CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CDMA doc

28 384 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CDMA doc

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Phần I : Công nghệ cdma Chơng i: Tổng quan công nghệ cdma 1.1Khái niệm CDMA 1.1.1 Khái niệm đa truy nhập Đa truy nhập phơng pháp dùng trạm gốc phục vụ cho nhiều thuê bao di động Có ba loại đa truy nhập là: FDMA, TDMA CDMA a FDMA Đây phơng pháp đa truy nhập mà trạm gốc sử dụng băng tần khác cho thuê bao di động khác Mỗi băng tần có khoảng bảo vệ thích hợp nhằm tránh chồng lấn (có nghĩa ngời sử dụng sóng mang khác để truy nhập hệ thống thời điểm) Trong hệ thống vấn đề phân chia tần số khống chế công suất tránh can nhiễu đợc đặt lên hàng đầu Các vấn ®Ị ®iỊu khiĨn vµ ®ång bé toµn hƯ thèng không quan trọng Các hệ thống FDMA đợc sử dụng từ sớm thực tế đà qua khai thác nhiều năm, tính ổn định cao, giá thành hạ Tuy nhiên hạn chế hệ thống không linh hoạt cần thay đổi dung lợng, dung lợng hệ thống không cao, vấn đề tần số công suất phức tạp số lợng thuê bao tăng lớn Hình 1.1 FDMA b TDMA Trong phơng pháp ®a truy nhËp nµy nhiỊu ngêi sư dơng cïng mét sóng mang, nhng trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi khung TDMA Trong khung TDMA lại đợc chia thành khoảng thời gian nhỏ gọi khe thời gian Mỗi thuê bao đợc trạm gốc cấp cho khe thời gian thuê bao liên lạc với trạm gốc khe thời gian Tất nhiên khe thời gian cần có khoảng bảo vệ để tránh chồng lấn Với kiĨu truy nhËp nµy hƯ thèng sÏ dƠ dµng vµ linh hoạt đáp ứng nhu cầu lu lợng cách phân thêm khe thời gian mở rộng khe thời gian thuê bao có lu lợng lớn Tuy nhiên vấn đề điều khiển đồng Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -1- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA hệ thống yêu cầu nghiêm ngặt, cấu trúc hệ thống phức tạp, giá thành tơng đối cao Hình 1.2 TDMA c CDMA Đây phơng pháp đa truy nhập mà thuê bao sử dụng chung sóng mang thời điểm, nhng sóng mang trớc đà đợc điều chế mẫu bít đặc biệt quy định riêng cho thuê bao khác nhau, mẫu bít phải có mức tơng quan chéo đủ nhỏ gọi mà PN Nhờ thuê bao đợc phân biệt với nhau, nhờ mẫu bít mà tách tín hiệu cần thu từ tín hiệu khác Hình 1.3 CDMA 1.1.2 Khái niệm trải phổ - CDMA CDMA hệ thống đa truy nhập theo mà dựa kỹ thuật điều chế trải phổ, thuê bao sử dụng chung tần số thời gian đợc phân biệt mà gọi mà trải phổ (hay dÃy tạp âm giả ngẫu nhiên PN) để trải phổ Mà trải phổ có tốc độ cao nhiều so với tốc độ tín hiệu thông tin cần truyền Do sau nhân với tín hiệu thông tin với mà trải phổ phổ tần đợc trải rộng lớn nhiều so với phổ tần tín hiệu thông tin Phơng pháp làm cho lợng tín hiệu cần truyền đợc dàn trải toàn băng tần trải phổ lớn nhiều băng thông cần thiết để truyền thông tin Do đầu điều chế phía phát tín hiệu có phổ rộng nhiều lần tín hiệu thông tin đồng thời có mật độ phổ công suất thấp Tại phía thu có máy thu có hàm tơng quan trực giao tín hiệu thu đợc với xác tín hiệu trải phổ phía phát có khả giải điều chế thu đợc tín hiệu thông tin cần thiết Nh hệ thống thuê bao có mà riêng việc thu nhận tín hiệu đợc thực có mà tơng quan phù hợp Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -2- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Có bốn kỹ thuật trải phổ là: Tr¶i phỉ d·y trùc tiÕp (DS: Directed Sequence), tr¶i phỉ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thống dịch thời gian (TH:Time Hopping) hệ thống lai (Hybrid) - Trải phổ dÃy trực tiếp: tín hiệu mang thông tin đợc nhân trực tiếp mà trải phổ tốc độ cao - Trải phổ nhảy tần: Mà trải phổ điều khiển tạo dao động sóng mang làm tần số sóng mang thay đổi sau sóng mang lại đợc điều chế với liệu - Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, liệu có tốc độ dòng bit không đổi R đợc phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài thời gian cần thiết để truyền dòng tin cách truyền dẫn thông thờng Dòng bit số đợc gửi theo điều khiển mà nhảy thời gian Vì nói dòng bít đà bị trải theo thời gian phía thu bất hợp pháp biết tập liệu đợc sử dụng - Hệ thống lai: Bên cạnh hệ thống đà miêu tả trên, điều chế hybrid hệ thống DS FH đợc sử dụng để cung cấp thêm u điểm cho đặc tính tiện lợi hệ thống Thông thờng đa số trờng hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH (3) TH/DS Các hệ thống tổng hợp hai hệ thống điều chế trải phổ cung cấp đặc tính mà hệ thống có đợc Một mạch không cần phức tạp bao gồm tạo dÃy mà tổ hợp tần số cho tríc 1.1.3 Tr¶i phỉ d·y trùc tiÕp HƯ thèng DS (nói xác điều chế dÃy mà đà đợc điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp) hệ thống đợc biết đến nhiều hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng tơng đối đơn giản chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh tốc độ tổng hợp tần số cao Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu liệu đợc nhân trực tiếp với mà trải phổ, sau tín hiệu đợc điều chế sóng mang băng rộng Hình 1.4 đa sơ đồ khối mạch thông tin DS điển hình Bộ điều chế băng rộng thờng điều chế PSK Máy thu thờng sử dụng giải điều chế quán để nén tín hiệu trải phổ, sử dụng mà trải phổ nội đợc ®ång bé víi d·y m· cđa tÝn hiƯu thu ®ỵc Điều đợc đồng khối bám đồng mà Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -3- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Sau nén phổ nhận đợc tín hiệu liệu đà điều chế, sau qua giải điều chế tín hiệu (thờng giải điều chế PSK) ta có đợc liệu ban đầu Dữ liệu Điều chế băng rộng Bộ giải điều chế mà Bộ tạo mà Dao động Sóng mang Điều chế cân Giải điều chế liệu Bộ tạo mà Dữ liệu Bộ tạo sóng mang (1)Sóng mang (4) (2) M· PN (5) (3) Sãng ®iỊu chÕ (6) Phía phát Phía thu Hình1.4 Dạng sóng cấu hình hệ thống DS ã Các đặc tính trải phỉ trùc tiÕp: - §a truy nhËp: NÕu cã nhiỊu ngời sử dụng kênh thời điểm có nhiều tín hiệu DS chùm lên mặt thời gian tần số Máy thu thực hiệi giải điều chế quán để giải điều chế mà Nhờ se tập chung công suất tín hiệu ngời sử dụng quan tâm vào băng tần thông tin mức tơng quan dÃy mà ngời sử dụng khác nhỏ việc giải điều chế đa phần nhỏ công suất tín hiệu nhiễu băng tần thông tin Có nghĩa phổ tín hiệu ngời sử dụng mà ta quan tâm đợc co hẹp lại, phổ tần ngời sử dụng khác đợc trải rộng băng tần trun dÉn Nh vËy chØ cã c«ng st tÝn hiƯu ngời sử dụng băng tần thông tin lớn - Nhiễu đa đờng: Nếu dÃy mà có hàm tự tơng quan lý tởng hàm tơng quan băng khoảng [- Tc, Tc ] với Tc thời gian tồn chíp Nghĩa nhận đợc hai tín hiệu: tín hiệu mong muốn tín hiệu nhng trễ khoảng thời gian lớn 2Tc việc giải điều Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -4- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA chÕ sÏ coi tÝn hiƯu ®ã nh mét tÝn hiệu nhiễu mang phần nhỏ công suất nhiễu vào băng tần thông tin - Nhiễu băng hẹp: Việc nhân nhiễu băng hẹp có tín hiệu thu đợc với mà băng rộng làm trải phổ nhiễu băng hẹp Vì nhiễu băng hẹp có băng tần thông tin giảm với hệ số tăng ích sử lý Gp - Xác suất ph¸t hiƯn thÊp: Do tÝn hiƯu d·y trùc tiÕp sư dụng toàn phổ tín hiệu thời điểm nên mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) thấp Vì dÃy mà trải phổ tơng ứng khó khăn việc phát tín hiệu DS ã Ưu nhợc điểm DS-CDMA Ưu điểm: - Mà hoá liệu đơn giản thực nhân - Bộ tạo sóng mang đơn giản có sóng mang đợc phát - Có thể thực giải điều chế quán tín hiệu trải phổ Nhợc điểm: - Khó đòng tín hiệu mà nội tín hiệu thu - Do nhợc điểm kết hợp với đặc điểm băng tần liên tục lớn không sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế 10-20 MHz - Ngời sử dụng gần BS phát công suất lớn nhiều so với ngời sử dụng xa Mạt khác thuê bao sử dụnng toàn băng tần để truyền dẫn liên tục nên ngời sử dụng gần gây nhiễu cho ngời sử dụng xa Tuy nhiên hiệu ứng náy đợc giải việc áp dụng thuật toán điều khiển công suất mức độ công suất trung bình mà BS nhận từ thuê bao 1.1.4 Hệ thống dịch tần (FH): Nếu trải phổ dÃy trực tiếp điều chế trực tiếp tín hiệu số vào mà trải phổ, trải phổ nhẩy tần điều chế gián tiếp vào mà trải phổ (sóng mang có tần số thay đổi theo mà trải phổ đợc điều chế với tín hiệu thông tin cần truyền) Nói xác điều chế FH chuyển dịch tần số nhiều tần số đợc chọn theo mà Nó gần giống FSK việc dải chọn lọc tần số tăng lên FSK đơn giản sử dụng tần số phát tín hiệu f có ký hiệu phát f2 ký hiệu Mặt khác FH sử dụng vài nghìn tần số Trong hệ thống thực tế chọn lọc ngẫu nhiên 220 tần số đợc phân bố đợc chọn nhờ tổ hợp mà theo thông tin chuyển dịch tần số Trong FH khoảng dịch tần số số lợng tần số chọn đợc đợc xác định phụ thuộc vào yêu cầu vị trí việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt Nh hệ thống dịch tần FH, tần số sãng mang thay ®ỉi theo chu kú Cø sau mét khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới giá trị khác Quy luật nhẩy tần mà trải phổ định Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -5- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Việc chiếm dụng tần số hệ thống DS FH khác Hệ thống DS chiếm dụng toàn băng tần truyền dÉn hƯ thèng FH chØ sư dơng mét phần nhỏ băng tần khoảng nhỏ thời gian truyền dẫn Nh vậy, công suất mà hai hệ thống truyền băng tần tính trung bình nh Hệ thống FH gồm có tạo mà tổ hợp tần số, phát mà PN điều khiển tỏng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật Hệ thống FH tạo hiệu trải phổ nhảy tần giả ngẫu nhiên tần số vô tuyến f1,f2,,fn với n lên tới số hàng nghìn Nếu tốc độ nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn tốc độ bít liệu đợc gọi nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping), có nhiều tần số đợc truyền thời gian bít Còn ngợc lại tốc độ nhảy tần nhỏ tốc độ bit (nhiều bit tin đợc truyền tần số ) đợc gọi nhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping ) Gọi f = fi fi-1 chênh lệch tần số hai tần số kề N số tần số nhảy tần chọn tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảy tần FH là: W N ∆ f Gp = = =N Bd ∆ f (Giả thiết dải thông liệu băng gốc Bd=1 bớc nhảy tần nhỏ f) Phổ FH lý tởng chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn phân bố đồng kênh tần số truyền dẫn Các máy phát thực tế cần phải đợc thiết kế cho công suất phân bố đồng tất kênh Nguyên lý trải phổ nhảy tần nh sau: Một đoạn k chíp mà giả ngẫu K bit liệu Mà hoá K bit PN Điều chế FH Điều chế MFSK Giải điều chế FH K bit PN M tách lợng Nguồn nhiễu Giải mà hoá M Hình 1.5 Hệ thống FH nhiên điều khiển tổng hợp tần số, để tần số sống mang nhảy lên 2k tần số khác Nếu xét tần số nhảy độ rộng băng tần tín hiệu độ rộng băng tần tín hiệu MFSK nhỏ so với độ rộng tín hiệu trải phổ nhảy tần Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -6- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Với giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao khoảng cách tần số tone MFSK phải bội số nguyên lần tốc độ chip (Rp) Điều đảm bảo cho mẫu phát không ảnh hởng xuyên âm tới tách khác Dải băng tần tín hiệu nhảy tần đợc chia thành Nt phần nhau: Nt = Wss/Rp Sau Nt phần lại đợc chia thành Nb nhóm riêng biệt: Nb = Nt/M Mỗi nhóm có độ rộng băng tần Wd = Wss/Nb Theo cách xắp xếp này, đoạn mà nhị phân k bit chuỗi PN xác định Nb = 2K tần số sóng mang khác Trong đó, tone nhảy tần cố định nằm khoảng M tần số xác định tơng đối a Nhảy tần nhanh Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -7- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Hình vẽ sau mô tả phổ tín hiệu MFSK phổ tín hiệu nhảy tần nhanh theo thời gian Chuỗi mà giả ngẫu nhiên thực trải phổ chuỗi mà đợc tạo từ tạo mà giả nhiễu dùng ghi dịch Mà trải phổ có tốc độ bit gấp lần tóc độ liệu (Rp = Rh = 4Rs) tøc lµ k = Hệ thống thực trải phổ nhảy tần nhanh với tÝn hiƯu MFSK møc lªn ngÉu nhiªn mét dải tần số, dới điều khiển tín hiệu giả ngẫu nhiên PN Do tín hiệu MFSK điều chế mức nên bit liệu xác định giá trị nằm mức dải tần số tone đợc phát khoảng thời gian lần chu kỳ bit liệu Cũng tơng tự nh vậy, cặp bit giả ngẫu nhiên cho phép ta xác định đợc dải băng tần mà tone tín hiệu MFSK cần nhảy tới Trong trờng hợp Chuỗi PN 01 11 11 00 01 00 11 01 01 11 10 00 10 01 10 10 11 11 00 01 11 10 WSS 01 00 2Tb D÷ liƯu 00 10 01 10 00 11 01 01 11 10 Wd Hình 1.6 Nhảy tần nhanh độ rộng băng tần tín hiệu nhảy tần lớn gấp lần độ rộng băng tần tín hiệu MFSK nguyên thuỷ (Wss=4Wd) b Nhảy tần chậm Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -8- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Hình vẽ dới mô tả phổ tín hiệu trải phổ nhảy tần chậm theo thời gian Chuỗi PN 101 111 000 100 110 111 110 101 100 WSS 011 010 001 000 2Tb D÷ liƯu 01 11 3Tc 00 11 11 01 10 00 00 01 Wd Hình 1.7 Nhảy tần chậm Trong phép nhảy tần ta dùng chuỗi giả ngẫu nhiên nh đà dùng ví dụ nhảy tần nhanh Khác với trờng hợp nhảy tần nhanh, hệ thống nhảy tần chậm tốc độ chuỗi tín hiệu trải phổ thấp so với tốc độ dòng liệu tốc độ chip tốc độ dòng liƯu Trong vÝ dơ nµy Rp = Rb = 6Rh Tín hiệu MFSK đợc điều chế liệu theo mức tức bit liệu xác định tone phát khoảng thơì gian lần chu kỳ dòng bit liệu Với bớc điều chế nhảy tần Cứ bit giả ngẫu nhiên xác định băng tần mà tín hiệu MFSK nhảy tới (k = 3) Nh băng tần tín hiệu trải phổ nhảy tần lớn gấp lần băng tần tín hiệu MFSK ban đầu c Hệ thống giải điều chế nhảy tần Quá trình thực giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần đợc thực ngợc lại so với trình trải phổ đợc thực qua bớc Bíc thø nhÊt lµ thùc hiƯn nÐn phỉ tÝn hiƯu nhảy tần để thu lại đợc tín hiệu điều chế tần số MFSK Bớc thứ hai khôi phục lại liệu từ tín hiệu MFSK giải điều chế MFSK thông thờng ã Nén phổ tín hiệu nhảy tần Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 -9- Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Giả sử đầu thu đà tạo lại đực tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng với bên phát Khi tín hiệu đầu tổng hợp tần số bên thu nhảy giống hệt nh bên phát tín hiệu nhảy tần thu đợc trộn với tín hiệu tổng hợp chỗ qua lọc băng tần độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta thu lại đợc tín hiệu chứa liƯu MFSK Nh vËy mét ®iỊu hÕt søc quan träng đảm bảo thành công bớc nén phổ bên thu cần taọ đợc mà giả ngẫu nhiên đồng hoàn toàn với bên phát ã Giải điều chÕ tÝn hiƯu MFSK TÝn hiƯu sau nÐn phỉ tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa liệu Để thực giải điều chế tín hiệu ngời ta hay sử dụng M lọc thông dải M tách sóng đờng bao Đầu lọc thứ i tách thứ i khác tín hiệu liệu đợc điều chế mức i Còn lại M-1 đầu lại có giá trị Tuy nhiên thực tế, ảnh hởng nhiễu đầu thứ i giá trị cực đại tối đa M-1 đầu lại không nên cần sử dụng so sánh để chọn giá trị lớn M đầu Dữ liệu M mức đầu đợc đa tới giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu liệu nhị phân ban đầu d Đặc tính tín hiệu dịch tần Hệ thống dịch tần có đặc tính sau: đa truy nhập, chống nhiễu đa đLọc Lọc Mạch tách đờng bao Lọc M Tín hiệu sau giải điều chế nhảy tần Mạch tách đờng bao Mạch tách đờng bao M Bộ so sánh lấy giá trị lớn Dữ liệu giải mà Hình1.8 Giải điều chế tín hiệu MFSK ờng, chống nhiễu băng hẹp khả phát thấp đợc trình bày cụ thể nh sau: Đa truy nhập: Trong hệ thống dịch tần nhanh F-FH, bit đợc truyền băng tần số khác Mỗi ngời sử dụng truyền thông tin hầu hết băng tần nhng thời điểm lại sử dụng băng tần khác Do công suất tín hiệu mong muốn lớn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu đợc xác Trong hệ thống dịch tần chậm S-FH, nhiều bit đợc truyền tần số Nếu xác suất truyền thông tin ngời sử dụng khác băng tần đủ thấp tín hiệu mong muốn đợc thu cách xác hầu hết thời gian Nếu nh có ngời sử dụng khác truyền dẫn băng tần, mà sửa lỗi đợc sử dụng để phát liệu đợc truyền thời gian Nhiễu đa đờng: Trong hệ thống dịch tần nhanh (F-FH-CDMA), khoảng thời gian bit, tần số truyền dẫn thay ®ỉi nhiỊu lÇn Nh vËy mét tÇn sè sãng mang đợc điều chế truyền nhiều tần số truyền dẫn Vì hiệu ứng đa đờng với tần số truyền dẫn khác khác Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 10 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA ã Đối với tuyến xuống điều khiển công suất : - Đảm bảo phủ sóng với chất lợng tốt cho vùng tồi vùng phục vụ - Tạo khả dàn trải lu lợng ô có lu lợng tải không vùng phục vụ việc điều khiển nhiễu xuyên ô ô có tải nặng - Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà đảm bảo chất lợng dịch vụ tốt Nhờ giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lợng hệ thống tránh tác hại tới sức khoẻ a Điều kiển công suất tuyến lên Điều khiển công suất tun lªn cã thĨ thùc hiƯn b»ng mét hai cách: điệu khiển công suất vòng kín điều khiển công suất vòng hở ã Điều khiển công suất vòng hở: Đầu tiên MS xâm nhập hệ thống việc điều khiển công suất vòng kín cha khởi tạo Mà MS điều khiển công suất theo chế vòng hở MS đo cờng độ tín hiệu kênh dẫn đờng thu đợc từ BS, sau ớc tính công suất trung bình cần phát kênh truy nhập Mức công suất tỷ lệ nghịch với cờng ®é tÝn hiƯu dÉn ®êng thu ®ỵc Cơ thĨ møc công suất nh sau: P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR - (Pmean + 73) Trong Pmean công suất trung bình thu đợc đầu vào máy thu MS NOM_PWR hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS INIT_PWR hệ số sửa đổi cho công suất BS Giá trị cụ thể thông số BS đợc phát tin thông số truy nhập kênh nhắn tin Sau hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS vừa tăng công suất phát lên bớc gián đoạn (giá trị bớc ký hiệu là: PWR_STEP), vừa thực tổng tích luỹ thay đổi đà thực hiện, ký hiệu SUM1 Quá trình tiếp diễn nh truy nhập thành công MS bắt đầu truyền kênh lu lợng tuyến lên với công suất ớc tính là: P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ thay đổi để truy nhËp) - (Pmean + 73) = = NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (Pmean + 73) Mét th«ng tin từ MS tới đợc BS BS vào tỷ lệ lỗi đợc thông báo MS gửi thông báo điều khiển công suất vòng kín tới MS Thông tin đợc thực bit ®iỊu khiĨn c«ng st NÕu bit ®iỊu khiĨn c«ng st có nghĩa yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB Nếu bit điều khiển công suất tức MS cần giảm công suất 1dB BS truyền bit điều khiển công suất cho MS riêng biệt với tốc độ 1,25 ms lần (800bit/s) Điều có nghĩa việc đo cờng độ tín hiệu thu đợc từ MS BS gần 1,25 ms Khi nhận đợc bit điều khiển công suất công suất đầu MS lµ: P[dBm] = NOM PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (Pmean+73) Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 14 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Trong SUM2 (dB) tổng tích luỹ tất hiệu chỉnh công suất vòng kín Việc ớc tính công suất MS 500 às Phạm vi biến đổi giá trị điển hình thông số điều khiển công suất nh sau: NOM_PWR INIT_PWR PWR_STEP Giá trị bình thờng 0 Phạm vi -8 > -16 > 15 > Nh phạm vi thay đổi tổng cộng điều khiển công suất vòng hở vòng 24dB Còn với vòng kín 32dB Ngoài MS hệ thống CDMA tắt mở công suất truyền thông tin tuỳ thuộc vào tốc độ bit truyền dẫn Khi thoại không tích cực MS trạng thái "đóng công suất ", công suất đầu giảm 20 dB Nhờ giảm nhiễu với ngời sử dụng khác việc giảm công suất 20dB làm công suất đầu nhỏ mức tạp âm MS khoá công suất đầu tới mức tạp âm Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 15 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA MS BS Đo cờng độ tín hiệu dẫn đờng Mức phát ~ Cờng độ dẫn đờng BS MS Hình1.10 Điều khiển công suất vòng hở tuyến lên MS BS Giám sát chất lợng tín hiệu So sánh với chuẩn Chuẩn Liên hệ với ngời sử dụng khác Phát lệnh điều khiển công suất BS MS Nhận lệnh Tăng /giảm công suất Hình1.11 Điều khiển công suất vòng kín tuyến lên Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 16 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA b Điều khiển công suất tuyến xuống MS BS Giám sát chất l ợng Thông báo chất l ợng thông tin MS BS Giám sát chất lợng tín hiệu So sánh với chuẩn Chuẩn Liên hệ với ngời sử dụng khác Điều chỉnh công suất Hình1.12 Điều khiển công suất vòng kín tuyến xuống Vì tín hiệu dẫn đờng phát tõ MS tíi BS nªn tun xng chØ sử dụng điều khiển công suất vòng kín tơng tự tuyến lên BS nhận tín hiệu thông tin MS cung cấp chất lợng tín hiệu Thông tin dạng tốc độ lỗi khung mà MS đà đo kênh lu lợng tuyến xuống báo BS theo chu kỳ Hoặc MS thông báo tốc độ lỗi vợt mức ngỡng qui định Các thông tin đợc truyền đến BS kênh lu lợng tuyến lên Phạm vi biến đổi công suất BS 4dB,(nhỏ nhiều phạm vi biến đổi công suất tuyến lên), phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung 1.2.3 Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số Eb/No (tơng ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận đợc không làm tăng dung lợng hệ thống mà làm giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm giao thoa Việc giảm nghĩa giảm công suất phát yêu cầu máy di động Nó làm giảm giá thành cho phép hoạt động vùng rộng lớn với công suất thấp so với hệ thống analog TDMA có công suất tơng tự Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu làm tăng vùng phục vụ làm giảm số lợng BS yêu cầu so với hệ thống khác Một tiến lớn việc điều khiển công suất hệ thống CDMA làm giảm công suất phát trung bình Trong đa số trờng hợp Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 17 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA môi trờng truyền dẫn thuận lợi CDMA Trong hệ thống băng hẹp công suất phát cao luôn đợc yêu cầu để khắc phục fading tạo theo thời gian Trong hệ thống CDMA công suất trung bình giảm công suất yêu cầu phát có điều khiển công suất công suất phát tăng có fading 1.2.4 Bộ giải mà thoại tốc độ biến thiên CDMA tận dụng thời gian lặng đàm thoại để nâng cao dung lợng hệ thống Một mà hoá/ giải mà thoại tốc độ biến thiên đợc sử dụng Khi thuê bao đàm thoại tốc độ liệu 9600 bit/s Khi thuê bao tạm ngừng đng nghe tốc độ liệu giảm xuống 1200 bit/s Tốc độ liệu 2400 4800 đợc sử dụng nhng khoong thờng xuyên hai tốc độ trên.Tốc đọ liệu dựa hoạt động điện đàm 20 ms việc định tốc độ lại thực lại Các đàm thoại thông thờng có hệ số xấp xỉ 40% Máy di động giảm tốc độ liệu cách giảm phát giải mà thoại hoạt động tốc độ thấp 9600 bit/s tốc độ 1200 bit/s chu là1/8 tốc độ liệu cao Sự lựa chọn thời gian cho chu trình dựa sở áp dụng thuật toán giả ngẫu nhiên Điều làm ngẫu nhiên hoá thời gian thu phát máy di động Khi tính trung bình nhiều thuê bao công suất phát trung bình giảm xuống nhờ mà mức nhiễu giao thoa đến tất thuê bao khác giảm xuống Và dung lợng hệ thống đợc tăng lên gần gấp lần Tại trạm gốc lại sử dụng kế hoạch khác Nó lặp lại nhiều lần mẫu bit để lấy lại đợc tốc độ 9600 bit/s Công suất phát cho kênh đợc điều chỉnh để phản ánh lặp này, lập phép nhiễu giao thoa đợc giảm tối thiểu 1.2.5 Bảo mật gọi Hệ thống CDMA cung cấp chức bảo mật gọi mức độ cao tạo xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm sử dụng bất hợp pháp kênh RF khó khăn hệ thống tổ ong số CDMA tín hiệu CDMA đà đợc scrambling (trộn) Về công nghệ CDMA cung cấp khả bảo mật gọi khả bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm khả xác nhận bảo mật gọi đợc định rõ EIA/TIA/IS-54-B Có thể mà hoá kênh thoại số cách dễ dàng nhờ sử dụng DES công nghệ mà tiêu chuẩn khác 1.2.6 Chuyển giao mềm Khi thuê bao CDMA ngang qua biên giới hai trạm gốc sảy trình chuyển giao mềm Chuyển giao mềm nối gọi đợc hoàn thành trớc từ bỏ kênh cũ (make before break connection ) Quá trình chuyển giao thực đợc cell kề sư dơng chung mét tÇn sè Trong chun giao mềm xảy BTS bắt đầu thông tin víi MS MS vÉn cßn tiÕp tơc th«ng tin víi BTS cị MS thùc hiƯn th«ng tin ®ång thêi víi BTS Nhng nhê cã bé thu RAKE mà tín hiệu thu từ 2BTS đợc sử lý nh tín hiệu đa đờng MS kết hợp tín hiệu thu đợc từ BTS để tạo tín hiệu thu không bị gián đoạn Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 18 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Việc hỗ trợ đồng thời từ hai trạm gốc cung cấp lợi ích phân tập (không gian) làm cải thiện đáng kể chất lợng truyền dẫn vùng rìa cell Ưu điểm chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng hệ thống analog GSM là: hệ thống sử dụng tần số khác cell liền kề MS vợt qua vùng biên cell vào vùng phủ sóng cell khác, cần đợc chuyển mạch tới Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động Bộ mà hoá Vocoder/chọnlựa Khung thoại số liệu chiều ngợc lại Khung thoại số liệu chiều ngợc lại Khung thoại số liệu đồng từ MSC đến BS BS1 Khung thoại số liệu chiều ngợc lại BS1 Khung bit điều khiển công suất BS tín hiệu thoại đồng từ BS đến máy di động Khung thoại số liệu chiều ngợc lại Hình 1.13 Đờng kết nối chuyển vùng mềm kênh khác trạm phủ sóng Quá trình chuyển giao cứng làm cho kênh lu lợng bị ngắt quÃng thời gian ngắn Còn chuyển giao mềm kênh tần số nên chuyển kênh chuyển giao mặt khác chuyển gọi sang cell khác đợc thực trớc kết nối hoàn toàn với trạm gốc cell 1.2.7 Dung lợng mềm Mạng CDMA tăng thêm gọi nhu cầu cấp bách mà không dẫn đến tắc nghẽn nh mạng di động TDMA,FDMA Với mạng TDMA, FDMA việc tăng thêm thuê bao truy nhập vào mạng chấp nhận đợc tất kênh truyền bận Còn với mạng CDMA khắc phục tạm thời băng cách nâng mức ngỡng qui định I0/N0 lên cao h giải pháp cho phép tăng thêm số khách hàng truy nhập vào mạng chấp nhận suy giảm chất lợng hệ thống Trên lý thuyết I0/N0 tăng lên tuỳ ý, nhiên vợt mức ngỡng nhiễu làm cho hệ thống ổn định, đồng tiếng thoại không rõ ràng Ngoài số thuê bao tăng mức, mạng CDMA điều chỉnh công suất giảm làm cho cell nhỏ thuê bao vùng biên thùc hiƯn chun giao mỊm sang c¸c cell kh¸c liỊn kề Khả cân tải đợc gọi dung lợng mềm (soft capacity) Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 19 - Chơng I: Tỉng quan c«ng nghƯ CDMA Nh vËy nhê viƯc quy hoạch dung lợng vùng phủ sóng mà mạng CDMA không cần kế hoạch sử dụng lại tần số 1.2.8 Tách tín hiệu thoại Trong thông tin chiều song công tổng quát tỷ số chiếm dụng tải tín hiệu thoại không lớn khoảng 35% Trong trờng hợp tín hiệu thoại hệ thống TDMA FDMA khó áp dụng yếu tố tích cực thoại trễ thời gian định vị lại kênh dài Nhng tốc độ truyền dẫn số liệu giảm tín hiệu thoại hƯ thèng CDMA Giao thoa ë ngêi sư dơng khác giảm cách đáng kể Dung lợng hệ thống CDMA tăng khoảng lần suy giảm truyền dẫn trung bình máy di động giảm khoảng 1/2 dung lợng đợc xác định theo mức giao thoa ngời sử dụng khác 1.2.9 Tái sử dụng tần sè vµ vïng phđ sãng K3 K2 K2 2% K1 6% K2 K2 0,03% K2 K2 H×nh 1.14 Giao thoa từ BS bên cạnh Tất BS tái sử dụng kênh băng rộng hệ thống CDMA Giao thoa tổng trạm phủ sóng tín hiệu máy di động nằm trạm gốc tổng giao thoa tạo từ máy di động nằm trạm phủ sóng, giao thoa tạo máy di động BTS bên cạnh Nói cách khác, tín hiệu máy di động phải đấu tranh với tín hiệu tất máy di động khác Giao thoa tổng từ tất máy di động bên cạnh nửa giao thoa từ tổng máy di động BS Hiệu tái sử dụng tần số BS không định hớng tỷ số nhiễu giao thoa máy di động trạm gốc, (khoảng 65%), giao thoa tổng từ máy di động khác cïng mét BS víi giao thoa tõ tÊt c¶ BS Hình 1.14 trình bày giao thoa từ BS bên cạnh theo % Giao thoa từ BS vòng biên thứ tơng ứng với 6% giao thoa tổng Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ gấp lần 6%, tức 36%, giao thoa tổng vòng thứ vòng nhỏ 4% Trong trờng hợp anten BTS định hớng (tức búp sóng anten 120 o) giao thoa Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 20 - Ch¬ng I: Tỉng quan công nghệ CDMA trung bình giảm xuống 1/3 anten kiểm soát nhỏ 1/3 số lợng máy di động BS Do đó, dung lợng cung cấp toàn hệ thống tăng lên xấp xỉ lần (Thật 2,55 lần chồng chập anten lân cận) 1.2.10 Giá trị Eb/N thấp, có tính chống lỗi cao Eb/No tỷ số lợng bit mật độ phổ công suất tạp âm, giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất phơng pháp điều chế mà hoá số Khái niệm Eb/No tơng tự nh tỷ số sóng mang tạp âm phơng pháp FM analog Do độ rộng kênh băng tần rộng đợc sử dơng mµ hƯ thèng CDMA cung cÊp mét hiƯu st độ d mà sửa sai cao Nói cách khác độ rộng kênh bị giới hạn hệ thống điều chế số băng tần hẹp, mà sửa sai có hiệu suất độ d thấp đợc phép sử dụng cho giá trị Eb/No cao giá trị mà CDMA yêu cầu Mà sửa sai trớc đợc sử dụng hệ thống CDMA với giải điều chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lợng giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No 1.3 Đánh giá chung hệ thống thông tin di động CDMA 1.3.1 Đánh giá mặt dung lợng : a Dung lợng CDMA Trong thông tin di động tế bào, để đánh giá dung lợng hệ thống ngời ta thờng dựa vào tiªu chn sau: + Sè ngêi sư dơng lín nhÊt độ rộng băng tần + Số ngời sử dơng lín nhÊt mét tÕ bµo + Tỉng sè ngời sử dụng vùng diện tích đợc bao phủ tế bào Dung lợng hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật trải phổ bị giới hạn nhiễu, dung lợng hệ thống thông tin vô tuyến truyền thống bị giới hạn số kênh tín hiệu không gây nhiễu nhờ phân tách chúng mặt thời gian tần số Do dung lợng hệ thống trải phổ phụ thuộc vào nhiễu nên điều khiển công suất quan trọng dung lợng tổng cộng hệ thống Trong hệ thống CDMA dung lợng đợc xác định theo c«ng thøc:  1  BSS   .  (Eb/No)(1 + f)  Vd  CSec.Fr  R      N= 1+  (1.1) Trong đó: N: số ngời sử dụng hệ thống BSS: bề rộng băng tần trải phổ R: tốc độ băng tần lớn Eb/No: tổng lợng bit mật độ tạp âm nhiễu Vd: hƯ sè tÝch cùc cđa tiÕng nãi CSec: sè sector tế bào Fr: hệ số tái sử dụng tần số f: tỷ số tổng nhiễu trung bình tế bào khác nhiễu trung bình ngời sử dụng khác tế bào Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 21 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Theo công thức ta thấy: CDMA số ngời sử dụng N luôn tỷ lệ nghịch với tỷ số Eb/No, Eb/No nhỏ dung lợng hệ thống lớn ngợc lại Tỷ số Eb/No lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: phơng pháp điều chế sử dụng, tỷ lệ lỗi bit BER, tốc độ liệu, suy hao đờng truyền, ảnh hởng đa luồng fading Hệ thống CDMA thử nghiệm toàn giới lấy tiêu chuẩn Eb/No 6.5dB Nổi bật so với kỹ thuật đa truy nhập khác, CDMA cho phép phát thành phần đa luồng thực sử dụng máy thu RAKE để tổ hợp tín hiệu thực tế để thu đợc tín hiệu có tỷ số Eb/No tốt Tín hiệu hớng sử dụng mà hoá trực giao, mà hoá làm tăng khả chống lại nhiễu Mà khối cung cấp khả chống lại lỗi cụm mà xoắn sử dụng để giảm giá trị Eb/No yêu cầu Hệ thống CDMA có khả điều khiển công suất làm cho chất lợng thoại hệ số BER ổn định b So sánh dung lợng TDMA CDMA Để xem xét dung lợng hệ thống thông tin cần xem xét hai khía cạnh: + Dung lợng mặt lý thuyết + Dung lợng thực tế Để so sánh dung lợng TDMA CDMA ta xét dải tần số có độ rộng 12.5MHz Trong hệ thống GSM(TDMA) dải băng tần dành cho kênh 200KHz/1 kênh, số kênh sẵn có dải băng 12.5MHz/200Khz = 62 kênh Với tế bào đợc chia thành sector Hệ số tái sử dụng tần số 3/9, số kênh 31 kênh Giả thiết có 7.25 gọi kênh vô tuyến (8 kênh thoại cho kênh vô tuyến 0.75 kênh thoại cho phần mào đầu) Khi số gọi sector 31x7.25/3=75 gọi Trong trờng hợp TDMA mở rộng, số lợng kênh đợc tăng lên sử dụng mà hoá có tốc độ thấp VD: 5kbps, tốc độ làm tăng dung lợng hệ thống lên gấp đôi Kỹ thuật sư dơng phÐp néi suy tiÕng nãi Kü tht néi suy tiếng nói cho phép sử dụng khoảng dừng tín hiệu thoại ngời sử dụng để cấp cho mét khe thêi gian cđa mét ngêi sư dơng khác hoạt động khoảng dừng Về mặt lý thuyết, sử dụng mà hoá có tốc độ 1/2 cho phép sử dụng 231 kênh/1sector Trong hệ thống CDMA dải tần 12.5MHz dung lợng hệ thống đợc xác định nh sau: có 64 mà Walsh đợc sử dụng băng tần 1.25MHz Giả thiết có 50 kênh lu lợng, tế bào đợc phân chia thành sector số ngời sử dụng tối đa 1500 ngời Thực tế dung lợng hệ thống bị giới hạn công thức (6.1) Ta sử dụng giá trị Eb/No 6.5dB giá trị cho phép hệ thống làm việc giá trị chất lợng chấp nhân đợc Hệ số tái sử dụng tần số 1, chu kỳ hoạt động tiếng nói khoảng 35ữ40% Tốc độ số liệu tối đa 9.6kbps, nhng dung lợng kênh trung bình đợc nâng lên cách thay đổi dòng số liệu có tốc độ thấp Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 22 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA khoảng thời gian tín hiệu thoại kênh, điều cho phép tốc độ trung bình dòng liệu giảm xuống dung lợng hệ thống tăng lên 2.5 lần Theo điều kiện dung lợng tối đa hệ thống 245 ngêi sư dơng/1sector (Vµ mét tÕ bµo lµ 245 x = 735 ngêi) Trong thùc tÕ c¶ dung lợng hai hệ thống TDMA CDMA nhỏ số tính toán Cả hai hệ thống GSM hệ thống TDMA mở rộng có khả nâng cao dung lợng lớn 10 lần dung lỵng cđa hƯ thèng AMPS HƯ thèng TDMA më rộng mặt lý thuyết có dung lợng gấp 12 lần dung lợng AMPS, mặt lý thuyết hệ thống CDMA điều kiện xấu có dung lợng lín gÊp 13 lÇn hƯ thèng AMPS Nhng thùc tế hệ thống TDMA đạt đợc dung lợng nói nh hệ thống CDMA fading Sự điều khiển công suất không hoàn hảo làm giảm dung lợng hệ thống TDMA 21% Mặt khác ®iỊu khiĨn c«ng st ®éng hƯ thèng CDMA cã thể tăng dung lợng hệ thống lên 2.5 lần TDMA dễ bị ảnh hởng nhiễu đa luồng hệ thống CDMA phụ thuộc vào khoảng cách Các hệ thống TDMA có biện pháp để làm giảm ảnh hởng nhiễu: sử dụng nhảy tần số ngẫu nhiên, giành kênh hiệu chỉnh ACA(Adaptive Channel Allocation) cân chỉnh hay đờng dây trễ Ta hÃy xét vấn đề cho hệ thống TDMA Với IS-54, hệ số tái sử dụng tần số hệ số giảm nhiễu(từ trạm gốc khác hay từ hệ thống khác) Sửa lỗi bit cho kênh thông qua mà hoá xoắn Mà CRC đợc sử dụng bit quan trọng mà hoá TDMA mở rộng cố gắng giảm ảnh hởng nhiễu cách sử dụng ACA Các lỗi kênh fading Reyleigh đợc đối phó cách sử dụng kü thuËt dïng bé c©n chØnh (adaptive equlizer) Dïng bé mà hoá kênh tốt hơn, trộn số kỹ thuật làm giảm fading theo tần số thông qua việc dïng kü tht chÌn HƯ thèng GSM tiªn tiÕn kÕt hợp kỹ thuật nhảy tần số để giảm ảnh hởng nhiễu fading theo tần số Cần ý kỹ thuật đợc sử dụng để cải thiện đặc tính kênh mà yêu cầu fading hay suy giảm chất lợng kênh Tất kỹ thuật đợc sử dụng để cải thiện đặc tính hệ thống TDMA Trong hệ thống CDMA không cần phải sử dụng kỹ thuật thân hệ thống có khả chống lại tác động nhiễu Trong trờng hợp đa luồng TDMA cần phải sử dụng cân có hiệu chỉnh Đa luồng tạo trễ hay gây tán sắc mặt thời gian tín hiệu Tán sắc mặt thời gian gây nhiễu xung mẫu Tất hiệu chỉnh để giảm fading cần phải làm nh tợng đa tần số ảnh hởng fading lên băng tần số khác khác Trộn bit dạng phân tập theo thời gian Mục đích cân có hiệu chỉnh là để lấy thông số cân cần thiết Nó thực cách lấy mẫu đáp ứng xung kênh Đáp ứng xung kênh có đợc từ chuỗi xung mẫu dung lợng đà biết cần phải đợc khôi phục lại khe thời gian Có hai loại cân đợc sử dụng: Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 23 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA cân hồi tiếp DFE(Decision Feedback Equalization) ớc lợng chuỗi có khả lớn MLSE( Maximum Likelihood Sequence Estimation) Các cân đợc sử dụng với trình trộn để đánh giá hiệu chỉnh đặc tính kênh Đối với CDMA đa luồng lại có lợi máy thu CDMA sử dụng thu RAKE sử dụng kỹ thuật mà hoá giải chèn Khi trễ truyền dẫn kênh nhá chØ cã hƯ thèng CDMA lµ cã thĨ chèng lại ảnh hởng tợng đa luồng Trong trờng hợp CDMA sử dụng mà xoắn trực giao mà Walsh đà chống lại fading Với hệ thống IS-54 GSM mà xoắn đợc sử dụng nhng khả chống lại fading nh đối víi CDMA TÊt c¶ hƯ thèng TDMA sư dơng m· kiĨm tra d vßng CRC cïng víi viƯc trén khèi Khả sửa lỗi hệ thống CDMA hẳn hƯ thèng TDMA M· hƯ thèng TDMA cã thĨ phát sửa đợc lỗi với hƯ thèng CDMA m· trùc giao cã thĨ ph¸t hiƯn lỗi sửa tới lỗi Và thực tế mà xoắn siêu trực giao(super orthogonal convolution codes) có đặc tính vợt trội so với loại mà trực giao cđa CDMA Ta cịng cã thĨ tỉng kÕt c¸c u điểm CDMA thông qua tính đa dạng phân tập nó, là: phân tập theo luồng, phân tập theo tần số, phân tập theo không gian ph©n tËp theo thêi gian Sư dơng bé thu RAKE đà giải đợc tợng phân tập không gian mà không cần cần có hiệu chỉnh Bộ trộn bit dạng phân tập theo thời gian, trộn bit CDMA tạo đặc tính tốt trộn khối TDMA Bộ mà xoắn kết hợp với kỹ thuật trộn bit đà làm cho CDMA có khả chống nhiễu tốt TDMA Kỹ thuật chuyển vùng mềm dạng khác phân tập theo luồng mà kỹ thuật TDMA có đợc Để đánh giá dung lợng thực tế hệ thống FDMA, TDMA CDMA sau ta xÐt thĨ viƯc so s¸nh b»ng biĨu thøc đợc xây dựng số giả định: Toàn mạng đợc chia thành số ô(cell), hệ thống chiếm băng tầnW, hệ thống TDMA có số kênh vô tuyến b nh hệ thống FDMA, hiệu suất điều chế m hệ thống nh nhau, để đơn giản ta áp dụng công thức gần + Trờng hợp 1: Xét hƯ thèng chØ cã mét « (single cell) - Kü thuật FDMA: Dung lợng hệ thống FDMA đợc tính nh sau: nFDMA= (W/b).m - Kỹ thuật TDMA: Nếu kênh vô tuyến đợc chia thành khe thời gian, dung lợng hệ thống TDMA đợc tính gần nh sau: nTDMA=3.(W/b).m - Kü tht CDMA: Dung lỵng cđa hƯ thèng CDMA đợc tính theo công thức gần nh sau: nCDMA=(W/b).m Đồ án tốt nghiệp ( Eb / No) req Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 24 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Trong Eb lợng tính cho bit No công suất can nhiễu tính theo 1Hz Tỷ lệ ®ỵc chän nh sau: Eb/No = 4.2 (hay 6.2dB) Nh vËy: NCDMA = NFDMA (Eb/No)req NCDMA = NTDMA 3(Eb/No)req - Kết luận: Với trờng hợp mạng có ô, dung lợng hệ thống TDMA lớn nhất, sau đến FDMA hệ thống CDMA có dung lỵng nhá nhÊt + Trêng hỵp 2: HƯ thèng cã nhiều ô (multi cell) Trong trờng hợp mạng có nhiều ô phải tính đến hệ số tái sử dụng tần sè K - Kü tht FDMA: NFDMA =(W/b).m.1/KFDMA §èi víi FDMA, KFDMA =7 - Kü thuËt TDMA: NTDMA=3(W/b).m.1/KTDMA Víi KTDMA = - Kü thuËt CDMA: (KCDMA=1) NCDMA=(W/b).m .(1/KCDMA) (Eb/No)req Nh vËy: NCDMA NFDMA = KFDMA (Eb/No)req.KCDMA ≈1.7 víi(Eb/No)req= 6.2dB NCDMA NTDMA = KTDMA = 3(Eb/No)req.KCDMA = 1/(Eb/No)req≈ 0.24 với (Eb/No)req= 6.2dB - Kết luận: Với trờng hợp mạng có nhiều ô, dung lợng TDMA lớn nhất, sau đến CDMA cuối FDMA + Trờng hợp 3: Tăng dung lợng hệ thống CDMA nhờ việc chia ô thành sector tính tích cực thoại Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 25 - Ch¬ng I: Tỉng quan công nghệ CDMA Với tỷ lệ thời gian thoại 40%, dung lợng hệ thống CDMA tăng lên 2.5 lần(FDMA TDMA không khai thác đợc tham số này) Nếu ô đợc chia thành sector, dung lợng hệ thống tăng thêm lần(FDMA TDMA làm giảm nhiễu nhờ biện pháp mà không tăng dung lợng) Nh dung lợng hệ thống CDMA là: NCDMA=(W/b).m (Eb/No)req (1/KCDMA).3x2.5 So sánh với dung lợng FDMA TDMA là: NCDMA NFDMA NCDMA = 9.4 Víi(Eb/No)req= 6.2dB = 1.8 Víi (Eb/No)req= 6.2dB NTDMA - Kết luận: Với trờng hợp mạng có nhiều ô, ô chia thành sector tính đến yếu tố tích cực thoại, dung lợng CDMA lớn nhất(gấp 10 lần so với hệ thống FDMA, gấp lÇn so víi hƯ thèng TDMA) Cơ thĨ nh sau: Các tiêu Đa truy nhập Độ rộng kênh Số lợng kênh RF Tái sử dụng tần số Sector Kênh RF/ Ô phủ sóng Lu lơng/Kênh RF Lu lợng/Ô phủ sóng So sánh dung lợng APMS FDMA 30KHz 416 1/7 416/7=59 59 GSM TDMA 200KHz 62 3/9 62/3=20 160 2.7 IS-54 TDMA 30KHz 416 1/7 416/7=59 177 IS-95A CDMA 1.25MHz 10 10 111 1110 18.8 1.3.2 DÞch vơ chÊt lợng cao: Sự chuyển giao mềm cung cấp cho thuê bao dịch vụ chuyển giao hoàn hảo , đạt đợc chất lợng thoại cao bị rớt gäi h¬n HƯ thèng thu sư dung kü tht thu đa đờng làm nâng cao chất lợng tín hiệu thoại Bộ giải mà tốc độ thay đổi cung cấp tái tạo thoại tốc độ cao thoại số Do có khả cung cấp đợc thoại có chất lợng cao Bộ mà hoá tiếng nói tăng đợc chất lợng thoại nhờ nén tạp âm Bất kỳ tạp âm dạng số, chẳng hạn nh tiếng ồn , đợc loại bỏ Tạp âm không đổi đợc mà hoá xem nh tạp âm không mang thông tin nhanh chóng loại bỏ tạp âm Độ rõ nét thoại môi trờng ồn Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 26 - Ch¬ng I: Tỉng quan công nghệ CDMA đợc tăng cờng chẳng hạn nh ô tô, hay nơi công cộng ồn Điều khiển công suất nghiêm ngặt Điều khiển công suất CDMA khả tăng đợc dung lợng hệ thống mà có khả tăng chất lợng thoại việc giảm tới mức tối thiểu chống lại ảnh hởng nhiễu Điều khiển công st CDMA nh»m gi¶m tíi møc tèi thiĨu møc cêng độ tín hiệu tổng đủ để trì chất lợng gọi Sử dụng kỹ thuật phân tập Khả phát sửa lỗi cao 1.3.3 Bảo mật: Tín hiệu truyền đợc nén phổ khôi phục liệu ban đầu máy thu biết mà trải phổ sử dụng để phát tin Ngoài CDMA xáo trộn tín hiệu truyền làm tăng tính bảo mật 1.3.4 Chi phí thấp: Giá thành hệ thống thông tin di động mạng tế bào gồm giá thành trạm gốc, sở hạ tầng chi phí cho lập kế hoạch mạng tần số, chi phí cho bảo trì hệ thống CDMA giảm tới mức tối thiểu trạm phát yêu cầu Không cần phải lập kế hoạch tần số thiết kế lại mạng, phát triển mạng CDMA gây nhiễu đến hệ thống Chi phí vốn ban đầu hệ thống CDMA cần trạm gốc 1.3.5 Vùng phủ sóng rộng Giới hạn vùng phủ sóng phụ thuộc vào chất lợng thoại mà hệ thống đáp ứng đợc, cụ thể tỷ số C/I chấp nhận đợc Trong hệ thống CDMA tỷ số đợc chuyển thành tỷ số Eb/No yêu cầu giá trị nhỏ 6.5dB Đối với hệ thống GSM giá trị 12,7dB Ta thấy giá trị điểm đặt chất lợng hệ thống CDMA nhỏ nhiều so với hệ thống TDMA Những lý để CDMA u việt TDMA là: + CDMA khai thác lý thuyết Shannon thứ để tối thiểu hoá bit đợc truyền dẫn cho phÐp ë ph¹m vi lín nhÊt + CDMA khai thác lý thuyết Shannon thứ hai thứ ba nh lý thuyết Nyquyst để đảm bảo công suất phát tối thiểu, chống lại ảnh hởng fading + HƯ thèng CDMA cho phÐp sư dơng ®ång thêi nhiỊu trạm gốc có khả chống lại ảnh hởng che khuất lớn Với kết vùng phủ sóng CDMA rộng TDMA 1.3.6 Thời gian đàm thoại lâu hơn, thời gian sử dụng pin lâu kích thớc máy nhỏ Do CDMA thực việc điều khiển công suất phù hợp bát thời điểm Máy di động CDMA tiêu tốn lợng thời gian sử dụng pin lâu hơn, thời gian đàm thoại tăng lên,trọng lợng, kích thớc máy nhỏ Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 27 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA 1.3.7 Linh hoạt cung cấp dịch vụ nh việc phát triển mạng CDMA linh hoạt việc cung cấp dịch vụ cho khách hàng Linh hoạt việc phát triển đặt kế hoạch mạng Hơn CDMA lại linh hoạt môi trờng hoạt động Dù loại phơng tiện chuyển động nào, đờng phố hay nhà, thiết kế lý thuyết CDMA tạo đặc tính trội CDMA có khả hoạt động đồng thời với hệ thống khác CDMA linh hoạt việc cung cấp dịch vụ, có khả cung cấp dịch vụ tơng lai, điểm mạnh hệ thống CDMA CDMA không đợc thiết kế cho truyền dẫn thoại hớng tới dịch vụ số vô tuyến khác tơng lai Nhu cầu truyền số liệu hệ thống vô tuyến ngày tăng cã sù ph¸t triĨn mang tÝnh bïng nỉ cđa dịch vụ nh: th điện tử(E-mail), Fax, tín hiệu video dạng số nén, dịch vụ sở liệu dịch vụ số tích hợp, dịch vụ nhắn tin đồng thời Đây khả riªng cđa CDMA HƯ thèng CDMA cịng cã thĨ më rộng băng tần lên tới 2.5MHz tơng hợp với hệ thống CDMA 1.25MHz (hệ thống CDMA băng rộng sử dụng băng tần từ đến 15MHz) 1.4 DÃy mà giả tạp âm ngẫu nhiên Trong hệ thống CDMA tạo mà giả tạp âm thành phần quan trọng có vai trò định đến việc nhận dạng ngời sư dơng kh¸c mét hƯ thèng D·y m· giả tạp âm PN (Pseudorandom Noise) đợc sử dụng nhằm mục đích sau: + Trải phổ băng rộng tín hiệu sóng mang đà đợc diều chế liệu tới độ rộng băng tần truyền dẫn lớn gấp nhiều lần + Dùng phân biệt ngời sử dụng khác băng tần truyền dẫn hệ thống Tuy nhiên ngời phát ngời thu dÃy PN dÃy ngẫu nhiên, mà đợc xem ngẫu nhiên ngời lại sử dụng hệ thống DÃy PN đợc sử dụng có tính chất sau: + Tính cân đối: Tính cân đối dÃy PN đợc thể chỗ chu kỳ dÃy số số khác nhiều 1, hay nói cách khác số số nhị phân chênh nhiều đơn vị + Tính chạy: Mỗi bớc chạy dÃy bít liên tiếp có mức logic 0, độ dài bớc chạy số bit bớc chạy Trờng hợp bit hay đợc xen bit hay đợc coi bớc chạy + Tính tơng quan: Từ dÃy mà giả tạp âm đợc tạo ra, ta có dÃy khác đợc suy từ dÃy cách dịch lần lợt vị trí bit, bit già đợc dịch phía bit trẻ tiếp theo, bit trẻ đợc dịch phía bit già Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 28 - ... Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Trong SUM2 (dB) tổng tích luỹ tất hiệu chỉnh công suất vòng kín Việc ớc tính công suất MS 500 às Phạm vi biến đổi giá trị điển hình thông số điều khiển công suất... Kỹ thuật CDMA: Dung lợng hệ thống CDMA đợc tính theo công thức gần nh sau: nCDMA=(W/b).m Đồ án tốt nghiệp ( Eb / No) req Nguyễn Đình Trung KTVT B K37 - 24 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA Trong... Trung KTVT B K37 - 26 - Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA đợc tăng cờng chẳng hạn nh ô tô, hay nơi công cộng ồn Điều khiển công suất nghiêm ngặt Điều khiển công suất CDMA khả tăng đợc dung lợng

Ngày đăng: 02/08/2014, 01:21

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Phần I : Công nghệ cdma

  • Chương i:

  • Tổng quan công nghệ cdma

    • a. Điều kiển công suất tuyến lên

    • Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong hai cách: điệu khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở.

    • Điều khiển công suất vòng hở:

    • Đầu tiên khi MS mới xâm nhập hệ thống thì việc điều khiển công suất vòng kín chưa khởi tạo. Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở. MS đo cường độ tín hiệu trên kênh dẫn đường thu được từ BS, sau đó ước tính công suất trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất này tỷ lệ nghịch với cường độ tín hiệu dẫn đường thu được. Cụ thể mức công suất này như sau:

    • Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín. Việc ước tính công suất của MS chỉ mất 500 s.

      • APMS

      • GSM

      • IS-54

      • IS-95A

  • Bộ cộng module-2

  • Xung đồng hồ

  • Bước dịch

  • X1

  • X2

  • X3

  • X4

  • Dãy đầu ra

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan