Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm. Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã được biết đến trước đây, dị
Trang 1CHUONG 1: GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
I SU PHAT TRIEN CUA THONG TIN DI DONG :
Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 7§ năm Mặc đù các khái niệm tổ ong,
các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đ-
ược biết đến trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960
mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đôi thích ứng
của các hệ thống điều vận Các hệ thống điện thoại đi động đầu tiên này ít tiện lượi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử đụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia
theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980 Cuối những năm 1980
người ta nhận thấy răng các hệ thống tô ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nêu như không loại bỏ được các hạn chế có hữu của các hệ thống này
(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp
(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xây ra khi máy đi động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia
(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng
(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị đi động và cươ sở hạ tầng
(Š) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi
(6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước khác
Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin đi động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới Hệ thống thông tin đi động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo
thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là
Trang 2
GSM GSM duoc phat triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz Năm 1985 hệ thống số được quyết định Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA
băng hẹp đã được lựa chọn ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đ- ược đưa vào từ năm 1993
Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa những năm 1980, các vẫn đề dung lượng đã phát sinh ở các thi trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago Mỹ đã có chiến
lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyến tới hệ thống TDMA được ký hiệu là IS- 54 Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt
hươn Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136, còn được gọi là AMPS số (D-AMPS) Nhưng không giống như IS - 54, GSM đã đạt được các thành công ở Mỹ
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin đi động số mới là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phô trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự Được thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiền công nghệ CDMA cho thông tin đi động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đưa ra phiên bản
CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95 A
Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng
Kông CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm 6 Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand va moi day 6
Nhật Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA
Ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nước nay: JPD (Japannish personal Digital Cellular System)
Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tô ong nói trên,
các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay
không dây số cũng được nghiên cứu phát triển Hai hệ thống điển hình cho loại
Trang 3
thong tin nay la: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) cua Chau Au va PHS (Personal Handy Phone System) cia Nhat cũng đã được đưa vao thuong mai
Ngoài các hệ thống thông tin đi động mặt đất, các hệ thống thôg tin đi động vệ tinh: Global Star và Iridtun cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998 Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về
cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ
ba Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 do la: W-
CDMA và CDMA2000 W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2 Ở thế hệ này các hệ thống
thông tin đi động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn đuy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bít lên đến 2 Mbit/s Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng
Chúng ta đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông, đặc biệt là thông tin đi động và truyền thông không dây Kỹ thuật đa truy nhập đang bùng nỗ Số lượng người sử đụng mạng di động tăng vọt Nhu cầu dịch vụ ngày
càng đa dạng, đặc biệt là các dịch vụ số liệu, kết nối Internet và multimedia
Hệ thống thông tin đi động tế bào đầu tiên được triển khai vào năm 1971 dùng kỹ thuật điều chế tương tự FM ở đái tần §50 MHz Tương ứng là hệ thống AMPS của Mỹ ra đời vào năm 1983 Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở nhiều nước khác nhau: TACS, NMT, NAMPS Tuy nhiên các hệ thống này đều không thỏa mãn được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết là nhu cầu về dung lượng Mặt khác, việc tồn tại nhiều tiêu chuẩn không tương thích với nhau làm cho liên lạc giữa các mạng cực kỳ khó khăn Những hạn chế trên đã được đặt ra cho mang di
động tế bào thế hệ thứ hai phải giải quyết
Mạng di động thế hệ thứ hai ra đời, sử dụng kỹ thuật số thay vì kỹ thuật tương tự
như trong thế hệ thứ nhất Việc sử dụng công nghệ số giúp cho mạng thế hệ thứ hai bảo đảm chất lượng cao trong một môi trường nhiễu mạnh, có dung lượng
Trang 4
lớn hơn, hiệu suất sử đụng phố tần cao hơn, có nhiều dịch vụ hơn Mạng thé
hệ thứ hai được phát triển mạnh mẽ, trong đó nổi tiếng nhất và được sử dụng
nhiều nhất là mạng GSM với khoảng 600 triệu thuê bao trên toàn thế giới Hiện tại GSM vẫn đang là tiêu chuẩn được ứng đụng rộng khắp Nhưng trong khi nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao, thì hệ thống GSM vẫn còn nhiều hạn
chế Không hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao, không thể ứng đụng multimedia,
dung lượng của mạng vẫn còn thấp
H CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP
Hình 1.1 : Các phương pháp đa truy nhập
Công nghệ viễn thông phát triển đã kéo theo nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông tin di động ngày càng tăng Số người sử dụng thông tin di động và truyền thông không dây tăng vọt dẫn đến việc dùng chung, chia sẻ tài nguyên (các đường truyền vô tuyến vật lý) là một xu hướng tất yếu Việc nhiều người cùng sử dụng chung một đường truyền vô tuyến được gọi là đa truy nhập
Có ba phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin di động: da truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA)
Trang 5
1 Đa truy cập theo phân chia tan so FDMA (Frequency Division Multiple
Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA (Fequency Division Multiple Access) là một phương pháp đa truy nhập lâu đời nhất và được thực thi rộng rãi nhất
Trong phương pháp này, băng tần của toàn bộ hệ thống bị chia thành nhiều
phần nhỏ Hệ thống gán cho mỗi người sử dụng một tần số khác nhau, mỗi
kênh truyền là một tần số, có nghĩa là mỗi người sử dụng có một kênh truyền riêng Hệ thống phân biệt tín hiệu của những người sử dụng khác bằng các kênh tân số khác nhau Điều này làm cho hệ thống sử dụng phổ tần kém hiệu
quả nhất, vì khi đang tiến hành cuộc gọi, không một người sử dụng nào khác
có thê chia sẻ cùng một kênh tần số
Mỗi kênh trong hệ thống FDMA là một cặp tần số, tần số cao dành cho
đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên
Đặc điểm chính của hệ thống FDMA:
- Một kênh FDMA chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm
- - Khi kênh FDMA không được sử dụng, nó sẽ ở trong tình trạng rỗi, nhưng không một thuê bao nào khác có thể chia sẻ, sử đụng kênh tần số này
- _ Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ẫn định kênh thoại
- Băng thông của mỗi kênh hẹp (30KHz), do đó hệ thống FDMA là hệ thống băng hẹp
- Mức độ phức tạp của FDMA thấp hơn các hệ thống khác
- _ Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau, nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ
- Dung lượng của hệ thống nhỏ Tuy nhiên có thể tăng dung lượng bằng cách sử dụng băng tần hẹp hơn thông qua cải tiến các kỹ thuật điều chế - _ Sử dụng các bộ truyền song công do cả hai hướng thu và phát hoạt động
cùng một lúc, dẫn đến tăng chỉ phí cho thiết bị
Trang 6
- _ Ảnh hưởng của nhiễu đôi với hệ thông rât cao Vì vậy phải sử dụng nhiêu
bộ lọc tân sô
2 Đa truy cập theo phần chia thời gian TDMA (Time Division Multfiple
Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phan chia theo thoi gian - TDMA (time division multiple access) cũng chia nhỏ băng tần của mình thành nhiều kênh tần số khác nhau Nhưng thời gian sử dụng kênh tần số được chia thành nhiều khe thời gian nhỏ hơn (ví dụ 8 khe trong GSM) Vì vậy, nhiều người có thể sử dụng chung một tần số Khi đã sử dụng hết tất cả các khe thời gian trên một tần số thì người sử dụng tiếp theo sẽ được cấp phát một khe thời gian trên kênh tần số mới Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống so với hệ thống FDMA
Nhiều người sử dụng trên một kênh tần số được ấn định khe thời gian khác nhau Mỗi người chỉ có thể thu phát tín hiệu trong khe thời gian của mình Mỗi kênh tần số cùng với một khe thời gian tạo thành một kênh truyền bên trong hệ thống
Trong TDMA, vì mỗi người sử dụng không truyền liên tục mà chỉ truyền trên khe thời gian nên hệ thống phải sử dụng tín hiệu số và điều chế số Có hai dạng song công bên trong TDMA: song công theo tần số (FDD) và song
công theo thời gian (TDD) FDD sử dụng các kênh có tần số khác nhau cho
truyền và nhận Ngược lại, trong TDD, một nửa thời gian được dành cho thu và một nửa còn lại dành cho việc phát tín hiệu
Đặc điểm chỉnh của hệ thông TDMA:
- TDMA cho phép nhiéu ngudi sử dụng chung một tần số, bằng cách chia khoảng thời gian sử dụng tần số thành nhiều khe thời gian không chồng lap nhau, và mỗi người sử dụng một khe thời gian Số lượng khe tùy thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông
Trang 7
- _ Việc truyền tín hiệu trong TDMA diễn ra không liên tục mà thành từng cụm nhỏ Vì vây, máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao cho việc thu phát tín hiệu, dẫn đến thời gian sử đụng acquy tăng lên
- Trong các khe thời gian rỗi, máy đi động đo đạc mức công suất của các trạm phát khác
- _ TDMA cần nhiều thông tin cho quá trình đồng bộ ban đầu hon FDMA do chế độ truyền không liên tục và chia khe thời gian
- _ Có thể cấp phát băng tần theo yêu cầu thông qua việc ấn định nhiều kênh
cho một người sử dụng để tăng tốc độ của dịch vụ Vì vậy, tốc độ dịch vụ có thê được cải thiện
3 Đa truy cập phan chia theo ma CDMA (Code Division Multiple Access) Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã — CDMA (code division multiple access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các
khe, mà tất cả những người sử dụng khác nhau đều được phép sử dụng toàn
bộ băng tần trong cùng một thời gian
Hệ thống trải phố có khả năng chống lại nhiễu đa đường và tăng dung lượng
đa truy nhập Hiệu quả sử dụng băng tần rất cao khi có nhiều người cùng sử
dụng hệ thống
Các đặc điểm chính của CDMA:
Trang 8HII.CÔNG NGHỆ CDMA 1 Tổng quan :
CDMA dựa trên công nghệ trải phô (SS — spread spectrum ),trong đó tín hiệu gốc ban đầu được phát trong một tín hiệu vô tuyến có băng thông rất lớn so
với băng thông tối thiểu ban đầu.Chúng ta nói tín hiệu ban đầu đã được trải
phô
Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao
(gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên - PN — pseuđorandom noise) để chuyển đổi tin
hiệu có băng hẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thông rộng , đỉnh công suất bé và phát đi Mỗi người sủ đụng sẻ có một chuỗi tín
hiệu PN khác nhau gọi là mã Mã này là cơ sở mã hóa tín hiệu và phân biệt
người sử dụng này với người sử đụng khác Ở máy thu sẽ sử dụng một chuỗi mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã và thu được tín hiệu chính xác Đối với người sử dụng không biết chuỗi mã thì tín hiệu thu được ở máy thu
sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu Vì vậy hệ thống có tính bảo mật cao Trải
phố theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (direct sequence
spread spectrum )
Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS),kỹ thuật đa truy nhập dựa trên công nghệ trải phố còn một số kỹ thuật khác gọi là trải phố nhảy tần (FHSS — frequency hopping SS) va trai phé nhay thoi gian (THSS — time hopping SS )nhưng không đạt hiệu quả cao như DSSS Hệ théng CDMA chi sir dung ky
thuật trai phé DSSS
2 Các hệ thống thông tin trải phổ :
2.1 Hệ thống DS/SS :
Thực hiện trải phô băng cách nhân tín hiệu nguôn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ tín hiệu (tốc độ chip ) cao hơn nhiêu tôc độ bit của luồng số phát
Trang 9
2.2
2.3
Hệ thống FF/SS :
Thực hiện trải phố bằng cách nháy tần số mang trên một tập lớn các tần
số Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên Tần số trong khoảng thời gian
của một chíp giữ nguyên kông đổi.Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay chậm Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực hiện ở tần số cao hơn tốc độ bit của thông tin, và ngược lại đối với hệ thống nhảy tần
chậm
Hệ thống TH/SS :
Một khối các bít số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay
nhiều khe thời gian của một khung truyền có rất nhiều khe thời gian
Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng dé truyền dẫn trong mỗi khung
3 Các đặc tính của CDMA : 3.1 Tính đa dạng phân tập :
Phân tập là hình thức giảm fading Fading đa đường xảy ra khi hai hay nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Truyền dẫn băng hẹp bỉ ảnh hưởng bởi hiện tượng này,trong khi truyền dẫn băng rộng thì ít bị ảnh hưởng bởi fading nhờ vào tính đa dạng trong phân tập
Có 3 hình thức phân tập chính :
e Phân tập theo thời gian : đạt được nhờ vào việc chèn mã,tách lỗi và
mã hóa sửa sai
e Phan tap theo tân sô :nhờ vào việc mở rộng khả năng báo hiệu băng tân báo rộng và fading liên hợp với tân sô thường có ảnh hưởng đên
băng tần báo hiệu ,tín hiệu băng rộng 1.25Mhz
e Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyễền) : 2 cặp aten thu tại
BS,bộ thu đa đường và kết nối BS
Trang 10
Phân tập dùng phương pháp đa đường (theo khoảng cách )là hình thức phân tập cao nhất nhờ đặc tính có duy nhất ở hệ thống CDMA là thu
phát đựa trên mã PN.Bộ điều khiển đa đường tách chuỗi PN nhờ sử
dụng bộ tương quan song song Máy di động dùng 3 bộ tương quan, trạm gốc dùng 4 bộ tương quan Máy di động có bộ tương quan song song la bộ thu - quét, các đầu thu này có khả năng nhận tín hiệu từ các
luồng khác nhau,chúng xét tín hiệu thu mọi đườn, sau đó tô hợp và giải
điều chế tất cả tín hiệu thu được.Fading có thể xuất hiện trong mọi tín hiệuthu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu Vì vậy,
tổng tín hiệu thu được có dộ tin cậy cao Nhiều bộ tách tương quan có
thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có hai trạm gốc BS để thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động
3.2 Đặc tính tái sử dụng tần số chung :
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA Giao thoa tổng hợp ở máy đi động thu được từ BS là tổng giao thoa của các máy di động trong cùng một tế bào và giao thoa từ các máy đi động của BS của tế bào bên cạch Giao thoa tổng hợp từ tất cả các máy di động bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy đi động khác trong cùng một BS Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử dụng tần số là 65% Nếu dùng anten định hướng (búp sóng 120) thì giao thoa trung bình giảm xuống còn 1/3, do đó dung lượng cung cấp bởi hệ thống tăng lên xâp xỉ 3 lân
Tóm lại, việc sử dụng tần số chung không chỉ đối với tất cả các thuê
bao trong cùng một thuê bao mà còn đối với những thuê bao ở tất cả các tế bào khác Nguồn cung cấp cho mỗi thuê bao là năng lượng thay vì thời gian hoặc tần số, cho nên việc điều khiển tạp âm và phân phối kênh trở nên đơn giản hơn Nhưng đồng thời, vẫn đề điều khiển công suất trở nên quan trọng
Trang 11
3.3 Diéu khién cong suat :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ BS đến di động và ngược lại ) để cung cấp một hệ thống có dung lượng
lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cao và các lợi ích khác Muc đích của
điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu
với độ nhạy rung bình tại bộ thu của BS Khi công suất phát của tất cả
các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiến như vậy thì tổng
công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất trung bình của
nhiều máy di động
Bộ thu của BS chuyên tín hiệu thu được từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp Trong trường hợp này thì tín hiệu của các
máy di động khác còn lại như là tín hiệu tạp âm của băng rộng Thủ tục
thu hẹp băng thông được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tỷ số tín hiệu giao thoa (đB) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho phép
hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được
Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của CDMA bằng cách tăng số lượng các cuộc đồng thời trong một băng tần cho trước.Dung lượng hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suât của máy di động
Hoạt động của máy đi động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BS thu được là quá yếu Nếu các tín hiệu của các máy
di động đủ mạnh thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện
nhưng nhiễu đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu dung lượng tối đa không giảm
Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS và
điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống
Trang 12
CDMA như trong hình Mạch mở điều khiển công suất từ máy đi động tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động Máy di động điều chỉnh ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS Máy di động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cá các máy di động thu được với cùng một mức tại BS BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó Hằng số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố
tải và tạp âm của BS,độ tăng ích anten và bộ khuếch đại công suất
.Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy đi động như là một phần của bản tin thông báo
BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công
suất từ máy đi động tới BS Khi mạch đóng dẫn tới việc BS định cỡ
công suất mạch mở xác định của máy do động một cách tức thời để máy
đi động giữ được công suất phát tối ưu
BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giám sau mỗi khoảng
thời gian 1.25ms cho đến khi đạt kết quả Việc định cỡ giá trị mạch
đóng để bù cho giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ
tăng ích chấp nhận được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến
giữa BS và máy di động
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máy di động nhờ việc qui định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động Muc đích của việc điều khiển này là giảm công suất phát của máy di động hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm giao thoa đối với các BS khác Do đó, công suất được cung cấp
thêm đối với các vúng thu tín hiệu gián đoạn hoặc đối với máy di động
ở xa có tỉ lệ lỗi cao
Trang 13
3.4 Chuyén vùng mềm:
Việc chuyến giao cuộc gọi thông qua trình tự :BS ban đầu, cả hai BS,
BS mới Lược đồ này làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm
cho người sử đụng không nhậ ra trạng thái chuyển vùng mềm Do đó, trong khi hệ thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyên mạch “cắt trước khi nối “ thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình thức chuyên mạch “nối trước khi cắt “
Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của
BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ
tín hiệu của ô đang sử dụng Nếu cường độ tín hiệu đạt đến mức nhất
định nào đó có nghĩa là máy đi động đã di chuyển sang một vùng phục vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thê bắt đầu Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới trung tâm chuyên mạch di
động dé thông báo về cường độ tín hiệu và số liệu của trạm gốc mới
Sau đó, trung tâm chuyển mạch di động thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và trạm gốc mới và quá trình chuyển vùng mềm trong
khi vẫn giữ đường kết nỗi ban đâu
Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa
hai tram ốc thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai trạm gốc sao cho
chuyển vùng mềm có thể thực hiện mà không có hiện tượng “ping- pong” giữa chúng Trạm gốc ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi
việc kết nối cuộc goi voi tram gốc mới đã thưc hiện thành công
3.5 Công suất phát thấp:
Việc giảm tisốE/N (tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu ) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn giảm công suất phát yêu cầu khắc phục tạp âm và can nhiễu Sự giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy đi động Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất phát thấp khi so với các hệ thông analog hay TDMA có công suất tương
Trang 14
tự Hơn nữa, việc giảm công suât phát yêu câu sẽ làm tắng phục vụ và làm giảm sô lượng trạm gôc yêu câu khi so với các hệ thông khác Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA làm giảm công suất phát trung bình Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắc phục Fading tạo ra theo thời gian Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì yêu cầu công suất lớn chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading
3.6 Dung lượng mềm :
Khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tô ong thì cho phép có một
mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách
có điều khiển Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thê thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quá hơn hệ thống
FDMA và TDMA Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống
nhiễu trong quân đội.Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỉ số sóng mang trên nhiễu vào khoảng 18 dB nên còn nhiều hạn chế theo quan điểm hiệu qua sử đụng tái sử đụng tần số Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS
khác Nói cách khác thì trong một hệ thống CDMA một kênh tần rong
được sử dụng chung bởi tất cả các BS
Hiệu quả việc tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỉ số
tín hiệu trên nhiễu tạo ra không chỉ từ môt BS mà tất cả các người sử
dụng trong vùng phuc vụ Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là quan trọng Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng
cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình
của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng Nếu tỉ số công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung
Trang 15
bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp chất lượng tín hiệu tốt Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo quy
luật số lượng nhỏ và tỉ lệ thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự
định được xác định trong trường hợp xấu
Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tô ong số CDMA
bao gồm: độ lợi xử lý, tỉ số E/N ( bao gồm cả giới hạn fading yéu cau), chu kì công suất thoại, hiệu quá tái sử đụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ
thống CDMA có cùng một tỉ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế
cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một
kênh
Hiện tại EFCC ( ủy ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần số 25 Mhz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bố đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng Dải phố này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh EM analog cho một BS 3 bup sóng Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi
khi lưu lượng bị nghẽn Khi đó thậm chí một kênh cũng không được
phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% đo trang thái tắc cuộc gọi Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên
quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ Ví dụ,
người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit Chức năng đó có thể làm tránh việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng Nhưng hệ thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỉ lệ
lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành
Trang 16
3.7
3.8
3.9
Tuong tu, hé thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ dé cung cap dich vu
chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (
dung lượng ) cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường
Bảo mật cuộc gọi :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và
về cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn (scrambling) Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo
vệ khác
Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi :
E/N 1a ti s6 cua năng lượng trên một bit đối với mật độ phổ công suất tạp
âm, đây là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều
chê và mã hóa sô
Khái niệm E/N tương tự như tỉ số sóng mang trên tạp âm của phương pháp FM analog Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao Nói cách khác thì độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần
hẹp, chỉ các mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng
sao cho giá trị E/N cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm E/N
Tách tín hiệu thoại :
Trong thông tin hai chiều song công tổng quát thì tỉ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35% Trong trường hợp không
Trang 17
có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá tải
Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại
trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy đi động giám khoảng 1⁄2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác
4 Ưu điểm của CDMA :
4.1 Dung lượng tắng cao :
Dung lượng của hệ thống CDMA cao hơn 8-10 lần dung lượng của một hệ thống tương tự AMPS, hay 4-5 lần dung lượng của hệ thống GSM Hệ thống CDMA sử dụng một kỹ thuật trải phổ đuy nhất, rất nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ một băng tần, mà không cần phải sử
dụng chung theo kiểu phân chia theo thời gian Vì vậy, một hệ thống
CDMA có thể xử lý cùng một lúc nhiều người dùng hơn các hệ thống GSM
Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm Dung lượng phụ thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trì một hệ số chất lượng nhất lượng Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị hạn chế
bởi yêu cầu chất lượng của dịch vu 4.2 Cái thiện chất lượng cuộc gọi :
e Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định
e Hệ thống CDMA sử dụng điều khiển công suất nhanh và chính xác Trạm gốc gửi các lệnh điều khiển công suất phát đến mọi máy đi động đang hoạt động , giảm bớt công suất phát của các máy đi động ở gần và tăng công suất của máy ở xa Điều này làm cho mức nhiễu giao thoa trong băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng
Trang 18
giảm bớt Các nhiễu có công suất quá lớn bị triệt tiêu Trong nền nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thông tin dành riêng
Tỷ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vì khả năng hoạt động trong cùng một băng tần của các sector Các cuộc gọi được chuyên giao “mềm” khi các máy đi động di chuyển từ vùng này sang vùng khác
Các bộ má hóa, giải mã thoại của CDMA sử dụng một kỹ thuật cải tiến Chúng chỉ truyền các thông tin cần thiết và bỏ qua các tiếng ồn khác Thông tin thoại được nén tốt hơn khi bỏ qua các khoảng lặng 4.3 Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống :
Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell Điều này đơn giản hóa quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống
Ở các hệ thống khác (tương tự hay GSM ), toàn bộ băng tần được chia
thành các đoạn chia nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu Hệ thống như vậy cần phải được quy hoạch tần số cân thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống cũng phải xem xét vẫn đề quy hoạch tần số Hệ thống CDMA không
gặp phải bài toán khó của quy hoạch tần số, vì các cell sử đụng băng
tân như nhau
4.4 Tăng cường bảo mật :
Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của
hệ thống
Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn độ rộng của băng thông (1.25 MHz hay cao hơn ), cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi
Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gdc và trạm di động mới có thê hiéu va tach ra các thông tin hữu ích Đôi
Trang 19
với các máy thu trộm, khi không có chuỗi mã này, tín hiệu thu được
chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bao mat
4.5 Vùng phú sóng :
e Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ sóng Do vậy, toàn bộ
hệ thống cần ít trạm hơn các hệ thống thông thường
e Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA áp dụng các kỹ thuật điều khiển công suất nhanh và chính xác Điều này cũng thu được từ việc tất cả các cell dùng chung băng tần, nên nhiễu giảm bớt 4.6 Tiết kiệm năng lượng :
e Cùng với chức năng điêu khiên công suât, có chức năng khác làm cho thời gian thoại của máy di động được kéo dài
e_ Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết Nó tổ chức và phát thông tin theo từng cụm ngắn, và tắt trong các thời gian còn lại Trong thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động không phái lắng nghe liên tục trên kênh tìm gọi Điều này cũng giúp tiết kệm pin máy di động
e© Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi Số lượng bĩt
thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm,
dẫn đến năng lượng cần sử đụng giám
4.7 Cấp phát tài nguyên mềm dêo :
e_ Tồn bộ băng thơng của hệ thống, không gian mã chính là tài nguyên của dùng chung trong hệ thống Tài nguyên của hệ thống có thể được
cấp phát động, tùy thuộc vào yêu cầu của dịch vụ Khi một người
dùng không cần một tài nguyên nào nữa, nó được trả lại cho hệ thống dành cho các người dùng khác Do vậy, hệ thống hỗ trợ nhiều loại
dich vụ có tốc độ khác nhau (thoại, số liệu, fax, )