Nghiên cứu kỹ thuật trải phổ và Ứng dụng trong hệ thống cdma

Cùng với sự phát triển về số hulng và bảo mật thủ cúc hệ thống thí được nghiên cứu và phát triển từ EBMA ~ TDMA - CDMA, Tiong ba hờ tt hệ thống CDMA có tuổi đời trẻ nhất nhưng T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRẢI PHỎ VÀ

ỨNG DỤNG TRONG HỆ THÓNG CDMA

GVHD: LÊ MINH THÀNH SVTH: NGUYÊN NHẬT HUY

TP Hồ Chí Minh, tháng 3/2003

>OD -

| “> <)>

BỘ GIÁO DỤC VA DAO TAO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

BBO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CUU KY THUAT TRAI PHO VA

UNG DUNG TRONG HE THONG CDMA

GVHD : LE MINH THANH SVTH : NGUYEN NHAT HUY

LỜI NÓI ĐẦU

Như ta đã biết, thế kỷ 21 là thế kỷ của khoa học công nghệ và đặc biệt là sự phát

triển của ngành Điện Tử ~ Viễn Thông, đây là cái nôi của sự phát triển nhân loại Điển hình của sự phát triển Điện Tử - Viễn Thông là hai lĩnh vực: Internet Và Điện Thoại Di Động Hai lĩnh vực này tuy có tuổi đời chưa cao nhưng có sức ảnh hưởng,

rất lớn có thể nói Internet và điện thoại di động là một phân của cuộc sống

Theo kết quả nghiên cứu mới nhất thì dịch vụ thuê bao điện thoại tại Châu Á

những năm gần đây đã tăng rất nhanh vượt qua những châu lục đàn anh khác

Trong thông tin liền lạc thì giữa người nói và người nghe ở xa nhau, và có những,

lúc thong tin tuyển đạt cần được bảo mật, nhất là thông tin trong quân sử, trong nồi bộ nhà nước

Cùng với sự phát triển về số hulng và bảo mật thủ cúc hệ thống thí

được nghiên cứu và phát triển từ EBMA ~ TDMA - CDMA, Tiong ba hờ tt

hệ thống CDMA có tuổi đời trẻ nhất nhưng Tà loại tiền Hế

khuyết điểm của cde he thong dan anh dae bie

Tuy nhiên một khải mềm mới hay một phát mình mới khi mới ra

những không ÍL kho khăn vì luận bị công kích bởi những ông chủ cũ

thì kỹ thuật này đã thuyết phục được những ông chủ lớn trong lĩnh vực thông tín +

được các tập đoàn viễn thông lớn trên thế giới

Ở Việt Nam thì mạng CDMA cũng đã được sử dụng và sắp tới Công ty viễn thông

Quốc cùng lấp đặt mạng này tại TP.HCM

LỜI CẢM TẠ

Cùng với thời gian, chúng em đã hoàn tất chương trình học và được làm luận văn

tốt nghiệp với thầy Lê Minh Thanh,

Em xin bày tổ lòng cắm ơn đến thầy Lê Minh Thành đã tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện để tai

Em xin chân thành cảm ơn đến tất cả các thấy cô đã từng dạy dỗ chúng em từ

những kiến thức cơ bản đến kiến thức chuyên môn để hôm này chúng em trở thành những người có ích cho xã hội

Cuối cùng em xin cảm ơn giá đình và bạn bè đã quản tâm, giúp đỡ, động viền và

hỗ trợ trong suốt thời gian quái

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Khoa Điện - Điện Tử -—@ ~

Bộ Môn Điện Tử

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Nguyễn Nhật Huy

Lớp :98KÐĐ Ngành Điện - Điện Tử

Mssv : 98101195

Đề tài : NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TRẢI PHỔ

VA UNG DUNG TRONG HỆ THONG CDMA

Phần Thuyết Minh: Các phần lý thuyết và thuyết mình có liên quan,

Giáo Viên Hưởng Dẫn : Thấy Lê Minh Thành

MỤC LỤC

QUƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 _ Khái Niệm Và Những Tính Năng

Hấp Dẫn Của Điều Chế Trải Phổ

12 Khái Niệm Hệ Thống Trải Phổ

1⁄3 Nguyên Lí Trải Phổ

1.4 Những Hạn Chế Cơ Bản Của Gi

1.5 Các Phương Pháp Đa Truy Nhập

1.5.1 Kỹ Thuật Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Tân Số (FDMA

1.5.2 Kỹ Thuật Đa Truy Nhập Phân Chia Theo Thời Gian (TDMA)

1.5.3 Kỹ Thuật Đa TruyN Phần Chia Theo Theo Ma (CDMA)

1.5.4 So Sánh FDMA - TDMA - CDMA

CHƯƠNG 2 HẦM TỰ TƯỜNG QUÁN VÀ CHUỖI GIẢ 1

2.1 Hàm Tự Tường Quan Và Mất Đồ Phố Công Suất

2.11 Tin Hiệu Xác Định

2.1.2 —- Tín Hiệu Ngẫu Nhiệu

2.1.3 — Tín Hiệu Cơ Nô Hài Hãng Gốc

Gict Hain Của Ham Tring Quan Chéo

Chudim Phuc siti

CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG CDMA

5.1 Cau Hinh Mang CDMA

5.1.1 Máy Thuê Bao Di Động MS

5.12 .TrạmGốcBS

5.13 _ Tổng Đài Di Động MX

5.14 Bộ Đăng Ký Định Vị Thường Trú HLR

5.2 Thiết Kế Giao Diện Vô Tuyến Cho Hệ Thống CDMA

5.2.1 KênhCDMA Đường Lên

5.2.2 KênhCDMA Đường Xuống

5.3 Chuyển GiaoỚCDMA

5.3.1 Chuyển Giao Mềm Và Mềm Hơi

5.3.2 Chuyển Giao Cứng

5.4 Các Phương Phạp Điều khiển Cón

Hệ Thống Thông Tin Di Peng TS Ong CDMA sates

5.5 Các Phương Pháp Điều Khiển Công Suất 6 CDMA IS- 95,

5.5.2 Điều Khiển Công Suât Vòng Kín 68

5.5.3 Điều Khiển Cân 4 Đường Xuống eg asec: CHƯƠNG 6: CÁC LINH VUC UNG DUNG CUA CONG NGHỊ RAI PHO 579

Nhận xét của Giáo Viên Hướng Dẫn

T,P, Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm_ _

Ký tên

Nhận xét của Giáo Viên Phản Biện

T,P, Hô Chí Minh, Ngày_ _ Tháng_ _ Năm_ _

Ký tên

-Đuậm oứt tốt rgiệp Quang 7

Tỷ số W/R là hệ số dãn dải thông hoặc độ lợi xứ lý và được biến đối từ 100

trưng tín hiệu giông tạp ầm của nó,

= Đắm bảo mứy dộ từ hữu nhất định nhờ sử dụng các mã trái phổ giả ng

nhiên nền khö bắt trộm tín hiệu,

- Được phép hoạt động ở 3 lĩnh vực không cẩn giấy phép: cong nghiép

khoa học, y tế

~_ Có thể sử dụng cho thông tin vệ tỉnh được cấp giấy phép ở chế độ CDMA

1.2 KHÁI NIỆM HỆ THỐNG TRẢI PHỔ

Dung lượng lý thuyết của bất kỳ một kênh thông tin được định nghĩa công

thức dung lượng kênh CE Shannon như sau:

Phương trình (1.1) đưa ra mối quan hệ giữa khả năng lý thuyết của một kênh

để phát thông tin không có lỗi đối với một tỷ số S/N và cho băng thông trên một

Ludn săn tốt nghiép Trang 2

Với bất kỳ tỷ sổ S/N nào chúng tạ có thể có một tốc độ thóng tin lỗi thấp

bằng cách tăng bang thông được dùng để tuyển thông tín Ví dụ một hệ thống hoạt động trên một luỗng cố tốc độ bịt 1Ø Kbps va ty 86 S/N = 0,01 thi bang thong là:

thy = eg 69.108 Hs = OUR He Lad 001

Thông tin có thể được điểu chế trong tín hiệu trấi phổ băng nhiều phương

pháp Phương pháp thông thường nhất là cộng thông tin với mã trải phô trước khí

điều chế với sóng mang như hình sau:

Kỹ thuật này được ứng dụng cho bất kỳ hệ thống trải phổ nào mà dùng dãy

mã để tạo ra băng thông RF Nếu tín hiệu thông tin được đi là dạng analog (tiếng

nói chẳng hạn) thì tín hiệu phải đi số hóa trước khi cộng vào mã trải phổ

Một lợi điểm của hệ thống trải phổ là sự lấn áp tạp âm

Độ lợi xử lý hệ thống G; định lượng mức loại bồ giao thoa

Những độ lợi xử lý hệ thống nằm trong khoảng (20 — 60)dB Với một hệ

thống trải phổ tạp âm được quyết định cả tạp âm nhiệt và giao thoa, bởi vì nhiều

người sử dụng giao thoa được xử lý như tạp âm Tỷ số S/N ngõ ra và ngõ vào có mối quan hệ sau:

SOTHO: Hyuyén Whdt Fouy

Ludn van tét aghiép Feang 3

1.3 NGUYEN LY TRAI PHO

Được phát triển từ những nguyên lý của thuyết thông tin Shannon bằng cách

không tìm cách phân bố các tiểm năng tần số hoặc thời gian rời rạc cho mỗi thuê bao, ngược lại nó cung cấp tât cả các tiểm năng đồng thời cho mọi thuê bao,

tối thiểu đủ để duy trì một

u cầu, Mỗi thuế báo sử dụng một tín

(R bivs)

Sóng mang hình sin ị Sống mang tạp âm

Theo (hình 1.2): Giả sử mỗi thuê bao sử dụng một tạp âm Gauss băng rộng

và dạng sóng này được lưu trữ tại máy phát và máy thu

Tại băng tần gốc, điều chế và giải điều chế chỉ là các phép tính nhân đơn giản, được đồng bộ giữa các vị trí Giả sử tiếp công suất phát của mỗi thuê bao đầu được khống chế sao cho tất cả các tín hiệu đều được thu tại trạm gốc với cùng mức công suất như nhau

“——ễễễ SOTHO: Uguyén Whét Fbuy

Luin vdn tất ngiiệp Trang 4

Nếu công suất tín hiệu thu của mỗi thuê bao là Ps (W)và bỏ qua tap âm nền

thì công suất can nhiễu tổng cộng (1) có ở bộ điều chế mỗi thuê bao là:

I1=(Ke- 1)Ps (1.8)

K, : là tổng số thuê bao có mức năng lượng bằng nhau có tap âm nền

Mật độ tạp âm do bộ giải điều chế của mỗi thuê bao nhận được là:

Biểu thức (1.11) cho thấy, số lượng vác thuê báo đồng thời có thé cu

tại một tẾ bào biệt lập có quan hệ đến hệ số dần phổ và yếu cầu E/L, của bộ g7

điều chế,

Để tăng số lượng thuê bào tá xét đến hai độ lợi: độ lợi hoạt động của tiếng

nói (G,) và hệ số tăng Ích antenna (G,\)

Nhiều phép đò rong các cuộc đàm thoại hai chiều [Brady, 1968] đã xác định tiếng nói chí hoạt động trong khoảng 3/8 thời gian nên Gv ~ 2.67

Ta gid sy nhiệt độ thuê bao được phân bố đồng nhất trong khu vực trên một

tế bào cô lập duy nhất thì việc sử dụng một antenna chia cung sẽ làm giẩm can nhiễu và do vậy làm tăng dung lượng nhờ hệ số tăng ích antenna Đối với một antenna 3 cung, hệ số tăng ích sẽ nhỏ hơn 3 Ta lấy Gạ ~ 2,4

Đối với mật độ thuê bao được phân bố đồng đều trong tất cả các tế bào mà mỗi thuê bao được một trạm gốc thích hợp khống chế công suất thì tổng can nhiễu từ các thuê bao trong các tế bào khác xấp xỉ bằng 3/5 của can nhiễu do tất

cả các thuê bao trong tế bào nói trên gây ra

Can nhiễu từ các tế bào khác f+l=—————-+l*l§6§

Can nhiễu từ các tế bào cho trước Suy ra:

Ludn oan tốt nghiệp, Frang.5

Đối với những hệ thống điều chế được thiết kế tốt, trong đó có sử dụng mã

sửa sai cùng với các antenna phân tập kép và một máy thu tố hợp phân tập nhiễu

đường (Rake) tại trạm gốc, có thể đạt được mức chất lượng cao

1.4 NHUNG HAN CHẾ CƠ BẢN CỦA GIẢI PHÁP THONG THƯỜNG

“Thông thường mỗi thuê bao của một hệ thống đã tuy nhập được cung cấp

như vậy, kênh đã tray nhập biên thành về số đơn điểm — nối - điểm, nếu giả định

đã có cách ly hoàn tuần các nguằn truyền dẫn của mỗi thuế báo khỏi các nguồn

truyền dẫn của các thuê bạo khác, Dung lượng của mỗi kênh chỉ bị giZi hạn FZi

đải thông và thời gián duve gan cho nó, bởi sự giấm phẩm chất cho tạp ấm nén

mà chủ là bất nguồn từ nhiệt và cho những sự bất bình thường của truyền dẫn dã

tạo ra các hiệu ứng che khuảt và pha định nhiều đường Khi đó nhìn bể ng dung lượng hồn hyp các thành phần riêng của các kênh đa truy nhập sẽ bằng y

dung lượng của một thuê bao đơn chiếm toàn bộ các nguồn hỗn hợp của các k: đơn lẻ Kết luận này có 3 sai sót:

- Nó giả thiết rằng tất cả các thuê bao đều liên tục phát trong cùng một

khoảng thời gian như nhau, điều này có thể là gần đúng đối với truyền số liệu chuyển mạch gói, nhưng không đúng với truyền dẫn tiếng nói trong chuyển mạch

kênh vì trong mỗi cuộc đầm thoại giữa hai người, mỗi người nói chỉ hoạt động,

không đến một nửa thời gian

- Việc phân bố lại phổ tân theo vùng địa lý, nghĩa là chỉ những thuê bao

nào nằm trong vùng phủ sóng mới liên lạc được với nhau mặc dù hai điểm này ở

xa nhau, còn những điểm gần nhau nhưng không nằm trong vùng phủ sóng thì

không thể liên lạc với nhau Việc phân bố theo vùng địa lý sẽ bất lợi trong vùng

nông thôn và thành thị Ở thành thị số ượng thuê bao lớn đòi hỏi có nhiều trạm

thu phát đặt gần nhau -> gây nhiễu, còn ở nông thôn thì số lượng thuê bao ít >

gây lãng phí

SOTH: Uguyén Whét Fouy

Ludn van tét nghiép

ang 6

- Tinh chat nhiéu du@ng (multi path), su’ mat pha giữa các đường truyền lan

khác nhau có thể gây ra pha dinh nghiêm trọng, ảnh hưởng can nhiễu sẽ xấu hơn

do công suất tín hiệu khả dụng thấp đi Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng khi

mỗi kênh được phân bố một dải thông hẹp

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP

1.5.1 Kỹ thuật đa truy nhập phân chỉa theo tân số (FDMA)

* Phương pháp:

Đa truy nhập phân chia theo tần số sử dụng lân dâu tiên trong các hệ thống

thông tin tương tự Trong kỹ thuật đa ưruy nhập này, các user được truyền liên tục theo thời gian trên bảng tân số riêng với user đó Do đó nếu có N user thì băng,

Hrequeney vequeney band Ts time band 1

Hình 13:

Mỗi băng tần gần bàng tì

xuyên lý đa truy nhập FDMA

tối thiểu cho việc truyền dữ liệu và hai đãy t

phòng vệ hai bên Đãy tần phòng vệ phải đủ để đảm báo nhiễu xuyến giữa các

user sử dụng chung một kênh truyền là nhỏ nhất

Trong hệ thống thông tin di động tế bào, sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phản

chia theo tần số, mỗi khi một thuê bao truy nhập vào hệ thống, nó sẽ được một

trạm gốc cấp phát một cặp tần số (1 kênh) để liên lạc trên hai hướng Hướng lên

(từ thuê bao di động MS đến trạm gốc BS), hướng xuống (từ am gốc BS đến

thuê bao đi động MS Do đó nếu có N thuê bao di động thì băng tân tổng được chia thành 2N băng tấn nhỏ và các đải tần phòng vệ giữa hai băng tấn kế cận

nhau để phục vụ cho việc truyền phát Việc phân chia như vậy dẫn đến nhiễu

giao thoa giữa các kênh cần được xem xét và trạm gốc BS phải có nhiều bộ phát

và thu riêng làm việc với mỗi thuê bao di động trong một cell

* Nguyên lý:

- Ding n sóng mang tải tin trong một dải băng của vệ tinh (repeater)

~ Mỗi sóng mang được dùng cho một trạm Mặt Đất cố định để phát đến các trạm Mặt Đất khác

SOTH: Hguyén Whit F6uy

Ludn van tét nghiép Trang 7

- Trạm Mặt Đất thu tất cả n sóng mang, giải điểu chế và tách riêng các

kênh tin có đích là trạm Mặt Đất đó

Như vậy mỗi trạm Mặt Đất sẽ gồm một bộ điều chế FM, một mạch phát

sóng với sóng mang tương ứng trạm đó, gồm nhiều bộ thu và giải điều chế EM và

* Hiệu suất phổ của FDMA:

Hiệu suất phổ là số cuộc gọi tối đa có thể được thực hiện trong vùng phục

vụ một cell của hệ thống

-_E;

_ BWgK OR OK

Trong đó: K: hệ số tái sử dụng tần số của hệ thống

BW§: băng thông tổng của hệ thống

BWws: băng thông của thuê bao R: tốc độ truyền

m: hiệu suất điều chế

BW; m

SOTH: )(yuuẫn (2thệt vy

Luin van tét nghiép Trang 8

* Dung lương hệ thống FDMA

Định nghĩa dung lượng kênh theo công thức Shannon:

Trong dé: BW: bang thông của kênh truyền

P- công suất phát của kênh

N2: mật độ phổ nàng lượng nhiều trắng

Ni số thuê bào của mat cell 1.5.2 Kỳ thuật đá truy nhập phần chia theo thời gian (TDMA):

* Phương pháp:

Tường phường pháp đa truy cập TDMA, mỗi kênh vô tuyến được ch

các khe thời gian, Giữa các Khe thời gian này có một khe thời gian báo vệ được

dùng để cho phép đồng bộ các bộ thu giữa hai khe thời gian và hai khung khác

nhau

Tín hiệu đầm thoại được biến đổi thành tín hiệu số sau đó đem gán cho một

khe thời gian Số lượng khe thời gian có thể biến đổi và có ít nhất là hai khe trong

một kênh, nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với FDMA với cùng một dải thông

Lugn van tét nghiép Trang 9

* Đặc điểm:

-_ Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số

Liên lạc song công mỗi hướng thuộc các dãy tần liên lạc khác

Giảm nhiễu giao thoa

Giảm số máy thu, phát ở BTS

Mất đồng bộ nên đòi hỏi đồng bộ cao

Phadinh và truyền dẫn đòi hỏi kỹ thuật rất phức tạp

- Thu phát không đồng thời nên không cần chuyển mạch thu — phat,

khoảng trống là thời gian dùng để đo mức thu ở trạm gốc lân cận

~_ Giảm dung lượng kênh do phải có thời gian bảo vệ

- Nếu bán kính cell là R thì thời gian trễ cực đại của tín hiệu mà BTS thu

được xảy ra đôi với MÑ ở biên của ccll là tạ = 2R/C

gói đơn b Mỗi gói sẽ được lưu lại ở bộ đệm, các bit đi vào bộ đệm với tốc độ dữ

liệu nguồn của thuê bao f, và các bit đi ra bộ đệm v£° :ấc độ N.f„ Do đó thời gian

SOTH: Uguyén W - 2fuy

Luin săn tốt nghiệp Grang 10

* Dung luong hé thong TDMA:

+ Hệ thống TDMA cell đơn:

+ Hé thong TDMA da cell:

Mật độ công suất nhiều trong trường hợp này là:

Trong do: I: bàng thông tến K: hệ số tài sử dụ

Hy: bàng thông mỗi thuê bao

R: tộc độ truyền bít

am: hiệu §

N: số thuê bao trong một cell

P: công suất của mỗi thuê bao

1.5.3 Đa truy nhập phân chỉa theo mã CDMA

độ mã đầu ra của máy phát PN Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải

dùng trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý ở máy phát Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát, thì tin tức đã

truyền không thể được thu nhận và hiểu được ở máy thu

F—ễễễễ

SOTHO: Uguyén Whit Fouy

Lugn van tét nghiép Frang 11

* Phương pháp:

Trong hệ thống CDMA, mỗi thuê bao di động MS trong một cell sử dụng

chung một kênh tần số của cell và được gán các mã ngẫu nhiên khác nhau Các thuê bao có thể thực hiện cuộc gọi đồng thời và không gây nhiễu lẫn nhau nhờ tính chất không tương quan giữa các mã giá ngẫu nhiên đó Mỗi thuê bao được

gần một mã riêng biệt và kỹ thuật trải phổ giúp cho các thuê bao không gây

nhiễu lẫn nhau trong điều kiện có thể cùng một lúc dùng chung dải tần

Tín hiệu trải phổ được tạo ra bằng cách nhân tín hiệu băng hẹp với một tín

hiệu băng rộng Tín hiệu trải phổ là một chuỗi mã giả ngẫu nhiên mà có tốc độ

chíp lớn hơn nhiều lẫn so với tốc độ dữ liệu Các kênh tín hiệu sử dụng cùng một

tân số sóng mang và phát đồng thời với nhiễu

Mỗi MS sử dụng

giao với tất cả các từ n

một mã giá ngẫu nhiên riêng mà từ mã này gần như trực

ä khác máy thu sẽ tính tưởng quan thời gian để tách ra duy

nhất tín hiệu thông trà, MÃ phải biết tự mã mã bên kia sử dụng, mỗi thuế báo sẽ

hoạt động độc lập với các thuê bao khác

* Nguyên ly thụ phu

fate ay Ty

\ a Mây thủ và bộ )

mây phát giải điều chế

-tuậm săn tốt nghi¢p rang 12

Lugn vin tốt nghi¢p rang 73

Phổ tin tức sau khi được trắi phổ sẽ giầm biên độ và được mã hóa nhờ các mã PN Tín hiệu mã hóa được phát đi trong không gian sẽ bị nhiễu tác động khi đến máy

thu do các nhiễu này không được trải phổ nên có biên độ lớn Vi vậy ở máy thu

tín hiệu được nén phổ trở lại Sau khi nén phổ, tín hiệu sẽ có biên độ lớn, còn phổ

nhiễu sẽ có biên độ nhỏ và bộ thu chỉ thu được những tín hiệu còn tạp âm sẽ được loại bỏ

'Vậy tín hiệu càng trải rộng ở máy phát và tương ứng càng nén hẹp lại ở máy

thu thì càng lợi về tỷ số S/N

* Đặc điển:

~_ Sử dụng tín hiệu cao tin MHz + GHz

- Sử dụng thuật trải phổ phức tạp, kỹ thuật tải phổ cho phép tín hiệu vô tuyến sử dụng có cường độ ràt nhỏ và chống pha đỉnh hiệu quả hơn EDMA, TDMA

- Việc các thuê bạo MS trong cùng mot cell ding chung tấn số khiến cho

các thiết bị truyền dẫn vô tuyến đứn gián, việc kế hoạch thay đối tấn 96 khong

cồn là vấn đẻ, chuyến giao ở thành mềm, điều khiển dụng lượng wong cell rai

linh hoạt

~ Cúc thuê bao trong hệ thàng CDMA có thể bị ảnh hưởng từ các thuế bao Khác do vấn để tự gây nhiều

- CDMA v6 thé sti dung phần tập không gian khoảng cách nhỏ

~ Tốc độ dữ liệu kênh truyền cao

Phadình nhiều tỉa giảm đáng kể bởi tín hiệu được trải ra trên một phố rong Vấn để nhiễu gần xa xảy ra tại máy thu nếu như một thuê bao không mong

muốn có công suất thu cao hơn so với công suất thu của thuê bao mong muốn

* Dung lượng hệ thống CDMA:

+ Hệ thống CDMA đơn cell:

Lugn van tét nghiép Frang 14

B: băng thông tổng hệ thống Dung lượng này nhỏ hơn nhiều so với dung lượng tối đa có thể đạt được Tuy nhiên rất khó có thể đạt được trong thực tế Trong FDMA dung lượng giảm

do cân có băng thông bảo vệ giữa các kênh để giảm yêu cầu về bộ lọc Trong

TDMA dung lượng bị giẩm do có thời gian bảo vệ giữa các kênh cũng như các

chuỗi đồng bộ, chuỗi hướng dẫn Còn trong CDMA dung lượng bị giảm bởi sự

tách ghép sóng do sự trực giao của các mã trải phổ và nhiễu từ kênh đạo tần trên

+ Hệ thống CDMA đa cell:C = B.Log,[L+

1.5.4 So xúnh các kỳ thuật đa truy cập

Kỹ thuật EIDMA thường dư sử dụng trong các hệ thống tung tu (AMPS)

Đây là kỹ thuật đơn giản nhưng băng thông hẹp và rất dễ bị ảnh hưởng Fadinh

cùng tấn số khi thuế bào tầng lên Do giới han bang thong nen FOMA phai sit dụng lại tần số trong hệ thông thông tín dị dòng tế bào,

Kỹ thuật DMA không có Khả nàng bắt ay chuyển vụng do phái phát va

thu liên tục trên bằng tấn hẹp cổ định, Chỉ phí cho trạm gốc quá cao do mỗi thuê

bao di dong MS edn mot may thu va phát riêng do đó làm tăng chi phí lắp

bên cạnh đồ sự giải hàn dụng lượng trong một cell làm cho việc mở rộng d

lượng rất Khó Khăn Do Kỹ thuà MA có băng thông vô tuyến di đóng hẹp

chi chip ting due eae dich vụ có tốc độ thấp

Ngày nay khi thiết bị đã được số hóa thì phương pháp TDMA tỏ ra hiệu quả hơn FDMA Kỹ thuật TDMA làm tăng được hiệu suất sử dụng phổ kênh truyền

vì N thuê bao có thể sử dụng chung một băng tân nào đó thay vì là một thuê bao

như FDMA Hơn nữa, TDMA không đồi hỏi ghép kết hợp vì việc phát và thu

được thực hiện ở các khe thời gian khác nhau Do thuê bao chỉ được phép phát tại

những khe thời gian cố định nên có thể sử dụng các khe thời gian còn lại phục vụ

cho các dịch vụ điều khiển công suất, báo hiệu, kiểm tra tín hiệu hướng dẫn từ

các trạm gốc lân cận phục vụ cho bắt tay chuyển vùng Tuy nhiên phần cứng của

TDMA khá phức tạp do đòi hồi mã hóa và đồng bộ cao Việc phát và thu không liên tục làm giảm băng thông khi số lượng khe thời gian tăng lên Trễ pha đỉnh

ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống TDMA do nó gây ra những giao thoa giữa các ký

tự (ISD Một ưu điểm của TDMA là chỉ phí trạm gốc tương đối thấp hơn FDMA

do sử dụng ít sóng mang hơn và giá thành thiết bị số cũng rẻ hơn

=———— _ễễ

SOTI6: Aguyén Whgt Fouy

Ludn van tét nghiép Frang 15

Để có thể phục vụ các dịch vụ đòi hồi tốc độ cao như truyền hình ảnh, video, hội

nghị trực tiếp cần phải có một hệ thống cho phép nhiêu thuê bao hơn và sử dụng

băng tân rộng hơn sự ra đời của kỹ thuật CDMA đã giải quyết vấn để này

Trong hệ thống CDMA các thuê bao có thể sử dụng chung một băng tần

rộng mà không cần phân chia thời gian nên có thể thu và phát liên tục Do băng

thông rộng nên dễ bị ảnh hưởng bởi trể Fadinh và máy thu Rake tận dụng nhiễu

giao thoa do trễ pha này phát sinh để thực hiện thu phân tập đa tỉa giúp cho tín hiệu thu chính xác hơn Nhiễu băng hẹp ảnh hưởng không đáng kể để hệ thống

CDMA vì bị suy giảm đáng kể ở bộ nén phổ của máy thu Hệ thống CDMA có

khả năng chuyển vùng mềm, điều khiển công s

hơn các hệ thống khác Kỹ thuật CDMA có thể phục vụ cho các dịch vụ với tốc

độ khác nhau và truyền thông đa phương tiện, Tuy nhiền đáy là kỹ thuật tương

đối mới đang được thí nghiệm với hệ thống CDMA băng (WCDMA), dai hỏi chỉ phí cao và phần cứng phức tạp do tốc độ xứ lý nhanh va bang thong rong

vọng trong tưng lài sẽ tạo ra hệ thông thông tú di động mới cho phép mọi thuế

bao có thể truyền thông đá pháứnp Hiện với nhàu,

SOTH: Hguyén Hhiét Huy

Lugn oăn tốt ngiưệp Frang 16

—_—_—_— ————

CHUONG 2 HAM TY TUONG QUAN

VÀ CHUÔI GIẢ TẠP ÂM

2.1 HẦM TỰ TƯƠNG QUAN VÀ MẬT ĐỘ PHỔ CÔNG SUẤT

năng lượng: Một tín hiệu xác định S() được coi là một tín hiệu

lượng của nó là vô hạn, những công suất trung bình lại là hữu hạn

ia Mesf= tim — fu) des reps Moi tín hiệu tuần hoàn đều là tra hiệu công suất

Đổi với tín hiệu tuần hoàn thì việc lấy trung bình trên một chu kỳ cũng như

lấy trung bình trên toàn bộ thời gian,

Một tín hiệu công suất S0), tạ có hầm tự tương quan chuẩn hóa là:

per OF) = lime fou +r)S(w

Biểu thức trên cho thấy, hàm tự tương quan đánh giá mức độ giống nhau giữa tín hiệu và phiên bản bị dịch đi của nó

+: hàm dịch

Mật độ phổ công suất (PSD):

4)=Flg()Ì= foe "ae Hàm tự tương quan là biến đổi Fourier ngược của PSD:

o(c)=F" (]= J#ứ}"“ ag

PSD cho biết công suất trung bình của tín hiệu được phân bố ở vùng tần số

như thế nào

———ễễỄễỄễ SOTH: Nguyén Whgt Huy

-tuận oăn tốt ngiiệp rang 17

Mật độ phổ năng lung SOP

Năng lượng: E[s]= w(0)= pur far = kí f if

Mật độ phổ năng lượng cho ta biết năng lượng của một tín hiệu được phân

bố ở vùng tần số như thế nào,

2.1.2 Tín hiệu ngẫu nhiền

Tập hựp các biên ngẫu nhiền được chỉ định đánh số theo L gọi là một tín

hiệu ngẫu nhiền XU

Kỹ ứng là Hung bình của mội quá

2.1.3 Tín hiệu cơ số hai băng gốc

Trước hết ta định nghĩa xung chữ nhật đơn vị:

Lun van tét nghiép Frang 18

ee

T: độ rộng xung đơn vị Xung đơn vị có biến đổi 1A TsinC(fTe™, Voi

sinC() = sin(rt)/ mt

Như vậy tín hiệu ngẫu nhiên băng gốc chỉ nhận các giá trị cơ số hai được

biểu diễn như sau:

X()= Aa, (¢-Y- KT)

Trong đó: _ T: độ rộng của một bit

AK:K=(cœ, +): là các biến độc lập và được phân bố như

nhau nhận các giá trị +A có xác xuất như nhau

Y: là một biến ngẫu nhiên được phân bố đồng đều từ 0 đến T

Ta có một đường lấy mẫu của X(U

Hầm tự tưng quản của XD,

[#Ít-)-tI<r

0

Ar(t) là xung tí có biến đổi Fourier là : TsinC”ŒT)

Phương trình trên cho thấyX@) và X(t + +) rất giống nhau khi + = 0, giống

nhau ở một mức độ nào đó khi |x| >T, tức là ở mọi thời điểm X(Ð) độc láp với

Xuân nữa tốt ngiiệp, Øraug 79

A2TởF=(, không phụ thuậc vào T-

rộng trên một hàng tần rộng nếu T nhỏ, tập trung trong một bang

tan hep neu T lon,

214 Tin higu bang thong

Với tín hiệu ngẫu nhiên cơ số hai X() trên ta xét điều chế chia X(t)

Y(@) = X(0cos(2mfct + 6)

fc: hing số (tần số sóng mang)

9: pha ngẫu nhiên, phân bố đều ở (0 ; 2z) không phụ thuộc vao X(t)

Ham tự tương quan và PSD của Y():

Nhận xét: độ rộng băng tân của X(t) là 2T công suất trung bình của Y(Q) là

$y(0)=A?/2 chỉ bằng một nửa công suất trung bình của X(\)

—Ễễễ- SOTH: Aguyén Whit Tuy

Lugn van t6t nghidp Trang 20

xác định có thể tính được một cách chính xác ở cả phía thu lẫn phía phát Nhưng

mặt khác, PN có các tính chất thống kê của tạp âm trắng AWGN, nó có biểu hiện

ngẫu nhiên, bất xác định, nó không thể thu và hiểu được đối với bất kỳ máy thu

nào không thuộc phạm vì cuộc liên lạc,

Nói cách khúc, trong môi trường CDMA mã trải phố chính là chìa khóa để

các MS chọn ra tín hiệu từ trạm gốc phat cho minh Các chuỗi PN thường được sử

nhất của chuổi ngầu nhiên

Các chuồi cử số hài m được tia ra bằng cách sử dụng thánh

mạch hỗi tiếp và các mạch công hoặc loại trừ (XOR) Một chuỗi thai

tuyến tỉnh được xúc định bổi mật đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m>9:

BOX) = Bind + Bad

€ chuồi cơ số hai thi gj = 0 hay 1 va gm = go = 1 Dat gfx) = 0, ta

+ + BX + Bo

Đổi với

được công thức hỏi qui:

Í=BIX+ BẠN” + + gm2X”P + gmJXT” + x

Vì cơ số hai —1 = 1 Với x thể hiện đơn vị trễ, phương trình hồi qui trên

xác định các kết nối hỏi tiếp trong mạch thanh ghỉ dịch cơ số hai

=——ễ SOTHO: Wouyén What Fouy

“tuân oău tốt nghiép Øưag 21

" nà ee iit ch chế 2 pha tiếp theo, thì đầu ra của mạch thanh ghi phải

ce bi (0-1 va 1 —-1, Thanh ghi dich c6 2-1 trạng thái khác 0 cực dai

bằng số chu kỳ cực đại chuỗi ra C với m phần tử nhớ 1" Với hình trên giả sử S;0) biểu thị giá trị của phần tử j trong thanh ghi dịch ở xung đồng hồ thứ ¡ Trạng thái của thanh ghi dịch ở xung đồng hổ ¡ là vectơ độ

dài hữu hạn S¡ = {S((1), S¡(2), , S/(m) } Đầu ra ở xung đồng hỗ thứ i Cun =

Si(m)

h

Thay 1 = C¡ vào phương trình ta được điều kiện hổi qui của chuỗi ra:

Cg +g;C¡¿+ + Bm-tC inet + BinCom Thời gian trễ =

(m) + EmzS¡2(m) + - + 81Si-me1(M) + Si-mei(1)

Vì Sm¿i(1) = Sin(m) nên:

C¡= gn-IC¡ + gm2C¡2 + B1Cimer + Ci-m

“Tốc độ = (Tphản từ dịch + Toổng hoặc loại “a

* Các thuộc tính của chuỗi m:

- 'Thuộc tính dịch: Dịch vòng trái hay phải để tạo ra chuỗi m

~ “Thuộc tính hổi qui: Mọi chuỗi m đều thỏa mãn tính hồi qui:

Cj = Smit + Sm-2Ci2 + + SiSjmei(M) + Simei()

- Thuộc tính cửa sổ: nếu một cửa sổ độ rộng m trượt dọc chuỗi m trong tập

S„ mỗi dãy trong số 2"-1 đấy m bịt khác 0 này sẽ được nhìn thấy đúng một lần

~_ Số số 1 nhiều hơn số số 0: mọi chuỗi m trong tập S„ chứa 2”-1 số số 0

~ Thuộc tính cộng: tổng hai chuỗi m là một chuỗi m khác

=ễễ=

Š⁄0076: (J(guyễu ((hật 260

Luin oan tét ughigp biangsz

——————-S _

- Thuộc tính dịch và cộng: tổng của một chuỗi m và dịch vòng của chính nó

là một chuỗi m khác

- Hầm tự tương quan dạng đầu đỉnh: hàm tự tương quan hoàn toàn chuẩn

hóa của chuỗi m được xác định như sau:

boa Sp (i) N

R@) = 1 đối với ¡ =0 R@)=-N đối với ¡ #0

- Các đoạn chạy (Runs): một đoạn chạy là một xâu các số “1” hoặc số “0” liên tiếp Trong mọi chuỗi m:

+ Một nữa số đoạn này có chiều dài là 1

+ Một phần tự có chiều dài là 2

+ Một phần tầm có chiều đài là 3

~ Pha đặc trưng: có đúng một chuỗi ra C trong tập S„ thỏa mãn điều kiếp

C= Cy VieZ, chuối m nay gọi là chuối ra C duc tung hay phá đục trưng của các

ụ

chudi m trong tap Suv

~ Lấy mẫu: lấy mẫu Lov n=0 của một chuối m là C[n]

2.2.2 Chuỗi Gold

Chuỗi Gold là mà trái pho ding cho CDMA, ham tong quan ch

lân dịch tướng đổi nhỏ để giẩm tối thiểu nhiễu giao thoa xuyên âm giữa 2 người

Lugn săn tốt ngiiệp Trang 23

Xét m = 4 và đa thức nguyên thủy xÍ + x

100010011010111 đối với nạp ban đầu là 0001

-Cuậm oău tốt ngiưệp

Quang

` 2.2.4 Giới hạn của hàm tương quan chéo

Để so sánh thiết kế các chuỗi SSMA khác nhau ta cần một tiêu chuẩn hay

một chỉ tiêu định lượng để đánh giá các tự tương quan tuần hồn lệch pha và các

tự tương quan chéo R„ax

Tự tương quan lệch pha thấp nghĩa là thực hiện đồng bộ dễ hơn, tự tương

quan chéo là xuyên âm thấp hơn

2.2.4.1 Giới hạn thấp của Sidelnikav Sidelnikav phát biểu rằng đối với mọi N hay nhiều hơn các chuỗi cơ số hai () với chu kỳ T, ta cĩ:

Đối với mọi tấp N hay nhiều hơn các chuối cơ số hai cĩ chủ kỹ N <2” ~ 1,

m]ẻ Dựa vào giới hàn này thì chuối Gĩi được cọ là tối ưu,

Dựa vào giới hạn này thì tập nhỏ của chuỗi Kasami đạt được giới hạn thấp ở

được xem là tối ưu

2.2.5 Chuỗi m phức - , Các chuỗi cơ số hai là một tập đặc biệt của các chuỗi m phức tổng quát

Giả thiết p là một số nguyên tố

Căn p của 1 là số phức e}2®,0<K <p-l

Đa thức nguyên thủy:

E(X) = BmX” + gmX”h! + + BK + Bo

———ỄễỄễỄễỄễỄễỄễễễễễ

“thuận od tốt nghiệp rang 25

eee SOTH: Hguyén hg Huy

“uận oăn tốt ngiưệp, Đang 8` °

—— _ _—_— _—-—

CHƯƠNG 3

CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ

3.1 HỆ THỐNG TRẢI PHỔ CHUỖI TRỰC TIẾP (DS/SS)

Tín hiệu DS/SS nhận được khi điểu chế bản tin bằng một tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng

€[Ủ Avs mtg oy

Hình 3.1

Bản tin Ae Vopr (AT)

Trong dé: by = te bit sd ligu th K

†: độ rộng Tín hiệu b(U được trải phổ bằng các tín hiệu PN, c(t) bằng cách nhân hai

hiệu lại với nhau Tin hiệu nhận được b().c(Đ) sau đó sẽ điều chế sóng máng sử

dung BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS — BPSK xác định theo công thức sau:

“đuận săn tốt nghiệp a rang 27

được giải điều chế để nhân tin hiệu bàng gốc

W)= Abú - p¿e( - Ø.cos[2fc(t +) + 8°]

Vici) = tl, tong do 0" = 0 - 2xfct nên ứn hiệu nhận dược là một tín hiệu bing hẹp với độ rộng bằng tần là 2/7

Bộ giải điều chế bao gồm: một bộ tương quan (orrelator) và một thiết bị

đánh giá ngưỡng

Để giải diều chế máy thu cẩn phải biết được pha 0' và tần s6 fe cũng như

điểm khởi đầu của từng bit

Để tách ra số liệu thứ ¡, bộ tương quan tính toán:

Trong đó: tị =iT + + : thời điểm đâu của bit thứ ¡

Trong thời gian 1 bit bít - z) = +l hoặc ~1 nên:

—

0026: (guyễn ((hật 26

Lugn van tht nghiép eres

Ta thay shay py) co PSD băng hẹp với cùng dạng phổ như bít) nhữag được

dịch sang trải và phái tị

2(Độ rộng băng tân của bản tin)

Độ lợi xử lý cho thấy tín hiệu bản tin phát được trải phổ bao nhiêu lần bởi

hệ thống trải phổ và PG càng cao thì khả năng chống nhiễu càng tốt

Đối với hệ thống DS/SS - BPSK:

2/7, T7

Tín hiệu b(t) dude chia lam hai nhánh: một nhánh đồng pha và một nhánh vuông pha

3z/4, nếu e(0b(t) = 1, e(b() =

“ 5/4, nếu e,(0b(0 = -1, e()() =-L

Vậy S() có thể nhận 4 trạng thái pha khác nhau:

O+m/4 0+ 3n/4 50+ 5n/4 50+ 70/4

Ở máy thu thi hai thanh phan déng pha và vuông pha được giải trải phổ độc

lập với nhau bởi c¡( và c;(Q tổng của các tín hiệu được lấy tích phân ở khoảng

thời gian 1 bit, kết quả:

# (4 „ nếu b() =+l

—AT, nếu b() =-1

Hệ thống QPSK chỉ sử dụng nửa độ rộng băng tân so với độ rộng băng tân

mà hệ thống DS/SS ~ BPSK đòi hói khi phát cùng I dữ liệu với cùng PG và SN Ngoai ra DS/SS ~ QPSK có ưu việt về SNR dẫn đến xác xuất lỗi thấp hơn Nhờ những ưu điểm trên mà hệ thống DS/SS ~ QI?SK thường được sử dụng

trong hệ thống trải phổ

Tuy nhiên hệ thông ÐĐS/SS - QPSK phức tạp hơn rất nhiều so với DS/SS — BPSK

3.13 Hiệu năng của hệ thong DSSS

BABA Anh Maing lia tap ae

Œ Khi không có nhiều phá: jú

Với bú) = 1Í và cũ) = +1, thành phần tra hiệu S, cho mỗi bịt vế liệu la:

Nhận xét SNR, độc lập với t6c a6 chip, Nhu vay trdi phổ không có ưu điểm

về AWGN trong kênh -

Hiệu năng hoạt động của hệ thống t :

bit hay xác xuất lỗi kí hiệu: được biểu diễn ở dạng EỰN,

Ey: nang lượng tín hiệu trên một bit

N,/2: PSD hai biên của tạp âm Gauss trong kênh

Xác xuất lỗi bịt của một tin hiệu

thường được đánh giá bằng xác xuất lỗi

Lugn oan tốt nghiệp a

Tín hiệu nhiễu phá: j(() = j()cos(2nf,t + y)

Trong đó: _ j(Ð: tín hiệu thông thấp

\: một biến ngẫu nhiên

Sự tương quan giữa j(Q J():

1

#,()= ~#,(tees(3,:)

Công suất trung bình j0) là Py = 60) = (0/2

+ Tín hiệu phá là một tin hiệu bã