Tiểu luận môn công nghệ vệ tinh Thiết kế hệ thống CDMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thiết kế hệ thống CDMA

1.1 Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động

1.1.1 Tổng quan về hệ thống điện thoại di động tổ ong1.1.1.1 Tổng quan :

Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại đợc xác định nhờ kênh báo hiệu và máy di động đợc đồng bộ về tần số một cách tự động Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở cách xa hơn trong một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó Để các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh lực lợng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy di động thành một tần số thích hợp một cách tự động dẫn đến hiệu quả sử dụng tần số tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thểđịnh vị 1cách có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng tần số do đó dung lợng thuêbao đợc phục vụ sẽ tăng lên

Hình 1.1

1.1.1.2 Cấ u hình của hệ thống :

Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại

di động, BS, MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).

+ Máy điện thoại bao gồm các bộ thu / phát RF , anten và bộ điều khiển

+ BS gồm các bộ thu /phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn

+ MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS, cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng, MSC bao gồm bộ phận điều khiển bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi, cung cấp chức năng thu thập số liệu cớc đối với cuộc gọi đã hoàn thành.

Các máy di động BS và MSC đợc liên kết với nhau thông qua đờngkết nối thoại và số liệu Mỗi máy di động sử dụng 1cặp kênh thu/phát RF vì các kênh lu lợng không cố định ở 1kênh RF nào màthay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di

chuyển của máy di động trong suốt qúa trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã đợc xác định trong vùng đó Tổng đài tổ ong kết nối các đờng đàm thoaị để thiết lập cuộc gọi giữa các máy di động với nhau hoặc với các thuê bao cố địnhvà trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng quađờng số liệu giữa MSC và BS.

1.1.1.3 Sự phát triển của hệ thống tổ ong :

Hệ thống điện thoại di động thơng mại đầu tiên đợc đa vào áp dụng sử dụng băng tần 150MHz tại Saint - Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách kênh là 60KHz và số lợng kênh bị hạn chế chỉ đến 3 Đây là hệ thống bán song công cho nên ngời đàm thoại bên kia không thể nói đợc trong khi ngời bên này đang nói, việc kết nối là nhận cũng nhờ điện thoại viên Sau đó nhờ sự cải tiến mà hệ thống IMTS - MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150KHz và hệ thống ITMSMK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã đựơc sử dụng vào năm 1969 đây là hệ thống song công và 1BScó thể phục vụ cho một vùng bán kính rộng tới 80 Km.

1.1.1.3.1 TDMA :

Trong thông tin TDMA nhiều ngời sử dụng 1 sóng mang và trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhớ để dành chonhiều ngời sử dụng sao cho không có sự chồng chéo.

TDMA đợc chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp, Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp, châu Âu sử dụng TDMA băng rộng,nhng cả hai hệ thống này đợc coi nh là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì thực tế ngời sử dụng dùng các kênh đợc ổn định cả về tần số và khe thời gian trong băng tần.

Ngời sử dụng 1 Ngời sử dụng 2 Ngời sử dụng 3Khe thời

gian 1 Khe thời gian 2 Khe thời gian 3 Khe thời gian 4 Khe thời gian 5 Khe thời gian 630KHz

1.1.1.3.2 GSM (Group Special Mobile) :

GSM là hệ thống thông tin số của châu Âu tơng thích với hệ thống báo hiệu số 7 Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian tạo nên sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin điều khiển.

Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền tín hiệu từ BS đến máy di động.

CÊu tróc khung cña hÖ thèng GSM :

0

0 1 2 3 4 5 6 7

1 khung TDMA = 8 khe thời gian (4,615ms)

1.1.1.3.3 CDMA :

Lý thuyết về CDMA đã đợc xây dựng từ những năm 1980 và đợc áp dụng trong thông tin quân sự từ năm 1960 cùng với sự phát triển của công nghệ bán dãn và lý thuyết thông tin vào năm 1980CDMA đã đợc thơng mại hoá từ phơng pháp thu GRS và ommi - Tracs, phơng pháp này đợc đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qual Comm - Mỹ vào năm 1990.

Trong thông tin CDMA nhiều ngời sử dụng chung thời gian và tần

số, mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tơng quan chéo thấp

đ-ợc ấn định cho mỗi ngời sử dụng; Ngời sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có sử dụng của PN đã đợc ấn định,đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên nh đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ sự trải phổ ngợc các tín hiệu đồng bộ thu đợc.

1.2 Hệ thống thông tin di động CDMA - IS95

1.2.1 Giao diện vô tuyến và truyền dẫn :

1.2.1.1 Các kênh vật lý :

Các kênh vật lý tơng ứng với tần số và mã kênh Trong hệ thống CDMA - IS95 có thể làm việc với 1cặp tần số với 1tần số cho đớng

xuống (Từ BTS đến di động) và một tần số cho đờng lên (Từ

trạm di động đến trạm BTS) với độ rộng băng tần cho mỗi kênh là

1,23 MHz (phổ của mỗi kênh ở mức 3dB  1,23 MHz ở dải dành

cho thông tin di động) Tần số đờng xuống bao giờ cũng lớn hơn

tần số đờng lên 45MHz Để tăng dung lợng của mạng CDMA - IS95 có thể sử dụng kết hợp FDMA khi đó hệ thống CDMA có thể có nhiều kênh tần số.

1.2.1.2 Các kênh lô gíc :

Các kênh lô gíc là các kênh vật lý mang một thông tin cụ thể nào đó có thể là thông tin về lu lợng hay thông tin về báo hiệu thông

tin điều khiển các kênh máy đợc phân chia theo đờng xuống (Từ

BTS đến MS - còn gọi là kênh đi) và kênh theo đờng lên (Từ MS đến BTS - còn gọi là kênh về).

C¸c kªnh ®iÒu khiÓn

C¸c kªnh l u l îng

1 1/2 1/4 1/8 ChØ sè b¸o hiÖuGhÐp BH l u l îng §/khiÓn c«ng suÊt ® êng

H×nh 4 : CÊu tróc kªnh l« gÝc CDMA híng lªn vµ híng xuèng :

H×nh 5 : CÊu tróc kªnh lu lîng :

+ Sắp xếp các kênh vật lý cho đờng xuống ở CDMA - IS95 :

Tất cả các tín hiệu đợc phát ra từ trạm gốc qua 1ăng ten hình quạt đợc đa ra nh trong hình, 63 kênh hớng đi đợc phân loại tiếp

thành 7 kênh nhắn tin (giá trị chịu đợc lớn nhất) và 55 kênh lu

đ-Kênhđồng bộ

Kênhnhắn tin

Kênhlu l-ợng 1

Kênhlu l-ợng NKênh

nhắn tin

Kênhlu l-

Kênhlu l-

Sốliệulu l-ợng

suấtmáy di

- Kênh dẫn đờng và kênh đồng bộ phục vụ sự khởi tạo của

MS ở trạng thái chờ MS (Mobile System) cần đến các kênh nhắn

tin phục vụ vào việc truy cập vào mạng để thiết lập cuộc gọi Trạm gốc dùng sự lệch thời gian (Tin off set) Của kênh dẫn đờng làm căn cứ cho MS nhận dạng kênh hớng xuống (Có 512 lệch thời gian khác nhau) lệch thời gian đợc dùng trong quá trình chuyển giao khi MS bật nguồn thì kênh đồng bộ cung cấp cho MS các tintức định thời và tin tức về cấu hình hệ thống, kênh đồng bộ dùng mã trải phổ PN (120 b/s) hiện phục vụ 1cuộc gọi, kênh lu lợngcó các tốc độ truyền dẫn : 9600, 4800 hay 1200 bít/s, khung lu l-ợng đờng xuống dài 20MS, kênh lu lợng đợc điều khiển bằng các bản tin sau :

Kênh CDMA h ớng về

(Kênh vô tuyến 1,23 MHz nhận đ ợc ở trạm gốc)

Kênh truy nhập 1 .Kênh truy nhập nKênh l u l ợng 1 .Kênh l u l ợng m.

Các PN mã dài định địa chỉ+ Điều khiển thiết lập cuộc gọi

+ Điều khiển chuyển giao (Handover)+ Điều khiển công suất

+ Nhận tín hiệu và bảo mật- Kênh nhắn tin :

Sau khi nhận đợc thông tin từ kênh đồng bộ trạm di động (MS) điều chỉnh định thời của nó và bắt đầu theo dõi kênh nhắn tin (9600 hoặc 4800 bít/s) kênh nhắn tin có 4 tin tức căn bản :+ Bản tin tham số hệ thống, các tham số đăng ký và chi tiết kênhdẫn đờng

+ Bản tin tham số truy cập

+ Bản tin liệt kê về các lu lợng kế cận+ Bản kê kênh CDMA

Một kênh tìm gọi có tốc độ 9600 bits có thể đảm bảo 180 cuộc gọi /S mỗi trạm di động chỉ đợc quyền theo dõi 1kênh tìm gọi, kênh tìm gọi này có thể quyết định 1cách ngẫu nhiên trong số tất cả các kênh tìm gọi có thể Kênh tìm gọi có 1 chế độ đặc biệt gọi là chế độ khe ở chế độ này các bản tin cho 1trạm di động chỉ đợc phát đi ở các khoảng thời gian định trớc Vì vậy cho phép 1trạm di động có thể giảm công suất ở các khe thời gian không dành cho nó nhờ vậy tiết kiệm đáng kể năng lợng ở nguồn ắc quy cho các máy cầm tay.

Sắp xếp các kênh vật lý cho đờng lên ở CDMA - IS95

Kênh hớng về của hệ thống CDMA sử dụng trình tự nhị phân dài32,768 các tín hiệu của máy di động khác đợc phân biệt nhờ trình tự 242 - 1 và khoảng thời gian đa ra cho mỗi khách hàng Thông tin số để đợc truyền đi có độ dài bắt buộc là 9 và tỷ lệ

mã hoá của nó là mã xắn 1/3 (Đợc mã hoá thành 3 ký hiệu nhị

phân cho 1bít thông tin), thông tin mã hoá đợc chèn vào khoảng

trống 20MS và thông tin đợc chèn đợc nhóm thành các nhóm 6 ký

hiệu (các từ mã) sử dụng mã này 1trong 64 hàm Walsh.

Trong kênh hớng về của CDMA các kênh sử dụng tần số đợc phân bổ làm trung tâm đợc điều chế bù pha 1/4 bởi 1cặp mã PN và đợc điều chế bù pha 1/2 bởi mã PN dài.

Kênh truy nhập đảm bảo thông tin từ trạm di động đến trạm gốckhi trạm di động không sử dụng kênh lu lợng Kênh này luôn làm việc ở tốc độ 4800 b/s các bản tin truy nhạp luôn cung cấp các thông tin về : khởi xớng cuộc gọi, trả lời cuộc gọi, các lệnh và đăng ký Các kênh truy nhập tạo ra các cặp với tất cả các kênh nhắt tin và từng kênh truy nhập đợc nhận dạng thông qua sử dụng mã dài PN khác Trạm gốc thực hiện trả lời các tín hiệu kênh truy nhập nhất định thông qua các bản tin kênh nhắn tin, máy diđộng trả lời bản tin thông qua các kênh truy nhập tơng ứng với chúng Tốc độ truyền dẫn của các kênh truy nhập có thể thay đổi theo các kiểu truyền dẫn và các nhóm maý để các kênh nàycó thể sử dụng đối với các trờng hợp khẩn cấp hoặc đối với bảo trì và sửa chữa.

nguồn tin

nhận tin

Lập khuânMã hoá nguồnMật mã Mã hoá kênhGhép kênhĐiều chếTrải phổĐa thâm nhậpTX

Lập khuânGiải mã nguồnGiải mật mãGiải mã kênhGiải ghép kênhGiải điều chếGiải trải phổĐa thâm nhậpTXĐồng bộ Dạng sóng số

Các khối trên bao gồm : Lập khuân, mã hoá nguồn, mật mã, mã hoákênh, ghép kênh, điều chế và đa truy nhập cho thấy quá trình biến đổi tín hiệu từ nguồn đến máy phát, các khối dới cho thấy quá trình bién đổi từ máy thu đến nơi nhận máy phát gồm các tầng biến đổi nâng tần, khuyếch đại công suất và ăng ten, máy thu gồn ăng ten, bộ khuyếch đại tạp âm nhỏ, bị biến đổi hạ tần và khuyếch đại trung tần Trong các bớc sử lý tín hiệu lập khuân, điều chế và giải điều chế là các bớc bắt buộc.

+ Lập khuân thực hiện biến đổi nguồn tin và các ký hiệu số để nguồn tin tơng thích với quá trình sử lý ở hệ thống.

Tiền sử lý tín hiệuĐánh giá thông số

+ Mã hoá kênh : giảm xác xuất lỗi

+ Trải phổ : Tạo ra tín hiệu ít bị ảnh hởng của nhiễu, tăng độ bảo mật của tín hiệu.

+ Ghép kênh và đa truy nhập : Cho phép kết hợp với các đặc tính khác nhau hoặc các nguồn khác nhau để chia sẻ tài nguyên vô tuyến.

1.3.2 Mã hoá tiếng ở các hệ thống thông tin di động CDMA :

* Codec tốc độ khả biến tăng cờng, EVRC (Enhonced Variable Rate Codec) EVRC cho phép giảm số bít cần thiết cho các hệ số dự đoán tuyến tính và tổng hợp độ cao cho phép, nhờ vậy EVRC cho chất lợng tiếng cao hơn EVRC cho phép giảm tốc độ bít trên khung cần để thể hiện độ cao và cho phép bổ xung các bít cho kích thích ngẫu nhiên và bảo vệ kênh EVRC phân loại tiếng thành các khung 20MS : toàn tốc (8,55 Kbpf), tốc độ 1/2(4Kbps) và tốc độ 1/8 (0,8 Kbps)

* Sơ đồ khối chức năng của EVRC :

1.3.3 Thủ tục phát thu tín hiệu :

Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát đợc mã hoá lặp, chèn và đợc nhân với sóng mang fo và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x 128).

Tín hiệu đã đợc điều chế đi qua 1bộ lọc băng thông có độ rộngbăng 1,25 Mhz, sau đó phát xạ qua ăng ten.

ở đầu thu sóng mang và mã PN của tín hiệu thu đợc từ ăng ten đa đến bộ tơng quan qua bộ lọc băng thông độ rộng bằng 1,25 Mhz và số liệu thoại mong muốn đợc tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã.

Hình : Sơ đồ phát thu CDMA

1.3.4 Các đặc tính của CDMA :1.3.4.1 Tính đa dạng của phẩn tập :

Trong hệ thống điều chế băng hẹp nh điều chế FM analog sử dụng trong hệ thống điện thoại tổ ong thì tính đa đờng tạo nên nhiều pha đinh nghiêm trọng, tính nghiêm trọng này đợc giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đờng khác nhau đợc thu nhận một cách độc lập.

Phân tập là 1 hình thức tốt để làm giảm pha đinh : Có 3loại phân tập :

+ Phân tập theo thời gian

+ Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 Mhz

+ Phân tập theo khoảng cách (theo đờng truyền) 2cặp ăng ten thu của BS, bộ thu đa đờng và kết nối với nhiều BS (chuyển vùngmềm) phân tập theo thời gian đạt đợc nhờ việc sử dụng việc chèn và mã sửa sai.

Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và pha đinh liên hợp với tần số thờng có ảnh hởng đến băng tần báo hiệu(200300)KHz

1.3.4.2 Điều khiển công suất CDMA :

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2chiều (Từ BTS đến máy di động và ngợc lại) Mục đích điều khiển công suất phát của máy di động để cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu đợc với độ nhậy trung bình tại bộ thu của BS Bộ thu CDMA của BS

chuyển tín hiệu thu từ máy di động tơng ứng thành thông tin sốbăng hẹp còn tín hiệu của các máy di động khác chỉ còn là tín hiệu tạp âm của băng rộng.

Máy di động điều khiển công suất phát theo sự biến đổi công suất thu đợc từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo đợc.

Hình : Điều khiển công suất CDMA

BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động đến BS, BS so sánh tín hiệu thu đợc với giá trị ngỡng và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1,25 MS Mục đích của điều khiển công suất làlàm giảm công suất phát của máy di động khi rỗi hoặc ở gần BS, làm cho pha đinh đa đờng thấp, giảm hiệu ứng bóng râm, giảm giao thoa đối với các BS khác.

1.3.4.3 Bộ mã - Giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi :

Bộ mã - giải mã của hệ thống CDMA thiết kế với các tốc độ biến đổi 8 Kb/s.

Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại đợc mã hoá dùng để truyền tới bộ mã - giải mã.

1.3.4.2.1 Điều khiển công suất mạch vòng hở trên kênh hớng về của CDMA :

Trong hệ thống CDMA tất cả các trạm gốc phát tín hiệu dẫn ờng ở cùng tần số và tất cả các máy di động bắt đầu đồng bộ bằng sử dụng các tín hiệu dẫn đờng này, và gốc tần số và thời gian để giải điều chế các tín hiệu thoại số đợc truyền đi từ mỗitrạm gốc, máy di động đo tổng cờng độ tín hiệu dẫn đờng từ trạm gốc và cờng độ tín hiệu nhận đợc từ tất cả các trạm gốc Nếu cờng độ tín hiệu thu đợc cao công suất của máy di động giảm xuống, trờng hợp tăng đột biến môi trờng kênh xảy ra thì thiết bị điều khiển công suất mạch vòng theo kiểu tơng tự với vùng động 85 db đáp ứng ngay trong 1ms Các kênh đồng bộ từ mỗi trạm gốc gồm thông tin về công suất phát của các kênh dẫn đờng và máy di động xác định công suất phát sử dụng thông tinđó khi sử dụng các chức năng này có thể tạo ra sự chênh lệch giữa công suất phát và hệ số tăng ích của ăng ten (ERP đầu ra) của trạm gốc dựa trên cơ sở kích thích tế bào.

đ-1.3.4.2.2 Điều khiển công suất mạch vòng kín trên kênh hớng về của CDMA :

Do sự tách biệt tần số 45 MHz giữa kênh hớng đi và hớng về vợt quá dải thông liên kết của các kênh nên máy di động đợc giả thiếtlà các giá trị của tổn hao hai đa đờng dẫn giống nhau, do khôngcó khả năng đo suy hao đờng dẫn hớng về mặc dù có 1chênh lệch giữa suy hao đa đờng trên kênh hớng đi để đo ở máy di động và suy hao đa đờng của kênh hớng về Phơng pháp đo này cung cấp giá trị trung bình chính xác cho công suất phát nhng 1 phơng pháp phụ đợc cần tới để tính toán giao thoa Rayleigh chỉ ra các tính chất khác nhau trên 2 kênh.

Để bù giao thoa Rayleigh độc lập nhau trên các kênh hớng đi và ớng về, công suất phát của máy di động đợc điều khiển bởi các tín hiệu từ trạm gốc Các bộ giải điều chế ở mỗi trạm gốc đo tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của máy di động so sánh với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm đã chỉ định và phát các lệnh điều khiển tới máy di động qua kênh hớng đi Lệnh điều khiển đợc phát ra từ trạm gốc tăng hay giảm công suất phát của máy di động so với giá trị thiết lập ban đầu (thờng là 0,1 dB) cứ phát 1,25 ms một lần lệnh điều khiển đầu ra có thể theo dõi giao thoa Rayleigh trên kênh hớng về.

h-Các bộ điều khiển hệ thống ở MSC cung cấp các bộ điều khiển cho mỗi trạm gốc với tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm dựa vào tỷ lệ lỗi của các máy di động đợc phát tới bộ điều khiển kênh đợc sử dụngcho xác định tăng hay giảm công suất phát của mỗi máy di

động.

1.3.4.2.3 §iÒu khiÓn c«ng suÊt trªn kªnh híng ®i cña CDMA :

các bit thông tin tkênh l u ll ợng về (172, 80, 40 hoặc 16 bit/khung) Cộng chỉ thị chất l ợng khung cho tốc độ 9600và 4800bit/s

Công 8 bit mã hoá cuốiBộ mã hoá cuộn r=1/3 k=9Lập ký hiệuChènkhối8.6 kb/s

4.0 kb/s2.0 kb/s0.8 kb/s

9.2 kb/s4.4 kb/s2.0 kb/s0.8 kb/s

9.6 kb/s4.8 kb/s2.4 kb/s1.2 kb/s

28.8 kb/s14.4 kb/s7.2 kb/s3.6 kb/s

Bộ lọcbăng tầnBộ lọcbăng tần

Q Cos(2T,fct) S(t)

Chuỗi số liệu kênh Q(1.2288 Mc/s)Xung PN

(1.2288 Mc/s)

1/2 xung PNTrễ = 406.9 ns

Tạo chùm số lliệu ngẫu nhiên

Ký hiệu điều chế (xung Walsh)

4.8 kb/s (307.2 kc/s

Bộ tạo mã dài

Chuỗi số liệ kênh 1(1.2288 Mc/s)

Bộ lọcbăng tầnBộ lọcbăng tần

(1.2288 Mc/s)

1/2 xung PNTrễ = 406.9 ns

Mặt nạ mã dài

Các tín hiệu công suất phát đợc điều khiển bởi thông tin điều khiển phát đi từ trạm gốc Khi xảy ra sự suy giảm đáng kể trên kênh hớng đi trong một vùng nhất định và nếu công suất phát không tăng lên thì chất lợng thoại của các cuộc gọi qua kênh này giảm xuống dới tiêu chuẩn chất lợng Để điều khiển công suất trênkênh hớng đi trạm gốc giảm theo chu kỳ công suất phát ra tới máy di động, giảmcông suất ra nh vậy duy trì cho đến khi các

máydiđộng yêu cầu công suất rabổ xung nhờ dò thấy tăng tỷ lệ lỗi khung và trạm gốc tăng công suất phát ra với số gia 0,5 db Sự tăng giảm công suất ra đợc thực hiện một lần cho mỗi khung mỗi tiếng nói tức là cứ trung bình 12 đến 20 ms chậm hơn tốc độ tăng hay giảm công suất ra trên kênh hớng về, vùng động tăng haygiảm công suất ra có thể điều khiển tới  6 db xung quanh công suất ra trung bình.

(Hình vẽ : Cấu trúc kênh CDMA hớng về)

Giải mã thoại phía thu, phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu đợc thành các mẫu tín hiệu thoại, hai bộ mã giải thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s.

1.3.4.4 Bảo mật cuộc gọi :

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao và về cơ bản tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìn kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong sốCDMA vì tín hiệu đã đợc trộn (Seranbling)

1.3.4.5 Chuyển vùng mềm :

Trong hệ thống Analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch "cắt trớc khi nối" thì chuyển vùng mềm trong hệ thống CDMA chấp nhận hình thức "Nối trớc khi cắt" Sau khi cuộc gọi đợc thiết lập máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh với cờng độ tín hiệu của ô đang sử dụng nếu cờng độ tín hiệu đạt đến mức nhất định nào đó khi đó máy di động đã chuyển sang vùng phục vụ của một BS mới và trạng thái chuyểnvùng mềm đợc thực hiện, máy di động chuyển 1bản tín điều khiển đến MSC để thông báo cờng độ tín hiệu và số liệu của BS mới trong khi vẫn dữ đờng kết nối ban đầu Trong trờng hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi đợc thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện đợc mà không có hiện tợng ping poong giữa chúng, BS ban đầu cắt đờng kết nối cuộc gọi khi việc đầu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công.

1.3.4.6 Dung lợng, dung lợng mềm :

Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA đợc xác định bởi tỷ số tín hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ 1BS mà từ tất cả các ngời sử dụng trong vùng phục vụ Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu đợcđối với cờng động công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ng-ỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lợng tín hiệu tốt Các tham số xác định dung lợng của hệ thống CDMA gồm : độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (Bao gồm cả giới hạn pha đinh yêu cầu), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lợng búp sóng của ăng ten BS.

1.4 Tr¶i phæ :

1.4.1 Hệ thống trải phổ trực tiếp DS : Direct Sequency

Hệ thống DS là sự điều chế các dãy mã đã đợc điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp, hệ thống này có dạng tơng đối đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.

1.4.1 1 Nguyên lý :

Nguyên lý của phơng pháp DS - CDMA cho ở hình vẽ :

Bản tin của tín hiệu số cần phát Mi(t) dạng mã NRZ lỡng cực với Mi(t) = 1 đợc đa lên với chuỗi mã Ci(t) đợc tạo ra từ một bộ tạo chuỗi cơ hai giả ngẫu nhiên PRBS (Psen do Random Binary

Sequency Generator) tốc độ của bản tin gọi là tốc độ bít Rb, Rb nhỏ hơn nhiều so với tốc độ của chuỗi mã đợc gọi là tốc độ chíp Rc Mỗi luồng số của mỗi kênh sẽ đợc bộ tạo mã tạo ra một chuỗi PRBS tơng ứng Ci(t), có độ dài L, mỗi bít có độ lâu bằng độ lâu của chuỗi mã Tb = Tx x L, Ci(t) có tốc độ cao hơn nhiều so vớiRb = 1/Tc của tín hiệu số cần phát do đó phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên rộng hơn nhiều phổ của tín hiệu số cần phát Do phổ rộng và công suất phát không thay đổi nên tín hiệu PRBS có biên độ mật độ phổ rất thấp.

1.4.1.2 Đặc tính của tín hiệu DS :

Điều chế DS là điều chế 2pha Dãy mã đợc đa vào bộ điều chế cần bằng để có đầu ra làm sóng mang RF điều chế 2pha, sóng mang có độ lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha O theo dãy mã.

Tín hiệu thu đợc khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu, khi đó nếu các mã tại đầu phát và đầu thu đợc đồng bộ thì sóng mang đợc tách pha lớn hơn 1800 và sóng mang đợc khôi phục các sóng mang băng tần hẹp này đi qua bộ lọc băng thông đợc thiết kế chỉ cho các sóng mang đủ điều chế băng gốc đi qua.

Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp nếu băng là 2KHz thì độ lợi sử lý giớihạn là 20 KHz.

1.4.3 Điều chế QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) :

Sau khi đợc trải phổ bởi hai chuỗi PN hoa tiêu vuông góc hai luồng I và Q có khác pha 900 đợc đa lên hai bộ lọc băng thông và đợc điều chế khoá chuyển pha 4 trạng thái Tín hiệu sau điều chế QPSK đợc xác định theo công thức sau :

S(t) = A.cos(2fct + t)

Trong đó : - fc : tần số sóng mang

- A : biên độ sóng mang đã đợc điều chế xác

- t : pha của sóng mang đã đợc điều chếQuan hệ giữa các trạng thái pha của tín hiệu QPSK và các ký hiệu I, Q

Ψt= ar tan g[Q ( t )I ( t ) ]

1.5.5 Các dịch vụ cơ sở :

Trớc khi MB có thể khởi xớng hay tiếp nhận cuộc gọi nó phải đăng ký với hệ thống di động Trừ trờng hợp gọi khẩn, mỗi MS đợc cho một số nhận dạng tạm thời TMSI (Temporaty Mobile Station

Identity), MIN (Mobile Identication Number) để sử lý cuộc gọi sau này.

- Quá trình đăng ký :

MS thông báo cho nhà cung cấp dịch vụ về sự có mặt của nó ở hệ thống và mong muốn nhận đợc dịch vụ từ hệ thống này.* Đăng ký theo khoảng cách : Đợc thực hiện khi khoảng cách giữa BS hiện thời và BS mà MS đăng ký lần cuối cùng vợt quá ngỡng.Bộ chuyển

* Đăng ký đặt trớc : Đợc thực hiện khi hệ thống đạt thông số ở kênh tìm gọi để chỉ thị rằng tất cả hoặc một số MS phải đăngký.

* Đăng ký khi thay đổi thông số : Đợc thực hiện khi các thông số hoạt động ở MS bị thay đổi.

* Đăng ký tắt nguồn : Đợc thực hiện khi trạm di động tắt nguồn* Đăng ký bật nguồn : Đợc thực hiện khi MS bật nguồn để thông báo cho mạng MS sẵn sàng gọi hoặc thu cuộc gọi.

* Đăng ký theo định thời : Thực hiện khi bộ định thời ở MS đã chạy hết thời gian thủ tục này cho phép xoá dữ liệu của MS.* Đăng ký theo vùng : Đợc thực hiện khi MS vào vùng mới của hệ thống vùng phục vụ có thể đợc chia thành các vùng nhỏ hơn gọi là vùng định vị MS nhận dạng vùng định vị hiện thời trên cơ sở các thông số đợc phát trên kênh tìm gọi đờng đi.

* Đăng ký kênh lu lợng xảy ra khi MS ấn định kênh lu lợng BS có thể thông báo cho MS rằng nó đã đợc đăng ký.

1.5.2.1 Lu đồ gọi để đăng ký khi nó đang nghe kênh tìm gọi :1- MS quyết định rằng nó phải đăng ký với hệ thống

2- MS nghe kênh tìm gọi để đợc mật khẩu RAND

3- MS gửi bản tin đến BS với nhận dạng trạm di động Quốc tế (IMSI), RAND trả lời nhận thực (AUTHR) và các thông số khác cần thiết theo yêu cầu đăng ký.

4- BS công nhận RAND

5- BS phát bản tin ISDN REGISTER đến MSC

6- MSC nhận bản tin REGISTER và gửi một bản tin đến VLR quản lý

7- Nếu MS cha đăng ký với VLR phát bản tin REG NOT (thông báo đăng ký đến HLR của ngời sử dụng, nơi chứa ISMI và các dữ liệucần thiết khác)

8- HLR nhận bản tin REG NOT và cập nhật cơ sở dữ liệu của mình (Lu dữ vị trí của VLR phát bản tin REG NOT)

9- HLR phát bản tin RECAN (Huỷ đăng ký) đến VLR cũ trớc đây MS đăng ký để VLR này huỷ đăng ký trớc đây của MS.

10- VLR cũ gửi trả lại bản tin khẳng định giá trị đếm qúa khứ cuộc gọi CHCNT (Call History Count).

11- Khi này HLR gửi trả lại bản tin trả lời REG NOT đến VLR mới vàchuyển thông tin mà VLR cần (Chẳng hạn lý lịch ngời sử dụng, nhận dạng về mạng liên tổng đài, khoá bí mật dùng chung để nhận thực và giá trị hiện thời của CHCNT) Nếu đăng ký thất bại (Do ISMI sai, dịch vụ không đợc phép, không trả tiền cớc ) thì bản tin mà REG NOT sẽ chứa chỉ thị thất bại.

12- Khi nhận đợc bản tin trả lời REG NOT từ HLR, VLR ấn định một số nhận dạng trạm di động tạm thời TMSI sau đó gửi bản tin trả lời thông báo đăng ký đến MSC.

13- MSC nhận đợc bản tin này lấy ra số liệu và gửi bản tin ISDN REGISTER đến BS.

14- BS nhận bản tin REGISTER (Đăng ký) và chuyển nó đến MS để khẳng định đăng ký.

Quyết địnhđăng ký1.

Chập nhậtDữ liệuREGISTER

RAND

1.5.2.2 Khởi xớng cuộc gọi :

Khởi xớng cuộc gọi là dịch vụ trong đó ngời sử dụng MS gọi một máy điện thoại khác trong mạng điện thoại trên toàn thế gíới, đây là hoạt động cộng tác giữa MSC, VLR và BS.

6- Đồng thời MS gửi trả bản tin ISDN call proceding (đang tiến hành gọi ISDN) đến BS.

7- BS ấn định kênh lu lợng cho MS.

8- MS điều chỉnh đến kênh lu lợng và khẳng định ấn định kênh lu lợng.

9- Tổng đài kết cuối kiểm tra trạng thái máy thoại bị gọi và gửi trả bản tin báo hiệu số 7 hoàn thành địa chỉ (ACM) đến MSC.10- MSC gửi trả bản tin báo chuông ISDN đến BS.

11- MSC thực hiện đổ chuông tại ngời sử dụng.12- Ngời sử dụng kết cuối trả lời

13- Tổng đài kết cuối gửi bản tin báo hiệu số 7 trả lời (ANM) đến MSC.

14- MSC phát bản tin kết nối ISDN (ISDN CONN) đến BS.15- MSC ngừng chuông và thực hiện kết nối mạng.

16- BS gửi tra bản tin công nhận kết nối ISDN (ISDN CONN ACK).17- Hai phía thiết lập truyền tin.

Khëi x íngCuéc gäi tõ MS1.

ISDN Call Proc

B¸o chu«ng ISDN

Trả lờiYêu cầu phân loại

Y êu cầu phân loại PCSAP

ISDN SETUP

1.5.2.3 Xoá cuộc gọi

Chức năng xóa cuộc gọi đợc yêu cầu khi một trong hai phía hội thoại muốn kết thúc cuộc gọi.

Các bớc của lu đồ xóa cuộc gọi khởi xớng MS1 MS đặt máy

2 MS phát bản tin Release (giải phóng đến BS)

3 BS phát bản tin ISDN DiS connect (tháo gỡ) đến MSC4 MSC phát SS7 Release (giải phóng) đến tổng đài kia5 MSC phát SS7 Release (giải phóng) đến BS

6 Tổng đài kia phát bản tin SSF Release complete (giải phóng) hoàn thành đến MSC.

7 BS phát bản tin ISDN Release complete (giải phóng hoàn thành) đến MSC.

8 BS phát PCSAP clear Request (yêu cầu xóa) đến VLR.

9 VLR đóng các bản tin cuộc gọi vào phát PCSAP clear Request response (trả lời yêu cầu xóa) đến BS.

ấn kênhlu lợng

Ngời sửdụng trả

lờiSS7 ANM

ISDN CONN

ISDN CONNACK

Ngừng báo chuông thực hiện kết nối

Hai phía hội thoại

Ngêi sö dông kÕt thóc cuéc gäi

yªu cÇu xãa Tr¶ lêi Y.cÇu xãa

m¹ch

dùng chung (SSD) để nhận thực và các số liệu khác cần thiết để

sử lý cuộc gọi, thời gian hợp lý nhất để lấy số liệu này là lúc MS đăng ký với hệ thống khi đã lu dữ số liệu của MS chuyển mạng vào VLR thì quá trình sử lý cuộc gọi cho mọi dịch vụ khởi xớng

(Cơ sở hay bổ xung) sẽ giống nh đối với các dịch vụ của MS tại

nơi thờng trú Tuy nhiên có thể xảy ra trờng hợp MS khởi xớng cuộc gọi trớc khi thực hiện đăng ký hay khi số liệu ở VLR cha có l-u đồ cuộc gọi kết cuối cho MS chuyển mạng với số điện thoại theo địa lý.

Ng êi sö dông quay sè1.

SS7 IAMHái HRL

HRL tr¶ lêi

SS7 ACM

SS7 ANMSS7 IAM

T¹m tró

Thêng tró

Khëi xíng

* Khi MS có số liệu theo địa lý MSC ấn định một khối các số nằm trong kế hoạch đánh số của địa phơng cho vùng địa lý thếgiới nơi đặt MSC Khi này định tuyến cuộc gọi đợc thực hiện theo thủ tục giống nh mạng cố định Nếu một MS liên kết với MSCkhông nằm trong vùng thờng trú của mình MSC sẽ hỏi HLR về vị trí của nó Sau đó MSC yêu cầu chuyển hớng cuộc gọi đến MSC đang có MS và kết nói đợc thực hiện đến tổng đài thứ hai trong đó các dịch vụ kết nối cuọc gọi đợc thực hiện theo các thủ tục sau :

1- Ngời sử dụng MS ở mạng điện thoại thế giới (Cố định hay di động) quay số cho MS.

2- Tổng đài khởi xớng phát SS7 IAM đến MSC thờng trú.3- MSC hỏi HLR về vị trí của MS.

8- MSC yêu cầu chuyển hớng cuộc gọi đến MSC của hệ thống

khách và MSC chuyển hớng (MSC thờng trú) phát SS7 IAM đến

MSC thờng trú.

* Khi MS có số thoại không theo địa lý thì cuộc gọi có thể định hớng trực tiếp từ một chuyển mạch khởi xớng đến chuyển mạch khách Việc chuyển cuộc gọi đến số thoại không theo địa lý đòihỏi quá trình sử lý cuộc gọi đặc biệt để dịch tuyến đợc gọi là sử lý mạng thông minh IN Nếu chuyển mạch khởi xớng không hỗ trợ mạng thông minh thì nó sẽ chuyển cuộc gọi đến chuyển mạchđảm bảo IN khi đó tổng đài khởi xớng sẽ nhận ra số thoại không theo điạ lý và phát bản tin SS7 đến HLR để hỏi vị trí của MS, HLR sẽ trả lời số th mục tạm thời để định tuyến đến MS sau đócuộc gọi đợc tiến hành.

1 Ngời sử dụng ở mạng điện thoại thế giới (Cố định hay di động) quay số cho MS.

2 Chuyển mạch khởi xớng nhận biết số thoại không theo định lý và phát bản tin SS7 và hỏi đến HLR ở tổng đài MSC thờng trú.3 HLR trả lời vị trí của hệ thống khách với số danh mục để sử dụng cho việc sử lý tiếp theo.

4 Tổng đài khởi xớng phát SS7 IAM đến MSC khách5 Quá trình sử lý ở bớc 3 của lu đồ gọi kết nối.