Quy hoạh mạng thông tin di động thế hệ 3 cdma 2000

Giới thiệu chung

Lịch sử phát triển của thông tin di động

Vô tuyến di động đã có mặt gần 78 năm, nhưng dịch vụ điện thoại di động chỉ thực sự phát triển vào đầu những năm 1960, khi các hệ thống điều vận được cải tiến Những hệ thống điện thoại di động đầu tiên có tính tiện lợi và dung lượng thấp Vào những năm 1980, hệ thống điện thoại tổ ong sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện, nhưng đến cuối thập kỷ, người ta nhận ra rằng các hệ thống này không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong thế kỷ sau Các hạn chế bao gồm phân bố tần số hạn chế, dung lượng thấp, tiếng ồn và nhiễu khi di chuyển, không đáp ứng được các dịch vụ mới, chi phí thiết bị cao, thiếu tính bảo mật và sự không tương thích giữa các hệ thống, đặc biệt là ở Châu Âu.

Giải pháp hiệu quả nhất để khắc phục các hạn chế hiện tại là áp dụng công nghệ thông tin số cho thông tin di động, kết hợp với các kỹ thuật đa thâm nhập mới.

Hệ thống thông tin di động số đầu tiên trên thế giới sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) là GSM, được ra đời tại Châu Âu GSM đã được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu đề xuất với CEPT về việc thiết lập một dịch vụ viễn thông chung cho châu Âu ở băng tần.

Vào năm 1985, hệ thống thông tin di động 900 MHz được quyết định, và đến tháng 5 năm 1986, giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn Sự phát triển của thông tin di động chủ yếu xuất phát từ nhu cầu của khách hàng và sự tiến bộ của xã hội Giai đoạn đầu chứng kiến sự cạnh tranh giữa Mỹ và Châu Âu, tiếp theo là Nhật Bản phát triển hệ thống riêng, đủ sức cạnh tranh với Mỹ và Châu Âu Sự phát triển của hệ thống thông tin di động có thể được chia thành nhiều giai đoạn khác nhau.

- Giai đoạn 1: Thông tin di động tơng tự (Analogue Cellular) Năm 1980

- Giai đoạn2: Thông tindi động Cellular số (Digital Cellular Mobile

- Giai đoạn 3: Thông tin di động thế hệ 3 (3 P rd P Generation Mobile Phone)

Bảng 1.1 Sự phát triển của thông tin di động

Năm Hệ thống thông tin di động mặt đất

1980 Nhóm điện thoại di động Bắc Âu NMT450/900(Sacandinavia)

Dịch vụ điện thoại cấp cao AMPS (USA)

1990 GSM Global System For Mobile Communication(Europe)

DCS 1800 Digital Cellular System at 1800Mhz (Europe)

D-AMPS/IS54(USA) PDC Personal Cellular System (Japan)

1994 DECT Digital European Cordless Telecommunication

Thông tin di động giai đoạn 1 sử dụng hệ thống tương tự Analogue Cellular, cho phép truyền tín hiệu thoại qua sóng mang Radio trực tiếp đến thuê bao với mỗi người phát có tần số riêng Tuy nhiên, hệ thống này gặp phải một số vấn đề như kích thước thiết bị đầu cuối lớn, bảo mật kém, nhiễu sóng lớn và hạn chế về tần số sử dụng.

Bảng 1.2 Cho thấy một số tham số kỹ thuật sử dụng hệ thống tơng tự.

Original Country Scandinavia Scandinavia USA

Sau khi hệ thống tương tự ra đời, nó đã liên tục phát triển sang hệ thống mới tốt hơn do không đáp ứng được nhu cầu sử dụng Năm 1982, tại Geneva, đã có kiến nghị chuyển đổi từ hệ thống Analogue sang Digital do nhóm Group Special Mobile (GSM) đề xuất Đến năm 1987, GSM công bố việc sử dụng hệ thống Digital với sự cam kết của 13 quốc gia Nhóm GSM đã hợp nhất thành ETSI và thành lập nhóm mới gọi là Special Mobile Group (SMG) Năm 1991, chữ viết tắt GSM được đổi thành Global System For Mobile.

Mạng GSM, đại diện cho thông tin di động thế hệ 2, đã thu hút đông đảo người sử dụng nhờ vào vốn đầu tư lớn và sự hài lòng về dịch vụ Sự phát triển của mạng GSM không chỉ diễn ra ở Châu Âu mà còn mở rộng sang Mỹ và Nhật Bản, nơi các hệ thống thông tin di động số riêng như D-AMPS và PDC cũng được phát triển.

Có thể kết luận các tiêu chuẩn sử dụng ở Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản nh sau:

Bảng 1.3 Các tiêu chuẩn sử dụng ở Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản

Original country Europe USA Japan

Access Method TDMA/FDD TDMA/FDD TDMA/FDD

Mặc dù hệ thống GSM đã được triển khai rộng rãi trên toàn thế giới, nhưng tốc độ truyền dữ liệu chỉ đạt 9.6 kbps, dẫn đến sự ra đời của hệ thống DECT bởi ESTI nhằm cải thiện tốc độ này Vào đầu năm 1991, Nhật Bản cũng phát triển hệ thống PHS để đáp ứng nhu cầu tương tự như DECT Đến giữa năm 1995, công ty NTT của Nhật Bản đã bắt đầu triển khai hệ thống PHS với vốn đầu tư không cao, giúp cước thuê bao sử dụng trở nên hợp lý hơn.

- 7 - cũng khá rẻ tiền Tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống PHS có thể đạt tới 64 kbps Hệ thống PHS đợc triển khai rất thành công ở Nhật Bản

Bảng 1.4 So sánh giữa hệ thống DECT và PHS

Access Method TDMA/FDD TDMA/FDD

Tiêu chuẩn của hệ thống điện thoại di động kỹ thuật số (Digital Cellular Mobile Phone) khác nhau giữa các quốc gia Mỹ và Nhật Bản áp dụng các tiêu chuẩn khác với GSM của Châu Âu, mặc dù hệ thống GSM vẫn được sử dụng, nhưng tần số lại khác nhau, cụ thể là 800 MHz và 1800 MHz.

Vào năm 1900, việc sử dụng máy cầm tay ở nước ngoài gặp nhiều rắc rối Để giải quyết vấn đề này, ITU T đã đưa ra tiêu chuẩn mới gọi là IMT-2000, nhằm tạo điều kiện cho các hệ thống thông tin di động hiện tại có thể hoạt động cùng nhau Sau đó, các quốc gia Châu Âu và Nhật Bản đã phát triển hệ thống W-CDMA, trong khi Qualcomm ở Mỹ phát triển hệ thống CDMA 2000 Cả hai hệ thống W-CDMA và CDMA 2000 đều đại diện cho thông tin di động thế hệ thứ ba theo tiêu chuẩn IMT-2000.

Năm 2002, hệ thống WCDMA đã chính thức được triển khai tại Nhật Bản, đánh dấu bước khởi đầu cho sự phát triển của công nghệ thông tin di động 3G Trong khi một số quốc gia đã thành công rực rỡ trong việc áp dụng công nghệ này, thì những quốc gia khác lại gặp khó khăn trong quá trình triển khai.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục phát triển hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 để hoàn thiện hệ thống trước đó, với dự kiến triển khai vào những năm gần đây Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng viễn thông về dịch vụ, các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba, với hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT 2000 là W-CDMA và CDMA2000 W-CDMA được phát triển từ GSM thế hệ 2, trong khi CDMA2000 phát triển từ IS 95 thế hệ 2 Thế hệ này có xu hướng hòa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất, phục vụ tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s, và được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng để phân biệt với các hệ thống băng hẹp hiện nay.

Các đặc tính cơ bản của hệ thống thông tin di động

Các mạng thông tin di động không chỉ cung cấp dịch vụ điện thoại cố định thông thường mà còn phải đảm bảo cung cấp các dịch vụ đặc thù cho mạng di động, nhằm đảm bảo thông tin có thể được truy cập mọi nơi, mọi lúc.

Các mạng thông tin di động phải đảm bảo các đặc tính sau:

1 Sử dụng hiệu quả băng tần đợc cấp phát để đạt đợc dung lợng cao do hạn chế của dải tần vô tuyến sử dụng cho thông tin di động

2 Đảm bảo chất lợng truyền dẫn yêu cầu.

3 Đảm bảo an toàn thông tin tốt nhất

4 Giảm tối đa rớt cuộc gọi khi thuê bao di động chuyển từ vùng phủ này sang vùng phủ khác

5 Cho phép phát triển các dịch vụ mới nhất là các dịch vụ phi thoại.

6 Để mang tính toàn cầu phải cho phép chuyển mạng quốc tế (International Roaming)

7 Các thiết bị cầm tay gọn nhẹ và tiêu tốn ít năng lợng.

Yêu cầu chung đối với hệ thống thông tin di động thế hệ 3

Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chung IMT 2000 Các tiêu chí chung để xây dựng IMT- -2000:

 Sử dụng dải tần quy định quốc tế nh sau:

 Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyÕn:

 Tích hợp các mạng thông tin vô tuyến và hữu tuyến

 Tơng tác với mọi loại dịch vụ viễn thông.

 Sử dụng các môi trờng khai thác khác nhau:

 Có thể hỗ trợ dịch vụ nh:

 Đảm bảo các dịch vụ đa phơng tiện

 Dễ dàng hỗ trợ các dịch vụ mới xuất hiện.

Môi trờng hoạt động của IMT 2000 đợc chia thành 4 vùng- :

 Vùng 1: Trong nhà, ô picô, R R b R ≤2Mbps

 Vùng 2: thành phố,ô micro, R b≤384kbps

Bảng 1.5 Phân loại các dịch vụ ở IMT-2000

Kiểu Phân loại Dịch vụ chi tiết

Dịch vụ di động Di động dịch vụ/di động cá nhân/ di động ®Çu cuèi Dịch vụ thông tin định vị

Dịch vụ theo dõi di động/dịch vụ theo dõi di động thông minh

-Dịch vụ âm thanh chất lợng cao -

-Dịch vụ truyền thanh AM (32 64 kbps)-

-Dịch vụ truyền thanh FM (64 384 kbps)-

-Dịch vụ số liệu tốc độ trung bình (64-144 kbps)

-Dịch vụ số liệu tốc độ tơng đối cao -

(384 2 Mbps) -Dịch vụ số liệu tốc độ cao ( 2 Mbps)≥

Dịch vụ đa phơng tiện

-Dịch vụ hình chuyển động (384 kbps 2Mbps)-

-Dịch vụ hình chuyển động thời gian thực (≥ 2 Mbps)

Dịch vụ Internet đơn giản

Dịch vụ thâm nhập Web

(384kbps 2 Mbps) Dịch vụ Internet thêi gian thùc

Dịch vụ Internet (384 kbps 2 Mbps)-

Dịch vụ Internet đa phơng tiện

Dịch vụ Wedsite đa phơng tiện thời gian thùc ( 2 Mbps)≥

Bảng 1.6 So sánh các thông số giao diện vô tuyến ở hai tiêu chuẩn này

Sơ đồ đa thâm nhập DS-CDMA băng rộng CDMA đa sóng mang §é réng b¨ng tÇn 5/10/15/20 1,25/5/10/15/20

456 Đồng bộ giữa các BTS Dị bộ/đồng bộ Đồng bộ Độ dài khung 10 ms 5/20 ms §iÒu chÕ DL/DX QPSK/BPSK QPSK/BPSK

Trải phổ DL/DX QPSK/OCQPSK(HPSK) QPSK/OCQPSK

Vocoder CS-ACELP/(ARM) EVRC,QCELP (13 kbps)

Tổ chức tiêu chuẩn 3GPP/ETSI/ARIB 3GPP2/TIA/TTA/ARIB

Hình 1.1 Mô hình mạng IMT-2000

Kí hiệu: TE = thiết bị đầu cuối

UI = Giao diện ngời sử dụng

Vùng thiết bị đầu cuối

Mạng thâm nhập +phát quảng bá thông tin thâm nhập hệ thống +Phát và thu vô tuyÕn + §iÒu khiÓn nhập vô tuyến

Mạng lõi đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển cuộc gọi, chuyển mạch dịch vụ, và quản lý tài nguyên quy định Nó còn đảm nhiệm việc quản lý dịch vụ, vị trí và nhận thức, tạo ra một vùng dịch vụ hiệu quả và đồng bộ.

Các dịch vụ ứng dụng

- 12 - Các dạng máy đầu cuối bao gồm:

 Thoại có hình chất lợng cao

 Đầu cuối giống nhmáy TV.

 Đầu cuối kết hợp TV và máy tính

 TV cầm tay có khả năng thu đợc MPEG.

 Đầu cuối số liệu gói.

 PC vở ghi có cửa thông tin cho phép:

• Văn bản, hình ảnh, thâm nhập cơ sở dữ liệu video

• PDA tốc độ cao hoặc trung bình

• PDA kết hợp với sách điện tử bỏ túi

 Máy nhắn tin hai chiều.

 Sách điện tử bỏ túi có khả năng thông tin.

Tổng kết quá trình tiến hóa của hệ thống

Bảng 1.7 Tổng kết một số nét chính của các nền tảng công nghệ thông tin di động từ thế hệ một đến thế hệ ba

Thế hệ thông Hệ thống Dịch vụ chung Chú thích tin di động

Thế hệ 1 (1G) AMPS, TACS, Tiếng thoại FDMA, tơng tự NMT

GSM và IS-136 chủ yếu phục vụ cho dịch vụ TDMA, trong khi IS-95 hỗ trợ CDMA cho thoại và tin nhắn với băng thông hẹp từ 8-13 kbps GPRS, được coi là công nghệ 2.5G, sử dụng TDMA và CDMA để cung cấp dịch vụ thoại và dữ liệu, với EDGE bổ sung khả năng truyền tải CDMA2000, thuộc thế hệ hai, cải thiện truyền dữ liệu bằng cách sử dụng phổ tần mới, trong khi WCDMA kết hợp dịch vụ thoại và dữ liệu băng rộng, tạo nền tảng cho thế hệ ba (3G) với khả năng truyền tải đa dạng hơn.

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1

Cấu trúc chung của hệ thống thông tin di động

1.2.1 Mô hình tham khảo hệ thống th ông tin di động

Mô hình tham khảo hệ thống thông tin di động thông tin di động đợc ở hình 1.3

Hình 1.3 Mô hình tham khảo của hệ thống thông tin di động

MS (Mobile Station) là thiết bị có thể được sử dụng trong ô tô hoặc là thiết bị cầm tay Nó không chỉ đảm nhận chức năng vô tuyến mà còn cung cấp giao diện cho người sử dụng như micro, loa, màn hình và bàn phím để quản lý cuộc gọi Bên cạnh đó, MS còn có khả năng kết nối với các thiết bị khác như máy tính cá nhân và fax.

● Thiết bị đầu cuối ,TE (Terminal Equipment) thực hiện các chức năng không liên quan đến mạng di động: Fax, máy tính

* Kết nối trạm di động, MT (Mobility Terminal) thực hiện các chức năng liên quan đến truyền dẫn ở giao diện vô tuyến

* Bộ thích ứng đầu cuối, TAF (Terminal Adapter Function) làm việc nh một cửa nối thông thiết bị đầu cuối với kết nối di động

LMN Các mạng ngoài VLR

* Trạm thu phát gốc (BTS)

Một trạm phát thu cơ sở (BTS) bao gồm các thiết bị phát thu, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến, hoạt động như một MODEM vô tuyến phức tạp với các chức năng mở rộng Bộ phận quan trọng nhất của BTS là TRAU (Transcoder/ Adapter Rate Unit), thực hiện quá trình mã hoá và giải mã hoá tiếng đặc thù riêng cho hệ thống di động, đồng thời thích ứng tốc độ trong trường hợp truyền số liệu.

* Bộ điều khiển trạm gốc (BSC)

BSC (Base Station Controller) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tất cả các giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa của BTS và MS Các lệnh này bao gồm việc ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và quản lý quá trình chuyển giao (Handover) BSC kết nối với BTS ở một phía và MSC ở phía còn lại, hoạt động như một tổng đài nhỏ với khả năng tính toán đáng kể Nhiệm vụ chính của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và thực hiện chuyển giao hiệu quả.

* Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (MSC)

Nhiệm vụ chính của MSC là điều phối cuộc gọi đến người sử dụng mạng thông tin di động, giao diện với BSC và mạng ngoài MSC cổng (GMSC) thực hiện việc kết nối với mạng ngoài, đảm bảo thông tin cho người sử dụng và khả năng truyền tải dữ liệu, cũng như báo hiệu giữa các phần tử mạng.

* Bộ ghi định vị thờng trú (HLR)

Thông tin về dịch vụ viễn thông được lưu trữ tại HLR (Home Location Register), nơi chứa dữ liệu quan trọng về vị trí hiện tại của thuê bao.

* Bộ ghi định vị tạm trú (VLR)

VLR (Visitor Location Register) là cơ sở dữ liệu quan trọng trong mạng thông tin di động, kết nối với một hoặc nhiều MSC Nó có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời thông tin về các thuê bao đang hoạt động trong khu vực phục vụ của MSC tương ứng, đồng thời cung cấp thông tin vị trí chính xác hơn so với HLR Các chức năng của VLR thường được tích hợp với các chức năng của MSC để đảm bảo hiệu quả trong việc quản lý và định vị thuê bao.

Mạng thông tin di động có thể bao gồm nhiều MSC và VLR Để thực hiện cuộc gọi đến người sử dụng, cuộc gọi cần được định tuyến đến tổng đài cổng GMSC mà không cần biết vị trí hiện tại của thuê bao Tổng đài cổng có nhiệm vụ lấy thông tin vị trí của thuê bao và định tuyến cuộc gọi đến tổng đài quản lý thuê bao tại thời điểm đó Để làm điều này, tổng đài cổng phải dựa vào số điện thoại của thuê bao để xác định HLR cần thiết và thực hiện truy vấn Tổng đài cổng cũng có giao tiếp với các mạng bên ngoài, đóng vai trò kết nối các mạng này với mạng thông tin di động, đồng thời có giao diện báo hiệu số 7 để tương tác với các phần tử khác trong mạng.

* Khai thác và bảo dỡng mạng (OS)

Hệ thống khai thác 0S (Operation System) thực hiện khai thác và bảo dỡng tập trung cho mạng thông tin di động

● Khai thác là các hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi của mạng

● Bảo dỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị và sửa chữa các sự cố và hỏng hóc Nó có một số quan hệ với khai thác

* Quản lý thuê bao và Trung tâm nhận thức (AUC)

Quản lý thuê bao bao gồm các hoạt động liên quan đến việc quản lý đăng ký của từng thuê bao Trung tâm xác thực (AUC) chịu trách nhiệm quản lý thông tin nhận thực và mật mã cá nhân của thuê bao dựa trên khóa bí mật AUC có thể được tích hợp trong HLR để tối ưu hóa quy trình quản lý.

* Quản lý thiết bị di động (EIR).

Quản lý thiết bị di động được thực hiện thông qua bộ đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identity Register), nơi lưu trữ tất cả dữ liệu liên quan đến trạm di động MS EIR kết nối với MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ của thiết bị.

* Bộ xử lý bản tín số liệu (DMH)

DMH (Date Message Handler) đợc sử dụng để thu thập các dữ liệu tính cíc

Các mạng thông tin bao gồm mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động công cộng mặt đất PLMN và mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói PSPDN.

Chơng II Kỹ thuật trải phổ

Kỹ thuật trải phổ đã được quân đội áp dụng trong hơn 50 năm, chủ yếu nhằm chống nhiễu và nghe trộm bằng cách làm cho tín hiệu không thể phân biệt với tạp âm Hiện nay, công nghệ CDMA, dựa trên nguyên lý này, đã được sử dụng rộng rãi cho thông tin di động và cá nhân toàn cầu, mang lại hiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn so với công nghệ tương tự và các công nghệ số khác, cho phép phục vụ số lượng thuê bao lớn hơn Các mạng thông tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật trải phổ cũng có khả năng tái sử dụng tần số, điều khiển công suất nhanh chóng và chính xác, đảm bảo chất lượng truyền dẫn cao, giảm độ trễ và cho phép chuyển vùng mềm giữa các trạm gốc.

Các hệ thống thông tin trải phổ

Chất lượng hệ thống thông tin được xác định thông qua tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) trong hệ thống thông tin tương tự và xác suất lỗi (PE) trong hệ thống thông tin kỹ thuật số.

Lý thuyết thông tin đã chỉ ra rằng để nâng cao tỷ số S/N với một mức tạm âm cho trớc có thể thực hiện theo 3 cách sau:

Tăng công suất nguồn tín hiệu có thể cải thiện hiệu suất, nhưng nhược điểm là chi phí sản xuất cao và phải tuân thủ các quy định quốc tế, đồng thời có thể ảnh hưởng đến mật độ phổ và các hệ thống khác.

- Tăng độ dài tín hiệu Tuy nhiên, biện pháp này lại hạn chế tốc độ truyền h×nh

Tín hiệu trải rộng phổ được tạo ra bằng cách sử dụng mã trải phổ có băng tần lớn tại đầu phát, giúp điều chế thông tin cần truyền Sau khi điều chế, thông tin sẽ có băng thông trải rộng gần bằng băng thông của mã trải phổ Tại đầu thu, ngoài tín hiệu trải rộng, còn có các yếu tố khác cần được xem xét.

Để tách tín hiệu mang thông tin khỏi nhiễu, cần sử dụng bản sao của mã trải phổ để giải điều chế tín hiệu thu được Quá trình giải điều chế đối với tín hiệu mang thông tin là nén phổ để phục hồi dạng tín hiệu ban đầu, trong khi đối với nhiễu, đó là quá trình trải phổ Sau khi giải điều chế, mật độ phổ của tín hiệu cần thu sẽ cao hơn mật độ phổ của nhiễu.

(b) Hệ thống chuẩn lu giữ (SR)

(c) Hệ thống tập lọc phủ hợp

Hình 2.1 Cấu hình các hệ thống thông tin trải phổ

Một hệ thống đợc định nghĩa là hệ thống trải phổ nếu nó thoả mãn các yêu cầu sau:

- Tín hiệu trải phổ có bề rộng phổ lớn hơn nhiều so với bề rộng phổ cần thiết để truyền thông tin đi

Nguồn c(t) nhiễu Điều chế Phát

Giải điều chÕ c(t) ď (t) Ngời sử dông

Tín hiệu c(t) Điều chế Phát

V V thu Giải điều chế c(t) ď (t) Ngời sử dông

V V thu Giải điều chế ď (t) Ngời sử dông

- Phía phát: Phổ đợc trải rộng nhờ mã trải phổ độc lập với dữ liệu và có tốc độ cao hơn nhiều tốc độ vào

- Phía thu: Phổ đợc nén trở về đúng bề rộng phổ cần thiết nhờ chính bản sao của mã trải phổ phía phát

Có ba loại cấu hình hệ thống có thể được sử dụng để đảm bảo máy thu và máy phát hoạt động đồng bộ với cùng một tập tín hiệu ngẫu nhiên Sơ đồ cấu hình của các hệ thống trải phổ được trình bày trong hình 2.1.

Hệ thống trải phổ chuẩn phát (TR - Transmitted Reference) cho phép máy phát truyền hai biến thái của sóng mang băng rộng: một sóng mang được điều chế bởi dữ liệu và một sóng mang không điều chế Máy thu sử dụng sóng mang không điều chế như một tín hiệu chuẩn để nén sóng mang điều chế, giúp giải quyết vấn đề đồng bộ tại máy thu Tuy nhiên, hệ thống này gặp một số nhược điểm, như dễ bị nghe trộn do mã trải phổ được phát công khai, dễ bị gây nhiễu khi đối phương phát tín hiệu có thể chấp nhận phù hợp với tín hiệu thu Hiệu quả của hệ thống giảm khi mức tín hiệu nhỏ do tạp âm tồn tại trên cả hai tín hiệu, và độ rộng băng cũng như công suất tăng gấp đôi vì phải phát hai tín hiệu băng rộng đồng thời.

Hệ thống trải phổ chuẩn lưu giữ (SR - Stored Reference) là một phương pháp trong đó tín hiệu trải phổ được tạo ra độc lập tại cả máy thu và máy phát Tín hiệu mã trải phổ trong hệ thống này được thiết kế một cách tối ưu, giúp ngăn chặn việc xác định chúng thông qua việc giảm thiểu các tác động trong quá trình truyền dẫn Điều này cho phép tín hiệu mã trải phổ hoạt động hiệu quả ngay cả khi có sự can thiệp từ tạp âm trong hệ thống.

SR không thể hoàn toàn ngẫu nhiên trong hệ thống TR trước đó, vì mã trải phổ cần được tạo ra độc lập tại nhiều vị trí Dãy mã trải phổ phải được xác định mặc dù sự xuất hiện của nó có vẻ ngẫu nhiên đối với các đối tượng trái phép.

Hệ thống tập lọc phù hợp (MF-U Matched Filter) U có chức năng phát tín hiệu đã bị xung hóa thông qua bộ lọc với đáp ứng xung dài và băng rộng.

Ưu điểm của hệ thống thông tin trải phổ

Triệt nhiễu

Hình 2.2 Sự triệt nhiễu của kỹ thuật trải phổ.

Nhiễu hình là tín hiệu không mong muốn trong thông tin, bao gồm nhiều loại như nhiễu xung, nhiễu liên tục, nhiễu trắng, nhiễu dải hẹp, nhiễu phân bố chuẩn, phân bố Poisson, nhiễu cộng, và tạp âm trắng cộng Gaussian Tạp âm trắng Gaussian có năng lượng phân bố đồng đều trên toàn bộ thang tần số, dẫn đến năng lượng tổng cộng của nó là không giới hạn.

Tín hiệu trải phổ bao gồm ba thành phần chính: tín hiệu chưa trải phổ, tín hiệu sau trải phổ ở phía phát, và tín hiệu sau trải phổ ở phía thu Mật độ phổ công suất dữ liệu vào được ký hiệu là G(f), trong khi mật độ phổ công suất dữ liệu trải phổ được biểu diễn bằng G SS (f) Băng tần dữ liệu vào là W d, và băng tần tín hiệu trải phổ là W SS Cuối cùng, mật độ phổ công suất tạp âm Gaussian được ký hiệu là N 0.

Hình 2.3 Kỹ thuật trải phổ với tạp âm Gaussian

Khi nhiễu dải hẹp kết hợp với tín hiệu trải phổ từ máy phát, quá trình giải trải phổ tại máy thu sẽ làm cho nhiễu này bị trải rộng và giảm đáng kể mật độ năng lượng phổ Hệ số tăng ích GP WSS/Wd cho thấy rằng nhiễu không tương thích với hệ thống trải phổ, miễn là mã trải phổ và mã giải trải phổ được đồng bộ chính xác.

Tạp âm trắng cộng Gaussian không cải thiện được đặc tính của tín hiệu truyền dẫn, như thể hiện trong hình 2.3.

Hệ thống trải phổ cho thấy khả năng triệt nhiễu hiệu quả với hai loại nhiễu khác nhau: một loại có dải tần rộng tương đương với độ rộng của hệ thống và một loại có dải tần hẹp hơn.

Ngoài nhiễu cố ý, còn có nhiễu sinh ra từ quá trình truyền sóng và từ các kênh khác hoạt động trong cùng băng tần Hệ thống trải phổ có khả năng loại bỏ các loại nhiễu này nhờ sự đồng bộ chính xác giữa mã trải phổ ở phía phát và mã ở phía thu.

U Mô hình trải phổ chống nhiễu phá:

W SS : Bề rộng phổ của thông tin S(t);W C : Bề rộng phổ của mã trải phổ C(t)

Hệ thống trải phổ sử dụng một tập con các tọa độ tín hiệu trực giao để kết nối thông tin dưới ảnh hưởng của nhiễu phá Nếu tín hiệu có băng thông W và thời gian tồn tại T, số phân lưới phổ tương ứng là 2.W.T Mỗi phân lưới phổ là một ô vuông với một chiều là đơn vị thời gian và chiều còn lại là đơn vị bề rộng phổ Với tín hiệu có băng thông lớn, số tọa độ trực giao tăng lên, làm cho việc xác định nhiễu phá trở nên khó khăn hơn Để gây nhiễu hiệu quả, nguồn gây nhiễu phải phân bổ năng lượng đều cho tất cả các tọa độ tín hiệu, dẫn đến công suất gây nhiễu bị chia nhỏ Mặc dù nguồn gây nhiễu có thể tăng cường công suất tại một số tọa độ, xác suất trùng với tọa độ liên kết thông tin vẫn rất thấp.

Giảm mật độ năng lợng

Trong hệ thống thông tin trải phổ, băng tần truyền dẫn lớn hơn nhiều so với băng tần tín hiệu, dẫn đến việc phổ tín hiệu trải ra rộng rãi Sự trải đều này giúp công suất trung bình của tín hiệu giảm nhỏ trên toàn bộ miền trải phổ, từ đó giảm thiểu nhiễu cho các máy thu khác và nâng cao khả năng chống phát hiện từ đối phương.

∇ ∇ ⊗ ⊗ mã trải phổ Gây nhiễu C(t) Mã trải phổ C(t) tốc độ chip R tốc độ chip R

Công nghệ 25 là nền tảng cho việc phát triển các hệ thống thông tin có xác suất phát hiện thấp (LPD) và xác suất bị chắn thấp (LPI) Ngoài ra, đài phát có khả năng tăng cường công suất phát mà vẫn tuân thủ các quy ước chung, không gây ảnh hưởng đến các đài phát lớn khác.

2.2.3 Phân giải theo thời gian đến

Hình 2.5 Đo lợng chính xác nhờ hệ thống trải phổ

Trong hệ thống tin, tín hiệu thu tại đầu máy gồm tín hiệu truyền thẳng từ anten phát, tín hiệu phản xạ do môi trường gây ra (Multipath), tín hiệu nhiễu xung quanh và tín hiệu gây nhiễu cố ý Đối với hệ thống thông tin trải phổ, các tín hiệu nhiễu đa đường cần được chú ý để cải thiện chất lượng truyền tải.

Xung thu đợc để đo lờng

Nhiễu cố ý đến trễ so với tín hiệu truyền thẳng sẽ bị nén với hệ số cao, và khi thời gian trễ quá lớn (vượt quá một thời khoảng chip), các tín hiệu này sẽ bị loại bỏ Việc này rất quan trọng trong ứng dụng kỹ thuật định vị và so vận tốc, giúp nâng cao độ chính xác của phép đo lường.

Truy nhËp ®a ®êng

Dung lợng của một hệ thố ng đa truy nhập th eo mã

Giả sử có K tín hiệu với công suất Ps đồng thời trên cùng một băng tần Tại đầu vào của bộ thu bất kỳ, tỷ số S/N (không tính tạp âm nhiệt) được xác định như sau:

Sau khi nén phổ, mỗi thành phần tín hiệu của từng người sử dụng bị nén công suất xuống G lần, dẫn đến tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) bị ảnh hưởng.

= K y G G y (2.2) Nếu tính thêm cả tạp âm nhiệt với công suất α thì: α +

S (2.3) và dung lợng hệ thống trở thành:

Tỷ số SNR yêu cầu của hệ thống, ký hiệu là yb, liên quan đến tỷ số lỗi bit trước đó Dung lượng của hệ thống phụ thuộc vào mức nhiễu mà tại đó hệ thống vẫn hoạt động bình thường, được gọi là “hệ thống nhiễu giới hạn.” Để giảm yb, cần có mã sửa lỗi hiệu quả cao Thực tế, G chính là tỷ số giữa băng thông tín hiệu đã trải phổ và băng thông dành cho tín hiệu cần truyền khi chưa trải phổ Tỷ số này tương đối lớn, cho thấy dung lượng của hệ thống trải phổ rất đáng kể.

Kỹ thuật trải phổ

Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp DS – SS

Trong phương pháp này, mã trải phổ trực tiếp tham gia vào quá trình điều chế, khác với các phương pháp khác mà mã trải phổ chỉ dùng để điều khiển tần số hoặc thời gian truyền dẫn tín hiệu sóng mang được điều chế bởi dữ liệu.

Kỹ thuật trải phổ trực tiếp có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, không yêu cầu tính ổn định nhanh hay tốc độ tổng hợp tần số cao Tuy nhiên, nhược điểm của nó là băng trải phổ chỉ đạt vài trăm MHz, với năng lượng phổ chỉ chiếm 90% trong dải chính và 99% nếu bao gồm thêm hai dải phụ.

Dải chính Dải phụ thứ Dải phụ thứ

- 29 - Công thức tính mật độ phổ công suất:

(2.5) với P: Công suất phát; Rc tốc độ chip; f0: tần số sóng mang

2.3.1.1 Trải phổ trực tiếp sử dụng phơng pháp điều chế BPSK

Một trong những biện pháp đơn giản để thực hiện trải phổ trực tiếp là sử dụng phương pháp điều chế BPSK (điều chế pha nhị phân) Phương pháp này áp dụng mã trải phổ c(t) với dạng xung NRZ, trong đó dãy các mã nhận các giá trị ±1 và có tốc độ chip cao hơn nhiều lần so với tốc độ dữ liệu.

Giả sử tínhiệu sóng mang có dạng s ( t ) = A cos ω o t

Biên độ của sóng mang được ký hiệu là A, trong khi tần số góc của sóng mang được ký hiệu là ω0 Để tính công suất sóng mang P, ta cần biết biên độ hiệu dụng của sóng mang, được ký hiệu là Arms.

Biểu thức sóng mang hiện nay có thể được biểu diễn dưới dạng S = 2 P cos ω 0 t Sau khi thực hiện điều chế số dịch pha, tín hiệu dữ liệu sẽ được thể hiện qua pha của sóng mang Tín hiệu sau khi điều chế lần thứ nhất (PSK) sẽ có dạng cụ thể.

Hình 2.7 Sơ đồ khối điều chế trải phổ trực tiếp (phía phát) d(t) dữ liệu nhị phân

Bé ®iÒu chÕ dữ liệu Bộ điều chế mã BPSK

- 30 - Trong đó: θd(t) là pha của sóng mang bị điều chế bởi dữ liệu

Ts là thời gian tồn tại của một kỹ hiệu điệu chế

Tín hiệu sóng mang sau quá trình trải phổ đơc phát đi có dạng:

Do vậy pha của tín hiệu sẽ gồm hai thành phần:

+ θc(t) là góc pha của ST(t) phụ thuộc vào mã trải phổ c(t)

+ θd(t) là góc pha của ST(t) phụ thuộc vào dữ liệu

Do mã trải phổ c(t) có dạng c ( t ) = ± 1 nên ST(t) có thể đợc viết lại nh sau: S T ( t ) = 2 P c ( t ) cos [ ω 0 t + θ d ( t ) ] = c ( t ) S d ( t ) (2.8)

Do c ( t ) = ± 1 nên c 2 ( t ) = ± 1 vì vậyS T ( t ) c ( t ) = c 2 ( t ) S d ( t ) = S d ( t ) (2.9) Da trên cơ sở phơng trình này, ngời ta thiết kế bộ giải điều chế ở phía thu

Hình 2.8 Sơ đồ khối giải điều chế trải phổ trực tiếp BPSK (phía thu)

Tín hiệu truyền tới máy thu là:

R ( t ) = 2 P c ( t − T d ) cos [ ω 0 ( t − T d ) + θ d ( t − T d ) + ϕ ] (2.10) Trong đó: Td: Trễ truyền dẫn thực sự giữa máy phát và máy thu

Đánh giá của máy thu đối với thời gian trễ ϕ, với ϕ là góc pha ngẫu nhiên trong khoảng [0, 2π], được thực hiện bằng cách đơn giản hóa các phép tính Để dễ dàng hơn trong quá trình tính toán, một số loại nhiễu và tạp âm Gaussian đã được loại bỏ.

- Bớc 1: Giải trải phổ nhân tín hiệu R(t) với mã trải phổ đợc tạo ra ở máy thu là c(t-Td)

Lọc thông dải Giải điều chế

R ( t ) = 2 P c ( t − T d ) c ( t − T d ) cos [ ω 0 ( t − T d ) + θ d ( t − T d ) + ϕ ] (2.11) Nếu mã trải phổ máy thu đồng bộ chính xác với máy phát, khi đó

- Bớc 2: Giải điều chế pha Tín hiệu sau bộ lọc thông giải đợc đi qua bộ giải điều chế BPSK để thu lại dữ liệu d(t) ban đầu.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét quá trình điều chế lần đầu tiên với phương pháp điều chế pha số thông thường, và điều chế trải phổ lần thứ hai với BPSK Tiếp theo, chúng ta sẽ phân tích trường hợp cả hai lần điều chế đều sử dụng phương pháp BPSK.

+ Khi cả hai lần là điều chế BPSK thì dữ liệu điều chế sau hai lần có dạng

Trong điều chế BPSK, pha của sóng mang được dịch là π, với dữ liệu d(t) có giá trị ±1 Đặc biệt, trong BPSK, độ dài một ký hiệu điều chế (Ts) bằng với độ dài một bit (Tb).

Phương trình trên cho phép đơn giản hóa việc xây dựng mô hình hệ thống DS/BPSK phía phát, trong đó quá trình điều chế trải phổ được thay thế bởi việc nhân mã trải phổ c(t) với dãy dữ liệu d(t).

Hình 2.9 Sơ đồ khối điều chế trảiphổ trực tiếp BPSK (phía phát)

⊗ Bé ®iÒu chÕ BPSK d(t) Dữ liệu nhị phân s(t) Sãng mang

Trong điều chế DS/BPSK, mật độ phổ công suất sóng mang được tính toán để hiểu rõ hơn về đặc điểm của sóng mang Phân tích này giúp xác định cách thức mà tín hiệu được điều chế và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất truyền tải thông tin Mật độ phổ công suất cung cấp cái nhìn sâu sắc về các thành phần tần số của sóng mang, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa quá trình truyền dẫn.

Với f0=ω0/2 : là tần số sónπ g mang dữ liệu (tần số trung tần băng tần dữ liệu); Tb: Thời gian bit dữ liệu.

ST(t) là tín hiệu sóng mang điều chế pha nhị phân, do đó mật độ phổ công suất của nó được tính theo công thức với Tb = Tc.

Hình 2.10 Phổ công suất DS/BPSK

Phổ công suất của tín hiệu trải phổ dãy trực tiếp có hai biên đối xứng với biên độ P.Tc/2, trong đó bề rộng phổ mỗi bên là 2/Tc.

Tín hiệu sau khi trải phổ sẽ có độ rộng tăng lên gấp Tb/Tc lần, trong khi biên độ phổ lại giảm đi gấp Tb/Tc lần Mã trải phổ có tốc độ chip cao hơn nhiều so với tốc độ dữ liệu.

Tb T≤ cvì vậy sau trải phổ tín hiệu có mật độ phổ giảm đi nhiều. Độ tăng ích của hệ thống: c b b c b ss p T

-f 0 1 0 +f 0 a.Phổ tín hiệu trớc khi trải phổ

2 f -f 0 +f 0 b.Phổ tín hiệu sau khi trải phổ

Tb càng lớn hơn Tc thì tức là độ tăng ích đợc xây dựng càng tốt và chất lợng hệ thống trải phổ càng tốt

2.3.1.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp sử dụng phơng pháp điều chế QPSK Điều chế pha 4 mức (QPSK) sử dụng nguyên lý tổ hợp 2 bit thành một ký hiệu điều chế và đợc mô tả bằng một trạng thái pha sóng mang

Bộ điều chế trải phổ dãy trực tiếp QPSK có sơ đồ nh sau:

Hình 2.11 Sơ đồ khối bộ điều chế trải phổ DS/QPSK

U Nguyên lý hoạt động của bộ điều chế U : Đầu trên dòng bit dữ liệu d(t) điều chế sóng mang: t P t

S ( ) = 2 cos ω 0 Đầu ra của bộ điều chế pha là tín hiệu điều pha 4 trạng thái:

Bé lai cÇu phơng

Tổ hợp bit Trạng thái pha

Trong đó θd(t) là góc pha của sóng mang bị điều chế nhận các giá trị là 0, π/2, π π,3 /2 tuỳ theo cặp bit tơng ứng

Các vectơ tín hiệu đợc biểu diễn trong không gian tín hiệu nh sau:

Hình 2.12 Các tectơ tín hiệu

Dữ liệu sau khi được điều chế sẽ được chuyển đổi qua bộ chuyển đổi nối tiếp song song, tạo ra hai tín hiệu sóng mang được điều chế bởi dữ liệu trực giao Hai tín hiệu này được truyền qua hai kênh, được gọi là kênh I (kênh đồng pha) và kênh Q (kênh cầu phương).

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS

Hệ thống trải phổ trực tiếp sử dụng bộ điều pha QPSK có giới hạn về tốc độ mã trải phổ, chỉ đạt tối đa 100Mchip/s Điều này dẫn đến việc độ rộng băng tần trải phổ bị giới hạn chỉ ở mức vài trăm MHz.

Trong hệ thống trải phổ nhảy tần, tín hiệu sóng mang không được điều chế trực tiếp mà được sử dụng để điều khiển bộ tổng hợp tần số Bộ tổng hợp này có k chip mã, cho phép nhảy đến 2^k tần số khác nhau Một đoạn k chip của mã giả ngẫu nhiên sẽ điều khiển bộ tổng hợp nhảy đến tần số tương ứng với đoạn mã đó Trong mỗi bước nhảy, phổ sóng mang không thay đổi mà chỉ chuyển sang hoạt động ở tần số mới.

Với sự phát triển của công nghệ hiện nay, băng tần tín hiệu trải phổ có thể đạt tới vài GHz Tuy nhiên, ở tần số cao, bộ tổng hợp tần số gặp khó khăn trong việc duy trì sự kết hợp pha khi thực hiện nhảy tần, dẫn đến việc kỹ thuật điều chế kết hợp chỉ có hiệu quả trong từng khoảng nhảy tần cụ thể.

Hệ thống trải phổ nhảy tần đợc mô tả trong hình 2.16:

Hoạt động của hệ thống nh sau:

U Phía máy phát: U Dữ liệu d(t) đợc đa tới bộ điều chế MFSK để điều chế sóng mang rồi đợc điều chế nhảy tần với mã nhảy tần ngẫu nhiên

U Phía máy phát: U Tín hiệu thu đợc đi qua bộ giải điều chế nhảy tần để

Hình 2.16 Sơ đồ khối hệ thống nhảy tần

Khối phục tín hiệu sóng mang được điều chế bởi dữ liệu và được xử lý qua bộ giải điều chế MFSK để thu hồi thông tin Cả máy phát và máy thu đều sử dụng bộ tạo mã PN với k chip mã tương ứng với mỗi từ tần số Để đảm bảo hiệu quả, số từ tần số không được nhỏ hơn tỷ lệ giữa độ rộng trải phổ WSS và độ rộng một bước nhảy tần ∆f.

Bên phát Kênh truyền Bên thu

MFSK chế nhảy Bộ điều t ần ∑ chế nhảy Bộ điều tần chế MFSK Giải điều

Tạo mã PN Tạo mã PN

U Phân loại các hệ thống nhảy tần:

Việc phân loại hệ thống nhảy tần có thể dựa theo hai tiêu chuẩn:

Phân lọai theo tơng quan giữa tốc độ nhảy tần RH và tốc độ điều chế

RS: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm

+ Nếu RH là bội của RS thì hệ thống đợc gọi là nhảy tần số nhanh

+ Nếu RS là bội của RH thì hệ thống đợc gọi là nhảy tần số chậm.

Chip được định nghĩa là biểu hiện tín hiệu có thời gian tồn tại ngắn nhất trong hệ thống, khác với trải phổ trực tiếp Một chip chính là một bit mã trải phổ; trong hệ thống trải phổ nhảy tần, chip đóng vai trò là bước nhảy tần đối với nhảy tần nhanh và là ký hiệu điều chế đối với nhảy tần chậm Cách phân loại thứ hai dựa trên kiểu điều chế và giải điều chế, chia thành hai loại khác nhau.

+ Hệ thống nhảy tần kết hợp (CoherentFH/SS)

+ Hệ thống nhảy tần không kết hợp (Non CoherentFH/SS)

Hệ thống nhảy tần kết hợp khó xây dựng khi tốc độ nhảy tần lớn mà chỉ xây dựng cho loại nhảy tần chậm

H = (với n là một số nguyên đủ lớn)

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần nhanh đợc minh hoạ trong hình 2.17.

Hình 2.17 Trải phổ nhảy tần nhanh

Hệ thống nhảy tần sử dụng điều chế 2FSK cho phép truyền dữ liệu hiệu quả Trong đó, tần số trung tâm băng dữ liệu được biểu diễn bằng đường nét đứt, tương ứng với sóng mang f0 trong điều chế BPSK Các tần số nhảy đến được thể hiện bằng đường nét liền, với tone 1 khi tần số cao hơn f0 và tone 0 khi tần số thấp hơn f0.

Hình vẽ 2.17 minh họa một ký hiệu dữ liệu với 4 bước nhảy, trong đó các tần số phát sóng trong thời gian một bit dữ liệu bao gồm 4 tần số nhảy được biểu diễn bằng đường liền nét Các tần số này được điều khiển bởi mã trải phổ PN, từ đó tạo ra tín hiệu cho bộ tổng hợp tần số.

Thời gian chip ở đây chính là thời gian một bớc nhảy tần TH

Các đờng nét đứt biểu thị tần số trung tâm băng dữ liệu, còn các đờng liền nét biểu thị các tần số nhảy.

Trong dãy tín hiệu trên có 8 tần số nhảy chậm toàn bộ độ rộng bằng tần

WSS là phương pháp mà cứ sau 3 ký hiệu sẽ thực hiện một lần nhảy tần số (n=3), điều này có nghĩa là thời gian tồn tại của mỗi bước nhảy bằng 3 lần thời gian của một ký hiệu Hình 2.18 minh họa phổ nhảy tần chậm.

- 42 - a/ Trải phổ nhảy tần kết hợp

Sơ đồ khối máy phát và máy thu đợc mô tả nh hình 2.19 và 2.20:

Hiện nay, hầu hết các kỹ thuật nhảy tần đều được thực hiện một cách không kết hợp Một hệ thống nhảy tần kết hợp thực sự chỉ tồn tại trên lý thuyết, nhưng để có cái nhìn tổng quát hơn, chúng ta sẽ xem xét một ví dụ về loại hệ thống này.

U Hoạt động của hệ thống nh sau:

Hình 2.19 Hệ thống trải phổ nhảy tần chậm tách sóng kết hợp (máy phát)

Dưới sự điều khiển của mã nhảy tần giả ngẫu nhiên với k chip, bộ tổng hợp tần số có khả năng tạo ra một dãy tần số trong khoảng thời gian tồn tại TC Tín hiệu hT(t) tại đầu ra của bộ tổng hợp tần số được tín nhấn như sau:

Hàm xung đơn vị P(t) được sử dụng trong độ xung nhảy tần TC, thể hiện thời gian tồn tại của tone Tần số góc ωn của tone nhảy tần thứ n có giá trị từ -∞ đến ∞, trong khi góc pha n của tone này được xác định tại phía thu để thực hiện giải điều chế kết hợp.

Bé ®iÒu chế dữ liệu Lọc thông cao h T (t ) §iÒu chÕ nhảy tần

Lọc thông cao Mạch lọc thông giải

Bộ giải ®iÒu chÕ MFSK d(t) ®iÒu chÕ nhảy tần

Hình 2.20 ệ thống trải phổ nhảy tần chậm tách sóng kết hợp (máy thu)H

Tần số góc ωn được xác định từ một trong hai tần số k P P mà bộ tổng hợp tần số có khả năng tạo ra Khi xảy ra nhảy tần, bộ tạo mã giải tạp âm phát ra một từ tần số để điều khiển bộ tổng hợp tần số chuyển sang tần số sóng mang mới Kết quả là tại bước nhảy tần, tín hiệu phát đi là sóng mang S(t) với tần số ωn+ω0, trong đó ω0 là tần số của sóng mang được điều chế.

Tín hiệu sóng hT(t) có thể là tuần hoàn hoặc không, và trong nhiều trường hợp, nếu hT(t) tuần hoàn, chu kỳ của nó có thể được coi là đủ dài để đạt được sai số nhỏ khi chu kỳ tiến đến vô cùng Điều này dẫn đến việc hT(t) được xem như một dãy tần số hoàn toàn ngẫu nhiên Đối với các hệ thống nhảy tần liên kết, góc pha ϕn sẽ được sử dụng mỗi khi hT(t) trở lại tần số ωn.

Sóng nhảy tần phát đi được tạo ra từ sự kết hợp giữa Sd(t) và hT(t), sau đó được truyền qua bộ lọc băng cao đến anten Tín hiệu phát Sd(t) do đó được tính toán như sau:

Giả sử thoả mãn điều kiện Sd(t) và hT(t) độc lập trực giao, mật độ phổ của tín hiệu nhảy tần phát đi của hệ thống là:

S T ( f ) = S d ( f ) h T ( f ) (2.30) Với Sd(t): mật độ phổ công suất sóng mang điều chế bởi dữ liệu

Sd(t): mật độ phổ công suất sóng mang nhảy tần hd(t)

Tại phía thu tín hiệu nhận đợc sẽ là Sd(t+Td) với Tdlà trễ truyền dẫn.

S ( ) ( ) cos (ω0 ω ) ϕ θ ( ) (ω0 ω ) (2.31) Tín hiệu này đợc đổi tần xuống bằng cách trộn với tín hiệu hd(t)

Trong trường hợp lý tưởng, sóng mang ở phía thu động bộ và sóng mang ở phía phát tực có cùng chu kỳ Td Sau khi bộ lọc thông dải loại bỏ các thành phần tần số không cần thiết, tín hiệu cuối cùng được truyền tới bộ giải điều chế MFSK.

Các kỹ thuật đa truy nhập trong thông tin di động

Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)

Công nghệ CDMA phân chia băng tần thành các dải tần rộng, cho phép truyền tín hiệu qua các kênh mã hóa khác nhau, mỗi kênh được nhận dạng bằng một mã giả ngẫu nhiên (PN - Pseudo random Noise) duy nhất Mỗi thiết bị di động (MS) được gán một mã riêng biệt, giúp kỹ thuật trải phổ tín hiệu giảm thiểu nhiễu giữa các MS khi sử dụng chung dải tần số Tín hiệu CDMA sử dụng một phần của kênh mã hóa để điều khiển, bao gồm các kênh pilot, đồng bộ, nhắn tin và truy cập Hệ thống CDMA được minh họa trong hình vẽ 3.3.

Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật nén số tương tự như TDMA, nhưng do tốc độ bit thay đổi theo mức độ thoại, nên tốc độ bit trung bình của tín hiệu thấp hơn.

Mã điều khiển Mã truy nhập

PSTN M SC Kênh dải rộng

Kênh thoại đợc mã hoá 1 2 3 4 1 3 4

Hình 3.3 Hệ thống tổ ong CDMA

Các hệ thống CDMA sở hữu dải tần rộng lên tới hàng MHz, cho thấy ứng dụng phổ biến của kỹ thuật trải phổ trong lĩnh vực thông tin vô tuyến.

Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến hoạt động với cường độ trường rất nhỏ, mang lại hiệu quả chống nhiễu tốt hơn so với FDMA và TDMA Việc các thuê bao di động sử dụng chung tần số giúp đơn giản hóa thiết bị truyền dẫn vô tuyến, đồng thời việc thay đổi kế hoạch tần số trở nên dễ dàng hơn Điều này tạo điều kiện cho việc chuyển giao mềm mại và kiểm soát dung lượng trong các cell trở nên linh hoạt hơn.

Công nghệ CDMA băng hẹp (N-CDMA) hoạt động trên băng thông 1.25MHz đã trở thành một giao diện vô tuyến phổ biến trong dịch vụ tổ ong và mạch vòng thuê bao vô tuyến PCS Tuy nhiên, công nghệ này gặp nhiều vấn đề như điều khiển công suất chuyển vùng, rớt cuộc gọi, dung lượng hạn chế và vi rút phần mềm Đồng thời, tiêu chuẩn IS 95 của N-CDMA không đáp ứng được nhu cầu dịch vụ số liệu tốc độ cao, ISDN và các dịch vụ khác Do đó, việc xây dựng hệ thống thông tin thế hệ thứ 3 với yêu cầu thông tin tốc độ cao và dịch vụ đa phương tiện băng rộng trở thành thách thức lớn, đòi hỏi các nhà nghiên cứu cần phát triển một hệ thống CDMA băng rộng dựa trên nền tảng của CDMA băng hẹp.

W - CDMA là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã trực tiếp băng rộng (wideband DS CDMA) với các tính năng cơ sở nh :-

 Hoạt động ở CDMA băng rộng với băng tần 5MHz

 Miền thời gian có một cấu trúc khung gồm các khung 10ms, đối với mỗi khung lại đợc chia thành 16 khe thời gian 0.635ms

W- CDMA

Sơ đồ khối chung

Sơ đồ khối tổng quát của mạng thông tin di động thế hệ 3 W CDMA - đợc thể hiện ở hình 3.4

Mạng thâm nhập vô tuyến

Mạng lõi Iu cs Iu ps

Hình 3.4 Sơ đồ khối tổng quát của mạng TTDĐ thế hệ 3 W-CDMA

Từ hình 3.4 ta thấy mạng thông tin di động thế hệ 3 gồm hai phân mạng: mạng lõi và mạng thâm nhập vô tuyến

Mạng lõi di động bao gồm các trung tâm chuyển mạch kênh (MSC) và các nút hỗ trợ chuyển mạch gói (SGSN), kết nối các kênh thoại và truyền dữ liệu với các mạng bên ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch kênh và nút chuyển mạch gói cổng (GMSC và GGSN) Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài, cần có phần tử tương tác mạng (IWF) Ngoài ra, mạng lõi còn bao gồm các cơ sở dữ liệu thiết yếu cho mạng di động như HLR, AUC và EIR.

Mạng thâm nhập vô tuyến chứa các phần tử sau:

• RNC : Radio Network Controller = Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò nh BSC ở các mạng thông tin di động

• NB: Node B = Nút B, đóng vai trò nh các BTS ở các mạng thông tin di động

• MS: Mobile Station = trạm di động

• TE: Terminal Equipement: Thiết bị đầu cuối

Giao diện giữa MSC và RNC là Iucs, giao diện giữa SGSN và RNC là Iups còn giao diện giữa các RNC với nhau là Iur.

Cấu trúc phân lớp của W-CDMA

Cấu trúc phân lớp của W-CDMA đợc xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn của UMTS đợc cho ở hình 3.5

GC: General Control = ®iÒu khiÓn chung

DC: Dedicated Control = điều khiển riêng

UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network = mạng thâm nhập vô tuyến mặt đất theo tiêu chuẩn UMTS

UE: User Equipement = Thiết bị của ngời sử dụng

Các giao thức trong mạng WCDMA được phân chia thành hai tầng chính: tầng không thâm nhập và tầng thâm nhập Hình 3.6 minh họa cấu trúc giao thức tại giao diện vô tuyến.

UE   Rodio UTRAN Mạng lõi

GC Nt DC GC Nt DC

Hình 3.5 Cấu trúc phân lớp của mạng W-CDMA

Giao diện vô tuyến đợc phân thành 3 lớp giao thức:

• Lớp đoạn nối số liệu (L2).

Lớp 2 đợc chia thành các lớp con điều khiển thâm nhập môi trờng (MAC: Medium Access Control) và RLC (Radio link Control: điều khiển đoạn nối), giao thức hội tụ số liệu gói (PDCP: Packet Data Convergence Protocol) và BMC (Broadcast/Multicast Control: Điều khiển quảng bá/đa phơng)

GC Nt DC Thông tin mặt phẳng U GC: Điều khiển chung

Nt: Thông báo DC: Điều khiển riêng

L2/PDC (Giao thức hội tụ số liệu gói)

L2/BMC (Điều khiển quảng bá/Đa phơng tiện)

L2/MAC Các kênh truyền tải L1 § iÒ u kh iÓ n § iÒ u kh iÓ n

Hình 3.6 Cấu trúc giao thức ở giao diện vô tuyến

RLC RLC RLC RLC §iÒu khiÓn § iÒ u kh iÓ n § iÒ u kh iÓ n

(Điều khiển tài nguyên vô tuyến) RRC

L 2/ R L C (Đ iề u kh iể n đo ạn đo ạn V T )

Lớp 3 và RLC đợc chia thành các hai mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (C) và mặt phẳng ngời sử dụng (U) PDCP và BMC chỉ có ở mặt phẳng U Trong mặt phẳng C lớp 3 đợc chia thành các lớp con: “Tránh lặp” (TBD) nằm ở tầng thâm nhập nhng kết cuối ở mạng lõi (CN: Core Network) và lớp điều khiển tài nguyên vô tuyến (RRC: Radio Resource Control) Báo hiệu ở các lớp cao hơn (MM :Mobility Management) và (CC: Connection Management) đợc coi là ở tầng không thâp nhập

3.3 ứ ng dụng công nghệ ATM trong thông tin di động

Các thế hệ thông tin di động tương lai sẽ tích hợp các nút chuyển mạch kênh cho âm thanh và chuyển mạch gói cho dữ liệu, sử dụng chung một nút chuyển mạch dựa trên công nghệ ATM.

MSC là tổng đài di động, trong khi G-MSC là tổng đài di động kết nối với mạng PSTN Mạng chuyển mạch số liệu gói được gọi là ISDN, trong khi B-ISDN là mạng chuyển mạch đa dịch vụ liên kết băng rộng IN đại diện cho mạng thông minh, và PLMN là mạng di động mặt đất công cộng Cuối cùng, IWF là khối tương tác trong hệ thống mạng này.

Mạng thông tin di động áp dụng công nghệ ATM, với mô hình giao thức cho kênh truyền tải RACH dựa trên nền tảng này Đối với kênh truyền tải RACH, MAC riêng (MAC -d) tận dụng các dịch vụ của MAC để tối ưu hóa hiệu suất truyền tải.

Mạng lõi (Mạng lõi + Điều khiển thông minh)

Mạng thâm nhập vô tuyến (RAN) Các mạng khác

MSC Điều khiển cuộc gọi Điều khiển di động

Ngoại vi thông minh Điều khiển dịch vụ Internet

Hình 3.7 Mạng thông tin di động sử dụng công nghệ ATM

Tại thiết bị của người sử dụng UE, MAC chuyển PDU của nó đến MAC c đồng cấp trong RNC dựa trên các dịch vụ của lớp vật lý Chức năng tương tác (IWF) ở nút B chuyển khung RACH nhận được ở lớp vật lý vào bộ phận giao thức khung RACH (RACH FP) Bộ phận này bổ sung thông tin đầu đề cho RACH FP PDU và truyền nó qua kết nối AAL2 (hoặc AAL5) Cuối cùng, tại RNC, phần tử RACH FP chuyển MAC-c PDU đến MAC-c.

Hình 3.8 Giao thức truyền tải RACH trên cơ sở

Thí dụ về giao thức báo hiệu ở hệ thống cdma2000 sử dụng công nghệ ATM đợc cho ở hình 3.9

BHL3 là lớp 3 trong giao thức mạng; LAC chịu trách nhiệm điều khiển thâm nhập đoạn nối; MAC đảm nhiệm việc điều khiển thâm nhập môi trường; AAL là lớp thích ứng trong công nghệ ATM; ATM Phy là lớp vật lý của ATM; và BSSAP là phần ứng dụng của BSS.

SCCP: Phần điều khiển kết nối báo hiệu; MTP: Phần truyền bản tin

UE Uu node B Iub CRNC/SRNC

TE2/MT BTS BSC MSC ISN

SCCP LAC MTP-3b MAC SAAL

Hình 3.9 Giao thức báo hiệu cho hệ thống CDMA 2000 trên cơ sở ATM

3.4 Đánh giá hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA

Trong hệ thống CDMA, dung lợng bị giới hạn bởi tỉ số Eb/It cho phép:

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm được biểu thị bằng Eb/It, trong khi β đại diện cho hệ số nhiễu từ các ô khác Độ lợi nhờ phân đoạn ô được ký hiệu là η, và λ là hệ số điều khiển công suất hoàn hảo Cuối cùng, ν là hệ số tích cực tiếng.

BW là bề rộng băng trải phổ

R là tốc độ tối đa của băng tần

Eb/It được ảnh hưởng bởi phương pháp điều chế, tỷ lệ bit lỗi BER, tốc độ dữ liệu và suy hao đường truyền Các yếu tố này cũng chịu ảnh hưởng từ đa luồng và pha đinh Công nghệ CDMA cho phép phát hiện các thành phần đa luồng thực và sử dụng bộ thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu thực tế, từ đó thu được tín hiệu tốt hơn.

Mã hóa trực giao giúp tăng cường khả năng chống nhiễu, trong khi mã khối cung cấp khả năng chống lỗi cụm Mã xoắn được sử dụng để cải thiện tỷ lệ Eb/It và duy trì hệ số BER ổn định.

CDMA có chất lợng thoại cao vì:

▪ Sử dụng bộ mã hóa thoại có tốc độ biến đổi ν λ β × η × × × +

▪ Sử dụng phơng pháp chuyển vùng mềm

▪ Điều khiển công suất nghiêm ngặt

▪ Sử dụng kỹ thuật phân tập

▪ Khả năng phát hiện và sữa lỗi cao

▪ Do nguyên lý trải phổ, các tạp âm có dạng là hằng số đều đợc loại bỏ

Chơng IV Phơng pháp Quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3

Hiện nay, có nhiều phương pháp để triển khai hệ thống CDMA 2000 Khi thiết kế hệ thống mới, cần tính toán kỹ lưỡng vùng phủ và dung lượng Đối với hệ thống được xây dựng dựa trên IS 95, việc triển khai cần chú trọng đến dung lượng và dịch vụ dữ liệu gói CDMA 2000-1x có khả năng sử dụng băng tần tương tự như IS-95B Hệ thống CDMA 2000 có thể được triển khai trên các băng tần riêng biệt, chia sẻ sóng mang với IS 95, tạo điều kiện cho việc nâng cấp và mở rộng dịch vụ.

Để nâng cao hiệu suất mạng, cần nâng cấp các trang thiết bị mạng, bao gồm việc nâng cấp BS từ 1x lên 3x và cải tiến vocoder trong sơ đồ điều chế Đồng thời, yêu cầu bổ sung thêm các node dịch vụ dữ liệu gói và hệ thống nhận thực trao đổi thanh toán (AAA).

Hệ thống CDMA 2000 được triển khai qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu là CDMA 2000_1x và giai đoạn hai là phát triển từ 1x lên 3x CDMA 2000_1x bao gồm một số thế hệ khác nhau.

 CDMA 2000-1x hiện đã đợc triển khai.

 CDMA 2000-1xEV_DO: chỉ cho dữ liệu gói và sẽ đợc triển khai vào n¨m 2002

 CDMA 2000-1xEV_DV: cho dịch vụ gói và thoại.

Hệ thống CDMA 2000-3x có khả năng triển khai chồng lấn với hệ thống 1x Để thực hiện điều này, dữ liệu trên đường lên 3x được chia thành 3 sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông tốc độ 1.2288 Mcps, tạo thành một hệ thống đa sóng.

- 63 - mang MC Đờng xuống 3x sử dụng tổng số 3 sóng mang 1x và đợc kết hợp thành sóng mang trải phổ 3.6864 Mcps

Tốc độ số liệu dự kiến cho 1x, 1xEV DO đợc cho ở bảng.-

Bảng 4.1 Tốc độ số liệu cực đại 1x Đờng xuống Đờng lên

Bảng 4.2 Tốc độ số liệu cực đại 1xEV-DO Đờng xuống Đờng lên

Đánh giá hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA

Trong hệ thống CDMA, dung lợng bị giới hạn bởi tỉ số Eb/It cho phép:

Tỷ số Eb/It phản ánh tín hiệu trên tạp âm, trong khi β biểu thị hệ số nhiễu từ các ô khác Độ lợi nhờ phân đoạn ô được ký hiệu là η, và λ là hệ số điều khiển công suất hoàn hảo Cuối cùng, ν là hệ số tích cực tiếng, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa chất lượng tín hiệu.

BW là bề rộng băng trải phổ

R là tốc độ tối đa của băng tần

EB/IT được yêu cầu ảnh hưởng bởi phương pháp điều chế, tỷ lệ bit lỗi BER, tốc độ dữ liệu và suy hao đường truyền Các yếu tố này tác động đến đa luồng và pha đinh CDMA cho phép phát hiện các thành phần đa luồng thực và sử dụng bộ thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu thực tế, từ đó thu được tín hiệu chất lượng cao.

Mã hóa trực giao giúp tăng cường khả năng chống nhiễu, trong khi mã khối cung cấp khả năng chống lỗi cụm hiệu quả Mã xoắn được sử dụng để cải thiện tỷ lệ Eb/It và ổn định hệ số BER.

CDMA có chất lợng thoại cao vì:

▪ Sử dụng bộ mã hóa thoại có tốc độ biến đổi ν λ β × η × × × +

▪ Sử dụng phơng pháp chuyển vùng mềm

▪ Điều khiển công suất nghiêm ngặt

▪ Sử dụng kỹ thuật phân tập

▪ Khả năng phát hiện và sữa lỗi cao

▪ Do nguyên lý trải phổ, các tạp âm có dạng là hằng số đều đợc loại bỏ

Chơng IV Phơng pháp Quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3

Dự báo lu lợng

Dự báo số thuê bao

Để phục vụ thị trường hiệu quả, cần đánh giá tổng số thuê bao hàng tháng nhằm nhận diện xu hướng phát triển Việc này là thiết yếu trong quy hoạch để dự phòng cho tương lai Ngoài ra, cần dự báo số lượng thuê bao cho từng loại dịch vụ khác nhau, chẳng hạn như tổ hợp dịch vụ chỉ thoại, thoại và dữ liệu, hoặc chỉ dữ liệu Các dịch vụ dữ liệu cũng có thể được phân chia thành nhiều loại dịch vụ và thiết bị khác nhau.

Dự báo sử dụng lu lợng tiếng

Dự báo sử dụng dịch vụ tiếng bao gồm việc đánh giá khối lượng lưu lượng tiếng do người sử dụng dịch vụ tạo ra hàng tháng Dữ liệu cần thiết phải bao gồm phân bố lưu lượng từ MS đến cố định, từ MS tới MS và từ MS tới email Đặc biệt, lưu lượng từ MS đến cố định cần được phân chia thành tỷ lệ phần trăm nội hạt và đường dài Thông tin về người sử dụng dịch vụ cần có số cuộc gọi trung bình trên một thuê bao vào giờ cao điểm cùng với thời gian chiếm giữ trung bình (MHT) trên mỗi cuộc gọi.

Dự báo sử dụng lu lợng số liệu

Để tối ưu hóa dịch vụ số liệu, việc phân loại người sử dụng và dự báo lưu lượng thông tin là rất quan trọng Chúng ta cần xác định thời điểm bắt đầu và kết thúc của lưu lượng này Ví dụ, một người sử dụng dịch vụ trình duyệt Web và email sẽ có một phần lưu lượng kết thúc tại máy chủ email và một phần khác kết nối với Internet Kích thước giao diện giữa hệ thống email và Internet phụ thuộc vào khối lượng lưu lượng liên quan Ngoài ra, hệ thống email cần được định kích thước để đáp ứng nhu cầu của người dùng, bao gồm tổng bộ nhớ lưu trữ và lưu lượng vào ra Đối với từng loại người sử dụng và dịch vụ, cần thực hiện phân tích tương tự để xác định mức sử dụng trong giờ cao điểm Tại Việt Nam, trong những năm gần đây, nhu cầu lưu lượng thoại tăng ổn định, trong khi nhu cầu lưu lượng gói tăng nhanh chóng.

Thiết kế vô tuyến cho mạng tổ ong/PCS

Người thiết kế mạng tổ ong/PCS cho khu vực thành phố cần xem xét nhiều yếu tố quan trọng như mức độ phủ sóng trong nhà, chất lượng dịch vụ ở các môi trường khác nhau, hiệu quả sử dụng phổ tần và khả năng phát triển mạng Những yếu tố này thường trở nên phức tạp hơn do các hạn chế từ môi trường khai thác và quy định pháp lý Do đó, nhà thiết kế cần cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo rằng mạng lưới không chỉ bền vững và chịu đựng được tương lai mà còn cung cấp chất lượng dịch vụ cao.

Quy hoạch mạng vô tuyến

Đánh giá cấp bậc phục vụ (GOS: Grade of Service) bao gồm xác suất phủ sóng vùng và chặn Xác suất phủ sóng của vùng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng dịch vụ.

Quy hoạch mạng và dung lượng mạng cần được xây dựng dựa trên các tài nguyên hiện có, trong đó xác định xác suất phủ sóng của vùng thông qua ngừng (OUTAGE) Ngừng xảy ra khi mạng không thể cung cấp chất lượng dịch vụ quy định, và nếu hệ thống có phủ sóng giới hạn, ngừng nhẽ sẽ được định nghĩa là xác suất khi tổn hao đường truyền vượt quá hiệu số giữa công suất phát cực đại và mức thu tín hiệu yêu cầu Các chỉ tiêu chất lượng và dịch vụ yêu cầu sự cân nhắc giữa chất lượng và tổng giá thành mạng Xác suất ngừng càng thấp đồng nghĩa với ô phủ sóng càng nhỏ và giá thành mạng càng cao; ngược lại, xác suất ngừng do nhiễu càng nhỏ thì dung lượng càng thấp và giá thành càng cao Thông thường, xác suất ngừng từ 5-10% tương ứng với xác suất phủ sóng 90-95% thường được sử dụng, và xác suất phủ sóng có thể khác nhau cho các dịch vụ khác nhau.

Quy hoạch mạng là một quá trình phức tạp, đòi hỏi xem xét nhiều yếu tố như phân bố lưu lượng, triển khai ô vi mô và vĩ mô, đảm bảo phủ sóng trong nhà và tốc độ bit cao Bên cạnh đó, việc bố trí các ô, giá thành đài trạm và các vấn đề môi trường, bao gồm vẻ ngoài của tháp anten, cũng cần được tính toán kỹ lưỡng để đạt hiệu quả tối ưu trong quy hoạch mạng.

Thiết kế đờng truyền vô tuyến

Thiết kế đường truyền vô tuyến là bước quan trọng đầu tiên trong mọi hệ thống thông tin vô tuyến, giúp xác định mật độ trạm gốc và vùng phủ tương ứng Đối với hệ thống thông tin di động, việc cung cấp dịch vụ chất lượng tốt cả trong nhà lẫn ngoài trời đòi hỏi tính mềm dẻo và linh hoạt trong thiết kế Công suất phát của máy cầm tay đóng vai trò quyết định trong hệ thống CDMA, ảnh hưởng đến công suất đường lên và đường xuống.

Mặc dù hệ số khuyếch đại anten không ảnh hưởng đến quá trình cân bằng quỹ đạo truyền, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế quỹ công suất cho vùng phủ Từ góc độ người sử dụng, mạng tổ ong/PCS cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất và độ phủ sóng tốt nhất.

Hệ thống phát và thu cuộc gọi trong nhà hoặc ô tô có một số hạn chế, đặc biệt là vị trí của anten máy cầm tay Để tối ưu hóa hiệu suất, anten cần được thiết kế sao cho không bị đặt ở vị trí không tối ưu Trong nhiều trường hợp, không cần phải rút anten khi thực hiện cuộc gọi Thông thường, hệ số khuyếch đại anten được coi là 0 dB, nhưng để đặt anten ở vị trí không lý tưởng, cần sử dụng hệ số khuyếch đại khoảng 3 dB Trên thực tế, với anten được đặt ở vị trí khác nhau hoặc thiết kế thụt vào trong máy, hệ số khuyếch đại có thể đạt từ 6 đến 8 dB, tùy thuộc vào từng loại máy cầm tay và thiết kế vỏ máy.

Số người sử dụng và tải lưu lượng phục vụ trên mỗi người sử dụng được sử dụng để xác định tổng tải lưu lượng Với thông tin về dung lượng ô và phạm vi phủ sóng, có thể tiến hành đánh giá số ô cần thiết.

Dung lượng ô được xác định thông qua mô phỏng và các công thức giải tích Tốc độ thông tin của người sử dụng, yêu cầu chất lượng phục vụ (QoS), bao gồm độ trễ và tỷ lệ lỗi bit (BER/FER), cùng với xác suất ngừng, là những yếu tố quan trọng trong việc xác định dung lượng của hệ thống.

Quỹ đường truyền được sử dụng để xác định vùng phủ cực đại của ô, trong đó các yếu tố như Eb/It, tổn hao cáp, hệ số khuyếch đại anten và hệ số tạp âm máy thu đều cần thiết cho việc tính toán Độ lợi chuyển giao mềm có ảnh hưởng lớn đến quỹ đường truyền, phụ thuộc vào tương quan che tối và xác suất phủ sóng Chuyển giao mềm giúp tăng cường độ lợi phân tập vĩ mô, trong khi độ lợi thực tế lại phụ thuộc vào môi trường vô tuyến của máy thu RAKE Để dự báo vùng phủ sóng chi tiết, cần có các thừa số hiệu chỉnh cho các mô hình tổn hao đường truyền.

- 68 - Đối với đờng lên, ảnh hởng của thừa số tải lên quỹ đờng truyền với ρ dự trữ nhiễu Im(dB) có thể xác dịnh từ biểu thức:

Với sự gia tăng dự trữ nhiễu, vùng phủ của ô sẽ giảm khi thừa số tải tăng Để tính toán quỹ năng lượng đường truyền, cần xem xét tải lưu lượng không đối xứng Công nghệ CDMA có khả năng giảm dung lượng đường truyền nhằm cải thiện vùng phủ.

Sau khi nhận được các thông số ô, việc quy hoạch chi tiết mạng vô tuyến số cần xem xét môi trường cụ thể nơi đặt ô Do giá thành các đài trạm, yêu cầu phân vùng và các hạn chế từ toà nhà, việc đạt được số lượng đài trạm tối ưu trong mạng thực tế có thể gặp khó khăn, ảnh hưởng đến kế hoạch phủ sóng ban đầu Để thực hiện quy hoạch mạng chi tiết, cần sử dụng phần mềm quy hoạch mạng, có tích hợp bản đồ dân số khu vực và mô hình hóa chiều cao các toà nhà cùng búp sóng anten Quá trình này nhằm tối ưu hóa vùng phủ mạng vô tuyến.

 Mô tả chi tiết môi trờng vô tuyến

 Quy hoạch công suất kênh điều khiển

 Quy hoạch các thông số chuyển giao mềm

 Quy hoạch chuyển giao giữa các tần số

 Phân tích vùng phủ mạng lặp nhiều lần

Mục tiêu thiết kế mạng tổ ong/PCS là đảm bảo vùng phủ sóng vô tuyến rộng rãi Trong quy hoạch vùng phủ, mô hình truyền sóng đóng vai trò quan trọng, với độ chính xác dự đoán phụ thuộc vào khả năng thể hiện cụ thể mặt đất, cây cối và công trình xây dựng Độ chính xác này quyết định tổn hao đường truyền, kích thước ô và yêu cầu hạ tầng mạng Đánh giá quá mức dẫn đến lãng phí tài nguyên, trong khi đánh giá thấp gây ra phủ sóng kém Các mô hình thường quá đơn giản hóa điều kiện thực tế, đặc biệt trong môi trường đô thị phức tạp Mô hình thực nghiệm chỉ mang tính chất hướng dẫn và cần được điều chỉnh để phù hợp hơn với đặc trưng môi trường Để có thông tin chính xác về vùng phủ sóng trong thành phố, cần thực hiện các phép đo hiện trường chính xác và sử dụng dữ liệu này trong quy hoạch hoặc để hiệu chỉnh mô hình truyền sóng.

Trong môi trường thành phố, hiện tượng che tối ảnh hưởng đến việc truyền sóng Để đảm bảo 90% diện tích ô đạt ngưỡng quy định, cần tính toán quỹ đường truyền dự trữ pha đinh che tối, tùy thuộc vào lệch tiêu chuẩn của mức tín hiệu Đối với môi trường đô thị điển hình, dự trữ pha đinh che tối nên là 8-9 dB, với giả định rằng tổn hao đường truyền tuân theo hàm mũ 4-5, tức là tổn hao tỷ lệ nghịch với khoảng cách theo mũ 4-5 Công suất phát sóng phụ thuộc vào các đặc trưng của môi trường truyền sóng Một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến vùng phủ vô tuyến là tổn hao thâm nhập sóng vào các tòa nhà và ô tô; nếu vùng phủ bên ngoài tòa nhà đủ, thì khả năng truyền sóng sẽ được cải thiện.

Tổn hao thâm nhập trong các tòa nhà cần được xem xét với mức tối thiểu là 10-15dB, nhưng để đảm bảo khởi động và thu cuộc gọi hiệu quả, mức tổn hao thâm nhập nên đạt 30dB Đối với phủ sóng trong ô tô, tổn hao thâm nhập cũng đóng vai trò quan trọng, với ô tô con có tổn hao từ 3-6dB, trong khi xe tải và xe buýt có tổn hao lớn hơn Tổn hao ở đầu xe tải không vượt quá xe con, nhưng phía sau có thể lên đến 10-12dB, tùy thuộc vào không gian cửa sổ Do đó, trong thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảm bảo chất lượng phục vụ tốt, đặc biệt trong môi trường thành phố, nơi tổn hao thâm nhập từ các tòa nhà là yếu tố quan trọng nhất.

Các mô hình truyền sóng được sử dụng để xác định số lượng trạm phát sóng (BS) cần thiết nhằm đảm bảo yêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thường tập trung vào vùng phủ, trong khi phát triển tiếp theo sẽ tính toán dung lượng mạng Một số hệ thống có thể yêu cầu bắt đầu với vùng phủ rộng và dung lượng cao, do đó có thể khởi đầu giai đoạn phát triển sau.

Yêu cầu về vùng phủ và tải lượng dựa trên mô hình truyền sóng được chọn, giúp xác định phân bố lưu lượng và chuyển tải giữa các trạm phát sóng (BS) trong chương trình giảm nhẹ dung lượng Mô hình truyền sóng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí tối ưu cho các BS trong mạng Nếu mô hình này không hiệu quả, khả năng triển khai sai vị trí BS trong mạng sẽ tăng cao.

Chất lượng mạng chịu ảnh hưởng từ mô hình truyền sóng được chọn để dự đoán nhiễu Nếu mô hình truyền sóng có độ chính xác kém 6dB và yêu cầu thiết kế Eb/N0 là 7dB, thì E0/N0 có thể dao động từ 13dB đến 1dB Thiết kế mức Eb/N0 cao có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến tính khả thi tài chính, đặc biệt trong các tình huống tải lượng khác nhau.

Eb/N0 thấp sẽ làm cho giảm chất lợng dịch vụ.

Mô hình truyền sóng cũng đợc sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của hệ thống nh: tối u hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định

Mặc dù không có mô hình truyền sóng nào hoàn hảo để phản ánh tất cả các nhiễu trong môi trường thực tế, việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình để xác định tổn hao đường truyền là cần thiết Mỗi mô hình đều có ưu điểm và nhược điểm riêng Hiểu rõ các hạn chế của từng mô hình là chìa khóa để đạt được thiết kế vô tuyến hiệu quả.

Quy hoạch phủ sóng

Mục tiêu chính của thiết kế mạng tổ ong/PCS là đảm bảo vùng phủ sóng vô tuyến rộng rãi Trong quy hoạch vùng phủ, mô hình truyền sóng đóng vai trò quan trọng, với độ chính xác dự đoán phụ thuộc vào khả năng mô hình thể hiện các đặc điểm như mặt đất, cây cối và toà nhà Độ chính xác này ảnh hưởng trực tiếp đến tổn hao đường truyền và kích thước ô, cũng như yêu cầu hạ tầng mạng Đánh giá quá mức có thể dẫn đến lãng phí tài nguyên, trong khi đánh giá thấp lại gây ra phủ sóng kém Các mô hình truyền sóng thường quá đơn giản hóa, thiếu chính xác trong điều kiện thành phố phức tạp Do đó, để có thông tin chính xác về vùng phủ sóng vô tuyến, cần thực hiện các phép đo hiện trường chi tiết, sử dụng số liệu đo để cải thiện tính khả thi của từng trạm hoặc hiệu chỉnh mô hình truyền sóng thực nghiệm cho phù hợp hơn với đặc điểm môi trường cụ thể.

Truyền sóng trong môi trường thành phố thường gặp phải hiện tượng che tối, do đó cần đảm bảo rằng 90% diện tích ô đáp ứng ngưỡng quy định Để đạt được điều này, cần đưa vào quỹ đường truyền dự trữ pha đinh che tối, phụ thuộc vào lệch tiêu chuẩn của mức tín hiệu Đối với môi trường thành phố điển hình, dự trữ pha đinh che tối cần đạt 8-9 dB, với giả định rằng tổn hao đường truyền tuân theo hàm mũ 4-5, tức là tổn hao tỷ lệ nghịch với khoảng cách Ngoài ra, tổn hao thâm nhập sóng vào tòa nhà và ô tô cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến vùng phủ vô tuyến; nếu vùng phủ bên ngoài tòa nhà đủ, thì hiệu suất truyền sóng sẽ được cải thiện.

Để đảm bảo khởi động và thu cuộc gọi giữa các tòa nhà, cần xem xét tổn hao thâm nhập khoảng 30dB, mặc dù mức tổn hao thông thường là 10-15dB Tổn hao thâm nhập cũng rất quan trọng trong ô tô, với mức tổn hao cho xe con từ 3-6dB, trong khi xe tải và xe buýt có tổn hao cao hơn Mặc dù tổn hao ở đầu xe tải không lớn hơn xe con, nhưng tổn hao phía sau có thể lên tới 10-12dB tùy thuộc vào không gian cửa sổ Do đó, cho các mục đích thiết kế, cần cho phép tổn hao thâm nhập cao để đảm bảo chất lượng phục vụ tốt, đặc biệt trong môi trường thành phố, nơi tổn hao thâm nhập từ các tòa nhà là yếu tố quan trọng nhất.

Các mô hình truyền sóng được áp dụng để xác định số lượng trạm phát sóng (BS) cần thiết nhằm đảm bảo yêu cầu phủ sóng cho mạng Thiết kế ban đầu thường tập trung vào vùng phủ, sau đó, bước phát triển tiếp theo là tính toán dung lượng Một số hệ thống có thể bắt đầu với yêu cầu vùng phủ rộng và dung lượng cao, cho phép khởi đầu giai đoạn phát triển sau.

Yêu cầu về vùng phủ và tải lượng dựa vào mô hình truyền sóng được chọn, giúp xác định phân bố tải lượng và chuyển tải giữa các trạm phát sóng (BS) trong chương trình giảm nhẹ dung lượng Mô hình truyền sóng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí tối ưu cho các BS trong mạng Nếu mô hình không hiệu quả, khả năng triển khai sai BS trong mạng sẽ tăng cao.

Chất lượng mạng bị ảnh hưởng bởi mô hình truyền sóng được chọn để dự đoán nhiễu Nếu mô hình truyền sóng không chính xác 6dB và yêu cầu thiết kế Eb/N0 là 7dB, thì E0/N0 có thể đạt 13dB hoặc chỉ 1dB Thiết kế mức Eb/N0 cao có thể tác động tiêu cực đến khả năng tài chính, trong khi thiết kế mức thấp hơn có thể cải thiện tính khả thi.

Eb/N0 thấp sẽ làm cho giảm chất lợng dịch vụ.

Mô hình truyền sóng cũng đợc sử dụng ở các khía cạnh hoạt động khác của hệ thống nh: tối u hoá chuyển giao, điều chỉnh mức công suất và định

Mặc dù không có mô hình truyền sóng nào có thể phản ánh đầy đủ tất cả các nhiễu trong môi trường thực tế, việc sử dụng một hoặc nhiều mô hình để xác định tổn hao đường truyền là cần thiết Mỗi mô hình đều có ưu nhược điểm riêng, và chỉ khi hiểu rõ các hạn chế của từng mô hình, chúng ta mới có thể đạt được thiết kế vô tuyến tối ưu.

Suy hao ®êng truyÒn

Mô hình IMT 2000

IUT IMT 2000 sẽ trở thành tiêu chuẩn toàn cầu, vì vậy các mô hình đánh giá công nghệ truyền dẫn cần xem xét nhiều đặc tính môi trường khác nhau Điều này bao gồm các khu vực như thành phố lớn và nhỏ, ngoại ô, vùng nhiệt đới, nông thôn và cả các vùng sa mạc.

Các thông số chính của môi trường bao gồm trễ truyền lan, cấu trúc và các thay đổi của nó, quy tắc tổn hao địa lý và tổn hao đường truyền bổ sung, pha đinh che tèi, các đặc tính pha đinh nhiều đường cho hình bao các kênh, và tần số công tác vô tuyến.

4.8.2.1 Mô hình môi trờng trong nhà

Môi trường này bao gồm các ô nhỏ với công suất phát thấp, nơi mà trạm gốc và người đi bộ đều ở trong nhà Thời gian trễ truyền lan trung bình nằm trong một dải nhất định.

Thời gian tổn hao tín hiệu dao động từ 35 đến 460 ns, bị ảnh hưởng bởi sự phân tán và suy hao do tường, tầng và các cấu trúc kim loại gây ra Hiện tượng che tối này có thể tuân theo quy luật Log chuẩn với độ dịch chuẩn 12 dB Đặc tính pha đinh thay đổi từ phân bố Rician đến Rayleigh, với độ dịch tần Doppler phụ thuộc vào tốc độ đi bộ.

- 84 - trong đó: R là khoảng cách giữa máy thu và phát (m) và F là số tầng trên ®êng truyÒn

4.8.2.2 Môi trờng giữa trong, ngoài nhà và vỉa hè

Môi trường này bao gồm các ô nhỏ với công suất phát thấp, nơi các trạm gốc và anten thấp được lắp đặt ngoài trời, phục vụ cho người đi bộ trên phố, trong nhà hoặc biệt thự Thời gian trễ trung bình nằm trong khoảng 100 đến 1800 ns, áp dụng quy tắc tổn hao địa lý R P -4 P Trong trường hợp có tầm nhìn thẳng trên các tuyến phố dạng hẻm núi, tổn hao đường truyền tuân theo quy tắc R P -2 P nếu có khoảng hở của miền Fressnel Đối với những vùng có khoảng hở Fressnel lâu, quy tắc R P -4 P là phù hợp, nhưng cũng có thể xảy ra R P -6 P do cây cối và các vật cản dọc đường truyền Tổn hao thâm nhập vào tòa nhà trung bình là 18 dB với độ lệch chuẩn 10 dB, trong khi phađinh che tối luật Log chuẩn với dịch chuẩn 12 dB cho trong nhà và 10 dB cho ngoài trời là hợp lý Tốc độ phađinh Rician và Rayleigh thường phụ thuộc vào tốc độ đi bộ, tuy nhiên, có thể xảy ra phađinh nhanh hơn do sự di chuyển của các phương tiện.

Lp = 40lgR+30lgfc+49 dB (4.23) trong đó: fc là tần số sóng mang (MHz).

4.8.2.3 Môi trờng xe cộ

Môi trường này bao gồm các ô lớn với công suất phát cao, dẫn đến trễ trung bình từ 0,4ms đến 12ms ở các lộ đường đốc tại vùng núi đồi Quy tắc tổn hao địa lý R P -4 P và phađinh che tối chuẩn log với lệch chuẩn 10 dB được áp dụng cho các khu vực thành phố và ngoại ô Tổn hao thâm nhập vào tòa nhà trung bình là 1dB với lệch chuẩn 10 dB, đặc biệt ở các vùng nông thôn có địa hình phức tạp.

Tổn hao đường truyền trong các khu vực phẳng thấp hơn so với thành phố và ngoại ô Ở vùng đồi núi, nếu có thể lắp đặt các trạm gốc để tránh che chắn, tổn hao sẽ gần với R P -2 P Tốc độ pha đinh Rayleigh phụ thuộc vào tốc độ xe, với tốc độ pha đinh thấp phù hợp cho các ứng dụng sử dụng đầu cuối cố định.

Lp = 40(1 4.10- -2 P P ∆hb)lgR-18lg∆hb+21lgfc+80 dB (4.24) trong đó: R là khoảng cách giữa MS và BS fc là tần số sóng mang (MHz)

∆hb là độ cao của anten BS so với mức trung bình của mái nhà.

Phân tích dung lợng ô và tính toán quỹ đờng truyền vô tuyến

Các mã hàm Walsh

Trong CDMA 2000, mã hàm Walsh có độ dài linh hoạt từ 4 đến 256, trong khi IS-95 chỉ hỗ trợ mã dài 64 Việc sử dụng mã ngắn sẽ ngăn chặn các mã dài trên cây con tương ứng.

Bảng 4.6 minh họa mối quan hệ giữa độ dài mã và tốc độ số liệu Đối với tốc độ trải phổ 1 (SR1) và RC1, số người sử dụng mã hàm Walsh là 64, tương tự như IS-95 Đồng thời, có một BTS CDMA 2000 1x với SR1 và đoạn ô đã được thiết lập với 12.

Trong cấu hình RC1 và RC2, số lượng MS có thể cấu hình cho RC3 bao gồm: 3 MS với tốc độ 153,6 kbps, 6 MS với tốc độ 76,8 kbps, 13 MS với tốc độ 38,4 kbps, 26 MS với tốc độ 19,22 kbps, và 48 MS với tốc độ 9,6 kbps Việc đàm phán tốc độ số liệu di động làm phức tạp việc xác định tổng thông lượng của các mức lưu lượng Điều này dẫn đến việc kiểu số liệu được phép truyền tải ảnh hưởng trực tiếp đến số người sử dụng khả dụng, đặc biệt khi cần tốc độ cao cho video tương tác.

MS khả năng RC3 không thể đảm bảo độ rộng băng 384 kbps

Bảng 4.6 Các mã hàm Walsh

Các cây mã hàm Walsh

1 Na* Na 9,6 Na Na Na Na

2 Na Na 14,4 Na Na Na Na

Các tốc độ số liệu gói

Bảng 4.7 Tốc độ số liệu gói §êng xuèng

R Tốc độ số liệu Đặc tính

RC SR Tốc độ số liệu Đặc tính

* Ký hiệu cho trờng hợp có hoa tiêu đờng lên

Bảng 4.8 Cho thấy quan hệ giữa tốc độ số liệu gói và độ lợi xử lý Đờng lên

RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6

Kbps G p Kbps G p Kbps G p Kbps G p Kbps G p Kbps G p

RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6

Kbps Gp Kbps G p Kbps Gp Kbps Gp Kbps Gp Kbps Gp

Kbps Gp Kbps Gp Kbps Gp

Từ bảng trên ta có thể tính toán số ngời sử dụng cực đại một kênh CDMA 2000 theo công thức sau:

G p là độ lợi xử lý, với ν là hệ số tích cực thường được chọn là 0,479 cho tiếng và 1 cho số liệu Hệ số nhiễu từ ô khác β thường được lấy bằng 0,6 cho ô vô hướng và 0,85 cho đoạn ô.

Tốc độ số liệu = 76,8 kbps; vì thế Gp , ν = 1,0 và β = 0,85

CDMA 2000 1x sử dụng vecoder tiên tiến và giải điều chế nhất quán, đảm bảo quỹ đường truyền tốt hơn IS-95 A/B khi tải lưu lượng nhỏ Điều này giúp CDMA 2000 1x cung cấp tổng dung lượng cao hơn trong điều kiện tải lưu lượng nhỏ Mặc dù vậy, trong quy hoạch mạng, các thông số trước đây của IS-95 vẫn được áp dụng do chủ yếu sử dụng các thuê bao RC1 và RC Đối với dịch vụ số liệu gói, việc cải thiện sơ đồ điều chế và mã hóa dẫn đến yêu cầu Eb/No thấp hơn, giúp tốc độ 38,2 kbps của CDMA 2000 1x gần tương đương với quỹ đường truyền của vocoder 13 kbps của IS-95.

95 Nhng tại các tốc độ bit cao hơn vùng phủ sóng sẽ bị co lại do nhiều nhân tố khác nhau trong đó có độ lợi xử lý cũng nh việc phân bố công suất ở 1x tiếng đợc u tiên nên số liệu gói chỉ đợc sử dụng khi xin phép đợc công suất còn lại

Mật độ phổ tạp âm máy thu đợc tính theo phơng trình sau:

NT =(NxNF)(dB) 1g(290x1,38x10 -23 )+ NF + 30 +101gBw dBm/Hz (4.26) trong đó: N = tạp âm nhiệt ở đầu vào máy thu.

NF = hệ số tạp âm của máy thu

Bw = độ rộng kênh bằng tốc độ trải phổ.

- 91 - Độ nhậy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/NTO’)req yêu cầu đợc xác định nh sau:

Công thức Pmin / (NT+I)= (1/Gp)x(NTO+IO)req = (1/Gp)x(Eb/(NTO')req (4.27) cho thấy Pmin là độ nhạy cần thiết của máy thu để đảm bảo tỷ số (Eb/NTO’)roq yêu cầu.

Gp là độ lợi xử lý, NT và I là tạp âm nhiệt và nhiễu từ các ngời sử dụng khác

NTO và Iolà mật độ tạp âm nhiệt và nhiễu từ các ngời sử dụng khác

NTO' = NTo + Io là một độ phổ công suất tạp âm tơng đơng.

Từ phơng trình (4.27) ta đợc:

Pmin = (NT +I) [dbm] - Gp [dB] + (Eb/NTo’)req[dB] (4.28)

NT +I = NTxMT hay (NT +I)[dBm] = NT[dB] + MT[dB] (4.29) trong đó: MT làdự trữ nhiễu giao thoa của các ngời sử dụng khác.

Tổn hao cực đại cho phép đờng lên đợc tính toán nh sau:

Lmax = EIRPm- Pmin + Gb –Lf-Lpenet-Mf-F-Ml-F+GHO+GDIV (4.30) trong đó:

EIRPm = Ptxm- Lfm - Lb + Gm là công suất xạ hiệu dụng của máy di động và

Ptxm , Lfm ,Lb,Gm là công suất phát, tổn hao phi đơ + đầu nối, tổn hao cơ thể và hệ số khuyếch đại anten của máy di động

Gb = hệ số khuyếch đại anten

Lf = GTa+Ljc1+ Ljc2+LL+LDUP là tổng các khuyếch đại và tổn hao sau của BTS:

● GTa = khuyếch đại của bộ khuyếch đại anten.

● Ljc1 và Ljc2= tổn hao cáp nhảy và conectơ đầu đấu với anten và đầu đấu với máy phát

● LLlà tổn hao chống sét.

● LDUP = tổn hao ghép song công.

● Lpenet= tổn hao thâm nhập.

Mf-F và Ml-F = dự trữ pha đinh nhanh và pha đinh chuẩn log.

GHO= Độ lợi chuyển giao mềm.

GDIV = Độ lợi phân tập anten.

Bảng 4.9 cho thấy thí dụ tính toán quỹ đờng lên cho ngời sử dụng dịch vụ số liệu tốc độ 14,4 kbps trong nhà ở hệ thống CDMA 2000 1x

Máy phát (MS) Công suất máy phát (23 dB) 23 PTx

Tổn hao cáp (dB) 2 Lfm

Tổn hao cơ thể (dB) 3 Lb

Công suất máy phát xạ đẳng hớng tơng đơng (dB)

Máy thu ( trạm gốc) Mật độ phổ tạp âm nhiệt

Hệ số tạp âm máy thu (dB) 5.0 NF

Công suất tạp âm nhiệt máy thu (dBm), tÝnh cho 3.6864

Dữ trữ nhiễu giao thoa ở máy thu 3.4 dB M T , Hệ số tải 55%

Tổng tạp âm +nhiễu giao thoa -105.03 (NT+I)[dBm]=NT+MT Độ lợi xử lý (dB) 24.0 GPlog(3.6864/14.400)

Tỷ số SNR yêu cầu (dB) 7 (E b/NTO’)req, phụ thuộc dịch vụ Độ nhạy máy thu hiệu dụng (dBm) -122.03 Pmin=(NT+I)[dBm]-

Gp[dB]+(Eb/NTO’)req[dB] Khuyếch đại anten trạm gốc (dBi) 17.14 Gb

Khuyếch đại của bộ khuyếch đại đặt ở tháp anten (dB)

Tổn hao conectỏ và cáp nhảy 1 (dB) 0.25 Ljc1

Tổn hao phiđơ (dB) 1 Lph

Tổn hao chống sét (dB) 0.25 LL

Tổn hao conectỏ và cáp nhảy 2 (dB) 0.25 Ljc2

Tổn hao bộ ghép song công (dB) 0.5 LDUP

Tổng tổn hao (dB) 2.25 Lf

Dự trử phađinh nhanh (dB) 0 Mf-F

Dù tr÷ pha®inh chuÈn log(dB) 10 Ml-F

Tổn hao thâm nhập toà nhà(dB) 10 Lpenet Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 4 GHO Độ lợi phân tập thu (dB) 0 GDIV

Tổn hao đờng lên cực đại cho phÐp (dB)

138.9 Lmax = EIRPm- Pmin + Gb –Lf-

Lpenet-Mf-F-Ml-F+GHO+GDIV

 Q uỹ đờng xuống đợc tính theo các phơng trình dới đây

Tổng công suất của một trạm đợc xác định nh sau:

Ptổng = 101g (10 0.1P ll + 10 10P ht +10 10P db+ 10 10P tg) dBm (4.31) trong đó:

Ptổng = tổng công suất phát trạm ô (dBm)

P db = công suất kênh đồng bộ (dBm)

P ht = công suất kênh hoa tiêu (dBm)

P tg = công suất kênh tìm gọi (dBm)

- 94 - P ll = công suất kênh lu lợng (dBm)

Công suất phát kênh lu lợng đỉnh cho một ngời sử dụng đợc xác định nh sau:

Png.sử dụng = Pll - 10lgKtổng -10 lgν dBm trong đó: Png.sử dụng = công suất phát kênh lu lợng đỉnh một ngời sử dụng (dBm), ν là hệ số tích tiếng

Ktổng = K.(1 + ηco); trong đó Ktổng đại diện cho số kênh lưu lượng tích cực cực đại, bao gồm K kênh sử dụng trong đoạn ô và các kênh bổ sung cho chuyển giao mềm Tham số ηHO thể hiện phần trăm bổ sung điều khiển kênh lưu lượng cho chuyển giao mềm.

Công suất phát xạ đẳng hớng tơng đơng tổng và một ngời sử dụng kênh lu lợng đợc tính nh sau:

EIRPngsử dụng = Png.sử dụng - Lf + Gb

Công suất tổng và công suất kênh lu lợng một ngời sử dụng thu tại MS đợc xác định nh sau:

Pr.ng.sử dụng = EIRPng.sử dụng - GL trong đó: Pr.tổng là công suất tổng thu tại MS;

Pr.ng.sử dụng là công suất kênh lu lợng mà ngời sử dụng thu đợc tại MS.

GL = Lp + Lpenet - Gm + Lb + Lf + MF trong đó:

Lp = tổn hao truyền sóng trung bình giữa trạm ô và MS (dB).

Lpenet = tổn hao thâm nhập (dB).

Gm= hệ số khuếch đại anten MS (dBi).

Lb = tổn hao cơ thể / định hớng (dB)

Lf = tổng các tổn hao do phi đơ, các nhẩy, chống sét và connectơ MS (dB).

MF = dù tr÷ pha ®inh (dB).

Mật độ phổ nhiễu giao thoa trong ô do các ngời sử dụng khác cùng ô gây ra đợc xác định nh sau:

Ic = 10lg (10 0,1Pr.tổng -100,1Pr.ng.sử dụng) - 10lgRcdBm/H (4.32) trong đó: Rc= tốc độ chip

Mật độ phổ nhiễu giao thoa ngoài ô gây ra do các ngời sử dụng từ các ô khác đợc xác định nh sau:

Ioc = Ic + 10lg (1/fr - 1) dBm/Hz (4.33) trong đó: fr là thừa số tái sử dụng thờng đợc chọn bằng 0,5 0,65-

Tổng mật độ phổ nhiễu giao thoa sẽ là:

I0 = 10lg (10 0,1Ic + 10 0,1Ioc ) dBm/Hz (4.34)

Mật độ phổ tạp âm nhiệt máy thu đợc tính theo phơng trình sau:

NT = 10lg (290 x 1,38 x 10 23 ) + NF + 30 dBm/Hz (4.35) trong đó: NF là hệ số tạp âm đối với MS

Năng lợng trên bit cho một kênh sẽ là:

Eb = Pr.ng.sử dụng / Rb P→ r.ng.sử dụng - 10lg Rb, dBm/Hz trong đó Rb= tốc độ số liệu kênh

Có thể tính Eb/N0cho một kênh nh sau: dB R

Bảng 4.10 cho thấy thí dụ tính quỹ đờng xuống cho ngời sử dụng dịch vụ số liệu tốc độ 14,4 kbps trong nhà ở hệ thốngCDMA 2000 1x.

Bảng 4.10 Thí dụ tính quỹ đờng xuống cho dịch vụ số liệu trong nhà 14,4 kbps giới hạn theo đờng lên

Công suất đầu ra bộ khuyếch đại công suất (dBm)

Công suất kênh hoa tiêu (dBm) 30.8 Pht = 1.2 W, 15.0% công suất lớn nhất trên một kênh CDMA

Công suất kênh đồng bộ đạt 20.8 Pdb tương đương với 0.12 watt, chiếm 10% công suất kênh đồng bộ Trong khi đó, công suất kênh tìm gọi là 26.2 Ptg, tương đương 0.417 watt, chiếm 35% công suất kênh hoa tiêu Cuối cùng, công suất kênh lưu lượng lên tới 38.0 Pll, tương đương 6.31 watt, chiếm 78.9% công suất lớn nhất trên một kênh.

Số kênh lu lợng sử dụng cho các MS trong ô

Thõa sè chuyÓn giao mÒm 0.85 ηco

Số kênh lu lợng tích cực cực đại (dB) 13.8 10lgK tổng= = 10lg (1+ η co ) K = 10lg 24

Hệ số tích cực tiếng (dB) -3 10lg ν ;tiếng= 10lg 0.479,số liệulg 1.0 Công suất phát kênh lu lợng đỉnh(dBm) 27.2 P n.g.sử dụng = P 11 – 10lg ν - 10lgK tổng

Tổn hao bộ ghép song công (dB) 0.5 L Dup

Tổn hao connectơ và cáp nhẩy 1(dB) 0.25 Ljc1

Tổn hao chống sét (dB) 0.25 LL

Tổn hao fidơ (dB) 1 Lf

Tổn hao connectơ và cáp nhẩy 2 0.25dB Ljc2

Tổng tổn hao (dB) 2.25 Lf

Hệ số khuyếch đại anten (dBd) 15 Gb (dBd)

Hệ số khuyếch đại anten (dBi) 17.14 Gb (dBi) = Gb(dBd) + 2.14 Công suất phát xạ đẳng hớng tơng đơng cho kênh lu lợng của một ngời sử dụng (dBm)

42.1 EIRP ng.sử dụng = Png.sử dụng - L f +

Tổng công suất phát đẳng hớng tơng đơng của trạm gốc (dBm)

Dù tr÷ fading 10 dB MF

Tổn hao truy nhập 10dB Lpenet

Máy thu(MS) Mật độ phổ tạp âm nhiệt (dBm/Hz) -174 N0 = 10lg (290x1.3x10 -23 )

Hệ số tạp âm máy thu 8 NF

Mật độ phổ tạp âm nhiệt máy thu

2.51×10 -17 Khuyếch đại anten MS (dBi) 0 Gm

Tổn hao cơ thể (dB) 3 Lb

Tổn hao phidơ, connectơ … (dB) 0 Lf

Tổn hao môi trờng (dB) 15 MF + Lpenet

Tổn hao đờng truyền cho phép cực đại theo giới hạn đờng lên (dB)

Tổng suy hao (dB) 156.9 GL = L p + L penet - G m + L b +L f + M F Công suất thu kênh lu lợng của ngời sử dụng (dBm)

-114.8 P r.ng.sử dụng = EIRP ng.sử dụng –

Tổng công suất thu tại MS (dBm) - 103.1 P r.tổng = EIRP tổng –GL, 501.2ì10 -

Mật độ phổ nhiễu giao thoa trong ô

-162 I c lg(10 0.1Pr.tổng - 10 0.1Pr ngsử dụng ) -

Hệ số tái sử dụng tần số (dB) -2.7 10lg(1/fr - 1), fr = 0.65

Mật độ phổ nhiễu từ ô khác (dBm/Hz) -164.7 I oc = I c +10lg (1/f r -1), 3.39 ì 10 -17 w

Tổng mật độ phổ nhiễu (dBm/Hz) - 160.1 I o lg (10 0.1Ic + 10 0.1Ioc ), 9.7ì10 -17 w

Tổng mật độ phổ tạp âm và nhiễu (W/Hz) 12.21.10 17 N0 = nT + I0

Năng lợng trên bit thông tin (W/Hz) 2.29.10 -16 Eb = Pr.ng.sử dụng/Rb; Rb = 14.4 kbps

Tỷ số tín hiệu trên tạp âm đầu ra máy thu MS (dB)

Từ kết quả tính nhận đợc ở bảng 4.10, ta thấy tỷ số tín hiệu trên âm không cao, vì thế ta cần tăng công suất cho kênh lu lợng.

Tối u mạng

Tối ưu mạng là quá trình cải thiện chất lượng mạng tổng thể và sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng Quá trình này bao gồm phân tích các cải tiến về cấu hình và hiệu năng mạng, từ quy hoạch vùng phủ đến dung lượng mạng chi tiết, nhằm đạt được hiệu suất tối ưu.

Mạng lưới hoạt động liên tục và các chỉ số hiệu suất chính được cung cấp cho công cụ phân tích trạng thái mạng giúp điều chỉnh các thông số quản lý tài nguyên nhằm nâng cao hiệu suất Một ví dụ điển hình là tối ưu hóa vùng chuyển giao Công cụ phân tích này có thể tích hợp với công cụ quy hoạch mạng, cho phép tương tác giữa quy hoạch và mạng đang khai thác Sự phát triển liên tục lưu lượng trong mạng yêu cầu phân tích khả năng của mạng hiện tại để hỗ trợ sự tăng trưởng.

- 99 - trởng lu lợng dự báo và cũng có thể xử lý quy hoạch mạng trên cơ sở số liệu đo thực tế

Giai đoạn đầu của quá trình tối ưu là xác định các chỉ thị hiệu năng chính, bao gồm kết quả đo từ hệ thống quản lý mạng và số liệu từ hiện trường, giúp đánh giá chất lượng dịch vụ Nhờ vào hệ thống quản lý mạng, chúng ta có thể phân tích hiệu suất trong quá khứ, hiện tại và dự báo cho tương lai của mạng.

Phân tích chất lượng mạng giúp nhà khai thác hiểu rõ về hiệu năng và chất lượng của mạng Quá trình này bao gồm lập kế hoạch, đo đạc tại hiện trường và sử dụng hệ thống quản lý mạng Sau khi xác định các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ, báo cáo điều tra sẽ được lập Đối với hệ thống thông tin di động thế hệ hai, chất lượng dịch vụ chủ yếu liên quan đến thống kê cuộc gọi bị rớt và phân tích nguyên nhân Trong khi đó, hệ thống di động thế hệ ba yêu cầu các định nghĩa mới về chất lượng dịch vụ do tính đa dạng của các dịch vụ Tối ưu hóa tự động trở nên quan trọng hơn trong hệ thống này, nhằm đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi lưu lượng Tuy nhiên, ở giai đoạn đầu, chỉ một số thông số có thể được điều chỉnh tự động, vì vậy việc duy trì tối ưu hóa cho hệ thống di động thế hệ hai vẫn cần thiết.

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành viễn thông và công nghệ thông tin hiện nay, nhu cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lượng và sự đa dạng trong các dịch vụ đã thúc đẩy xu hướng chuyển đổi sang mạng thông tin di động thế hệ thứ 3.

Do đó hiện nay việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ, kỹ thuật để triển khai các mạng 3G đang đợc thực hiện một cách khẩn trơng

Trong luận văn "Nghiên cứu công nghệ W-CDMA và Quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 CDMA 2000", chương III trình bày cấu hình mạng W-CDMA, chức năng và giao diện của các phần tử trong mạng, cùng với các kênh W-CDMA đặc trưng Những kiến thức này rất quan trọng cho việc nghiên cứu các vấn đề như chuyển giao, điều khiển công suất, quy hoạch và tối ưu mạng Mặc dù có nhiều thông tin về lớp vật lý W-CDMA mà tác giả không thể đề cập hết, độc giả quan tâm có thể tham khảo các chỉ tiêu kỹ thuật cho UMTS 3GPP trên website http://www.3gpp.org.

Trong bài viết này, chúng tôi đã thảo luận về quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 CDMA 2000, một chủ đề đang thu hút sự quan tâm lớn do tầm quan trọng của nó Chương IV trình bày các kiến thức cơ bản về quy hoạch CDMA 2000, bao gồm lý thuyết quy hoạch, tần số sử dụng, quy hoạch dung lượng và mạng vô tuyến Chúng tôi cũng đề cập đến các mô hình toán học để tính toán tổn hao đường truyền, phân tích ảnh hưởng đến truyền sóng và tối ưu hóa mạng Đây là phương pháp quy hoạch toàn diện cho mạng vô tuyến CDMA 2000, mặc dù các phân tích này vẫn chỉ dừng lại ở lý thuyết trước khi triển khai thực tế.

Trong quá trình triển khai và vận hành mạng, việc quy hoạch mạng lõi và mạng truyền dẫn là rất quan trọng Tuy nhiên, thực tế cho thấy có nhiều vấn đề phát sinh cần được giải quyết đồng thời, bao gồm quy hoạch độ lệch định thời và quy hoạch tổng thể.

Xin chân thành cảm ơn TS Phạm Văn Bình đã tận tình hướng dẫn và cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp tại trường ĐHBK Hà Nội đã hỗ trợ N trong quá trình nghiên cứu đề tài này.

Trong luận văn "Nghiên cứu sự Quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 CDMA 2000", tác giả đã trình bày cấu hình của mạng W-CDMA, các chức năng và giao diện giữa các phần tử trong mạng Bài viết cũng giới thiệu chi tiết về các kênh trong hệ thống và đặc điểm của mạng thông tin di động thế hệ thứ 3, cung cấp nền tảng kiến thức thiết yếu cho việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến chuyển giao, điều khiển công suất, quy hoạch và tối ưu hóa mạng.

Nghiên cứu về quy hoạch mạng thông tin di động thế hệ 3 CDMA 2000 đang thu hút sự quan tâm lớn do tầm quan trọng của nó Luận án trình bày các kiến thức cơ bản về quy hoạch thông tin di động thế hệ thứ 3, bao gồm lý thuyết quy hoạch mạng, tần số sử dụng, quy hoạch dung lượng, quy hoạch mạng vô tuyến, và các mô hình toán học để tính toán tổn hao đường truyền Phân tích các vấn đề ảnh hưởng đến truyền sóng và tối ưu hóa mạng cũng được đề cập, nhằm xây dựng phương pháp quy hoạch toàn diện cho mạng vô tuyến Tuy nhiên, những phân tích này chỉ là lý thuyết ban đầu trước khi triển khai thực tế, vì còn cần quy hoạch mạng lõi và mạng truyền dẫn Trong quá trình triển khai và vận hành, nhiều vấn đề phát sinh cần được quy hoạch song song, bao gồm quy hoạch độ lệch định thời và quy hoạch tổng thể.