrrke 81 3 ChuGi trai ph 0c0o5 01 82
4 Chuỗi trải phổ KaSaimi . - - 5 + *#E re 82
5 ChuGi tri phO Walsh c.ceeececeeseseesesssesesesessesssssseseseseeseneneseseeeneneseseenes 83
Trang 11CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS PHANI CHUONG I
TONG QUAN VE HE THONG THONG TIN DI DONG
I LICH SU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
Thông tin đi động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sât từ những năm hai mươi ở băng tần vô tuyến 2 MHz Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiín được đưa văo sử dụng băng tần 150 Mhz tại Saint Louis - mỹ văo năm 1946 với khoảng câch kính lă 60 Khz vă số lượng kính bị hạn chế chỉ đến 3
Năm 1948, một hệ thống điện thoại di động hoăn toăn tự động có dai thong tan
số 30 Khz với kỹ thuật FM ở băng tần 450 Mhz đưa hiệu suất sử dụng phổ tần lín
gấp 4 lần so với cuối thế chiến II
Quan niệm về một hệ thống di động tổ ong cellular ra đời từ cuối những năm bốn mươi với bell Thay cho mô hình quảng bâ với mây phât công suất lớn vă anten cao lă những cell diện tích bĩ có mây phât BTS (Base Transceiver Station) cong suất nhỏ, khi câc cell ở câch nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng một tần số Thâng 12-1971 hệ thống cellular kỹ thuật tương tự ra đời ở dai tan s6 850 MHz Tuong ting lă sản phẩm công nghiệp AMPS (Advanced Mobile Phone System) ra đời năm 1983 đến đầu ngững năm 90, thế hệ đầu tiín của thông tin di động cellular đê bao gồm
hăng loạt hệ thống ở câc nước khâc nhau: TACS, NMTS, NAMTS, Tuy nhiín
câc hệ thống năy không thoả mên được nhu cầu ngăy căng tăng, trước hết về dung lượng Mặt khâc, câc tiíu chuẩn hệ thống không tương thích nhau lăm cho sự
chuyển giao không đủ rộng như mong muốn Những vấn đề trín đặt ra cho câc thế
hệ thứ hai thông tin di động cellular phải giải quyết Một sự lựa chọn được đặt ra : kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số
=6 ST SSS
GVHD : Ts Hĩ Ngoc Bâ Trang 1
Trang 12CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
CS CUNG NG (II ee E
Trước hết kỹ thuật số bảo đảm chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh vă khả năng tiểm tăng về một dung lượng lớn Câc hệ thống thông tin di động số cellular có những ưu điểm căn bản sau đđy:
e_ Sử dụng kỹ thuật điểu chế số tiín tiến nín hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn
© Mê hô số tín hiệu thoại với tốc độ bit ngăy căng thấp, cho phĩp ghĩp nhiều kính thoại hơn văo dòng bit tốc độ chuẩn
e_ Giảm tỷ lệ tin tức bâo hiệu, dănh tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng
e_ Ấp dụng kỹ thuật mê hoâ kính va mê hoâ nguồn của truyền dẫn số
e Hệ thống số chống nhiễu kính chung CCI (Cochannel Interference) vă nhiễu kính kể ACI (Adjacent -Channel Interference) hiệu quả hơn Điều năy cuối cùng tăng dung lượng hệ thống
e_ Điều khiển động trong việc cấp phât kính liín lạc lăm cho sử dụng phổ tần số hiệu quả hơn
e_ Có nhiều dịch vụ mới: nhận thực , số liệu , mật mê hoâ , kết nối với ISDN e Điều khiển truy cập vă chuyển giao hoăn hảo hơn Dung lượng tăng, diện
tích cell nhĩ di, chuyển giao nhiễu hơn, bâo hiệu tất bật đều dễ dăng xử lý
bằng phương phâp số
Hệ thống thông tin di động celiular thế hệ thứ 2 có 3 tiíu chuẩn chính: GSM, IS-54, JDC, trong đó IS-54 bao gồm trong nó tiíu chuẩn AMPS
Thế hệ thứ 3 bắt đầu từ những năm sau của thập kỷ 90 sẽ lă kỹ thuật số với
CDMA vă TDMA cải tiến
Chúng ta chứng kiến một sự thật lă ngăy căng nhiều người cần đến thông tin di động , tỷ lệ mây điện thoại di động so với mây cố định ngăy căng tăng lín Cùng với nhiều dich vụ đi động phi cellular , nhắn tin , mây vô tuyến câ nhđn , hệ thống thông tin di động qua vệ tinh thế hệ cũ vă mới , mây tính câ nhđn đi động , chúng ta
~ ain A? A nx ^ : Z A A : ` x 4S w ne
sẽ tiến tới hệ thống thông tin câ nhđn trín phạm vi toăn cầu, với khả năng trao đối
——=———=—- TỐ
Trang 13CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS mọi loại tin tức dù người dùng ở văo bất cứ lúc năo , ở bất kỳ đđu , một câch nhanh chóng, tiện lợi
II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG :
Toăn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia thănh nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi lă câc ô Mỗi ô có một trạm gốc phụ trâch vă được điều khiển bởi tổng đăi sao cho thuí bao vẫn có thể duy trì cuộc gọi một câch liín tục khi đi chuyển giữa câc ô
Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm câc trạm gốc (BS)
Một vùng phục vụ của một bs được gọi lă ô vă nhiều ô kết hợp lại thănh vùng phục vụ của hệ thống
Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mă câc mây di động sử dụng
lă không cố định ở một kính năo đó mă kính đăm thoại được xâc định nhờ kính
bâo hiệu mă mây di động được đồng bộ về tần số một câch tự động Vì vậy câc ô kể nhau nín sử dụng tần số khâc nhau, còn câc ô ở câch xa hơn lă một khoảng câch nhất định có thể tâi sử dụng cùng một tần số đó Để cho phĩp câc mây di động có thể duy trì cuộc gọi một câch liín tục trong khi di chuyển giữa câc ô thì tổng đăi sẽ điểu khiển câc kính bâo hiệu hoặc kính lưu lượng theo su di chuyển của mây di động để chuyển đổi tđn số của mây di động đó thănh một tần số thích hợp một câch tự động
Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lín vì câc kính RF giữa câc BS kể nhau có thể được định vị một câch có hiệu quả nhờ việc tâi sử dụng tần số vă do đó dung lượng thuí được phục vụ sẽ tăng lín
Trang 14
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS Tổ PSTN Mang điện thoại công cộng Trung tam chuyĩn mach diĩn theai di dong 1 Trung, tar chuyĩn mach diĩn thea: di dong | Hình 1.1 : Hệ thống điện thoại di động II CẤU TRÚC MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG : NSS: HỆ THỐNG CHUYỂN MẠCH AUC BSS: Z HE THONG ⁄ TRAM GOC 4 < / Ss / Ƒ / ; / / / / = g| | EL ® \ \ \ \ \ y & a Z ⁄ 7 yo Z
Hình 1.2 : cấu trúc mạng thơng tin di động
= ƠƠƠƠƠƠ 1.117 Ồ Ô——_— roằẻằaaaasaẫanmmmm
GVHD : Ts Hồ Ngọc Bâ Trang 4
Trang 15CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
a
Trong đó :
NSS: hệ thống chuyĩn mach ( Network Switching Subsystem ) MSC: trung tđm chuyển mạch di d6ng (Mobile Switching Centre ) HLR: bộ ghi định vị thường trú ( Home Location Register )
VLR: bộ ghi định vị tạm trú ( Visitor Location Register )
AUC: trung tđm nhận thuc ( Authentication Centre )
EIR: thanh ghi nhận dang thiĩt bi ( Equipment Indentification Register ) BSS: hệ thống tram gĩc ( Base Station System )
BSC: dai diĩu khiĩn tram gốc ( Base Station Controller )
BTS: tram thu phat gĩc ( Base Transceiver Station )
OSS: hệ thống con khai thâc vă bảo dưỡng ( Operation & Support Station ) NMC: trung tđm quan ly mang (Network Management Centre )
PSTN: mang diĩn thoai chuyĩn mach cĩng cĩng ( Public Switched Telephone Network )
PLMN: mạng di động mat dat ( Public Land Mobile Network )
ISDN: mạng số liín kết đa dich vu ( Integrated Switched Digital Network ) MS: tram di động ( Mobile Station )
Hệ thống khai thâc vă bêo dưỡng OSS mặc dù không thuộc thănh phần của mạng thông tin di động nhưng nó liín quan chặt chẽ với mạng đó lă trạm di động MS thuộc người sử dụng
Trong mỗi một BSS, có một bộ điều khiển trạm gốc BSC điều khiển một nhóm
BTS về câc chức năng như chuyển giao vă điều khiển công suất
Trong mỗi SS, một trung tđm chuyển mạch của PLMN, gọi tất lă tổng đăi di động MSC phục vụ nhiều BSC hình thănh cấp quản lý vùng lênh thổ gọi lă vùng phục vụ
MSC bao gồm nhiều vùng định vị
Do yíu cầu quản lý về nhiều mặt đối với MS của mạng đi động cellular dẫn đến cơ sở đữ liệu lớn Bộ ghi định vị thường trú HLR chứa câc thông tin về thuí bao như —— —_— —_—_—— _——_—_
Trang 16
CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
————ỄỄỄỄễ >>>
câc dịch vụ mă thuí bao lựa chọn vă câc thông số nhận thực VỊ trí hiện thời của MS được cập nhật qua bộ ghi định vị trạm trú VLR cũng được chuyển đến HLR
Trung tđm nhận thực AUC có chức năng cung cấp cho HLR câc thông số nhận thực vă câc khoâ mật mê Mỗi MSC có một VLR
Khi MS di động văo một vùng phục vụ MSC mới thì VLR yíu cđu HLR cung cấp
câc số liệu về MS năy đồng thời VLR cũng thông bâo cho HLR biết MS nói trín
đang ở vùng phục vụ năo VLR có đầy đủ câc thông tin để thiết lập cuộc gọi theo yíu cầu của người sử dụng Một MSC đặc biệt ( gọi lă MSC cổng ) dugc PLMN giao cho chức năng kết nối giữa PLMN với câc mạng cố định
IV CÂC CÔNG NGHỆ TRUY CẬP TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN
DI ĐỘNG :
Ở giao diện vô tuyến MS vă BTS liín lạc với nhau bằng sóng vô tuyến Do tăi
nguyín về tần số lă có giới hạn mă số lượng thuí bao lại không ngừng tăng lín nín
ngoăi việc sử dụng lại tần số, trong mỗi cell số kính tđn số được dùng chung theo kiểu trung kế
Hệ thống trung kế vô tuyến lă hệ thống vô tuyến có số kính sẵn săng phục vụ ít
hơn số người dùng khả dĩ Xử lí trung kế cho phĩp tất cả người dùng sử dụng chung
một câch trật tự số kính có hạn vì chúng ta biết chắc rằng xâc suất mọi thuí bao
cùng lúc cần kính lă thấp Phương thức truyển cùng một lúc nhiều tín hiệu trín trín
cùng một kính thông tin duy nhất được gọi lă đa truy cập Đđy lă kỷ thuật được dùng phổ biến trong việc truyền tín hiệu vă thông tin liín lạc
Sau đđy lă câc hệ thống đa truy cập cơ bản trong thông tin liín lạc:
% FDMA: đa truy cập phđn chia theo tần số Phục vụ câc cuộc goi theo câc
kính tần số khâc nhau
‹» TDMA: đa truy cập phđn chia theo thời gian Phục vụ câc cuộc gọi theo câc khe thời gian khâc nhau
er eS SS SS
Trang 17CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
+ CDMA: đa truy cập phđn chia theo mê Phục vụ câc cuộc goi theo câc chuối mê khâc nhau
+» PDMA : đa truy cập phđn chia theo cực tính, phục vụ câc cuộc gọi theo câc
sự phđn cực khâc nhau của sóng vô tuyến
+ SDMA : đa truy cập phđn chia theo không gian, phục vụ câc cuộc gọi theo câc anten định hướng búp sóng hẹp
1 FDMA - đa truy cập phđn chia theo tan sĩ :
FDMA ( Frequency Division Multiple Access ) 14 một phương phâp đa truy nhập giới thiệu sớm nhất vă sử dụng rộng rải nhất Băng thông lăm việc của nguồn tăi nguyín được chia thănh nhiều băng tđn nhỏ, mổi bang tan nhỏ năy được gọi lă một kính sẽ cấp phât cho một user truy cập văo mạng Mổi user sẽ truy xuất văo mạng bằng một tần số khâc nhau nín được gọi lă đa truy xuất phđn chia theo thời gian
Trong FDMA để phđn biệt được câc user khâc nhau thì phđn biệt bằng câc tần số
lăm việc của nó
Phương phâp FDMA có ưu điểm lă không cần bộ định thời đồng bộ, vă câc thiết bị sử dụng khâ đơn giản Tuy nhiín do băng thông hạn chế, dung lượng không cao | vă không linh hoạt trong việc phđn phối kính, FDMA còn có nhược điểm lă rất dể | bị nhiễu xuyín kính khi tần số lăm việc của câc user không ổn định Sự phđn chia
' tần số sử dụng khi có nhiều thuí bao như sau :
Trang 18
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS User 1 User 2 User 3 User N Frequency axis ( KHz, MHz, GHz ) Fe 1 Fe 2 Fe 3 Fe N Hình 1.3 : Sự phđn chia tần số sử dụng khi có nhiều thuí bao FDMA
Hình 1.4 : Dang phổ của FDMA 2 TDMA - đa truy cập phđn chỉa theo thời gian :
Trang 19CÔNG NGHỆ CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
thời gian năy sẽ cấp phât cho user truy xuất văo mạng Mổi kính khâc nhau sẽ được
phđn biệt bằng khe thời gian
TDMA cho phĩp nhiều user thay phiín nhau sử dụng một kính tần số, do đó dung lượng tần số cải thiện hơn so với FDMA việc truyền tín hiệu trong TDMA diển ra không liín tục , vì vậy mây di động có thể giảm bớt năng lượng tiíu hao khi truy nhập
TDMA được chia thănh hai loại băng rộng vă băng hẹp Mỹ vă nhật sử dụng TDMA băng hẹp, còn câc nước chđu đu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả 2 hệ thống năy đều có thể được xem như lă sự tổ hợp của FDMA vă TDMA vì người sử dụng thực tế dùng câc kính được ấn định cả về tần số vă câc khe thời gian trong
băng tần
Sự phđn chia tần số sử dụng khi có nhiều thuí bao như sau :
User 1 User2 User3 UserN User 1 User2 User3 User N
Time exis
(ms, 11S)
A Vv A Vv
Time slot Time slot
| Hình 1.5 : Sự phđn chia tần số sử dụng khi có nhiều thuí bao
mm =5 CÔ ==aẹằaaagagaN
GVHD : Ts Hồ Ngọc Bâ Trang 9
Trang 20CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS Hình 1.6: Dạng phổ của TDMA
3 CDMA - đa truy cập phđn chỉa theo mê :
CDMA (code division multiple access ) kỹ thuật đa truy nhập phđn chia theo mê, không phđn chia nhỏ phổ tđn, cũng không chia thời gian thănh câc khe, mă tất cả câc user khâc nhau đều được phâp sử dụng băng tần trong cùng một thời gian CDMA dựa trín kỹ thuật trải phổ tín hiệu ( SS _ Spread Spectrum ), nghĩa lă lăm cho độ rộng phổ tăng lín rất nhiều so với độ rộng ban đầu
Nguyín tắt chính của CDMA lă sử dụng một chuối tín hiệu ngẩu nhiín nhị phđn ( gọi lă chuổi giả nhiểu — PN — Pseudo Noise ) để chuyển đối tín hiệu băng tần gốc thănh tín hiệu có băng thông rộng rồi chuyển đi , mổi user sẻ sử dụng một chuổi pn khâc nhau gọi lă tín hiệu mê hay gọi đơn giẩn lă mê Chính mê lă cơ sở để đầu thu phđn biệt user năy với user khâc Ở đầu thu , mây thu sẽ sử dụng một chuối mê ngẩu nhiín giống như đầu phât để giải mê tín hiệu thu vă khôi phục lại tín hiệu ban đầu Đối với câc user không biết tín hiệu mê thì tín hiệu thu được giống như can nhiễu, vì vậy mă hệ thống cdma có khả năng bảo mật rất cao
Sự phđn chia tần số sử dụng khi có nhiều thuí bao như sau :
Trang 22
CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
CHUONG II
CONG NGHE MANG DI DONG CDMA (CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS)
I TONG QUAN VE CONG NGHE CDMA :
Lý thuyết về CDMA đê được xđy dựng từ những năm 1950 vă được âp dụng trong thông tin quđn sự từ những năm 1960 vì nhiều lý do như lăm giảm nhiễu , cung cấp thông tin bảo mật Cùng với sự phât triển của công nghệ bân dẫn vă lý
thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đê được thương mại hoâ từ phương phâp thu GPS va Ommi — Tracs, phương phâp năy cũng đê được để xuất trong hệ thống tổ ong Qualcomn — mỹ văo năm 1990
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nín nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kính vô tuyến đồng thời tiến hănh câc cuộc gọi Những người sử dụng nói trín được phđn biệt lẫn nhau nhờ dùng một mê đặc trưng không trùng với bất kì ai Kính vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toăn mạng, vă những kính năycũng được phần biệt nhau nhờ mê trải phổ giả ngẫu nhiín Một kính CDMA rộng 1,23 Mhz với hai
dải biín phòng vệ 0.27 Mhz, tổng cộng 1,77 Mhz CDMA dùng mê trải phổ có tốc
độ cắt ( chip rate ) 1/2288 Mhz Dong dữ liệu gốc được mê hoâ vă điều chế ở tốc độ
cắt Tốc độ năy chính lă tốc độ mê đđu ra (mê trải phổ giả ngẫu nhiín PN :
Trang 23CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS ——— ^ Bản tin Nguôn dữ liệu Cc) Bộ điều chế & mây phât Phât PN CB) Mê PN Bang chđn lí cổng XOR @© co ——j> ©œ —=Gœ = [Ww o—=—=olO —XM ome ® Mây thu & bĩl giai diĩu chĩ Phat PN CĐ CE) Ma PN
Hình 2.1: Quâ trình phât vă thu theo nguyín lý công nghệ CDMA
Để nĩn phổ trở lại đữ liệu gốc thì mây thu phải dùng mê trải phổ PN chính xâc như khi tín hiệu được xử lý ở mây phât Nếu mê PN ở mây thu khâc hoặc không đồng bộ với mê PN tương ứng ở mây phât thì tin tức không thể thu nhận được
Trong CDMA, sự trải phổ tín hiệu đê phđn bố năng lượng tín hiệu văo mĩt dai
tđn rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu phổ của tín hiệu lại được nĩn trở
a n ⁄ A nx
lại về phổ của tín hiệu gốc
Trang 24
CONG NGHE CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS ee
> 1 Mây thuí bao di động MS :
Anten MS nối tới bộ anten song công cho phĩp một anten dùng chung cho cả phât vă thu , điểu hưởng ở kính vô tuyến năo đó có dải thông lă 1,25MHz Sau đó,
tín hiệu được chuyển xuống trung tần , được lọc SAW vă đưa đến bộ biến đổi ADC
Tiếp theo, tín hiệu số được đưa đến câc vi mạch đặc chủng ASIC Chức năng của câc ASIC (Application Speciũc Intergrated Circuit) lă MODEM của MS (MSM — Mobile Station Modem) MSM có 3 bộ phận chính : bộ giải điều chế , bộ điều chế thuí bao vă bộ giải mê Viterbi
Chức năng chủ yếu của bộ giải điều chế lă mây thu quĩt tìm RAKE Câc bộ tương quan lăm việc song song (mỗi bộ tương quan năy gọi lă một ngón tay - finger) Mỗi finger lă một bộ giải điều chế độc lập , bâm sât tín hiệu về mặt tần số
vă thời gian xâc định sự tương quan của câc tín hiệu thu được theo dêy PN chỉ nĩn
phổ đối với tín hiệu trong cuộc (tức lă tín hiệu năo đê được trải phổ ở mây phât bởi
cùng một dêy PN)
| Bộ điều chế có nhiệm vu lă phât , xử lý dữ liệu : mê hoâ vòng xoắn , chỉn khối, trực giao vă trải phổ Công suất phât được điều khiển bởi bộ vi xử lý Sau đó tín hiệu được chuyển lín cao tần 850MHz Trong bộ điều chế có cả bộ giải căi xen phục vụ việc thu dữ liệu
Bộ giải mê Viterbi năy dùng thuật toân Viterbi Sau đó dòng bít được xử lý tiếp theo ở bộ giải mê thoại
2 Trạm gốc BS:
Đóng vai trò lă giao diện giữa mây di động MS vă tổng đăi di động MX BS cung cấp đường truyền của câc gói tin vă lă một đầu cuối cố định của giao diện vô tuyến Giao diện vô tuyến có chức năng điều khiển vă bảo đảm phủsóng cho
cell Cấu hình năy bao gồm BSC, BTS vă BSM
————=PnP——— -.—ằ———
Trang 25CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS RF (Radio Frequency Block) : khối tần số vô tuyến Hình 2.2 : Cấu hình BS W “> Id BTS CKD BSC RE cp V F—<#R> CCIN 2 TSB BCP P GPs ————¬ BSM BSMP ALM
CD (CDMA Digital Block) : khối xử lý số
GPS (Global Positioning System) : hĩ thĩng dinh vi toan cau BCP (BTS Controll Processor) : b6 xtt ly diĩu khiĩn BTS
CIN (CDMA Interconnection Network) : mạng liín kết CKD (Clock Distributor) : bộ phđn chia đồng hồ
TSB (Transcoders & Selector Bank) : bộ chuyển mê vă chọn CCP (Call Controll Processor) : bộ xử lý điều khiển cuộc gọi BIN (BTS Interconnection Network) : mang liĩn kĩt BTS
MX
BSMP (Base Station Manager Processor) : b6 xut ly điều hănh quan trị trạm gốc
ALM (Alarm) : cảnh bâo
a Phđn hệ phât - thu của trạm gốc (BTS)
BTS được bế trí theo địa lý từng cell, ở xa BSC BTS bao gồm một hệ
thống anten , thiết bị tđn số vô tuyến (câc mây phât , mây thu) vă câc phương tiệnsố
để liín lạc với BSC , BTS bao gồm : RE, CD, GPS , BCP vă BIN
ee
Trang 26
CÔNG NGHỆ CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
BCP lă bộ xử lý điều khiển quản trị chung trín một BTS BCP gồm có một bộ xử lý điểu khiển quĩt ( Scan Controll Processor) để liín kết khối số , để xử lý cuộc gọi, quản lý địa chỉ, vận hănh vă bảo dưỡng BTS
Khối xử lý số CD dùng để xử ly tin higu CDMA , đó lă câc công việc Codec, Modem, định thời , phối ghĩp giữa câc dải quạt của BTS Khối tần số vô tuyến RF có câc chức năng : giữ mức tạp đm thấp , khuếch dai, lọc , chuyển đổi tần
số xuống vă lín , kết hợp vă phđn bố đa tần số
Mạng liín kết của BTS được gọi lă BIN, nó cung cấp câc đường truyĩn
điểu khiển vă đường truyền lưu lượng tới câc khối trong BTS va tdi BSC
Đông hồ hệ thống GPS bảo đảm định thời cho toăn hệ thống
b Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC)
BSC kết hợp chặt chẽ với tổng đăi di động MX (hay MSC) BSC có trâch
nhiệm cấp phât câc kính ở giao diện vô tuyến , điều khiển công suất vă thực hiện chuyển giao mềm cho câc MS trong vùng phục vụ của nó BSC bao gồm : CIN,
CKD, TSB vă CCP
Mạng liín kết CIN cung cấp câc đường truyền dẫn chung giữa câc khối
Bộ chuyển mê vă chọn TSB mê hoâ thoại , phđn bố câc bộ chọn , đóng vă mở gói , điểu khiển công suất, thực hiện chuyển giao cứng trong cell
Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi CCP cap phât vă quản trị câc tăi nguyín , thực hiện chuyển giao mềm vă điểu khiển cuộc gọi
Bộ phđn chia đồng hồ CKD đồng bộ định thời từ đồng hồ GPS cho câc phần
tử trong mạng
c Bộ quản lý của trạm gốc (BSM) BSM bao gồm BSMP vă ALM
Bộ xử lý quản trị trạm gốc BSMP hỗ trợ một giao diện giữa người khai thâc vă mây , tiến hănh điều hoă tải theo chương trình , vận hănh vă bảo dưỡng trạm gốc
Bộ cảnh bâo ALM xử lý cảnh bâo câc sự kiện sai hỏng
ẽẽẽ c CO cố õỐẮÍẮẲẨẤẨẲẨẲẶỊỒỒƠƠĨŒỚƠ( SSS SS
GVHD : Ts Hĩ Ngoc Ba Trang 16
Trang 27
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS
d Quâ trình phât vă thu vô tuyến ở BS
Câc đặc điểm phât vă thu CDMA đê trình băy cũng thể hiện đối với BS, vì đó lă sự phât vă thu giữa chúng với nhau Bđy giờ ta xem xĩt một số đặc điểm riíng của BS :
BS thường sử dụng nhiều anten thu phđn tập , kỉm theo câc bộ xử lý thu phđn tập
Trong tín hiệu mă BS thu được không có pilot nín BS thực hiện Modem kiểu tương quan
Có hai mây thu quĩt tìm , bâm theo tín hiệu mạnh nhất của MS theo thời gian
Thực hiện cấp phât mây thu vă Modem cho cuộc gọi chỉ định , giâm sât trạng thâi vă chất lượng cuộc gọi đó , đo lường suy giảm tín hiệu va sai lỗi của nó
3 Tổng đăi di động MX:
Cấu hình MX bao gồm 3 phđn hĩ 14 : ASS(Access Switching Subsystem - phđn hệ chuyển mạch truy cập) , INS( Interconnection Network Subsystem - phđn hệ mạng liín kết) vă CCS(Central Control Subsystem - phđn hệ điều khiển trung
tđm) MX cung cấp câc dịch vụ căn bản vă dịch vụ phụ cho MS MX có bộ ghi vị
trí tạm trú VLR để lưu trữ tạm thời câc tin tức về thuí bao MX được thực thi thănh
một hệ thống điểu khiển phđn bố có đẳng cấp MX cũng điều khiển sự trao đổi
thông tin giữa câc bộ xử lý MX được module hoâ theo chức năng vă có cấu hình dự phòng
Phđn hệ chuyển mạch truy cập ASS chia thănh câc khối nhỏ hơn tương ứng câc đối tượng truy cập khâc nhau
Phđn hệ mạng liín kết INS cung cấp sự đầu nối cho ASS vă CCS, xử lý tập
trung cuộc gọi (phiín dịch số thuí bao , chuyển mach , định tuyến) vă đồng bộ hoâ mạng chuyển mạch
Phđn hệ điều khiển trung tđm CCS bao gồm câc khối AMS vă LRS Mỗi
một cuộc gọi cần được gần văo một bộ chọn vă một vocoder tương ứng Chất lượng
Trang 28
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
truyền thoại được đânh giâ bằng tỷ số S/N trong từng cửa sổ 20ms của vocoder Nếu thu lă phđn tập, thì chuyển mạch số sẽ chọn ra đường truyền tốt nhất CCS cộng tâc với CCP để định tuyến cuộc gọi giữa MX vă BS, cấp phât mê trải phổ PN
cho cuộc gọi đang xĩt
Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) : lă cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin di động Nó được nối với một hay nhiều MSC vă có
nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuí bao của câc thuí bao hiện đang nằm trong
vùng phục vụ của MSC tương ứng vă đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của câc thuí bao nói trín ở mức độ chính xâc hơn HLR Câc chức năng VLR thường được liín kết với câc chức năng MSC
4 Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) :
Ngoăi MSC mạng thông tin di động bao gồm tất cả câc cơ sở dữ liệu Câc thông tin liín quan đến việc cung cấp câc dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc văo vị trí hiện thời của thuí bao HLR cũng chứa câc thông tin liín quan đến vị trí hiện thời của thuí bao Thường HLR lă một mây tính đứng riíng không có khả năng chuyển mạch vă có khả năng quản lý hăng trăm ngăn thuí bao Một chức năng con của HLR lă nhận dạng trung tđm nhận thực AUC, nhiệm vụ của trung tđm năy quản lý an toăn số liệu của câc thuí bao được phĩp
II GIẢI THÍCH NGUYÍN LÝ HOẠT DONG CUA MẠNG DI ĐỘNG
CDMA
Khi MS thực hiện cuộc gọi, tín hiệu từ mây điện thoại di động MS (Mobile
Station) năy sẻ được truyền đến trạm thu phât gốc BTS (Base Tranceiver Station) từ đđy tín hiệu thoại được truyền qua trạm điểu khiển gốc BSC (Base Base Station Controller), sau khi tín hiệu truyền đến trạm năy thì sẻ được chuyển đến trung tđm
chuyển mạch di động MSC (Mobile Switchinh Center) hoặc tín hiệu được thông qua
bộ vận hănh vă bảo dưởng trước khi chuyển đến khối MSC năy Tại đđy tín hiệu được cập nhật thông tin xem lă User nội mạng hay User khâc mạng gọi đến
Trang 29
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
e Trường hợp MS lă nội mạng thì câc thông tin về nó đê được cập nhật vă lưu trử trong thanh ghi HLR (Home Location Register) chung với khối MSC năy Vă từ khối MSC năy tín hiệu được định tuyến đến khối MSC khâc mă ở đó có MS thu Khối MSC ở đầu thu có thể lă nội mạng hay khâc mạng di động tức lă MS ở mạng ngoăi gọi đến
e Trường hợp MS nội mạng gọi MS nội mạng thì khối MSC ở đầu thu có thể lă cùng khối MSC ở đầu phât do cùng vùng tín hiệu phục vụ Tín hiệu thoại d\sĩ được truyền đến BSC để từ đđy tín hiệu thoại được truyền đến BTS sau đó truyền qua MS thu vă cuộc gọi đưôc thực hiện
e Trường hợp MS nội mạng gọi MS khâc mạng thì sau khi qua khối MSC nơi phât, tín hiệu đựơc truyền đến khối GMSC (Gate Mobile Switching Station), đđy lă khối MSC của mạng khâc, thông tin của MS năy sẻ được thanh ghi VLR (Visiter Location Register) lưu trử vă cập nhật, sau khi qua ltrình năy được hoăn tất thì tín hiệu sẻ được truyền qua khối HLR, thanh ghi năy sẻ cập nhật thông tin của MS gọi đến, vă từ khối MSC thu tín hiệu được truyền đến khoối BSC trước khi qua trạm thu phât BTS để khối năy thực hiện truyền tín hiệu đến MS thu
e Trường hợp MS không phải của nội mạng gọi văo thuí bao MS của mạng di động CDMA, thì sau quâ trình thu phât điều khiển của bộ phận mạng phât có chứa MS đó thì tín hiệu được định tuyến đến khối MSC của mạng di động CDMA, tại đđy thông tin của MS phât sẻ dược khối VLR cập nhật vă lưu trử, khối VLR năy được cấu hình chung với khối MCS trong mạng CDMA, thông tin của.MS gọi được cập nhật vă định tuyến đến khối MSC nội mạng có chứa MS được gọi Từ đđy tín hiệu sẻ được truyền cho MS tất nhiín lă trước câc quâ trình năy tín hiệu đê được trải phổ
IV QUÂ TRÌNH THU PHÂT TÍN HIỆU TRONG CƠNG NGHỆ
CDMA
“=
ÔÔÔ.ÔÔÔÔ, `
Trang 30
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS
CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nín nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kính vô tuyến đồng thời tiến hănh câc cuộc gọi Những người sử dụng nói trín được
phđn biệt lẫn nhau nhờ dùng một mê đặc trưng không trùng với bất kỳ User năo
Kính vô tuyến được dùng lại ở mỗi cell trong toăn mạng, vă những kính năy cũng được phđn biệt nhau nhờ mê trải phổ giả ngẫu nhiín Một kính CDMA rộng 1,23 Mhz với hai dải biín phòng vệ 0.27 Mhz, tổng cộng 1,77 Mhz CDMA dùng mê trải
phổ có tốc độ cắt ( chip rate ) 1,2288 Mhz Dòng dữ liệu gốc được mê hoâ vă điều
chế ở tốc độ cắt Tốc độ năy chính lă tốc độ mê đđu ra (mê trải phổ giả ngẫu nhiín PN : pseudonoise - giả tạp đm) của mây phât PN Một cắt lă phần dữ liệu mê hoâ
qua cổng XOR
el
GVHD : Ts H6ĩ Ngoc Ba Trang 20
Trang 31CONG NGHE CDMA -~ KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS Sơ đồ thu phât tín hiệu: | AO wn - Ban tin | Nguồn dữ Hiệu Cc
| @—|Bộ điều chế Mây thu & bội
hat PN & may phat giải điều chế Phât | > | “ Phat PN CF) | CE) Ma PN
Hình 2.1 : Quâ trình phât vă thu theo nguyín lý công nghệ CDMA Để nĩn phổ trở lại dữ liệu gốc thì mây thu phải dùng mê trải phổ PN chính xâc như khi tín hiệu được xử lý ở mây phât Nếu mê PN ở mây thu khâc hoặc không đồng bộ với mê PN tương ứng ở mây phât thì tin tức không thể thu nhận được
Trong CDMA, sự trải phổ tín hiệu đê phđn bố năng lượng tín hiệu văo một dải
tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc Ở phía thu phổ của tín hiệu lại được nĩn trở
lại về phổ của tín hiệu gốc
Trang 33CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS en SS CC Ôn aa.xăẫïnmẫămi
Như vậy trong sơ đồ trín thì đầu tiín như ta đê biết thì trong công nghệ CDMA tín hiệu được trải phổ cho phổ rộng ra nhiễu lần để có tính linh hoạt hơn cho câc
User sử dụng trong cùng một khoảng thời gian vă cùng tần số
Tại mây phât thì tín hiệu ngỏ văo Input có thể lă Analog hay Digital, nếu lă tín
hiệu Analog thì sẻ được đưa thẳng văo bộ nĩn tín hiệu, còn nếu lă tín hiệu Digital
thì trước khi qua bộ nĩn tín hiệu nó được đưa qua bộ biến đổi D/A : Digital Analog convert, sau khi tín hiệu được đưa qua bộ nĩn tín hiệu nó sẻ được đưa qua bộ mê
hóa để tiếp tục quâ trình trải phổ với chuổi giả trải phổ PN, sau đó tín hiệu tiếp tục
chuyển qua bộ điều khiển công suất tín hiệu tại mây phât, tại đđy tín hiệu có thể trực tiếp đưa lín kính truyền RF: Forward Fundamental channel, tất nhiín khi đó tín hiệu sẻ xêy ra nhiễu vă hiện tượng giao thoa cộng văo vă được đưa đến bộ điều
khiển công sấut tại mây thu, hoặc tín hiệu được đưa lín kính truyền qua bộ khuếch
đại công suất hướng lín, với nhiễu vă giao thoa có thể xấy ra sau đó tín hiệu hổn
tạp năy lại được đua lín kính truyền RE vă tại đđy quâ trình lẩn lộn câc tín hiệu
nhiễu vă giao thoa vẩn còn, tiếp theo lă tín hiệu được đưa đến bộ điều khiển công suấtt tại mây thu
Tại mây thu khi nhận được tín hiệu tại bộ điều khiển công suất, tín hiệu sẻ được đưa qua bộ giải điều chế với sóng mang như ở mây phât Do tín hiệu trước khi qua mây thu được trải phổ nín tại mây thu tín hiệu thu sẻ có phổ rộng vă củng vì thế nín ở mây thu tín hiệu sẻ được nĩn phổ lại vă quâ trình năy cần có chuối đồng bộ PN, chuổi nĩn phổ PN Sau khi nĩn phổ tín hiệu được chuyển đến bộ giải mê để trở thănh dạng tín hiệu ban đầu khi qua mây phât, vă thực hiện giải nĩn để tạo thănh tín hiệu bình thường đưa qua đầu thu Otput Nếu lă tín hiệu Analog thì được đưa ra trực tiếp còn nếu lă tin hiĩu Digital thi được đưa qua bộ biến đổi A/D : Analog
Digital convert vă chuyển đến đầu thu
V ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG CÔNG NGHỆ CDMA
Trang 34
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
Trong công nghệ CDMA ngoăi vấn để về trải phổ cđn quan tđm đến vấn đề
cũng không kĩm phần quan trọng lă điểu khiển công suất
Ở câc hệ thống thông tin di động CDMA câc mây di động đều phât chung một
tần số ở cùngmột thời gian nín chúng gđy nhiễu đồng kính đối với nhau chất lượng
truyền dẩn của dường truyền vô tuyến đối với từng người sử dụng trong môi trường đa người sử dụng phụ thuộc văo ti số Eb/No trong đó Eb lănăng lượng Bit còn No lă mật độ tạp đm trắng GAUSO cộng bao gồm tự tạp đm vă tạp đm từ mây phât của người người sử dụng khâc Để dảm bảo tỉ số Eb/No không đổi vă lớn hơn ngưởng
yíu cầu cđn điều khiển công suất
của câc mây của người sử dụng theo khoảng câch của nó với trạm gốc nếu ở câc hệ thống FDMA vă TDMA việc điều khiển công suất không ảnh hưởng đến dung lượng thì ở
hệ thống CDMA việc điều khiển công suất lă bắt buộc vă điều khiển công suất phải nhanh nếu không dung lượng hệ thống sẻ giảm
Dung lượng của một hệ thống CDMA đạt giâ trị cực đại nếu công suất phât của câc mây di động được điều khiển sao cho ở trạm gốc công suất thu được lă như nhau đối với tất cả câc người sử dụng Điểu khiển công suất được sử dụng cho đường lín để trânh hiện tượng gần xa vă giảm thiểu ảnh hưởng của nhiểu lín dung
lượng hệ thống
Đối với công suất đường xuống không cần điếu khiển công suất ở hệ thống đơn ô, vì nhiều gđy ra bởi người sử dụng khâc luôn ở mức không đổi đối với tín hiệu hữu ich Tất cả câc tính hiệu đều được phât chung vì thế không xảy ra sự khâc biệt tổn hao truyến sóng như ở đường lín Ngoăi việv giảm hiện tương gần xa, điều khiển công suất còn được sử dụng để lăm giảm hiện tượng che tối vă duy trì công suất phât trín một người sử dụng, cấn thiết để đầm bảo tỷ số lỗi bit ở mức tối thiểu Như vậy điều khiển công suất còn giúp phần lăm tăng tuổi thọ pin của mây cẩm tay
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều lă từ BS đến mây di động vă ngược lại Để cung cấp một hệ thống có dung lượng, lưu lượng
————————————————_——— —T—ễẰễễằẰ_— _-Ƒ
Trang 35
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
lớn, chất lượng cuộc gọi cao vă câc tiện lợi khâc Mục đích của điều khiển công suất phât của mây di động lă điều khiển công suất của mây di động sao cho tín hiệu phât của mây di động sao cho tín hiệu phât của tất cả câc mây di động trong vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS Khi công suất phât của tất cả câc mây di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổng công suất thu được tại bộ thu của BS trở thănh công suất thu trung bình của nhiều mây di động
Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ mây di động tương
ứng thănh thông tin số băng hẹp Trong trường hợp năy thì tín hiệu của câc mây di động khâc còn lại chỉ như lă tạp đm của băng rộng Thủ tục của thu hẹp tạp đm được gọi lă độ lợi xử lý nhằm nđng cao tÿ số tín hiệu trín giao thoa (db) từ giâ trị đm lín đến một mức đủ lớn để cho phĩp hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được
Một mong muốn lă tối ưu câc lợi ích của hệ thống CDMA bằng câch tăng số
lượng của câc cuộc gọi đồng thời trong một băng tần cho trước Dung lượng hệ
thống lă tối đa khi tín hiệu truyền của mây di động được thu bởi BS có tỹ số tín hiệu trín giao thoa ở mức yíu cầu tối thiểu qua việc điầu khiển công suất của mây di động
Hoạt động của mây di động sẻ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của câc mây di động mă BS thu được lă quâ yếu Nếu tín hiệu của câc mây di động lă đủ lớn thì hoạt động của câc mây năy sẻ được cải thiện nhưng giao thoa đối với câc mây di
động khâc cùng sử dụng một kính sẻ tăng lín lăm cho chất lượng cuộc gọi của câc
thíu bao khâc bị giảm nếu như dung lượng tối đa không giảm
- Việc đóng mở mạch điều khiển công suất từ mây di động đến BS vă điều khiển - - -'
công suất từ BS tới mây đi động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ ra như hình 2.4, mạch mở đường điều khiển công suất từ mây di động BS lă chức năng hoạt
động cơ bản của mây di động Mây di động điểu khiển ngay công suất phât theo sự
biến đổi công suất thu được từ BS Mây điđộng đo được công suất thu được từ BS vă
điều khiển công suất phât tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được Mạch mở đường
i
GVHD : Ts Hĩ Ngoc Ba Trang 25
Trang 36CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ D§/S5
điều khiển công suất lăm cho câc tín hiệu phât của tất cê câc mây di động được thu
với cùng một mức tại BS BS cung cấp chức năng mạch hở đường điểu khiển công
suất qua việc cung cấp cho câc mây di động một hằng số định cổ cho nó Hằng số
định cổ liín quan chặt chẻ tới yếu tố tải vă tạp đm của B5 control Điều khiển công suất | | §ố iíu phât Bộ chọn : Quả AMP ,ÔÔ søÖíu : 3 Ph > > "^ oe bo i t to bet —— \ —— ; : ^^ eeeee ee fore rete tector { ! '
` Ì Xâc định tế ¬ vie cares nineties ot
| | Xĩe diab te ceeded Giải điều chế | : : TT = : ——¬ ị i tđn số : Xâc định tốc độ lỗi \ 1 TAL tO MacnaitukhiĩnS, Po han a a In mở ỷ pi Clo T7 i it Nm a Ni’ —r” : ' Do) tiem ¡¡ Li Mạch điều khiển ` Đi | : " 7 ; ; po i | : Variable ị Nguồn số liệu i XXHT HPA a v 7 l&—— : Bộ tâch chỉn vă :
gii mê Xử tý của BS : Xử lý của MS
Hình 2.4: Điều Khiển công suất trong CDMA
Một phương phâp điểu khiển công suất lă do tự điều khiĩn AGC: Automatic
Gain Control ở mây thu di động Trước khi phât, trạm di động giâm sât tổng công suất thu được từ trạm gốc Công suất đo được cho thấy tổn hao đường truyền đối với từng người sử dụng Trạm di động điều chỉnh công suất phât của mình tỷ lệ nghịch với tổng công suất mă nó thu được Có thể phải điểu chỉn công suất ở một dải rộng
lín đến 80dB Phương phâp năy gọi lă điều chỉnh công suất vòng hở OPC (Open
looop Power Control), ở phương phâp năy trạm gốc không tham giai văo câc thủ tục
-Ă 2 A Z⁄
điều khiển công suất
Trang 37
CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
Trở ngại khi sử dụng việc ty diĩu khiển công suất lă sự thay đổi rất lớn tốn hao
ở đường truyền lín vă xuống Tđn số trung tđm của câc đường lín vă xuống thông
thường nằm ở câc băng tđn khâc nhau Trong trường hợp năy không còn tính đảo lẫn giửa hai đường ví thế tổn hao đường truyền giửa hai đường sẽ khâc nhau
Ví dụ ở hệ thống thông tin di động tổ ong IS-95 hai tần số trung tđm khâc nhau
45 Mhz, tổn hao đường truyền ở hai đường có thể khâc nhau lín dĩn vai dB
Có thể đạt được điều khiển công suất trung bình thời gian dăi hiệu quả hơn bằng
sơ đổ điểu khiển công suất vòng kín (CPC - Close loop Power Control) Phung
phâp năy đòi hởi trạm gốc phải thường xuyín liín hệ với trạm di động để có thể
thay đổi công suất một câch thích ứng Trạm gốc đânh giâ công suất tín hiệu của
người sử dụng đường lín vă so sânh với công suất ngưỡng danh định Trín cơ sở mức thu cao hay thấp hơn ngưỡng danh định trạm gốc phât lính 1 bit đến trạm di động để hạ thấp hoặc nđng cao công suất phât của trạ di động lín một mức cố định bằng dB
Vòng nói trín sẽ gđy trể bằng tổng thời gian phât lệnh vă thời gian cần thiết để thực hiện lệnh ở mây phât của trạm di động Ở một hệ thống thực tế người ta có thể sử dụng kết hợp điều khiển vòng hở vă vòng kín Công suất danh định phải được gắn với công suất cđn thiết để đạt được tỉ số lổi lit cho trước Tuy nhiín do hiện
tượng che tối mức công suất năy có thể thay đổi Vì thế cần thím một vòng điều
chỉnh công suất được gọi lă vòng ngoăi (Outer Loop) để điều chỉnh mức công suất danh định đến tỉ số lối bit yíu cầu
Tốc độ điều chỉnh công suất phụ thuộc văo hăm điều chỉnh công suất được thiết
.¡'kế theo sự che tối luật log chuẩn tắc hay chỉ theo sự thay đổi tổn hao đường truyền,
Nếu điều khiển công suất theo phadinh da tia nhanh, thì tốc độ điều chỉnh công suất phải lớn hơn tốc độ phadinh cực đại 10 lần Nếu điều khiển công suất được thiết kế theo thay đổi luật log chính tắc do che tối thì tín hiệu thu được sẽ thể hiện phadinh
Rayleigh nhanh sau khi diĩu chỉnh công suất
|]——————Ầễ————— - e— SS
Trang 38
CONG NGHE CDMA - KY THUAT TRAI PHO DS/SS
Câc lệnh điều khiển công suất được phât ở đường xuống không được mê hoâ kiểm soât lổi để giảm thiểu trể vòng Trong thực tế việc điều khiển công suất không đạt được như lý thuyết Câc thay đổi của tín hiệu thu ở trạm gốc sau khi điều chỉnh
công suất tuđn theo luật gần giống như phđn bố log chuẩn tắc Độ lệch tiíu chuẩn
của tỈ số tín hiệu trín tạp mđ thông thường trong khoảng 12dB
1 Điều khiển công suất thấp
Việc giảm tỹ số Eb/No tương ứng với tỹ số tín hiệu trín nhiễu chấp nhận được
a
không chỉ lăm tăng dung lượng hệ thống mă còn lăm giảm công suất phât yíu cầu
để khắc phục tạp đm vă giao thoa Việc giảm năy nghĩa lă công suất phât yíu cầu đối với mây di động Nó lăm giảm giâ thănh vă cho phĩp hoạt động trong những vùng rộng lớn hơn với công suất thấp so với câc hệ thống Analog hay TDMA có công suất tương tự Hơn nửa việc giảm công suất phât yíu cầu sẻ lăm tăng vùng phục vụ vă lăm giảm số lượng BS yíu cầu khi so với câc hệ thống khâc
Một tiến bộ hơn nửa của việc điều khiển công suất trong công nghệ CDMA lă lăm giảm công suất phât trung bình Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẩn lă thuận lợi đối với công nghệ CDMA.trong câc hệ thống băng hẹp thì công
suất phât cao luôn luôn được yíu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian
Trong hệ thống công nghệ CDMA thì công suất phât trung bình có thể giảm bởi vì
công suất yíu cđu chỉ phât đi khi có điểu khiển công suất vă công suất phât chỉ tăng
khi có fading
2 Điều khiển công suất mạch vòng hở trín kính hướng lín trong công nghệ
CDMA
Mỗi mây di động chịu suy hao đườñg được tạo ra từ trạm gốc Trong CDMA tất cả câc trạm gốc phât tín hiệu dẫn đường ở cùng tần số vă tất cả câc mây di động bắt đđu đồng bộ bằng sử dụng câc tin hiệu dẫn đường năy Vă gốc tần số vă thời gian để giải điều chế câc tín hiệu thoại số được truyền đi từ mỗi trạm gốc Mây di động đo tổng cường độ tín hiệu dẫn đường từ trạm gốc vă cường độ tín hiệu nhận duoc từ tất cả câc trạm gốc
Trang 39
CÔNG NGHỆ CDMA - KỸ THUẬT TRẢI PHỔ DS/SS
Cường độ tín hiệu mây di động nhận được cho phĩp mây di động điều khiển công suất phât của nó Nếu cường độ tín hiệu thu được cao công suất phât của mây di động giảm xuống, có nghĩa trạng thâi mây di động rất gần trạm gốc hoặc lượng suy hao đường dẫn thấp.Nó cũng có nghĩa lă với công suất phât di động tương đối thấp mây di động có thể đưa ra công suất nhận được danh định cho trạm gốc
Trường hợp tăng đột biến môi trường kính xảy ra thì thiết bị điểu khiển công suất mạch vòng theo kiểu tương tự với vùng động 85dB hoặc hơn đâp ứng ngay lập tức trong Ims Vì vậy bằng câch giảm công suất phât của mây di động thiết bị điều
khiển trânh lăm nó không tăng cao hơn mức yíu cầu
Tốc độ tăng công suất phât mây di động thường phải nằm trong tốc độ điều khiển công suất mạch vòng khĩp kín từ trạm gốc Bằng câch năy câc mây di động không thể tăng công suất phât quâ lớn cho dù có sự suy giảm đột ngột chất lượng điện thoại trín kính hướng xuống
Câc kính đổng bộ từ mỗi trạm gốc gồm thông tin về công suất phât của câc kính dẫn đường vă mây đi động xâc định công suất phât sử dụng thông tin đó,Khi
sử dụng câc chức năng năy có thể tạo ra sự chính lệch giữa công suất phât vă hệ số
tiện ích của anten (ERP đầu ra) của trạm gốc dựa trín cơ sở kích thươc tế băo Ví dụ 1 trạm gốc với vùng phục vụ rộng lớn cần công suất phât cao trâi lại 1 trạm với vùng phục vụ nhỏ không cần công suất phât cao Tất nhiín nếu I mây di động ở khoảng câch xa nhất từ một trạm gốc công suất thấp thì cường độ tín hiệu mă nó nhận được từ trạm gốc thấp hơn so với trường hợp ở khoảng câch tương tự từ một trạm gốc công suất cao hơn Kết quả lă mây đi động phât công suất cần thiết vă ` ^ ^ oe Nw , , A x ^ “a a ⁄ Ks ~=- vì vậy cần phải cung cấp cho nó câc thông n vỀ điều khiến công suất mề: trạm o ĐỐC 3 Điều khiển công suất mạch vòng kín trín kính hướng lín trong công nghệ CDMA
Trong hệ thống tế băo câc kính vô tuyến kĩp đầy đủ được sử dụng nếu dêy tầng sử dụng từ trạm gốc tới mây đi động với dêy tần từ mây di dộng tới trạm gốc.Sự
rc
eS 0 SSS SD
GVHD : Ts Hĩ Ngoc Ba Trang 29
Trang 40CÔNG NGHỆ CDMA ~ KỸ THUẬT TRẢI PHO DS/SS
khâc biệt của tần số năy cho phâp sử dụng đồng thời câc mây phât vă câc mây thu Ở mây di động mă không có hổi tiếp hay nhiễu của câc tín hiệu phât của mây di động tới câc bộ phận của mây di động Cũng như vậy sự tâch biệt tần số có tac dụng rất lớn trong xử lý điều khiểu công suất
Có nghĩa sự tâch biệt tần số 45 MHz giữa kính hướng đi vă hướng lín vượt qua dấy thông liín kết của câc kính nín mây di động được giả thiết lă câc giâ trị của tổn hao hay đa đường dẫn giống nhau, do không có khả năng suy hao đường dẫn hướng lín mặc dù có I chính lệch giữa suy hao đa đường của kính hướng
lín.Phương phâp đo năy cung cấp giâ trị trung bình chính xâc cho công suất phât
nhưng 1 phương phâp phụ được
Để bù giao thoa Rayleigh độc lập nhau trín câc kính hướng xuống vă hướng lín mă mây di dộng không thể đo được, công suất phât mây di dộng được điều khiển bởi câc tín hiệu từ trạm gốc Câc bộ giải điều chế ở mỗi trạm gốc đo tỷ lệ tín hiệu nhận duoc của mỗi mây di động so sânh tỷ lệ năy với tỷ lệ tín hiệu trín tap đm đê
chỉ định vă phât câc lệnh điều khiển đđu ra tới mây di động qua kính hướng xuống
Lệnh điều khiển đầu ra được dùng để xâc định công suất mây di động trong giâ tri dự tính của công suất phât mây di động mạch vòng mở
Lệnh điều khiển đđu ra được phât từ trạm gốc tăng hay giảm công suất phât của mây di động so với giâ trị thiết lập ban đầu (thường lă 0,1dB).Cú phât 1,25ms một
lần lệnh điều khiển đầu ra có thể theo dõi giao thoa Rayleigh trín kính hướng lín
Nó rất quan trọng để giảm thời gian thực hiện xử lý xâc định công suất phât vă phât
lệnh Để môi trường kính không bị thay đổi nhiều cho tới khi bit điều khiển được nhận ở mây di động vă hoạt động: điểu khiển được hiện thực sự
Câc bộ phận điều khiển hệ thống ở MSC cung cấp câc bộ điều khiển mỗi trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu trín tạp đm dựa văo tỷ lệ lỗi của mây di động được phât tới bộ
điểu khiển kính được sử dụng cho xâc định tăng hay giảm công suất phât của mỗi
mây di động.Phương phâp năy được gọi lă điểu khiển công suất mạch vòng kín
== ` 6 = ê G¿ả&ẵẳẲẳôêỉidiếảỏủỏủăủăảănn