CƯNG NGHÏÅ CDMA 1 TƯÍNG QUAN VÏÌ HÏÅ THƯËNG ÀIÏÅN THOẨI DI ÀƯÅNG TƯÍ ONG 1.1. Tưíng quan Toân bưå vng phc v ca hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång tưí ong àûúåc chia thânh nhiïìu vng phc v nhỗ, gổi lâ cấc ư, mưỵi ư cố mưåt trẩm gưëc ph trấch vâ àûúåc àiïìu khiïín búãi tưíng àâi sao cho thụ bao cố thïí vêỵn duy trò àûúåc cåc gổi mưåt cấch liïn tc khi di chuín giûäa cấc ư. Hònh 1.1 àûa ra mưåt mẩng àiïån thoẩi di àưång tưí ong bao gưìm cấc trẩm gưëc (BS). Mưåt vng phc v ca mưåt BS àûúåc gổi lâ ư vâ nhiïìu ư àûúåc kïët húåp lẩi thânh vng phc v ca hïå thưëng. Trong hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång tưí ong thò têìn sưë mâ cấc mấy di àưång sûã dng lâ khưng cưë àõnh úã mưåt kïnh nâo àố mâ kïnh àâm thoẩi àûúåc xấc àõnh nhúâ kïnh bấo hiïåu vâ mấy di àưång àûúåc àưìng bưå vïì têìn sưë mưåt cấch tûå àưång. Vò vêåy cấc ư kïì nhau nïn sûã dng têìn sưë khấc nhau côn cấc ư úã cấch xa hún lâ mưåt khoẫng cấch nhêët àõnh cố thïí tấi sûã dng cng mưåt têìn sưë àố. Àïí cho phếp cấc mấy di àưång cố thïí duy trò cåc gổi liïn tc trong khi di chuín giûäa cấc ư thò tưíng àâi sệ àiïìu khiïín cấc kïnh bấo hiïåu hóåc kïnh lûu lûúång theo sûå di chuín ca mấy di àưång àïí chuín àưíi têìn sưë ca mấy di àưång àố thânh mưåt têìn sưë thđch húåp mưåt cấch tûå àưång. Hiïåu quẫ sûã dng têìn sưë ca hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång tùng lïn vò cấc kïnh RF giûäa cấc BS kïì nhau cố thïí àûúåc àõnh võ mưåt cấch cố hiïåu quẫ nhúâ viïåc tấi sûã dng têìn sưë vâ do àố dung lûúång thụ bao àûúåc phc v sệ tùng lïn. CƯNG NGHÏÅ CDMA 2 Hònh 1.1: Hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång 1.2. Cêëu hònh hïå thưëng Hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång tưí ong bao gưìm cấc mấy àiïån thoẩi di àưång trïn ư tư (hay xấch tay), BS vâ MSC (trung têm chuín mẩch àiïån thoẩi di àưång). Mấy àiïån thoẩi di àưång bao gưìm cấc bưå thu/phất RF, anten vâ bưå àiïìu khiïín; BS bao gưìm cấc bưå thu/phất RF àïí kïët nưëi mấy di àưång vúái MSC, anten, bưå àiïìu khiïín, àêìu cëi sưë liïåu vâ ngìn. MSC sûã l cấc cåc gổi ài vâ àïën tûâ mưỵi BS vâ cung cêëp chûác nùng àiïìu khiïín trung têm cho hoẩt àưång ca têët cẫ cấc BS mưåt cấch hiïåu quẫ vâ àïí truy nhêåp vâo tưíng àâi ca mẩng àiïån thoẩi cưng cưång. Chng bao gưìm bưå phêån àiïìu khiïín, bưå phêån kïët nưëi cåc gổi, cấc thiïët bõ ngoẩi vi vâ cung cêëp chûác nùng thu nhêåp sưë liïåu cûúác àưëi vúái cấc cåi gổi àậ hoân thânh. Cấc mấy di àưång, BS vâ MSC àûúåc liïn kïët vúái nhau thưng qua cấc àûúâng kïët nưëi thoẩi vâ sưë liïåu. Mưỵi mấy di àưång sûã dng mưåt cùåp kïnh thu/phất RF. Vò cấc kïnh lûu lûúång khưng cưë àõnh úã mưåt kïnh RF nâo mâ thay àưíi thânh cấc têìn sưë RF khấc nhau ph thåc vâo sûå di chuín ca mấy di àưång trong sët quấ trònh cåc gổi nïn cåc gổi cố thïí àûúåc thiïët lêåp qua bêët cûá mưåt kïnh nâo àậ àûúåc xấc àõnh trong vng àố. Cng tûâ nhûäng quan àiïím vïì hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång mâ thêëy rùçng têët cẫ cấc kïnh àậ àûúåc xấc CƯNG NGHÏÅ CDMA 3 àõnh àïìu cố thïí bêån do àậ àûúåc kïët nưëi mưåt cấch àưìng thúâi vúái cấc mấy di àưång. Bưå phêån àiïìu khiïín ca MSC, lâ trấi tim ca hïå thưëng tưí ong, sệ àiïìu khiïín, sùỉp àùåt vâ quẫn l toân bưå hïå thưëng. Tưíng àâi tưí ong kïët nưëi cấc àûúâng àâm thoẩi àïí thiïët lêåp cåc gổi giûäa cấc mấy thụ bao di àưång vúái nhau hóåc cấc thụ bao cưë àõnh vúái cấc thụ bao di àưång vâ trao àưíi cấc thưng tin bấo hiïåu àa dẩng qua àûúâng sưë liïåu giûäa MSC vâ BS. Cấc thưng tin thoẩi vâ bấo hiïåu giûäa mấy di àưång vâ BS àûúåc truìn ài qua kïnh RF, cấc àûúâng kïët nưëi thoẩi vâ sưë liïåu cưë àõnh àûúåc sûã dng àïí truìn cấc thưng tin thoẩi vâ bấo hiïåu giûäa BS vâ MSC. 1.3. Sûå phất triïín ca hïå thưëng tưí ong Hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång thûúng mẩi àêìu tiïn àûúåc àûa vâo ấp dng sûã dng bùng têìn 150 MHz tẩi Saint Louis - M vâo nùm 1946 vúái khoẫng cấch kïnh lâ 60 KHz vâ sưë lûúång kïnh bõ hẩn chïë chó àïën 3. Àố lâ hïå thưëng bấn song cưng vâ vò thïë mâ ngûúâi àâm thoẩi bïn kia khưng thïí nối àûúåc trong khi ngûúâi àâm thoẩi bïn nây àang nối vâ viïåc kïët nưëi lâ nhên cưng nhúâ àiïån thoẩi viïn. Sau àố, nhúâ mưåt sưë cẫi tiïën mâ hïå thưëng IMTS MJ bao gưìm 11 kïnh úã bùng têìn 150 MHz vâ hïå thưëng ITMS MK bao gưìm 12 kïnh úã bùng têìn 450 MHz àậ àûúåc sûã dng vâo nùm 1969. Àố lâ hïå thưëng song cưng vâ mưåt BS cố thïí phc v cho mưåt vng bấn kđnh rưång túái 80 Km. 1.3.1. AMPS (Dõch v àiïån thoẩi di àưång tiïn tiïën) AMPS lâ mưåt hïå thưëng àiïån thoẩi di àưång tưí ong do AT & T vâ Motorola - M àïì xët sûã dng vâo nùm 1982. Àïí sûã dng hiïåu quẫ hún ngìn têìn sưë cố giúái hẩn nïn vng phc v rưång ca nố àûúåc phên chia thânh cấc ư nhỗ vâ dõch v cung cêëp sûã dng mưåt CƯNG NGHÏÅ CDMA 4 têìn sưë nhêët àõnh vúái mưåt cưng sët nhỗ àïí cho phếp cấc BS úã cấch xa mưåt khoẫng cấch nhêët àõnh cố thïí tấi sûã dng cng mưåt têìn sưë àố mưåt cấch àưìng thúâi. Sau àố, ngûúâi ta coi vng phc v tûúng ûáng nhû mưåt hònh lc giấc àïí lâm àún giẫn hoấ viïåc thiïët kïë vâ tđnh toấn l thuët vïì mẩng àiïån thoẩi di àưång. Tấi sûã dng têìn sưë liïn quan àïën viïåc àõnh võ cấc BS àïí tấi sûã dng cấc têìn sưë chđnh xấc, khưng phẫi sûã dng cng mưåt têìn sưë giûäa cấc BS kïì nhau mâ chó sûã dng lẩi úã mưåt khoẫng cấch nhêët àõnh hóåc xa hún nhùçm lâm giẫm giao thoa giûäa cấc kïnh giưëng nhau. Hònh 1.2 àûa ra cấc mêỵu tấi sûã dng têìn sưë khấc nhau. Hònh 1.2 Mêỵu tấi sûã dng têìn sưë Trïn hònh 1.2 ta thêëy cấc cm mêỵu tấi sûã dng têìn sưë ca cấc BS vúái têët cẫ cấc bùng têìn cố thïí, sưë lûúång cấc ư trong cm àố àûúåc gổi lâ ëu tưë tấi sûã dng têìn sưë (K). Hònh 1.3: Bp sống ca anten àõnh hûúáng CƯNG NGHÏÅ CDMA 5 Trong trûúâng húåp nây thò hiïåu quẫ tấi sûã dng têìn sưë tùng lïn nïëu mưåt anten àõnh hûúáng àûúåc sûã dng tẩi BS vò giao thoa têìn sưë chó ẫnh hûúãng àïën cấc BS sûã dng cng mưåt kïnh trong anten phất xẩ àõnh hûúáng vâ vò vêåy mâ giao thoa ca cấc kïnh chđnh tùng (thưng thûúâng sûã dng vng ph sống 120o). Khi xët hiïån trẩng thấi chuín vng thò tđn hiïåu àậ àûúåc kïët nưëi vúái BS cố khẫ nùng thu nhêån tđn hiïåu tưët. Trong trẩng thấi chuín vng thò kïnh bõ ngùỉt trong mưåt khoẫng thúâi gian ngùỉn (150 ms) vâ chuín vng sệ bõ trò hoận hóåc bõ cẫn trúã trong trûúâng húåp khưng cố kïnh trong ư múái. Dõch v chuín vng ngoâi hïå thưëng thưng thûúâng cố thïí àûúåc cung cêëp trong mưåt vng phc v khấc, do mưåt hïå thưëng khấc àiïìu khiïín mâ thụ bao nối àïën khưng àùng k. 1) So sấnh giûäa cấc hïå thưëng analog Bẫng 1.1 àûa ra cấc so sấnh vïì tham sưë ca 4 hïå thưëng thưng dng. Tham sưë AMPS TSCS/ETAC S NMT900 NMT450 Bùng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz 450-470 MHz Khoẫng cấch kïnh 30 KHz 25 KHz 25/1,25 KHz 25/20 KHz Khoẫng cấch song cưng 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz Cấc kïnh 832 920* 1000 (1999) 180/225 Loẩi àiïìu chïë FM FM FM FM Àưå lïåch àónh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiïët bõ nến dận 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Khưng Kïë hoẩch ư 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7 Àiïìu chïë kïnh àiïìu khiïín FSK FSK FFSK FFSK Àưå lïåch kïnh àiïìu khiïín 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz CƯNG NGHÏÅ CDMA 6 Mậ kïnh àiïìu khiïín Mancheste r Manchester NRZ NRZ Dung lûúång kïnh àiïìu khiïín 77000 62000 13000 13000 Tưëc àưå truìn dêỵn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s Bđ mêåt thoẩi Cố thïí Cố thïí Khưng Khưng Dõch v chuín vng ngoâi hïå thưëng Cố Cố Cố Bõ giúái hẩn Bẫng 1.1: So sấnh cấc tham sưë ca cấc hïå thưëng tưí ong 1.3.2. TDMA 1) Tưíng quan Trong thưng tin TDMA thò nhiïìu ngûúâi sûã dng mưåt sống mang vâ trc thúâi gian àûúåc chia thânh nhiïìu khoẫng thúâi gian nhỗ àïí giânh cho nhiïìu ngûúâi sûã dng sao cho khưng cố sûå chưìng chếo. TDMA àûúåc chia thânh TDMA bùng rưång vâ TDMA bùng hểp. M vâ Nhêåt sûã dng TDMA bùng hểp côn Chêu Êu sûã dng TDMA bùng rưång nhûng cẫ 2 hïå thưëng nây àïìu cố thïí àûúåc coi nhû lâ sûå tưí húåp ca FDMA vâ TDMA vò ngûúâi sûã dng thûåc tïë dng cấc kïnh àûúåc êën àõnh cẫ vïì têìn sưë vâ cấc khe thúâi gian trong bùng têìn. Hònh 1.4: Phưí TDMA 2) Loẩi hïå thưëng TDMA Bùỉc M Loẩi hïå thưëng TDMA Bùỉc M sûã dng bùng têìn (869 - 894) MHz vâ (824 - 849) MHz giưëng nhû hïå thưëng AMPS. Khoẫng cấch sống mang lâ 30 KHz vâ mưỵi kïnh têìn sưë àûúåc chia thânh 6 khe thúâi gian. CƯNG NGHÏÅ CDMA 7 Hïå thưëng AMPS hiïån tẩi cố khẫ nùng chuín vng vúái cêëu trc khung vâ cêëu trc khe thúâi gian àûúåc chó ra trïn hònh 1.5 vâ hònh 1.6. Hïå thưëng nây mậ hoấ tđn hiïåu thoẩi theo mậ VSELP (dûå àoấn tưíng vectú tuën tđnh tưìn tẩi), àiïìu chïë /4 DQPSK vâ hoẩt àưång theo kiïíu cùåp àưi. 6 thụ bao vúái mưåt nûãa tưëc àưå trïn mưåt kïnh Hònh 1.5: Cêëu trc khung a) Dẩng khe thúâi gian tûâ mấy di àưång àïën trẩm gưëc b) Dẩng khe thúâi gian tûâ trẩm gưëc túái mấy di àưång Vúái : 324 bit = 162 k hiïåu = 40/6 ms = 6,67 ms G - thúâi gian guard R - thúâi gian ramp SACCH - kïnh àiïìu khiïín liïn kïët chêåm CDVCC - mậ xấc minh mâu sưë àậ mậ CệNG NGHẽ CDMA 8 Hũnh 1.6: Daồng khe thỳõi gian 3) GSM (Group Special Mobile) GSM laõ mửồt hùồ thửởng thửng tin sửở cuóa Chờu ấu tỷỳng thủch vỳỏi hùồ thửởng baỏo hiùồu sửở 7. Chuỏng sỷó duồng hùồ thửởng TDMA vỳỏi cờởu truỏc khe thỳõi gian sao cho taồo nùn ỷỳồc sỷồ linh hoaồt trong truyùỡn thoaồi, sửở liùồu vaõ thửng tin iùỡu khiùớn. Hùồ thửởng GSM sỷó duồng bựng tờỡn (890 - 915) MHz ùớ truyùỡn dờợn tủn hiùồu tỷõ maỏy di ửồng ùởn BS vaõ bựng tờỡn (935 - 960) MHz ùớ truyùỡn dờợn tủn hiùồu tỷõ BS ùởn maỏy di ửồng. Hũnh 1.7 mử taó cờởu truỏc khung cuóa hùồ thửởng GSM. Hũnh 1.7: Cờởu truỏc khung CƯNG NGHÏÅ CDMA 9 1.3.3 CDMA 1) Tưíng quan L thuët vïì CDMA àậ àûúåc xêy dûång tûâ nhûäng nùm 1950 vâ àûúåc ấp dng trong thưng tin qn sûå tûâ nhûäng nùm 1960. Cng vúái sûå phất triïín ca cưng nghïå bấn dêỵn vâ l thuët thưng tin trong nhûäng nùm 1980, CDMA àậ àûúåc thûúng mẩi hoấ tûâ phûúng phấp thu GPS vâ Ommi-TRACS, phûúng phấp nây cng àậ àûúåc àïì xët trong hïå thưëng tưí ong ca Qualcomm - M vâo nùm 1990. Trong thưng tin CDMA thò nhiïìu ngûúâi sûã dng chung thúâi gian vâ têìn sưë, mậ PN (tẩp êm giẫ ngêỵu nhiïn) vúái sûå tûúng quan chếo thêëp àûúåc êën àõnh cho mưỵi ngûúâi sûã dng. Ngûúâi sûã dng truìn tđn hiïåu nhúâ trẫi phưí tđn hiïåu truìn cố sûã dng mậ PN àậ êën àõnh. Àêìu thu tẩo ra mưåt dậy giẫ ngêỵu nhiïn nhû úã àêìu phất vâ khưi phc lẩi tđn hiïåu dûå àõnh nhúâ viïåc trẫi phưí ngûúåc cấc tđn hiïåu àưìng bưå thu àûúåc. 2) Th tc phất/thu tđn hiïåu (1) Tđn hiïåu sưë liïåu thoẩi (9,6 Kb/s) phđa phất àûúåc mậ hoấ, lùåp, chên vâ àûúåc nhên vúái sống mang f o vâ mậ PN úã tưëc àưå 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128). (2) Tđn hiïåu àậ àûúåc àiïìu chïë ài qua mưåt bưå lổc bùng thưng cố àưå rưång bùng 1,25 MHZ sau àố phất xẩ qua anten. (3) úã àêìu thu, sống mang vâ mậ PN ca tđn hiïåu thu àûúåc tûâ anten àûúåc àûa àïën bưå tûúng quan qua bưå lổc bùng thưng àưå rưång bùng 1,25 MHz vâ sưë liïåu thoẩi mong mën àûúåc tấch ra àïí tấi tẩo lẩi sưë liïåu thoẩi nhúâ sûã dng bưå tấch chên vâ giẫi mậ. CƯNG NGHÏÅ CDMA 10 Hònh 1.8: Sú àưì phất/thu CDMA 3) Cấc àùåc tđnh ca CDMA (1) Tđnh àa dẩng ca phên têåp Trong hïå thưëng àiïìu chïë bùng hểp nhû àiïìu chïë FM analog sûã dng trong hïå thưëng àiïån thoẩi tưí ong thïë hïå àêìu tiïn thò tđnh àa àûúâng tẩo nïn nhiïìu fading nghiïm trổng. Tđnh nghiïm trổng ca vêën àïì fading àa àûúâng àûúåc giẫm ài trong àiïìu chïë CDMA bùng rưång vò cấc tđn hiïåu qua cấc àûúâng khấc nhau àûúåc thu nhêån mưåt cấch àưåc lêåp. Nhûng hiïån tûúång fading xẫy ra mưåt cấch liïn tc trong hïå thưëng nây do fading àa àûúâng khưng thïí loẩi trûâ hoân toân àûúåc vò vúái cấc hiïån tûúång fading àa àûúâng xẫy ra liïn tc àố thò bưå giẫi àiïìu chïë khưng thïí xûã l tđn hiïåu thu mưåt cấch àưåc lêåp àûúåc. Phên têåp lâ mưåt hònh thûác tưët àïí lâm giẫm fading, cố 3 loẩi phên têåp lâ theo thúâi gian, theo têìn sưë vâ theo khoẫng cấch. Phên têåp theo thúâi gian àẩt àûúåc nhúâ sûã dng viïåc chên vâ mậ sûãa sai. Hïå thưëng CDMA bùng rưång ûáng dng phên têåp theo têìn sưë nhúâ viïåc múã rưång khẫ nùng bấo hiïåu trong mưåt bùng têìn rưång vâ fading liïn húåp vúái têìn sưë thûúâng cố ẫnh hûúãng àïën bùng têìn bấo hiïåu (200 - 300) KHz. Phên têåp theo khoẫng cấch hay theo àûúâng truìn cố thïí àẩt àûúåc theo 3 phûúng phấp sau: Thiïët lêåp nhiïìu àûúâng bấo hiïåu (chuín vng mïìm) àïí kïët nưëi mấy di àưång àưìng thúâi vúái 2 hóåc nhiïìu BS. [...]...CƯNG NGHÏÅ CDMA 11 * Sûã dng mưi trûúâng àa àûúâng qua chûác nùng trẫi phưí giưëng nhû bưå thu quết thu nhêån vâ tưí húåp cấc tđn hiïåu phất vúái cấc tđn hiïåu phất khấc trïỵ thúâi gian * Àùåt nhiïìu anten tẩi BS Cấc loẩi phên têåp àïí nêng cao hoẩt àưång ca hïå thưëng CDMA àûúåc chó ra trïn hònh 1. 9 vâ àûúåc tốm tùỉt nhû sau: Hònh 1. 9: Cấc quấ trònh phên têåp trong CDMA + Phên têåp theo... ra trïn hònh 1. 9 vâ àûúåc tốm tùỉt nhû sau: Hònh 1. 9: Cấc quấ trònh phên têåp trong CDMA + Phên têåp theo thúâi gian - Chên mậ, tấch lưỵi vâ mậ sûãa sai + Phên têåp theo têìn sưë - tđn hiïåu bùng rưång 1, 25 MHz + Phên têåp theo khoẫng cấch (theo àûúâng truìn) - hai cùåp anten thu ca BS, bưå thu àa àûúâng vâ kïët nưëi vúái nhiïìu BS (chuín vng mïìm) (a) Chuín vng mïìm (b) Chuín vng cûáng . Hũnh 1. 7: Cờởu truỏc khung CƯNG NGHÏÅ CDMA 9 1. 3.3 CDMA 1) Tưíng quan L thuët vïì CDMA àậ àûúåc xêy dûång tûâ nhûäng nùm 19 50 vâ àûúåc ấp dng trong thưng tin qn sûå tûâ nhûäng nùm 19 60 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz Thiïët bõ nến dận 2 :1 Syllabic 2 :1 Syllabic 2 :1 Syllabic Khưng Kïë hoẩch ư 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7 Àiïìu chïë kïnh àiïìu khiïín FSK FSK FFSK FFSK. KHz CƯNG NGHÏÅ CDMA 6 Mậ kïnh àiïìu khiïín Mancheste r Manchester NRZ NRZ Dung lûúång kïnh àiïìu khiïín 77000 62000 13 000 13 000 Tưëc àưå truìn dêỵn 10 Kb/s 8 Kb/s 1, 2 Kb/s 1, 2 Kb/s Bđ mêåt