Mục lục 1. Các phương thức điều khiển truy cập: 2 1.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access): 2 1.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: 2 1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): 2 2. Hệ thống thu phát CDMA: 3 3. PN (Pseudorandom Number ) 4 4. Trải phổ DS 6 4.1 Cở sở lý thuyết: 6 4.2 Các phương pháp trải phổ: 6 5. Điều chế dữ liệu DSSS: 9 5.1 Điều chế BPSK 9 5.1.1 Điều chế: 9 5.1.2 Giải điều chế: 10 5.1.3 Phổ mật độ công suất 11 5.2 QPSK: 12 5.2.1 Điều chế: 12 5.2.2 Giải điều chế: 12 6. Ưu nhược điểm của hệ thống CDMA 13 6.1 Ưu điểm: 13 6.1.1 Sử dụng bộ mã hoá ưu việt 14 6.1.2 Chuyển giao mềm: 14 6.1.3 Điều khiển công suất 16 6.2 Nhược điểm: 17 7. Tài liệu tham khảo: 17 CDMA 1. Các phương thức điều khiển truy cập: Từ các hệ thống thông tin di động 1G đến nay (hệ thống 3G) thường sử dụng các phương pháp điều khiển truy cập kênh vật lý sau: + FDMA: Đa truy cập phân chia theo tần số. Phục vụ các cuộc gọi theo các kênh tần số khác nhau. + TDMA: Đa truy cập phân chia theo thời gian. Phục vụ các cuộc gọi theo các khe thời gian khác nhau. + CDMA: Đa truy cập phân chia theo mã. Phục vụ các cuộc gọi theo các chuỗi mã khác nhau. + PDMA: Đa truy cập phân chia theo cực tính. Phục vụ các cuộc gọi theo các sự phân cực khác nhau của sóng vô tuyến. + SDMA: Đa truy cập phân chia theo không gian. Phục vụ các cuộc gọi theo các các anten định hướng búp sóng hẹp. Do khối lượng thời gian có hạn nên trong khuôn khổ bài trình bày này chỉ xin đi vào chi tiết các phương thức chính đó là FDMA, TDMA, CDMA. 1.1 Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access): Đa truy cập phân chia theo tần số FDMA là công nghệ truy cập được sử dụng trong hệ thống radio để chia sẻ phổ radio. Trong mô hình sử dụng FDMA, độ rộng dải băng tần số radio (RF) được chia thành những đoạn khoảng tần số liên tiếp nhau. Mỗi khoảng tần đó được cấp với một độ rộng để cho phép truyền tín hiệu thông qua môi trường truyền, với mức giao thoa cho phép của những khoảng tần số lân cận. 1.2 Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA: Đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA là phương pháp truy cập theo kênh để chia sẻ môi trường mạng (thường là sóng radio). Nó cho phép vài người dùng cùng chia sẻ một kênh tần số bằng cách chia tín hiệu vào những khe thời gian khác nhau. Người dùng truyền liên tiếp nhau với tốc độ nhanh, người nọ sau người kia, mỗi người sử dụng khe thời gian của mình. 1.3 Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access): CDMA: Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hàng có thể nói đồng thời và tín hiệu được phát đi trên cùng một giải tần. Các kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên tương ứng. Để dễ hình dung về sự khác biệt giữa CDMA với TDMA, FDMA ta xét ví dụ sau: Trong một phòng mọi người đều mong muốn nói chuyện với người khác. Để không gây hỗn loạn thì: mọi người có thể nói theo phiên (chia theo thời gian ), hoặc nói với độ cao khác nhau ( chia theo tần số), hoặc là nói theo những hướng khác nhau (chia theo không gian). Còn một cách nữa là họ sẽ nói với những ngôn ngữ khác nhau, những người sử dụng cùng ngôn ngữ mới hiểu được nhau. Cũng giống như vậy, trong truyền tin CDMA, mỗi nhóm người sử dụng được gán một mã cho trước và nhiều mã có thể chiếm cùng kênh, nhưng chỉ những người liên lạc với nhau bởi mã dành riêng đó mới có thể hiểu được nhau 2. Hệ thống thu phát CDMA: Bộ mã tiếng nói dùng trong IS95 là bộ mã QCELP (dự đoán tuyến tính kích động bằng mã) Qualcomm 9600bps. Bộ mã này tách hoạt thoại và hà tốc độ dữ liệu đến 1200bps khi yên lặng IS95 dành băng tần từ 824849MHz cho kênh ngược và 869894MHz cho kênh xuôi. Các khoảng kênh xuôi, ngược các nhau 45MHz. Nhiều người dùng chung kênh truyền, tốc độ dữ liệu cực đại 9,6kbps. Dữ liệu được trải đến tốc độ chip kênh là 1,2288Mchips với hệ số trải 128 ( tốc độ dữ liệu 9,6kbps x hệ số trải 128= tốc độ chip 1.2288Mbps ) Để thuận lợi chuyển tà AMPS sáng CDMA mỗi kênh IS95 chiếm 1,25MHz trên mỗi chiều kênh truyền. Do hệ tế bào được phân 25MHz phổ trên một chiều truyền nên mỗi nhà cung cấp dịch vụ được phân 12,5MHz. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ lại phân 10% phổ có sẵn cho mỗi kênh truyền. Quá trình thu phát CDMA: 1 Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kbs) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mbs (9,6 Kbs x 128). 2 Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25 MHZ sau đó phát qua anten. 3 Ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử dụng bộ tách chèn và giải mã. 3. PN (Pseudorandom Number ) Mã giả ồn hay mã giả ngẫu nhiên (PN code) là mã mà phổ của nó tương tự như dãy các bit ngẫu nhiên nhưng được xác định trước. Với mỗi kênh, trạm cơ cở tạo một mã duy nhất, mã này thay đổi cho mỗi kết nối. Trạm cơ sở cộng tất cả các mã truyền với nhau cho mọi thuê bao. Đơn vị thuê bao tạo chính xác mã phù hợp của nó và sử dụng mã đó để rút ra tín hiệu dành riêng cho thuê bao đó. Mỗi thuê bao sử dụng vài kênh độc lập. Để cho tất cả những điều này xảy ra, mã giả ngẫu nhiên phải có những tính chất sau: 1. Mã giả ngẫu nhiên phải được quyết định trước. Trạm thuê bao phải có khả năng sinh mã một cách độc lập, phù hợp với mã trạm cơ sở 2. Nó phải có vẻ như là ngẫu nhiêu để người nghe không nhận ra mã (ví dụ: nó có tính chất thống kê của ồn trắng đã được lấy mẫu) 3. Sự tương quan chéo giữa 2 mã phải nhỏ 4. Mã phải có chu kì dài Để giải thích cho tính tương quan chéo của hai mã trước hết ta xét tính chất của Hàm tương quan: Bằng 1 nếu 2 mã giống hệt nhau Bằng 0 nếu 2 mã không có điềm nào chung Giá trị trung gian chỉ ra mã giống nhau bao nhiêu. Mã càng giống nhau, bộ thu càng khó rút ra được tín hiệu chính xác. Có 2 hàm tương quan: Tương quan chéo: Tương quan của 2 mã khác nhau. Như chúng ta vừa nói, nó phải càng nhỏ càng tốt. Tự tương quan: Tương quan của mã với chính phiên bản hiệu trễ của nó. Để loại bỏ giao thoa đa đường, hàm này phải bằng 0 để bất kì thời gian trễ đều khác 0. Bộ thu sử dụng tương quan chéo để phân biệt (tách) tín hiệu thích hợp ra khỏi tín hiệu (có ý nghĩa) của bộ thu khác; tương quan tự động để loại bỏ giao thoa đa đường. • Tạo và khôi phục mã: Coi chuỗi bit được truyền đi là một véctơ. véctơ có thể nhân vô hướng, cộng các kết quả của thành phần tương ứng (phép nhân vô hướng 2 véctơ). Nếu kết quả bằng 0, 2 véctơ được gọi là trực giao với nhau. Vài tính chất của nhân vô hướng giúp hiểu được CDMA làm việc như thế nào. Nếu véctơ a trực giao véctơ b, ta có: • • • • Bây giờ gán 1 bộ phát với véctơ v trong tập hợp, được gọi là mã, mã chip (chip là 1 bit trong mã trải phổ dãy trực tiếp). Gán giá trị 0 là véctơ –v, và giá trị 1 là véctơ v. Ví dụ nếu v=(1,1), thì véctơ nhị phân (1,0,1,1) tương ứng với (v,v,v,v) và được viết lại thành ((1,1),(1,1),(1,1),(1,1)). Trong bài này ta gọi véctơ đó là véctơ truyền. Mỗi bộ phát được cấp một véctơ v duy nhất, khác với những véctơ còn lại trong tập hợp, nhưng phương thức xd lên véctơ truyền thì giống nhau. Do tính chất vật lý của giao thoa (nếu 2 tín hiệu tại cùng 1 thời điểm đồng pha với nhau, chúng sẽ gấp đôi biên độ tín hiệu mỗi cái lên, nhưng nếu chúng ngc pha, thì sẽ trừ đi và làm biên độ tín hiệu khác đi), trong kt số, tác động này có thể được bắt chước bởi việc cộng các véctơ truyền tương ứng từng phần. Ví dụ, nếu bộ phát 0 có mã (1,1) và dữ liệu (1,0,1,1), bộ phát 1 có mã (1,1) và dữ liệu (0,0,1,1) và cả 2 bộ phát cùng truyền đồng thời, bảng dưới mô tả các bước mã hóa: Bước Mã hóa người gửi 1 Mã hóa người gửi 2 0 vector0=(1,–1) data0=(1,0,1,1)=(1,–1,1,1) vector1=(1,1) data1=(0,0,1,1)=(–1,–1,1,1) 1 encode0=vector0.data0 encode1=vector1.data1 2 encode0=(1,–1).(1,–1,1,1) encode1=(1,1).(–1,–1,1,1) 3 encode0=((1,–1),(–1,1),(1,–1),(1,–1)) encode1=((–1,–1),(–1,–1),(1,1),(1,1)) 4 signal0=(1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) signal1=(–1,–1,–1,–1,1,1,1,1) Bởi vì tín hiệu 0 và tín hiệu 1 được truyền đồng thời trong ko gian, chúng được cộng với nhau để tạo ra tín hiệu thô: (1,1,1,1,1,1,1,1) + (1,1,1,1,1,1,1,1) = (0,2,2,0,2,0,2,0). Tín hiệu thô này được gọi là mẫu giao thoa. Mẫu giao thoa được thu rồi sau đó để rút ra tín hiệu dành riêng cho từng bộ thu, bộ thu kết hợp mã bộ phát với mẫu giao thoa.Bảng sau giải thích điều đó thực hiện như thế nào. Bước Giải mã hóa người gửi 1 Giải mã hóa người gửi 2 0 vector0=(1,–1) pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) vector1=(1,1) pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) 1 decode0=pattern.vector0 decode1=pattern.vector1 2 decode0=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,–1) decode1=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,1) 3 decode0=((0+2),(–2+0),(2+0),(2+0)) decode1=((0–2),(–2+0),(2+0),(2+0)) 4 data0=(2,–2,2,2)=(1,0,1,1) data1=(–2,–2,2,2)=(0,0,1,1) Sau khi giải mã, các giá trị lớn hơn 0 được hiểu là 1 trong khi những giá trị nhỏ hơn 0 được hiểu là 0. Ví dụ, sau giải mã, dữ liệu 0 là (2,2,2,2) được bộ thu hiểu là (1,0,1,1). 4. Trải phổ DS 4.1 Cở sở lý thuyết: Trải phổ được trình bày rất rõ trong lý thuyết của định luật Shannon and Hartley về thông lượng kênh C = B × Log2 (1+ SN) Trong công thức này, C là dung lượng của kênh, đơn vị bits(bps). B là độ rộng băng cần thiết tính theo Hz, và SN là tỉ lệ tín trên ồn. Ở đó, C đại diện cho lượng thông tin cho phép truyền trên kênh, độ rộng băng B là hữu hạn, SN biểu thị điều kiện môi trường, các yếu tố vật lý. Thay log2 bằng loge ta có: CB = (1Ln2) × Ln(1+SN) = 1.443 × Ln(1+SN) Áp dụng công thức MacLaurin cho khai triển chuỗi ta có: Ln(1+x) = x – x²2 + x³3 – x44 + ... + (1)k+1xkk +... CB = 1.443 × (SN – 12 × (SN)² + 13 × (SN)³ ...) Tỉ lệ SN thường thấp cho các ứng dụng(SN