BCTT_tong quan ve thong tin di dong te bao.doc

BCTT_tong quan ve thong tin di dong te bao

Chơng i : tổng quan về thông tindi động tế bào

1 Sự phát triển của các dịch vụ tế bào (Tổ ong- Cellular)

Năm 1946, hệ thống điện thoại di động thơng mại đầu tiên đã đợc đa vào hoạt động ở thành phố Saint Louis- Hoa Kỳ, sử dụng băng tần 150 MHz với khoảng cách kênh là 60 KHz và số lợng kênh bị hạn chế chỉ tới 3 Tuy nhiên dịch vụ này vừa chỉ mới bắt đầu thì những nhợc điểm cố hữu của nó đã bộc lộ Tất nhiên nhợc điểm chính là do những nguyên nhân về can nhiễu cùng kênh nên đòi hỏi phải phân cách về mặt vật lý quá lớn.

Năm 1947, phòng thí nghiệm điện thoại Bell bắt đầu bắt tay vào khảo sát một khái niệm tái sử dụng tần số nhờ sử dụng các tế bào nhỏ (cell) với các máy di động công suất thấp Các tế bào này có thể liên kết với nhau nhờ sử dụng một máy tính, cho phép thuê bao có thể di động trong khi số lợng thuê bao cùng một lúc gia tăng đáng kể mà hệ thống vẫn có thể phục vụ đợc Tuy nhiên, thực tế các nớc khác đã đa mạng tế bào hoạt động nh một dịch vụ thơng mại trớc cả Hoa Kỳ Cụ thể, dịch vụ mạng tế bào thơng mại đầu tiên đ-ợc bắt đầu ở Nhật Bản vào năm 1979 Và rất nhanh sau đó nó đđ-ợc phát triển

ở nhiều khác trên thế giới.

Mặc dù các dịch vụ mạng tế bào phát triển rất mạnh, nhng không hề có khả năng tơng hợp giữa các dịch vụ trên phạm vi toàn cầu Hệ thống ở Hoa Kỳ dựa trên thiết kế ban đầu của AT&T và Motorola, đợc gọi là AMPS (Advanced Mobile Phone Service- dịch vụ điện thoại di động tiên tiến) AMPS đợc sử dụng ở khoảng 70 nớc khác trên thế giới và nó là tiêu chuẩn đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Ngoài ra phải kể đến một số các tiêu chuẩn thông dụng khác là: NMT (Nordic Mobile Telephone- điện thoại di động Bắc Âu), TACS (Total Access Communications Service- dịch vụ truyền thông hoàn toàn truy nhập) và hệ thống GSM (Global System for Mobile- hệ thống di động toàn cầu) Hệ thống NMT ban đầu đã đợc thiết kế cho các mạng tơng đối nhỏ gồm 20.000- 30.000 thuê bao và cung cấp 180 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 hoặc 30 KHz trong dải tần 450 MHz Một thế hệ sau này của NMT cung cấp dung lợng lớn hơn ở dải tần 900 MHz, nó có khả năng cung cấp 1.000 kênh, mỗi kênh sử dụng dải thông 25 KHz hoặc 2.000 kênh, mỗi kênh có dải thông12,5 KHz Và hiện tại có khoảng 30 nớc đã sử dụng hệ thống NMT Hệ thống TACS đợc sử dụng ở Châu Âu, Anh Quốc và khoảng vài chục nớc khác Một dạng chuyển hoá của TACS đợc sử dụng ở Nhật Bản gọi là JTACS, cung cấp 1.320 kênh, mỗi kênh chiếm dải thông 25 KHz Còn sự ra đời của GSM có thể nói là do các nớc khác nhau ở Châu Âu sử dụng các tiêu chuẩn mạng tế bào khác nhau, cho nên cần có một tiêu chuẩn duy nhất để cung cấp khả năng chuyển vùng (Các tiêu chuẩn khác nhau không chỉ sử dụng các giao thức khác nhau mà còn hoạt động ở các tần số khác nhau, vì vậy không thể có tính tơng thích tòn cầu) Do vậy hệ thống GSM đã đợc phát triển nh một dịch vụ số hoá hoàn toàn có thể dùng đợc ở Châu Âu và nhiều nớc khác GSM đợc thiết kế để làm việc ở băng tần 900 MHz và qui định tám khe thời gian cho mỗi kênh rộng 200 KHz.

2 Cấu trúc cơ bản của mạng tế bào

1

Về cơ bản, hệ thống điện thoại di động tế bào gồm các máy điện thoại di động trên xe ô tô hoặc xách tay (MS), trạm gốc (BS) và tổng đài di động (MSC- trung tâm chuyển mạch điện thoại di động)

Trong đó, máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển BS cũng bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối giữa máy di động với trung tâm chuyển mạch của hệ thống, anten, bộ điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn cung cấp Còn MSC bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp chức năng thu thập số liệu cớc đối với các cuộc gọi đã hoàn thành.

Các thành phần chức năng của mạng đợc liên kết với nhau thông qua các đờng kết nối thoại và số liêụ Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF Vì các kênh lu lợng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong suốt quá trình cuộc gọi Nên cuộc gọi có thể đợc thiết lập ở bất kỳ một kênh nào đã đợc xác định trong vùng đó Cũng từ những quan điểm về hệ thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã đợc xác định đều có thể bận do đợc kết nối một cách đồng thời với các máy di động MSC xử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng Bộ phận điều khiển của MSC có thể nói là trái tim của hệ thống tế bào vì nó sẽ điều khiển, sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống Tổng đài MSC kết nối các đờng đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đờng số liệu giữa MSC và BS Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS đợc truyền đi qua kênh RF, các đờng kết nối thoại và số liệu cố định đợc sử dụng để truyền các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC.

Với hệ thống này, do các máy phát thờng có công suất lớn hơn nhiều (500 w) so với các máy di động (25 W) Và đơng nhiên anten của máy di động thờng ở mức thấp hơn nhiều so với anten phát Để cự ly thông tin của hệ thống đợc nh nhau theo cả hai chiều, ngời ta thờng dùng các trạm đầu xa chứa các máy thu Các trạm đầu xa này sẽ thu nhận tín hiệu phát của máy di động và gửi chuyển tiếp tín hiệu đó trở lại bộ điều khiển hệ thống để xử lý.

Trong khi đó, đối với mạng tế bào ngời ta lại bố trí các máy thu/phát trong vô số các tế bào nhỏ trong phạm vi của vùng bao phủ Các máy thu/phát đợc điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm hoặc một tổng đài, sao cho thuê bao có thể di chuyển giữa các cell mà dịch vụ vẫn đợc duy trì Điều này cho phép tái sử dụng lại tần số và tạo điều kiện để mạng tế bào có tiềm năng dung lợng lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông tin di động trớc đây.

Chơng ii : phơng pháp truy nhập kênh trongthông tin di động

1 kỹ thuật ghép kênh (Multiplexing)

Để làm tăng dung lợng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, chẳng hạn nh trong thông tin di động thì ngời ta phải sử dụng kỹ thuật ghép kênh Hiện nay có rất nhiều loại ghép kênh, nhng ba hình thức thông dụng nhất là:

 FDMA (Frequency Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo tần số)

 TDMA (Time Division Multiple Access- Đa truy nhập phân

chia theo thời gian)

 CDMA (Code Division Multiple Access- Đa truy nhập phân chia theo mã)

Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch chiếm trong một băng tần nào đó Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến đợc nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng đợc gán cho một tần số riêng.

2 FDMA

Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, đều chia toàn bộ băng tần đợc phân phối cho một nhà khai thác mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc Vì mỗi kênh thờng có độ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng Mỗi cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặp tần số khả dụng Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất kỳ lúc nào.

Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA ít phức tạp hơn so với các thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và nói chung giá thành cũng rẻ hơn Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng biệt Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng đợc với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn các hệ thống truyền dẫn tơng tự (Analog)

Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào analog ở Hoa Kỳ:

Nh vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhng nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập tới đợc

3 TDMA

Với TDMA mỗi kênh vô tuyến đợc chia thành các khe thời gian Từng cuộc đàm thoại đợc biến đổi thành tín hiệu số và sau đó đợc gán cho một trong những khe thời gian này Số lợng khe trong một kênh có thể thay đổi bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thờng thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lợng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một đại lợng dải thông nh vậy.

TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải đợc số hoá hoặc mã hoá, sau đó đợc lu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA phải đợc sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lợng của tín hiệu.

Hình vẽ dới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 kHz dùng cho mạng tế bào hỗ trợ đợc ba kênh digital Các đờng truyền âm thanh analog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm một khe thời gian trong kênh analog 30 kHz.

4 CDMA

Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang tin ( ví dụ nh tiếng nói) đợc biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó đợc trộn với một mã giống nh mã ngẫu nhiên Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó đợc phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ.

Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tơng đối rộng (Thờng là 1,25 MHz) Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa đợc số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng nh nhau

Hình vẽ trên là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA Dải thông tăng từ 30 kHz lên 1,25 MHz, nhng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm thoại Mỗi đờng thoại analog trớc hết đợc biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi A/D đúng nh với TDMA Tuy nhiên sau đó thêm một bớc nữa là chèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo mã Sau đó tín hiệu đợc phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này

Các đặc tính tiên tiến của thông tin di động sử dụng kỹ thuật CDMA:

Tái sử dụng tần só:

Trong các hệ thống thông tin di động TDMA, mỗi tần số đợc tái sử dụng lại tại các tế bào cách nhau một cự ly nhất định Nhng trong hệ thống sử dụng kỹ thuật CDMA, một tần số đợc sử dụng trên cc tế bào kề nhau Với việc tái sử dụng tần số, ở mức độ giao thoa cho phép có thể đạt dung lợng của hệ thống cao hơn nhiều so với các hệ thống di động dùng kỹ thuật FDMA hoặc TDMA.

Dung l ợng đạt cao hơn:

Trong hệ thống di động CDMA, khoảng 27 cuộc gọi tốc độ 9,6 Kb/s có thể làm việc đồng thời trong một sector và 18 cuộc gọi tốc độ 14,4 Kb/s đồng thời cho một sector Dung lợng của hệ thống CDMA lớn gấp 13,5 lần

so với hệ thống di động AMPS, và lớn gấp 5 lần so với hệ thống di động TDMA.

Khả năng chuyển vùng mềm:

Quá trình máy di động di chuyển trong vùng phủ sóng có thể xảy ra ba loại chuyển vùng khác nhau là: Chuyển vùng cứng (Máy di chuyển giữa các LA kề nhau hay giữa các BSC), chuyển vùng mềm (Máy di chuyển giữa các BTS của cùng một BSC) và chuyển vùng mềm hơn (Máy di chuyển giữa các sector của cùng một BTS).

Trong khi hệ thống di động TDMA sử dụng kỹ thuật chuyển vùng cắt trớc khi nối thì trong công nghệ CDMA lại sử dụng kỹ thuật nối trớc khi cắt Khi đang di chuyển, máy di động vẫn tiếp tục dò tìm tín hiệu dẫ đờng của các trạm thu phát bên cạnh Nó so sánh tín hiệu thu đợc của các trạm lân cận với tín hiệu của trạm đang kết nối Khi cờng độ thu của trạm lân cận đạt đến một mức ngỡng nào đấy thì việc chuyển vùng mềm có thể sẽ đợc thực hiện Lúc này, máy di động gửi bản tin đến trạm điều khiển trung tâm (BSC) Trạm trung tâm thực hiệ kết nối máy di động và trạm thu phát mới trong khi vẫn giữ đờng kết nối ban đầu Chỉ sau khi thực hiện thành công việc kết nối rồi mới cắt liên lạc với trạm cũ Ưu điểm nổi bật của chuyển vùng mềm và chuyển vùng mềm hơn là loại trừ đợc các hiện tợng rơi cuộc gọi hay gán đoạn thông tin trong khi máy di động di chuyển trong vùng giáp danh giữa các BTS hoặc giữa các sector trong cùng một BTS.

 Phân tập theo khoảng cách: thiết kế nhiều cặp antenthu tại một trạm gốc BTS, thiết lập nhiều đờng báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối với máy di động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS.

 Loại phân tập dùng phơng pháp thu đa đờng là phân tập cao nhất nhờ đặc tính duy nhất của CDMA là thu/phát dùng mã PN mà các hệ thống vô tuyến di động khác không có Nhờ có bộ t-ơng quan song song mã PN, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đờng sau đó tổ hợp và giải điều chếcc tín hiệu thu đợc Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu đợc nhng không có tác động đến các đờng thu khác nếu không có sự tơng quan PN giữa các đờng thu Vì vậy tổng tín hiệu thu đợc có độ tin cậy rất cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu là rất thấp.

Với việc ứng dụng nhiều loại phân tập, các kỹ thuật vô tuyến di động dùng kỹ thuật CDMA khắc phục đợc các hiện tợng gián đoạn cuộc gọi, cải thiện đáng kể chất lợng thoại và truyền số liệu.

Điều khiển tự động công suất phát:

Công suất phát của máy di động đợc tự động điều chỉnh sao cho tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu đợc với đọ nhạy trung bình tại bộ thu của trạm gốc BTS Bộ thu CDMA của trạm gốc BTS chuyển

7

tín hiệu thu đợc từ máy tơng ứng thành thông tin số băng hẹp Khi đó tín hiệu thu đợc của các máy di động còn lại là tín hiệu nhiễu của băng rộng Thủ tục thu hẹp băng nhằm nâng cao tỷ số S/N lên đến mức cao nhất Dung lợng của hệ thống đạt đợc là lớn nhất khi tín hiệu thu đợc tại BTS từ các máy di động có tỷ số S/N đạt giá trị cao nhất Trạm BTS cung cấp chức năng mở mạch điều khiển công suất qua việc cung cấp cho máy di động một hằng số công suất Hằng số này liên quan đến các yếu tố nh tải, tạp âm của BTS, tăng ích của anten và khuếch đại công suất Các thông tin này đợc gửi tới máy di động nh một bản tin thông báo, thông qua mạch đóng trạm gốc BTS điều chỉnh cống suất mạch mở để máy di động giữ đợc công suất phát tối u nhất Trạm gốc cứ sau khoảng thời gian 1,25 ms lại so sánh tín hiệu thu đợc từ máy di động với giá trị ngỡng biến đổi và BTS điều khiển máy di động điều chỉnh công suất phát đến khi đạt kết quả tốt Mục đích của việc điều khiển công suất phát của trạm gốc còn đạt mục tiêu giảm công suất phát của máy di động mỗi khi ở trạng thái rỗi hoặc ở vị trí gần BTS Với kêt quả này công suất sẽ tập trung cung cấp cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián đoạn hay máy di động đang ở vị trí xa BTS.

Công suất phát thấp:

Việc giảm tỷ số S/N không những làm tăng dung lợng hệ thống mà còn có tác dụng giảm công suất phát đẻ khắc phục tạp âm và giao thoa Khi giảm công suất phát, sẽ giảm đợc giao thoa Và bán kính phục vụ của một trạm gốc có thể đạt lớn hơn, số lợng trạm gốc BTS cần ít hơn so với các hệ thống di động TDMA.

Bảo mật cuộc gọi:

Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật thông tin rất cao vì tạo đợc mã PN riêng biệt cho mỗi máy, vì vậy dùng máy thu khác để nhận dạng hay tìm kiếm là rất khó khăn.

5 So sánh các công nghệ FDMA, TDMA với CDMA ứng dụng trongthông tin di động tế bào:

Trong FDMA mỗi một khe tần số đợc dành riêng cho một ngời sử dụng và ngời này sẽ dùng khe tần số này suốt quá trình cuộc gọi Trong sơ đồ TDMA mỗi ngời dùng đợc cấp cho một khe thời gian trong quá trình gọi Số lợng ngời dùng đợc quyết định bởi số lợng các khe thời gian hay tần số khác nhau có sẵn Trong sơ đồ CDMA tất cả các ngời dùng phát đồng thời và trên một tần số Tín hiệu đợc phát đi chiếm toàn bộ dải thông của hệ thống và các dãy mã đợc sử dụng để phân biệt ngời sử dụng này với ngời sử dụng kia.

CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy nhập khác Nó có thể tính đợc phơng sai trong hàm truyền của kênh gây ra bởi bộ chọn lọc tần số Các máy thu CDMA đợc thiết kế để tận dụng u điểm từ đặc tính nhiều đờng liên quan đến fading chọn lọc tần số và để làm giảm tối thiểu ảnh hởng của chúng đến dung lợng của hệ thống.

Ưu điểm chủ yếu về dung lợng của CDMA có đợc trong môi trờng vô tuyến đa tế bào Trong thông tin di động trớc đây một trạm gốc công suất lớn đợc sử dụng để phủ sóng cho một vùng rộng lớn Hệ thống này bị hạn chế khắt khe về mặt băng tần và không thể đáp ứng các dịch vụ di động Trong

hệ thống điện thoại di động tế bào, máy phát của trạm gốc đơn lẻ đợc thay thế bởi rất nhiều các trạm gốc có công suất nhỏ hơn, mỗi máy phát phủ sóng cho một vùng có dạng tổ ong, gọi là một tế bào Trong các hệ thống FDMA hay TDMA mỗi tế bào đợc chia cho một phần tử của dãy tần số có sẵn Dãy tần đợc dùng trong một tế bào có thể đợc sử dụng lại trong tế bào khác cách đó đủ xa sao cho tín hiệu trong hai tế bào này không gây nhiễu đến nhau Số K tế bào sử dụng hết toàn bộ phổ tần có sẵn đợc gọi là cluster (cụm) Các

của ngời sử dụng khác đồng thời trên cùng băng tần sẽ gây ra nhiễu đồng kênh Nhiễu đồng kênh là một tham số giới hạn của hệ thống vô tuyến di động Phơng pháp tái sử dụng tần sổ trong TDMA/FDMA và FM/FDMA gây ra nhiễu đồng kênh vì có cùng một dải tần đợc sử dụng lại ở một tế bào khác Việc sử dụng các cluster 7 tế bào trong nhiều hệ thống vô tuyến di động là không đủ để tránh hiện tợng nhiễu đồng kênh Có thể tăng K lớn hơn 7 để giảm nhiễu đồng kênh nhng sẽ làm giảm số lợng các kênh trong một tế bào, do vậy sẽ làm giảm dung lợng của hệ thống Tơng tự nếu giữ nguyên hệ số tái sử dụng là 7 và chia tế bào thành những vùng nhỏ hơn Mỗi tế bào đợc chia thành ba hoặc sáu vùng nhỏ sẽ sử dụng ba hoặc sáu anten định hớng t-ơng ứng tại trạm gốc phục vụ cho cả thu lẫn phát Mỗi vùng nhỏ này sử dụng một dải tần riêng, khác với dải tần của các vùng kia Thí dụ, nếu một tế bào đợc chia thành ba vùng nhỏ thì nhiễu thu đợc trên anten định hớng chỉ sấp xỉ một phần ba của nhiễu thu đợc trên anten vô hớng đặt tại trạm gốc Sử dụng tế bào chia nhỏ thành ba vùng thì số lợng ngời dùng trong một tế bào có thể tăng thêm gấp ba lần trong cùng một cluster.

Một vấn đề quan trọng khác trong việc tăng dung lợng của hệ thống là tính tích cực của thoại Trong một cuộc thoại giữa hai ngời, mỗi ngời chỉ nói

khoảng 35% đến 40% thời gian và nghe hết thời gian còn lại Trong hệ thống CDMA tất cả những ngời sử dụng cùng chia sẻ một kênh vô tuyến Khi những ngời sử dụng trên kênh đang liên lạc không nói thì những ngời sử dụng đang đàm thoại khác sẽ chỉ chịu ảnh hởng rất nhỏ của nhiễu Do vậy việc giám sát tính tích cực của tiếng nói làm giảm nhiễu đa truy nhập đến 65% Điều này dẫn đến việc tăng dung lợng của hệ thống lên hệ số 2,5.

Trong đa truy nhập FDMA hoặc TDMA việc ngời sử dụng đợc phân chia tần số hoặc thời gian trong thời gian diễn ra cuộc gọi và hệ thống cấp lại hai tài nguyên này cho hai ngời khác trong khoảng thời gian rất ngắn khi kênh ấn định yên lặng là không thực tế vì điều này yêu cầu phải chuyển mạch rất nhanh giữa những ngời sử dụng khác nhau Trong FDMA và TDMA việc tổ chức tần số là yêu cầu khó khăn vì nó kiểm soát nhiễu đồng kênh Trong hệ thống CDMA chỉ có một kênh chung nên không cần thực hiện tổ chức tần số.

Trong FDMA và TDMA, khi máy di động ra khỏi vùng phủ sóng của tế bào trong quá trình đàm thoại thì tín hiệu thu đợc sẽ bị yếu đi và trạm gốc sẽ yêu cầu chuyển giao (handover) Hệ thống sẽ chuyển mạch sang một kênh mới khi cuộc gọi tiếp tục Trong CDMA các tế bào khác nhau, khác nhau ở chỗ sử dụng các dãy mã khác nhau nhng giống nhau là đều sử dụng cùng phổ tần Do đó không cần phải thực hiện handover từ tần số này qua tần số khác Chuyển giao nh vậy đợc gọi là chuyển giao mềm (soft handover).

Trong hệ thống CDMA không có một giới hạn rõ ràng về số lợng ngời dùng nh trong FDMA và TDMA Tuy vậy chất lợng hoạt động của hệ thống đối với tất cả những ngời sử dụng giảm ít nhiều khi số lợng ngời sử dụng cùng liên lạc tăng lên Khi số ngời sử dụng tăng lên đến mức độ nào đó thì sẽ khiến cho nhiễu có thể làm cho tiếng nói trở nên khó hiểu và gây mất ổn định hệ thống Tuy nhiên trong CDMA ta quan tâm đến điều kiện “phong toả mềm”, có thể giải toả đợc trái với điều kiện “phong toả cứng” nh trong TDMA và FDMA khi mà tất cả các kênh đều bị chiếm.

Hệ thống CDMA cũng có một vài nhợc điểm Hai nhợc điểm nổi bật

là: hiệu ứng tự nhiễu và hiệu ứng xa gần Hiệu ứng tự nhiễu do các dãy mã

không trực giao gây ra Trong hệ thống vô tuyến di động các máy di động truyền tin độc lập với nhau, tín hiệu của chúng không đến trạm gốc một cách cùng lúc Do trễ thời gian của chúng là phân bố ngẫu nhiên nên sự tơng quan chéo giữa các tín hiệu thu đợc từ những ngời sử dụng là khác không Để nhận đợc nhiễu có mức thấp tất cả tín hiệu phải có tơng quan chéo nhỏ và mọi trễ thời gian tơng đối Tơng quan chéo giữa các ký tự có đợc bằng việc thiết kế một tập các dãy trực giao Tuy nhiên không có một tập dãy mã nào đợc biết là hoàn toàn trực giao khi đợc dùng trong hệ thống không đồng bộ Các thành phần không trực giao của tín hiệu của những ngời sử dụng khác sẽ xuất hiện nh là nhiễu trong tín hiệu điều chế mong muốn Nếu sử dụng máy thu có bộ lọc thích ứng trong hệ thống nh vậy thì số lợng của ngời sử dụng bị hạn chế bởi nhiễu gây ra bởi những ngời sử dụng khác Điều này khác với trong các hệ thống TDMA và FDMA, trong các hệ thống này tính chất trực giao của tín hiệu thu đợc bị duy trì bằng việc chọn lọc và đồng bộ chính xác.

Hạn chế chính của CDMA là hiệu ứng xa gần Hiện tợng này xuất hiện khi một tín hiệu yếu từ một máy di động ở xa thu đợc tại trạm gốc bị chèn ép bởi tín hiệu mạnh từ nguồn nhiễu đó Tín hiệu nhiễu với công suất lớn hơn n lần công suất tín hiệu mong muốn sẽ tác dụng gần nh là n tín hiệu

nhiễu có công suất bằng công suất của tín hiệu Để khắc phục hiệu ứng xa gần trong hầu hết các ứng dụng CDMA ngời ta sử dụng các sơ đồ điều khiển công suất Trong hệ thống tế bào điều khiển công suất đợc thực hiện bởi các trạm gốc, các trạm này định kỳ ra lệnh các máy di động điều chỉnh công suất máy phát sao cho tất cả các tín hiệu thu đợc tại trạm gốc với mức công suất là nh nhau

Chơng iii : giới thiệu chung về amps 1 Giới thiệu chung

AMPS là hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT&T và Motorola-Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982 Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó đợc phân chia thành các cell nhỏ và dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ để cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó một cách đồng thời Sau đó, ngời ta coi vùng phục vụ t-ơng ứng nh một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán lý thuyết về mạng điện thoại di động.

Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm giao thoa giữa các kênh giống nhau.

Ngoài ra còn có các mẫu tái sử dụng tần số ứng với K= 12 hoặc 19 Qua hình vẽ cho ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần sốcủa các BS với tất cả các băng tần có thể, số lợng cell trong cụm đó gọi là yếu tố tái sử dụng tần số (K).

Trong trờng hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số nếu một anten định hớng đợc sử dụng tại BS, vì giao thoa tần số chỉ ảnh hởng đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hớng Và vì vậy giao thoa ở các kênh chính tăng (Thông thờng sử dụng vùng phủ sóng 1200- sử dụng 3 sector trong một cell).

Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã đợc kết nối với BS có khả năng thu nhận tín hiệu tốt Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt trong khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn hoặc bị cản trở trong trờng hợp không có kênh trong cell Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thờng đợc cung cấp trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói đến không đăng ký.

BSC : Đài điều khiển trạm gốc

OMC : Trung tâm khai thác và bảo dỡng

Hệ thống này đợc chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thốngtrạm gốc BSS, mỗi hệ thống này có một số chức năng tại đó thực hiện tất cảcác chức năng của hệ thống Và những khối chức năng này đợc thực hiện ởcác thiết bị khác nhau.

Hệ thống đợc thực hiện nh một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng của vùng phục vụ Mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến Các kênh này khác với các kênh đợc sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễu giao thoa.

+ Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS BSCđiều khiển các chức năng nh chuyển giao và điều khiển công suất.

+ Một MSC (trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động ) phục vụ

một số bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng số liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN và các mạng số liệu công cộng PSDN, và có thể là các mạng riêng.

Các khối nói trên đều tham gia vào việc nối thông giữa một trạm di động MS và một thuê bao di động ở PSDN Nếu không thể thực hiện một cuộc gọi đến MS ta sẽ không cần bất cứ một thiết bị nào khác Vấn đề nảy sinh khi ta muốn thực hiện một cuộc gọi kết cuối ở MS ngời gọi hầu nh không biết MS đợc gọi ở đâu Vì thế cần có một số cơ sở dữ liệu mạng để theo dõi MS Cơ sở dữ liệu quan trọng nhất là bộ đăng ký thờng trú HLR Khi một thuê bao di động mua một đăng ký từ một hãng khai thác GSM, thuê bao di động này sẽ đợc đăng ký ở HLR của hãng này HLR chứa các