Trong các hệ thống thông tin thông thường độ rộng băng tần là vấn đề quan tâm chính và các hệ thống này được thiết kế để sử dụng càng ít độ rộng băng tần càng tốt.
Có ba kiểu hệ thống SS cơ bản: chuỗi trực tiếp (DSSS:Direct-Sequence Spreading Spectrum), nhẩy tần (FHSS:Frequency-Hopping Spreading Spectrum) và nhẩy thời gian (THSS:Time-Hopping Spreading Spectrum). WCDMA sử dụng DSSS. DSSS đạt được trải phổ bằng cách nhân luồng số cần truyền với một mã trải phổ có tốc độ chip (Rc=1/Tc, Tc là thời gian một chip) cao hơn nhiều tốc độ bit (Rb=1/Tb, Tb là thời gian một bit) của luồng số cần phát.
42
Hình 2.3 minh họa quá trình trải phổ trong đó Tb=15Tc hay Rc=15Rb. Hình 2.3a cho thấy sơđồ đơn giản của bộ trải phổ DSSS trong đó luồng số cần truyền x có tốc độ Rbđược nhân với một mã trải phổ c tốc độ Rc để được luồng đầu ra y có tốc độ Rc lớn hơn nhiều so với tốc độ Rb của luồng vào. Các hình 2.3b và hình 2.3c biểu thị quá trình trải phổ trong miền thời gian và miền tần số.
Tại phía thu luồng y được thực hiện giải trải phổ để khôi phục lại luồng x bằng cách nhân luồng này với mã trải phổ c giống như phía phát: x=y×c
x, y và c ký hiệu tổng quát cho tín hiệu vào, ra và mã trải phổ; x(t), y(t) và c(t) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền thời gian; X(f), Y(f) và C(f) ký hiệu cho các tín hiệu vào, ra và mã trải phổ trong miền tần số; Tb là thời gian một bit của luồng số cần phát, Rb=1/Tb là tốc độ bit của luồng số cần truyền; Tc là thời gian một chip của mã trải phổ, Rc=1/Tc là tốc độ chip của mã trải phổ. Rc=15Rb và Tb=15Tc.
Hình 2.3: Trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS)
Trong công nghệđa truy nhập phân chia theo mã dựa trên CDMA, một tập mã trực giao được sử dụng và mỗi người sử dụng được gán một mã trải phổ riêng. Các mã trải phổ này phải đảm bảo điều kiện trực giao sau đây:
43
2. Tích hai mã khác nhau sẽ là một mã mới trong tập mã: ci×cj=ck
3. Có số bit 1 bằng số bit -1 trong một mã → 1 1 0 N k k C N∑= = , trong đó N là số chip và Ck là giá trị chip k trong một mã
Nếu ta xét một hệ thống gồm K người sử dụng được xây dựng trên cơ sở
CDMA, thì sau trải phổ các người sử dụng này sẽ phát vào không gian tập các tín hiệu y như sau: 1 1 K K i i i i i y y c x = = =∑ =∑ (2.1)
Ta xét quá trình xử lý tín hiệu này tại một máy thu k. Nhiệm vụ của máy thu này là phải lấy ra xk và loại bỏ các tín hiệu khác (các tín hiệu này được gọi là nhiễu đồng kênh vì trong hệ thống CDMA chúng được phát trên cùng một tần số với xk). Nhân (2.1) với xk và áp dụng quy tắc trực giao nói trên ta được:
1 K k k i i i i k x x c x = ≠ = +∑ % (2.2) Thành phần thứ nhất trong (2.2) chính là tín hiệu hữu ích còn thành phần thứ hai là nhiễu của các người sử dụng còn là nhiễu của các người sử dụng khác được gọi là MAI (Multiple Access Interferrence: nhiễu đa người sử dụng). Để loại bỏ thành phần thứ hai máy thu sử dụng bộ lọc tương quan trọng miền thời gian kết hợp với bộ lọc tần số trong miền tần số. Hình 2.4 xét quá trình giải trải phổ và lọc ra tín hiệu hữu ích tại máy thu k trong một hệ thống CDMA có K người sử dụng với giả thiết công suất phát từ K máy phát như nhau tại đầu vào máy thu k. Hình 2.4a cho thấy sơđồ giải trải phổ DSSS. Hình 2.4b cho thấy phổ của tín hiệu tổng được phát đi từ
K máy phát sau trải phổ, hình 2.4c cho thấy phổ của tín hiệu này sau giải trải phổ tại máy thu k và hình 2.4d cho thấy phổ của tín hiệu sau bộ lọc thông thấp với băng thông băng Rb.
44
Hình 2.4: Quá trình giải trải phổ và lọc tín hiệu của người sử dụng k từ K tín hiệu
Từ hình 2.4 ta thấy tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SIR: Signal to Interference Ratio) là tỷ số giữa diện tích hình chữ nhật được tô đậm trên hình 2.3b và tổng diện tích các hình chữ nhật trắng trên hình 2.3c: SIR=S1/S2. Tỷ số này tỷ lệ với tỷ số
Rc/Rb. vì thế tỷ số Rc/Rb được gọi là độ lợi xử lý (TA: Processing Gain).
Trong trường hợp một máy phát gây nhiễu đến gần máy thu k (đến gần nút B chẳng hạn), công suất của máy phát này tăng cao dẫn đến MAI tăng cao, tỷ số tín hiệu trên nhiễu giảm mạnh và máy thu k không thể tách ra được tín hiệu của mình. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng gần và xa. Để tránh hiện tượng này hệ thống phải
điều khiển công suất sao cho công suất thu tại nút B của tất cả các UE đều bằng nhau (lý tưởng).
Điều khiển công suất trong WCDMA được chia thành:
√ Điều khiển công suất vòng hở √ Điều khiển công suất vòng kín
45
Điều khiển công suất vòng hở được thực hiện tự động tại UE khi nó thực hiện thủ tục xin truy nhập Nút B (dựa trên công suất mà nó thu được từ kênh hoa tiêu phát đi từ B), khi này UE chưa có kết nối với nút này. Còn điều khiển công suất vòng kín được thực hiện khi UE đã kết nối với nút B. Điều khiển công suất vòng hở
lại được chia thành:
√ Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện tại nút B. Điều khiển công suất vòng trong được thực hiện nhanh với 1500 lần trong một giây dựa trên so sánh SIR thu với SIR đích
√ Điều khiển công suất vòng ngoài được thực hiện tại RNC để thiết lập SIR đích cho nút B. Điều khiển công suất này dựa trên so sánh tỷ lệ lỗi khối (BLER) thu
được với tỷ lệđích.