các đặc trưng cơ bản của thông tin trải phổ

Mục lục lời nói đầu chơng i Các phơng pháp trải phổ 1.1 Gi ới thiệ u 1.2 Hai vấn đ ề thông tin 1.2.1 Pluse-Noise-Jamming (gâ y nhiễ u dạng tạpâ m) 1.2.2 Xác suất phát hiệ n thấp 1.3 Các hệ thống trải phổ 10 1.3.1 Trải phổ chuỗi trực tiế p BPSK 11 1.3.2 Điề u chế QPSK DS/SS 18 1.3.3 Trải phổ nhảy tầ n chậm không liên kế t 24 1.3.4 Trải phổ nhảy tầ n nhanh không liên kế t 27 1.3.5 Kế t h ợp trải phổ chuỗi trực tiế p/ trải phổ nhảy tần 29 1.4 Cách tạo đặ c đ iể m chuỗi giả ngẫu nhiên PN 30 1.4.1 Đị nh nghĩ a nề n tảng toán học 30 1.4.2 Cấu hì nh tạo chuỗi M 32 1.4.3 Phổ công suất chuỗi M 34 1.4.4 Độ an toàn chuỗi m 36 1.5 Đồng hệ thống trải phổ 37 1.5.1 Bt ồng b 38 1.5.2 Bỏm mó 40 chơng Hệ thống IS-95 (CDMA) 41 2.1 Tổ ng quan hệ thống CDMA 41 2.1.1 Nguyên lý CDMA 42 2.1.2 Cấu hì nh hệ thống: 44 2.2 Đờng xuống 53 2.3 Đờng lên 57 2.4 Dung lợng hệ thống CDMA 57 2.5 Điề u nh công suất 62 chơng iii Tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA 66 3.1 Tổ ng quan 66 3.2 Tí nh toán dung lợng CDMA 68 3.2.1 Tí nh dung lợn g CDMA đ ơn bào 68 3.2.2 Tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA đ a bào 71 3.1.2.1 Dung lợng đ ờng xuống hệ thống CDMA đ a bào 71 3.2.2.2 Dung lợng đờng lên hệ thống CDMA 79 3.3 So sánh dung lợng vô tuyế n giữ a fdma, tdma, cdma 82 3.3.1 Môi trờng gi ới hạn theo tạpâ m 82 3.3.2 Môi trờng gi ới hạn nhiễ u 85 kết luận 89 tài liệu tham khảo 90 lời nói đầu Lý thuyế t trải phổ đ ã đ ợc xâ y dựng từ nhữ ng năm 1950 đ ợc áp dụng thông tin quâ n từ nhữ ng năm 1960, v ới mục đ í ch hạn chế tác đ ộng việ c gâ y nhiễ u tí n hiệ u che dấu tí n hiệ u tránh đ ể thu trộm Điề u thực hiệ n cách trải phổ tí n hiệ u t ới đ ộ rộng băng tầ n cần thiế t làm cho tí n hiệ u bị che lấp tạpâ m Điề u chế trải phổ đ ợc sử dụng kế t hợp v ới kĩ thuật đ a truy nhập phâ n chia theo mãđ angđ ợc đ ề xuất cho việ c sử dụng hoặ c ứng dụng nhiề u lĩ nh vực m ới đặ c biệ t cho hiệ u tốt hệ thống thông tin di đ ộng tế bào Hệ thống cho hiệ u sử dụng dải tầ n hơ n hẳ n so v ới hệ thống FDMA TDMA Khi áp dụng công nghệ CDMA cho hệ thống thông tin di đ ộng tế bào đ ạtđ ợc dung lợng hệ thống cao hơ n nhờ đặ c tí nh mề m dẻo dung lợng, cho phé p cải thiệ n chất lợng truyề n dẫn môi trờng pha đ inh nhiề u tia đ ồng thời giảm thiể u xuyên nhiễ u môi trờng nhiề u ngời sử dụng giải quyế t tốt vấnđ ề gầ n xa Ngoài ra, cung cấp chức bảo mật gọi mức đ ộ cao khả chuyể n giao mề m dựa nguyên c kế t nối nối trớc cắ tđ ảm bảo không xảy giánđ oạn thông tin trì nh chuyể n giao Các mạng CDMA thơ ng mại đ ãđ ợc đ a vào khai thác nhiề u nớc gi ới nh khu vực nớc ta hiệ n kĩ thuật trải phổ hệ thống thông tin di đ ộng sử dụng kĩ thuật CDMA m ới đ ợc đ a vào thử nghiệ m Do vậy, đ án tập trung vào nghiên cứu đặ c trng thông tin trải phổ khả ứng dụng hệ thống thông tin di đ ộng tế bào CDMA Nội dung đ án bao gồm chơ ng: Chơ ng I : Các phơng pháp trải phổ Trì nh bày khái quát chung thông tin trải phổ khái niệ m đặc tí nh kĩ thuật trải phổ Chơ ng II : Hệ thống IS 95 (DS/CDMA) Trì nh bày sở hệ thống thông tin di đ ộng Chơ ng III : Tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA Xem xé t dung lợng hệ thống CDMA đ a tế bào Em xin châ n thành cảm n thầy giáo TS Đỗ quốc trinh đ ã tận tì nh hớng dẫn giúp đ ỡ em hoàn thành nội dung đ án Do trì nh đ ộ thời gian có hạn nên trì nh thực hiệ n có nhiề u sai sót Kí nh mong đ ợc đ óng góp ý kiế n thầy giáo bạn có quan tâ m đến Hà nội 02/2004 chơng i Các phơng pháp trải phổ 1.1 Giới thiệ u Nhiễ u kỹ thuật đ iề u chế -giảiđ iề u chế đ ã đ ợc đ a từ trớc đến đ ể áp dụng việ c truyề n thông tin từ nơ i đ ế n nơ i khác cho đ ạt hiệ u môi trờng có tạpâ m trắ ng Gaussian (AWGN) Các tí n hiệ u truyề nđ i đ ợc chọn lựa cho sử dụng hiệ u công suất băng thông giải mã đ iề u chế đ ợc thiế t kế cho có đ ợc xác suất lỗi bí t nhỏ Để đ ạtđ ợc đ iề u ngời ta thực hiệ n phé p so sánh dựa băng tầ n Eb/N0 yêu cầ u Modem Mặ c d ù kênh thông tin thực đ ợc mô hì nh hoá cách chí nh xác giống nh nhữ ng kênh AWGN dừng, có kênh quan trọng khác không ph ù h ợp v ới mô hì nh Ví dụ nh hệ thống thông tin quâ n bị nhiễ u xung liên tục gầ n tầ n số trung tâ m Modem, hay chí nh tí n hiệ u từ Modem truyề n lại bị mé o Trong nhữ ng trờng h ợp nh vậy, nhiễ u đ ợc mô hì nh hoá giống nh tí n hiệ u AWGN dừng Một gâ y nhiễ u khác phát AWGN nhng tí n hiệ u nhiễ u tí n hiệ u xung Một loại nhiễ u khác, không thí ch h ợp v ới mô hì nh AWGN xuất hiệ n có nhiề u đ ờng truyề n giữ a máy phát hoặ c máy thu Hiệ n tợng gọi hiệ n tợng thu đ a đ ờng, vấn đ ề vô tuyế n vi ba nhì n thẳ ng, nhng chứng minh vô tuyế n đ ợc dùng đ ể truyề n tí n hiệ u thoại đ ờng dài, diđ ộng thành phố nhữ ng nơ i khác nữ a Chơ ng rõ cho ta biế t kỹ thuật đ iề u chế dải đ iề u chế đ ợc sử dụng nhằm mục đ í ch giảm nhẹ nhữ ng ảnh hởng xấu loại nhiễ uđ ã mô tả Kỹ thuật đ iề u chế dải đ iề u chế đ ợc gọi kỹ thuật trải phổ , băng tầ n truyề n dẫn đ ợc sử dụng l ớn hơ n nhiề u so v ới băng tầ n tối thiể u d ùng cho việ c thông tin số Để nhận biế t thông tin trải phổ phải có nhữ ngđặ c đ iể m sau: 1.Năng lợng tí n hiệ u phát đ i phải chiế m băng tần l ớn hơ n so v ới tốc đ ộ bí t thông tin, hoàn toànđ ộc lập v ới tốc đ ộ bí t thông tin Quá trì nh giảiđ iề u chế phải thực hiệ n cách lấy tơ ng quan tí n hiệ u thu đ ợc với tí n hiệ u sử dụng máy phátđ ể trải tí n hiệ u Có số kỹ thuật đ iề u chế sử dụng băng tầ n truyề n dẫn l ớn hơ n nhiề u lần so v ới băng tầ n tối thiể u nhng đ iề u chế trải phổ Mã hoá tốc đ ộ thấp làm tăng băng tầ n truyề n dẫn nhng không đ áp ứng v ới nhữ ng đ iề u kiệ n đ ã nêu Điề u chế tần số băng rộng làm tăng băng thông truyề n dẫn nhng trải phổ Kỹ thuật trải phổ hữ u í ch giải quyế t nhiề u vấn đ ề thông tin Nhữ ng l ợi í ch đ ạt đ ợc qua việ c sử dụng kỹ thuật trải phổ đ ợc gọi tăng í ch xử lý hệ thống trải phổ Điề u đ ó có nghĩ a đ ộ tăng í ch xử lý hiệ u giữ a chất lợng hệ thống d ùng kỹ thuật trải phổ chất lợng hệ thống không d ùng kỹ thuật trải phổ , tất nhữ ng thứ khác nh Nó đ ợc tí nh gầ n đ úng tỉ số giữ a băng thông trải phổ tốc đ ộ thông tin Chơ ng nhằm cung cấp thêm nhữ ng thông tin giúp cho việ c nghiên cứu hệ thống trải phổ đ ể giới thiệ u hệ thống trải phổ đ ợc sử dụng rộng rãi 1.2 Hai vấn đề thông tin 1.2.1 Pluse-Noise-Jamming (gâ y nhiễ u dạng tạp â m) Chúng ta xem xé t hệ thống thông tin khoá dị ch pha liên kế t BPSK đ ợc sử dụng có Pluse-Noise-Jamming Bộ Pluse-Noise-Jamming phát xung tạp â m trắ ng Gaussian có băng tần bị gi ới hạn có lợng trung bì nh tổ ng cộng J t ới thu Nó chọn cho băng thông tầ n số trung tâ m tạp â m giống nh băng thông tần số trung tâ m máy thu Ngoài lựa chọn hệ số chu kỳ xung nhằm tạo suy giảm l ớn t ới đ ờng thông tin trì công suất phát trung bì nh không đ ổ i J xác suất lỗi bí t hệ thống khoá dị ch pha liên kế t BPSK Pb Pb = Q Eb N0 (1.1) V ới N0: Mật đ ộ phổ lợng tạp â m phí a thể hiệ n tạp â m nhiệ t máy thu Khi phát, Jammer tạp â m tăng mật đ ộ phổ lợng từ N0 t ới N0+NJ/P đ ó NJ = J/W mật đ ộ phổ lợng công suất trung bì nh phí a W băng thông truyề n dẫn Jammer Bộ Jammer phát sử dụng hệ số cho xác suất lỗi bí t trung bì nh : 2Eb Pb = (1 p )Q N 2Eb + pQ N +N I/P (1.2) Jammer chọn p đ ể cực đ ại Khi hệ thống đ ợc thiế t kế hoạt đ ộng Pb môi trờng Jamming công suất l ớn đ ợc sử dụng tạp â m nhiệ t đ ợc bỏ qua Trong trờng h ợp 2Eb P Pb (1 p)Q N (1.3) Hàm Q bị gi ới hạn biể u thức : Pb P E P/ N 4EbP/ N e b J (1.4) J Giá trị l ớn hàm đ ạt đ ợc thực hiệ n đ ạo hàm bậc cho đ ó P=NI/2Eb Pb 1 2E E b / N J (1.5) Tất nhiên hệ số chu kỳ phải nhỏ hơ n hoặ c bằ ng Vì biể u thức 1.5 d ùng Eb/N < 0,5 đPbợc tí nh theo công thức 1.3 v ới P = Chúng ta thấy phụ thuộc hàm mũ sác xuất lỗi bí t phụ thuộc vào tỉ số S/N biể u thức 1.1 đ ãđ ợc thay mối quan hệ tuyế n tí nh ngợc 1.5 - 1.0 - 2.0 Hì nh 1.1 : - 3.0 Xác suất a(eq 9-5) - 4.0 lỗi bit - 5.0 31.5dB - 6.0 - 7.0 - 8.0 00 10 20 30 40 Ta thấy tạpâ m xung Jammer gâ y suy giảm 31,5dB vị trí sác xuất lỗi bí t 10-5 Sự suy giảm l ớn hệ thống tạp â m xung Jammer đ ợc loại bỏ triệ tđ ể sử dụng kế t hợp kỹ thuật trải phổ việ c sửa mã máy thu đ ối v ới cách hoán vị thí ch h ợp Việ c trải phổ làm thay đ ổ i toạ đ ộ từ Eb/N t ới Eb K/ngỡng v ới K const W/R, R:là tốc đ ộ liệ u trải phổ Mã hóa sửa sai đ ợc sử dụng đ ể trả lại từ mối quan hệ tuyế n tí nh ngợc giữ a xác suất lỗi tỉ số S/N mối quan hệ hàm mũ nh mong muốn Cuối c ùng đ ể tạo suy giảm l ớn Jammer cần biế t đ ợc giá trị Eb/N máy thu Có nghĩ a cầ n biế t đ ộ suy giảm đ ờng thu-phát Jammer thu Trong môi trờng chiế n thuật việ c thực hiệ n đ ợc đ iề u khó khăn, kế t thờng trờng hợp xấu Ngoài Jammer thực bị gi ới hạn lợng đ ỉ nh đ ầu sử dụng hệ số công suất nhỏ tuỳ ý Mặ c d ù có nhữ ng hạn chế nh nhng nhiễ u xung mối đ e doạ đ ối v ới hệ thống thông tin quâ n 1.2.2 Xác suất phát hiệ n thấp Có nhữ ng trờng h ợp ngời ta mong muốn đ ờng thông tin đ ợc hoạt đ ộng mà không biế t bên tham gia Hệ thống thông tin LPD đ ợc thiế t kế cho có máy thu mong muốn phát hiệ n đ ợc Điề u này, tất nhiên ngụ ý v ới lợng tí n hiệ u nhỏ theo yêu cầ u mà đ ạtđ ợc chất lợng cụ thể hệ thống đ ợc sử dụng Mục đ í ch hệ thống thông tin LPD sử dụng thực hiệ n mà cho xác suất phát hiệ n nhỏ vài khoảng thời gian Các kỹ thuật trải phổ giúp đ ỡđ kể ngời thiế t kế hệ thống đ ể đ ạtđ ợc mụcđ í ch Giả sử phát hiệ n đ ang sử dụng đ o xạ Bộ đ o xạ phát hiệ n lợng nhận đ ợc băng tầ n W từ việ c lọc băng tầ n, lấy bì nh phơngđ ầu lọc tí ch phâ n thời gian T, so sánh giá trị thời đ iể m T v ới ngỡng nh đ ợc miêu tả hì nh (9.2) Nế u nh thờiđ iể m T giá trị đ ầu lọc l ớn hơ n ngỡng có tí n hiệ u, ngợc lại tí n hiệ u Chất lợng đ o xạ nhiệ tđ ợc xác đ ị nh hàm mật đ ộ xác suất đ ầu tí ch phâ n thời đ iể m T đ ợc xác đ ị nh Hàm mật đ ộ xác suất đ ợc sử dụng đ ể tí nh toán xác suất phát hiệ n Pd phát hiệ n tí n hiệ u xác suất thất bại có tạpâ mđ n Ptâ Lọc thông dải BW = W (.)2 t= So s ánh điệ n áp ( )dt Hì nh 1.2: Bộ phát hiệ n tí n hiệ u Quyế t đị nh tin hiệ u hiệ n hoặ c không Hai cách lấy xấp xỉ thờng đ ợc d ùng cho số liệ u đ ầu tí ch phâ n thiế t bị đ o xạ Một loại sử dụng số liệ u thống kê x (Khi) bì nh phơ ng không trung tâ mđ ối v ới trờng hợp tí n hiệ u + tạpâ m lối vào trung tâ m có mì nh tạp â m Có thể xấp xỉ lần nữ a thống kê (x) bì nh phơ ng trung tâ m trờng h ợp tí n hiệ u + tạpâ m nế u có đ iề u nh thí ch h ợp bậc tự x bì nh phơ ng nhiễ u ngỡng đ ối v ới phát hiệ n Loại thứ đ ợc sử dụng tí ch băng thông TW tí n hiệ u l ớn Các phơ ng trì nh thu đ ợc trờng h ợp là: K TW S , TW>>1: Xác suất phát hiệ n (1.6) Pd = Q TW + 2S K TW , TW>>1: Xác suất cảnh báo nhầ m Pfa = Q TW (1.7) V ới S tỉ số toàn lợng tí n hiệ u v ới mật đ ộ phổ tạp â m đ ầu (Bộ tí ch phâ n) S=ES/N0 hì nh 1.2 Q(.) hàm K0 hệ số ngỡng thờng cố đ ịnh cho xác suất cảnh báo nhầ m cố đ ị nh Tỷ số S/N đ ầu lọc thông dải nhỏ hơ n ES/N0 giá trị TW phụ thuộc vào phí a quan tâ m chặ n hay thông tin ta lựa chọn hai chiế n lợc (Phơng pháp) sau 1) Nế u chặ n, xâ y dựng đ ợc thu có tạp â m thấp nhất, tí ch phâ n thời gian dài (toàn khoảng thời gian thông tin) v ới lọc thông dải lối vào đ ạt đ ợc bằ ng dải thông tí n hiệ u (ở trung tâ m)đ iề u thực hiệ nđ ợc chấp nhận xác suất cảnh báo nhầ m l ớn 2) Nế u thông tin, thực hiệ n trải đ ợc chấp nhận toàn dải hoạt đ ộng v ới lợng nhỏ khoảng T nhỏ 1.3 Các hệ thống trải phổ Một tí n hiệ u trải phổ băng thông rộng đ ợc tạo cách đ iề u chế sóng mang liệ uđ ã đ ợc đ iề u chế sóng mang v ới tí n hiệ u có phổ tầnđ ợc trải rộng Điề u chế trải phổ đ iề u chế pha hoặ c thay đ ổ i nhanh tầ n số sóng mang, hoặ c kế t h ợp phơ ng pháp c ùng nhữ ng công nghệ khác nữ a Khi việ c trải phổ đ ợc thực hiệ n theo phơ ng pháp đ iề u pha tí n hiệ u thu đ ợc tí n hiệ u trải phổ dãy trực tiế p (DS/SS) Còn việ c trải phổ cách thay đổ i nhanh tầ n số sóng mang ta thu đ ợc tí n hiệ u nhảy tầ n Tất kỹ thuật trênđ ợc bàn luận theo phần mục tiế p theo Tí n hiệ u trải phổ đ ợc chọn có đặ c tí nh cho việ c thực hiệ n giảiđ iề u chế tí n hiệ u truyề nđ i thuđ ị nh trớc dễ dàng thu không đ ịnh trớc khó Tí nh chất để giúp cho thu đ ị nh trớc phâ n biệ t tốt đ ợc giữ a thông tin nhiễ u Nế u băng thông tí n hiệ u trải phổ đ ợc rộng hơ n băng thông liệ u băng thông truyề n thông trải phổ bị chi phối tí n hiệ u trải hầu nh không phụ thuộc vào liệ u 1.3.1 Trải phổ chuỗi trực tiế p BPSK Hì nh thức đ ơn giản DSSS sử dụng phơ ng thức BPSK nhđ iề u chế trải phổ Dễ nhận thấy đ iề u chế BPSK lí tởng pha tí n hiệ u thay đổ i tức thời 1800 biể u diễ n đ ợc dới dạng toán học tí ch phâ n sóng mang v ới hàm C(t), mà nhận đ ợc giá trị Xem xé t đ ờng bao không đ ổ iđ iề u chế sóng mang liệ u có công suất P, tầ n số góc phơ ng trì nhđ iề u chế pha liệ u d(t) liên hệ biể u thức R r r0 r = Pr k rdr + dr R 0R R2 = Pr k r + R (3.25) Nế u v ới r0/R = 0,55 (r0/R)4 = 0,0913 tổ ng công suất phơ ng trì nh (3.24) phảiđ ợc đ iề u nh nh sau: R2 .1,0913 = Pr ( M / 2).1,0913 = Pt Pr k (3.26) Phơ ng trì nh (3.25) cho thấy công suất thấp kênh lu lợng trạm gốc 0,302Pr (khi trạm phục vụ trạm di đ ộng nằm gầ n khoảng cách r1r0 = 0,55R) tổ ng công suất gầ n trạm gốc tăng 1,0913 lầ n so v ới phơ ng trì nh (3.20) Khi đ iề u nh công suất so v ới phơ ng trì nh (3.20) giá trị M phơ ng trì nh (3.22) giảmđ i 1,0913 lần Có thể tăng dung lợng hệ thống CDMA bằ ng cách sử dụng kĩ thuật phát hiệ n tiế ng nói tí ch cực phâ nđ oạn cell, hãng Qualcom đ ã tí nh toán dung lợng hệ thống CDMA IS-95 theo phơ ng trì nh sau: M= V ới: Bt 1 F G R Eb / N M: số gọi cho tế bào : Thừa số tí ch cực tiế ng nói F: hệ số tái sử dụng tần số G: đ ộ l ợi phâ nđ oạn (3.27) Trong đ ó, đ ối v ới hệ thống đ iề u khiể n công suất hoàn hảo, F tỉ số nhiễ u từ nhữ ng trạm di đ ộng c ùng tế bào v ới tổ ng xuyên nhiễ u từ tế bào khác Hiể n nhiên công thức phụ thuộc hoàn toàn vào số mũ suy hao đ ờng truyề n Đối với phâ n bố trạm không đ ồng đ ề u, số mũ suy hao đ ờng truyề n cao cho kế t xuyên nhiễ u từ tế bào khác nhỏ Theo đ ó làm tăng hệ số tái sử dụng tầ n số Chúng ta giả thiế t trạm di đ ộng phâ n bố đ ồng bộ, truyề n tí n hiệ u công suất tỉ lệ nghị ch v ới khoảng cách D theo công thức D-y Khi đ ó công suất đ ợc tí nh nh sau: Nh hì nh vẽ 3.2, nế u đ iề u khiể n công suất hoàn hảo công suất thu đ ợc vị trí tế bào là: P0 = ( D22 D12 ).Pr (3.28) Pr công suất tối thiể u Vì bớc đ iề u khiể n công suất hữ u hạn , trạm di đ ộng nằ m giữ a m2 vòng tròn đ ồng tâ m có công suất nh C.D2 với C số Khi đ ó công suất thu đ ợc từ khoảng cách r trạm di đ ộngđ ế n trạm gốc là: y D Pr = , công suất tổ ng cộng thu đ ợc từ nhữ ng trạm di đ ộng r nằ m v ùng khé p kí n giữ a vòng tròn đ ồng tâ m là: y y Pr D22 D2 D2 P = Pr 2. rdr = r y D D1 D2 ta có: (3.29) D P0 D1 = P y D y2 D1 D2 (3.30) r D1 D2 Trạm di đ ộng Hì nh 3.2 Mô hì nh điề u khiể n công suất Trong đ ó D2/D1 viế t theo số hạng PS (bớc công suất : Power step) PS D2 = 1010 y D1 (3.31) thay biể u thức (3.31) vào (3.30) ta có: PS 5y P0 10 = (1 / y ).PS / 10 P 10 (3.32) tỉ số P0/P y =4 đ ợc vẽ đ thị hì nh 3.3 P0 P PS Hì nh 3.3: Mô tả quan hệ giữ a P0/P PS Dung lợng hệ thống v ới bớc đ iề u khiể n công suất hữu hạnđ ợc cho bởi: M= Bt P 1 F G Rb Eb / N d P (3.33) Bt 1 F G Rb ( Eb / N ) eff d (3.34) hoặ c viế t: M= (Eb / N )eff = Eb PS + N0 (3.35) Nh kế t phơ ng trì nh (3.35) hiệ u ứng bớc đ iể u khiể n công suất làm tăng Eb có hiệ u qủa Cụ thể v ới y= yăng 1/2 bớc N0 đ iề u khiể n công suất 3.2.2.2 Dung lợng đ ờng lên hệ thống CDMA a) Tí nh theo tỉ số C/I CDMA tất kênh lu lợng d ùng chung kênh vô tuyế n Vì tí n hiệ u mạnh thu đ ợc từ trạm di đ ộng gần che khuất tí n hiệ u yế u từ trạm di đ ộng nằm xa trạm gốc Sơ đ đ iề u khiể n công suất áp dụng cho đ ờng lên giảm nhiễ u giao thoa gâ y hiệ n tợng gầ n xa nói Nế u sơ đ ồđ iề u khiể n công suất lí tởng tất tí n hiệ u thu đ ợc trạm gốc từ tất trạm di đ ộng ô nh sơ đ này, công suất phátđ i từ trạm di đ ộng j phảiđ ợc đ iề u nh tuỳ theo khoảng cách rj Pj = Pr R r j đến trạm gốc nh sau: n (3.36) Pj : công suất phátđ ợc từ trạm di đ ộng j Tong đ ó: r j : khoảng cách từ trạm di đ ộng đ ế n trạm gốc R: bán kí nh ô n: số phụ thuộc vàođ ặ c tí nh tổ n haođ ờng truyề n, thông thờng n =4 Nế u bỏ qua nhiễ u giao thoa từ ô lâ n cận tỉ số C/I nhận đ ợc từ trạm di đ ộng trạm gốc nh sau: C = I Pr (r j / R) r M Pr (r j / R) r j4 = M (3.37) nế u bỏ (3.41) đ i ta có : M = Bt Rb Eb / N (3.38) Khi xé tđ ến ảnh hởng nhiễ u giao thoa gâ y ngời sử dụng từ ô khác ta phải xé t thêm thừa số tái sử dụng tầ n số F cho công thức (3.42) Các tí nh toán cho thấy dung lợng đ ờng lên cao hơ n nhiề u so với dung lợng đ ờng xuống dung lợng CDMA đ ợc xác đ ị nh từ dung lợng đ ờng xuống b) Tí nh theo công suất đ iề u khiể n Dung lợng tuyế n lên theo số kênh lu lợng đ ợc tí nh toán đ n giản theo phơ ng trì nh: M= Ptotal Poverhead Puser (3.39) Ptotal : công suất xạ tổ ng cộng trung bì nh, cụ thể tổ ng công suất màođ ầu (hoa tiêu) công suất tất nhữ ng thuê bao Poverhead : công suất xạ trung bì nh từ kênh hoa tiêu cụ thể nh kênh chủ sóng, kênh đ ồng kênh nhắ n tin Puser : công suất phát xạ trung bì nh thuê bao c) Tí nh dung lợng đ ờng lên dựa phâ n tí ch giới hạn Eb tối thiể u N0 Đối v ới đ ờng lên, đ iề u khiể n công suất thực hiệ n theo kiể u phâ n phối công suất từ máy phát công suất trung tâ m tế bào theo yêu cầu thuê bao riêng rẽ tế bào Yêu cầ u trạm di đ ộng đ o SNR tơ ng quan nó, tỉ số công suất máy phát chí nh trung tâ m tế bào v ới công suất tổ ng cộng thu đ ợc từ máy đ ó Giả thiế t thời đ iể m đ ó tế bào ớc lợng cách chí nh xác S T1 , công suất thu đ ợc từ trạm gốc chí nh tế bào máy di đ ộng k đ ó tổ ng công suất STi thu đ ợc trạm di đ ộng ( ST2 , S T3 , S Tk i =1 công suất thu đ ợc trạm gốc lâ n cận) Chúng ta gi ới hạn tỉ số Eb N0 thấp hơ n nh sau: i S T / R b Eb i k N i [( S T ) + ] / Bt j =1 (3.40) j : công suất tổ ng cộng tế bào dành cho nhữ ng trạm di đ ộng i tỉ lệ công suất dành cho trạm di đ ộng thứ i cho bởi: k ST E /N j =0 i b [1 + ( Bt / Rb ST j )i + (S T ) ] i (3.41) Do công suất tế bào tơ ng quan xácđ ị nh theo fi: k ST j fi = + v ới i = 1,2,3, Ns j =1 S T1 (3.42) Một gi ới hạn theo BER đ ạtđ ợc nh sau: Ns Pr ( BER10 ) = Pr ( f i ) (3.43) i =1 đâ y ,đ ợc xácđ ị nh theo Bt N Rb Eb 3.3 So sánh dung lợng vô tuyế n fdma, tdma, cdma 3.3.1 Môi trờng giới hạn theo tạp â m Trong môi trờng không áp dụng kĩ thuật tái sử dụng tần số đ ể phát triể n hệ thống chứng minh gầnđ úng FDMA, TDMA CDMA tạo số kênh lu lợng nh v ới chất lợng thoại đ ó dung lợng hệ thống tơ ng đ ng Giả sử rằng, v ới băng tầ n truyề n Bt =1,23MHz dựa vào tỉ số C/I yêu cầu ta đ i so sánh số kênh lu lợng ba hệ thống Trong hệ thống ta chia chúng thành loại: a) Loại hệ thống có C/I >1 Loại hệ thống có C/I 1 Các hệ thống FDMA TDMA hệ thống có C/I >1 Môi trờng gi ới hạn tạp â m đ ợc gọi môi trờng có nhiễ u kênh lâ n cận, môi trờng can nhiễ u c ùng kênh Can nhiễ u kênh lâ n cận Ia ranh gi ới ô có liên hệ v ới kênh ô gầ n kề khoảng cách R v ới c ùng ô kênh lâ n cận khoảng cách L từ ô khác là: Ia = p ki R i =1 q + k j L (3.44) j =1 đ ó: ki , kj số, p-1 số kênh ô gầ n kề , q số kênh lâ n cận, M=p+q tổ ng số kênh p Bỏ qua ki R nhỏ (3.44), ta có: i =1 q I a = k j L = k L (3.45) j =1 v ới k số L l ớn hơ n hoặ c R Tỉ số sóng mang nhiễ u C/Ia ranh gi ới ô đ ợc tí nh bằng: C R ( L / R ) = = I a kL k (3.46) Số ô Ka đ iề u kiệ n không tái sử dụng tầ n số coi cấu hì nh ô lục giác, ta có: ( L / R) Ka = (3.47) Số kênh ô v ới đ iề u kiệ n không tái sử dụng tầ n số: m= M ( Bt / B c ) = K a ( L / R) v ới Bc đ ộ rộng băng kênh Thay (3.47) vào (3.48) ta có: (3.48) m= Bt / Bc kC I a kênh/cell (3.49) Từ công thức (3.49) ta tí nh đ ợc đ ộ rộng băng m ới Bc' v ới (C/Ia)/ tơ ng ứng mà giữ nguyên số kênh ô Mối liên hệ đ ó theo hệ thức: Bc' = (C / I a ) B (C / I a ) ' c (3.50) Công thức (3.50) cho phé p tí nh đ ộ rộng băng tầ n tơ ng đ ng hệ thống TDMA nh GSM, PDC v ới (C/I)=18 dB Một cách tơ ng đ ối ngời ta tí nh đ ợc số kênh hệ thống FDMA, TDMA gần nằ m khoảng từ 100 đ ến 120 kênh b) Các hệ thống (C/I) < Các hệ thống CDMAlà hệ thống có (C/I) >1thì : Eb / I I s I I 1,33 = > Is I s K1 (3.68) Trong đ ó Is can nhiễ u nội CDMA Đối v ới TDMA hay FDMA hệ thống có tí nh tốt K1 = 3, đ ó: 1,33 Is > ( ) I = 0,443.I (3.69) hay Ia < 55,7%.I Điề u có nghĩ a dung lợng CDMA lớn hơ n TDMA hay FDMA trừ trờng h ợp nhiễ u lâ n cận nhỏ hơ n 55,7% nhiễ u tổ ng Điề u hầ u nh không xảy kết luận Qua thời gian đ ọc nghiên cứu tài liệ u, đ ợc hớng dẫn tận tì nh thầ y giáo TS đỗ quốc trinh đ ế n đ án tốt nghiệ pđ ã hoàn thành có chất lợng thời gian theo yêu cầ u đ ề Do thời gian trì nh đ ộ thâ n hạn chế nên nội dung đ án đ i vào nghiên cứu nhữ ng đặ c trng hệ thống thông tin trải phổ ứng dụng thông tin di đ ộn7g mà hệ thống DS/CDMA Ngoài có nhiề u ứng dụng khácđ ợc sử dụng nh thông tin vệ tinh, DS/SS đ ể xác đ ị nh cự ly, hệ thống GPS đ ể đ ị nh vị đ ạo hàng, hệ cha đ ợc đ ề cậpđ ế n nội dung đ án Một lầ n nữ a xin bày tỏ lòng cám n sâ u sắ c t ới thầ y giáo thợng tá TS đỗ quốc trinh c ùng thầ y cô giáo Khoa Vô Tuyế n Điệ n Tử đ ã tận tì nh hớng dẫn giúp đ ỡtôi hoàn thành nội dung đ án tài liệu tham khảo Thái Hồng Nhị , Phạm Minh Việ t Hệ thống viễ n thông Nhà xuất Giáo dục B ùi Minh Tiêu Cơ sở lý thuyế t truyề n tin Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệ p Nguyễ n Quốc Bì nh Thông tin di đ ộng Học việ n Kĩ thuật quâ n -2001 Vũ Đức Thọ Thông tin di đ ộng Nhà xuất Giáo dục -1997 Trầ n Hồng Quâ n, Nguyễ n Bí ch Luâ n Thông tin di đ ộng Nhà xuất khoa học kĩ thuật Hà Nội -2001 Rodgere Ziemer, Rodgere Peterson, Introduction to Digital Communication [...]... trải rộng trên toàn bộ dải tần của hệ thống trải phổ Phổ công suất của tí n hiệ u trên đ ợc minh hoạ ở hì nh 1.8, phổ công suất của tí n hiệ u thu ở hì nh 1.8a và phổ của tí n hiệ u sau khi giải trải ở hì nh 1.8b Tiế p theo quá trì nh giải trải trong máy thu là quá trì nh lọc đ ể hạn chế băng thông sao cho sấp xỉ bằng băng thông dữ liệ u tại đ ầu vào bộ giải đ iề u chế Hàm truyề nđ ạt công suất của. .. 1.3.5 Kế t h ợp trải phổ chuỗi trực tiế p/ trải phổ nhảy tần Phơ ng pháp trải phổ thứ 3 là sử dụng cả trải phổ trực tiế p và trải phổ nhảy tầ n trong hệ thống lai ghé p Một lí do để sử dụng kỹ thuật này là một vài u đ iể m của 2 hệ thống trên sẽ đ ợc kế t h ợp lại trong một hệ thống đ ơ n Kỹ thuật này đ ợc sử dụng trong hệ thống trải phổ quâ n sự có nhiề u phơ ng thức kế t h ợp trải phổ DS và FH Phơ... (9.52a) Phổ công suất của sóng mang đ iề u chế này là bộ tí ch chập giữ a phổ công suất sóng mang và phổ công suất của mã trải Do đ ó Ss ( f ) = Sc ( f ) P ( f f0 ) + Sc ( f ) ( f + f0 ) 2 (9.52b) Và phổ công suất thu đ ợc là sự dị ch chuyể n của phổ rời rạc lên trên và xuống dới một lợng đ o Trong hầ u hế t các hệ thống trải phổ , sóng mang đ ợc đ iề u chế với dữ liệ u và mã trải phổ một cách ngẫu... tốc đ ộ l ớn hơ n do nó có thể truyề n í t hơ n trong phản hồi về 9.4.3 Phổ công suất của chuỗi m Phổ công suất của sóng trải c(t) thờng đ ợc sử dụng trong các phâ n tí ch hoạt đ ộng của hệ thống trải phổ Phổ công suất có thể tí nhđ ợc dễ dàng theo đ ị nh lí W- K (Wiener-Khintchine) Phổ công suất của c(t) là biế nđ ổ i furiê của hàm tự tơ ng quan Rc() cho bởi (1.50), v ới b(k) cho bởi (1.49) 1.0 ... hì nh ảnh của a) tí n hiệ uđ ợc phát cho M-mức FSK của hệ thống trải phổ b) tí n hiệ u thu tạiđ ầu rađ ảo xuống của máy thu 1.3.4 Trải phổ nhảy tần nhanh không liên kế t Ngợc lại v ới hệ thống trải phổ nhảy tầ nchậm có băng tầ n thay đ ổ i chậm hơ n các Symbol ở đ ầu ra bộ đ iề u chế , băng tầ n trong nhảy tầ n nhanh có thể thay đổ i nhanh hơ n nhiề u tầ n so v ới tí n hiệ u ra L ợi í ch cơ bản khi sử... ng án khác đ ợc áp dụng cho mọi Modem trải phổ QPSK là sử dụng QPSK so le cho đ iề u chế trải phổ Phơ ng án này cũng đ ợc sử dụng cho hệ thống TDRSS 1.3.3 Trải phổ nhảy tần chậm không liên kế t Trong trải phổ nhảy tần từng tần số sóng mang đ ợc lựa chọn từ tập 2k tần số mà có khoảng cách xấp xỉ với đ ộ rộng phổ đ iề u chế dữ liệ u Trong trờng h ợp này mã trải phổ không trực tiế p đ iề u chế sóng mang... khi bộ tạo nhiễ u nhận đ ợc bản sao không tạp â m của tí n hiệ u phátđ i, thì các ờng phản hồi mã trải phổ và pha ban đ ầu có thể xác đ ịnh đ ợc một cách dễ dàng Vì lí do này, các chuỗi chiề u dài tối đ a là sự lựa chọn không tốt để làm mã trải khi yêu cầ u việ c chọn mứcđ ộ an toàn cao Giả sử rằng, đ ối phơ ng không mong muốn đ ã xâ m nhập vào phiên bản sạch của mã trải phổ đ ã truyề nđ i Vì thế đ... lệ băng thông dữ liệ u trên tổ ng băng thông của trải phổ là l ớn có nghĩ a là Tc ... đặ c trng thông tin trải phổ khả ứng dụng hệ thống thông tin di đ ộng tế bào CDMA Nội dung đ án bao gồm chơ ng: Chơ ng I : Các phơng pháp trải phổ Trì nh bày khái quát chung thông tin trải phổ... a thông tin nhiễ u Nế u băng thông tí n hiệ u trải phổ đ ợc rộng hơ n băng thông liệ u băng thông truyề n thông trải phổ bị chi phối tí n hiệ u trải hầu nh không phụ thuộc vào liệ u 1.3.1 Trải. .. 1.3 Các hệ thống trải phổ Một tí n hiệ u trải phổ băng thông rộng đ ợc tạo cách đ iề u chế sóng mang liệ uđ ã đ ợc đ iề u chế sóng mang v ới tí n hiệ u có phổ tầnđ ợc trải rộng Điề u chế trải