Tính đồng bộ trong thiết kế đồ họa của quảng cáo sản phẩm

Tính đồng bộ trong thiết kế đồ họa của quảng cáo sản phẩm

1 nghiên cứu công nghệ và khả năng ứng dụng mạng WLL CDMA tần số 450MHz

1.3 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ chuỗi trực tiếp

1.3.1 Những thuận lợi của DS-SS trong thông tin di động

1.3.2 ảnh hưởng của đường truyền tới hệ thống CDMA

1.3.2.1 Phân tích đường truyền sóng

1.3.2.2 Hiện tượng che tối

1.3.2.3 Fading Rayleigh đa đường

1.3.2.4 Trễ đa đường

1.3.3 Các phương pháp mã hóa

1.3.3.1 Mã hóa nguồn

1.3.3.2 Mã hóa kênh

1.3.3.3 ứng dụng mã Walsh vào kênh truyền trong DS-SS

1.3.3.4 ứng dụng mã PN vào kênh truyền trong DS-SS

1.4 Cấu hình hệ thống thông tin di động CDMA

Chương II Dung lượng và đường truyền CDMA

2.1 Dung lượng của hệ thống CDMA

2.1.1 Dung lượng của một cell đơn

2.1.2 Hiệu ứng của tải

2.1.3 Hiệu ứng sector hóa

2.1.4 Hiệu ứng của hệ số tích cực thoại

2.1.5 Kết luận

2.2 Đường truyền trong CDMA

2.2.1 Đường truyền bất đối xứng

2.2.3.2 Kênh lưu lượng

2.3 ảnh hưởng của nhiễu tới kênh truyền cDMA

2.3.1 Kênh pilot

2.3.2 Kênh lưu lượng đường xuống

2.3.3 Kênh lưu lượng đường lên

Chương III mạng WLL CDMA 20001x

LUẬN ÁN THẠC SỸ

nghiªn cøu c«ng nghÖ vµ kh¶ n¨ng øng dông m¹ng WLL CDMA tÇn sè 450MHz

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt -3

Danh mục các hình vẽ, đồ thị -4

Mở đầu -7

1.1 Khái niệm về tín hiệu trải phổ -8

1.2 Mã trải phổ 10 1.2.1 Các mã Walsh11 1.2.2 Các mã PN 13 1.3 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ chuỗi trực tiếp -15

1.3.1 Những thuận lợi của DS-SS trong thông tin di động -20

1.3.2 ảnh hởng của đờng truyền tới hệ thống CDMA -21

1.3.2.1 Phân tích đờng truyền sóng -21

1.3.2.2 Hiện tợng che tối -26

1.3.2.3 Fading Rayleigh đa đờng -27

1.3.2.4 Trễ đa đờng -30

1.3.3 Các phơng pháp mã hóa -33

1.3.3.1 Mã hóa nguồn -34

1.3.3.2 Mã hóa kênh -38

1.3.3.3 ứng dụng mã Walsh vào kênh truyền trong DS-SS- -45 1.3.3.4 ứng dụng mã PN vào kênh truyền trong DS-SS -48

1.4 Cấu hình hệ thống thông tin di động CDMA -52

Chơng II Dung lợng và đờng truyền CDMA -53

2.1 Dung lợng của hệ thống CDMA -53

2.1.1 Dung lợng của một cell đơn -53

2.1.2 Hiệu ứng của tải -55

2.1.3 Hiệu ứng sector hóa -57

2.1.4 Hiệu ứng của hệ số tích cực thoại -58

2.1.5 Kết luận 59 2.2 Đờng truyền trong CDMA -60

2.2.1 Đờng truyền bất đối xứng -60

2.2.2 Đờng xuống 60 2.2.2.1 Kênh Pilot -60

2.2.2.2 Kênh đồng bộ -61

2.2.2.3 Kênh tìm gọi -65

2.2.2.4 Kênh lu lợng -70

2.2.2.5 Bộ điều chế -73

2.2.3 Đờng lên 74 2.2.3.1 Kênh truy nhập -74

2.2.3.2 Kênh lu lợng -79

2.3 ảnh hởng của nhiễu tới kênh truyền cDMA -80

2.3.1 Kênh pilot 80 2.3.2 Kênh lu lợng đờng xuống -82

2.3.3 Kênh lu lợng đờng lên -83

Chơng III mạng WLL CDMA 20001x -86

3.1 Cấu hình mạng -86

3.2 Các yêu cầu hệ thống -89

Kết luận 97 Danh mục tài liệu tham khảo -98

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

MSC Mobile Switching center Trung tâm chuyển mạch di động

BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc

BS Base Station Trạm gốc

CDMA Code Division Multiple

Access Đa truy nhập phân chia theo mã

Convolutional Code Mã xoắn

Data Burst Randomizer Ngẫu nhiên hóa cụm số liệu

DL Downlink Đờng xuống

Interim Standard –95 Chuẩn thông tin di động CDMA

của Mỹ (do Qualcom đề xuất)Long Code PN Chuỗi PN mã dài chu kỳ 242 –1

MS Mobile Station Máy di động

DS-SS Direct Squence Spread

Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Hình 1 1 Băng tần trải phổ ở phía thu và phát 7

Hình 1 2 Mô tả thanh ghi tạo mã PN 12

Hình 1 3 Nguyên lý DS-SS 14

Hình 1 4 Dạng sóng và phổ của các tín hiệu 15

Hình 1 5 Dạng tín hiệu ở các điểm thu A, B1 và B2 16

Hình 1 6 Dạng tín hiệu ở đầu ra C1 và C2 17

Hình 1 7 Suy hao đờng truyền của các mô hình truyền sóng 23

Hình 1 8 Mô tả tín hiệu bị suy hao ở vị trí nửa bớc sóng 26

Hình 1 9Ví dụ về sự kéo dài của trễ 27

Hình 1 10 Hai thành phần đa đờng cách nhau khoảng thời gian  29

Hình 1 11 Fading lựa chọn tần số 30

Hình 1 12 Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin số 31

Hình 1 13 Sử dụng Vocoder trong Wireless 32

Hình 1 14 Sự kích thích và phát âm của tiếng nói 33

Hình 1 15 Quá trình tái tạo tiếng nói 34

Hình 1 16 Sơ đồ mã chập cho đờng xuống CDMA 39

Hình 1 17 Mã xoắn trong hệ thống IS95 CDMA (đờng lên) 40

Hình 1 18 Hàm tự tơng quan cho chuỗi P 0 47

Hình 2 1 Tổng công suất nhiễu bằng tổng công suất của các user 50

Hình 2 2 Nhiễu gây ra do các MS ở các cell lân cận 51

Hình 2 3 Hệ số tải thu đợc ở cell A 52

Hình 2 4 Một cell đợc sector hóa 53

Hình 2 5 Kênh pilot 56 Hình 2 6 Kênh đồng bộ 57

Hình 2 7 Cấu trúc khung của kênh đồng bộ 58

Hình 2 8 Cấu trúc bản tin kênh đồng bộ 59

Hình 2 9 Cấu trúc kênh tìm gọi 60

Hình 2 10 Cấu trúc khung của kênh tìm gọi ở tốc độ 9,6 kb/s 61

Hình 2 11 Ba bản tin của kênh tìm gọi đợc phát liên tục 62

Hình 2 12 Kênh lu lợng đờng xuống tập tốc độ 1 64

Hình 2 13 Giảm đợc công suất nhờ sử dụng bộ lặp lại ký hiệu 66

Hình 2 14 Cấu trúc của bộ điều chế đờng xuống 68

Hình 2 15 Kênh truy nhập đờng lên 69

Hình 2 16 Cấu trúc khung kênh truy nhập 70

Hình 2 17 Cấu trúc bản tin kênh truy nhập 71

Hình 2 18 Cấu trúc kênh lu lợng đờng lên 72

Hình 2 19 Nhiều cell phục vụ nhiều MS ở đờng xuống 75

Hình 2 20 Nhiễu ảnh hởng đến đờng lên 78

Hình 3 1 Giả thiết có hai user cùng phát một công suất Pt đến BS 79

Hình 3 2 Tỉ sôS/N của user 2 lớn hơn của user 1 80

Hình 3 3 Việc điều khiển công suất để thu đợc cùng một mức ở BS 80

Hình 3 4 Dung lợng đợc tối đa khi công suất thu bằng nhau ở BS 81

Hình 3 5 Hiệu chỉnh thăm dò truy nhập 82

Hình 3 6 Kênh lu lợng đờng xuống 85

Hình 3 7 Quan hệ giữa kênh lu lợng và nhóm PCG 86

Hình 3 8 Điều khiển công suất vòng lặp kín sử dụng PCBs 87

Hình 3 9 Quyết định ngỡng 88

Hình 3 10 a, b Sơ đồ điều khiển công suất đờng lên ở BS và MS 89

Hình 3 11 Quá trình phát- thu 90

Hình 3 12 a, b chuyển giao mềm của 2 BS đờng xuống và đờng lên 92

Hình 3 13 Tín hiệu trải phổ đờng xuống 94

Hình 3 14 Quá trình chuyển giao 96

Hình 4 1 Cấu hình hệ thống mạng WLL 2000 1x 98

Mở đầuTrong những năm gần đây, thông tin di động đã và đang đợc triển khai với các công nghệ khác nhau ở nhiều quốc gia, mạng viễn thông ngày càng trở nên phức tạp có xu hớng hội tụ nhiều công nghệ dịch vụ mới, đem lại nhiều lợi nhuận cho các nhà khai thác và lợi ích cho ngời tiêu dùng, thúc đẩy các ngành kinh tế khác cùng phát triển.

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ di động ngày càng cao, mạng thông tin di động mới ra đời phải có nhiều u điểm nổi bật và không ngừng đợc cải tiến về kĩ thuật Yếu

tố mà ngời sử dụng di động quan tâm là vùng phủ sóng và chất lợng mạng Hiện nay hai mạng Vinaphone và Mobilphone đang sử dụng công nghệ GSM 2.5 vẫn cha đáp ứng đợc hai yêu cầu này Số lợng thuê bao di động tăng trởng quá nhanh trong những năm qua đã vợt quá khả năng phục vụ của hai mạng này, gây ra nghẽn mạch thờng xuyên, chất lợng cuộc gọi kém Với dân số hơn 80 triệu dân, tỉ lệ sử dụng di động hiện nay còn thấp, thì nhu cầu sử dụng di động còn tăng trong một những năm tới Mạng di động mới ra đời vào thời điểm này là thích hợp Việc ứng dụng công nghệ CDMA đang đợc nhiều nớc quan tâm vì khả năng chống nhiễu, bảo mật và dung lợng cũng nh chất lợng mạng tốt hơn nhiều so với công nghệ GSM Điều này sẽ thu hút nhiều ngời sử dụng đem lại nhiều lợi nhuận cho nhà khai thác mặt khác ngời tiêu dùng có nhiều khả năng lựa chọn dịch vụ di động thích hợp cho bản thân, phá vỡ sự

độc quyền tạo ra sự cạnh tranh lành mạnh giữa các doanh nghiệp kinh doanh thông tin di động

Việc nghiên cứu công nghệ và khả năng ứng dụng mạng WLL CDMA tần số

450MHz là một vấn đề cấp thiết trong thời đại bùng nổ thông tin ngày nay Thực tế đãchứng minh sự thành công của mạng di động sử dụng công nghệ CDMA ở Hàn Quốc,

Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc,…và xu hvà xu hớng này đã trở thành hớng phát triển mạng thông tin di động thế hệ tiếp theo 3, 4

Chơng I Tổng quan về kĩ thuật trải phổ và Công nghệ CDMA

1 Khái niệm về tín hiệu trải phổ

Kĩ thuật trải phổ sử dụng một băng tần truyền dẫn có độ rộng lớn hơn nhiều lần băng tần cần thiết cho việc truyền dữ liệu Mục đích chống nhiễu cao, và bảo mật thông tin qua việc trải phổ tín hiệu nhằm làm cho nó không thể phân biệt đợc từ nền nhiễu, giảm đợc mật độ năng lợng Kí hiệu ss là độ rộng phổ tần trải phổ (Hz) và d là độ rộng phổ tần nén phổ (tốc độ dữ liệu (bít/second)) thì tỉ số ss/d đợc gọi là hệ số trải phổ hoặc tăng ích xử lý, hệ số trải phổ này có giá trị từ 100 đến 1000000 tức là từ 20

dB đến 60dB

Hình 1 Băng tần trải phổ ở phía thu và phát

Có 3 tiêu chuẩn bắt buộc đối với hệ thống trải phổ:

Có bề rộng phổ lớn hơn nhiều so với bề rộng phổ cần thiết để truyền tín hiệu

Việc mở rộng phổ dựa vào tín hiệu đặc biệt gọi là mã trải phổ, hoàn toàn độc lập với dữ liệu

Phía thu dựa vào bản sao của mã trải phổ để nén phổ trở lại nh phổ ban đầu

Bản chất của mã trải phổ: đó là một dãy bít ngẫu nhiên tuần hoàn có chu kì tơng đối lớn và thỏa mãn các tiêu chẩn ngẫu nhiên Với đối tác thì hoàn toàn xác định còn đối với bên ngoài thì thâm nhập vào dãy ở một thời điểm nào đó là hoàn toàn ngẫu nhiên vì vậy mà gọi dãy mã này là giả ngẫu nhiên (pseudo-random, giả tạp âm: PN- pseudo-noise)

Do những đặc điểm trên mà hệ thống trải phổ có 4 u điểm chính:

Chống nhiễu phá: nhiễu thâm nhập vào tín hiệu có ích, bị trải phổ trong bớc nén phổ

có ích, làm mật độ năng lợng nhiễu giảm mạnh tỉ lệ với hệ số trải phổ

Giảm mật độ năng lợng của tín hiệu phát theo độ tăng ích xử lý

Khả năng bị thu trộm thấp khi hệ số trải phổ tăng

Mở ra phơng thức phân đờng mới (theo mã) cho phép nhiều ngời sử dụng đồng thời dùng chung một băng tần và ở trong cùng một vùng địa lý, tỉ lệ với hệ số trải phổ

Để đánh giá ảnh hởng của tạp âm đến chất lợng của một hệ thống thông tin ngời ta ờng sử dụng hai tham số: tỉ số tín/tạp âm (S/N) và xác xuất lỗi (PE) Nâng cao tỉ số S/

th-N với một mức tạp âm cho trớc có thể thực hiện bằng 3 cách sau:

Tăng công suất tín hiệu: cách này bị hạn chế bởi ảnh hởng đến hệ thống thông tin khác, đồng thời nó còn khả năng kĩ thuật, công nghệ chế tạo thiết bị không cho phép công suất lớn

Tăng độ dài tín hiệu: nghĩa là kéo dài thời gian làm việc của hệ thống Nhng biện pháp này gây ra sự suy giảm tốc độ truyền tín hiệu

Trải rộng phổ tín hiệu nhằm triệt nhiễu: ở đầu phát sử dụng mã trải phổ có độ rộng băng lớn điều chế với thông tin cần truyền đi, vì thế tín hiệu sau điều chế có độ rộng băng thông đợc trải rộng ra xấp xỉ bằng băng thông của mã trải phổ ở đầu thu, ngoài

Nhiễu phá

(Jamming)

Tín hiệu có ích



ss

Phía phát

Tín hiệu có ích

Nhiễu phá



ss

Phía thu

 d

tín hiệu trải phổ thu đợc còn có các tín hiệu không mong muốn gọi chung là nhiễu Tại đầu thu thực hiện nén phổ đối với tín hiệu cần thu, còn đối với các tín hiệu khác thì đó là quá trình trải phổ Do đó sau khi giải điều chế thì mật độ phổ tín hiệu cần thu

sẽ tăng cao, còn mật độ phổ của nhiễu bị giảm nhiều do bị trải phổ, sử dụng bộ lọc để loại bỏ nhiễu lấy tín hiệu hữu ích

2 Mã trải phổ

Theo cách truyền thống, tín hiệu đa truy nhập đợc phân chia theo thời gian (TDMA) hoặc đợc phân chia theo tần số (FDMA) thì thực hiện tơng đối đơn giản để đảm bảo các tín hiệu là trực giao và không gây nhiễu Nhng trong đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA), tín hiệu của nhiều ngời dùng chiếm cùng băng thông ở cùng thời gian nhng đợc phân biệt bằng các chuỗi mã trực giao Hai dạng sóng có giá trị thực x và y

đợc gọi là trực giao nếu tơng quan chéo của chúng Rxy(0) trong khoảng T bằng 0, nghĩa là:

Trong miền rời rạc, hai chuỗi x và y là trực giao nếu tích chéo (Cross product)

Rxy(0)=0 nghĩa là:

Rxy(0) = XT Y= Σxiyi

Với XT =[x1,x2,…và xu h.xI]

YT = [y1,y2,…và xu h.yI]

Ví dụ ta xét hai chuỗi

Hai chuỗi này là trực giao bởi vì tơng quan chéo của nó bằng 0:

Để một bộ mã đợc sử dụng trong sơ đồ đa truy nhập thì chúng cần có thêm hai thuộc tính nữa đó là: mỗi mã trong bộ mã trực giao cần có một số bít 1 và bít -1 tơng đồng,

đây là thuộc tính tự nhiên của mã giả ngẫu nhiên, và tích điểm của mỗi mã (dot

product) bằng 1 ( tích điểm là trung bình tổng của tích chính mỗi phần tử tơng ứng/ bậc của mã)

Xét hai mã trực giao x và y ở trên ta thấy cả x và y đều có số bít 1 và -1 bằng nhau vàcác tích điểm là:

Chuỗi Walsh đợc tạo bởi ma trận Hadamard Dùng tính chất đệ quy để tạo ra các ma trận Hadamard lớn từ các ma trận Hadamard bé hơn:

Với là ma trận nghịch đảo của HN Ma trận gốc là:

Để tạo ra một bộ 4 chuỗi Walsh trực giao w0, w1, w2, w3 chúng ta chỉ cần tạo một ma trận Hadamard bậc 4 là:

Bốn chuỗi trực giao trong bộ mã Walsh này đợc lấy ra từ 4 hàng của ma trận H4 đó là:

Các mã này đều thỏa mãn 3 điều kiện cần thiết đã nêu

Bằng việc thay đổi các số 0 thành –1 trong bốn chuỗi trên ta có:

Biểu thức H2N có thể đợc sử dụng đệ quy để tạo ra các ma trận Hadamard có bậc cao hơn để tạo đợc một bộ lớn chuỗi trực giao Ví dụ để tạo 8 chuỗi trực giao, mỗi chuỗi

1.1.2 Các mã PN

Đờng xuống IS95 CDMA có các kênh đồng bộ và pilot để trợ giúp việc đồng bộ, nhng

đờng lên không có các kênh này do đó việc đồng bộ rất khó khăn MS phát tùy ý và không có sự đồng bộ về truyền dẫn, vì thế mã Walsh không thể đợc sử dụng cho đờnglên Bản chất của đờng lên đòi hỏi sử dụng một loại mã khác gọi là mã PN

Tạo mã PN bằng bộ ghi dịch có hồi tiếp tuyến tính (xem hình 1.2) Các bít đợc dịch qua các tầng khác nhau của thanh ghi dịch Đầu ra của tầng sau cùng cho ra các bít của mã PN

Hình 1 Mô tả thanh ghi tạo mã PNGiả sử trạng thái đầu là (1,0,1) thì kết quả sẽ cho ra nh sau:

Đầu ra của thanh ghi dịch là một dãi các bít là dạng mã PN có chu kì là 7

Mã đợc tạo ra theo cách này có độ dài lớn nhất là:

N là số tầng hay bậc của thanh ghi dịch Trờng hợp xét là N=3 sẽ cho độ dài mã là 7.Một bộ mã PN gồm 7 mã có thể đợc tạo ra bằng cách dịch P và thay giá trị 0 thành –

1 ta đợc:

Các mã này thỏa mãn 3 điều kiện của mã đa truy nhập DS- SS đã nêu

3 Nguyên lý đa truy nhập trải phổ chuỗi trực tiếp

Hình 1.3 minh họa nguyên lý của một sơ đồ đa truy nhập trải phổ trực tiếp Chúng ta xét hai tín hiệu của hai ngời dùng khác nhau cùng phát đồng thời hai bản tin riêng biệt, m1(t) và m2(t) cùng phát ở một băng tần và cùng thời gian Hai bản tin này đợc nhân tơng ứng với hai mã trực giao c1(t) và c2(t) chính là 2 mã trực giao x và y đã đợc

đề cập ở phần trớc Kết quả tích số đợc đa vào bộ cộng và đợc phát vào kênh truyền

Hình 1 Nguyên lý DS-SSTrong trờng hợp này chúng ta giả định rằng có sự đồng bộ hoàn toàn ở máy thu Nếu các lỗi không đáng kể ở kênh truyền thì các bản tin m~ 1(t) và m~ 2(t) sẽ tơng ứng với các bản tin m1(t) và m2(t) Giả sử bản tin m1 là (+1 –1 +1) và m2 là (+1 +1 –1) Hình 1.4 mô tả dạng sóng và phổ của hai bản tin m1(t) và m2(t), hai mã trực giao c1(t)

và c2(t) và hai bản tin đợc trải phổ m1(t)c1(t) và m2(t)c2(t).Từ hình vẽ cho thấy sự khác biệt giữa Tb và Tc (Tb là chu kỳ bít (tính theo giây) của bản tin và Tc là chu kỳ của mộtchíp của mã trực giao) Trong ví dụ này tốc độ chíp (1/Tc ) của mã trực giao gấp 4 lần tốc độ bít (1/Tb) Vì thế chúng ta có hệ số mở rộng băng tần là 4

Hệ số mở rộng băng tần đôi khi đợc gọi là độ lợi xử lý W/R với W là băng thông của bản tin sau khi trải phổ và R là độ rộng băng của bản tin băng tần gốc W tơng đơng với 1/Tc , R tơng đơng với 1/Tb, với tính toán trên cho thấy độ lợi xử lý là 4 hay 6 dB Băng tần sau khi trải phổ bằng các mã trực giao thì có độ rộng lớn hơn băng tần bản tin gốc

Hình 1 Dạng sóng và phổ của các tín hiệuHình 1.5 chỉ ra các dạng sóng ở các điểm thu khác nhau trên hình 1.3 Tín hiệu ở

điểm A là tín hiệu kết hợp của tổng hai bản tin trải phổ Để thu đợc 2 bản tin riêng biệt từ phổ kết hợp, ta nhân bản tin kết hợp này với hai mã trực giao tơng ứng để đợc hai tín hiệu riêng biệt ở B1 và B2

Hình 1.6 chỉ ra tín hiệu ở các điểm C1 và C2 trong hình 1.3, đầu ra m~ 1(t) và m~2(t) của ngỡng ra quyết định và bản tin m~ 1(t) và m~ 2(t) đợc phục hồi

Hình 1 Dạng tín hiệu ở các điểm thu A, B1 và B2

Hình 1 Dạng tín hiệu ở đầu ra C1 và C2

Bộ tích phân đợc lấy trên các khoảng chu kì bít Tb của bản tin băng tần gốc và quyết

định chọn ngỡng dựa trên đầu ra của bộ tích phân cho tín hiệu -1 hay +1 Nếu đầu ra

bộ tích phân lớn hơn 0 thì quyết định chọn bít +1 ngợc lại chọn –1 Qua bộ biến đổi D/A cho ra tín hiệu tơng tự ở đầu ra giống với tín hiệu ban đầu

Ví dụ đa ra ở trên chỉ là minh họa nguyên lý đa truy nhập DS-SS Tuy nhiên trong thực tế đặc biệt trong môi trờng thông tin di động có nhiều hiện tợng làm giảm chất l-ợng của một hệ thống đa truy nhập DS-SS Đó là hiện tợng gần xa và vấn đề tơng quan phần tử

Trong thông tin di động, có những MS ở gần trạm thu phát gốc (BS) hơn những MS khác Nếu các MS phát cùng công suất thì BS sẽ thu đợc công suất của các MS ở gần, lớn hơn các MS ở xa BS Mặt khác tất cả các MS đang phát ở cùng băng tần nên côngsuất thu đợc ở các MS ở vị trí gần BS sẽ làm nhiễu mạnh đến toàn bộ hệ thống Đây chính là hiện tợng gần xa, để chống lại hiện tợng này thì sử dụng biện pháp điều khiển công suất để cho công suất thu các tín hiệu của MS ở các vị trí khác nhau thì

đều bằng nhau tại BS

Vấn đề thứ hai là tơng quan phần tử, khi không có sự đồng bộ của các máy phát dùng chung băng tần.Thậm trí khi các máy phát đợc đồng bộ nhng vẫn có hiện tợng trễ truyền sóng gây ra sự lệch pha Chúng ta xem xét ví dụ hai mã trực giao hoàn toàn khichúng không lệch pha:

Tuy nhiên nếu yi bị trễ 1 chíp do truyền sóng trong di động thì sẽ có

Ta dễ dàng thấy hai chuỗi này không trực giao nhau Nh vậy nếu các mã không trực giao nhau vì do không đợc đồng bộ hoặc do trễ truyền sóng thì các bản tin đa truy nhập ở cùng băng tần có thể không thể tách riêng ra khỏi tín hiệu tổng hợp Kết quả dẫn đến xuyên âm tơng quan và gây nhiễu lẫn nhau Nh vậy một yêu cầu cần thiết nữa là:

y t x



( ) (

Vì thế tính trực giao đơn giản giữa hai chuỗi mã là vẫn cha đủ cho hệ thống DS-SS Sựtơng quan phần tử của hai chuỗi mã ở trên cần phải bằng không hoặc có giá trị rất bé

đối với bất cứ giá trị  nào phù hợp với hệ thống

1.1.3 Những thuận lợi của DS-SS trong thông tin di động

Trớc hết, một hệ thống CDMA có thể dễ dàng thực hiện đợc việc truyền tiếng nói của con ngời Trong lúc đàm thoại giữa hai ngời thì thời gian thực tế đàm thoại mỗi bên chiếm ít hơn nửa thời gian Trong thời gian im lặng, các máy phát có thể thực sự ngừng phát để giảm công suất nhiễu ở kênh truyền Sự giảm công suất nhiễu này làm tăng độ lợi dung lợng của hệ thống Về mặt lý thuyết các hệ thống TDMA và FDMA cũng có thể làm đợc việc này qua phép thống kê thoại, nhng thực tế thì khó khăn hơn nhiều vì các nguồn vô tuyến là các kênh FDMA hoặc các khe thời gian TDMA cần phải đợc phân bổ động theo thời gian thực thông qua cơ sở hạ tầng mạng

Sự thuận lợi thứ hai đối với CDMA là các kênh vật lý RF có thể đợc sử dụng lại ở mọicell, vì vậy hệ số sử dụng lại tần số gần bằng 1 Trong một hệ thống AMPS thông th-ờng, phổ tần sẵn có đợc chia thành các khoanh (chunks) và đợc ấn định cho các cell khác nhau Những tần số đồng kênh không đợc sử dụng cho các cell lân cận để tránh giao thoa Mẫu sử dụng tần số chẳng hạn N=7 nghĩa là phổ tần đợc chia làm 7 khoanh

và ấn định cho 7 cell khác nhau Khoanh có tần số tơng tự đợc tái sử dụng ở một cell khác có khoảng cách nhất định để tránh giao thoa Do vậy, số kênh/cell bị giảm đi do

hệ số sử dụng lại tần số Việc sử dụng lại tần số đợc tăng nên nếu dùng biện pháp sector hóa Ngợc lại trong CDMA, các kênh vật lý giống nhau đợc sử dụng ở mọi cell,nhng cũng gây ra nhiễu đồng kênh Xét ở đờng xuống (từ BS xuống MS), mỗi MS ở một cell nào đó bị nhiễu do chính cell đó gây ra và do các cell lân cận gây ra ở đờng

lên (từ MS lên BS), mỗi cell bị nhiễu bởi các MS trong cell đó và các MS ở cell lân cận Thật khó để phân tích đánh giá lợng nhiễu đồng kênh xảy ra trong CDMA vì nhiễu phụ thuộc vào các yếu tố nh sự phân bố và số lợng các MS và địa hình Tuy nhiên, không cần phải quy hoạch tần số trong CDMA là một thuận lợi trong tính toán thiết kế RF.

Điều thuận lợi thứ 3 đó là khả năng của CDMA giảm đợc méo đa đờng Nếu méo đa

đờng đợc xác định trớc theo thời gian thì có thể loại bỏ một cách hiệu quả thông qua việc cân bằng thích ứng Mặt khác nếu nó biến đổi liên tục theo thời gian ở môi trờng

di động thì khó làm thích nghi nhanh đợc Kết quả méo đa đờng thờng gây tác hại xấutrong hệ thống băng hẹp, nhng sẽ ít bị ảnh hởng ở tín hiệu băng rộng trải phổ Hơn nữa trong hệ thống CDMA có thể dùng các bộ thu quét (rake), tất cả các tín hiệu đi theo các đờng truyền khác nhau đợc điều chế và đợc sử dụng

1.1.4 ảnh hởng của đờng truyền tới hệ thống CDMA

1.1.4.1 Phân tích đờng truyền sóng

Tỉ số C/N

Bất kỳ hệ thống thông tin nào, chúng ta cũng cần phải xem xét thông số quan trọng là

tỉ số sóng mang trên tạp âm (C/N) ở máy thu Đây là thông số tổng quát chung cho các hệ thống thông tin Thông số này cho ta biết công suất tín hiệu đợc so sánh với công suất tạp âm qua kênh truyền là bao nhiêu, vì thế C/N có thể đợc coi là hệ số phẩm chất của hệ thống thông tin Công thức đờng truyền đợc tính toán nh sau:

) 1 2 (

).

(

N

G L

ERP

N



Lp là suy hao truyền sóng trên kênh truyền

Gr là độ lợi anten thu

N là công suất tạp âm hiệu dụng

ERP= PtLcGt: công suất phát xạ hiệu dụng (Effective Radiated Power) từ anten phát

Pt là công suất phát ra ở bộ khuếch đại công suất của máy phát

Lc là suy hao cáp giữa bộ khuếch đại công suất và anten phát

Suy hao đờng truyền

Suy hao truyền sóng là sự suy giảm của tín hiệu khi truyền từ phía phát đến phía thu

Có nhiều mô hình truyền sóng để tính toán mức suy hao nhng tất cả đều dựa vào thông số chính là khoảng cách từ máy phát đến máy thu Nói cách khác suy hao truyền sóng phụ thuộc lớn vào khoảng cách giữa thu- phát Những ảnh hởng khác cũng đợc tính toán thêm Ví dụ trong thông tin vệ tinh ảnh hởng của khí quyển, hấp thụ do ma có ảnh hởng lớn đến việc xác định công suất tín hiệu thu ở đây xem xét ba mô hình truyền sóng cơ bản; truyền sóng trong không gian tự do, mô hình Lee, và môhình Hata

1 Mô hình truyền sóng trong không gian tự do

Trong không gian tự do, các sóng điện từ bị suy giảm theo một hàm nghịch đảo bình phơng đối với khoảng cách giữa thu- phát Dạng biểu thức tuyến tính ta có:

) 4 2 (

Mô hình không gian tự do đợc dựa trên khái niệm trải rộng hình cầu wave front là tín hiệu phát xạ từ một nguồn điểm trong không gian Nó chủ yếu đợc ứng dụng trong thông tin vệ tinh Còn đối với hệ thống thông tin di động, nơi mà suy hao do trớng ngại vật trên mặt đất và các suy hao khác thì cần các mô hình khác để việc tính toán suy hao trở nên chính xác hơn

2 Mô hình Lee

Truyền sóng trong thông tin mặt đất thì ảnh hởng xấu hơn trong môi trờng tự do bởi thờng có các trớng ngại vật giữa BS và MS Kết quả thu đợc các tín hiệu đi theo các h-ớng trực tiếp hoặc gián tiếp Tín hiệu trực tiếp là các tín hiệu trên đờng nhìn thẳng (LOS) và tín hiệu gián tiếp là bao gồm các tín hiệu phản xạ, khúc xạ từ các vật thể ( nhà cửa, cây cối, đồi núi) giữa máy phát và máy thu Mô hình Lee đa ra công thức đ-

ợc ứng dụng cho tần số cellular:

84 , 3 2 13

Với các giá trị của K nh sau:

a(hm)= 3,2 [log (11,75hm)]2 –4,97 và K0= 3 dB cho môi trờng đô thị đông đúc

Hình 1 Suy hao đờng truyền của các mô hình truyền sóng(Độ cao BS là 30 mét, sóng mang có tần số 881,5 MHz, độ cao của MS là 1.5 mét trong môi trờng đô thị thông thờng)

Kết luận; Tất cả các mô hình truyền sóng đều có thể đợc viết theo một công thức chung;

Lp=-L0- log (d)

L0 là hằng số còn  là độ dốc

Độ dốc là một hệ số chỉ ra công suất tín hiệu bị giảm nh thế nào theo hàm khoảng cách, ở hình 1.7 chỉ ra ba mô hình truyền sóng: môi trờng tự do, Lee, Hata độ dốc t-

ơng ứng của các mô hình này là: -20dB/decade, -38,4dB/decade,-35,2dB/decade

Các mô hình này là những dự báo có độ chính xác thay đổi từ 6 đến 8 dB khi so sánh với các số đo về trờng

Độ chính xác có thể tăng nên bằng việc tích hợp các kết quả đo trờng với mô hình Ví

dụ trong thực tế lấy các số đo trờng và tính toán độ dốc của mô hình đợc sử dụng khi biết chắc chắn khoảng cách từ BS đến MS

Hạn chế của ba mô hình này là không thể ớc tính cho các vùng MicroCell, vùng phủ sóng microcell có khoảng cách rất gần BS thờng thì nhỏ hơn 1 dặm Vì thế khi tính toán cần có các mô hình microcell chuyên nghiệp khác để sử dụng

1.1.4.2 Hiện tợng che tối

Công suất tín hiệu ở đờng truyền trực tiếp suy giảm tơng đối chậm khi MS di chuyển

xa BS Nhng khi MS đi ra xa BS thì có những chớng ngại vật chắn đờng truyền sóng trực tiếp ( nh nhà cửa, cây cối, xe cộ, ) thờng gây ra sự suy giảm công suất thu Sự suy giảm này gây ra ở nhiều bớc sóng mang và gọi là fading chậm, ảnh hởng của che tối cờng độ tín hiệu thay đổi chậm Đôi khi ngời ta gọi fading này là fading chuẩn loga, vì fading chậm đợc thực hiện theo mô hình phân phối log-normal với công suất trung bình và độ lệch chuẩn Vùng giảm tín hiệu đợc gọi là chỗ trũng fading Thời gian giữa hai trũng fading thờng vài giây nếu MS đợc đặt trên xe di động Ta có thể

hình dung fading chậm là sự biến đổi công suất chậm ở đỉnh của giá trị trung bình, sựthay đổi này đợc mô tả bằng phân bố xác xuất log_normal.

Lý do mà fading chậm đợc phân bổ theo log-normal là vì tín hiệu thu đợc là kết quả tín hiệu đợc phát đi qua các chớng ngại vật hoặc bị phản xạ từ các chớng ngại vật nh cây cối, nhà cửa, Mỗi chớng ngại vật làm suy giảm tín hiệu đến một mức độ nào đó,

và cuối cùng công suất tín hiệu thu đợc là tổng của các hệ số truyền dẫn của tất cả cácchớng ngại vật này Kết quả, log của tín hiệu thu đợc bằng tổng của một số lợng lớn các hệ số truyền dẫn tính theo dB Vì các hệ số là quá lớn nên giới hạn tập trung phân

bố của tổng này theo hàm Gaussian

1.1.4.3 Fading Rayleigh đa đờng

Khi MS ở ngoài tầm nhìn thẳng của BS ( chẳng hạn không có đờng tín hiệu đi đến máy thu qua đờng nhìn thẳng LOS) Trong trờng hợp này, các tín hiệu đợc thu từ một nhóm tín hiệu phản xạ từ các vật thể, và không có bất cứ đờng phản xạ nào có tín hiệumạnh lấn át các đờng phản xạ khác Các đờng tín hiệu phản xạ khác nhau đến máy thu ở các thời gian khác nhau đôi chút, với các biên độ khác nhau và pha cũng khác nhau

Lý thuyết và thực nghiệm đã xác định rằng, hình bao của một tín hiệu sóng mang thu

đợc ở MS đợc phân bố Rayleigh Vì thế loại fading này đợc gọi là fading Rayleigh Mô hình lý thuyết đợc kiểm nghiệm bằng thực tế cho rằng có nhiều đờng tín hiệu từ các hớng khác nhau( ví dụ N đờng tín hiệu phản xạ) thì tín hiệu thu tổng hợp là:

= [cos( 2 ) cos( 2 )  [sin( 2 ) sin( 2 ) 

1

, 1

N

n

n D

n ft f t R ft f t

Mỗi đờng phản xạ có một biên độ Rn và tần số sóng mang f, dịch tần fD, n của mỗi tín hiệu phản xạ là do hiệu ứng Doppler khi MS di chuyển Nếu tín hiệu đợc truyền đi song song theo hớng di chuyển của MS thì dịch tần Doppler là:

với  là vận tốc chuyển động của MSTín hiệu thu đợc biểu diễn ở dạng pha và thành phần vuông góc là:

ở đây thành phần đồng pha là:

và thành phần vuông góc là:

Các số hạng của các tổng ở trên là các biến số ngẫu nghiên độc lập với nhau và có sự phân bố tơng tự nhau Vì thế nếu N lớn thì cả RI(t) và RQ(t) trở thành hàm biến đổi ngẫu nhiên Gaussian có giá trị trung bình bằng 0 Hình bao của tính hiệu là:

có phân bố RayleighVì thế hàm mật độ xác suất là:

và p(R)=o với R<0

Một cách để hình dung loại fading này là mô tả một BS phát một sóng mang cha đợc

điều chế với một giá trị đờng bao không đổi Dạng sóng thu đợc ở MS sẽ có một giá trị đờng bao thay đổi; giá trị thay đổi của hình bao đợc phân bố theo phân bố

Rayleigh Độ rộng băng tần của sự biến đổi giá trị hình bao này đợc xác định bằng việc dịch tần doppler tối đa theo vận tốc MS

Do có nhiều tín hiệu đến máy thu theo các đờng khác nhau, nên kết quả có cộng hởng

và triệt tiêu Khi một MS di chuyển, thì biên độ có thể tăng hoặc giảm xem hình vẽ 1.8 Khoảng cách giữa mỗi fade phụ thuộc vào tần số mang Khi một máy thu di chuyển qua trờng này, thì tốc độ thay đổi của biên độ và pha của tín hiệu thu phụ thuộc cả vào tần số mang và vận tốc di chuyển của máy thu Trong môi trờng di động

sự thay đổi biên độ do hiện tợng fading có thể là 50dB, vì fading loại này xảy ra rất nhanh nên đôi khi nó đợc gọi là fading nhanh

Hình 1 Mô tả tín hiệu bị suy hao ở vị trí nửa bớc sóng

Ví dụ 1.1 So sánh tốc độ suy giảm (fade) xảy ra giữa dịch vụ cellular và PCS, giả sử

MS di chuyển tốc độ 90km/h hay 25 m/s Tần số mang là 900MHz cho cellular, và 1,9GHz cho PCS thế thì ta sẽ có các bớc sóng tơng ứng là:

Thời gian mà MS di chuyển đợc nửa bớc sóng là (từ 1 fade đến fade tiếp theo):

theo tính toán với cellular ta có thể thấy một sự suy giảm đáng kể về cờng độ của tín hiệu hoặc fade, qua mỗi khoảng thời gian 6,67 ms ( hoặc ở tốc độ tần số 150Hz) Đối với PCS, chúng ta thấy rằng mỗi khoảng thời gian 3,16 ms hoặc tần số tốc độ 317 Hz

Sự dịch tần Doppler cho hai trờng hợp này là:

1.1.4.4 Trễ đa đờng

Hiện tợng đa đờng xảy ra khi các tín hiệu đến máy thu là trực tiếp và gián tiếp do ờng truyền phải đi qua các vật cản hoặc bị phản xạ qua các vật cản Số lợng các tia phản xạ phụ thuộc vào góc tới, tần số mang, phân cực của sóng tới Vì độ dài đờng

đ-truyền khác nhau giữa các đờng trực tiếp và các đờng phản xạ, nên tín hiệu sẽ thu đợc

ở các thời điểm khác nhau qua các khoảng cách khác nhau Hình 1.9 minh họa khái niệm này:

Hình 1 Ví dụ về sự kéo dài của trễTại thời điểm t=0 phát một xung; giả định có vô số đờng phản xạ, một máy thu đợc

đặt cách xa 1 km đã phát hiện ra một loạt xung, hay delay spread

Nếu sự khác nhau về thời gian t là đáng kể so với một chu kỳ kí hiệu thì giao thoa giữa các ký tự (ISI) có thể xảy ra, nói cách khác các ký hiệu đến sớm hơn hoặc chậm hơn so với một chu kì ký hiệu có thể làm sai lạc thông tin Vì sự kéo dài của trễ và khác với đờng truyền cố định nên một hệ thống tốc độ cao sẽ chịu ISI ( nhiễu giao thoa ký hiệu)

Ví dụ 1.2 xác định sự kéo dãn của trễ chỉ ra ở hình 1.8 sẽ gây ra giao thoa ký hiệu đốivới một hệ thống di động với tốc độ số liệu là 270,83kb/s:

Vì chu kì bít xấp xỉ bằng độ trễ đợc chỉ ra ở hình 2.3 nên ISI có thể xảy ra trong tình huống này nếu không sử dụng bộ cân bằng

Ví dụ 1.3 Xác định giá trị kéo dài của trễ ( delay spread) sẽ gây ra cho hệ thống CDMA tốc độ 1,2288 Mb/s:

Trễ trong trờng hợp này lớn hơn nhiều so với chu kỳ bít nên giao thoa (ISI) sẽ xảy ra thờng xuyên Tuy nhiên hệ thống CDMA IS 95 sử dụng phân tập thời gian để khôi phục tín hiệu Hệ thống sử dụng một bộ thu quét rake để khôi phục tín hiệu Hệ thống

sử dụng một bộ thu quét rake để khóa các thành phần đa đờng khác nhau Nếu một chuẩn thời gian đợc định trớc, thì các thành phần đa đờng có thể đợc nhận dạng một cách riêng biệt đợc coi nh hồi âm (tiếng dội) của tín hiệu đợc phân biệt theo thời gian.Thành phần đợc nhận dạng riêng biệt này của tín hiệu thu có thể đợc đa vào pha và kết hợp để tạo ra tín hiệu thu tổng hợp cuối cùng Tuy vậy, hệ thống CDMA IS 95 không thể phân biệt rõ hoặc giải quyết các thành phần đa đờng nhỏ hơn 1s Trong môi trờng đô thị đông đúc, các BS ở rất gần nhau và mỗi BS đợc phát ở mức công suất

thấp, các thành phần đa đờng đến máy thu với các khoảng thời gian nhỏ hơn 1s có công suất rất thấp Trong trờng hợp này CDMA không thể giải quyết đợc các thành phần này để kết hợp các công suất nhằm tạo ra một tín hiệu tổng hợp hữu ích Điều này đợc thực hiện tốt trong CDMA băng rộng (B-CDMA) Sự thay đổi của B-CDMA

có tốc độ bít 5Mb/s và theo lý thuyết có thể giải quyết đợc các thành phần đa đờng 0,2 s

Chúng ta hãy xem xét hiệu ứng kéo dài trễ trong miền tần số Sử dụng một mô hình

đơn giản để minh họa Giả định có hai tín hiệu đa đờng cùng biên độ A chỉ ra ở hình 1.10:

Hình 1 Hai thành phần đa đờng cách nhau khoảng thời gian 

Một tín hiệu đa đờng có độ trễ  so với tín hiệu đa đờng kia Tín hiệu thu đợc sẽ là:Biến đổi Fourier ta đợc dạng phổ của r(t)

Chúng ta có thể viết lại:

Với H(f) là hàm truyền đạt, ta tính tiếp:

Về mặt độ lớn hình 1.11:

Hình 1 Fading lựa chọn tần số

đợc giải điều chế chuyển từ RF sang băng tần cơ sở Sau đó hàm đa truy nhập sẽ tách các tín hiệu của các ngời dùng khác nhau đang dùng chung phổ tần Giải mã hóa kênhsửa các lỗi do kênh truyền gây ra Hàm giải mã nguồn chuyển thông tin ở băng tần cơ

sở thành tín hiệu ban đầu

Hình 1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin số

1.1.5.1 Mã hóa nguồn

Nguồn thông tin đợc mã hóa dạng số để nó đợc xử lý tiếp ở các bớc sau Một trong những kĩ thuật đợc sử dụng trong các ứng dụng truyền dẫn là điều xung mã PCM, tín hiệu thoại tơng tự đợc chuyển thành dòng bít 64kb/s, hoặc sử dụng các kĩ thuật khác

nh điều chế xung mã thích ứng ADPCM và điều chế delta (DM) Mã hóa nguồn cho thoại ngời ta cũng gọi là “mã hóa dạng sóng” mục đích là để tạo dạng cho nguồn tin

Đây là lý do tại sao các modem máy tính có thể đợc sử dụng ở đờng điện thoại; thông tin ở dạng sóng đợc phát qua một modem truyền dẫn và đợc thu qua modem ở phía thu

PCM không khả thi trong các ứng dụng không dây vì nó bị giới hạn bởi độ rộng băng thông Việc truyền tốc độ 64Kb/s qua môi trờng không dây đòi hỏi độ rộng băng tần lớn hơn để có thể cấp đủ cho nhiều ngời dùng Vì vậy phải sử dụng các kĩ thuật mã hóa nguồn khác đợc lựa chọn là cần thiết để mô tả thông tin nguồn sử dụng ít băng thông hơn Đó là sử dụng các bộ mã hóa thoại Vocoder dựa vào các đặc tính của tiếngnói Hình 1.13 mô tả điều này

Hình 1 Sử dụng Vocoder trong Wireless

1 Đặc điểm tiếng nói

Trớc khi nói về mã hóa thoại chúng ta cần hiểu cơ bản về tiếng nói Các đặc điểm về tần số và thời gian của âm thanh con ngời đợc khai thác bằng những bộ mã hóa thoại

để mã hóa tiếng nói Tiếng nói của con ngời đợc thực hiện bởi sự kết hợp âm vô thanh

và hữu thanh Âm hữu thanh là các nguyên âm (“ eee” và “ uuu”) đợc sinh ra bằng việc đi qua các dao động có chu kì của không khí qua thanh quản Những âm này có một chu kì tỉ lệ với tần số cơ bản Tần số cơ bản này đợc xem nh là Pitch (đơn vị đo l-ờng) Các âm vô thanh là các phụ âm “t” và “p” đợc tạo ra bởi sự thay đổi luồng không khí đi qua thanh quản Những âm này giống nh tiếng ồn của âm đợc tạo ra bởi

sự đóng và mở đột ngột của thanh quản Hình 1.14 minh họa điều này:

Hình 1 Sự kích thích và phát âm của tiếng nóiMặc dù âm thanh con ngời là không ổn định theo thời gian nhng phổ của nó không thay đổi qua một chu kì 20 và 40ms Đây chính là lý do tại sao đa số các bộ vocoder tạo ra các khung có chu kì theo yêu cầu này, ví dụ bộ Vocoder trong IS95 CDMA tạo

ra các khung có chu kì 20ms

2 Các bộ vocoder

ống thanh quản có thể đợc mô hình hóa bằng một bộ lọc tuyến tính thay đổi theo thời gian Đó là bộ lọc đáp ứng biến đổi theo thời gian Điều này đợc thực hiện bằng việc cập nhật một cách có chu kì hệ số của bộ lọc Bộ lọc này là all-pole điển hình vì một

bộ lọc all-pole yêu cầu công suất máy tính thấp hơn một bộ lọc với cả hai poles và zeros Vì thế mô hình lọc thanh quản có thể đợc trình bày là 1/T(z) Nếu chúng ta thể hiện một tín hiệu kích thích là E(z) thì phổ của tín hiệu thoại S(z) đợc viết là:

Bộ lọc all-pole 1/T(z) có thể viết :

Đôi khi bộ lọc all-zero T(z) đợc xem nh bộ lọc tích phân và E(z)= S(z)T(z) thể hiện quá trình của phân tích tiếng nói Bộ lọc all-pole 1/T(z) là bộ lọc tổng hợp, nó đợc sử dụng chung với tín hiệu kích thích E(z) để tổng hợp tín hiệu tiếng nói S(z) Công thức

trình bày quá trình tổng hợp tiếng nói

Kĩ thuật mã hóa này đôi khi đợc gọi là mã hóa phân tích- tổng hợp

Hình 1 Quá trình tái tạo tiếng nói

Bộ mã hóa thoại phân tích tiếng nói và tạo ra các thông số kích thích (nh các quyết

định hữu thanh/vô thanh) và giá trị hệ số lọc trên 20ms Các tham số kích thích và các

hệ số lọc là các đầu ra của bộ mã hóa tiếng nói Trong hệ thống IS 95 CDMA các tham số và hệ số để xây dựng các nguồn kích thích và bộ lọc tổng hợp Kết quả đợc -

ớc lợng tiếng nói ở đầu ra của bộ giải mã thoại

Bộ mã hóa dự đoán tuyến tính (LPC) đợc sử dụng rộng rãi để đánh giá các hệ số lọc Một vòng hồi tiếp trong bộ mã hóa đợc sử dụng để so sánh giọng nói thực sự và giọngnói tái tạo Sự khác biệt giữa giọng nói thực và giọng nói tái tạo là độ sai lệch LPC đ-

ợc thiết lập để tạo ra các hệ số lọc để các lỗi này là tối thiểu Các hệ số lọc này cùng với các tham số kích thích đợc sử dụng bằng bộ giải mã để tổng hợp tiếng nói

Hệ thống IS95 CDMA sử dụng một biến thể của LPC đợc gọi là dự đoán tuyến tính kích thích mã (CELP) Thay vì sử dụng sự quyết định hữu thanh/vô thanh có một dạng khác của sự kích thích cho bộ lọc all- pole, đặc biệt là bộ mã hóa CELP sử dụng một sổ các kí hiệu điện tín để phát kích thích vào bộ lọc tổng hợp

1.1.5.2 Mã hóa kênh

Sau khi nguồn thông tin đợc mã hóa thành dạng số, cần phải thêm một phần mã vào tín hiệu băng tần gốc Điều này thực hiện để cải thiện chất lợng hệ thống thông tin bằng khả năng cho phép tín hiệu chống lại những ảnh hởng không tốt của sự suy giảmkênh nh tạp âm và fading Mục đích của mã hóa kênh là đa đến một xác suất lỗi mong muốn để giảm yêu cầu Eb/No hoặc lựa chọn đợc Eb/No là có thể thực hiện đợc

để giảm xác suất lỗi Cái giá của việc này là độ rộng băng thông lớn hơn hoặc có nhiều bít d thừa mà hệ thống phải phát

Trong phần này sẽ đề cập đến các mã sửa sai đợc sử dụng để mã hóa kênh để cải thiệnchất lợng hệ thống Mục đích là thêm các bít phụ vào các bít thông tin để có thể tìm thấy lỗi và hiệu chỉnh ở phía thu Nói cách khác là thêm vào các bít phụ để đợc chuỗi dài hơn nhằm bảo vệ số liệu

Ví dụ, mã sửa sai đơn giản nhất là lặp lại các bít thông tin Khi có một bít thông tin muốn gửi đi và bảo vệ lỗi thì có thể đơn giản gửi bít này đi 3 lần (ví dụ muốn gửi bít 1thì ta gửi đi 111) Theo cách này cơ hội mà máy thu thu đúng 1 bít này là lớn trong bất kì trờng hợp một bít nào trong quá trình truyền dẫn bị trợt thành bít 0 Máy thu sẽ

sử dụng cách giải mã theo đa số nghĩa là khi nào máy thu sẽ chỉ quyết định là bít 1 nếu đa số thu đợc là 1, mã này đợc kí hiệu là (3,1)

Tổng quát, (n, k ) là một bộ mã mà k là độ dài của chuỗi thông tin còn n là độ dài củachuỗi đợc mã hóa Một mã đôi khi đợc mô tả bằng tốc độ mã Tốc độ mã đợc tính là

n

k

R 

Có hai loại mã sửa sai chủ yếu là mã khối và mã chập (xoắn):

- Mã khối, đúng nh tên gọi, mỗi lần mã hóa một chuỗi thông tin thành một khối

- Mã chập thì có một thuộc tính nhớ Thuộc tính nhớ này phụ thuộc vào độ dài rằng buộc K của mã chập Đầu ra bội n (n-tuple) của bộ mã chập không chỉ là một hàm của đầu vào bội k (k-tuple) mà còn là một hàm đầu vào K-1 của bội k

1 Mã khối tuyến tính

Khoảng cách tối thiểu

Mã khối tuyến tính là một loại mã có thể đợc sử dụng để phát hiện lỗi hoặc sửa sai Một mã khối tuyến tính có thể đợc đặc trng bằng kí hiệu (n,k) cho một mã nhất định, nghĩa là bộ mã chuyển đổi một khối k bít thông tin thành một khối dài hơn n bít mã

Ví dụ ta có thể định nghĩa một mã khối tuyến tính (7,4) là một khối có 7 bít mã đợc

sử dụng để thể hiện một khối gồm 4 bít thông tin Dựa vào 4 bít thông tin (i1, i2, i3, i4),

ta sẽ có ba bít d thừa phụ (r1, r2, r3) nh sau:

Ví dụ nếu các bít thông tin là (1,0,1,0) tơng ứng với (i1, i2, i3, i4) thì các bít d thêm vào là:

Và từ mã sẽ là: ( 1,0,1,0,0,1,1) đợc sử dụng để thể hiện 4 bít thông tin Bảng 3.1 liệt

kê đầy đủ mã khối tuyến tính (7,4) là mã Hamming (7,4) và các bít d là các bít chẵn lẻ

Ta thấy rằng các bít d cải thiện đợc chất lợng lỗi của hệ thống Để đánh giá chất lợng lỗi chúng ta đa ra khái niệm khoảng cách Hamming, khoảng cách Hamming giữa bất kì hai từ mã nào là số vị trí mà hai từ mã này khác nhau Ví dụ: Khoảng cách

Hamming giữa hai từ mã (1, 1, 1, 1, 1 ,1, 1) và (1, 1, 1, 0, 1, 0, 0) là 3

Khoảng cách tối thiểu d* của một mã là khoảng cách Hamming của một cặp các từ mã

có khoảng cách Hamming bé nhất, đối với mã Hamming (7,4) đã thấy khoảng cách Hamming nhỏ nhất là 3 do đó d*=3

Khả năng phát hiện lỗi q của một từ mã là d*  q+1

áp dụng vào khoảng cách tối thiểu d* =3 của mã Hamming (7,4) thì khả năng sử lỗi làt=1 và khả năng phát hiện lỗi là q=2 lỗi

Để giải mã một từ mã thu đợc thì bộ giải mã giả định rằng từ mã thu đợc gần giống nhất với từ mã đợc phát đi Ví dụ từ mã thu đợc là (0,0,0,1,1,1,1) vì từ mã này không thuộc một trong các từ mã ở bảng 1.1 của mã Hamming (7,4) nên chắc chắn có ít nhấtmột lỗi xảy ra Giả định rằng từ mã phát đi gần giống với từ mã đợc thu thì bộ giải mãquyết định từ mã là (0,0,0,1,0,1,1) thực sự đã đợc phát đi ở máy phát Việc thực hiện này đợc thông qua mạch logic số đợc sử dụng để giải mã

Kiểm tra d vòng (CRC)

IS95 CDMA sử dụng mã khối để biểu thị chất lợng của khung phát ( gồm một khối các bít thông tin) IS95 CDMA sử dụng kiểm tra d vòng (CRC) là một trong các mã khối phổ biến nhất Đối với CRC, các bít thông tin đợc xem nh một số nhị phân dài

Số nhị phân dài này đợc chia cho một số duy nhất nguyên thủy cũng là số nhị phân và

số d (là các bít d) đợc thêm vào các bít thông tin Khi thu khung này máy thu thực hiện phép chia nh vậy sử dụng số chia nguyên thủy nh thế và so sánh số d đã đợc tính toán để phát đi với số d thực tế thu đợc trong khung để kiểm tra lỗi

Ví dụ, mã Hamming (7,4) ở trên có thể đợc tạo ra bằng việc sử dụng một số chia (1,0,1,1) biện pháp này ta có thể thấy rõ khi thể hiện các bít nhị phân dới dạng một đathức Ví dụ các bít nhị phân (1,0,1,1) đợc thể hiện bằng đa thức:

Mỗi số hạng trong đa thức tơng ứng với mỗi bít của số nhị phân

Đa thức g(x) gọi là đa thức nguyên thủy, chẳng hạn bản tin (1,0,1,0) cần đợc mã hóa

sử dụng mã Hamming (7,4) Để làm đợc việc này chúng ta phải chuyển đổi bản tin sang dạng đa thức:

Sau đó dịch bản tin đi (n-k) vị trí bằng cách nhân đa thức bản tin với xn-k

Trong trờng hợp này(n-k)=(7-4)=3 vậy ta có:

Chú ý rằng đa thức này tơng đơng với (1,0,1,0,0,0,0)

Số bít d có thể đợc thực hiện bằng việc chia x3m(x) cho g(x):

Với x6+ x4 là x3m(x)

x3+1 là thơng số

x3+x+1 là đa thức sinh g(x)

x+1 là phần d

Đa thức d x+1 thể hiện các bít d đợc thêm vào bản tin đó là các bít d (0,1,1) và chúng

ta có thể thấy mã Hamming (7,4) trong bảng 1.1 có các bít d (0,1,1) đợc thêm vào bảntin (1,0,1,0) để tạo ra từ mã (1,0,1,0,0,1,1)

Trong hệ thống CDMA khi bộ mã hóa thoại đang hoạt động ở tốc độ toàn tốc (full rate) thì mỗi khung chiếm 20ms cha 192 bít, trong đó 172 bít thông tin, còn lại 12 bítchỉ thị chất lợng khung, 8 bít đuôi của bộ mã hóa 8 bít đuôi này đợc đặt giá trị 0, 12 bít chỉ thị chất lợng khung là các bít d phụ thuộc vào 172 bít thông tin trong khung

Đa thức sinh đợc sử dụng để phát các bít d cho một khung toàn tốc là:

ở tốc độ bán tốc (half-rate) mỗi khung 20ms có 96 bít bao gồm 80 bít thông tin và 8 bít chỉ thị chất lợng khung, 8 bít đuôi của bộ mã hóa Trong trờng hợp này, 8 bít chất lợng khung ( hay bít d) đợc tạo ra bằng đa thức sinh:

2 Mã chập (xoắn)

Mã khối cũng có thể đợc gọi là mã không nhớ Nghĩa là từ mã hoặc các bít kiểm tra

d vòng CRC đợc thêm vào ( trong IS95 CDMA ) chỉ là một hàm của khối hiện tại Còn các mã chập thì các bít đợc mã hóa lại phụ thuộc vào các bít thông tin đầu vào vàcác chức năng của độ dài ràng buộc Mọi bít đợc mã hóa (ở đầu ra của bộ mã chập )

là một sự kết hợp tuyến tính của vài bít thông tin trớc đó Đờng xuống (BS-MS) sử dụng mã chập tốc độ 1/2 và độ dài ràng buộc K=9 Hình 1.16

Hình 1 Sơ đồ mã chập cho đờng xuống CDMABan đầu, tất cả các thanh ghi đợc cho giá trị 0 Khi các bít bản tin mi đợc đa vào theo xung nhịp ở phía bên trái thì các bít đầu ra đợc dịch qua các khâu và đợc cộng modul

2 Tổng đợc đa ra đầu ra của bộ mã chập Vì tốc độ mã là 1/2 nên cứ mỗi xung nhịp

sẽ tạo ra 2 bít Tốc độ đầu ra gấp 2 lần tốc độ đầu vào Hàm tạo mã cho 2 bít đầu ra lày’i và y’’i ta có thể viết:

Đối với đờng lên (MS-BS) IS95 CDMA sử dụng một sơ đồ mã chập khác MS bị giới hạn về công suất nên đờng lên, sử dụng một mã chập tốc độ 1/3 và độ dài ràng buộc k=9 Một bít vào sẽ cho ra 3 bít đầu ra, vì thế tốc độ đầu ra gấp 3 lần tốc độ đầu vào Hình vẽ 1.17 chỉ ra điều này:

Hình 1 Mã xoắn trong hệ thống IS95 CDMA (đờng lên)Hàm tạo mã cho 3 đầu ra:

Cơ cấu giải mã cho các mã chập sử dụng một thuật toán cây tìm kiếm thông qua ới”

“l-3 Ghép xen

Các tín hiệu đợc truyền qua kênh thông tin di động dễ bị fading Các mã sử sai đợc thiết kế để chống lại lỗi do Fading và đồng thời giữ cho công suất tín hiệu ở một mức hợp lý Hầu hết các mã sửa sai thực hiện tốt việc sửa các lỗi ngẫu nhiên Tuy nhiên trong các chu kì fading sâu, các lỗi cụm hoặc lỗi các dòng bít dài liên tục có thể làm cho chức năng sửa sai trở nên vô ích Ghép xen là một kĩ thuật sắp xếp ngẫu nhiên cácbít trong một dãy bít bản tin để các lỗi cụm do kênh truyền có thể chuyển thành các lỗi ngẫu nhiên Chúng ta muốn gửi bản tin “ARE YOU SURE THAT THEY ARE COMMONGT TO LUNCH WITH US” qua một kênh bị fading Một cách để ghép xen bản tin để nạp nó vào trong 1 ma trận bốn hàng và 10 cột Chúng ra cắt bản tin thành bốn phần để đa vào bốn hàng Sau đó đọc bản tin ra từ trên xuống theo từng cột.Kết quả đợc một bản tin ngẫu nhiên sẽ đợc gửi qua kênh truyền:

Bản tin gốc:

Ma trận ghép xen:

Bản tin ghép xen :

Bản tin ghép xen (với các lỗi cụm burst):

Bản tin đợc khôi phục (với các lỗi ngẫu nhiên):

Kênh truyền chứa các lỗi cụm trong bản tin Kết quả các kí tự gạch chân thu đợc bị lỗi Phía thu, một bộ giải ghép xen xây dựng lại bản tin sử dụng ma trận tơng tự Các

lỗi cụm thực sự đợc chuyển thành lỗi ngẫu nhiên Trờng hợp này độ sâu của ghép xen

là 10 (10 cụm)

IS95 CDMA dùng bộ ghép xen cho kênh lu lợng hớng lên sử dụng ma trận 32 hàng

48 cột (tốc độ toàn tốc) Đối với đờng xuống là 24 hàng 16 cột

Trong hệ thống IS95 CDMA mỗi tín hiệu băng hẹp của ngời dùng đợc trải rộng thành một băng tần rộng hơn Sử dụng đờng truyền không đối xứng Đờng xuống sử dụng các mã Walsh còn đờng lên sử dụng các mã giả tạp âm (PN) để mã hóa kênh

1.1.5.3 ứng dụng mã Walsh vào kênh truyền trong DS-SS

Giả sử có 3 ngời sử dụng khác nhau mỗi ngời sử dụng muốn gửi các bản tin riêng các bản tin này lần lợt là:

Mỗi ngời sử dụng này đợc ấn định một mã tơng ứng:

Mỗi bản tin đợc trải phổ bằng mã walsh tơng ứng Tốc độ chíp của mã gấp 4 lần tốc

độ bít bản tin ( hệ số xử lý là 4) Đối với bản tin thứ nhất:

Tiếp theo là tín hiệu trải phổ của các bản tin thứ 2:

Sau đó máy thu tích hợp hay cộng dồn các giá trị mỗi bít đợc kết quả M1(t), M2(t),

M3(t):

Một ngỡng ra quyết định để cho ra các giá trị:

Sau khi áp dụng quy tắc nêu trên ta đợc:

Việc sử dụng mã walsh để phân biệt các bản tin này cho những ngời dùng khác nhau

là hoàn toàn thực hiện đợc, tuy nhiên điều này lại phụ thuộc chủ yếu vào sự trực giao của chuỗi mã Chẳng hạn có sự trễ đa đờng gây ra trong quá trình truyền sóng làm cho mã có sự sai lệch bị trễ một chíp thì mã bị trễ sẽ không trực giao với các mã còn lại (không trễ) Ví dụ 2 mã:

là trực giao nhng nếu w3 bị trễ một chíp là:

thì dễ thấy w2 và w’3 sẽ không trực giao

Do đó việc đồng bộ là cần thiết cho việc sử dụng mã walsh cho đa truy nhập DS-SS Thực tế hệ thống IS95 CDMA sử dụng một kênh Pilot và một kênh đồng bộ để đồng

bộ đờng xuống

1.1.5.4 ứng dụng mã PN vào kênh truyền trong DS-SS

Giả sử có 3 bản tin của 3 ngời dùng cần gửi đi:

Mỗi ngời sẽ đợc phân bổ một mã PN tơng ứng:

nếu

Bản tin 1 đợc trải phổ bằng mã PN 0, bản tin 2 đợc trải phổ bằng mã PN3 và bản tin 3

đợc sử dụng cho PN Độ lợi xử lý là 7 ta sẽ có:

Tơng tự cho các bản tin tiếp theo: