Công nghệ cdma lý thuyết và ứng dụng

Bự chuỗi PN ...115KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ ...117 Trang 6 DANH MỤC CÁC Kí HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AMPS Advanced Mobile Phone System Hệ thống điện thoại di động tiờn tiến ARQ Automatic Repea

M ỤC Ụ L C

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

MỞ ĐẦU 11

MỤC TIÊU 12

LỜI CẢM ƠN 13

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN DI ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ CDMA 14

1.1 Lịch sử phát triển và Nguyên lý cơ bản của CDMA 14

1.2 Những thông tin triển khai CDMA tại Việt Nam cho đến hiện nay 19

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT TRẢI PHỔ 23

2.1 Hệ thống trải trực tiếp (DS) 23

2.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS 23

2.1.2 Độ rộng băng RF của hệ thống DS 25

2.2 Hệ thống dịch tần (FH) 28

2.2.1 Đặc tính của tín hiệu dịch tần 29

2.2.2 Tốc độ dịch tần 30

2.3 Hệ thống dịch thời gian 34

2.4 Hệ thống lai (Hybrid) 35

2.4.1 FH/DS 35

2.4.2 TH/FH 38

2.4.3 TH/DS 39

2.5 Dãy PN 40

2.6 Điều chế PSK 44

2.6.1 Nguyên lý cơ bản của điều chế PSK 44

2.6.2 Giải điều chế PSK 48

2.6.3 Mạch vòng Costas 49

2.6.4 Điều chế lại 51

2.6.5 PSK vi sai 52

CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ CDMA 54

3.1 Thủ tục phát/thu tín hiệu 54

3.2 Các đặc tính của CDMA 54

3.2.1 Tính đa dạng của phân tập 54

3.2.2 Điều khiển công suất CDMA 56

3.2.3 Dung lượng 57

3.2.4 Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi 57

3.2.5 Bảo mật cuộc gọi 58

3.2.6 Chuyển giao (handoff) ở CDMA 58

3.2.7 Tách tín hiệu thoại 59

3.2.8 Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng 59

3.2.9 Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi 60

3.2.10 Dung lượng mềm 61

3.2.11 Đơn giản hoá trong thiết kế hệ thống 62

3.2.12 Tăng thời gian sử dụng Pin cho thiết bị 62

3.2.13 Cung cấp dải thông theo yêu cầu 62

3.3 Bước tiến công nghệ CDMA về băng rộng 62

3.4 Các công nghệ giao diện vô tuyến cho 3G 63

3.4.1 WCDMA 64

3.4.2 Cdma2000 74

3.5 Các kiến nghị cho thông tin di động 3G và sự chuẩn hoá 79

3.5.1 IMT-2000 80

3.5.2 Họ tiêu chuẩn IMT-2000 82

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CDMA 83

TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 83

4.1 Điều khiển công suất 83

4.1.1 Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hướng lên 89

4.1.2 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hướng lên 90

4.1.3 Điều khiển công suất trên kênh hướng xuống 91

4.2 Dung lượng 93

4.2.1 Dung lượng cực đường truyền hướng lên 94

4.2.2 Dung lượng đường truyền hướng xuống 98

4.3 Chuyển giao 101

4.3.1 Chuyển giao mềm và mềm hơn 103

4.3.2 Chuyển giao cứng 104

4.4 Đặc tính điều chế và tổ chức kênh 104

4.4.1 Tín hiệu kênh CDMA hướng lên 104

4.4.2 Kênh truy nhập và kênh lưu lượng hướng lên .107

4.4.3 Tín hiệu kênh CDMA hướng xuống .110

4.4.4 Bù chuỗi PN 115

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

System

Hệ thống điện thoại di động tiên tiến

ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu lặp lại tự động

ACCH Associated Control Channel Các kênh điều khiển liên kết BCCH Broadcast Control Channel Kênh điều khiển quảng bá

BHCA Busy Hour Call Attempts Theo dõi cuộc gọi giờ cao điểm

C/I Carrier to Interference ratio Tỷ số sóng mang/nhiễu

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

ETS

European Telecommunications Standard

Tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

ETSI

European Telacommunications Standards Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu

FACCH Fast Associated Control

Số nhận dạng thuê bao di động quốc tế

ISDN Intergrated Service Digital

Center

PAGCH Paging and Acess Channel Kênh truy nhập và tìm gọi

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

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

Access

Đa truy nhập phân chia theo không gian

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

gian

UTC Universal Coordinated Time Định thời chuẩn thế giới

D ANH MỤC ÁC ẢNG C B

Trang

Bảng 4.1 Ví dụ về các tham số phục vụ tính toán dung lượng 99

Bảng 4.4 Cấu hình các bit khung kênh lưu lượng hướng lên 108

Bảng 4.7 Các tham số điều chế kênh lưu lượng hướng xuống 112Bảng 4.8 Bit thông tin kênh lưu lượng hướng xuống và lên 116

D ANH MỤC ÁC ÌNH Ẽ, ĐỒ THỊ C H V

Trang

Hình 2.1 Điều chế loại DS (2 pha) 24

Hình 2.2 Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS 25

Hình 2.3 Phân bố công suất trong phổ [(sin x)/x]2 27

Hình 2.4 Giới hạn độ rộng băng RF và ảnh hưởng của nó đến các tín hiệu DS thông thường 28

Hình 2.5 Phổ tín hiệu FH lý tưởng 30

Hình 2.6 Sự giảm băng thông do chồng lấn kênh 33

Hình 2.7 Sơ đồ khối giao thoa khi có trạm lặp 34

Hình 2.8 Hệ thống TH đơn giản 35

Hình 2.9 Phổ tần số của hệ thống tổng hợp FH/DS 36

Hình 2.10 Bộ điều chế tổng hợp FH/DS 36

Hình 2.11 Bộ thu tổng hợp FH/DS 37

Hình 2.12 Hệ thống thông tin 2 đường với các vấn đề liên quan đến khoảng cách 38

Hình 2.13 Sơ đồ khối của hệ thống TH/DS 40

Hình 2.14 Bộ tạo dãy m 41

Hình 2.15 Hàm tự động tương quan tiêu chuẩn của dãy m 42

Hình 2.16 Mật độ phổ công suất của dãy m 42

Hình 2.17 Bộ tạo dãy Gold 44

Hình 2.18 Các trạng thái pha của PSK 45

Hình 2.19 Bộ điều chế BPSK 46

Hình 2.20 Bộ điều chế QPSK 46

Hình 2.21 Tạo tín hiệu QPSK 47

Hình 2.22 Các trạng thái pha 48

Hình 2.23 Phổ của BPSK và QPSK 48

Hình 2.24 Giải điều chế PSK 49

Hình 2.25 Mạch vòng khôi phục sóng mang Costas 50

Hình 2.26 Mạch vòng điều chế lại 51

Hình 2.27 Mạch vòng điều chế lại QPSK 52

Hình 2.28 Bộ điều chế DPSK 53

Hình 2.29 Bộ giải điều chế số liệu vi sai 53

Hình 3.1 Sơ đồ phát/thu CDMA 54

Hình 3.2 Các quá trình phân tập trong CDMA 55

Hình 3.3 Giao thoa từ BS bên cạnh 60

Hình 3.4 IMT-2000 63

Hình 3.5 Mối quan hệ giữa WCDMA và các tiêu chuẩn khác 64

Hình 3.6 Tần số hoạt động của WCDMA 66

Hình 3.7 Tốc độ truyền WCDMA 67

Hình 3.8 Truyền xung với ghép kênh điều khiển thời gian 68

Hình 3.9 Truyền song song của kênh DPDCH và DPCCH 68

Hình 3.10 Cấu tạo của cụm truy cập dữ liệu ngẫu nhiên WCDMA 68

Hình 3.11 Ghép kênh của SCH 70

Hình 3.12 Cấu trúc của kênh đồng bộ SCH 70

Hình 3.13 Ghép kênh IQ/ mã tạo ra 2 kênh truyền dẫn song song 71

Hình 3.14 Sơ đồ chòm sao cho IQ/ghép mã kênh điều khiển G là công suất khác nhau giữa DPCCH và DPDCH 72

Hình 3.15 Các dịch vụ tích hợp trong WCDMA 72

Hình 3.16 Truyền gói dữ liệu kênh chung 73

Hình 3.17 Cấu trúc khe 74

Hình 3.18 (a) đa sóng mang; (b) truyền trực tiếp 76

Hình 3.19 Cấu trúc kênh hướng lên 78

Hình 3.20 Đa sóng mang hướng xuống 78

Hình 4.1 Điều khiển công suất trong CDMA 87

Hình 4.2 Tác dụng điều khiển công suất trên kênh hướng lên 92

Hình 4.3 So sánh chuyển vùng mềm và chuyển vùng cứng 102

Hình 4.4 Bắt đầu quá trình một chuyển giao mềm 104

Hình 4.5 Quá trình điều chế ở kênh CDMA hướng lên 105

Hình 4.6 Cấu trúc khung kênh truy cập 107

Hình 4.7 Cấu trúc khung kênh lưu lượng hướng lên 108

Hình 4.8 Phần bit thông tin cho lưu lượng sơ cấp và thứ cấp 109

Hình 4.9 Cấu trúc kênh CDMA hướng xuống 111

Hình 4.10 Ngẫu nhiên hoá và định thời 114

Hình 4.11 Ngẫu nhiên hoá vị trí bit điều khiển công suất 115

M Ở ĐẦU

Hiện nay, trên thế giới, mọi ngư đời ang hết sức hy vọng vào những dịch

vụ mà các nhà cung cấp dịch vụ di ộng mang lại Theo nhiều kết quả nghiên đcứu và điều tra trên thế giới, tại các n ớc tiên tiến, di ộng là một phần không ư đthể thiếu được trong cuộc sống Giới trẻ hiện nay ã biết tiếp cận với mạng đInternet và các dịch vụ di ộng rất nhanh, họ cập nhật công nghệ, cập nhật đnhững dịch vụ và tiện ích của các mạng di ộng em lại và hào hứng ón nhật đ đ đchúng như là một phần tất yếu không thể thiếu được trong cuộc sống Trong thập kỷ 90, GSM nổi lên nh một nhân tố ầu tiên của mạng di ư đ động sau rất nhiều tranh luận và thử nghiệm đ để i đến những thống nhất về cách thức hoạt động và triển khai của các mạng di ộng B ớc sang thế kỷ 21, sự hội tụ giữa đ ưthoại và dữ liệu à tất yếu, nó sẽ tác ộng lên nhiều yếu tố quyết ịnh sự phát l đ đtriển của mảng dịch vụ trên nền di ộng: công nghệ, xu h ớng phát triển, các đ ưthành tựu đạt ợc các bước phát triển tiếp theo của các hệ thống thông tin di đư

động là các thế hệ sau nh 3G, 3.5G, 4G và 5G , chúng được nghiên cứu, ưphân tích và thương mại hoá vào thời điểm thích hợp

Trước ây, vấn đđ ề then chốt ối với các nhà cung cấp dịch vụ di ộng là đ đlàm sao thoả mãn được nhu cầu của người sử dụng, đó là yêu cầu đối với tốc ộ đtruyền dữ liệu, khả n ng bảo mật của cuộc gọi và nhất là làm sao tốn ít tài ănguyên tần số khi dải tần số cung cấp cho các dịch vụ di ộng bị giới hạn bởi đcông nghệ và số l ợng nhà cung cấp các dịch vụ di ộng thì ngày một gia tư đ ăng tại các nước trên thế giới

Công nghệ di ộng đ đã có nhiều b ớc tiến bộ vượt bậc từ lúc nó ra đời cho ưđến ngày nay Hiện nay, trên thế giới ã có nhiều nđ ước triển khai các thế hệ mới nh 3G, 3.5G hay 4G và nỗ lực nghiên cứu các công nghệ kế tiếp.ư

M ỤC TI ÊU

Không nhằm mục đích phổ biến sâu rộng h n nữa công nghệ CDMA, khi ơhiện nay chúng đã ợc đư đưa vào sử dụng tại nhiều n ớc trên thế giới trong một ưthời gian dài Vì vậy, mục ti u ê chính của quyển luận văn này s ẽ đề c ập đến 2

v ấn đề chính ốt c lõi nhất được quan tâm của công nghệ CDMA, đó là công

Vi Namệt

Cấu trúc của luận văn bao gồm các phần sau:

Giới thiệu tình hình triển khai công nghệ CDMA

Chương 1: Tóm tắt nội dung sơ lược về di động và sự hình thành các

công nghệ ứng dụng trong Thông tin di động

Chương 2: Nguyên lý cơ bản nhất tạo thành công nghệ CDMA, đó chính

là kỹ thuật trải phổ

Chương 3: Các đặc điểm của công nghệ CDMA

Chương 4: Ứng dụng công nghệ CDMA trong thông tin di động

Kết luận và kiến ngh : Tổng kết và đề xuất hướng phát triển ị

Tuy đã có nhiều cố gắng, nhưng do thời gian và trình độ không cho phép tìm hiểu hết tất cả những vấn đề và khía cạnh để có thể khái quát hết Vì vậy, cuốn luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả xin chân thành cảm ơn và mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và những ai quan tâm ến những vấn ề mà luận vđ đ ăn đề cập để luận văn được hoàn thiện hơn nữa

L ỜI ẢM Ơ C N

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Điện tử Viễn thông, Phòng đào tạo sau Đại học thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn cũng như truyền đạt những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Tiến sỹ Nguyễn Văn Khang, người đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo để luận văn được hoàn thành một cách tốt nhất

Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp luôn cổ vũ, động viên và giúp

đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian làm luận văn

Cuối cùng, tác giả rất mong nhận được những đóng góp, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn chỉnh hơn

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TH NG TIN DI ĐỘNG Ô

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ nói chung, công nghệ thông tin di động đã có những bước phát triển vượt bậc nhằm đem lại những lợi ích to lớn cho người sử dụng Từ những hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất với công nghệ analog, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai với công nghệ số (điển hình là công nghệ GSM được dùng phổ biến trên thế giới) Các hệ thống thông tin di động tiếp theo như 2.5G, 3G, 3.5G,… lần lượt được nghiên cứu và ứng dụng thương mại một cách nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu

1.1 L ịch ử phát triển và N s guy n lê ý c bơ ản của CDMA

Lịch sử phát triển CDMA (Code Division Multiple Access - Đa truy nhập, đa người dùng phân chia theo mã được bắt đầu bằng sự ra đời của lý ) thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50 Với hàng loạt các ưu điểm đi kèm, truyền thông trải phổ được ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó Đến thập niên 80, CDMA được phép thương mại hóa

và chính thức được đề xuất bởi Qualcomm, một trong những công ty hàng đầu

về công nghệ truyền thông

GSM phân phối tần số thành những kênh nhỏ, rồi chia xẻ thời gian các kênh ấy cho người sử dụng Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một dải tần chung Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng 1 dải tần Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát

đi trên cùng một dải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng Áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ, CDMA đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công

nghệ khác chưa thể đạt được

Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM dựa trên công nghệ TDMA Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% số người dùng điện thoại di động trên toàn cầu TDMA ngoài chuẩn GSM còn có một chuẩn khác nữa, hiện được sử dụng chủ yếu ở Mỹ latinh, Canada, Đông Á, Đông Âu Còn công nghệ CDMA đang được sử dụng nhiều ở Mỹ, Hàn Quốc Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA là công nghệ truyền sóng kỹ thuật số, cho phép một số người dùng truy nhập vào cùng một kênh tần

số mà không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi người dùng trong mỗi kênh Công nghệ này đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu ít tốn kém hơn CDMA Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA là công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số được sử dụng đồng thời; mã hóa từng gói tín hiệu số bằng một mã khóa duy nhất và gửi đi Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mã Công nghệ này có tính bảo mật tín hiệu cao hơn TDMA Theo các chuyên gia CNTT Việt Nam, xét ở góc độ bảo mật thông tin, CDMA có tính năng ưu việt hơn

Nhờ hệ thống kích hoạt thoại, hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao và điều khiển năng lượng, nên nó cho phép quản lý số lượng thuê bao cao gấp 5 -

20 lần so với công nghệ GSM Áp dụng kỹ thuật mã hóa thoại mới, CDMA nâng chất lượng thoại lên ngang bằng với hệ thống điện thoại hữu tuyến Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tính di động, các trạm phát phải được đặt rải rác khắp nơi Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định và chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó Với CDMA, ở vùng chuyển giao, thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng một lúc, do đó cuộc gọi không bị ngắt quãng, làm giảm đáng kể xác suất rớt cuộc gọi

Một ưu điểm khác nữa của CDMA là nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh và chính xác, thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất lượng tín hiệu, giúp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại Máy điện thoại di động CDMA cũng có thể sử dụng pin nhỏ hơn, nên trọng

lượng máy nhẹ, kích thước gọn và dễ sử dụng

Trong thông tin di động, thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên

Để bù cho sự sụt giảm này, hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát Các hệ thống analog và GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm và đơn giản, thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó phải luôn luôn phát ở công suất cao hơn vài dB so với mức cần thiết Tuy nhiên, để sử dụng mạng điện thoại di động CDMA, người dùng phải trang bị thiết bị đầu cuối phù hợp với công nghệ của mạng Chi phí cho thiết bị đầu cuối CDMA hiện nay khoảng 20 USD - 300 USD tùy công năng của máy, trong tương lai giá sẽ thấp hơn Trong vấn đề bảo mật, CDMA cung cấp chế độ bảo mật cao nhờ sử dụng tín hiệu trải phổ băng rộng Các tín hiệu băng rộng khó bị

rò ra vì nó xuất hiện ở mức nhiễu, những người có ý định nghe trộm sẽ chỉ nghe được những tín hiệu vô nghĩa Ngoài ra, với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai nhiều tùy chọn dịch

vụ như thoại, thoại và dữ liệu, fax, Internet

Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động, CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất lượng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến, nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới Đặc biệt các hệ thống này có thể triển khai và mở rộng nhanh và chi phí hiện thấp hơn hầu hết các mạng hữu tuyến khác, vì đòi hỏi ít trạm thu phát

Tuy nhiên, những máy điện thoại di động đang sử dụng chuẩn GSM hiện nay không thể sử dụng chuẩn CDMA Nếu tiếp tục phát triển GSM, hệ thống thông tin di động này sẽ phải phát triển lên WTDMA mới đáp ứng được nhu cầu truy cập di động các loại thông tin từ mạng Internet với tốc độ cao, thay vì với tốc độ 9.600 bit/giây như hiện nay, và so với tốc độ 144.000 bit/giây của CDMA

Các cột mốc chính của CDMA

• 11-1989: Thử nghiệm lần đầu tại San Diego

• 1993: Hoàn tất chuẩn IS-95A.

• 9-1995: Công bố mạng IS 95A thương mại đầu tiên thế giới của Hutchison Telecom, Hồng Kông

-• 12-1995: Nhóm phát triển CDMA (CDG CDMA Development Group) – phát triển bộ giải mã thoại 13kbps nhằm tăng chất lượng thoại

• 6-1997: Chuẩn IS 95B hoàn tất tốc độ dữ liệu đạt 64kbps CDG đặt tên thương mại là cdmaOne cho IS-95A

-• 10-1997: BellMobility and Clearnet Communications công bố mạng PCS cdmaOne đầu tiên của Canada

• 12-1997: thế giới có 7,8 triệu thuê bao CDMA

• 3-1998: LG Telecom (Hàn Quốc) công bố dịch vụ dữ liệu đầu tiên

• 4-1998: TIA đưa ra cdmaOne băng rộng (còn gọi là CDMA2000) dành cho giải pháp ITU 3G Lập tiền đề định nghĩa CDMA2000 giai đoạn 1 (CDMA2000 1X)

• 1998: Liên Minh Viễn Thông Quốc Tế (ITU – International Telecommunication Union) chấp nhận đưa CDMA2000 tham gia vào IMT-2000

• 12-1998: Thế giới có 24 triệu thuê bao CDMA

• 4-1999: Nhiều nhà khai thác tại khu vực Bắc Mỹ, Hàn Quốc, Nhật bắt đầu công bố dịch vụ thông tin và Internet trên mạng cdmaOne

• 5-1999: Đạt được thỏa thuận hòa hợp CDMA với IMT-2000

• 7-1999: Chuẩn CDMA2000 giai đoạn một hoàn tất và được chính thức phát hành

• 12-1999: Thế giới có 50,1 triệu thuê bao CDMA

• 3-2000: Cuộc thoại đầu đầu tiên trên mạng CDMA2000 1X được thực hiện thành công

• 4-2000: Bell Mobility, Nortel Networks, Qualcom, Samsung and Sprint PCS thực hiện thành công các cuộc gọi không dây dùng công nghệ

CDMA2000 1x(3G).TIA công bố chuẩn SIM CDMA

• 6-2000: Lần đầu tiên, Telstra và Nortel truyền nhận dữ liệu trên C(3G) thành công CDG giới thiệu CDMA2000 1xEV ra thị trường

• 10-2000: SIM card dùng chung cho GSM CDMA được giới thiệu SK Telecom LG Telecom(Hàn Quốc) công bố dịch vụ thương mại 3G dùng công nghệ DMA2000 đầu tiên của thế giới

• 12-2000: Thế giới có 80,4 triệu thuê bao CDMA

• 3-2001: Thử nghiệm thành công CDMA2000 1xEV DV trong phòng thí nghiệm KDDI loan báo hoàn tất mạng CDMA2000 1xEV-DO

-• 4-2001: KT Freetel (Hàn Quốc) công bố CDMA2000 1X

• 6-2001: CDMA2000 1xEV DO trở thành một phần của chuẩn IMT-2000 3G

-• 8-2001: Thế giới có 1 triệu thuê bao CDMA2000 1X

• 5-2002: Thế giới có 10 triệu thuê bao CDMA2000 1X

GSM và CDMA cùng phát triển và tách ra từ công nghệ tương tự AMPS

cũ, điểm khác biệt quan trọng của CDMA so với GSM có thể kể ra như sau:

• CDMA dùng một mã ngẫu nhiên để phân biệt kênh thoại và dùng chung băng tầng cho toàn mạng, có giải thuật mã hóa riêng cho từng cuộc Chỉ thiết bị được gọi mới biết được giá trị mã ngẫu nhiên và giải thuật giải

mã qua các kênh báo hiệu Chính vì thế tính bảo mật của của cuộc thoại

và mức độ hiệu quả khai thác băng tần cao hơn

• Hệ thống CDMA có khả năng chuyển mạch mềm Khi thiết bị di động di chuyển vào giữa hai ô, thiết bị đồng thời nhận được tín hiệu từ hai trạm gần nhất, tổng đài sẽ điều khiển cho hai trạm bắt tay nhau cho đến khi việc chuyển đổi trạm phát thành công Có phần tương tự cơ chế chuyển mạch cứng trong GSM nhưng khả năng bắt tay của CDMA tốt hơn

• So với hệ thống tương tự AMPS, chất lượng thoại được nâng lên và dung lượng của CDMA có thể tăng lên 6 10 lần.-

• CDMA có cơ chế giúp tiết kiệm năng lượng, giúp tăng thời gian thoại của pin thiết bị

• Khả năng mở rộng dung lượng của CDMA dễ dàng và chi phí thấp hơn

so với GSM GSM sẽ gặp bài toán khó về phân bố lại tầng số cho các ô Tuy nhiên, CDMA hiên tại vẫn còn gặp nhiều khó khăn:

• Vùng phủ sóng của CDMA trên thế giới còn hẹp nên khả năng chuyển vùng quốc tế giữa các hệ thống CDMA còn hạn chế Tính đến quí 1-

2002, thuê bao CDMA trên TG đạt 120,2 triệu; trong đó Bắc Mỹ (52,9 triệu), vùng Caribê và Mỹ Latinh (22 triệu), Châu Âu + Nga + Châu Phi (1,8 triệu), Châu Á Thái Bình Dương (43,5 triệu).–

• Số lượng nhà sản xuất thiết bị điện thoại di động hệ CDMA ít, chủ yếu tập trung tại Mỹ, Hàn Quốc, Nhật nên chuẩn loại kém phong phú hơn so với chuẩn GSM

• Thiết bị CDMA thường không dùng Sim (Subscriber Identity Module) nên việc thay đổi thiết bị trong qúa trình sử dụng sẽ phức tạp hơn vì bắt buộc phải làm thủ tục với nhà khai thác mạng Nhưng hiện tại, CDG đã đưa ra giải pháp ứng dụng Sim card vào thiết bị CDMA và có thể dùng chung cho GSM, CDMA

1.2 Những ô th ng tin triển khai CDMA tại Việt Nam cho đến hiện nay

Ở Việt Nam, CDMA từng được biết đến như một công nghệ viễn thông tiên tiến, nhưng chưa thực sự phát triển do hạ tầng dịch vụ còn thấp, cũng như những hạn chế bởi chính nhu cầu của người dùng

Trước đây có S-Fone, sau đó là EVN Telecom và mới đây nhất, HaNoiTelecom trở thành nhà cung cấp dịch vụ viễn thông thứ ba sử dụng CDMA làm nền tảng công nghệ để phát triển

Đáng chú ý, nếu như S Fone sử dụng công nghệ CDMA IS- -95 (công nghệ được ứng dụng từ năm 1995) và dần dần nâng cấp, thử nghiệm các chuẩn tiên tiến hơn, thì cùng với EVN Telecom, HaNoiTelecom cũng mạnh tay áp

dụng chuẩn CDMA 2000 1X ngay từ đầu CDMA 2000 1X là một công nghệ khá mới, là một lựa chọn công nghệ tối ưu cho các hệ thống viễn thông thế hệ thứ 3 (3G)

Như chúng ta đã biết, xu thế tiến lên 3G là một xu thế tất yếu, ở Việt Nam với việc tồn tại song song hai nền tảng công nghệ là GSM và CDMA, quá trình này sẽ diễn ra tương đối rắc rối và giống như một cuộc đua công nghệ:

Đối với GSM, các nhà cung cấp dịch vụ theo nền tảng công nghệ này, đầu tiên sẽ phải triển khai từ GSM (2G) sau đó ứng dụng GPRS (2,5 G) rồi tiến lên EDGE (đây là một bước chuyển tiếp, cũng có thể coi là một phiên bản của 3G) và sau đó mới là 3G với chuẩn W CDMA Bước cuối cùng này đòi hỏi nhà -cung cấp phải có dải tần mới và thay đổi một số thiết bị quan trọng

Nhưng nếu đi từ nền tảng CDMA, quá trình này sẽ diễn ra đơn giản hơn

và giảm thiểu được nhiều vấn đề phức tạp trong nâng cấp hệ thống: Từ CDMA

IS 95 (như S Fone từng triển khai) sau khi lên CDMA 2000 1X (như HanoiTelecom đang khởi đầu) rồi lên thẳng CDMA EV DO (một chuẩn 3G -hiện đại đang được nhiều quốc gia như Hàn Quốc, Mỹ, Nhật, Braxin… áp dụng)

-Nếu như CDMA IS-95 (A và B) chỉ có thể có được tốc độ truyền dữ liệu

và âm thanh từ 14.4 đến 64 kbps, thì CDMA 2000 1X có thể có tốc độ truyền

dữ liệu tối đa lên tới 153.6 kbps Việc sử dụng công nghệ CDMA 2000 1X rõ ràng sẽ có những bước cải thiện về dung lượng truyền thoại so với hệ thống GSM, cũng như chất lượng cuộc gọi, giảm số cuộc gọi bị ngắt do lỗi mạng

Điểm được kỳ vọng nhất, chính là việc công nghệ CDMA 2000 1X có thể cho phép duy trì liên tục các kết nối truyền dữ liệu, giao tiếp không dây đơn giản hơn, nhanh hơn và hiệu quả hơn Một mảnh đất màu mỡ cho các dịch vụ giá trị gia tăng mang cả thế giới giải trí và văn phòng làm việc vào chiếc mobile trong tay người dùng

Các nhà thiết kế mạng khẳng định, CDMA 2000 1X khi được triển khai,

sẽ sẵn sàng cho hàng loạt dịch vụ giá trị gia tăng như: Tải trò chơi, thông tin thể

thao, gửi thiệp mừng, tải nhạc chuông & bảo vệ màn hình, tải các hình ảnh vui, các thông điệp hiện thời, Video Streaming, truyền hình Mobile - TV theo yêu cầu, truy cập Internet, PDA, trợ giúp vào mạng qua máy tính xách tay…

Dễ gây chú ý nhất là các dịch vụ dow load dữ liệu băng rộng không dây nkhi đang di chuyển với tốc độ cao Đầu năm 2006, S Fone từng thử nghiệm -ứng dụng 3G CDMA 1X EV-DO tại Bà Rịa - Vũng Tàu Tại đây, người dùng ĐTDĐ có thể tải về các dữ liệu phim, ảnh, nhạc, khi đang chạy xe với tốc độ khoảng 60km/h

Với CDMA 2000 1X, HanoiTelecom khẳng định có thể đạt được tốc độ truyền tối đa 153.6 kbps, gấp 3 4 lần tốc độ đối với s- ử dụng GPRS Và truyền với công suất thấp 200 mW (0.2 Watt) từ các máy cầm tay CDMA, với thời gian sử dụng pin dài hơn và giảm các nguy cơ tiềm ẩn với sức khỏe

Tháng 12 năm 2005, tại triển lãm COMNET 2005 (tại Hà Nội), EVN Telecom cũng đã kết hợp với Tập đoàn Ubiquam giới thiệu giải pháp băng rộng

di động Tại thời điểm đó, đại diện EVN Telecom đã tuyên bố rằng băng rộng

di động mà đơn vị này thử nghiệm có thể đạt tới tốc độ 156Kbps và “tốc độ này còn có thể tăng hơn nhiều lần nếu có sự hỗ trợ của Công nghệ EV-DO”

Tất nhiên, sự phát triển của cả thế hệ mạng thứ 3, còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: Chính sách phát triển của cơ quan quản lý, quyết tâm của doanh nghiệp, thời cơ của thị trường và sự phát triển công nghệ… Nhưng điểm mà ai cũng đồng tình: yếu tố quyết định thuộc về nhu cầu của người tiêu dùng và mức giá dịch vụ

Tính ưu việt về kỹ thuật của CDMA chính là công nghệ logic đặt nền móng cho lĩnh vực điện thoại không dây thế hệ ba Điều này dẫn đến một cuộc chiến mới Thay vì chấp nhận công nghệ CDMA của Qualcomm, các kỹ sư người Nhật và châu Âu đã phát triển phiên bản mới của CDMA có tên W-CDMA, tương thích với cơ sở hạ tầng mạng GMS hiện có Trong khi đó, Qualcomm xây dựng phiên bản CDMA thế hệ ba gọi là CDMA2000 Hiện nay, mạng CDMA2000 đã hoạt động tại Mỹ, Hàn Quốc và Nhật Bản

W-CDMA phải mất nhiều thời gian hơn mới có thể trở nên phổ dụng trên toàn cầu vì một số lý do Công nghệ này còn mới, chưa được thử nghiệm và việc tập hợp thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau để cùng hoạt động tỏ ra khó khăn hơn dự kiến Mặc dù vậy, W CDMA vẫn đang dần được đưa vào sử dụng -trên khắp châu Âu Bức tranh công nghệ còn phong phú hơn khi Trung Quốc phát triển chuẩn thế hệ ba của riêng mình gọi là TD-S CDMA, cũng là một phiên bản khác của CDMA

Trong khuôn khổ cuốn luận văn, với đề tài “Nghiên cứu công nghệ

CDMA: Lý thuyết và ứng ụng”, tác giả s d ẽ đi sâu nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng của công nghệ CDMA trong th ng tin di động và c hô ác ướng phát tri ển cho c ng nghệ ày trong t ng laiô n ươ

CH ƯƠNG II: KỸ THUẬT TRẢ PHỔ I

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 mô 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

mô 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 Nó 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 1800 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

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 xử 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 đỉnh bên cao mặc dù có một sự thật là đỉnh 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 đỉnh bên Bảng 2.1 mô tả qua các đặc tính của các dạng sóng

* 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:

jwT

= w

A 2 sin 2

wT

=

) 2 / (

) 2 / (sin wT

wT TA

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 mô 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

20 KHz / 10 Kb/s = 2000 Mặt khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10 MHz nên độ lợi

xử 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 xử 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 hạn băng làm giảm giải pháp khoảng cách của hệ thống đo khoảng cách nhằm tăng khoảng cách đo được

2.2 Hệ thống dịch tần (FH)

Nói một cách chính xác thì điều chế FH là "sự chuyển dịch tần số của nhiều tần số được chọn theo mã" Nó gần giống như FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số tăng lên FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có

ký hiệu và f2 khi không có ký hiệu Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn

tần số Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 2 20 tần số được phân bổ có thể được chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tin chuyển dịch tần số Trong FH khoảng dịch giữa các tần số và số lượng các tần số có thể chọn được được xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt

2.2.1 Đặc tính của tín hiệu dịch tần

Hệ thống FM cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số sao cho có thể đáp ứng được cho đầu ra mã hoá của bộ tạo mã Dạng của bộ tổ hợp tần số có các đáp ứng nhanh được sử dụng cho hệ thống trải phổ Nếu lý tưởng thì tần số

ra từ bộ dịch tần cố định phải là tần số đơn nhưng thực tế thì tần số không mong muốn như là tần số băng bên cũng được tạo ra cộng thêm vào tần số dự định Hình 2.5 đưa ra sơ đồ khối của truyền dẫn dịch tần và hình 2.6 là phổ tần

số của bộ dịch tần

Phổ FH lý tưởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn và phân

bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẫn Các máy phát trong thực tế cần phải được thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tất cả các kênh

Tín hiệu FH thu được tổ hợp với tín hiệu giống như vậy được tạo ra tại chỗ và được quy định bởi một độ lệch tần nhất định f if của {f1 + f2, fn} x {f1 + f IF + f2 + f IF, , fm + f IF} được tạo ra trước trạng thái đồng bộ bởi mã

cố định của máy phát và máy thu Trong trường hợp tín hiệu không trùng khớp với tín hiệu tạo ra tại chỗ như là hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chỗ và độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chỗ như là hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chỗ và

độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chỗ nhờ việc cùng thay đổi giữa tín hiệu tạo ra tại chỗ và tín hiệu không mong muốn Tín hiệu không đồng bộ với cùng băng tần như tín hiệu tạo ra tại chỗ có độ rộng băng gấp đôi tại tần số trung tâm Toàn bộ công suất tín hiệu không mong muốn ngoài băng được xoá khỏi tín

hiệu tần số trung tâm nhờ bộ tương quan Dường như là toàn bộ công suất tín hiệu không mong muốn bị xoá đi vì tín hiệu tần số trung tâm đó bao gồm một phần băng tần tín hiệu tạo ra tại chỗ

Kênh sử dụng tại thời điểm T Kênh chuyển dịch

Hình 2.5 Phổ tín hiệu FH lý tưởng

Như đã mô tả trong hệ thống DS, hoạt động của hệ thống DS là lý tưởng theo quan điểm là xoá bỏ tín hiệu giả và tái tạo tín hiệu mong muốn Nhưng có nhiều sự khác nhau trong các hoạt động cụ thể của hệ thống

Độ lợi xử lý của hệ thống FH của kênh bên cạnh là:

(2) Tổng số độ dư được áp dụng

(3) Khoảng cách tới nguồn giao thoa gần nhất

Việc truyền thông tin qua hệ thống FH có thể sử dụng các phương pháp khác nhau trong các hệ thống khác nhau Dạng tín hiệu số được sử dụng thậm chí với các thông tin bình thường là các tín hiệu analog hoặc số liệu được mã hoá Trong trường hợp đó, giả sử rằng tốc độ số được định trước và FH được chọn là môi trường truyền dẫn

Hệ thống FH cung cấp một số lượng lớn các tần số và số lượng yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ lỗi của hệ thống Ví dụ, một hệ thống có 1000 tần số sẽ hoạt động tốt khi giao thoa hoặc các tạp âm khác phân bố đồng đều trên toàn bộ các tần số Công suất tạp âm với giao thoa thông tin có thể lớn gấp 1000 lần so với công suất tần số dự định vì tạp âm được phân bố đồng đều trong tất cả các kênh (Nghĩa là, giới hạn giao thoa là 30 dB) Trong trường hợp độ dư liên quan đến việc quyết định bit khi thiết bị đo giao thoa băng tần số đơn hẹp được sử dụng đối với một hoặc nhiều tần số tạo ra tốc độ lỗi là 1.10-3 thì nó có thể được chấp nhận như giá trị số liệu số Tốc độ lỗi mong muốn đối với hệ thống FH đơn giản không truyền độ dư số liệu là J/N Ở đây, J biểu thị công suất giao thoa bằng hoặc lớn hơn công suất tín hiệu và N biểu thị tổng các tần số có thể trong hệ thống Vì hệ thống FH nhị phân đơn giản vốn có tốc độ lỗi cao khi giao thoa nhỏ nên yêu cầu phải có các hệ thống truyền dẫn khác

Tốc độ lỗi của hệ thống FH có độ dư nhị phân FSK (fa: có ký hiệu, fb: không có ký hiệu) có thể được coi như là một tổng nhị thức triển khai sau:

Pc= c x c x r

x

q p r

p - xác suất lỗi trong một lần thực hiện = J/N

J - Tổng các kênh méo do gián đoạn

N - Tổng các kênh trong FH

q - Xác suất không lỗi trong một lần thực hiện = 1 - p

c - Tổng số chip (tần số truyền dẫn trên một bit thông tin) r - Tổng số chip lỗi yêu cầu để quyết định lỗi bit

Quyết định chip được định nghĩa là "e", khi công suất gián tiếp của kênh khoảng trống trội hơn công suất của kênh có ký hiệu thì nó là tổng đầy đủ để tạo ra quyết định không mong muốn

Nếu 3 hoặc nhiều tần số hơn (chip) được sử dụng cho mỗi một bit truyền dẫn thông tin thì hoạt động có giao thoa tăng rất lớn Trong trường hợp quyết định bit ở đầu thu được xác định là No thì 2 phần 3 tốc độ xác suất lỗi kênh mong muốn (J/N) của thiết bị đo giao thoa kênh đơn là:

q p q

p q

p 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2

Các thảo luận trước đây chỉ đề cập đến tần số bên cạnh trong hệ thống

FH mà không nói đến sự chồng lấn của khoảng tần số Nhưng thực tế không có giới hạn chính xác như vậy và khoảng tần số thu có thể chồng lấn do các bộ thu

sử dụng đối với nhiễu thống kê Sự chồng lấn như vậy có thể làm giảm độ rộng băng RF yêu cầu đối với tín hiệu truyền dẫn trải phổ Hình 2 mô tả6 sự chồng lấn kênh và sự giảm độ rộng băng Hình 2.6(b) mô tả số lượng các kênh thích nghi với việc tăng gấp đôi độ rộng băng Trung tâm của một kênh được định vị tại điểm 0 của kênh bên cạnh (giả sử với việc thu sóng mang không đồng bộ) Một ví dụ về giới hạn độ rộng băng RF khi giữ tốc độ chip thấp là một kỹ thuật

được chấp nhận đối với hệ thống FH

Một vấn đề cần xem xét trong tốc độ chip là các ảnh hưởng đối với các tín hiệu có khác pha với cùng một tần số Các tín hiệu như vậy được tạo ra bởi giao thoa đa đường hoặc giao thoa dự kiến Trong đa số trường hợp thì tín hiệu

đa đường thu được tại đầu thu không được sử dụng một cách liên tục vì nó quá nhỏ so với tín hiệu yêu cầu Nhưng nếu tín hiệu thu được từ bộ phát tần số do sóng giao thoa và được khuyếch đại, được điều chế cùng với tạp âm (phần tử

bù sẽ được truyền đi nếu dãy mã được biết), nó có công suất truyền dẫn tương đương với tín hiệu gốc và ảnh hưởng giao thoa của nó sẽ tăng lên

Hình 2.6 Sự giảm băng thông do chồng lấn kênh

Để tránh được vấn đề này thì FH nên có một tốc độ dịch tần sao cho có thể chuyển đổi thành tần số khác trong thời gian đáp ứng của thiết bị đo giao thoa và tốc độ dịch tần yêu cầ nên lớn hơn (Tr u - Td) Ở -1 đây Tr biểu thị thời gian đi từ bộ phát FH tới bộ phát dự kiến qua máy đo giao thoa và Td biểu thị thời gian trễ theo đường thẳng, mối liên quan của chúng được chỉ ra trên hình 2.7

Hình 2.7 Sơ đồ khối giao thoa khi có trạm lặp 2.3 Hệ thống dịch thời gian

Dịch thời gian tương tự như điều chế xung Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát, thời gian đóng/mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo mã và đạt được 50% yếu tố tác động truyền dẫn trung bình Sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH thì sự dịch chuyển tần số chỉ xảy

ra trong trạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH Hình 2.8 là sơ đồ khối của hệ thống TH Ta thấy rằng bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã đều có thể được sử dụng đối với bộ điều chế TH

TH có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian và vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hoá độ dư giữa các máy phát Mã hoá nên được

sử dụng một cách cẩn thận vì sự tương đồng các đặc tính nếu sử dụng cùng một phương pháp như các hệ thống thông tin mã hoá khác

Do hệ thống TH có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH để loại trừ giao thoa

có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

Bên cạnh các hệ thống đã mô tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS

và FH được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH, (3) TH/DS

Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính mà một hệ thống không thể có được Một mạch không cần phức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước

2.4.1 FH/DS

Hệ thống FH/DS sử dụng tín hiệu điều chế DS với tần số trung tâm được chuyển dịch một cách định kỳ Phổ tần số của bộ điều chế được minh hoạ trên hình 2.10 Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộng băng là một phần trong độ rộng băng của rất nhiều các tín hiệu trải phổ chồng lấn và tín hiệu toàn bộ xuất hiện như là sự chuyển động của tín hiệu DS tới độ rộng băng khác nhờ các mẫu tín hiệu FH Hệ thống tổng hợp FH/DS được sử dụng vì các

lý do sau đây:

Dung lượng trải phổ

Đa truy nhập và thiết lập địa chỉ phân tán

Ghép kênh

Hình 2.9 Phổ tần số của hệ thống tổng hợp FH/DS

Hệ thống điều chế tổng hợp có ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ nhịp của bộ tạo

mã DS đạt tới giá trị cực đại và giá trị giới hạn của kênh FH Ví dụ, trong trường hợp độ rộng băng RF yêu cầu là 1 Ghz thì hệ thống DS yêu cầu một bộ

tạ mã tức thời có tốc độ nhịp là 1136 Mc/s và khi sử dụng hệ thống FH thì yêu o cầu một bộ trộn tần để tạo ra tần số có khoảng cách 5 KHz Tuy nhiên, khi sử dụng hệ thống tổng hợp thì yêu cầu một bộ tạo mã tức thời 114 Mc/s và một bộ trộn tần để tạo ra 20 tần số

Bộ phát tổng hợp FH/DS như trên hình 2.1 thực hiện chức năng điều 0 chế DS nhờ biến đổi tần số sóng mang (sóng mang FH là tín hiệu DS được điều chế) không giống như bộ điều chế DS đơn giản

Nghĩa là, có một bộ tạo mã để cung cấp các mã với bộ trộn tần được sử dụng để cung cấp các dạng nhảy tần số và một bộ điều chế cân bằng để điều chế DS

Điều chế cân bằng

Sự đồng bộ thực hiện giữa các mẫu mã FH/DS biểu thị rằng phần mẫu

DS đã cho được xác định tại cùng một vị trí tần số lúc nào cũng được truyền qua một kênh tần số nhất định Nhìn chung thì tốc độ mã của DS phải nhanh hơn tốc độ dịch tần Do số lượng các kênh tần số được sử dụng nhỏ hơn nhiều

so với số lượng các chip mã nên tất cả các kênh tần số nằm trong tổng chiều dài

mã sẽ được sử dụng nhiều lần Các kênh được sử dụng ở dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên như trong trường hợp các mã

Bộ tương quan được sử dụng để giải điều chế tín hiệu đã được mã hoá trước khi thực hiện giải điều chế băng tần gốc tại đầu thu; bộ tương quan FH có một bộ tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín hiệu thu được Hình 2.1 mô tả một bộ thu FH/DS điển hình Bộ tạo tín hiệu 1 dao động nội trong bộ tương quan giống như bộ điều chế phát trừ 2 điểm sau:

Tần số trung tâm của tín hiệu dao động nội được cố định bằng độ lệch tần số trung gian (IF)

Mã DS không bị biến đổi với đầu vào băng gốc

Do đó, giới hạn giao thoa trở nên lớn hơn so với hệ thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản

2.4.2 TH/FH

Hệ thống điều chế TH/FH được áp dụng rộng rãi khi muốn sử dụng nhiều thuê bao có khoảng cách và công suất khác nhau tại cùng một thời điểm Với số lượng việc xác định địa chỉ là trung bình thì nên sử dụng một hệ thống mã đơn giản hơn là một hệ thống trải phổ đặc biệt Khuynh hướng chung là tạo ra một

hệ thống chuyển mạch điện thoại vô tuyến có thể chấp nhận các hoạt động cơ bản của hệ thống như là sự truy nhập ngẫu nhiên hoặc sự định vị các địa chỉ phân tán Đó cũng là một hệ thống có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến khoảng cách Như trên hình 2.1 ta thấy hai đầu phát và thu đã được xác định 2

và máy phát ở đường thông khác hoạt động như là một nguồn giao thoa khi đường thông đó được thiết lập Hơn nữa, sự khác nhau về khoảng cách giữa máy phát bên cạnh và máy phát thực hiện thông tin có thể gây ra nhiều vấn đề

Hệ thống này làm giảm ảnh hưởng giao thoa chấp nhận được của hệ thống thông tin trải phổ xuống tới vài độ

Hình 2.12 Hệ thống thông tin 2 đường với các vấn đề liên quan đến

khoảng cách

Do ảnh hưởng của khoảng cách gây ra cho tín hiệu thu không thể loại trừ được chỉ với việc xử lý tín hiệu đơn giản mà một khoảng thời gian truyền dẫn nhất định nên được xác định để tránh hiện tượng chồng lấn các tín hiệu tại một