CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CDMA doc

Hình 1.3 CDMA 1.1.2 Khái niệm về trải phổ - CDMA CDMA là hệ thống đa truy nhập theo mã dựa trên kỹ thuật điều chế trải phổ, các thuê bao sử dụng chung tần số và thời gian và đợc phân biệ

Phần I : Công nghệ cdma

Chơng i:

Tổng quan công nghệ cdma

1.1Khái niệm về CDMA

1.1.1 Khái niệm về đa truy nhập

Đa truy nhập là phơng pháp dùng một trạm gốc phục vụ cho nhiều thuêbao di động

Có ba loại đa truy nhập là: FDMA, TDMA và CDMA

a FDMA

Đây là phơng pháp đa truy nhập mà trạm gốc sử dụng các băng tầnkhác nhau cho các thuê bao di động khác nhau Mỗi băng tần này có mộtkhoảng bảo vệ thích hợp nhằm tránh sự chồng lấn (có nghĩa là mỗi ngời

sử dụng một sóng mang khác nhau để truy nhập hệ thống và tại cùng mộtthời điểm)

Trong hệ thống này vấn đề phân chia tần số khống chế công suất tránhcan nhiễu đợc đặt lên hàng đầu Các vấn đề điều khiển và đồng bộ trongtoàn hệ thống là không quan trọng

Các hệ thống FDMA đợc sử dụng từ rất sớm và thực tế đã qua khai thácnhiều năm, tính ổn định cao, giá thành hạ Tuy nhiên hạn chế chính của

hệ thống này là không linh hoạt khi cần thay đổi dung lợng, dung lợng hệthống không cao, vấn đề tần số công suất sẽ rất phức tạp khi số lợng thuêbao tăng lớn

Hình 1.1 FDMA

b TDMA

Trong phơng pháp đa truy nhập này nhiều ngời sử dụng cùng một sóngmang, nhng trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là khungTDMA Trong khung TDMA lại đợc chia thành các khoảng thời gian nhỏhơn gọi là các khe thời gian Mỗi thuê bao đợc trạm gốc cấp cho một khethời gian và thuê bao chỉ liên lạc với trạm gốc trong khe thời gian củamình Tất nhiên giữa các khe thời gian cần có một khoảng bảo vệ để tránhchồng lấn

Với kiểu truy nhập này hệ thống sẽ dễ dàng và linh hoạt đáp ứng nhucầu lu lợng bằng cách phân thêm khe thời gian hoặc mở rộng khe thờigian đối với thuê bao có lu lợng lớn Tuy nhiên vấn đề điều khiển và đồng

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

bộ trong hệ thống yêu cầu khá nghiêm ngặt, cấu trúc hệ thống khá phứctạp, và giá thành tơng đối cao.

PN Nhờ đó các thuê bao đợc phân biệt với nhau, cũng nhờ mẫu bít này

mà có thể tách tín hiệu cần thu từ các tín hiệu khác

Hình 1.3 CDMA

1.1.2 Khái niệm về trải phổ - CDMA

CDMA là hệ thống đa truy nhập theo mã dựa trên kỹ thuật điều chế trải

phổ, các thuê bao sử dụng chung tần số và thời gian và đợc phân biệt nhaubằng một mã duy nhất gọi là mã trải phổ (hay dãy tạp âm giả ngẫu nhiênPN) để trải phổ Mã trải phổ này có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độcủa tín hiệu thông tin cần truyền đi Do vậy sau khi nhân với tín hiệuthông tin với mã trải phổ thì phổ tần đợc trải rộng ra lớn hơn nhiều so vớiphổ tần của tín hiệu thông tin Phơng pháp này làm cho năng lợng tín hiệucần truyền đợc dàn trải trên toàn bộ băng tần trải phổ lớn hơn nhiều băngthông cần thiết để truyền thông tin Do vậy tại đầu ra của bộ điều chế phíaphát tín hiệu có phổ rộng hơn nhiều lần tín hiệu thông tin đồng thời cómật độ phổ công suất thấp Tại phía thu chỉ có những máy thu có hàm t-

ơng quan trực giao giữa tín hiệu thu đợc với bản sao chính xác của tínhiệu trải phổ phía phát mới có khả năng giải điều chế và thu đợc tín hiệuthông tin cần thiết Nh vậy trong hệ thống này mỗi thuê bao có mã riêng

và việc thu nhận tín hiệu chỉ đợc thực hiện khi có mã tơng quan phù hợp

Có bốn kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS:Directed Sequence), trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thốngdịch thời gian (TH:Time Hopping) và hệ thống lai (Hybrid).

- Trải phổ dãy trực tiếp: tín hiệu mang thông tin đợc nhân trực tiếp mãtrải phổ tốc độ cao

- Trải phổ nhảy tần: Mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng manglàm tần số sóng mang thay đổi tại sau đó sóng mang này lại đợc điều

chế với dữ liệu.

- Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, dữ liệu có tốc độ dòng bitkhông đổi R đợc phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn thờigian cần thiết để truyền đi dòng tin này bằng cách truyền dẫn thông th-ờng Dòng bit số đợc gửi đi theo sự điều khiển của mã nhảy thời gian.Vì vậy có thể nói dòng bít đã bị trải ra theo thời gian và phía thu bấthợp pháp không thể biết tập con dữ liệu nào đang đợc sử dụng

- Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybridcủa hệ thống DS và FH đợc sử dụng để cung cấp thêm các u điểm cho

đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống Thông thờng đa số các trờng hợp sửdụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS.Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấpcác đặc tính mà một hệ thống không thể có đợc Một mạch không cầnphức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số chotrớc

1.1.3 Trải phổ dãy trực tiếp.

Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã đợc điều chếthành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống đợc biết đến nhiều nhấttrong các hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng tơng đối đơn giản vìchúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu đợc nhân trực tiếp với mãtrải phổ, sau đó tín hiệu đợc điều chế sóng mang băng rộng

Hình 1.4 đa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình Bộ điềuchế băng rộng thờng là điều chế PSK

Máy thu thờng sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ,

và sử dụng mã trải phổ nội bộ đợc đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu

đ-ợc Điều này đợc đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

Sau khi nén phổ nhận đợc tín hiệu dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua

bộ giải điều chế tín hiệu (thờng là giải điều chế PSK) ta có đợc dữ liệuban đầu

 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp:

- Đa truy nhập:

Nếu có nhiều ngời cùng sử dụng một kênh cùng một thời điểm thì cónhiều tín hiệu DS cùng chùm lên nhau về mặt thời gian và tần số Máythu thực hiệi giải điều chế nhất quán để giải điều chế mã Nhờ đó se tậpchung công suất của tín hiệu ngời sử dụng quan tâm vào trong băng tầnthông tin nếu mức tơng quan giữa các dãy mã của các ngời sử dụngkhác nhau là nhỏ thì việc giải điều chế chỉ đa ra một phần rất nhỏ củacông suất các tín hiệu nhiễu trong băng tần thông tin Có nghĩa là phổtín hiệu của ngời sử dụng mà ta đang quan tâm sẽ đợc co hẹp lại, trongkhi phổ tần của những ngời sử dụng khác vẫn đợc trải rộng trên băngtần truyền dẫn Nh vậy chỉ có công suất tín hiệu của ngời sử dụng đótrong băng tần thông tin là lớn

- Nhiễu đa đờng:

Nếu dãy mã có hàm tự tơng quan là lý tởng thì hàm tơng quan băng 0trong khoảng [- Tc, Tc ] với Tc là thời gian tồn tại của một chíp Nghĩa

là nếu nhận đợc hai tín hiệu: một là tín hiệu mong muốn và một là tínhiệu đó nhng trễ đi một khoảng thời gian lớn hơn 2Tc thì việc giải điềuchế sẽ coi tín hiệu đó nh một tín hiệu nhiễu và chỉ mang một phần rấtnhỏ công suất nhiễu vào trong băng tần thông tin

6

Điều chế băng rộng

Bộ tạo

mã

Dao động Sóng mang

Bộ giải điều chế mã

Điều chế cân bằng

Bộ tạo mã

Giải điều chế dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu

1 2

5

Bộ tạo sóng mang

- Nhiễu băng hẹp:

Việc nhân nhiễu băng hẹp có trong tín hiệu thu đợc với mã băng rộng

sẽ làm trải phổ nhiễu băng hẹp Vì vậy nhiễu băng hẹp có trong băngtần thông tin giảm đi với hệ số bằng tăng ích do sử lý Gp

- Xác suất phát hiện thấp:

Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểmnên mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) rất thấp Vì vậy nếu không

có dãy mã trải phổ tơng ứng thì rất khó khăn trong việc phát hiện tín hiệuDS

 Ưu nhợc điểm của DS-CDMA

Ưu điểm:

- Mã hoá dữ liệu đơn giản có thể chỉ thực hiện bằng một bộ nhân

- Bộ tạo sóng mang đơn giản do chỉ có một sóng mang đợc phát đi

- Có thể thực hiện giải điều chế nhất quán tín hiệu trải phổ

Nhợc điểm:

- Khó đòng bộ giữa tín hiệu mã nội bộ và tín hiệu thu

- Do nhợc điểm trên kết hợp với đặc điểm các băng tần liên tục lớnkhông sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế là 10-20 MHz

- Ngời sử dụng ở gần BS sẽ phát công suất lớn hơn nhiều so với ngời sửdụng ở xa Mạt khác một thuê bao sử dụnng toàn bộ băng tần đểtruyền dẫn liên tục nên ngời sử dụng ở gần sẽ gây nhiễu cho ngời sửdụng xa Tuy nhiên hiệu ứng náy sẽ đợc giải quyết bằng việc áp dụngthuật toán điều khiển công suất trong đó mức độ công suất trung bình

mà BS nhận từ mỗi thuê bao là bằng nhau

1.1.4 Hệ thống dịch tần (FH):

Nếu trải phổ dãy trực tiếp là điều chế trực tiếp tín hiệu số vào mã trảiphổ, thì trải phổ nhẩy tần là điều chế gián tiếp vào mã trải phổ (sóngmang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ đợc điều chế với tín hiệuthông tin cần truyền)

Nói chính xác thì điều chế FH là “sự chuyển dịch tần số của nhiều tần

số đợc chọn theo mã” Nó gần giống FSK ngoài việc dải chọn lọc tần sốtăng lên FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có kýhiệu và phát f2 khi không có ký hiệu Mặt khác thì FH có thể sử dụng vàinghìn tần số Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong

220 tần số đợc phân bố có thể đợc chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thôngtin chuyển dịch tần số Trong FH khoảng dịch giữa các tần số và số lợngcác tần số có thể chọn đợc đợc xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí

đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt

Nh vậy trong hệ thống dịch tần FH, tần số sóng mang thay đổi theochu kỳ Cứ sau một khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới mộtgiá trị khác Quy luật nhẩy tần do mã trải phổ quyết định

Việc chiếm dụng tần số trong 2 hệ thống DS và FH là khác nhau Hệthống DS chiếm dụng toàn bộ băng tần khi nó truyền dẫn trong khi hệ

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

thống FH chỉ sử dụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thờigian truyền dẫn

Nh vậy, công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tínhtrung bình là nh nhau

Hệ thống FH cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số, bộ phát mã

PN điều khiển bộ tỏng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật của nó

Hệ thống FH tạo ra hiệu quả trải phổ bằng sự nhảy tần giả ngẫu nhiêngiữa các tần số vô tuyến f1,f2,…,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn.,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn.Nếu tốc độ nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn hơn tốc độ bít dữ liệu thì đ ợc gọi

là nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping), khi đó sẽ có nhiều tần

số đợc truyền đi trong thời gian một bít Còn ngợc lại tốc độ nhảy tần nhỏhơn tốc độ bit (nhiều bit tin đợc truyền đi trong một tần số ) thì đợc gọi lànhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping )

Gọi f = fi – fi-1 là chênh lệch tần số giữa hai tần số kề nhau còn N là

số tần số nhảy tần có thể chọn thì tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảytần FH là:

f

f N Bd

(Giả thiết dải thông dữ liệu băng gốc Bd=1 bớc nhảy tần nhỏ nhất f)

Phổ FH lý tởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn vàphân bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẫn Các máy phát trongthực tế cần phải đợc thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tấtcả các kênh

Nguyên lý trải phổ nhảy tần nh sau: Một đoạn k chíp của mã giả ngẫu

nhiên điều khiển bộ tổng hợp tần số, để tần số sống mang nhảy lên mộttrong 2k tần số khác nhau Nếu xét trong một tần số nhảy thì độ rộng băngtần tín hiệu bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK và rất nhỏ so với độrộng của tín hiệu trải phổ nhảy tần

Với bộ giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao thìkhoảng cách về tần số giữa các tone MFSK phải bằng bội số nguyên lầncủa tốc độ chip (Rp) Điều này đảm bảo cho một mẫu phát đi không ảnh

Điều chế FH

Điều chế MFSK

K bit dữ liệu

K bit PN

Nguồn nhiễu

Giải điều chế FH

K bit PN

2

M

Giải mã hoá

M bộ tách năng l ợng

Hình 1.5 Hệ thống FH

hởng xuyên âm tới các bộ tách khác Dải băng tần tín hiệu nhảy tần đợcchia đều thành Nt phần bằng nhau:

Nt = Wss/RpSau đó Nt phần này lại đợc chia thành Nb nhóm riêng biệt:

Nb = Nt/MMỗi nhóm này sẽ có độ rộng băng tần là Wd = Wss/Nb Theo cách xắpxếp này, đoạn mã nhị phân k bit của chuỗi PN sẽ xác định Nb = 2K tần sốsóng mang khác nhau Trong khi đó, mỗi tone nhảy tần là cố định và nằmtrong khoảng M tần số xác định tơng đối

a Nhảy tần nhanh

Hình vẽ sau mô tả phổ của tín hiệu MFSK và phổ tín hiệu nhảy tần nhanh theo thời gian Chuỗi mã giả ngẫu nhiên thực hiện trải phổ là một chuỗi mã đợc tạo ra từ bộ tạo mã giả nhiễu dùng bộ 4 thanh ghi dịch Mã trải phổ có tốc độ bit gấp 4 lần tóc độ dữ liệu (Rp = Rh = 4Rs) tức là k = 4 Hệ thống thực hiệntrải phổ nhảy tần nhanh với tín hiệu MFSK 4 mức lên ngẫu nhiên mộttrong 4 dải tần số, dới sự điều khiển của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN Dotín hiệu MFSK điều chế 4 mức nên cứ 2 bit dữ liệu xác định một giá trịnằm 1 trong 4 mức có thể của dải tần số và một tone này đợc phát đi trongkhoảng thời gian bằng 2 lần chu kỳ bit dữ liệu Cũng tơng tự nh vậy, cứmột cặp 2 bit giả ngẫu nhiên cho phép ta xác định đợc một trong 4 dải

băng tần mà một tone tín hiệu MFSK cần nhảy tới Trong trờng hợp này

độ rộng băng tần của tín hiệu nhảy tần sẽ lớn gấp 4 lần độ rộng băng tầntín hiệu MFSK nguyên thuỷ (Wss=4Wd)

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

W SS

b Nhảy tần chậm

Hình vẽ dới đây mô tả phổ tín hiệu trải phổ nhảy tần chậm theo thời gian

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

Rp = Rb = 6Rh Tín hiệu MFSK đợc điều chế bởi dữ liệu theo 4 mức tức là cứ 2 bit dữ liệu xác định 1 tone phát đi trong khoảng thơì gian bằng 2 lần chu kỳ dòng bit dữ liệu Với bớc điều chế nhảy tần Cứ 3 bit giả ngẫu nhiên xác định một trong 8 băng tần mà tín hiệu MFSK sẽ nhảy tới (k = 3) Nh vậy băng tần của tín hiệu trải phổ nhảy tần sẽ lớn gấp 8 lần băng tần tín hiệu MFSK ban đầu.

c Hệ thống giải điều chế nhảy tần

Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần đợc thực hiện ngợc lại so với quá trình trải phổ và cũng đợc thực hiện qua 2 bớc Bớc thứ nhất là thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại đợc tín hiệu điều chế tần số MFSK Bớc thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều chế MFSK thông thờng.

W d

3Tc

111 110 101 100 011 010 001 000

Giả sử tại đầu thu đã tạo lại đực tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên phát Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt

nh bên phát tín hiệu nhảy tần thu đợc sẽ trộn với tín hiệu tổng hợp tại chỗ này

và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta sẽ thu lại

đ-ợc tín hiệu chứa dữ liệu MFSK Nh vậy một điều hết sức quan trọng đảm bảo sự thành công của bớc nén phổ này là bên thu cần taọ đợc mã giả ngẫu nhiên đồng

bộ hoàn toàn với bên phát.

 Giải điều chế tín hiệu MFSK

Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu.

Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này ngời ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải

và M bộ tách sóng đờng bao Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ i sẽ khác 0 khi tín hiệu dữ liệu đợc điều chế ở mức i Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá trị bằng 0 Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hởng của nhiễu đầu ra thứ i không có giá trị cực đại tối đa và M-1 đầu ra còn lại cũng không bằng 0 nên cần sử dụng

bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này Dữ liệu M mức đầu ra

đợc đa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu.

d Đặc tính tín hiệu dịch tần

Hệ thống dịch tần có các đặc tính sau: đa truy nhập, chống nhiễu đa

đ-ờng, chống nhiễu băng hẹp và khả năng phát hiện thấp đợc trình bày cụthể nh sau:

1 Đa truy nhập : Trong hệ thống dịch tần nhanh F-FH, một bit đợc

truyền đi trên các băng tần số khác nhau Mỗi ngời sử dụng sẽ truyềnthông tin trong hầu hết các băng tần nhng tại mỗi thời điểm lại sử dụngmột băng tần khác nhau Do đó công suất của tín hiệu mong muốn lớnhơn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu đợc chính xác Trong hệthống dịch tần chậm S-FH, nhiều bit đợc truyền đi tại một tần số Nếu xácsuất truyền thông tin của những ngời sử dụng khác tại cùng một băng tần

đủ thấp thì tín hiệu mong muốn sẽ đợc thu một cách chính xác trong hầuhết thời gian Nếu nh có những ngời sử dụng khác truyền dẫn trong cùngmột băng tần, các mã sửa lỗi đợc sử dụng để phát hiện dữ liệu đợc truyềntrong thời gian đó

2 Nhiễu đa đờng : Trong hệ thống dịch tần nhanh (F-FH-CDMA), trong

khoảng thời gian một bit, tần số truyền dẫn thay đổi nhiều lần Nh vậymột tần số sóng mang đợc điều chế và truyền đi trên nhiều tần số truyềndẫn Vì hiệu ứng đa đờng với các tần số truyền dẫn khác nhau là khác

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

Lọc 1 Lọc 2

nhau nên một tần số sóng mang có thể đợc khuyếch đại tại tần số này

nh-ng lại bị suy giảm tại một tần số truyền dẫn khác Tại máy thu, đáp ứnh-ngtại các tần số truyền dẫn khác nhau sẽ đợc trung bình hoá Nhờ đó, làmgiảm đợc nhiễu đa đờng, mặc dù không hiệu quả nh hệ thống DS-CDMAnhng nó vẫn cung cấp sự cải thiện đáng kể

3 Nhiễu băng hẹp: Giả sử tín hiệu băng hẹp đợc gây nhiễu lên một

trong các tần số truyền dẫn Nếu có GP tần số truyền dẫn (GP đợc gọi là độtăng ích do sử lý) thì trung bình, một ngời sử dụng sẽ sử dụng tần sốtruyền dẫn bị gây nhiễu chỉ trong 1/GP (%) thời gian Vì vậy, nhiễu bănghẹp đợc giảm nhỏ bởi hệ số GP

4.Xác suất phát hiện : Xác suất thấp cho việc phát hiện tín hiệu FH

không phải vì công suất truyền dẫn thấp Ngợc lại, mật độ công suấttruyền dẫn của FH-CDMA rất lớn Nhng tần số truyền dẫn tín hiệu làkhông biết, hơn nữa thời gian truyền dẫn tại một tần số lại khá nhỏ Do

đó, mặc dù tín hiệu FH dễ phát hiện hơn so với tín hiệu DS, nhng việcphát hiện tín hiệu FH cũng rất khó khăn

Vậy ta có thể tóm tắt các u nhợc điểm của hệ thống dịch tần FH nh sau:

Ưu điểm:

- Đồng bộ của FH-CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS-CDMA VớiFH-CDMA việc đồng bộ đợc thực hiện trong từng khoảng thời gian bớcnhẩy tần Vì việc trải phổ dành đợc không phải do sử dụng tần số nhẩy tầnrất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bớcnhẩy tần số lớn hơn nhiều so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA

Do đó, FH-CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ lớn hơn

- Các băng tần khác nhau của tín hiệu FH không phải là những băng tầnlân cận nhau Kết hợp với u điểm dễ đồng bộ nên FH-CMA cho phép làmviệc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS-CDMA

- Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn Nên nó có khảnăng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS

đợc giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đờngkhác nhau đợc thu nhận một cách độc lập nhờ sử dụng phân tập

Nhng hiện tợng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này dofading đa đờng không thể loại trừ hoàn toàn đợc vì với các hiện tợngfading đa đờng xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tínhiệu thu một cách độc lập đợc

Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập làtheo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách

Phân tập theo thời gian

Đạt đợc nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai Việc chèn dữ liệu làmnâng cao chất lợng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên trục thờigian Các lỗi trên thực tế thờng xuất hiện khi gặp chớng ngại vật, do đókhi số liệu đợc tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn.Trong CDMA sử dụng phơng pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giả mãViterbi

Một dạng khác của phân tập thời gian xuất hiện tại trạm gốc khi truyềndữ liệu với tốc độ giảm Khi phát tốc độ dữ liệu giảm (thời gian lặng trongcác cuộc thoại) trạm gốc lặp lại dữ liệu để tốc độ phát đạt tới tốc độ caonhất Trạm gốc cũng giảm công suất truyền khi nó hoạt động với tốc độdữ liệu giảm Sự d thừa thêm vào trong tín hiệu truyền này dẫn đến ítnhiễu giao thoa hơn và cải thiện hoạt động ở bộ thu cuả máy di độngtrong vùng nhiễu cao

Phân tập tần số:

Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc

mở rộng công suất tín hiệu trong một băng tần rộng Mặt khác nhiễu trongthời điểm nhất định chỉ sảy ra tại một đoạn băng tần hẹp cụ thể nào đó

Do vậy các sự giảm tín hiệu vô tuyến chỉ ảnh hởng tới một phần độ rộngbăng tín hiệu CDMA, phần lớn thông tin là nhận đợc Kết quả là với mộtphần nhỏ thông tin bị sai lệch thì tại đầu thu ta dễ dàng khôi phục lạithông tin ban đầu

Phân tập không gian:

Phân tập theo không gian hay theo đờng truyền có thể đạt đợc theo 3phơng pháp sau:

 Thiết lập nhiều đờng báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di

động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS

 Sử dụng môi trờng đa đờng qua chức năng trải phổ giống nh bộ thuquét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễthời gian

 Đặt nhiều anten tại BS Mỗi trạm thu phát sử dụng 2 anten thu để loại

bỏ fađing tốt hơn

 Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng (máy thu RAKE):

Sóng vô tuyến có thể đến máy thu từ nhiều đờng khác nhau các tín hiệunày thờng lệch pha nhau do có sự khác nhau về khoảng cách lan truyềngiữa các luồng Hiện tợng này thờng sảy ra khi sóng mang đợc phản xạnhiều lần từ các vật cản trên đờng truyền Những tín hiệu phản xạ này kếthợp với các sóng mang trực tiếp tạo ra sự thay đổi về cờng độ tín hiệu thu

đợc, có thể làm giảm nghiêm trọng đến tín hiệu thu, nhất là khi bộ thu điqua những điểm cực tiểu có thể gây ra sự rơi cuộc gọi đối với các máy di

động TDMA, analog

Tuy nhiên trong máy thu CDMA hiện tợng đa đờng Nhà nớcày lại cólợi Bộ thu RAKE của máy thu CDMA lại có thể sử dụng tín hiệu từ cácluồng khác nhau để cải thiện chất lợng của tín hiệu Bộ thu RAKE có một

số đầu thu có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau, xắp xếp lạicác tín hiệu về mặt thời gian và cộng các tín hiệu này lại với nhau Các tín

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

hiệu thu đợc từ các luồng khác nhau sẽ đợc giữ lại dịch thời gian và cuốicùng đợc cộng lại với nhâu để tạo nên một tín hiệu tốt hơn bất kỳ mộtthành phẩn tín hiệu riêng biệt nào Sự cộng các tín hiệu lại với nhau sẽlàm tăng cờng độ của tín hiệu và tăng chất lợng thông tin.

Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhng không có sự tơngquan giữa các đờng thu Vì vậy tổng các tín hiệu thu đợc có độ tin cậy caovì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu đợc là rấtthấp

Hình 1.9 Bộ thu tín hiệu đa luồng( Máy thu RAKE)

1.2.2 Điều khiển công suất CDMA

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ

BS đến máy di động và ngợc lại) để cung cấp một hệ thống có dung lợng

lu lợng lớn, chất lợng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác Mục đíchcủa điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suấtphát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di độngtrong một vùng phục vụ ở mức thấp nhất cần thiết, vừa đủ để đảm bảoyêu cầu tối thiểu mà không gây ra nhiễu quá mức lên các tínhiệu khác

Nh vậy sẽ đảm bảo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa cực tiểu cần thiết tại cáctrạm gốc

Ta xét riêng cho từng tuyến đờng lên và đờng xuống nh sau:

 Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng:

- Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệuứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lợng hệ thống

- Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảochất lợng dịch vụ tin cậy Nhờ đó giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung l-ợng tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất MS

 Đối với tuyến xuống điều khiển công suất :

Trễ Tb giây

Giữ tới Tb+

N

Giữ tới Tb+

N

Giữ tới Tb+

N

Trễ Tb giây

Trễ Tb giây

Trễ Tb giây

Giữ tới Tb+

Tb+

N

Tb+N

Mạch quyết

đinh

- Đảm bảo phủ sóng với chất lợng tốt cho những vùng tồi nhất trongvùng phục vụ.

- Tạo khả năng dàn trải lu lợng giữa các ô có lu lợng tải không bằngnhau trong vùng phục vụ bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối vớicác ô có tải nặng

- Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lợng dịch

vụ tốt Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lợng hệ thống vàtránh tác hại tới sức khoẻ

a Điều kiển công suất tuyến lên

Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong haicách: 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 suấtvòng kín cha khởi tạo Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở

MS đo cờng độ tín hiệu trên kênh dẫn đờng thu đợc từ BS, sau đó ớc tínhcông suất trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập Mức công suất này

tỷ lệ nghịch với cờng độ tín hiệu dẫn đờng thu đợc Cụ thể mức công suấtnày nh sau:

P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR - (Pmean + 73)

Trong đó Pmean là công suất trung bình thu đợc tại đầu vào máy thu MS NOM_PWR là hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS

INIT_PWR là hệ số sửa đổi cho công suất BS

Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS đợc phát đi trên các bảntin thông số truy nhập trong kênh nhắn tin

Sau đó hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín

Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS sẽ vừa tăng côngsuất phát lên từng bớc gián đoạn (giá trị mỗi bớc ký hiệu là: PWR_STEP),vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu là SUM1.Quá trình cứ tiếp diễn nh vậy cho đến khi truy nhập thành công MS bắt

đầu truyền trên kênh lu lợng tuyến lên với công suất ớc tính là:

P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ những

thay đổi để truy nhập) - (Pmean + 73) = = NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (Pmean + 73) Một khi thông tin từ MS tới đợc BS thì BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi đợcthông báo bởi MS và gửi đi thông báo điều khiển công suất vòng kín tới

MS Thông tin này đợc thực hiện bởi bit điều khiển công suất Nếu bit

điều khiển công suất bằng 0 có nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất lên1dB Nếu bit điều khiển công suất là 1 tức là MS cần giảm công suất của

nó 1dB

BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ1,25 ms một lần (800bit/s) Điều này cũng có nghĩa là việc đo cờng độ tínhiệu thu đợc từ MS của BS mất gần 1,25 ms

Khi nhận đợc các bit điều khiển công suất thì công suất đầu ra của MSlà:

P[dBm] = NOM PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (Pmean +73)Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suấtvòng kín Việc ớc tính công suất của MS chỉ mất 500 s

Phạm vi biến đổi giá trị điển hình của các thông số điều khiển công suất

nh sau:

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

Giá trị bình thờng Phạm viNOM_PWR

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37

14

-Đo c ờng độ tín hiệu dẫn

đ ờng

1 Mức phát ~

C ờng độ dẫn

đ ờng BS

suất

Nhận lệnh

Chuẩn