Nghiên ứu ông nghệ cdma 20001x evdo và khảo sát á dịh vụ trên nền cdma 20001x evdo

Một hệ thống đợc định nghĩa là trải phổ nếu nó thoả mãn đầy đủ các yêu cầu sau: 1- Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng tần truyền dẫn tín hiệu hay nói chính xác hơn là phân lợ

Lª huy

Hµ néi 2006

Trờng đại học bách khoa hà nội

-

Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu công nghệ cdma20001x Evdo Và

DANH MôC C¸C Tõ VIÕT T¾T

AAA Authentication, Authorisation and Accounting

AC Authentication Center

AN Access Network

AT Access Terminal

BER Bit Error Rate

BHCA Busy Hour Calling Attempt

BSC Base Station Controller

BSS Base Station Subsystem

BTS Base Transceiver Station

CCS7 Common Channel Signalling No.7

CCU CDMA Channel Unit

CDM CDMA Digital Module

CDMA Code Division Multiple Access

CE Channel Element

CHAP PPP Challenge Handshake Authentication Protocol DCS Digital Cellular Switch

DFI Digital Facilities Interface

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

DNS Domain Name Server

DRC Dynamic Rate Control

DS Direct Spreading

DUP Data User Part

E1 Digital Data Circuit Operating at 2,048 Mbps

E3 Digital Data Circuit Operating at 34,368 Mbps

ECPC Executive Cellular Processor Complex

EDGE Enhanced Data rates for GSM Evolution

EIR Equipment Identity Register

ESCAM Extended Supplemental Channel Assignment Message EV-DO EVolution Data Only

EV-DV EVolution Data and Voice

EVM 1xEV-DO Modem

EVRC Enhanced Variable Rate Codec

FA Foreign Agent

FDMA Frequency Division Multiple Access

FEC Forward Error Correction

FH Frequency Hopping

FRPH Frame Relay Protocol Handler

GoS Grade of Service

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Position System

GSM Global System for Mobile communication

HDLC High level Data Link Control protocol

HLR Home Location Register

HTML HyperText Markup Language

HTTP HyperText Transfer Protocol

IMEI International Mobile Equipment Identity

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IP Internet Protocol

IPsec IP security

IS Interim Standard

ISDN Integrated Services Digital Network

ISO International Standardization Organization

ISP Internet Service Provider

ISP Internet Service Provider

ISUP ISDN User Part

ITU International Telecommunications Union

ITU-T International Telecommunication Union - Telecom sectorIUP Isdn User Part

IWF Inter Working Function

LNA Low Noise Ampfiler

LUP Location Update Protocol

MAC Medium Access Control

MAP Mobile Application Part

MDN Mobile Directory Number

MIP Mobile IP

MMS Multimedia Message Service

MN-ID Mobile Node Identifier

MPM MSC/VLR Processing Module

MS Mobile Station

MSC Mobile Switching Centre

MSC Mobile services Switching Center

MSM Message Switching Module

MTBF Mean Time Between Failure

MTP Message Transfer Part

MTTR Mean Time To Repair

NAI Network Access Identifier

NAS Network Access Server

NMS Network Management Subsystem

PCU Power Converter Unit

PDN Packet Data Network

PDSN Packet Data Service Node

PHV Protocol Handler for Voice

PPCU Packet Pipe Capacity Unit

PPLCs Packet Pipe Loading Coefficient

PPP Point to Point Protocol

QoS Quality of Service

RAB Reverse Activity Bit

RAN Radio Access Network

RATI Random AT Identifier

RLP Radio Link Protocol

RNC Radio Network Controller

RPC Reverse Power Control

RPC Radio Power Control

RRI Reverse Rate Indicator

SCH Synchronous CHannel

SIP Simple IP

SLP Signaling Link Protocol

SNM Switching Network Module

SSP Service Switching Point

TCH Traffic CHannel

TDMA Time Division Multiple Access

TFU Timing and Frequency Unit

TH Time Hopping

TSI TimeSlot Interchanger

UATI Unicast AT Identifier

UMTS Universal Mobile Telecommunications System VOD Video On Demand

WCDMA Wideband CDMA

LờI NóI ĐầU

Thông tin di động ngày ngay đã trở thành một trong những nhu cầu thiết yếu của con ngời, nó đem lại nhiều thuận lợi đối với các hoạt động xã hội của con ngời Nhu cầu về thông tin ngày càng tăng cả về số lợng, chất lợng và các loại hình dịch vụ, điều này đã thúc đẩy các nhà khai thác viễn thông trên thế giới không ngừng nâng cấp chất lợng dịch vụ để đa ra đợc các dịch vụ viễn thông có chất lợng tốt và ngày càng đa dạng hơn Sự ra đời của công nghệ số GSM đã tạo bớc ngoặt lớn, đem tới cho con ngời những lợi ích không thể phủ nhận đợc về thời gian, chi phí tính tiện dụng , …vv Trên thế giới hiện nay công nghệ GSM chiếm khoảng 70%, khoảng 30% còn lại đợc chia sẻ bởi các công nghệ khác Tuy nhiên khi nhu cầu về thông tin của con ngời ngày càng tăng, ngày càng đòi hỏi cao hơn về tốc độ, chất lợng, cũng nh tính đa dạng của các loại hình dịch vụ vv thì GSM đã bộc lộ những khó khăn nhất định, khó để đáp ứng đợc những đòi hỏi này và công nghệ CDMA là sự lựa chọn hàng đầu cho các nhà khai thác viễn thông hiện nay

Hiện nay trên thị trờng viễn thông của Việt Nam đã có đại diện của công nghệ CDMA, đó là các nhà khai thác Sfone, EVN telecom và Hanoi Telecom Cả ba nhà khai thác nay đều đang khai thác mạng di động với công nghệ CDMA 2000 1x EV-DO có khả năng hỗ trợ dữ liệu tốc độ cao lên tới 2,4Mbp s

Các nhà khai thác di động không chỉ dừng lại ở công nghệ hiện tại mà

đề có những lộ trình để phát triển đến công nghệ cao hơn tiến tới 3G Để tiến u tới công nghệ 3G các nhà khai thác phải dựa vào công nghệ hiện tại đang , khai thác để xác định lộ trình thíc hợp, tiết kiệm chi phí và hiệu quả nhất Từ h

đó có thể thấy rằng việc lựa chọn công nghệ khi triển khai mạng mang ý nghĩa rất quan trọng không chỉ cho khai thác hiện tại mà còn cho nâng cấp trong tơng lai Công ty Bu Chính Viễn Thông Sài Gòn đã hợp tác với tập đoàn

viễn thông lớn nhất Hàn Quốc là SK telecom để triển khai mạng CDMA 2000

1 x với thơng hiệu là Sfone Sfone quyết định lựa chọn công nghệ CDMA

2000 1 x nhằm tận dụng những u điểm mạnh của công nghệ này là dễ dàng tiến tới 3G và quyết tâm sẽ là một trong những đối trọng của công nghệ GSM tại thị trờng viễn thông Viêt Nam đầy tiềm năng Chính vì vậy tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ CDMA2000 1 x EV-DO và khảo sát các dịch vụ triển khai trên nền công nghệ CDMA2000 1x EV-DO ” Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu các vấn đề cơ bản của công nghệ CDMA 2000 1 x, quá trình triển khai mạng CDMA 2000 1 x EV-DO của Sfone đồng thời cũng khảo sát một số dịch vụ mang tính cạnh tranh dựa trên công nghệ CDMA

2000 1x EV_DO

Nội dung đề tài gồm:

Chơng 1 : Nghiên cứu kỹ thuật trải phổChơng 2 : Nghiên cứu về công nghệ CDMA2000 1x EV-DO Chơng 3 : Khảo sát các dịch vụ triển khai trên nền công nghệ CDMA 20001X EV-DO

Chơng 4 : Khảo sát quá trình nâng cấp mạng từ CDMA 2000 1x lên CDMA 2000 1x EV DO của Sfone-

CHƯƠNG 1: giới thiệu về kỹ THUật trảI phổ

1.1 Khái quát về kỹ thuật trải phổ tín hiệu

Nh chúng ta đã biết thì mọi kỹ thuật điều chế và giải điều chế ngoài việc nhằm mục đích truyền đợc tín hiệu đi xa với những khoảng cách lớn còn phải thoả mãn yêu cầu có khả năng chống nhiễu càng lớn càng tốt và thông tin

đợc bảo mật trong suốt quá trình truyền từ phía phát s ng phía thu Một trong anhững kỹ thuật điều chế và giải điều chế số thoả mãn đợc hầu hết các điều kiện trên và có hiệu quả cao là kỹ thuật trải phổ tín hiệu Lý thuyết về trải phổ

đã đợc xây dựng và áp dụng trong hệ thống thông tin quân sự của Mỹ trong suốt thời gian xảy ra thế chiến thứ II và cả thời gian sau đó Kỹ thuật trải phổ

đợc sử dụng nh mục đích đã nêu ở trên là bảo mật thông tin và chống lại

ảnh hởng của nhiễu cố ý, mặt khác nó có một đặc điểm lớn nữa là có thể hoạt

động tốt trong môi trờng đa đờng và nhiễu mạnh Những năm gần đây thì các hệ thống trải phổ đã đợc đa ra thơng mại hoá để khai thác trên một số nớc trên thế giới nh: Mỹ, Hồng Kông, Hàn Quốc v.v đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị tại Bắc Mỹ Điển hình là phiên bản CDMA đầu tiên gọi là IS-95A đợc QUALCOMM đa ra và đợc Hiệp hội công nghệ viễn thông (TIA) phê chuẩn

Một hệ thống thông tin trải phổ có thể đợc định nghĩa nh sau: Hệ thống thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin dùng để truyền các tín hiệu nhờ trải phổ các tín hiệu số liệu thông tin bằng việc sử dụng mã trải phổ có độ rộng phổ lớn hơn gấp nhiều lần so với độ rộng phổ của tín hiệu số liệu thông tin Quá trình trải phổ tín hiệu ngời ta điều chế (nhân) tín hiệu thông tin tốc

độ R (bit/s) với mã trải phổ có tốc độ Rp (chip/s) trong đó Rp >> R trong trờng hợp này mã trải phổ là độc lập so với tín hiệu số liệu thông tin Xung phát ở đầu ra sẽ rất hẹp do đó phổ tín hiệu sẽ rất lớn Tuy nhiên cần chú ý là

để phân biệt một bít thông tin dữ liệu với một bít của mã trải phổ thì ngời ta

gọi một bit thông tin của mã trải phổ là một chip Vì Rp >> R nên trong mã trải phổ một bít dữ liệu đợc trải bởi nhiều chip mã

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

1- Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng tần truyền dẫn tín hiệu (hay nói chính xác hơn là phân lợng phổ) lớn gấp nhiều lần so với độ rộng băng tối thiểu cần thiết để truyền đi dữ liệu thông tin mong muốn

2- V iệc trải phổ số liệu thông tin đợc thực hiện bởi tín hiệu trải phổ thờng

đợc gọi là tín hiệu mã trải phổ, tín hiệu này là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin

3- Tại đầu thu, việc nén phổ để khôi phục lại dữ liệu ban đầu đợc thực hiện bởi sự tơng quan giữa tín hiệu trải phổ thu đợc với bản sao đợc đồng bộ của tín hiệu trải phổ đã đợc sử dụng ở phía phát

Thông thờng ngời ta chia các hoạt động của khối thu và phát ra làm 2 bớc Tại đầu phát, bớc thứ nhất là trải phổ tín hiệu, ở bớc này tín hiệu dữ liệu băng hẹp qua phép tính trải phổ sẽ làm cho phổ của tín hiệu đợc trải ra trên một băng tần rất rộng Bớc thứ hai là thực hiện điều chế dữ liệu để truyền đi Tại đầu thu, bớc thứ nhất là thực hiện nén phổ, tín hiệu băng rộng

đợc biến đổi để trở về dạng tín hiệu băng hẹp ban đầu Bớc thứ hai tiếp theo

là thực hiện giải điều chế tín hiệu băng hẹp bằng các phơng pháp giải điều chế thông thờng

Nguyên lý tổng quát của một hệ thống thông tin trải phổ có nền tảng là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) theo mô hình sau:

Phía phát Phía thu

Hình 1.1: Sơ đồ mô hình hệ thống thông tin trải phổ

Tại đầu phát: Tín hiệu thông tin số liệu băng hẹp cần truyền đi đợc tạo

ra từ các hệ thống băng hẹp là quá trình điều chế sơ cấp, sau đó tín hiệu này

• Thiết kế các hệ thống thông tin có tính chống nhiễu cao, nhiễu bị nén với hệ số bằng hệ số trải phổ tín hiệu

• Các ứng dụng trong định vị và đo tốc độ chính xác tỷ lệ với độ rộng tín hiệu trải phổ

• Hệ thống thông tin có tính ẩn cao đối với các bộ thu tín hiệu trái phép, tỷ lệ với hệ số trải phổ

• Hệ thống thông tin đa truy nhập với số ngời sử dụng lớn cùng chung một băng tần phổ tín hiệu, trong cùng một vùng sử dụng, số ngời truy nhập song song tỷ lệ với tham số trải phổ

Tín hiệu dữ

liệu băng hẹp

Kênh thông tin băng rộng

1.2 Các u điểm của hệ thống thông tin trải phổ

1.2.1 Ưu điểm triệt nhiễu

Đây là một u điểm lớn nhất của kỹ thuật trải phổ Ta sẽ phân tích kỹ

u điểm này

Xét mô hình trải phổ triệt nhiễu sau:

đợc trải phổ không mong muốn

Mã trải phổ Mã trải phổ

Hình1.2: Mô hình trải phổ triệt nhiễu

Tạp âm trắng Gauss có phổ năng lợng phân bố đều vô hạn trên mọi tần

số, song chỉ có các thành phần tạp âm trong không gian có tín hiệu mới gây ra các ảnh hởng có hại Nói cách khác chỉ có thành phần tạp âm trong bề rộng phổ của tín hiệu mới gây ra các ảnh hởng làm giảm đặc tính của hệ thống

Đối với tạp âm trắng Gauss có n ng lợng vô hạn, tức là mật độ phổ công suất ăcủa tạp âm trắng là không thay đổi khi ta thực hiện trải phổ, do đó đối với tạp

âm trắng thì trải phổ không cho phép cải thiện đặc tính của hệ thống Nhng

đối với tạp âm có công suất cố định phía gây nhiễu không biết tọa độ phổ của tín hiệu có ích thì việc trải phổ sẽ cho phép cải thiện đặc tính của hệ thống

Bộ lọc

Hình vẽ 1.2 trình bày về mô hình trải phổ triệt nhiễu tại bộ giải điều chế, tín hiệu thông tin s(t) với tốc độ R (bit/s) đợc nhân với mã trải phổ C(t) có tốc độ ký hiệu mã thờng đợc gọi là tốc độ chip của mã là Rp (chip/s) Giả -

sử rằng tốc độ băng truyền của s(t) và C(t) là R (herz) và Rp (herz) Việc nhân theo thời gian chuyển sang tích chập trong miền tần số nh sau:

s(t).C(t) ↔ ωS( )*C(ω) Bởi vậy nếu tín hiệu dữ liệu là băng hẹp so với mã trải phổ thì tín hiệu kết quả của tích s(t).C(t) sẽ có độ rộng băng xấp xỉ độ rộng băng của mã trải phổ

Tại bộ giải điều chế, tín hiệu thu đợc nhân với bản sao đã đợc đồng

bộ của mã trải phổ (mã nội tại) Giả sử việc nhân đó là lý tởng có nghĩa là tín hiệu truyền đi không bị nhiễu, kết quả là tín hiệu thu đợc nén xuống, bộ lọc giải thông R đợc sử dụng để tách nhiễu bất cứ các thành phần tần số cao nào Nếu bất cứ một tín hiệu không mong muốn nào có mặt tại máy thu, việc nhân với mã trải phổ C(t) sẽ trải rộng phổ của tín hiệu không mong muốn này với phơng thức tơng tự với việc nhân với mã trải phổ ở phía phát để trải phổ tín hiệu nguyên thuỷ Nh vậy tại đầu thu tín hiệu thu đợc nén xuống, sau đó

đợc lọc để tách lấy tín hiệu nguyên thuỷ trong khi ấy các thành phần tín hiệu , không mong muốn khác lại bị trải mỏng ra, nh vậy mật độ phổ công suất của tín hiệu sau khi nén đợc tăng lên, còn các thành phần không mong muốn lại

bị giảm đi, điều đó làm cho tỷ số tín hiệu/tạp âm ở đầu ra của máy thu đợc cải thiện Xét ảnh hởng của nhiễu vào các toạ độ tín hiệu trong độ rộng băng thông tin Hoạt động đầu tiên tại máy thu là nhân với tín hiệu trải phổ, do đó nhiễu bị trải ra trên toàn bộ độ rộng băng trải phổ Bản chất khả năng triệt nhiễu của hệ thống trải phổ có thể tóm tắt nh sau:

1- Tại phía phát:

Việc nhân tín hiệu với mã trải phổ làm cho tín hiệu đợc trải phổ trên toàn bộ độ rộng băng trải phổ

2- Tại phía thu:

Tín hiệu thu đợc nhân với mã trải phổ đã đợc đồng bộ, sau đó nhờ việc lọc, tín hiệu ban đầu đợc tách trở lại

3- Kết quả:

Nh vậy tín hiệu mong muốn đợc phục hồi sau lần trải phổ thứ hai (thực chất là quá trình nén phổ), trong khi ấy thì nhiễu chỉ đợc nhân với mã trải phổ có một lần nên phổ của nó bị trải rộng trên toàn bộ độ rộng băng trải , phổ, do đó mật độ phổ công suất của nó bị giảm đi rất nhiều lần Điều đó có nghĩa là nhiễu băng hẹp đã đợc loại trừ (vì cờng độ của nhiễu bị trải rộng trên toàn bộ băng tần nên nó rất yếu so với tín hiệu)

1.2.2 Giảm mật độ phổ năng lợng

Do trong hệ thống thông tin trải phổ, phổ của tín hiệu đợc trải rộng ra trên toàn bộ băng tần trải phổ theo các tọa độ khác nhau nên công suất trung , bình của tín hiệu đợc trải đều và mỏng trên toàn bộ miền trải phổ Do đó không những chỉ hạn chế đợc ảnh hởng của nhiễu mà sự tồn tại của tín hiệu cũng khó mà phát hiện đợc Tại đầu thu tín hiệu chỉ đợc nén phổ trở lại đối với máy thu có bản sao đã đợc đồng bộ với mã trải phổ phía phát, còn đối với bất kỳ một máy thu nào không có bản sao đợc đồng bộ của mã trải phổ thì tín hiệu trải phổ đối với máy thu đó dờng nh là bị chìm trong nhiễu và không thể thu đợc tín hiệu mong muốn Điều này đảm bảo đợc tính bí mật của thông tin và không bị thâm nhập trái phép

1.2.3 Truy nhập đa đờng (đa truy nhập)

Các phơng pháp trải phổ có thể đợc sử dụng nh một kỹ thuật truy nhập đa đờng, để chia sẻ thông tin giữa nhiều ngời sử dụng chung trong một kiểu phân bố CDMA là phơng thức đa truy nhập phân chia theo mã nhờ ứng dụng k thuật trải phổ băng rộng Trong CDMA mỗi thuê bao di động đợc ỹ gán một mã riêng b ệt duy nhất để phân biệt với ngời sử dụng khác nhng i

đợc phát đi trên cùng một tần số và thời gian Một trong những kỹ thuật đa truy nhập này là có khả năng cung cấp thông tin một cách bí mật giữa những ngời sử dụng có các mã khác nhau Những ngời sử dụng trái phép (ngời không có mã trải phổ) không dễ dàng thâm nhập vào hệ thống để sử dụng thông tin của ngời khác

1.3 Các kỹ thuật trải phổ tín hiệu

Nếu có một tín hiệu với độ rộng băng tần là W, thời gian tồn tại T thì sẽ

có số các phân lợng phổ là 2WT (một phân lợng phổ là một ô vuông có các chiều dài là một đơn vị thời gian và một đơn ị bề rộng phổ).v

Để trải rộng phổ tín hiệu này có hai cách:

+ Tăng giá trị W bằng trải phổ trong miền tần số (trải phố dãy trực tiếp

và trải phổ nhảy tần)

+ Tăng giá trị T bằng trải phổ trong miền thời gian (trải phổ nhảy thời gian)

Có 3 hệ thống trải phổ cơ bản sau đây:

1 Trải phổ dãy trực tiếp (DS:Direct Sequence): Quá trình trải phổ đạt

đợc bằng cách nhân nguồn tín hiệu vào với tín hiệu mã giả ngẫu nhiên (một cách trực tiếp) Tín hiệu trải phổ đa ra sẽ có độ rộng phổ xấp xỉ độ rộng phổ của mã giả ngẫu nhiên

2 Trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping): Quá trình trải phổ đạt

đợc bằng cách nhảy tần số sóng mang (sóng mang ở đây mang tín hiệu tin tức) trên một tập lớn các tần số Sự nhảy tần của tần số sóng mang quyết định

bởi các mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên bắt nguồn từ sự điều khiển của các từ mã trải phổ PN Do vậy tín hiệu trải phổ nhảy tần đa ra cũng chiếm độ rộng gấp nhiều lần độ rộng phổ của tín hiệu vào (chứa trong sóng mang đã

điều chế)

3 Trải phổ nhảy thời gian (TH: Time Hopping): Bản tin nguồn có tốc

độ Rb đợc phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn khoảng thời gian

đợc sử dụng trong các kỹ thuật điều chế thông thờng Trong khoảng thời gian này khối các bít số liệu đợc nén vào các cụm (Burst) và đợc phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian, trong một khung (chứa một số lợng lớn các khe thời gian) Khe thời gian trong khung phát cụm số liệu đợc xác

định bởi mẫu nhảy thời gian có dạng giả ngẫu nhiên

Ngoài ra còn các các phơng pháp lai kết hợp các phơng pháp trên nh: DS/FH, FH/TH DS/FH/TH Tuy nhiên các kỹ thuật này đợc xem nh

sự mở rộng đơn giản của hai kỹ thuật nên sẽ không đợc xem xét một cách chi tiết Tóm lại chúng ta chỉ đề cập tới 2 kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS) và nhảy tần (FH)

1.3.1 Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp DS-SS

(Direct Sequence Spread Spectrum)

Kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp sử dụng mã trực tiếp băng rộng để điều chế tín hiệu sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu gốc Dãy mã đợc sử dụng có tốc độ cao hơn nhiều (tốc độ chip) so với tốc độ bit thông tin, mỗi bit thông tin của tín hiệu số đợc truyền đi nh một chuỗi ngẫu nhiên của chip Các hệ thống trực tiếp dãy trực tiếp còn gọi là hệ thống giả tạp âm Trong thời gian gần đây các hệ thống DS SS đã đợc ứng dụng trong các hệ thống thông -tin thơng mại

Trong các hệ thống DS-SS có thể sử dụng điều biên (AM), điều tần (FM), điều pha (PM) để điều chế tín hiệu DS SS băng gốc trên sóng mang cao -

tần RF Phơng thức thông thờng đợc sử dụng là dùng khoá dịch pha PSK (Phase Shift Keying) Ta đi xét phơng pháp trải phổ dãy trực tiếp dùng khoá dịch pha hai mức BPSK (Binary Phase Shift Keying)

1.3.1.1 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu BPSK

BPSK là loại điều chế đơn giản nhất của trải phổ dãy trực tiếp Trong kỹ thuật trải phổ dãy trực tiếp BPSK ngời ta sử dụng điều chế dịch pha nhị phân nh phơng pháp điều chế trải phổ, điều đó có nghĩa là lần điều chế thứ nhất,

điều chế dữ liệu theo phơng pháp điều chế số thông thờng, lần điều chế thứ hai, ngời ta sử dụng mã trải phổ để điều chế tín hiệu sóng mang đã đợc điều chế bởi tín hiệu (điều chế lần thứ nhất) theo kiểu BPSK

Trớc tiên ta đi xét tín hiệu sóng mang s(t):

s(t) = A.cosω0t ( 1)1- Trong đó:

+ A: biên độ đỉnh của sóng mang

+ θd(t): pha của sóng mang

+ Ts: độ rộng một chip (hay một ký hiệu) của dữ liệu điều chế d(t)

Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ dữ liệu trớc đó và phụ thuộc vào đặc điểm của việc điều chế

Trải phổ dãy trực tiếp sử dụng kỹ thuật BPSK bằng mã trải phổ C(t) có

dạng xung tín hiệu NRZ(Non Return Zezo) và chỉ có các giá trị mức bằng 1 +

và có tốc độ dòng gấp N lần tốc độ dòng dữ liệu d(t) Việc điều chế trải phổ

đợc thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang đã đợc điều chế

Sd(t) với hàm mã C(t)

Tín hiệu phát đi có dạng:

St(t) = 2.P cos[ω0t + θC(t) + θd(t)] với 0 ≤ ≤ t T ( 4)1- Nh vậy bây giờ pha của tín hiệu sóng mang phát đi phụ thuộc vào 2 thành phần:

+ θC(t): phụ thuộc vào mã giả ngẫu nhiên C(t)

+ θd(t): phụ thuộc vào dòng dữ liệu d(t)

Trên cơ sở của phơng trình ( 3) ta xây dựng đợc sơ đồ bộ điều chế nh sau:

Dữ liệu nhị

phân d(t) Sd(t) St(t)

Sóng mang 2.P cos(ω0t) Mã trải phổ C(t)

Hình 1.3: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp

Bộ điều chế pha Bộ điều chế

mã BPSK

Do tính chất của dãy mã giả ngẫu nhiên trải phổ C(t) có dạng xung NRZ có các giá trị là +1 nên từ phơng trình (1-3) ta có:

St(t) = 2.P C(t).cos[ω0t + θd(t)] 5)

(1-Nh vậy trải phổ sử dụng kỹ thuật điều chế BPSK đợc thực hiện một cách đơn giản bằng cách nhân tín hiệu sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu với mã trải phổ C(t), bộ điều chế mã BPSK ở hình trên đợc thay thế bằng

bộ nhân Ta xây dựng đợc bộ điều chế nh sau:

Dữ liệu nhị

phân d(t) Sd(t) St(t)

Sóng mang 2.P cos(ω0t) Mã trải phổ C(t)

Khi này thì tín hiệu phát đi có thể đợc viết lại là:

St(t) = C(t).Sd(t) (1-6) Mặt khác do tính chất của tín hiệu C(t) là các tín hiệu xung NRZ nên C(t)=+1 do đó C2(t)=1 Vì vậy:

St(t).C (t) = C2(t).Sd(t) = Sd(t)

(1-7) Tại đầu thu thì bộ thu sẽ thu đợc tín hiệu sau một khoảng thời gian trễ

Td là:

Bộ điều chế pha

Hình 1.4: Sơ đồ điều chế trải phổ trực tiếp đơn giản

2.P C(t-Td).cos[ω 0.t + θd(t-Td) + ϕ] + Nhiễu

Ta xây dựng đợc sơ đồ bộ giải điều chế nh sau:

Dữ liệu mong muốn

C(t - Td)

Hình 1.5: Sơ đồ giải điều chế trải phổ dạng đơn giản

Do việc điều chế tín hiệu ở phía phát đợc thực hiện qua 2 lần điều chế Nên tại đầu thu quá trình giải điều chế cũng phải thực hiện theo 2 quá trình ngợc lại với phía phát:

• Quá trình 1: Thực hiện nhân tín hiệu điều chế thu đợc với mã trải phổ có sẵn ở đầu thu (quá trình này thực chất là quá trình nén phổ tín hiệu) Sau quá trình này thì tín hiệu thu đợc sẽ có dạng sau:

SR(t) = 2P C(t - T’d).C(t - Td) cos [ω0(t - Td) + θd(t - Td) + ϕ] 8)

(1-Trong đó:

Td: Thời gian trễ do truyền dẫn

T’d: Thời gian trễ truyền dẫn do phía thu dự đoán

Nếu T’d = Td thì điều đó có nghĩa là mã trải phổ phía thu đợc đồng bộ chính xác với mã trải phổ của phía phát Khi đó ta có: C(t - Td).C(t – T’d) = 1

Nếu bỏ qua thành phần pha ngẫu nhiên thì tín hiệu thu đợc sau bộ ϕ

Lọc thông dải

Bộ giải

điều chế pha

S*R(t) = 2P cos[ω0(t-Td) + θd(t-Td)] 9)

(1-Ta thấy S*R(t) chính là Sd(t) bị trễ đi một khoảng thời gian là Td

• Quá trình 2: Tín hiệu S*R(t) đợc đa đến bộ giải iều chế pha để tách trở đlại tín hiệu ban đầu

Trong trờng hợp ta đang xét thì lần điều chế thứ nhất đối với dữ liệu thông tin là quá trình điều chế pha số thông thờng, còn điều chế trải phổ lần thứ 2 là iều chế BPSK đ

Sau đây ta xét quá trình điều chế mà cả hai quá trình điều chế đều sử dụng phơng pháp điều chế BPSK (Phơng pháp này còn đợc gọi là phơng pháp điều chế BPSK cải tiến)

Điều chế dữ liệu lần 1 có dạng:

Sd(t) = 2P cos[ω0t + d(t).π/2] với 0≤ ≤ t Tb 10)

(1-Trong đó: Tb là độ rộng một tín hiệu hay một bit

Do điều chế BPSK nên độ dịch pha là Dữ liệu d(t) mang giá trị π +1 Trong ký hiệu BPSK một ký hiệu điều chế đợc thay bởi một bit Do vậy:

TS = Tb với TS là độ dài một ký hiệu điều chế

Do đó phơng trình (1-10) có thể đợc viết lại nh sau:

Sd(t) = 2P cosω0t với 0 ≤ ≤ t Tb (11)

1-Lúc này tín hiệu này đợc đa qua điều chế lần thứ 2 dạng BPSK, và nó

sẽ có dạng sau:

S(t) = 2P C(t).d(t).cosω0t với 0 ≤ ≤ t Tb 12)

(1-Do vậy quá trình điều chế 2 lần đợc thay thế bằng quá trình điều chế duy nhất thông qua việc nhân mã trải phổ C(t) với dãy dữ liệu d(t)

1.3.1.2 Trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK

Ngoài phơng pháp điều chế tín hiệu dịch pha nhị phân (BPSK) còn có nhiều phơng pháp điều chế dịch pha khác Với phơng pháp dịch pha nhị phân, góc pha của sóng mang bị dịch cố định là 0 hay 1800 tuỳ thuộc vào giá trị của dữ liệu Do vậy nếu cả 2 quá trình điều chế (dữ liệu và trải phổ) đều áp dụng phơng pháp này thì ngời ta có thể thay bằng một bớc điều chế dịch pha nhị phân cho tích của dữ liệu và mã trải phổ Còn đối với phơng pháp

điều chế pha 4 mức (QPSK) thì góc pha của sóng mang bị dịch đi nằm tại một trong 4 giá trị là 0, +900 và 1800

Điều chế pha 4 mức QPSK thực hiện tổ hợp 2 bit của tín hiệu thành một

ký hiệu điều chế và quyết định một trạng thái pha sóng mang Do vậy cùng với một độ rộng băng tần truyền dẫn, sử dụng phơng pháp điều chế QPSK sẽ

có tốc độ bit tăng gấp đôi so với phơng pháp điều chế BPSK

Quy luật về trạng thái pha của phơng pháp điều chế QPSK nh sau:

Tổ hợp bit dữ liệu Trạng thái pha

Trong trờng hợp tổng quát khi bớc điều chế dữ liệu ban đầu là phép

điều chế dịch pha, tín hiệu đầu vào bộ điều chế trải phổ dãy trực tiếp kiểu QPSK là:

S (t) = 2P cos[ω0t + θd(t)] với 0 ≤ ≤ t Tb (13)

1-Phép điều chế trải phổ QPSK thực hiện dịch pha của sóng mang đã

đợc điều chế bởi dữ liệu dới tác dụng của mã trải phổ giả ngẫu nhiên theo quy luật điều chế theo bảng nh trên Việc điều chế này đợc thực hiện nh hình vẽ sau:

I(t)

S(t)

Q(t)

Hình1.6: Trải phổ dãy trực tiếp điều chế pha 4 mức

Trong đó bộ “lai cầu phơng– thực hiện tạo ra 2 tín hiệu có lệch pha

nhau là 1800 (trực giao với nhau) từ tín hiệu điều chế pha ban đầu Hai tín hiệu này có công thức nh sau:

Tín hiệu thứ nhất:

I (t) = 2P cos[ω0t + θd(t)] 1-(14)

Tín hiệu thứ hai:

Bộ điều chế pha

Bộ tạo lai cầu phơng

Q (t) = 2P sin[ω0t + θd(t)] 15)

(1-Đồng thời tín hiệu giả ngẫu nhiên C(t) cũng đợc tách thành hai tín hiệu

C1(t) và tín hiệu C2(t) với tốc độ bit bằng một nửa tốc độ bít của dòng nhị phân ban đầu Dòng bit của tín hiệu C1(t) chứa các giá trị bít nằm ở các vị trí chẵn trong dòng bit của tín hiệu C(t) và ngợc lại thì dòng bit của tín hiệu

C2(t) chứa các gi trị bit nằm ở các vị trí lẻ trong dòng bít của tín hiệu C(t) á Nh vậy hai tín hiệu I(t) và Q(t) bây giờ bị trải phổ dịch pha nhị phân bởi hai mã trải phổ có tốc độ bằng nửa tốc độ mã ban đầu Kết quả tín hiệu trải phổ

đầu ra thu đợc bằng cách cộng hai tín hiệu trải phổ này với nhau và có dạng sau:

x(t) = C1(t).I(t)+C2(t).Q(t)

(1-16) Nh vậy với bớc điều chế trải phổ sử dụng phép điều chế pha 4 mức, tín hiệu sóng mang bị điều pha bởi dữ liệu lại một lần nữa bị điều chế pha , QPSK Bớc điều chế sóng mang bởi dữ liệu có thể là điều chế pha nh phân ị hay điều chế pha 4 mức giống nh bớc điều chế trải phổ Khi đó đầu thu khôi phục lại dữ liệu gốc theo chiều ngợc lại và phải tuân theo đúng phép giải điều chế BPSK hay QPSK Với phơng thức điều chế pha 4 mức thì ta có thể gửi nhiều dữ liệu hơn vào sóng mang và do đó tiết kiệm đợc đờng truyền dẫn so với phơng thức điều chế pha nhị phân

1.3.2 K thuật trải phổ nhảy tần FH ỹ -SS

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần là kỹ thuật trong đó có sử dụng một bộ phát mã PN để điều khiển bộ tổng hợp tần số Hệ thống FH đợc coi nh là việc

điều chế gián tiếp vào mã trải phổ Hệ thống FH sẽ tạo ra hiệu quả của việc trải phổ bằng cách nhảy tần giả ngẫu nhiên giữa các tần số vô tuyến f1, f2, f3 , , fn với n có thể rất lớn

Trong hệ thống FH nếu tốc độ nhảy tần lớn hơn tốc độ của bit thông tin thì đợc gọi là hệ thống nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping)

Nếu tốc độ nhảy tần nhỏ hơn tốc độ của bit thông tin thì đợc gọi là hệ thống nhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping)

Các hệ thống sử dụng k thuật trải phổ nhảy tần đã đợc dùng từ rất lâu ỹ trong các hệ thống thông tin quân sự

Chúng ta thấy rằng, đối với một hệ thống trải phổ dãy trực tiếp sử dụng mã trải phổ để trải phổ trực tiếp sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu Phổ tần công suất của tín hiệu có dạng (Sinx/x)2, và đợc phân bố đều trên toàn bộ băng tần trải phổ Tuy nhiên các hệ thống trải phổ dãy trực tiếp thờng gặp phải một số nhợc điểm sau:

+ Việc đồng bộ mã trải phổ giữa đầu phát và đầu thu là rất khó khăn + Độ rộng băng của tín hiệu trải phổ bị hạn chế trong khoảng vài trăm MHz do sự khó khăn trong quá trình đồng bộ

Trái lại hệ thống trải phổ nhảy tần có thể khắc phục đợc những nhợc

điểm trên, hệ thống trải phổ nhảy tần đợc sử dụng trong thông tin quân sự

của Mỹ từ những năm 50 So với hệ thống trải phổ d y trực tiếp thì nó có ãnhững u điểm sau:

+ Mã trải phổ không trực tiếp tham gia vào trong quá trình trải phổ tín hiệu sóng mang đã đợc iều chế mà nó chỉ đợc sử dụng để điều khiển bộ đtổng hợp tần số để tạo ra các giá trị tần số nhảy tần cho sóng mang

+ Tại các thời điểm có sự nhảy tần số thì bộ tạo mã trải phổ sẽ đa ra một đoạn có chứa K bit của mã để điều khiển bộ tổng hợp tần số làm cho bộ

tổng hợp tần số này sẽ nhảy sang hoạt động ở một tần số tơng ứng với mã K bit của mã đa vào ứng với K bit thì mã sẽ cho ta 2K giá trị tần số khác nhau,

đoạn K bit này đợc gọi là một từ tần số và có 2Kgiá trị tần số khác nhau

+ Có các giá trị tần số này đợc xuất hiện một cách ngẫu nhiên tại đầu

ra của mỗi bộ tạo mã trải phổ Do đó 2K giá trị tần số này đợc tạo ra dới sự

điều khiển của 2Kgiá trị từ tần số cũng mang tính ngẫu nhiên ,

+ Phổ của tín hiệu nhảy tần có bề rộng giống nh sóng mang đã đợc

điều chế bởi dữ liệu, nó chỉ khác là băng tần của phổ tần này nhận những giá trị trung tâm khác nhau phụ thuộc vào giá trị tần số đợc bộ tổng hợp tần số , tạo ra trong mỗi lần nhảy tần

Tuy nhiên nếu xét trên toàn bộ cả quá trình iều chế sóng mangđ đã

đợc điều chế bởi dữ liệu thì phổ tần của tín hiệu nhảy tần sẽ, lần lợt chiếm toàn bộ miền giá trị của băng tần trải phổ Đối với các hệ thống trải phổ nhảy tần thì độ rộng phổ của băng tần trải phổ có thể đạt đợc giá trị rất lớn cỡ vài GHz

Bộ

điều chế MFSK

Kênh truyền dẫn

Bộ tạo mã

trải phổ

Mã trải phổ

đợc

đồng bộ

Bộ giải

điều chế MFSK

Bộ điều chế nhảy tần

Bộ giải

điều chế nhảy tần

Hình 1.7: Sơ đồ mô hình hệ thống trải phổ nhảy tần

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nh sau:

Tại đầu phát: Dữ liệu d(t) đợc iều chế với sóng mang nhờ bộ đ điều chế khoá dịch tần MFSK, và đầu ra là sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu Bộ nhịp mã sẽ điều khiển bộ tạo mã trải phổ các giá trị tần số khác nhau và độc lập ứng với các chip mã Các từ tần số này lại điều khiển bộ iều chế nhảy tần đlàm cho sóng mang đã đợc iều chế ở đầu vào nhảy sang hoạt động ở một đtần số mới tơng ứng với giá trị của từ tần số điều khiển

Tại đầu thu: Tín hiệu thu đợc sẽ đợc đa vào bộ giải iều chế nhảy đtần dới sự điều khiể của bộ tạo mã trải phổ tại phía thu để tái tạo lại đợc n tín hiệu sóng mang đã đợc iều chế, sau đó tín hiệu sóng mang đợc tái tạo lại đ

đợc đa vào bộ giải điều chế MFSK để tái tạo lại dữ liệu ban đầu

1.3.2.1 Điều chế nhảy tần (FH)

Với bộ giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao thì khoảng cách về tần số giữa các tone MFSK phải bằng bội số nguyên lần của tốc độ chip (Rp) Điều này đảm bảo cho một mẫu phát đi không ảnh hởng xuyên âm tới các bộ tách khác Dải băng tần tín hiệu nhảy tần đợc chia đều thành Ntphần bằng nhau:

Nt = Wss/Rp

Sau đó Nt phần này lại đợc chia thành Nb nhóm riêng biệt:

Nb = Nt/M Mỗi nhóm này sẽ có độ rộng băng tần là Wd = Wss/Nb Theo cách sắp xếp này, đoạn mã nhị phân k bit của chuỗi PN sẽ xác định Nb = 2K tần số sóng mang khác nhau Trong khi đó, mỗi tone nhảy tần là cố định và nằm trong khoảng M tần số xác định tơng đối

a Nh¶y tÇn nhanh

H×nh vÏ trªn m« t¶ phæ cña tÝn hiÖu MFSK vµ phæ tÝn hiÖu nh¶y tÇn nhanh theo thêi gian Trong mét chu kú d÷ liÖu nh y tÇn hai lÇn, víi ®iÒu chÕ ¶MFSK M=4, nªn K=log2M=2, tõ tÇn sè gåm chip m· nh¶y tÇn

Hình vẽ trên mô tả phổ tín hiệu trải phổ nhảy tần chậm theo thời gian Trong phép nhảy tần này ta cũng dùng chuỗi giả ngẫu nhiên nh đã dùng trong ví dụ nhảy tần nhanh trên Khác với trờng hợp nhảy tần nhanh, trong hệ thống nhảy tần chậm thì tốc độ chuỗi tín hiệu trải phổ thấp hơn so với tốc độ dòng dữ liệu và khi đó tốc độ chip bằng tốc độ dòng dữ liệu

+ Tín hiệu FSK 4 trạng thái với bề rộng phổ W- d đợc chia làm 4 phần nhỏ tơng ứng với 4 tone, tone đợc đánh dấu là tone đợc phát đi

+ Tín hiệu SFH/MFSK gồm 8 tần số nhảy tần khác nhau Tại mỗi thời

điểm, từ tần số 3 bit sẽ điều khiển bộ tổng hợp nhảy tần sang hoạt động ở 1 tần số mới trong 8 tần số để điều chế với Wđ Lần lợt 8 tần số sẽ chiếm toàn

bộ bề rộng trải phổ Wss = 8Wđ

1.3.2.2 Hệ thống giải điều chế nhảy tần

Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần đợc thực hiện ngợc lại so với quá trình trải phổ và cũng đợc thực hiện qua 2 bớc Bớc thứ nhất là thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại đợc tín hiệu

điều chế tần số MFSK Bớc thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều chế MFSK thông thờng

a Nén phổ tín hiệu nhảy tần

Giả sử tại đầu thu đã tạo lại đợc tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên phát Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt nh bên phát ín hiệu nhảy tần thu đợc sẽ trộn với tín hiệu tổng Thợp tại chỗ này và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu

Hình 1.9: Đồ thị trải phổ theo thời gian tín hiệu nhảy tần chậm

MFSK ta sẽ thu lại đợc tín hiệu chứa dữ liệu MFSK Nh vậy điều hết sức quan trọng đảm bảo sự thành công của bớc nén phổ này là bên thu cần tạo

đợc mã giả ngẫu nhiên đồng bộ hoàn toàn với bên phát

b Giải điều chế tín hiệu MFSK

Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này ngời ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải và M bộ tách sóng đờng bao Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ

i sẽ khác 0 khi tín hiệu dữ liệu đợc điều chế ở mức i Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá trị bằng 0 Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hởng của nhiễu đầu

ra thứ i không có giá trị cực đại tối đa và M-1 đầu ra còn lại cũng không bằng

0 nên cần sử dụng bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này Dữ liệu M mức đầu ra đợc đa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu

Hình1.10: Giải điều chế tín hiệu MFSK

1.4 Dãy tạp âm giả ngẫu nhiên (PN)

Trong các hệ thống CDMA thì bộ tạo mã giả tạp âm là một thành phần quan trọng nhất có vai trò quyết định đến việc nhận dạng những ngời sử

Lọc 1

Lọc 2

Lọc M

Mạch tách đờng bao 1

Mạch tách đờng bao 2

Mạch tách đờng bao M

Bộ so sánh lấy giá trị lớn nhất

và giải mã

dụng khác nhau trong một hệ thống Dãy mã giả tạp âm PN (Pseudorandom Noise) đợc sử dụng nhằm các mục đích sau:

+ Trải phổ băng rộng tín hiệu sóng mang đã đợc điều chế bởi dữ liệu tới một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn gấp nhiều lần

+ Dùng để phân biệt giữa những ngời sử dụng khác nhau trong cùng một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống

Tuy nhiên đối với ngời phát và ngời thu thì dãy PN không phải là một dãy ngẫu nhiên, mà nó chỉ đợc xem là ngẫu nhiên đối với những ngời còn lại đang cùng sử dụng trong hệ thống

Dãy PN đợc sử dụng có các tính chất sau :

+ Tính cân đối: Tính cân đối của dãy PN đợc thể hiện ở chỗ mỗi chu ,

kỳ của dãy thì số con số 1 và 0 khác nhau nhiều nhất là 1, hay nói cách khác ,

số con số nhị phân 1 và 0 chênh nhau nhiều nhất là 1 đơn vị

+ Tính chạy: Mỗi bớc chạy là một dãy các bít liên tiếp nhau có cùng

một mức logic 1 hoặc 0, độ dài của một bớc chạy là số bit trong bớc chạy

đó Trờng hợp một bit 1 hay 0 đợc xen giữa các bit 0 hay 1 cũng đợc coi là một bớc chạy

+ Tính tơng quan: Từ một dãy mã giả tạp âm đợc tạo ra, ta có thể có

một dãy khác đợc suy ra từ dãy này bằng cách dịch đi lần lợt từng vị trí bit, bit già nhất đợc dịch về phía bit trẻ tiếp theo, và bit trẻ nhất đợc dịch về phía bit già nhất

Dãy PN đợc tạo ra bằng sự liên kết đầu ra của các thanh ghi dịch hồi tiếp Một thanh ghi dịch hồi tiếp bao gồm bộ nhớ hai trạng thái liên tiếp hoặc trạng thái lu giữ và logic phản hồi Dãy nhị phân đợc dịch thông qua thanh ghi dịch trong các đáp ứng xung đồng hồ

Sau đây ta sẽ xét một bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính bao gồm có 4 phần

tử có 4 trạng thái khác nhau

Bộ ghi dịch bao gồm có 4 phần tử nhớ và dịch là X1, X2, X3, X4, bộ cộng module - 2 và một đờng hồi tiếp đợc dẫn từ bộ cộng trở về đầu thanh ghi dịch Hoạt động của thanh ghi dịch đợc điều khiển bởi một bộ xung nhịp

đồng hồ Dới tác động của các xung nhịp thì trạng thái của mỗi phần tử nhớ

đợc dịch sang phần tử bên phải sát đó X1 đợc dịch sang X2, X2 đợc dịch sang X3, X3 đợc dịch sang X4, đồng thời cũng mỗi khi có xung nhịp đồng

hồ thì trạng thái của hai phần tử X3 và X4 đợc cộng module 2 và theo đờng hồi tiếp quay trở về X1

Đờng hồi tiếp Bộ cộng module-2

Xung đồng hồ

Hình 1.11: Thanh ghi dịch phản hồi tuyến tính 4 trạng thái

Tuy nhiên với một bộ ghi dịch kiểu này ta cần chú ý những đặc điểm sau:

• Dãy 0000 không thể sử dụng đợc là trạng thái của thanh ghi dịch bởi vì

nó không thể nhảy sang một trạng thái khác đợc

• Cũng từ đặc điểm trên ta thấy rằng sau 2n – 1 (với n là số phần tử của thanh ghi dịch) trạng thái thì thanh ghi dịch lại trở về trạng thái nh lúc ban đầu

CHƯƠNG 2 giới thiệu công nghệ CDMA 2000 1X

2.1 Giới thiệu chung

Lý thuyết về CDMA đã đợc xây dựng từ những năm 1950 và đợc áp dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960 Cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã đợc thơng mại hoá từ phơng pháp GPS và Ommi TRACS, phơng ph- áp này cũng đã đợc đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm Mỹ vào năm -

1990

Kỹ thuật mà CDMA sử dụng là kỹ thuật trải phổ đã đợc trình bày ở phần trớc, nhờ tính u việt của nó nên nhiều ngời sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi Những ngời sử dụng nói trên

đợc phân biệt lẫn nhau nhờ dùng một mã đặc trng không trùng với bất kì ai Kênh vô tuyến đợc dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, và những kênh này cũng đợc phân biệt nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên Một kênh CDMA

có bề rộng phổ là 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz, tổng cộng 1,77 MHz CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt (chip rate) 1,2288 MHz Dòng dữ liệu gốc đợc mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên, PN Pseudonoise: giả tạp âm) của máy phát PN Một cắt là phần dữ liệu mã hóa qua cổng XOR

Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác nh khi tín hiệu đợc xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tơng ứng ở máy phát thì tin tức không thể thu nhận đợc

Trong CDMA sự trải phổ tín hiệu đã phân bố năng lợng tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ của tín hiệu gốc ở phía thu, phổ của tín hiệu lại đợc nén trở lại về phổ của tín hiệu gốc

2.2 Phơng pháp truy cập kênh

Trong thông tin di động các thiết bị đầu cuối di động MS truy cập tới các trạm thu phát gốc thông qua giao diện vô tuyến Việc phân chia các kênh liên lạc cho mỗi MS đợc gọi là kỹ thuật đa truy cập Dới đây giới thiệu tổng quát về 3 phơng pháp đa truy cập là: FDMA, TDMA, và CDMA

*FDMA: Frequency Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số

Phổ tần số quy định cho liên lạc đợc chia 2N dải tần số kế tiếp, cách nhau một dải tần phòng vệ Mỗi dải tần số đợc gán cho một kênh liên lạc, trong đó N dải kế tiếp dành cho liên lạc hớng lên, sau một dải tần phân cách

là N dải kế tiếp dành cho liên lạc hớng xuống.Trong phơng pháp này mỗi

MS đợc cấp phát một đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến Nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận nhau là rất đáng kể Hệ thống sử dụng phơng pháp truy cập FDMA điển hình là AMPS (Advanced Mobile Phone System)

*TDMA: Time Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số Phổ tần số quy định cho liên lạc di động đợc chia thô thành các dải tần liên lạc, mỗi dải tần liên lạc này đợc dùng chung cho N kênh liên lạc, mỗi kênh liên lạc là một khe thời gian trong chu kỳ một khung Tin tức đợc tổ chức dới dạng gói, mỗi gói có bit chỉ thị đầu gói, bit chỉ thị cuối gói, các bit

đồng bộ, các bit bảo vệ và các bit dữ liệu Tín hiệu của MS đợc truyền dẫn số, liên lạc song công mỗi hớng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau Hệ thống

sử dụng phơng pháp truy cập TDMA điển hình là GSM (Global System for Mobile)

*CDMA: Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

Phổ tần số quy định cho thông tin liên lạc đợc dùng chung cho các MS, mỗi MS đợc gán một mã riêng biệt và kỹ thuật trải phổ tín hiệu giúp cho các

MS không gây nhiễu lẫn nhau Kỹ thuật trải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cờng độ trờng rất nhỏ và có khả năng chống fadinh hơn hẳn so với các hệ thống trớc đây Việc các MS sử dụng chung tần số vô tuyến khiến cho việc thay đổi kế ho ch tần số trở nên đơn giản hơn và việc điều khiển dung ạlợng hệ thống cũng linh hoạt hơn

Hình 2.1 So sánh các công nghệ đa truy cập –nguồn Qualcomm–

2.3 Thủ tục thu phát tín hiệu của CDMA

1/ Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát đợc mã hoá, lặp, chèn và

đợc nhân với sóng mang f0 và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128)

2/ Tín hiệu đã đợc điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHZ sau đó phát qua anten

3/ ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu đợc từ anten đợc

đa đến bộ tơng quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn đợc tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã

Hình 2.2: Sơ đồ phát/thu CDMA, –nguồn Qualcomm–

2.4 Ưu điểm của CDMA

Công nghệ CDMA đã thực sự mang lại cho nhà khai thác cũng nh thuê bao rất nhiều lợi ích nh:

+ Chất lợng cuộc gọi đợc nâng cao

+ Dung lợng hệ thống CDMA gấp 8 10 lần so với hệ thống AMPS và -

4 - 5 lần hệ thống GSM

+ Thiết kế hệ thống đơn giản hoá do sử dụng cùng 1 dải tần số ở mọi ô + Nâng cao sự bảo mật thông tin

+ Đặc tính phủ sóng đợc cải thiện, nâng cao phạm vi phủ sóng

+ Tăng thời gian đàm thoại cho máy đầu cuối

+ Dải thông đợc cung cấp tuỳ theo yêu cầu sử dụng

2.4.1 Tăng dung lợng hệ thống

Với dải tần là 10MHz thì W-CDMA chỉ có 2 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 5MHz), còn CDMA 2000 có tới 7 sóng mang/sector (mỗi sóng mang là 1,25MHz) Nh vậy với 62 kênh lu lợng TCH/sóng mang thì W-CDMA có tối đa 124TCH/sector còn CDMA 2000 1x có tới 266TCH/sector

Bảng 1.So sánh dung lợng thoại giữa các công nghệ2

do đó số ngời sử dụng cùng một lúc là lớn nhất

Qua bảng 2.2 cho dung lợng dữ liệu của CDMA 2000 1x và EV-DO lớn hơn rất nhiều so với các công nghệ trên nền GSM khác nh GPRS, EDGE

và thậm chí cả W-CDMA Nhờ khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao mà CDMA

2000 có thể đa ra một mức giá dịch vụ truyền dữ liệu rất cạnh tranh

Cả băng tần đợc chia thành một số tần số ong công nào đó, các tần số này slại đợc chia thành các nhóm tần số, mỗi nhóm đợc sử dụng cho một vùng nào đó gồm nhiều trạm BTS Cùng nhóm tần số này có thể đem sử dụng cho vùng bên cạnh mà không gây hiện tợng giao thoa đồng kênh, miễn là khoảng cách giữa hai BTS cùng sử dụng một tần số đủ lớn Các mẫu sử dụng lại tần số trong GSM là 3/9, 4/12, 7/12 Với mẫu 4/12, các tần số đợc chia làm 12 nhóm với 4 BTS, mỗi BTS có 3 ô Mẫu này áp dụng cho những vùng có mật

độ trung bình, ít nhà cao tầng nên rất phù hợp và đợc ứng dụng trong các mạng GSM ở Việt Nam Nếu mỗi nhà khai thác có 40 tần số thì đợc 4 ô có tối đa 4 tần số và 8 ô còn lại có tối đa 3 tần số Nh vậy, mỗi sector chỉ đợc phép sử dụng một vài tần số xác định, do đó dung lợng của mạng GSM bị giới hạn rất nhiều

Hình 2.3 So sánh sử dụng tần số của GSM và CDMA , –nguồn bài giảng TTDD–

Bảng 2.3 Phân bổ tần số cho mẫu 4/12 với 40 tần số