Nghiê n cứu phương pháp chuyển giao mềm trong hệ thống TTDĐ DS/CDMA

Nghiê n cứu phương pháp chuyển giao mềm trong hệ thống TTDĐ DS/CDMA

.Mục Lục

Lời nói đầu i

CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ 1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Các loại hệ thống trải phổ 2

1.3 Quá trình thực hiện trải phổ 3

1.4 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS) 4

1.4.1 Hệ thống DS/SS-BPSK 4

1.4.2 Hệ thống DS/SS-QPSK 7

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỔ ONG CDMA IS-95 2.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống 11

2.2 Giao diện vô tuyến và truyền dẫn 11

2.2.1 Các kênh vật lý 11

2.2.2 Các kênh logic 12

2.2.2.1 Kênh lưu lượng 13

2.2.2.2 Kênh hoa tiêu 13

2.2.2.3 Kênh đồng bộ 14

2.2.2.4 Kênh tìm gọi 14

2.2.2.5 Kênh truy nhập 15

2.2.3 Cấu trúc kênh CDMA đường xuống 15

2.2.3.1 Cấu trúc kênh lưu lượng đường xuống 15

2.2.3.2 Kênh hoa tiêu 19

2.2.3.3 Kênh đồng bộ 19

2.2.3.3 Kênh tìm gọi 19

2.2.4 Cấu trúc kênh CDMA đường lên 20

2.2.4.1 Kênh lưu lượng đường lên 20

2.2.4.2 Kênh truy nhập 22

2.3 Cấu hình mạng thông tin di động số CDMA 22

2.3.1 Máy thuê bao di động MS 23

2.3.2 Trạm gốc BS 23

2.3.3 Tổng đài di động MX 25

2.3.4 Bộ đăng ký định vị thường trú HLR 26

CHƯƠNG III: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỔ ONG CDMA 3.1 Sự cần thiết của chuyển giao trong hệ thống thông tin di động 28

3.2 Tiêu chuẩn khi thực hiện chuyển giao 29

3.3 Khái niệm chung về chuyển giao 29

3.4 Chuyển giao mềm và mềm hơn 30

3.4.1 Chuyển giao mềm 30

3.4.2 Chuyển giao mềm hơn 31

3.4.3 Chuyển giao mềm-mềm hơn 32

3.4.4 Chuyển giao cứng 32

3.5 Các tập kênh hoa tiêu 33

3.5.1 Tập tích cực 33

3.5.2 Tập ứng cử 33

3.5.3 Tập gần 33

3.5.4 Tập còn lại 33

3.6 Báo hiệu trong chuyển giao 33

3.6.1 Bản tin đo cường độ trường của pilot 34

3.6.2 Bản tin hướng dẫn chuyển giao 35

3.6.3 Bản tin hoàn thành chuyển giao 36

3.6.4 Duy trì các tập 36

3.7 Các yêu cầu trong chuyển giao 39

3.8 Báo hiệu trong quá trình chuyển giao 41

3.9 Aûnh hưởng của chuyển giao mềm và mềm hơn đến dung lượng hệ thống CDMA 42

3.9.1 Giới thiệu 42

3.9.2 Chuyển giao mềm trong các cell không sector hoá 43

3.9.2.1 Giảm dung lượng đường xuống 44

3.9.2.2 Độ lợi dung lượng đường xuống 46

3.9.3 Chuyển giao mềm trong các cell được sector hoá 53

3.9.3.1 Suy giảm dung lượng đường xuống 54

3.9.3.2 Độ lợi dung lượng đường xuống 55

3.9.4 Kết luận 60

3.10 Thuật toán điều khiển công suất trong chuyển giao mềm 61

3.10.1 Giới thiệu 61

3.10.2 Cải tiến phương pháp điều khiển công suất trong chuyển giao 62

CHƯƠNG IV: CHUYỂN GIAO MỀM TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA IS-95 4.1 Giới thiệu 66

4.2 Quá trình quyết định chuyển giao 66

4.3 Cửa sổ tìm 67

4.4 Đo cường độ trường 68

4.5 Các tham số chuyển giao 68

4.6 Các bản tin chuyển giao 69

4.7 Các thủ tục chuyển giao 71

4.7.1 Thủ tục hỗ trợ chuyển giao mềm của MS(MASHO) 71

4.7.2 Ngưỡng động trong chuyển giao 72

4.8 Xử lý kênh lưu lượng 74

4.8.1 Xử lý kênh lưu lượng đường xuống 74

4.8.2 Xử lý kênh lưu lượng đường lên (Chuyển giao giữa các ô) 75

4.8.3 Xử lý kênh lưu lượng đường lên (Chuyển giao giữa các đoạn ô) 75

4.9 Báo hiệu trong chuyển giao ở hệ thống CDMA IS-95 76

CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CHUYỂN GIAO MỀM 5.1 Ưu nhược điểm của chuyển giao mềm 83

5.2 Aûnh hưởng của trễ và hiện tượng ping-pong trong chuyển giao cứng 84

5.3 Điều khiển công suất và chuyển giao mềm 86

5.4 Xu huớng phát triển của thuật toán chuyển giao mềm 87

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG

1

HỆ THỐNG THÔNG TIN TRẢI PHỔ

1.1 Giới Thiệu Chung

Trong hầu hết các hệ thống thông tin thì phổ tần được xem là một tài nguyên thiên nhiên vô cùng quan trọng Việc bảo vệ và sử dụng tài nguyên này đã trở thành một hoạt động quan trọng vì trước hết phổ tần vô tuyến có hạn nhưng nó lại có thể tái sử dụng Ý nghĩa của việc tái sử dụng là ở chỗ là khi một người ngừng sử dụng thì người khác có thể bắt đầu sử dụng Phổ tần vô tuyến có hạn bởi vì đối với một công nghệ cho trước thì ta chỉ có thể sử dụng một dãi tần nhất định Dãi tần này phải tuân thủ đầy đủ các khuyến nghị của ITU Do đó với xu hướng phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật nói chung, ngành Viễn Thông nói riêng thì các công nghệ luôn không ngừng mở rộng dãi tần sử dụng, các thuộc tính truyền sóng cơ bản làm cho một số tần số trở nên hữu dụng hơn và vì thế chúng có giá trị hơn các tần số khác Các đặc trưng của sóng điện từ trong dãi tần 0.5-3 Ghz đặc biệt có giá trị đối với nhiều dịch vụ cố định và di động

Vấn đề là ở chỗ càng có nhiều công nghệ và các dịch vụ thông tin tranh nhau chiếm đoạt từng phần của phổ tần vô tuyến giá trị này, đặc biệt từ khi nhu cầu về phổ tần vô tuyến tăng nhanh, chủ yếu cho các dịch vụ mới như các thông tin cá nhân PCS (Personal Communication Services) và điện thoại tổ ong

Do đó việc quản lý phổ tần là một nhiệm vụ hết sức phức tạp bởi vì nó có liên quan tới các dịch vụ và công nghệ Trước đây vấn đề này được giải quyết bằng cách cấp phát các băng hay các khối phổ tần cho các dịch vụ khác nhau như: thông tin quảng bá, di động, các dịch vụ vệ tinh, điểm đến điểm cố định và thông tin hàng không Gần đây xuất hiện một phương pháp khác để giải quyết vấn đề này Phương pháp này dựa trên khả năng một số phương pháp điều chế có thể sử dụng chung tần số mà không gây ra mức độ nhiễu đáng kể Phương pháp này gọi là điều chế trải phổ

SS (Spread Spectrum), đặc biệt khi được sử dụng kết hợp với kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo mã CDMA (Code Divided Multi Access) còn được gọi là kỹ thuật đa thâm nhập trải phổ SS-CDMA

Điều chế trải phổ có rất nhiều tính năng hấp dẫn, các tính năng quan trọng nhất là:

§ Chống lại các nhiễu cố tình hoặc vô tình, đây là một tính năng quan trọng cho thông tin ở các vùng bị ứ nghẽn như ở các thành phố

§ Có khả năng loại trừ hay giảm bớt ảnh hưởng của truyền sóng nhiều tia gây trở ngại rất lớn trong thông tin đô thị

§ Có khả năng dùng chung băng tần với người sử dụng khác nhờ các đặc trưng tín hiệu giống tạp âm của nó

§ Được phép hoạt động không cần giấy phép ở ba lĩnh vực: khoa học, công nghiệp và y tế với công suất đến 1W ở các băng tần sau: 902-928 Mhz; 2.4-2.483 Ghz và 5.725-5.85 Ghz (theo tiêu chuẩn của FCC)

§ Đảm bảo mức độ tư hữu nhất định nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên nên khó bắt trộm tín hiệu

1.2 Các loại hệ thống trải phổ

Một hệ thống thông tin số được coi là SS (Spread-Spectrum) nếu:

§ Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin

§ Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu

Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản:

§ Chuỗi trực tiếp (DS-Direct Sequence)

§ Nhảy tần (FH-Frequency Hopping)

§ Nhảy thời gian (TH-Time Hopping)

Ngoài ra còn có các hệ thống lai ghép từ các hệ thống nói trên

1.2.1 Trải phổ trực tiếp

Hệ thống DS ( nói chính xác là sự điều chế các dảy mã đả được điều chế thành dạng sóng điều chế trực tiếp ) là hệ thống được biết nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ Chúng có dạng tương đối đơn giản vì chúng không có yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao Hệ thống DS đả được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo khoảng cách JPL bởi golomb ( thông tin số với ứng dụng khoảng cách ),…

Ngày nay kỷ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều chọn lựa và nhiều phép tính của dảy mã trong hệ thống thông tin , trong đo lường hoặc trong phòng thí nghiệm Chi tiết hơn về DS sẻ trình bày ở chương sau

1.2.2 Trải phổ nhảy tần

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

số được chọn theo mả ” Nó gần giống như FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số tăng

lên FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có ký hiệu và f2khi không có ký hiệu Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn tần số Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẩu nhiên trong 220tần số được phân bổ có thể được chọn nhờ tổ hợp mả theo mổi thông tin chuyển dịch tần số Trong FH khoảng dịch giửa các tần số và số lượng các tần số có thể chọn được, được xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt

+ Đặc tính của tín hiệu

Hệ thống FM cơ bản gồm có bộ tạo mả và bộ tổ hợp tần số sao cho có thể đáp ứng được cho đầu ra mả hoá của bộ tạo mả Dạng của bộ tổ hợp tần số có các đáp ứng nhanh được sử dụng cho hệ thống trải phổ Nếu lý tưởng thì tần số ra từ bộ dịch tần cố định phải là tần số đơn nhưng thực tế thì tần số không mong muốn như là tần số băng bên củng được tạo ra cộng thêm vào tần số dự định Hình 1.1 là phổ tần số của bộ dịch tần

Phổ FH lý tưởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn và phân bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẩn Các máy phát trong điều kiện thực tế cần phải được thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tất cả các kênh

Tín hiệu FH thu được tổ hợp với tín hiệu giống như vậy được tạo ra tại chổ và đựơc quy định bởi một bộ lệch tần nhất định f if của {f1 + f2, fn} x {f1 + f IF + f2 + f IF, ,

fm + f IF} được tạo ra trước trạng thái đồng bộ của mả cố định của

Máy phát và máy thu Trong trường hợp tín hiệu không trùng khớp với tín hiệu tạo ra tại chổ như là hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chổ và độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chổ như là hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chổ và độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân tần số được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tạo ra tại chổ nhờ việc cùng thay đổi giửa tín hiệu tạo ra tại chổ và tín hiệu không mong muốn Tín hiệu không đồng bộ với băng tần như tín hiệu tạo ra tại chổ có độ rộng băng gấp đôi tại tần số trung tâm Toàn bộ công suất tín hiệu không mong muốn ngoài băng được xoá khỏi tín hiệu tần số trung tâm nhờ bộ tương quan Dường như là toàn bộ công suất tín hiệu không mong muốn bị xoá đi vì tín hiệu tần số trung tân đó bao gồm một phần băng tần tín hiệu tạo ra tại chổ

Kênh sử dụng tại thời điểm T Kênh chuyển dịch

Như đả miêu tả trong hệ thống DS , hoạt động của hệ thống DS là lý tưởng theo quan điểm là xoá bỏ tín hiệu giả và tái tạo tín hiệu mong muốn Nhưng có nhiều sự khác nhau trong các hoạt động cụ thể của hệ thống

Độ lợi xử lý của hệ thống FH của kênh bên cạnh là :

(1-1)

Nó giống như hệ thống DS Nếu không có kênh bên cạnh thì độ xử lý như sau :

G = Tổng sự lựa chọn tần số có thể = N

Điều này củng áp dụng cho độ lợi xử lý đối với kênh bên cạnh Ví dụ , hệ thống FH với 1000 sự lựa chọn tần số có độ lợi xử lý là 30 dB Giới hạn trong việc tính toán đơn giản độ lợi xử lý là sự xuyên âm giửa các kênh không dự định Nguồn lổi làm giảm độ lợi xử lý này sẻ được xem xét một cách đầy đủ trong trường hợp khó tổ chức kênh chính xác do khuyếch đại

+ Tốc độ dịch tần

Tốc độ chuyển đổi tần số tối thiểu được áp dụng cho hệ thống FH được xác định nhờ một vài tham số như sau :

(1) Loại thông tin truyền đi và tốc độ truyền dẩn thông tin

(2) Tổng số độ dư được áp dụng

(3) Khoảng cách tới nguồn giao thoa gần nhất

Việc truyền thông tin qua hệ thống FH có thể sử dụng các phương pháp khác nhau trong các hệ thống khác nhau Dạng tín hiệu số được sử dụng thậm chí với các thông tin bình thường là các tín hiệu analog hoặc số liệu được mả hoá Trong trường hợp đó , giả sử rằng tốc độ số được xác định trước và FH được chọn là môi trường truyền dẩn

Hệ thống FH cung cấp một số lượng lớn các tần số và số lượng yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ lổi của hệ thống Ví dụ , một hệ thống có 1000 tần số sẻ hoạt động tốt khi giao thoa hoặc các tạp âm khác phân bố đồng đều trên toàn bộ các tần số Công suất tạp âm với giao thoa thông tin có thể lớn gấp 1000 lần so với công suất tần số dự định vì tạp âm được phân bố đồng đều trong tất cả các kênh ( Nghĩa là , giới hạn giao thoa là 30 dB ) Trong trường hợp độ dư liên quan đến việc quyết định bít khi thiết bị đo giao thoa bằng tần số đơn hẹp được sử dụng đối với một hoặc nhiều tần số tạo ra tốc độ lổi là 1.10-3

Thì nó có thể được chấp nhận như giá trị số liệu số Tốc độ lổi mong muốn đối với hệ thống FH đơn giản không truyền độ dư số liệu là J/N Ở đây , J biểu thị công suất giao thoa bằng hoặc lớn hơn công suất tín hiệu và N biểu thị tổng các tần số có thể

trong hệ thống Vì hệ thống FH nhị phân đơn giản vốn có tốc độ lổi cao khi giao thoa nhỏ nên yêu cầu phải có các hệ thống truyền dẩn khác

Tốc độ lổi của hệ thống FH có độ dư nhị phân FSK (fa : có ký hiệu , fb : không có ký hiệu ) có thể được coi như là một tổng nhị thức triển khai sau :

Ơû đây :

P – Xác suất lổi trong một lần thực hiện = J/N

J – Tổng các kênh méo do gián đoạn

N – Tổng các kênh trong FH

Q – Xác suất không lổi

C – Tổng số chíp ( tần số truyền dẩn trên một bít thông tin )

R – Tổng số chíp lổi yêu cầu để quyết định lổi bít

Quyết định chíp được định nghỉa là “e” , khi công suất gián tiếp của kênh khoảng trống trội hơn công suất của kênh có ký hiệu thì nó là tổng đầy đủ để tạo ra quyết định không mong muốn

Nếu 3 hoặc nhiều tần số hơn ( chip) được sử dụng cho mổi bít truyền dẩn thông tin thì hoạt có giao thoa tăng rất lớn Trong trường hợp quyết định bít ở đầu thu được xác định là No thì 2 phần 3 tốc độ xác suất lổi kênh mong muốn (J/N) của thiết bị đo giao thoa kênh đơn là :

khi q = 1 - p , 3p2q = 3(p2- p3) lỗi

Trong 1000 kênh thì p= 1/1000 và q=1-1/1000 = 0,999 Do đó tốc độ lổi giảm xuống tới :

Tốc độ lổi sẻ tốt hơn so với hệ thống đơn giản 1 chip trên một bit Khả năng tăng độ

dư để giảm tốc độ lổi bít phụ thuộc vào tham số của hệ thống Tốc độ lổi bit giảm khi nhiều chip được truyền đi trên một bit Tốc độ dịch tần yêu cầu là tỷ lệ với độ rộng băng xác định hoặc sự tương quan của bộ tổng hợp tần số cho trước thì trade –off giửa sự tăng tổng số chip/bit và sự giảm khả năng ấn định tần số có thể được xác định

Các thảo luận trước đây chỉ đề cập đến tần số bên cạnh trong hệ thống FH mà không nói đến sự chồng lấn của khoảng tần số Nhưng thực tế không có giới hạn nào chính

xác như vậy và khoảng tần số thu có thể chồng lấn do các bộ thu sử dụng đối với nhiêu thống kê Sự chồng lấn như vậy có thể làm giảm độ rộng băng Hình 1.2(b) miêu tả số lượng kênh thích nghi với việc tăng gấp đôi độ rộng Trung tâm của một kênh được định vị tạ điểm 0 của kênh bên cạnh ( giả sử với việc thu sóng mang không đồng bộ ) Một ví dụ về giới hạn độ rộng băng RF khi giử tốc độ chíp thấp là một kỷ thuật đựơc chấp nhận đối với hệ thống FH

. Một vấn đề cần xem xét trong tốc độ chip là các ảnh hưởng đối với tín hiệu có khác pha với cùng tần số Các tín hiệu như vậy được tạo ra bởi giao thoa đa đường hoặc giao thoa dự kiến Trong đa số trường hợp thì tín hiệu đa đường thu được tại đầu thu không được sử dụng một cách liên tục vì nó quá nhỏ so với yêu cầu Nhưng nếu tín hiệu thu được từ bộ phát tần số do sóng giao thoa và được khuyếc đại , được điều chế cùng với tạp âm (phần tử bù sẻ được truyền đi nếu dảy mã được biết ) , nó có công suất truyền dẩn tương đương với tín hiệu gốc và ảnh hưởng giao thoa của nó sẻ tăng lên

, Hình 1.2 : Sự giảm băng thơng do chồng lấn kênh

Để tránh được vấn đề này thì FH nên có một tốc độ dịch tần sao cho có thể chuyển đổi thành tần số khác trong thời gian đáp ứng của thiết bị đo giao thoa và tốc độ dịch tần yêu cầu nên lớn hơn (Tr - Td)-1 Ở đây T r biểu thị thời gian đi từ bộ phát

FH tới bộ phát dự kiến qua máy đo giao thoa và T d biểu thị thời gian trể theo đường thẳng mối liên quan của chúng được chỉ ra trên hình 1.3

Hình 1.3 : Sơ đồ khối giao thoa khi cĩ trạm lặp 1.2.3 Hệ thống trải phổ dịch thời gian:

Dịch thời gian tương tự như điều chế xung nghỉa là , dảy mả đóng/mở bộ phát , thời gian đóng mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẩu nhiên theo mả và đạt được 50% yếu tố tác động truyền dẩn trung bình Sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH đơn gian là trong khi tần số truyền dẩn biến đổi theo mổi thời gian chip mã trong hệ thống FH thì sự dịch chuyển tần số chỉ xảy ra trong trạng thái dịch chuyển dảy mả trong hệ thống TH Ta thấy rằng bộ đều chế rất đơn giản và bất kỳ dạng sóng cho phép điều chế xung theo mả đều có thể sử dụng đối với bộ điều chế

TH

TH có thể làm giảm giao diện giửa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian và vì mục đích này mà sự chính xác về thời gian được yêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hoá độ dư giửa các máy phát Mả hoá nên được sử dụng một cách cẩn thận vì sự tương đồng các đặc tính nếu sử dụng cùng một phương pháp như hệ thống thông tin mả hoá khác

Do hệ thống TH có thể bị ảnh hưởng dể dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giửa hệ thống này với hệ thống FH để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn

Hình 1.4 : Hệ thống TH đơn giản

1.2.4 Hệ thống lai ( hybrid )

+ FH/DS

Hệ thống FH/DS sử dụng điều chế DS với tần số trung tâm được chuyển dịch một cách định kỳ Phổ tần của bộ điều chế được minh hoạ trên hình 1.5 Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộng băng là một phần trong độ rộng băng của rất nhiều các tín hiệu chồng lấn và tín hiệu toàn bộ xuất hiện như là sự chuyển động của tín hiệu DS tới độ rộng băng khác nhờ các mẩu tín hiệu FH Hệ thống tổng hợp FH/DS được sử dung vì lý do sau đây :

1 Dung lượng trải phổ

2 Đa truy nhập và thiết bị địa chỉ phân tán

Bộ phát tổng hợp FH/DS như trên hình 1.6 thực hiện chức năng điều chế DS nhờ biến đổi tần số sóng mang ( sóng mang FH là tín hiệu DS được điều chế ) không

Tạo mã Bộ phát xung đả điều chế

Cổng 1 Tạo mã Cổng “0”

Quyết định Thông tin đầu ra Thông tin đầu vào

giống như bộ điều chế DS đơn giản Nghỉa là , có bộ tạo mả để cung cấp các mả với bộ trộn tần được sử dụng để cung cấp các dạng nhảy tần số và một bộ điều chế cân bằng để điều chế DS

Hình 1.6 : Bộ điều chế tổng hợp FH/DS

Sự đồng bộ thực hiện giửa các mẩu mả FH/DS biểu thị rằng phần mẩu DS đả cho được xác định tại cùng một vị trí tần số lúc nào củng được truyền qua tần số nhất định Nhìn chung thì tốc độ mả của DS phải nhanh hơn tốc độ dịch tần Do số lượng các kênh tần số được sử dụng hơn nhiều so với số lượng các chíp mả nên tất cả các kênh tần số nắm trong tổng chiều dài mả sẻ được sử dụng nhiều lần Các kênh được sử dụng ở dạng tín hiệu giả ngẩu nhiên như trong trường hợp các mã

Bộ tương quan được sử dụng để giải điều chế tín hiệu đả được mả hoá trước khi thực hiện giải điều chế băng tần gốc tại đầu thu Bộ tương quan FH có một bộ tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín hiệu thu được Hình 1.7 miêu tả một bộ thu FH/DS điển hình Bộ tạo tín hiệu dao động nội trong bộ tương quan giống như bộ điều chế phát trừ hai điểm sau :

1 Tần số trung tâm của tín hiệu dao động nội được cố định bằng độ lệch tần số trung gian (IF)

2 Mã DS không bị biến đổi với đầu vào băng gốc

Hình 1.7 : Bộ thu tổng hợp FH/DS

Giá trị độ lợi xử lý dB của hệ thống tổng hợp FH/DS có thể được tính bằng tổng của độ lợi xử lý của hai loại điều chế trải phổ đó

Gp(FH/DS) = Gp(FH) + Gp(DS) = 10log (số lượng các kênh ) + 10log (BWDS/Rinfo)

Do đó , giới hạn giao thoa trở nên lớn hơn so với hệ thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản

+ TH/FH

Hệ thống điều chế TH/FH được áp dụng rộng rãi khi muốn sử dụng nhiều thuê bao cĩ khoảng cách và cơng suất khác nhau tại cùng một thời điểm Với số lượng việc xác định địa chỉ là trung bình thì nên sử dụng một hệ thống mã đơn giản hơn là một hệ thống trải phổ đặc biệt Khuynh hướng chung là tạo ra một hệ thống chuyển mạch điện thoại vơ tuyến cĩ thể chấp nhận các hoạt động cơ bản của hệ thống như là sự truy nhập ngẫu nhiên hoặc sự định vị các địa chỉ phân tán Đĩ cũng là một hệ thống cĩ thể giải quyết các vấn đề liên quan đến khoảng cách Như trên hình 1.8 ta thấy hai đầu phát và thu đã được xác định và máy phát ở đường thơng khác hoạt động như là một nguồn giao thoa khi đường thơng đĩ được thiết lập Hơn nữa, sự khác nhau về khoảng cách giữa máy phát bên cạnh và máy phát thực hiện thơng tin cĩ thể gây ra nhiều vấn đề

Hệ thống này làm giảm ảnh hưởng giao thoa chấp nhận được của hệ thống thơng tin trải phổ xuống tới vài độ

Hình 1.8 : Hệ thống thông tin 2 đường với các vấn đề liên quan đến khoảng cách

Do ảnh hưởng của khoảng cách gây ra cho tín hiệu thu không thể loại trừ được chỉ với việc

sử lý tín hiệu đơn giản mà một khoảng thời gian truyền dẫn nhất định nên được xác định

để tránh hiện tượng chồng lấn các tín hiệu tại một thời điểm

bị điều khiển đóng/mở được sử dụng để tách các trạng thái ghi dịch cấu thành bộ tạo mã

và dựa trên các kết quả, số lượng n cổng được sử dụng để kích hoạt bộ phát có thể được thiết lập một cách đơn giản Hình 1.9 minh hoạ bộ phát và bộ thu TH/DS Bộ thu rất giống như bộ phát ngoại trừ phần phía trước và một phần của bộ tạo tín hiệu điều khiển được sử dụng để kích hoạt trạng thái đóng/mở của tín hiệu để nó truyền đi Điều đó nhận được nhờ chọn trạng thái bộ ghi dịch sao cho bộ ghi dịch này được tạo một cách lặp lại trong quá trình chọn mã đối với điều khiển thời gian Trong bộ tạo mã dài nhất bậc n thì điều kiện thứ nhất tồn tại và điều này được lặp lại với chu kỳ là m Khi chọn bậc (n-r) và tách tất cả các trạng thái của nó thì bộ tạo mã có tạo tín hiệu giả ngẫu nhiên phân bố dài gấp hai lần chu

kỳ mã Như ở trên thì n biểu thị độ dài bộ ghi dịch và r nghĩa là bậc ghi dịch không tách

Cũng vậy, việc tạo đầu ra và chu kỳ tạo trung bình cĩ khoảng cách giả ngẫu nhiên cĩ thể được chọn nhờ mã trong chu kỳ giả ngẫu nhiên Loại phân chia thực hiện trong quá trình chu kỳ giả ngẫu nhiên này cĩ thể cĩ nhiều người sử dụng kênh để cĩ nhiều truy nhập và

cĩ chức năng tiến bộ hơn so với giao diện ghép kênh theo mã đơn giản

Hình 1.9 : Sơ đồ khối của hệ thống TH/DS

Nói chung hệ thống DS/SS đạt được trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một

tín hiệu giả ngẫu nhiên Hệ thống FH/SS đạt được trải phổ bằng cách nhảy tần số sóng mang trên một tập các tần số Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên Ở hệ thống TH/SS một khối bit số liệu được nén và được phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian trong một khung chứa một số lượng lớn các khe thời gian Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung

Kỹ thuật SS là làm cho tín hiệu phát giống như tạp âm đối với các máy thu không mong muốn bằng cách gây khó khăn cho các máy thu này trong việc tách và lấy ra

được bản tin Để biến đổi bản tin vào tín hiệu tựa tạp âm, ta sử dụng một mã được coi là ngẫu nhiên để mã hoá cho bản tin Ta muốn mã này giống ngẫu nhiên nhất Tuy nhiên máy thu chủ đích phải biết được mã này, vì nó cần tạo ra chính mã này một cách chính xác và đồng bộ với mã được phát để lấy ra bản tin (giải mã) Vì thế mã giả định giả ngẫu nhiên phải là xác định nên ta phải sử dụng mã giả ngẫu nhiên Mã ngẫu nhiên phải được thiết kế để có độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần của bản tin Bản tin trên được biến đổi bởi mã sao cho tín hiệu nhận được có độ rộng phổ gần bằng độ rộng phổ của tín hiệu giả ngẫu nhiên, có thể coi sự biến đổi này như một quá trình mã hoá Quá trình này được gọi là quá trình trải phổ Ta nói rằng ở máy phát bản tin được trải phổ bởi mã giả ngẫu nhiên Máy thu giải trải phổ cuả tín hiệu thu được để trả lại độ rộng phổ của bản tin

Hiện nay phần lớn các quan tâm về các hệ thống SS là các ứng dụng đa thâm nhập mà ở đó nhiều người sử dụng cùng chia xẽ một độ rộng băng tần truyền dẫn Ở hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm Ở các hệ thống FH/SS và TH/SS Mỗi người sử dụng được ấn định một mã giả ngẫu nhiên sao cho không có cặp máy phát nào sử dụng cùng tần số hay cùng khe thời gian, như vậy các máy phát sẽ tránh được xung đột

Như vậy FH vàTH là các kiểu hệ thống tránh xung đột, trong khi đó DS là kiểu hệ thống lấy trung bình

1.3 Quá trình thực hiện trải phổ

Giả sử tín hiệu tại máy thu có dạng như sau:

∑

=

++

= k

n

n n

n

Pn t

r

1

)()cos(

)()()()

Trong đó mỗi thành phần tương ứng với mỗi n sẽ tương ứng với một người sử dụng, máy thu tìm lại tin tức bằng cách nén phổ tín hiệu thu được, điều này được thực hiện tại bộ tương quan với chuỗi PN tương ứng, chuỗi này là duy nhất đối với một người sử dụng và khác tất cả những người sử dụng khác Kết quả các tín hiệu của người sử dụng khác xuất hiện như một dạng tạp âm

Xét lượng tạp âm tại máy thu xét tại bộ tương quan là:

Sn: công suất thu được từ N người sử dụng

§ Nhiễu trong hệ thống trải phổ tăng tuyến tính với người sử dụng

§ Quá trình hoạt động của hệ thống sẽ chịu ảnh hưởng khi có bất kỳ một người nào đó tăng công suất

Trong các hệ thống thông tin vô tuyến thì Sn=S/N và trong hệ thống thông tin thì

Sn có liên hệ trực tiếp với tỷ số Eb/N0

R

S

b = (1.6)

trong đó: Eb là năng lượng mỗi bit

N0 là mật độ phổ công suất tạp âm

Sn: công suất tín hiệu thu được

R: tốc độ bit

kS

W R

S N

1.4 Hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS)

1.4.1 Hệ thống DS/SS-BPSK

1.4.1.1 Máy phát DS/SS BPSK

Ta có thể biểu diễn số liệu hay bản tin nhận các giá trị ±1 như sau :

trong đó :

bk = ±1 là bit số liệu thứ k và T là độ rộng của một bit số liệu (tốc độ số liệu là 1/T bit/s) Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng các tín hiệu PN, c(t) bằng cách nhân hai tín hiệu này với nhau Tín hiệu nhận được b(t)c(t) sau đó sẽ điều chế cho sóng mang sử dụng BPSK, cho ta tín hiệu DS/SS-BPSK xác định theo công thức sau :

)2

cos(

)()()

(t = Ab t c t π f t+θ

trong đó:

A : biên độ

fc : tần số sóng mang

θ : pha của sóng mang

Trong rất nhiều ứng dụng một bản tin bằng một chu kỳ của tín hiệu PN, nghĩa là T

= NTc Ta sử dụng giả thiết cho các hệ thống DS/SS, ta có thể thấy rằng tích của b(t)c(t) cũng là một tín hiệu cơ số hai có biên độ ±1, có cùng tần số với tín hiệu PN

)()()()

s −τ + = −τ −τ π c −τ +θ + (1.11) trong đó

Bản tin cơ số

hai b(t)

Tín hiệu DS/SS-BPSK S(t)=Ab(t)c(t)cos(2 π f c t + θ ) Tín hiệu PN cơ số hai

c(t)

Sóng mang Acos(2 π f c t + θ ) Bộ điều chế (BPSK)

Hình 1.10 Sơ đồ máy phát DS/SS-BPSK

n(t) : tạp âm của kênh và đầu vào máy thu Để giải thích quá trình khôi phục lại bản tin ta giả thiết rằng không có tạp âm Trước hết tín hiệu thu được trải phổ để giảm băng tần rộng vào băng tần hẹp Sau đó nó được giải điều chế để nhận được tín hiệu băng gốc Để giải trải phổ tín hiệu thu được nhân với tín hiệu (đồng bộ) PN c(t-τ) được tạo ra ở máy thu, ta được :

W(t)= Ab(t−τ)c2(t−τ)cos(2π f c t+θ')

= Ab(t−τ)cos(2π f c t+θ') (1.12)

Vì c(t) bằng ±1, trong đó θ’ = θ - 2πfcτ Tín hiệu nhận được là một tín hiệu băng hẹp với độ rộng băng tần là 2/T Để giải điều chế ta giả thiết rằng máy thu biết được pha θ’ (và tần số fc) cũng như điểm khởi đầu của từng bit Một bộ giải điều chế bao gồm một bộ tương quan (Correlator) đi sau là một thiết bị đánh giá ngưỡng Để tách ra bit số liệu thứ I, bộ tương quan tính toán:

=

T t

t

c i

i

i

dt t

f t

w

T t

t

i

i

)'2

(2cos)

= ∫+

T t

f t

b

A

)]

'24

cos(

1)[

ti

c(t- τ )

Hình 1.11 Sơ đồ máy thu DS/SS-BPSK

Khôi phục ĐHKH

thành phần nhân đôi tần số nên sau tích phân gần bằng 0 Vậy kết quả cho zi = AT/2 hay –AT/2 Cho kết quả này qua thiết bị đánh giá ngưỡng (hay bộ so sánh) với nguỡng 0, ta được đầu ra cơ số hai 1 (logic ”1”) hay (logic “0”) Ngoài thành phần tín hiệu ±AT/2, đầu ra của bộ tích phân cũng có thành phần tạp âm có thể gây ra lỗi Tín hiệu PN đóng vai trò như một “mã” được biết trước cả ở máy phát lẫn máy thu Vì máy thu chủ đích biết trước mã nên nó có thể giải trải phổ tín hiệu SS để nhận được bản tin Mặt khác một máy thu không chủ đích không biết được mã, vì thế ở các điều kiện bình thường nó không thể “giải mã” bản tin

Ta đã giả thiết rằng máy thu biết trước một số thông số sau: τ, ti, θ’ và fc Thông thường máy thu biết được tần số sóng mang fc, nên nó có thể được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ dao động nội Nếu có một khác biệt nào đó giữa tần số của bộ dao động nội và tần số sóng mang, thì tần số gần với fc có thể được tạo ra và có thể theo dõi được tần số chính xác bằng một mạch vòng hồi tiếp, vòng khoá pha chẳng hạn Máy thu phải nhận được các thông số khác như τ, ti và θ’ từ tín hiệu thu được Quá trình nhận được τ được gọi là quá trình đồng bộ, thường được thực hiện ở hai buớc: bắt và bám Quá trình nhận được ti được gọi là quá trình khôi phục đồng hồ (định thời) ký hiệu STR (Symbol Timing Recovery) Còn quá trình nhận được θ’ (cũng như

fc) được gọi là quá trình khôi phục sóng mang Việc khôi phục sóng mang và đồng hồ là cần thiết ở mọi máy thu thông tin số liệu đồng bộ Khi T/Tc = N (chu kỳ của chuỗi PN), có thể nhận được định thời của ký hiệu ti một khi đã biết τ

Ta hãy khảo sát một cách ngắn gọn ảnh hưởng của sai pha sóng mang và sai pha mã ở máy thu Giả thiết rằng máy thu sử dụng cos(2πfct+θ’+γ) thay cho cos(2πfct + θ’) cho bộ giải điều chế và sử dụng c(t-τ’) làm tín hiệu PN nội, nghĩa là sóng mang có sai pha γ và tín hiệu PN có sai pha t-τ’, khi đó Zi sẽ là:

=

T t

t

c c

i

i

i

dt t

f t

f t

c t c t b A

T t

t

i

i

dt t

c t c t b

A

)cos(

)'()()(

T t

t

i

i

dt t

c t c T

AT

)'()(

1)cos(

số tín hiệu trên tạp âm sẽ nhỏ hơn gây ra xác xuất lỗi cao hơn Tuy nhiên nó vẫn có thể hoạt động đúng khi các sai pha τ-τ’ vàγ nhỏ

1.4.2 Hệ thống DS/SS-QPSK

Các kiểu điều chế khác như: khóa chuyển pha vuông góc (QPSK-Quadrature Phase Shift Keying) và khóa chuyển cực tiễu (MSK-Minimum Shift Keying) thường được sử dụng ở các hệ thống SS

1.4.2.1 Máy phát DS/SS-QPSK

Sơ đồ trên bao gồm hai nhánh : một nhánh đồng pha và một nhánh vuông góc Trong sơ đồ này với cùng một đầu vào số liệu điều chế các tín hiệu PN c1(t) và c2(t) ở cả hai nhánh Tín hiệu DS/SS-QPSK có dạng:

)()()

(t s1 t s2 t

=−Ab(t)c1(t)sin(2π f c t+θ)+ Ab(t)c2(t)cos(2π f c t+θ)

))(2

)()(tan)

(

2

1 1

t b t c

t b t c t

Trong đó các thành phần đồng pha và vuông góc được giải trải phổ độc lập với nhau bởi c1(t) và c2(t)

Giả thiết rằng trễ là τ, tín hiệu vào sẽ là(nếu bỏ qua tạp âm):

)2

cos(

)()()2

sin(

)()()

cos(

)2

sin(

)()()()2

(sin)

2 1

' 2

1 = Ab t−τ π f t+θ −Ab t−τ c t−τ c t−τ π f t+θ π f t+θ

2)]

24

cos(

1)[

(2

' 2

1

θ π

−

)2

cos(

)2

sin(

)()()()2

(cos)

2 1

' 2

2 = Ab t−τ π f t+θ −Ab t−τ c t−τ c t−τ π f t+θ π f t+θ

2)]

24

cos(

1)[

(2

' 2

1

θ π

Hai tín hiệu PN c1(t) và c2(t) có thể là hai tín hiệu PN độc lập với nhau hay chúng có thể lấy từ cùng một tín hiệu PN, chẳng hạn c(t) Để minh hoạ cho truờng hợp thứ hai ta lấy tín hiệu c1(t) và c2(t) bằng cách tách tín hiệu c(t) thành hai tín hiệu: c1(t) sử dụng các chip lẽ của c(t) và c2(t) sử dụng các chip chẵn của c(t), trong đó độ lâu của chip c1(t) và c2(t) gấp đôi độ lâu chip của c(t) Để minh hoạ thêm ta giả thiết c1(t) = c(t) và c2(t) bị trễ Giả sử Tc là thời gian chip của c1(t) và c2(t) Độ rộng băng của các tín hiệu được điều chế s1(t) và s2(t) của hai nhánh sẽ như nhau và bằng 2/Tc Lưu ý rằng s1(t) và s2(t) là trực giao và cũng chiếm cùng độ rộng băng tần Vì thế độ rộng

băng tần của s(t) cũng giống như độ rộng băng tần của các tín hiệu s1(t) và s2(t) và bằng 2/Tc Đối với tốc độ số liệu 1/T độ lợi xử lý PG (progress Gian) bằng T/Tc

Các hệ thống DS/SS có thể được sử dụng ở các cấu hình khác nhau Các hệ thống

ở trên được sử dụng để phát một tín hiệu có tốc độ bit 1/T bit/s PG và độ rộng băng tần bị chiếm bởi tín hiệu DS/SS-QPSK phụ thuộc vào các tốc độ chip của c1(t) và

c2(t) Ta cũng có thể sử dụng một hệ thống DS/SS-QPSK để phát hai tín hiệu số 1/T bit/s bằng cách để mỗi tín hiệu điều chế một nhánh Một dạng khác ta có thể sử dụng một hệ thống DS/SS-QPSK để phát một tín hiệu số có tốc độ bit gấp đôi: 2/T bit/s bằng cách chia tín hiệu số thành hai tín hiệu có tốc độ bit 1/T bit/s và để chúng điều chế một trong hai nhánh

Tồn tại các nhân tố đặc trưng cho hiệu quả hoạt động của DS/SS-QPSK như: độ rộng băng tần được sử dụng, PG tổng và tỷ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal to Noise Ratio) (thường được xác định bằng xác xuất lỗi bit) Khi so sánh DS/SS-QPSK với DS/SS-BPSK ta cần giữ một trong các thông số trên như nhau trong cả hai hệ thống và so sánh các thông số còn lại Chẳng hạn một tín hiệu có thể được phát đi ở hệ thống DS/SS-QPSK chỉ sử dụng một nữa độ rộng băng tần so với độ rộng băng tần mà hệ thống DS/SS-BPSK đòi hỏi khi có cùng PG và SNR Tuy nhiên nếu cùng một số liệu được phát đi bởi hệ thống DS/SS-QPSK có cùng độ rộng băng tần và PG như hệ thống DS/SS-QPSK, thì hệ thống DS/SS-QPSK có ưu việt về SNR dẫn đến xác xuất lỗi thấp hơn Mặt khác một hệ thống DS/SS-QPSK có thể phát gấp hai lần số liệu so với hệ thống DS/SS-BPSK khi sử dụng cùng độ rộng băng tần và có cùng PG và SNR

Ưu điểm của các hệ thống DS/SS-QPSK so với các hệ thống DS/SS-BPSK được đề cập ở trên đạt được là nhờ tính trực giao của các sóng mang sin(2πfct+θ) và

cos(2πfct+θ) ở các nhánh đồng pha và vuông góc Nhược điểm của hệ thống DS/SS-QPSK là phức tạp hơn hệ thống DS/SS-BPSK Ngoài ra, nếu các sóng mang được sử dụng để giải điều chế ở máy thu không thực sự trực giao thì sẽ xảy ra xuyên âm giữa hai nhánh và sẽ gây thêm sự giảm chất lượng của hệ thống DS/SS-QPSK được sử dụng ở hệ thống thông tin di động IS-95 CDMA và hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System)

Máy phát

r rf (t) r d (t)

Cos(w t ) c

m(t) P(t) cos(w t) c

User’s

data

Baseband dened

Máy Thu Kênh RF

CHƯƠNG

2

HỆ THỐNG

THÔNG TIN DI ĐỘNG DS/CDMA

2.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống

Hệ thống trải phổ DSSS là một trong nhửng công nghệ của hệ thống trải phổ CDMA dựa trên trải phổ trực tiếp bằng mả PN Là hệ thống được biết nhiều nhất trong hệ thống thông tin trải phổ Chúng là loại tương đối đơn giản vì không yêu cầu tính ổn định nhanh và tốc độ tổng hợp tần số cao Ở hệ thống DS/SS nhiều người sử dụng cùng dùng chung một băng tần và phát tín hiệu của họ đồng thời Máy thu sử dụng tín hiệu giả ngẫu nhiên chính xác để lấy ra tín hiệu mong muốn bằng cách giải trải phổ Các tín hiệu khác xuất hiện ở dạng các nhiễu phổ rộng công suất thấp tựa tạp âm Hệ thống trải phổ DS/SS được ứng dụng nhiều trong các công nghệ CDMA IS-95 , CDMA one , W-CDMA và các loại CDMA 3G khác

2.2 Hệ thống DS-CDMA

Hình 2.1 thể hiện sơ đồ khối của một hệ thống DS-CDMA Số liệu người sử dụng chưa điều chế d u (t) có thể là một dòng bít nhị phân nối tiếp ( trong trường hợp một người sử dụng ) Dòng số liệu này được điều chế bởi mả p(t) có tốc độ cao hơn Quá trình điều chế sẻ tăng độ rộng băng tần của tín hiệu băng gốc Tín hiệu trải phổ băng gốc d m (t)cuối cùng được điều chế với sóng mang vô tuyến w ctrước khi truyền trên kênh truyền dẩn vô tuyến

d rf (t) r rf (t)

Hình 2.1 : Sơ đồ khối của hệ thống DS-CDMA

Trong quá trình truyền trên kênh truyền , tín hiệu bị gián doạn bởi nhiểu đa đường , nhiểu ngẩu nhiên và các tín hiệu can nhiểu khác của kênh truyền , ký hiệu là n(t)

Tín hiệu thu r rf (t) sau đó được giải điều chế để thu được tín hiệu trải phổ băng gốc )

(t

r m Khâu xử lý cuối cùng là khôi phục lại tín hiệu trải phổ ban đầu r d (t)

Tín hiệu băng gốc r m (t) thu được có thể chia làm ba loại theo các bộ giải điều chế tín hiệu trải phổ chúng Loại tín hiệu thứ nhất là tín hiệu của người sử dụng cần thu Loại thứ hai là tín hiệu của người sử dụng khác ( trong trường hợp nhiều người sử dụng ) , nhưng tín hiệu này bị bộ giải điều chế loại bỏ ,đây là nhửng tín hiệu trực giao với tín hiệu của người sử dụng cần thu Loại tín hiệu cuối cùng là tất cả các tín hiệu khác như : tạp âm , can nhiểu … Nhửng tín hiệu này làm gián đoạn tín hiệu cần thu

2.3 Trải phổ

Trải phổ là quá trình điều chế với mục đích phân bố năng lượng tín hiệu trên băng tần rộng ( rộng hơn nhiều so với tín hiệu chưa điều chế ) Trong hệ thống trải phổ trực tiếp , chuổi giả ngẩu nhiên – PN được sử dụng để điều chế trực tiếp tín hiệu nhằm đạt được tín hiệu có băng tần rộng như trên hình 2 2

Đặc tính ngẩu nhiên của chuổi PN tạo cho tín hiệu trải phổ có dạng gần giống tạp âm trắng Với băng tần rộng ,tín hiệu trải phổ có ưu điểm như sau :

• Khả năng chống can nhiểu bên ngoài và tổn hao đa đường

• Khả năng chống nhiểu băng tần hẹp

• Khả năng tái sử dụng phổ tần

d u (t) d m (t)

Hình 2.2 : Trải phổ trực tiếp

Các nhiễu băng hẹp, các nhiễu xung và các can nhiễu khác chỉ có thể làm gián đoạn một phần của tín hiệu trải phổ Do đó, những can nhiễu này chỉ làm giảm không đáng kể tỷ số hiệu trên nhiễu – SNR Tín hiệu trong hệ thống trải phổ trực tiếp có dạng như nhiểu nền đối với những người sử dụng khác trong cùng băng tần Do vậy nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ một phổ tần và họ phân biệt với nhau bởi một mã xác định

2.4 Các chuỗi mã giả ngẫu nhiên

Các chuỗi PN được sử dụng trong quá trình tạo tín hiệu ngẫu nhiên, mã hoá số liệu và trải phổ Viêc tạo chuỗi PN được sử dụng một thanh ghi M bit vơiù các đường hồi tiếp như trên hình 2.3 (trường hợp M=5)

PN Gen

|D m ( f)|

Mod-2 add

µ(t)

clock

Hình 2.3 : Bộ tạo chuổi PN chiều dài cực đại (M=5 , N=31)

Chiều dài chuỗi số liệu đầu ra có thể đạt cực đại(LMAX)

N=Lmax = 2M-1

Các chuỗi PN có chiều dài cực đại được gọi là các chuỗi mã tuyến tính cực đại

Những chuỗi này được sử dụng trong hệ thống trải phổ Chuỗi PN có những đặc trưng sau:

• Cân bằng mã: số lượng bit 1 và số lượng bit 0 chỉ khác nhau 1 đơn vị

• Tự tương quan: với giá trị tín hiệu ±1, hàm tự tương quan của chuỗi PN nhận giá trị bằng -1 với tất cả các tín hiệu có độ sai pha lớn hơn 1bit Với tín hiệu không có sai pha, hàm tự tương quan đạt giá trị bằng N (chiều dài chuỗi PN) (xem hình 2.4)

• Cộng môđun 2: cộng môđun 2 của một chuỗi PN với phiên bản dịch bit của chuỗi đó sẽ thu được kết quả là một bản dịch bit khác của chính chuỗi đó

V

-6 -4 -2 0 2 4 6 τ (Chu ky2 bit PN)

Hinh 2.4 : Hàm tự tương quan liên tục

Hàm tự tương quan liên tục của một chuổi PN được định nghỉa như sau :

N – số lượng bít của chuổi PN :

c

T - chu kỳ một bít của PN:

N.T c - độ dài chuổi PN

Việc đồng bộ trong máy thu DSSS được thực hiện bằng cách tìm giá trị cực đại của hàm tương quan C CA(t) tại đó tín hiệu được đồng bộ hoàn hảo(τ =0)

2.5 Điều chế trong hệ thống DS/SS trường hợp một người sử dụng

Trong phần này, chúng ta sẽ phân tích trường hợp đơn giản nhất của việc điều chế DS/SS: phát sinh và thu tín hiệu của một người sử dụng duy nhất Trong trường hợp này, một mã giải ngẫu nhiên PN điều chế trực tiếp dòng số liệu nhị phân )

(t

d u Băng tần của tín hiệu điều chế được mở rộng là do tốc độ bít cao của mã PN Hệ số tải phổ (F s) được định nghĩa là tỷ số của tôùc độ bít mã PN trên tốc độ bít của dòng số liệu, hay tỷ số giữa chu kỳ(T b) của dòng số liệu trên chu kỳ(T c) của mã PN

F S=

c

b

T T

Việc điều chế có thể thực hiện theo hai cách tuỳ thuộc vào dạng số liệu đầu vào : nếu tín hiệu vào là tín hiệu lưởng cực (± A) thì việc điều chế sẻ được thực hiện bằng phép nhân tín hiệu , nếu tín hiệu đầu vào là tín hiệu nhị phân (0,1) thì điều chế thực hiện bằng phép cộng mođul 2 Thông thường , độ dài chuổi mả ngẩu nhiên PN (N.T c) lớn hơn hoặc bằng chu kỳ bít của dòng số liệu -T b

2.6 Giải điều chế trong hệ thống DS/SS trường hợp một người sử dụng

Việc khôi phục lại dòng số liệu ban đầu yêu cầu có đồng bộ giửa mả PN bên trong máy thu với mả PN chứa trong tín hiệu băng gốc thu được -r m (t).Sau đó thực hiện giải điều chế ( hay nén phổ ) tín hiệu thu được và cuối cùng là phát hiện các bít số liệu Quá trình đồng bộ mả sẻ được phân tích chi tiết ở phần 0 , trong phần này ta giả thiết là mả PN được đồng bộ hoàn hảo

Việc giải điều chế của tín hiệu trải phổ trực tiếp chuyển đổi tín hiệu điều chế băng rộng thành tín hiệu băng hẹp Giải điều chế thực hiện chức năng xác định hay chức năng lọc Chức năng xác định được thực hiện dựa trên giá trị tương quan ( tương quan chéo ) của tín hiệu r m (t)với mả giả ngẩu nhiên PN

Hình 2.5 thể hiện sơ đồ khối đơn giản của máy thu DSSS , trong đó bộ tương quan được sử dụng ở bên trong bộ giải điều chế băng gốc Hàm tương quan liên tục ( hàm tương quan CT ) được định nghỉa như sau :

)()

r m (t) r d (t)

Cos(w c t) p(t)

∫dt

Giả sử đường truyền lí tưởng ( không có can nhiểu ) , tín hiệu băng gốc thu được :

d u - tín hiệu ban đầu chưa điều chế

Để đơn giản ta giả thiết A=1 và thực hiện thu đồng bộ Khi đó hàm tương quan chéo CT sẻ là :

s b u c

b b u

T c b u

c

c CN

F T d T

T T d

dt t p T T d

dt t p t p t d T

dt t p t r T C

b b

b

)(

1

)0()

()

(1

)0()

(

1)0(

Trong thực tế , tín hiệu thu được bị gián đoạn bởi các tín hiệu can nhiểu và tổn hao

do các đặc tính của kênh truyền dẩn cao tần Hiệu ứng này làm cho tín hiệu thu r m (t)có một sai số nhất định Tích phân sai số này trong chu kỳ T b sẻ thu được công suất nhiểu nền Mức công suất nhiểu nền không ảnh hưởng nhiều đến mức công suất của tín hiệu thu Aûnh hưởng của việc lệch đồng bộ trong thực tế có thể làm giảm tương quan đầu ra Bên độ tương quan đầu ra bị suy giảm do nó chỉ có thể đạt trong trường hợp đồng bộ hoàn hảo Việc mất đồng bộ này làm giảm mức công suất tín hiệu trong khi công suất nhiểu không thay đổi Do đó làm giảm SNR

2.7 Đa truy nhập phân chia theo mả

Trong phần này , chúng ta xem xét việc truyền số liệu của nhiều người sử dụng trong hệ thống CDMA DSSS Nhiều sử dụng có thể cùng truyền và nhận tín hiệu trên cùng phổ tần Số liệu đều chế của mổi người sử dụng được coi như nhiểu đối với người sử dụng khác Việc phân biệt số liệu của mổi người sử dụng được thực hiện bằng cách sử dụng các mã PN khác nhau để điều chế và trải phổ tín hiệu Trong trưỡng hợp lý tưởng K mã trực giao, K người sử dụng có thể truy nhập đồng thời Khái niệm trực giao có nghĩa là giá trị tương quan chéo của tín hiệu điều chế trải phổ

trực tiếp của một trong K-1 người sử dụng không mong muốn với mã trải phổ PN của

người cần thu bằng 0 Do vậy chỉ có tín hiệu mong muốn có giá trị tương quan khác 0

Vấn đặt ra là khó có thể tìm được một bộ mã nhị phân trực giao trong môi trường

truyền dẫn không đồng bộ của nhiều ngưởi sử dụng Ta xét một ví dụ đơn giản: giá trị

tương quan chéo của hai từ mã PN7 chíp: (1110100) và (1100101) hàm tương quan

của hai từ mã này được thể hiện trên hình 2.6

Hình 2.6 : Hàm tương quan chéo của hai từ mả PN chiều dài 7 chíp

Hàm tương quan chỉ đạt giá -1tại 3 vị trí (2,-2,-3) trong khi hai từ mã được coi là

trực giao Thông thường hai người sử dụng độc lập có thể truyền dẫn không đồng

bộdo vậy không thể đảm bảo là các từ mã trực giao và như vậy hai đường truyền dẫn

có thể gây can nhiễu cho nhau điều này không có nghĩa là việc truyền dẫn nhiều

người sử dụng không thể thực hiện được Mà trái lại như đã nói trong các phần trước,

các tín hiệu của các người sử dụng khác có dạng như tạp âm trắng và việc loại bỏ các

tín hiệu này được thực hiện nhờ cơ chế tăng ích xử lý trong hệ thống thông tin trải

phố Việc loại bỏ các tín hiệu can nhiểu không thể thực hiện một cách triệt để bằng

cách sử dụng các mã trực giao Tuy nhiên trong trường hợp truyền dẫn đồng bộ nhiều người sư ûdụng có thể dùng

nguyên lý trực giao Trong trường hợp này, số liệu truyền dẫn của mổi người sử dụng

được điều chế và được đóng gói trước khi truyền dẫn Yêu cầu đối với các mã trải

phổ là các mã này phải trực giao đồng bộ Ví dụ về hàm trực giao đồng bộ là các

hàm sin và cos ở cùng một tần số: các hàm này trực giao với nhau với điều kiện là

phải duy trì độ sai pha 900 Đối với các từ mã có độ dài cho trước, có thể tồn tại một

số mã trực giao đồng thời để tạo thành một không gian mã K chiều sử dụng cho việc

truyền dẫn đường xuống ở trạm gốc Các hàm Walsh là một bộ 2M mã trực giao đồng

bộ được tạo ra từ các biểu thức đệ quy ma trận Hadamard Hình 2.7 thể hiện 7 trong

số mã Walsh có chiều dài 16

Trên hình 2.7, từ mả đầu tiên là tín hiệu DC , từ mả 2,3 là các tín hiệu số tương tự

như tín hiệu sin và cos ở tần số cơ bản ,từ mả 4,5 tương tự tín hiệu sin và cos ở các

sóng hài Từ mả thứ 6 không giống với tín hiệu sin hay cos 16 từ mả Walsh trực giao tương hổ ( giá trị tương quan chéo trên 16 chíp bằng 0 )

Hinh 2.7 : 7 trong số 16 mả Walsh chiều dài 16 chíp

Việc sử dụng mả trực giao khác nhau được thực hiện để điều chế tín hiệu của mổi người sử dụng Hình 2.8 là sơ đồ đơn giản của máy phát CDMA Thông thường tốc độ của mả trực giao bằng tốc độ của mả PN do vậy các mả trực giao thực hiện trải phổ người sử dụng Tuy nhiên trong thực tế , các mả trực giao có đặc tính tương quan rất tồi do đó không thể sử dụng cho việc đồng bộ ở máy thu vì vậy vẩn phải sử dụng điều chế PN

)(

1 t w

)(

Hình 2.8 : Ví dụ một máy phát CDMA

2.8 Giải điều chế các tín hiệu CDMA

Người sử dụng 1

Người sử dụng 2

Người sử dụng k

Hình 2.9 là sơ đồ đơn giản của máy thu CDMA Các mả Walsh và các mả PN có thể được trộn trước như trên hình 29 Hình 30 thể hiện các dạng sóng khi thực hện giải điều chế cho người sử dụng thứ 3 trong ví dụ trên hình 2.8 Tuy nhiên , các tín hiệu đầu ra không thay đổi so với dạng phát ban đầu vì tín hiệu đầu ra của bộ tương quan của người sử dụng khác bằng không

Hình 2.9 : Các máy thu CDMA trong trường hợp nhiều người sử dụng

(a) Thực hiện một cách trực tiếp ;

(b) Thực hiện trộn trước các mả Walsh và mả PN

Có hai vấn đề quan trọng khi thực hiện giải điều chế :

• Độ tuyến tính của bộ tương quan để duy trì mối quan hệ trực giao của tín hiệu Ví dụ như : đảm bảo tích phân tín hiệu của nhửng người sử dụng không mong muốn bằng 0

• Dải động của bộ tương quan để duy trì mối quan hệ trực giao của tín hiệu của một người sử dụng có thể thu được tín hiệu có nhiều mức khác nhau

2.9 Đặc tính của tín hiệu DS

Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK1800 Lý do chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng như dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế hai pha đơn giản Độ rộng băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5Mcps (chip/s) thì đôï rộng băng của vấu chính là 10 Mhzvà mổi vấu bên có độ rộng băng là 5MHz

Hình 2.10 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình Dãy mã được đưa vào bộ điều chế cân băng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế hai pha Quá trình này được chỉ ra trên hình 2.11 theo trục thời gian Sóng mang có lệch pha 1800giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã Sự khác nhau không thành vấn đề trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung ) là quan trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây

∫dt

Cos(w c t) pw k (t)

∫dt

Hình 2.10 : Điều chế loại DS (2 pha )

(1) Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các kỹ thuật phức tạp Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang vì mức sóng mang nằm bên dưới của múc tạp âm khi điều chế mã

(2) Yêu cầu nhiều côngsuất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã mã

(3) Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hẳng số duy trì độ rộng băng và lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có mức giới hạn nhất định Trong hệ PAM với sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [(sinx)/x]2được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh

Hình 2.11 đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình Nói tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã Thực chế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin bằng gốc mà đưa qua thủ tục điều chế nhờ bộ đém và tích luỹ bởi dãy mã tức thời.ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chếđể điều chế mã đối với thủ tục điều chếvà giải điều chế đơn giản

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

Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra

Bộ lọc băng thôn có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần liên quan của bộ thu

Hình 2.11 : Dạng sĩng và cấu hình của hệ thống DS

2.10 Độ rộng băng RF của hệ thống DS

Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp Nếu băng là 2KHz thì độ lợi sử lý được giới hạn là 20MHz Trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi bảo mật tín hiệu thì quan điểm là chọn vừa phải một độ rộng băng hẹp và công suất phát trên 1Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất Do đó

các độ rộng băng rộng được sử dụng Các độ rộng băng rộng cũng được yêu cầu trong trường hợp độ lợi xử lý lớn nhất là cần thiết để ngăn chặn giao thoa

Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh Bất kỳ một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System )chấp nhận một loại điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF ( Identification Friend

&Foe )và TACAN (Tactical air Navigation )

Thực tế thì các hệ thống như vậy liên quan chặt chẽ tới nhiều dạng sóng được chấp nhận cho hệ thống DS để điều khiển mức năng lượng trong mấu bên Bảng 2.1 miêu tả qua các đặc tính của các dạng sóng

• Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác

Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [(sinx)/ x]2có thể được giảithích như sau Nếu chu kỳ của xung hình vuông cho trước là T và biên độ là Athì dãy Fourier được giải như dưới đây khi A=0, T±T/2:

(2-1)

Rõ ràng là công thức 2.1 có dạng sin x/x nghĩa là sự phân bố điện áp của tín hiệu và phân bố công suất có dạng [(sinx)/ x]2

Sự phân bố công suất của tín hiệu DS 2pha và 4 pha đưa ra trên hình 2.12 với biên độ tương ứng với dải của 2 mấu bên thứ nhất tương ứng với 3 lần tốc độ mã Trong trường hợp này thì 90% công suất tổng bao gồm trong băng tương ứng với 2 lần tốc độ mã, 93% tương ứng với 4 lầnvà 95% tương ứng với 6lần Nghĩa là 10% công suất của tín hiệu BPSKhay QPSK bao gồm trong tần số băng bên Nhưng sự suy giảm công suất tín hiệu không thành vấn đề chỉ trong giới hạn băng sau Vì công suất của nhiều hàm điều hoà bậc cao bao gồm cả tần số băng bên trong điều chế nên giới hạn băng hẹp của băng RF tạo ra sự giới hạn thời gian lên và xuống của băng điều chế

Hình 2.12: Phân bố cơng suất trong phổ [ (sin x)/ x] 2

Mối tương quan tam giác của tín hệu đả điều chế với một giá trị đỉnh nhọn trở thành tròn do giới hạn băng tần Hình 2.13 miêu tả chức năng tương quan của tín hiệu DS và ảnh hưởng của tín hiệu băng tần đến dang đường bao của RF

Truyền dẩn QPSK là một sơ đồ để giới hạn băng tần cao khi tốc độ mả cho trước QPSK có thể làm giảm băng RF yêu cầu đến một nửa nhưng độ lợi xử lý giảm đi nhiều Ví dụ, để truyền thông tin 10Kb/s với tốc độ mả 22,75 Mc/s thì yêu cầu độ rộng băng là 20 MHZ để điều chế BPSK và độ lợi xử lý là 20Khz ×10Kb/s =2000 Mặt khác vì QPSK yêu cầu chỉ 10Mhz nên độ lợi xử lý giảm 3dB do đó 10Mhz

×10Kb/s =1000 Do đó loại điều chế hay tốc độ mả nên được xác định trong hệ thống áp dụng và tốc độ thông tin cơ bản , độ lợi xử lý và băng tần sử dụng củng nên được cân nhắc Giới hạn RF đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đo khoảng cách sử dụng DS Như đả chỉ ra trên hình 2.4, suy giảm chất lượng của chức năng tương quan

chịu tổn thất khi điều chỉnh chính xác thời gian Nghỉa là giới hạn băng làm giảm giải pháp khoảng cách của hệ thống đo khoảng cách nhằm tăng khoảng cách đo được

Trong trường hợp nhiểu băng rộng , bứơc điều chế PN có xu hướng làm phẳng phổ tần tín hiệu Vá cuối cùng làm giảm công suất AC của tín hiệu can nhiểu Ở cả hai trường hợp , hiệu ứng quân bình của bộ tương quan sẻ làm giảm công suất nhiểu tổng

và do đó làm tăng SNR ( giả sử mức công suất tín hiệu công suất được duy trì không

đổi ) một lượng gọ là tăng ích xử lý - G p.Người ta định nghĩa tăng ích xử lý như sau

G p =

i

o

SNR SNR

Trong đó, SNR ovà SNR itương ứng là SNR đầu ra và đầu vàocủa bộ tưiơng quan ;

G pcũng có thể được định nghĩa bằng công thức:

Trong đó, BWD và BWSSlà băng thông của số liệu trước và sau khi điều chế SS

2.12 Đồng bộ

Trong phân này chúng ta sẽ phân tích việc định thời của mã PN tạo ra bên trong

máy thu DSSS với mã PN trong tín hiệu thu r m( )t Thông thường quá trình đồng bộ

được thực hiện trong hai pha Trong pha đầu tiên (pha bắt mã –aquistion ) có thể đạt

được đồng bộ thô trong khoảngthời gian một chíp (T c) Tiếp theo là pha bám mã

(tracking ) Pha bám thực hiện đồng bộ tính trong khoảng thời gian ngắn bằng một

phần củaT c và duy trì trạng tháiđồng bộ cho đếnkhi thực hiện việc giải điều chế

2.13 Pha bắt mã

Việc đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính tương quan của chuổi PN Bám

mã được thực hiện bằng cách điều chỉnh đầu ra của bộ tương quan để so sánh pha các

chíp kế tiếp cho đến khi phát hiện vùng giá trị tương quan đạt cực đại Trong thực tế,

có hai vấn đề nảy sinh là: chuổi PN bị điều chế số và chuổi PN có thể dài hơn chu kỳ

bít số liệu (N.T c >T b) Nếu chiều dằi chuổi PN bằng chu kỳ bít -T b thì bám mã có thể

thực hiện được bằng cách phát hiện các đỉnh âm hoặc dương Nếu không có điều chế

số,giả sử chuổi PN dài hơn chu kỳ bít thì việc thực hiện tương quan lâu hơn trước khi

tìm biên độ đỉnh Khi cả hai điều kiện đồng thời xảy ra, thì quá trình phát hiện đỉnh

có thể bị ành hưởng hoặc không thực hiện được Khiđó,số liệu phải được giải điều

chế trước khi thực hiện tương quan Tuy nhiên, giải điều chế chỉ thực hiện được sau

khi đã đồng bộ.Do vậy, sẽ tồn tại một nghịch lý

Để giải quyết vấn đề này có thể thực hiện theo một số cách khác nhau Một trong

số đó là cách tính một phần giá trị tương quan có chiều dài T bvà cộng giá trị tuyệt đối

thu được để đạt được giá trị tương quan toàn bộ.Theo cách này ta có thểthu được đúng

giá trị đỉnh Tuy nhiên các giá trị tương quan khác không bằng -1 như trong trường

hợp lý tưởng (xem hình 2.14)

Hình 2.14 ,so sánh giữa hàm tự tương quan liên tục trong trường hợp lý tưởng và tổng của các thành phần đối với các dạng sóng cho trên hình A-24

Trên hình 2.14 ta thấy độ dữ trữ nhiễu bị giảm Do đó sẽ tăng khả năng bắt mã sai

Một giải pháp khác được sử dụng trong hệ thống CDMA là dành một kênh để truyền

tín hiệu hoa tiêu sử dụng cho đồng bộ Tín hiệu hoa tiêu không điều chế Do vậy tín hiệu này có thể tạo ra đặc tính tự tương quan lý tưởng Thời gian bắtτ acqlà khoảng thời gian máy thu đạt được đồng bộ theo mã PN Thời gian bắt phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật thu.Có hai loại bộ tương quan là:bộ tương quan trượt (slidingcorrelator) và matchedfilter

Hình 2.14 : So sánh giửa hàm tự tương quan liên tục trong trường hợp lý tưởng

2.14 Pha bám mã

Đồng bộ mã được duy trì bằng cách sử dụng hai bộ tương quan bám trong cấu hình hồi tiếp gọi là vòng khoá trể(DLL) Một bộ tương quan bám (early) lấy mẩu tín hiệu vào nhanh hơn nửa chíp so với bộ giải điều chếsố liệu (data).Bộ tươngquan bám khác lấy mẫu tín hiệu vào chậm hơn một nửa chip so với bộ giải điều chếsố liệu

S fb

r m (i)

r d (i)

Hình 2.15 Bộ giải điều chế số trong mạch vòng khoá trể - DLL

Hình 2.15.Bộ giải điều chế số trong mạch vòng khoá trễ-DDL

Tín hiệu phản hồi được sử dụng để cân bằng đầu ra của hai bộ tương quan bám Xét giá trị của hàm tương quan liên tụcC CA ( )τ và đầu ra của các bộ tương quan bám theo ba trường hợp: mã PN của máy thu nhanh pha hơn so với hiệu vào, cùng pha với tín hiệu vào và chậm pha hơn tín hiệu vào (xem hình 2.16) Các bộ tương quan (sớm pha, cùng pha, chậm pha) thực hiện tương quan theo ba pha chíp kế tiếp nhau của tiến

Bộ tương quan Sớm pha

Bộ tương quan Trể pha

Bộ tương quan Số liệu

Bộ tạo dao động đồng hồ

hiệu đầu vào, các pha này lêïch nhau 0,5T c Khi biên độ đầu ra của bộ tương quan sớm và chậm bằng nhau, thì bộ tương quan số liệu sẽ đồng bộ hoàn hảo với tín hiệu vào,tín hiệu ra sẽ đạt giá trị đỉnh

C CA(τ) C CA(τ) C CA(τ)

E ° E ° °L °L

T c −T c T c −T c T c

Hình 2.16 : Các giá trị đầu ra của các bộ tương quan sớm pha và chậm pha ứng

Với trạng thái đồng bộ khác nhau :

(a) Mả PN của máy thu nhanh pha hơn so với tín hiệu thu ;

(b) Cùng pha với tín hiệu thu (c) Chậm pha hơn so với tín hiệu thu

c

T

−

CHƯƠNG

3

CHUYỂN GIAO TRONG

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DS/CDMA

3.1 Sự cần thiết của chuyển giao trong hệ thống thông tin di động

Hệ thống thông tin di động DS/CDMA là hệ thống thông tin trải phổ trực tiếp mà việc chuyển giao tổng quát củng giống như chuyển giao trong mạng thông tin di động tổ ong, do cấu trúc mạng là gồm tập hợp các cell có hình lục giác liên kết với nhau tạo thành một mạng tổ ong Trong mỗi cell có một BTS đặt ở trung tâm của cell đảm nhận việc phủ sóng cho các MS (Mobile Station) trong cell đó Do đặc điểm của MS trong thông tin di động là MS luôn luôn di chuyển, vì thế khi MS càng ở gần trạm gốc thì chất lượng tín hiệu tốt, nhưng khi MS di chuyển càng ra gần biên của cell thì chất lượng cuộc thoại càng giảm xuống và dần dần cuộc thoại sẽ bị ngắt Do đó, cần phải có một kỹ thuật để chuyển cuộc thoại của MS vừa rời khỏi cell cũ sang cell mới để đảm bảo tính liên tục của cuộc thoại Kỹ thuật này gọi là chuyển giao Do đặc tính động của MS nên ta thấy chuyển giao là một vấn đề rất quan trọng trong hệ thống thông tin di động tổ ong Việc thực hiện chuyển giao càng tốt thì xác suất rớt cuộc gọi tại biên của các cell càng thấp, cũng có nghĩa là chất lượng cụộc thoại càng cao Nếu

MS rời khỏi vùng phủ sóng của một cell mà không được chuyển giao tốt thì xác suất rớt cuộc gọi là rất lớn, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thông tin

Tuy nhiên, ngoài chuyển giao do MS di chuyển ra ngoài vùng biên của cell tức chuyển giao vì mục đích là để cuộc thoại được liên tục (gọi là chuyển giao giải cứu), còn có các loại chuyển giao cho các mục đích sau:

§ Loại chuyển giao không phải do tín hiệu yếu, mà mục đích là để cải thiện chung về nhiễu Người ta thấy rằng MS sẽ tối thiểu hóa công suất phát nếu nó thuộc cell có suy hao đường truyền tối thiểu với nó Nếu các MS đều tối thiểu hóa công suất phát thì mức nhiễu chung cũng tối thiểu Nếu hệ thống khởi động chuyển giao chỉ vì tối ưu hóa về nhiễu, thì đó là chuyển giao kiêng kỵ nhiễu (Confinement Handover) Sự chuyển giao này làm cho MS hoạt động thông tin trong vùng tối ưu nhất theo quan điểm phòng vệ nhiễu, mặc dù tín hiệu trước chuyển giao vẫn đủ mạnh Vì thế, chuyển giao này chỉ thực hiện trong điều kiện biết rõ chất lượng truyền dẫn tốt sau khi chuyển giao

§ Loại chuyển giao khác là chuyển giao lưu thông (Traffic Handover) Do điều kiện nào đó mà dung lượng của một cell tăng đột ngột, khi đó sự tắc nghẽn sẽ