luận văn tìm hiểu hệ thống đa truy cập mccdma

LỜI NÓI ĐẦUCông nghệ viễn thông đang có những bước ph át triên tuyệt vời,càng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác,điên hình như :kĩ thuật điện tử ,công nghệ thông tin,quang họ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN TỬ VIÊN THÔNG

L Ớ P : 02DT1

; Pưõỉv.- 9 H D L -h'tCN|

THU VIỆN

* TP HỒ Chí Minh 01 -2007

TÌM HIỂU HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

DÙNG KỸ THUẬT MC-CDMA

PH Ẩ N !: l ýt h u y ế t

CHƯỜNG1 : GIỚI THIỆU CHUNG

III.K ênh tru y ền vô tuyến và các hiện tượng ảnh hưởng đến ch ất lượng kênh tru y ên

A.Các hiện tượng ảnh hưởng đến ch ất lượng kênh tru y ền 6

CHƯƠNG 2 :CẮC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP VÀ

PHƯƠNG PHÁP TRẢI PHỔ

1 FDMA: đa truy nhập phân chia theo tần số 102 TDMA: đa truy nhập phân chia theo thời gian 12

a.Các đặc tính

3.1 Chuyển giao mềm (Soft Handoff) 183.2 Chuyển giao mềm hơn(Softer Handoff) 18

1 Hiệu quả tính toán của thuật toán FFT 612 Thuật toán FFT rút gọn theo thời gian 643 Thuật toán FFT rút gọn theo tần số 664 Nhận xét về hai thuật toán trên 687 Chống nhiễu hên kí tự(ISI) bằng cách dùng khoản bảo vệ 698 ƯU- khuyết điểm của hệ thống OFDM 70

PHẤN II: MÔ PHỎNG

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ viễn thông đang có những bước ph át triên tuyệt vời,càng với sự phát triển của các ngành công nghệ khác,điên hình như :kĩ thuật điện tử ,công

nghệ thông tin,quang học Công nghệ viễn thông đã và đang mang đến cho conngỉứti những ứng dụng trong tất cả các tĩnh vực: y hoc,văn hoá, giáo dục,kinh tế.Ngày nay các quốc gia đều xem viễn thông và tin học là một trong những ngành mũi nhọn và đầu tư vào đó tiền của ,chất xám đê có được những thành tựu,những vị trí xứng đáng trong nghiên cứu và ứng dụng những thành quả

Trong xã hội hiện đại ngày nay ,nhu cầu trao đôi thông tin là một nhu cầu thiết yếu.Các hệ thống thông tin di động ra đời đã cung cấp cho con người sự lựa chọn hoàn hảo,tiện lợi mọi lúc mọi nơLNhu cầu này càng lớn nên sô lượng khách hàng sử dụng thông tin di động ngày càng tăng ,các mạng thông tin di động vì thê được mở rộng ngày càng nhanh Chính vì vậy ,cần phải có những biện pháp tăng dung lượng cho các hệ thống thông tin di động hiện có.Hệ thống CDMA ra đời rà đã chứng tỏ được khả năng hỗ trợ nhiều user hơn so vôi các hệ thống trước đó.Hơn nữa ,so với hai phuơng pháp đa truy nhập truyền thống FDMA và TDMA thì phương pháp CDMA có những đặc điểm nôi trội hơn han: chông nhiêu đa

đường,có tính bảo m ật cao,hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ khác nhau

Tuy nhiên ,trong tương lai không xa nữa nhu cầu về các dịch vụ sô liệu sẽ ngày càng tăng ,mạng thông tin di động không chỉ đáp ứng nhu cầu thông thoại bình thường mà còn phải mở rộng ra hơn nữa chẳng hạn:cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ khác như truyền dữ liệu ,hình ảnh và video Chính vì vậy,vân đề dung lượng và tốc độ cần phải được quan tâm hàng đầu

Trong những năm gần đây ,kỹ thuật ghép kênh theo tần sô trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing),đây là một kỹ thuật điều chê đa sóng mang,được sử dụng rộng rãi trong các ứng dạng vô tuyến cũng như hữu tuyến Ưu điểm của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyền chon lọc tần sô',tiết kiệm băng thông ,hệ thống ít phức tạp do việc điều chê và giai điêu chê đa sóng mang sử dụng giải thuật IFFT và FFT

Đ ể đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng,ý tưởng về kỹ thuật MC-CDMA ra đờỉ,dực trên sự kết hợp của CDMA và OFDM MC-CDMA ke thừa tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM như :tốc độ truyền cao, tính bên vững với fading chọn lọc tần s ố , sử dụng băng thông hiệu quả ,tính bảo m ật cao và giảm độ phức tạp của hệ thống Chính vì vậy ,MC-CDMA là một ứng viên sáng giá cho hệ thống thông tin di động trong tương lai

CHƯƠNGIGĨỚT THTRU CHUNG

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

L KHẢI QUẮT VẺ HÊ THỐNG DI ĐÔNG TÉ BÀO_

Thay vì dùng các máy phát sóng vô tuyến công suat cực lớn đe cung cap các dịch vụ thông tin di động cho một lượng lớn users trong một vùng rộng lớn thì thông tin tế bào chia các vùng địa lý thành các ô ( cell) ,mỗi ô sử dụng máy phát sóng công suất nhỏ hơn và các bộ điều khiển được gọi là trạm gốc (BS-Base Station).Các ô này kết hợp lại tạo thành mạng tế bào như hình 1.1

Cắc trạm gốc (BS) dược diều khiển bời Trung tâm chuyền mạch di động (MSC - Mobiỉe SvÂtehing Ceníer), các MSC nảy lại được điều khiên bồi Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN - Public Switehed Telephone NetW0fk).

Trong hệ thống thông tin di động tế bào ,tần số mà các máy di động sử

dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà thay đổi tùy theo vị trí của user.Mỗi

ô được gán cho một nhóm tần số Vì vậy,các ô k ế cận nhau sử dụng các nhóm tần số khác nhau để tránh nhiễu đồng kênh.Còn ở các ô cách xa nha một khoảng cách nhất định thì có thể sử dụng lại nhóm tần số đó (Frequency Reuse)Nhờ vậy mà dung lượng của hệ thống có thể tăng thêm dãi tần

1

CHƯƠNGIGỈỚĨ THIỂU CHUNG

Đ iều nàv đươc m inh hoa trong hình 1.2

Điều này được minh hoạ trong hỉnh 12 T i nhận thấy cứ một nhổm 7 cells tần sổ

được sử dụng lại Nhốm 7 cells nảy được gọi là 1 cluster

VI dụ: cẩl thứ nhất {được đảnh sổ 1) d i duster này sẽ sử dụng cùng iần sổ vởỉ cell 1 d a duster khảc

Hình 1.2 Sử dụng lại tần số với cluster gồm 7 cells.

Khi User di chuyển từ cell này sang cell khác trong khi đang thực hiện cuộc gọi thì MSC sẽ thực hiện dịnh tuyến lại cuộc dể không làm gián đoạn cuộc gọi.Quá trình này gọi là chuyển vùng(Handoff)

Nhữne ưu điểm của Hê thổn2 thône tin di đônọ tế bào:

>Do sử dụng hiệu quả dãi tần số mà dung lượng của hệ thống tăng rat nhiều>C hất lượng của hệ thống được cải thiện do khả năng chống nhiễu đồng kênh (CCI-Co-Chanel Interference)

>Tăng chất lượng truy cập và chuyển vùng giữa các cell

II SƯ PHÁT TRTỀN CỦA HÊ THỐNG THỐNG TĨN D ĩ ĐỘNG

Thông tin di động đã phát triển qua các thế hệ khác nhau

CHƯƠNGIGIỚI THIỂU CHUNG

1**Generatl0n (1G)

(1980*)Analog

Voice

AMPS N M T

Thế hê thứ nhất - 1G :> Các hệ thống thông tin di động 1G được xây dựng từ những năm 80

Vỉ du:

NMT (Nordic Mobile Telephone) của công ty Ericsion, Thụy Điển.AMPS (American Mobile Phone System) của công ty AT&T, Mỹ + Dựa ứên công nghệ analog, dùng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tân sô (FDMA - Frequency Division Multiple Access)

+ Cung cấp những dịch vụ chủ yểu là thoại.+ Các hệ thống di động 1G được phát triển ứong phạm vi Quốc gia, do đó không có khả năng tương thích lẫn nhau

Do yêu cầu thông tin di động ngày càng cao, hơn the nữa là nhu câu phai có một hệ thống thông tin di động toàn cầu Vì vậy, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (2G) ra đời

Voice, Mamet, Media

W -CDM A, CDMA2000 IMT-20Q0

Thế hê thứ hai — 2G i

+Được phát triển ngay trong thập niên 90+Dựa trên công nghệ số, dùng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian (TDMA-Time Division Multiple Access) và đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA -C ode Division Multiple Access)

3

CHƯƠNGIGIỚI THĨẺU CHUNG

+Theo quan điểm người sử dụng ,hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì ngoài dịch vụ thoại truyền thống,hệ thống 2G còn cung cấp thêm một số dịch vụ truyền dữ liệu ,tuy tốc độ còn thấp

+Chưa thực hiện được hệ thống thông tin di động toàn cầu ,do đó trên thị trường tồn tại một số hệ thống di động 2G như GSM (Global System for Mobile Communication),IS-95 (Iterim Standard-95),PDC(Personal Digital Celular) Trong đó ,GSM được sử dụng rộng rãi nhất

Đến những năm 2000, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3(3G) ra đời với mục đích hình thành một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn thế giới

+Dựa vào công nghệ số với sự khẳng định ưu the vượt trội của CDMA+CÓ khả năng cng cấp những dịch vụ có tốc độ khác nhau như thoại internet tốc độ cao ,truyền hình chất lượng cao, nhắn tin đa phương tiện(MMS)

+Các chuẩn cho 3G: IMT-2000,CDMA 2000.W-CDMA Hệ thống di dộng 3G chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng các nghiên cứu về hệ thống4G,mà công nghệ chủ yếu là các kỹ thuật đa sóng mang ,đã được tiên hành và MC-CDMA là một ứng viên sáng giá Vì vậy ,viêc tìm hiểu về hệ thống thông tin di động dùng kỹ thuậtMC-CDMA là cần thiết và mang ý nghĩa thực tế

Con đườne đi lên 3G của Viêt Nam

Hiện nay ,các nhà cung cấp dịch vụ di động chính ở Việt Nam là Mobiphone,Vinaphone,S-phone,Viettel.Con đường đi lên 3G từ các công nghệ khác nhau đều đã có : các nhà khai thác GSM sẽ đi lên W-CDMA ,còn các nhà cung cấp sử dụng công nghệ CDMA sẽ tiến lên CDMA-2000 Bây giờ chỉ còn việc xác định thời điểm triển khai cho phù hợp

Năm 2004,Ericsson đã cùng Mobiphone thử nghiệm thành công dịch vụ di động 3G.Trong khi đó ,Vinaphone và Viettel vẫn đang sử dụng công nghệ thế hệ thứ 2(2G)

Tính đến nay ,S-phone là nhà cung cấp đầu tiên và duy nhất sử dụng công nghệ CDMA.Chuẩn mà S-phone đang sử dụng là CDMA 2000 IX, chuẩn này chỉ cách chuẩn 3G CDMA 2000 IX Evdo một khoảng không xa.Vì vậy S-phone sẽ có khả năng tiến nhanh hơn trên con đường hướng tới 3G

Mặc dù hiện nay đa số thuê bao di động ở nước ta chưa có nhiều nhu cầu gì khác hơn ngoài đàm thoại di động, nhưng theo tuyên bố của các nhà đầu tư thì nam 2006, mạng 3G của Việt Nam sẽ được triển khai

CHƯƠNG!GIỚI THIỀU CHUNG

III KÊNH TRUYỀN VỎ TUYỂN

Sự am hiểu những đặc điểm của môi trường viễn thông là tiền đê cho sự lựa chọn thích hợp của hệ thống kiến trúc phát tín hiệu Chất lượng của các hệ thống phát thông tin phụ thuộc vào kênh truyền ,nơi mà tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu Không giống như kênh truyền hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được,kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích.Tín hiệu được phát đi ,qua kênh truyền vô tuyến,bị cảntrở bởi các tòa nhà ,núi non ,cây cối BỊ phản xạ (reflection),tánxạ (scattering), nhiễu xạ(diffraction) ,các hiện tượng này được gọi chung là fading.Và ket quả là ở máy thu ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau của tín hiệu phát.Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến

A, Các hiên tư ơ m ảnh hưởns đến chất lươns kênh truyền:

aHiêu ứne đa đường (Multipath)

Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ Của tín hiệu trên kênh truyền vô tuyến.Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều là bảo sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị thay đổi ,suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng (Line of Sight) Tín hiệu thu được tại máy thu là tổng của các thành phần này là mộ tín hiệu phức tạp với biên độ và pha thay đổi rất nhiều so với tín hiệu ban đầu

Figure 1-t T ia » variant multipath, propagation

5

CHƯƠNGIGIỚI THIÊU CHUNG

bHiêu ứne Doppler:

Gây ra bởi sự di chuyển tương đối của máy thu và máy phát và sự di chuyểncủa các đối tượng trong kênh truyền vô tuyến di động.Những sự di chuyển nhỏ trên mặt phẳng kênh của sóng dài có thể là nguyên nhân trong sự khác biệt hoàn toàn về sự chồng sóng Khi sự chuyển động tương đối này càng nhanh thì tần số Doppler càng lớn, và do đó tốc độ thay đổi của kênh truyền càng nhanh Hiệu ứng này được gọi là fading nhanh (fast fading)

c.Hiêu ứne bỏne râm (Shadowing)

Do ảnh hưởng của các vật cản trở trên đường truyền, ví dụ như các toà nhà cao tầng, các ngọn núi, đ ồ i làm cho biên độ tín hiệu bị suy giảm Tuy nhiên, hiện tượng này chỉ xảy ra trên một khoảng cách lớn, nên tốc độ biến đổi chậm Hay sự không ổn định cường độ tín hiệu ảnh hưởng đến hiệu ứng che chắn gọi là suy hao chậm.Vì vậy, hiệu ứng này được gọi là fading chậm (slow fading)

B Các dans kênh truyền:

Tùy theo đáp hứng tần số của kênh truyền và băng thông của tín hiệu phát mà ta có như sau:

+Kênh truyền chọn lọc tần số hay kênh truyền fadinh phẳng+Kênh truyền chọn lọc thời gian (hay còn gọi là kênh truyền biến đổi nhanh (fast channel)) hay kênh truyền không chọn lọc thời gian(kênh truyền biến đổi chậm(sĩow channel))

a Kênh truyền Chon Loc Tần s ố và Kênh truyền Fading Phăns

(Frequency Selective Channel và Flat Channel hay Frequency Nonselective Channel)

Mỗi kênh truyền đều tồn tại một khoảng tần số mà trong khoảng đó,đáp

ứng tần số của kênh truyền là gần nư nhau tại mọi tần số ( fading),khoảng tần so này được gọi là Coherent Bandwith và được ký hiệu trên hình 1.4 là f0

tín hiệu

CHƯƠNGIGIỚI THIỀU CHUNG

Trên hình 1.4 ta thấy kênh truyền có f0 nhỏ hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát.Do đó ,tại một số tần số trên băng tần ,kênh truyền không cho tín hiệu đi qua và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền đi chịu sự duy giảm và dịch pha khác nhau.Dạng kênh truyền như vậy được gọi là kên truyền chọn lọc tần số

Hìnhl.5 Kênh truyền Fading phẳng (f0 >W)Ngược lại ,trên hình 1.5 kênh truyền có f0 lớn hơn nhiều so với băng thông của tín hiệu phát ,mọi thành phần tần số của tín hiệu được truyền đi qua kênh chịu sự suy hao và dịch pha gần nhau Chính vì vậy,kênh truyền này đuỢc gọi là kênh truyền fading hoặc kênh truyền không chọn lọc tần số

b Kênh truyền chon loc thời sian và Kênh truyền không chon loc thời sign (Time Selective Channel và Time Nonselective Channel)

Kênh truyền vô tuyến luôn thay đổi liên tục theo thời gian ,vì các vật chấttrên đường truyền luôn thay đổi về vị trí, vận tốc , luôn luôn có những vật thểmới xuất hiện và những vật thể cũ mất đi Sóng điện từ lan truyền trên đườngtruyền phản xạ, tán xạ Qua những vật thể này nên hướng ,góc pha, biên độ cũng luôn thay đổi theo thời gian

Tính chất này của kênh truyền được mô tả bằng một tham số ,gọi là coherenttime.Đó là khoảng thời gian mà trong đó,đáp ứng thời gian của kênh truyền thay đổi rất ít ( có thể xem là phẳng về thời gian)

Khi ta truyền tín hiệu với chu kỳ ký hiệu (Symbol duration) rất lớn so với coherenttime thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền chọn lọc thời gian

Ngược lại, khi ta truyền tín hiệu với chu kỳ ký hiệu (Symbol duration) rất nhỏ so với coherenttime thì kênh truyền đó được gọi là kênh truyền không chọn lọc thời gian hay phẳng về thời gian

7

CHƯƠNGIGIỚI THIỂU CHUNG

CHƯƠNG ĩĩ:C ác p h ư ơ n g p h á p đ a trưỵjĩM £-ĩầ-ŨlảLElĩẩ.

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PH Á P Đ A TRUY CẬP VÀ PHƯƠNG

PH Á P T R Ả I PHỔ

T.CẤC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY CẬP

Đa truy cập Hong hệ thống thông tin là việc nhiều phần tử trong mạng (gọi tắt là các user) cùng chia sẽ một nguồn tài nguyên thông tin Tài nguyên thông tin ở đây là các thiết bị phần cứng, là các phần mền hay băng tần số Nếu các user truy cập nguồn tài nguyên thông tin vô tuyến thì được gọi là đa truy nhập vô tuyến Trong lĩnh vực thông tin di động, user là các thuê bao di động MS(Mobile Station) và tài nguyên thông tin là các trạm thu phát sóng BTS(Base Transceiver Station), băng tần số Đa truy cập trong thông tin di động cũng là một dạng đa truy cập vô tuyến

Tuỳ theo cách thức chia sẽ nguồn tài nguyên thông tin mà ton tại các phương pháp đa truy cập khác nhau,-trong phần này chúng ta chỉ giới thiệu ba phương pháp đa truy cập là:

+ Đa truy cập phân chia theo tần số FDM A (Frequence Division Multiple Access)

+ Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access)

+ Đa truy cập phân chia theo mã CDMA ( Code Division Multiple Access)

Do tính chất, yêu cầu cũng như yếu tố lịch sử mà mỗi hệ thống sử dụng các kiểu đa truy cập khác nhau hoặc có thể kết hợp nhiều phương pháp đe nâng cao hiệu quả của nguồn tài nguyên

9

CHƯƠNG ĨI:C á £ j j h ư ơ n ^ )h á ] ^ ^ t r u 2 y ìh ^ ^ £ ^ r ả ý r tiể

Hình 1.1 Các phương pháp đa truy nhậpKhỉ đó

FDMA: là căn phòng lớn được chia hành nhiều phòng nhỏ , mỗi cặp được cấp một phòng để nói chuyện

TDMA:tất cả các cặp tập trung trong một phòng lớn và thay phiên nhau nói chuyện,trong một thời gian nhất định

CDMA:tất cả các cặp sử dụng tập trung trong một phòng và đồng thời nói chuyện ,mỗi cặp nói chuyện bằng một ngôn ngữ riêng Khi âm lượng của các cặp càng nhỏ thì số cặp có thể tồn tại trong phòng (mà không gây nhiễu lẫn nhau )càng lớn

1 Đa truy câv theo tần s ố FDMA

Hgure 1 Prínciple of FDMA (with = 5 sub-channels)

CHƯƠNG ĩĩ:

FDMA (Frequence Division Multiple Access) là hệ thống đa truy cập phân chia theo tần số FDMA được sử dụng phổ biến nhất cho các hệ thống thông tin mặt đất, bởi vì nó có thể phân biệt các kênh một cách dễ dàng bằng các bộ lọc trong miền tần số Mỗi một tín hiệu khác nhau được phân biệt băng kênh tan so khác nhau, tức là mỗi một đường tín hiệu chiếm giữ một tần so ( hay nói cách khác tín hiệu được cấp phát một tần số) Để làm việc đúng với tần so được cap phát, tại máy phát của mỗi người dùng, mỗi kênh tín hiệu được điêu che với sóng mang ket hợp để sao cho phổ tín hiệu sau khi điều chế không chồng chéo lên nhau Tại máy thu sẽ thu chọn lựa kênh tín hiệu chỉ định bằng bộ lọc thông dãi tương ứng FDMA có thể sử dụng cho tất cả các phương pháp điều chế như đieu che biên độ, điêu chế tần số hay điều chế pha

Giữa các kênh kề nhau có một khoảng bảo vệ để tránh chồng phổ do sự không ổn định của tần số sóng mang Khi một ngừi dùng gửi yêu cầu đen BS (Base Station), BS sẽ ấn định một trong các kênh chưa sử dụng và dành riêng cho người dùng đó trong suốt cuộc gọi Tuy nhiên ngay khi cuộc gọi ket thúc, kênh được ấn định lại cho người dùng khác

ưu - Nhtíơc điểm của FDMA ưu điểm:

> Phần cứng đơn giản vì nó có thể phân biệt các kênh bằng các bộ lọc ^ Không cần phải có đồng bộ hay điều khiển định thời như trong các hẹ

thống TDMA hay CDMA.> Vì độ rộng băng thông của mỗi kênh trong hệ thống FDMA rất hẹp nên

chúng ta chỉ phải xem xét pha đinh phẳng

Nhươc điểm:> Nhiễu điều chế tăng theo số lượng sóng mang.

> Khó thực hiện việc truyền dẫn với tốc độ thay đổi do một thiết bị đầu cuối cần sử dụng nhiều modem Do vậy việc truyền kết hợp thoại và dữ liệu phi thoại cũng khó

^ Cần phải có các bộ lọc phát và thu giá trị Q (hệ so pham chat) cao đe đảm bảo chọn lọc kênh cao

> Rất dễ bị nhiễu xuyên kênh

C á c j j Ị n í ơ n |y j h á ] ý ỉ í y r a ^ i h |Ị ^ ^ r ả ỳ j Ị ư ^

11

CHƯƠNG lĩ:C ác ph ư ơ ngph áp đa truQỊhâỊj_và_trảj_Bhố

2 Đa truv cân theo thời eian TDMA

PoikcrdeiMity

tìgure 2 Priociple of TDMA (with 5 úrm slots)

H ìn h 1 3 :kỹ thuật phân kênh theo thời gian (TDMA)

TDMA(Time Division Multiple Access) là hệ thống truy cập phân chia theo thời gian TDMA được sử dụng ưong các hệ thống nhằm khắc phục sự hạn chế chỉ có một cuộc gọi trên tần số vô tuyến TDMA là một phương pháp cho phép người dùng truy nhập một băng tần đã được ấn định, mỗi kênh chiem toàn bộ băng tần hệ thống, nhưng chỉ trong một khoảng thời gian gọi là một khe, theo chu kỳ Các hệ thống TDMA truyền dữ liệu theo phương pháp đệm và theo cụm (Buffér-and-Burst), do đó việc truyền dữ liệu cho mỗi người là không liên tục vì thế trong hệ thống TDMA phải sử dụng phương pháp điều chế số

Các đăc điểm của hê thốne TDMA

>TD M A chia sẽ một tần số sóng mang cho một số người sử dụng, mỗi người sử dụng một khe thời gian và số khe thời gian phụ thuộc vào một so thông số, chẳng hạn như kỹ thuật điều chế, băng thông đường truyền

> Ở đường lên, mỗi thiết bị đầu cuối truyền thông tin trong một khe được ấn định của mỗi khung Do đó, để chống xung đột dữ liệu, mỗi thiết bị đầu cuối phải truyền chính xác trong một khe của mình với một định thời khe được chỉ định

> Đ ể ngăn các xung đột có một cách đơn giản là dự phòng một khoảng thời gian bảo vệ đủ dài để đệm sự khác nhau về độ dài đường truyền Cách khác đẻ tránh xung đột cụm dữ liệu (burst) là dùng kỹ thuật cân chỉnh thời gian Kỹ thuật này làm giảm thời gian bảo vệ, vì vậy nó được áp dụng phần lớn các hệ thống thông tin di động mặt đất TDMA

yPơ đường xuống, tất cả các tín hiệu khe được BS (Base Stasion: Trạm gốc) truyền Do đó tín hiệu truyền không phải là tín hiệu TDMA mà là tín hiệu TDM (Time Division Multiplexing)

CHƯƠNG ĩĩ:C ác phương pháp đa_truxnjĩẫB-ĩầJ£ẳLÊĨẩ.

>T rong hệ thống TDMA, các thuê bao khác nhau có thể được cung cấp số khe thời gian khác nhau, vì vậy băng thông đường truyền có thể được cung cấp theo nhu cầu của người sử dụng

>TD M A sử dụng các khe thời gian khác nhau cho việc truyền và nhận dữ liệu, vì vậy vấn đề song công là không cần thiết

> H iệ u quả sử dụng tần số được nâng lên, dung lượng của hệ thống tăng cao, do các phần tử trong mạng làm việc không liên tục còn gọi là phương pháp thu phát gián đoạn

>CÓ thể dễ dàng thay đổi dung lượng truyền tải bằng việc thay đổi khoảngthời gian phát / thu, nên hệ thống có ưu điểm là linh hoạt trong việc cấp phátkênh

ưu -nhươc điểm của hê thốne TDMA Ưu điểm:

^ Thích hợp với truyền dẫn số do có thể linh động tốc độ bit cho các kênh> Không cần khoảng băng tần bảo vệ nên tiết kiêm được băng tần

> Không cần bộ lọc băng hẹp tốt> Cho phép tận dụng tất cả những líu điểm của kỹ thuật số

Khuvết điểm:

> Cần phải có sự đồng bộ thời gian chính xác để có thể ghép kênh và tách kênh ở máy phát và máy thu

> Bị ảnh hưởng bởi nhiễu đa đường

3.Đa truv cào nhân chùi theo mã CDMA

Figure 3 Principle of CDMA (with 5 spreading code*)

H i n h l 4 Kỹ thuậtphâtt kênh theo mã (CDMA)

13

CHƯƠNG II:

CDMA (Code Division Multiple Access) là hệ thống đa truy cập phân chia theo mã Tín hiệu trước khi truyền đi được điều chế trải phổ để làm cho độ rộng phổ tăng lên gấp nhiều lần Khi đó tín hiệu trên tạp âm sẽ giảm xuống rất thấp Mục đích ban đầu của việc trải phổ là bảo mật thông tin Để thực hiện việc trải phổ thì hệ thống này dùng một chuỗi giả mã nhị phân ngẫu nhiên, ơ đầu thu, nếu muốn thu được tín hiệu này thì phải giải trải phổ, nghĩa là máy thu phải tạo ra tín hiệu mã giống như đầu phát Do đó các máy thu không chỉ định thì không những không dồn phổ được mà thậm chí còn trải phổ trực tiếp

Đặc điểm có tính phân biệt lớn nhất của các hệ thống CDMA là tat cả các thiết bị đầu cuối chia sẻ toàn bộ băng thông hệ thong và moi tín hiệu của thiet bị đầu cuối được phân biệt bởi mã Khi mỗi người dùng gửi một yêu cầu đến BS (Base Stasion), BS sẽ chỉ định một trong các mã trải cho người dùng

Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên có tốc độ bit lớn hơn nhiều so với tốc độ dữ liệu

C ác phương pháp đa truỵjihâBjvà_trảj_Bhổ_

Trong CDMA, công suất thuê bao tại máy thu xác định nền nhiễu sau khi giải tương quan Nếu công suất của mỗi thêu bao trong một Cell không được điêu

khiển thì hiệu ứng “gần - x a ” xuất hiện (ở hướng lên), v ấ n đề gần xa xuất hiện

khi nhiều thuê bao di động chia sẻ cùng một kênh truyền Trong trường hợp này thì tín hiệu ữuyền thu được mạnh nhất sẻ chiếm giữ bộ giải đieu che tại máy thu Trong CDMA, các mức tín hiệu thu được mạnh hơn sẻ nâng cao nền nhiễu tại các bộ giải điều chế tại các trạm gốc với các tín hiệu thu được yếu hơn Để tránh hiệu ứng “gần - xa” ta phải sử dụng điều khiển công suất khi sử dụng CDMA Việc thực hiện điều khien công suất được thực hiện tại mỗi trạm gốc trong hệ thống Cellular và đảm bảo rằng mỗi thuê bao trong vùng phủ sóng của trạm goc cung cấp một mức tín hiệu tại bộ phận thu của trạm gốc Điều khiển công suất được thực hiện tại trạm gốc bằng cách lấy mẫu số đo cường độ tín hiệu vô tuyen cua moi thuê bao di động và sau đó gửi lệnh thay đổi công suất trên đường vô Mặc dù có sử dụng điều khiển công suất trong mỗi Cell nhưng các thuê bao di động bên ngaòi Cell vẫn gây ra sự can nhiễu mà không chịu sự điều khien bởi trạm goc thu

CHƯƠNG II:C ác phương pháp đa truy nhập và_trảij)hố

Đăc điểm của CDMA:

> C á c user có thể sử dụng cùng băng tần số và cùng khe thời gian nên hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên rất cao, dung lượng của hệ thong rat lớn

> Khác với FDMA hay TDMA, CDMA có giới hạn dung lượng mền bù fading chọn tần một cách dễ dàng bằng cách sử dụng kỹ thuật phân tập đường truyền

y^Tốc độ dữ liệu kênh truyền trong các hê thống CDMA rất cao.> N g o ài tính năng bảo mật tín hiệu tốt, hệ thống này có khả năng chống lại can nhiễu từ các hệ thống khác, nó cũng tạo ra ít gây nhiễu tới các hệ thống khác

ưu -nhươc điểm của hê thốne CDMA

• Ưu điểm:

> Sử dụng hiệu quả băng tần> v ề mặt lý thuyết,hệ thống sử dụng CDMA không giới hạn số lượng user sử

dụng> Gỉam được ảnh hưởng của nhiễu đa đường> Tính bảo mật cao do người ngoài rất khó xác định được qui luật của chuỗi

mã sử dụng, do đó khó khôi phục được tín hiệu thu được

Phân tập được sử dụng để hạn chế hiện tượng fading đa đường truyền, đặc biệt trong điều chế CDMA băng rộng vì tín hiệu qua các đường khác nhau được

thu nhận một cách độc lập CDMA dùng các dạng phân tập cũ cũng như mới đe ngăn chặn hiện tượng fading đa đường truyền Có 3 loại phân tập : phân tập theo thời gian, tần số và theo khoảng cách Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sư dụng việc chèn và sửa sai Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong băng tần rộng l,25Mhz và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200- 300)Khz, nó xuất hiện như là một vết chặn trong toàn bộ tín hiệu CDMA Cụ thể,

15

việc chậm trễ giữa các đường truyền liên tục của bộ thu < 0,8ms chỉ gây ra sự suy giảm công suất tín hiệu CDMA.

Phân tâp theo khoảne cách hav theo đườne truyền có thể đat đươc theo 3 cách:

° Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển giao mềm) để kết nối máy di động đồng thời vđi hai hoặc nhiều BS

0 Sử dụng môi trường đa đường truyền qua chức năng trải phổ giống như bộ quét thu nhận, tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu khác trễ thời gian

° Đặt nhiều anten tại BS

Hìnhl.5 : Quá trình phân tập trong CDMA.

Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cap nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên, nhưng sử dụng tốt trong môi trường EMI lớn Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song

Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu được Fading có the xuat hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưtig không có sự tương quan giữa các đường thu Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin cậy cao vì khả năng có fading đồng thời

CHƯƠNG ĩĩ:C á ^ j h ư ơ n ^ j h á ] ^ ^ r i y y i h â j ^ v ^ r ả ỳ r ii ể

2 Điều khiển cônẹ suất CDMA.

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều (từ BSđến máy di động và ngược lại) để cung cấp cho hệ thống có dung lượng lưu lượnglớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao Mục đích của điều khiển công suat phát củamáy di động là làm sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ được điều khiển, vậy tổng công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất trung bình của nhiều máy di động

Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu thu được từ máy di động thành thông tin số băng hẹp Như vậy tín hiệu của máy di động khác còn lại chỉ là tín hiệu tạp âm của băng rộng

Trong hình 1.5 mạch mở đường điều khiển công suất từ máy di động tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động Máy di động điều chỉnh công suất phát theo sự biến đổi công suất thu từ BS, đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với công suất đo được BS cung cap chức năng cho mạch mở đường để điều khiển công suất bằng cách cung cấp cho máy di động một hằng số định cơ’ (calibration constant) Hằng số định cở này liên quan đến yếu tố tải và tạp âm của BS, độ tăng ích anten và bộ khuyếch đại công suat BS thực hiện chức năng kích cho mạch đóng điều khiển công suất và so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng biến đổi, điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi thời gian l,25ms đến khi đạt kết quả Ngoài ra BS còn cung cấp việc điều khiển công suất tới máy di động Mục đích của việc điều khiển này là giảm công suất phát của máy di động khi rỗi, làm fading đa đường thấp và giảm giao thoa đối với các BS khác

3 Chuyển ựỉao trone CDMA

Khi một cuộc gọi hoạt động gồm BS, MS và MSC điều khiển các sự giao tiếp giữa MS và BS để duy trì đường nối vô tuyến Vì thế việc xử lý một BS di chuyển đến một kênh lưu lượng mới được gọi là chuyển giao

Đối với hệ thống CDMA các đặc tính thông tin trải phổ cho phép nhận sự truyền dẩn di động trong hai hoặc nhiều BS đồng thời No còn có thể xử lý chuyển giao từ một BS này đến một BS khác trong cùng một trạm gốc mà không có sự biến dạng tín hiệu hay dữ liệu truyền

17

CHƯƠNG ĨI:C ác phương pháp đa truy nhâp và tr á i phổ

3.1 Chuyển ẹìao mềm(SOFT HANDOFF):

Là sự kết nối cuộc gọi được hoàn thành trước khi bỏ kênh cũ (make- beforebreak connection), xảy ra khi cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi Mạng MSC kết hợp với tín hiệu nhận được từ cả hai BS để xử lý sao cho không có ngắt tín hiệu đến thuê bao

Việc chuyển giao cuộc gọi theo trình tự: BS ban đầu ® cả hai BS® BS mới Chính nhờ lược đồ này làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm người sử dụng không nhận ra ưạng thái chuyển giao mềm Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh với cell đang sử dụng Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định nào đó tức khi đó máy di động đã chuyển sang vùng phục vụ của BS mới và trạng thái chuyển giao có thể bắt đầu, máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để báo về cường độ tín hiệu và số liệu của BS mới Sau đó MSC thiết lập một đường nối giữa máy di động với BS mới và bắt đầu chuyển giao mềm trong khi vẩn giữ đường kết nối ban đầu BS ban đầu không còn quản lý cuộc gọi nữa khi chỉ khi trạm gốc di động đã được thiết lập trong một cell mới

H ì n h l 6 1 Chuyển giao mềm trong hệ thống CDMA

3.2 Chuyển eiao mềm hctn(SOFTER HANDOFFÌ:

Xảy ra khi MS đang chuyển giao giữa hai sector trong cùng một BS Điển hình là một BS được thiết k ế bởi một anten phát và thu trong sector 600 hoặc 1200, hay hơn nữa là 3600 Khi một MS giao tiếp với 3 BS trong suốt một cuộc gọi chuyển giao mềm và chỉ có một chuyển giao m ềm được kết hợp với một cuộc gọi ở bất kỳ thời gian đặc biệt nào

Máy di động di động thực hiện các bước tương tự như trong chuyển giao

CHƯƠNG ĨL

thêm túi hiệu phát trong một sector mới Kết quả là một đường dẫn song song được cung cấp như trong chuyển giao mềm Máy thu của BS tổng hợp các tín hiệu nhận được qua 2 anten sector và tín hiệu phối hợp của giải điều chế Bước này được thông báo tới MSC hoặc BS cho chuyển giao mềm hơn và không cần tới phần cứng bổ sung

3.3 Tính chất khó thu trôm

Hệ thống CDMA có chức năng bảo mật cuộc gọi cao, về cơ bản nó tạo ra xuyên âm Nên việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bat hợp pháp kênh RF là rất khó Bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn (scrambling) hay nói cách khác là tin tức đã được mã hoá trải trên một khoảng rộng của phổ tần Việc mã hoá kênh thoại số dể dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã hoá tiêu chuan khác

Một lợi thế của các tín hiệu DS/DS là chúng rất khó phát hiện và thu trộm Để hiểu được vấn đề này ta xét tín hiệu DS cộng với tạp âm:

3.4 C ô m suất phát thấy.

Khi giảm tỷ số Eb/No (tỷ số tín hiệu/nhiễu) không những làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa, nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động, từ đó giảm được giá thành và cho phép hoạt động trong vùng lớn hơn với công suất thấp

Ngoài ra khi giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và giảm được số lượng BS yêu cầu so với các hệ thống khác

Một líu điểm lớn trong điều khiển công suất CDMA là giảm được công suat

C á c j g h ư ơ n m > h á j ^ í^ r u ^ y iâ Ị y Ị ^ r ả ỷ j h ^ !H

19

CHƯƠNG ĩĩ:C ác phương pháp đaJrTỊỵjỊhâfi_vàtrảj_Ehố

phát trung bình, vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điêu khien cồng suat va công suất phát chỉ tăng khi có fading Ngoài ra còn có thuận lợi về môi trường truyền dẫn Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắc phục fading theo thời gian

3.5.Rô mã- ữiả mã thoai và tốc đô s ố liêu biến đổi

CDMA dùng bộ mã hoá tốc độ biến đổi thay cho bộ mã hóa tốc độ cố định như được dùng trong D-AMPS và GSM Tốc độ được thay đoi theo thuật toán động, nó được quyết định qua việc sử dụng các mã thích hợp Các ngưỡng này thay đổi tùy theo mức nhiễu nền mà nó sẽ kích các tốc độ mã hoá cao hơn Kết quả là triệt nhiễu nền và truyền thoại tốt ngay cả trong môi trường nhiễu Bộ mã hóa sử dụng cơ cấu dò tìm thoại Tiêu biểu, đàm thoại bán song công hai chiều, song công, chu kỳ làm việc của cuộc thoại là khoảng 50%, nghĩa là người đàm thoại chỉ 50% thời gian CDMA thuận lợi bởi việc giảm tốc độ truyền dẫn khi không có kênh đàm thoại Trong CDMA, sử dụng việc dò tìm thoại sẽ làm giảm nhiễu giữa các cell, còn trong D-AMPS và GSM sử dụng dò tun thoại sẽ làm giam công suất phát của máy di động ở mức trung bình

Bộ mã- giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết k ế với tốc độ bien đổi 8Kb/s hoạt động với dòng dữ liệu 9,6Kpbs chuẩn Dịch vụ thoại hai chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và máy di động Ở phía phát của bộ mã - giải mã lấy mẩu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hóa để truyền tới bọ mã - giải mã thoại phía thu Ở phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các m ẩu tín hiệu thoại Bộ mã - giải mã thoại bien đoi sư dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu Ngưỡng được đieu khien theo che độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chuyển đổi thành toc độ cao khi có tín hiệu thoại vào Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm

3.6 Dune ỉươne

Việc tái sử dụng tần số trong hệ thống tế bào tạo ra một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một các cơ bản nên nó có thể thực hiện điều khiển giao thoa có hiệu quả hơn trong hệ thống FDMA và TDMA Trong hệ thong CDMA một băng tần rộng được xử dụng chung bởi tất cả các BS

Hiệu quả tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu/ nhiễu tạo ra không chỉ từ tất cả các người sử dụng trong vùng phục vụ Giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ thời gian không đạt

CHƯƠNG ĨI:C ác phương pháp đa tru ^ n h â2^ àtrảj_Ẹ hố

xác định dung lượng của hệ thống CDMA gồm độ lợi xử lý, tỉ so Eb/Nc, chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS Khi có nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA trong cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung k ế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh

3.7 Tái sử dune tần s ố và vùne phủ sổne

Tất cả các BS đều tái sử dung kênh băng rộng trong hệ thống CDMA Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS, giao thoa tạo ra trong các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BS bên cạnh Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động bên cạnh bằng 1/2 của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng BS Hiệu quả tái sử dụng tần so của các BS không định hướng khoảng 65%, đó chính là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS Trong trường hợp anten của BS là không định hướng thì giao thoa trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong BS Do đó dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng xấp xỉ 3 lần

3.8 Dune lươnẹ mềm

Hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số người sử dụng và loại dịch vụ Trong hệ thống Analog và TDMA thì số cuộc gọi được an định đoi với đường truyền luân phiên hoặc sự tắt cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tác nghẽn kênh trong trạng thái chuyển giao Nhưng trong hệ thống CDMA cuộc gọi được thỏa mãn nhờ việc tăng tỷ lệ lổi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành Hệ thống CDMA còn sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đoi với dịch vụ chuyển giao của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường

TT.CẤC PHƯƠNG PH Ấ P TRẢ I P H ổ1 K hái niêm

Kỹ thuật trải phổ là quá trình biến đổi (thực hiện điều chế một lần nữa) một tín hiệu đã được điều chế có băng thông hẹp thành một tín hiệu có băng thông rộng hơn nhiều lần do đó, mật độ công suất của tín hiệu giảm đi đáng kể

Các kỹ thuật trải phổ được dùng trong các hệ thống thông tin di động CDMA, trong hệ thống mã hoá tín hiệu hoặc trong hệ thống thông đa truy cập (Multiple Access) Nó giải quyết các vấn đề như khả năng kháng nhieu cao, ghép kênh phân chia mã cho các ứng dụng đa truy cập phân chia theo mã Khả năng

s t ĩ ẢỒẢỌOUũq

21

CHƯƠNG II:C ác phương pháp đaJru^ j2hâB_và_trảị_Bhố

nâng cao chất lượng nhờ việc sử dụng các kỹ thuật trải pho được đặc trưng băng độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ Độ lợi xử lý là độ khác biệt vê Chat lượng cua hệ thống dùng trải phổ so với hệ thống không dùng trải pho trong khi các đieu kiện khác là giống nhau

Trải phổ là một kỹ thuật mà bằng cách có thể một tín hiệu đã điều chế tái điều chế lần hai trong mỗi phương pháp như để tạo ra một dạng sóng, phương pháp này không gây trở ngại đến bất kì một tín hiệu nào hoạt động trong vùng một dãy số

Thực ra, một máy thu do tìm để thu túi hiệu FM hay AM được truyền đi nó không quan tâm đến sự hiện hành của tín hiệu trải pho đang hoạt động trong cùng một dãy tần số Tương tự, máy thu của tín hiệu trải phổ cũng sẽ không quan tâm đến sự hiện hành của tín hiệu FM hay AM Vì vậy chúng ta nói rằng tín hiệu nhiễu là tín hiệu trải phổ nguy trang và tín hiệu trải phổ là tín hiệu nguy trang của tín hiệu nhiễu

ứ n g dụng rộng rãi nhất của trải phổ là nó được sử dụng trong hệ thong thông tin quân đội nơi đó trải phổ có hai chức năng phục vụ, đâu tiên là cho phép máy phát chuyển giao một thông điệp đến máy thu mà không có thông điệp nào bị tìm ra bởi mọt may thu khác, nơi mà không có dự kiến chuyển giao Sự truyền thông là sự ngụy trang đó với các máy thu không quan hệ Đe đạt được sự ngụy trang này, điều chế trải phổ làm giảm đi mật độ pho công suat truyên đi đe no nằm thấp hơn mức thềm nhiễu của bất kì của máy thu không liên hệ nào Chức năng thứ hai được tìm thấy khi xảy ra vấn đề của một sự kiện Radar của cảnh sát có thể sử dụng trải phổ để ưánh sự dò tìm của Radar dò tìm sử dụng Trong mỗi trường hợp hoạt động của máy thu không có liên hệ có thể cố gắn bước đầu truyền tín hiệu nhiễu thành một khối thông tin giữa máy phát và máy thu Một lân nữa, hoạt động trải phổ làm giảm hiệu quả công suất của nhiễu để sự truyền thông có thể tiếp diễn với nhiễu thấp nhất Trong thông tin thương mại, trải phổ cũng có nhiều ứng dụng, ứ n g dụng lớn nhất là sự truyền tín hiệu trải phổ trên cùng một tần số sóng mang như tín hiệu viba đã tồn tại Sự truyền thông tin của những tín hiệu có phổ được truyền trong cùng một dãy tần bằng cách đó làm tăng số người sử dụng tức là tăng dung lượng hệ thống , thêm vào đó trải phổ cũng được dùng trong thông tin vệ tin và được xem như là sử dụng trong mạng lưới vùng cục bộ

CHƯƠNG ĨIĩC ác phương pháp đa truy nhâB jyàJxm jjhố

Direct Sequence Spread Spectrum

Tín hiệu trước khi giải mã Tín hiệu sau khi đã giải mã

H ì n h 2 1 :tín hiệu trải p h ổ trực tiếp

23

CHƯƠNG ĩĩ:C ác phương pháp đạJnỊỵjỊhâ^_và_trảị_Ehố

a.Neuvên lý trải phổ

Quá trình trải phổ được thực hiện bằng cách nhân tín hiệu bản tin (message)

có tốc độ bit Rb với tín hiệu trải phổ giả tạp âm PN có tốc độ chip Rc (R c » R b )

TÚI hiệu thu được sau đo lại được điều chế một lần nữa để tạo nên phổ tần rộng giống như dạng nhiễu nền không gây ảnh hưởng đến tín hiệu khác Tín hiệu PN đóng vai trò như một “m ã” được biết trước ở cả máy phát lẫn máy thu chủ định Vì máy thu chủ định biết trước mã nên có thể giải trải phổ tín hiệu s s để nhận được bản tin Mặt khác một máy thu không chủ định không biết được mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể giải mã bản tin

ưurNhươc điểm của kv thuât trải phổƯu điểm

P ’ Khả năng đa trụy cập:

Cho phép nhiều User cùng hoạt động trên một dãi tần,trong cùng một khoảng thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu.Đó là do mỗi User đã được cấp một mã trải phổ riêng biệt ,khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều User,nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muon

P' Tinh bảo mật thông tin cao:

Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễu nền.Do đó ,các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tín hiệu đang được truyền đi trên nền nhiễu.Chỉ máy thu biết được chính xác qui luật của chuỗi mã giã ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng có the thu được tin tưc

^ Bảo vệ chổng nhiễu đa đường:

Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ của tín hiệutrên kênh truyền vo tuyến.Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đầu là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín hiệu được truyền thẳng(Line of Sight).Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai lệch ,không giống tín hiệu phát đi.sử dụng kĩ thuật trải phổ có thể tránh được nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sủ dụng tốt tính chất tự tương quan của nó

CHƯƠNG II:C ác phươngphápđạJruỵjThâ2jỵà_t£ấj-EÌÌẩ.

■ Có khả năng loại trừ hay giảm nhẹ ảnh hưởng của truyền sóng nhiềutia

■ Tính bảo m ật rất cao do sử dung mã PN ngẫu nhiên, mỗi người sử

dụng được mã hoá ở một mã khác nhau Điều này làm cho việc phát hiện

thuê bao khác là rất khó khăn và gần như không thể ■ Có thể sử dụng cho thông tin vệ tinh được cấp phép ở chế độ CDMA

Nhươc điểm

Đồng bộ mã PN là rất khó do ảnh hưởng của môi trường truyền Việc mã hoá và giải mã rất phức tạp, tốc độ cao đòi hỏi độ chính xác cao

h.Các hê thếĩiQ thônẹ tin trải phổ

Ở các hệ thống thông tin thông thường, độ rộng băng tần là vấn đề được quan chính và các hệ thống này được thiết k ế sử dụng càng ít độ rộng băng càng tốt ở các hệ thống điều chế biên độ song biên, độ rộng băng tan can thiet để phát một nguồn tín hiệu tương tự gấp hai lần độ rộng của nguồn này ơ các hệ thống điều tần, độ rộng băng tần này có thể gấp vài lần độ rộng băng tần của nguồn, nó phụ thuộc vào chỉ số điều chế Đối với một tín hiệu so độ rộng băng tan cần thiết có cùng giá trị với tốc độ bit của nguồn Độ rộng băng tân chíng xác can thiết trong trường hợp này phụ thuộc vào kiểu điều chế (BPSK,QBSK,FSK )

Ở các hệ thống thông tin trải phổ, độ rộng băng tần của tín hiệu được mở rộng lên hàng trăm lần trước khi phát Khi chỉ có một người sử dụng trong băng tần ss,th ì băng tần sử dụng không hiệu quả Tuy nhiên ở môi trường nhiều người sử dụng, họ sử dụng chung moọt băng tần s s thì hệ thống trở nên có hiệu quả mà vẩn duy trì được các ưu điểm của kỹ thuật trải phổ

Môt hê thốne ăươc eoi là hê thốne trải phổ nỏ đán ứne đầv đủ các vêu cầu sau:

> Tín hiệu chiếm giữ một băng tần rất lớn so với băng thông cần thiết rất nhỏ để gửi thông tin

> Việc trải phổ ở đây được hoàn tất bởi các giá trị trung bình của một tín hiệu trải, thường được gọi là tín hiệu mã, mà được lập với dữ liệu

> ở bộ thu, việc nén lại (thu lại tín hiệu nguyên thuỷ) được hoàn tất bởi sự tương quan với tín hiệu trải nhận được với một mẫu đong bộ của tín hiệu trai dùng để trải thông tin

Những dạng điều chế tiêu chuẩn như điều tần và điều xung mã cũng trải phổ của tín hiệu thông tin, nhưng chúng không được coi là hệ thống tải phổ vì chúng không đáp ứng đủ các điều kiện trên

CHƯƠNG ILC ác phương pháp đa truy nhập và tr ả i phố

p *cỏ ba kiểu hê thốne trải phổ(SS) cơ bản:

- Trải phổ chuổi trực tiếp (DS-SS: Dữect Squence- spread Spectrum)- Trải phổ nhảy tần (FH-SS : Frequce Hopping- Spread spectrum- Trải phổ nhảy thời gian (TH-SS : Time Hopping- Spread spectrum).- Ngoài ra còn có các hệ thống trải phổ lai ghép từ các hệ thống trên.Kỹ thuật trải phổ đã được sử dụng trong hệ thống thông tin quân sự ở chiến tranh thứ nhất và thứ hai Mục đích là làm cho tín hiệu được phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn bằng cách gây khó khăn cho máy thu này trong việc tách và lấy ra được bản tin Để biến đổi bản tin vào tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng một mã ngẫu nhiên để mã hoá cho bản tin Máy thu chủ định phải biet được mã này, vì nó cần tạo ra chính mã này một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để lấy ra bản tin (gọi là giải mã) Mã giả ngẫu nhiên phải được thiết k ế để có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của tín hiệu giả ngẫu nhiên Có thể coi sự biến đổi này là quá trình mã hoá hay còn được gọi là quá trình trải phổ Ta nói rằng ở máy phát bản tin được trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Ở máy thu phải giải trải phổ tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ bằng độ rộng phổ bản tin

Hiện nay phần lổn các quan tâm về các hệ thống ss là các ứng dụng đa truy nhập mà- ở đó nhiều người sử dụng cùng chia sẻ một độ rộng-băng tần truyền dẫn ơ hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất hiện dưới dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm ơ các hệ thống FH/S và TH/SS, mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẩu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột

c.Chuỗi tín hiêu nhi phân 9Ìả neẫu nhiên

(PRBS: Pseudo Random Binary Sequence)

Chuỗi tín hiệu nhị phân giả ngẫu nhiên là chuỗi tín hiệu nhị phân tuần hoàn nhưng có chu kỳ lặp lại rất lớn, do đó nếu không được biết trước quy luật của nó, người quan sát khó nhận biết được quy luật Ta gọi đó là chuỗi ệiả ngâu nhiên Chuôi PRBS được tạo ra từ mạch chuỗi gồm N D-FlipFlop ghép liên tiêp nhau như hình 2.1

CHƯƠNG ĨI:C ác phương pháp đa truy nhậpjvà_trảịj)hố

Hình 2.2.Sơ đồ mạch tạo chuỗi giả ngẫu nhiênTùy theo vị trí đóng mở của các khoá mà ta có các tín hiệu hồi tiếp về khác nhau Có tối đa 2N - 1 trạng thái của N D-FF, loại bỏ trạng thái 00 0 vì nêu xuât hiện trạng thái này ứiì tín hiẹu hồi tiếp về sẽ bằng không và các trạng thái sau đó đêu bằng không Vì vậy, chiều dài cực đại của chuỗi là L = 2N - 1

Tinh chất của chuỗi PRBS:> Số bit 0 và số bit 1 trong một chu kỳ chuỗi gần bằng nhau.'p- Tương quan chéo giữa mã PRBS và phiên bản bị dịch theo thời gian của no rat

nhỏ.Trong một chu kỳ: Giá trị tương quan chéo của chuỗi là “ -1/L ”Giá trị tự tương quan của chuỗi là “ 1 ”

27

CHƯƠNG II:

2.Các phươne pháp trải phổ A Trải nhổ trực tiếp (DS-SS)

Tín hiệu của trải phổ trực tiếp (DS/SS) nhận được khi điều chế (nhân) với một tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng Tích này trở thành một tín hiẹu băng rọng Trước hết nghiên cứu các máy phát và máy thu cho các hệ thông DS/SS sử dụng khóa chuyển pha cơ số 2(BPSK :Binary Phase Shift Keying) và khóa chuyển pha vuông góc (QPSK : Quadrature Phase Shift Keying) Sau đó nghiên cứu ảnh hưởng của tạp âm và gây nghẽn lên hoạt động của một hệ thông DS/SS Cuôi cùng nghiên cứu ảnh hưởng của việc sử dụng chung kênh của nhiều người sử dụng : nhiễu giao thoa nhiều người sử dụng và ảnh hưởng cua kenh truyen đa tia

C á c jg h ư ơ iỵ y jh á jy !íy r u y ih !Ịy ^ r ả y > h í^

9.6 kb/s D ata— ►

Đ iều c h ế BPSK hay QPSK

fc

1,2288 M c/s

B ăng

Hình 2.4:Sơ đồ kỹ th u ậ t trả i phổ trự c tiếp

CHƯƠNG ĩĩ:C ác phương pháp đaJruỵjThâjLvà_trảịi>h£

B it 1Tín h iệu số liệu ị

p h ể b(t)c(t)

Hình 2.5: Dạng tín hiệu của kỹ thuật trải p h ổ trực tiep

Người ta ký hiệu chuỗi giả ngẫu nhiên dùng để trải phổ là ct (code) và gọi là mã trải phổ có tốc độ chip Rc = 1/TC với Tc là độ rộng xung của c(t) và được gọi là chu kỳ chip (khi so sánh với một khoảng bit) Chuỗi giả tạp âm PN (Pseudo noise) là một dãy các số nhị phân 0 và 1 được biểu diễn bằng các xung +1 và -1 tương ứng Các số này gọi là các chip chứ không phải là các bit Đe việc trai pho được thực hiện được thì độ rộng của một chip Tc phải nhỏ hơn nhiều độ rộng một bit thông tin Tb

Tín hiệu thông là tín hiệu băng hẹp b(t), được trải phổ bởi một tín hiệu mã có băng rông c(t) hay còn gọi là chuỗi giả tạp âm PN (Pseudo - Noise), ket quả là tín hiệu b(t)c(t) băng rộng để truyền đi

Chuỗi giả tạp âm PN là một chuỗi tuần hoàn Bộ tạo mã sử dụng một bộ cộng modul2 và r thanh ghi dịch được định thời từng Tc giây một Chuoi này là chuỗi cơ số hai nghĩa là có hai mức ±1 được biểu diễn như sau:

c(t)= Ỳ c kU Tc( t- k T c)

it=-°oTrong đó : C|c= ± l l à chip thứ k

Tc là độ rộng (khoảng thời gian) chip (tốc độ chip là 1 /Tc)

nTc/à xung chữ nhật đơn vị

B it 0

(2.1)

29

+ Chuỗi bit dữ liệu có tốc độ: R b=l/Tb

+ Mã PN có tốc độ chíp : Rc = 1/TC

Trải p h ổ :

+ Bên phía phát, chuỗi dữ liệu b(t) (đôi với BPSK và I,Q đôi với QPSK) được nhân với chuỗi PN (PNt) để tạo ra tiến hiệu băng tần gốc truyền là Txb= bt.ct Tín hiệu thu được là Txb có phổ rộng hơn nhiều so với tín hiệu ban đầu

Giải trải p h ổ :

Tín hiệu sau điều chế ở phía thu sẽ được nhân vói chuoi PN ở phía thu đe thực

hiện giải trải phổ (nén phổ).+ Nếu ct = C(t-x) (X = 0), nghĩa là chuỗi PN ở phía thu được đồng bộ với chuỗi

PN ở phía phát thì kết quả là phổ của tín hiệu Rxb sẽ được nén lại bằng với phổ

của tín hiệu b(t) đầu

CHƯƠNG lĩ:C ác phương pháp đa truy nhập và trảị_Bhố

+ Nếu c, = C(t-t) (x* 0) nghĩa là chuỗi PN ở phía thu không được đồng bộ với chuỗi PN ở phía phát thì kết quả là phổ của tín hiệu Rxb sẽ không được nén lại mà ngược lại còn bị trải rộng ra

ơ các hệ thống trải phổ trực tiếp tín hiệu thông tin b(t) có băng tần BWinfo được trải bởi tín hiệu có băng thông rộng hơn nhiều BWSS:

Khi PNr = PNtĐể giải trải phổ, tín hiệu thu được nhân với tín hiệu PNr nội tạo ra ở phía máy thu.Nếu tín hiệu PNr đồng bộ vơi PNt thì chuỗi tín hiệu được giải trải phổ

Chuỗi PN luôn luân phiên đổi giữa các mức -1 và + l,ví dụ :

PN = +1-1-1+1+1-1Ta thấy r ằ n g :

PNt.PNr = +1 trong mỗi chu kỳ bit.Vì vậy hàm tự tương quan của PN Rc(t=0) = trung bình (PNt.PNr) =+l

Nên tín hiệu thu được là: dt = dj

Khi PNr * PNtTrường hợp chuỗi PNr nội ở máy thu tạo ra không đồng bộ với chuỗi PNt thu được (giả sẻ thời gian trễ của PNt bằng 0) thì ta không thu được chuỗi dữ liệu b(t) phát ban đầu Cụ thể là:

dr = Rxb.PNr = (dt.PNt)PNr (2.4)

Hàm tương quan chéo của PNt và PNr:

R ^t) = trung bình (PNtPNr) « l với mọi t

Như vậy để thu được tín hiệu tại máy thu thì tín hiệu truyền với chuỗi PN phải được biết trước và phải đồng bộ với chuỗi PN ở phía thu

31

CHƯƠNG lĩ; Các phươngphápđa tnỊ^nhâB_và_tráị_Ehố

Hình2.7 \vhổ của tín hiệu trước và sau khi trải ph ổ

Tại máy thu ,tín hiệu này được nhân vói tín hiệu giả ngẫu nhiên đuỢc tái tạo ở

máy thu giải điều chế BPSK để thu lại tín hiệu ban đầu

Hình 2.8: D ạng sóng của tín hiệu trươc và sau trả i phổ

CHƯƠNG ĨI:C ác phương ph ápj|ajruỵ_nhâ2_và_trảj_2hố

ưu điểm -khuyết điểm của kv thuât trải phổ trưc tiếp:

Ưu điểm của kỹ thuẫt trải phổ trưc tiếp:+ Có khả năng thực hiện đa truy cập mà không cần đông bộ giữa các máy phát.

+ Việc tạo ra các tín hiệu mã hoá tương đối đơn giản do chỉ cân sử dụng các bộ nhân + Việc tổng hợp tần số đơn giản do chỉ cần tạo một sóng mang

Khuvết điểm của kỹ thuăt trải phổ trưc tiếp:

+ Cặp máy phát - máy thu phải được đồng bộ chip Để thu đúng, sai sô đông bộ phải nhỏ hơn khoảng Tchip

+ Các máy phát gần máy thu có thể gây nhiễu và làm sai lệch túi hiệu từ các máy phát ở xa (hiệu ứng gân - xa)

l.H ê thốne DS-SS BPSK

,a Máx phát DS-SS BPSK

Điều c h ế BPSK

Hình 2.9: Sơ đồ khối máy phát DS/SS BPSK

Đây là sơ đồ khối của máy phát DS/SS với sự điều chế khóa dịch pha cơ số 2(BPSK) Dữ liệu hay bản tin nhận các giá trị ±1 có thể được biểu diễn như sau:

CHƯƠNG IL

trong đó: bk= ±1 là bit số liệu thứ kT là độ rộng (khoảng thời gian) của một bit số liệu (tốc độ số liệu là 1/T bps)Tín hiệu c(t) là các chuổi giả ngẫu nhiên PN có hai mức ±1 được biểu diễn như sau:

00

c ( t ) = 2 X n T c it- M c ) ( 2.6)A=-00

Trong đó : C k = ± l là chip thứ k

Tc là độ rộng (khoảng thời gian) chip (tốc độ chip là 1/Tc)Tín hiệu b(t) được trải phổ bởi tín hiệu giả ngẫu nhiên là c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này lại với nhau Tín hiệu nhận được là b(t)*c(t) sau đó sẽ được điều chế

Với sóng mang Asin(27tfct+0) và cho ta tín hiệu DS/SS BPSK Xác định theo công thức sau