2. Ngày hồn thành đồ ỏn: / /20
1.6.3.ƯU ĐIỂM CỦA CDMA
1.6.3.1. Dung lượng tăng 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 duy nhất, rất nhiều người sử dụng cú thể cựng chia sẻ một băng tần, mà khụng cần phải sử dụng chung theo kiểu phõn chia theo thời gian. Vỡ vậy, một hệ thống CDMA cú thể xử lý cựng một lỳc nhiều người dựng hơn cỏc hệ thống GSM. Hệ thống CDMA là một hệ thống cú dung lượng mềm. Dung lượng phụ thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trỡ một hệ số chất lượng nhất lượng. Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị hạn chế bởi yờu cầu chất lượng của dịch vu.
1.6.3.2. Cải thiện chất lượng cuộc gọi
Hệ thống CDMA cú chất lượng õm thanh tốt và ổn định.Hệ thống CDMA sử dụng điều khiển cụng suất nhanh và chớnh xỏc.Trạm gốc gửi cỏc lệnh điều khiển cụng suất phỏt đến mọi mỏy di động đang hoạt động, giảm bớt cụng suất phỏt của cỏc mỏy di động ở gần và tăng cụng suất của mỏy ở xa.Điều này làm cho mức nhiễu giao thoa trong băng tần trở nờn bằng phẳng và mức cụng suất tổng cộng giảm bớt. Cỏc nhiễu cú cụng suất quỏ lớn bị triệt tiờu.Trong nền nhiễu bằng phẳng này, cỏc trạm cú thể dễ dàng lọc ra thụng tin dành riờng.
Tỷ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vỡ khả năng hoạt động trong cựng một băng tần của cỏc sector. Cỏc cuộc gọi được chuyển giao “mềm” khi cỏc mỏy di động di chuyển từ vựng này sang vựng khỏc.
Cỏc bộ mỏ húa, giải mĩ thoại của CDMA sử dụng một kỹ thuật cải tiến. Chỳng chỉ truyền cỏc thụng tin cần thiết và bỏ qua cỏc tiếng ồn khỏc. Thụng tin thoại được nộn tốt hơn khi bỏ qua cỏc khoảng lặng
1.6.3.3 Đơn giản húa quy hoạch hệ thống
Hệ thống CDMA sử dụng cựng một băng tần cho tất cả cỏc cell. Điều này đơn giản húa quỏ trỡnh quy hoạch và thiết kế hệ thống. Ở cỏc hệ thống khỏc (tương tự hay GSM ), tồn bộ băng tần được chia thành cỏc đoạn chia nhỏ khỏc nhau và cỏc cell cận kề phải sử dụng cỏc khoảng tần số khỏc nhau nhằm trỏnh nhiễu. Hệ thống như vậy cần phải được quy hoạch tần số cẩn thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống cũng phải xem xột vấn đề quy hoạch tần số. Hệ thống CDMA khụng gặp phải bài toỏn khú của quy hoạch tần số, vỡ cỏc cell sử dụng băng tần như nhau.
1.6.3.4. Tăng cường bảo mật
Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cỏch thức làm việc của hệ thống. Mỗi cuộc gọi được trải ra tồn độ rộng của băng thụng (1.25 MHz hay cao hơn ), cao trộn lẫn với cỏc chuỗi mĩ, chỉ trạm gốc và trạm di động mới cú thể hiểu và tỏch ra cỏc thụng tin hữu ớch. Đối với cỏc mỏy thu trộm, khi khụng cú chuỗi mĩ này, tớn hiệu thu đƣợc chỉ tựa như cỏc tớn hiệu nhiễu nền. Mục tiờu phỏt triển ban đầu của kỹ thuật CDMA trong qũn sự cũng chớnh là lý do bảo mật. hơn rất nhiều so với băng thụng cần thiết cho cuộc gọi. Cỏc bit thụng tin thực sự được
1.6.3.5. Vựng phủ súng
Trong hệ thống CDMA mỗi cell cú vựng phủ súng. Do vậy tồn bộ hệ thống cần ớt trạm hơn cỏc hệ thống thụng thư ờng. Vựng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA ỏp dụng cỏc kỹ thuật điều khiển cụng suất nhanh và chớnh xỏc. Điều này cũng thu được từ việc tất cả cỏc cell dựng chung băng tần, nờn nhiễu giảm bớt.
1.6.3.6. Tiết kiệm năng lượng
Cựng với chức năng điều khiển cụng suất, cú chức năng khỏc làm cho thời gian thoại của mỏy di động được kộo dài.
Mỗi mỏy di động chỉ phỏt thụng tin khi cần thiết. Nú tổ chức và phỏt thụng tin theo từng cụm ngắn, và tắt trong cỏc thời gian cũn lại. Trong thời gian chờ, hệ thống cú cỏc kờnh đặc biệt giỳp cho mỏy di động khụng phải lắng nghe liờn tục trờn kờnh tỡm gọi. Điều này cũng giỳp tiết kệm pin mỏy di động. Cỏc sơ đồ nộn thoại tốt,
tốc độ thụng tin đầu ra biến đổi.Số lượng bit thụng tin giảm làm cho thời gian mỏy di động phỏt thụng tin giảm, dẫn đến năng lượng cần sử dụng giảm.
1.6.3.7. Cấp phỏt tài nguyờn mềm dẻo
Tồn bộ băng thụng của hệ thống, khụng gian mĩ chớnh là tài nguyờn của dựng chung trong hệ thống. Tài nguyờn của hệ thống cú thể được cấp phỏt động, tựy thuộc vào yờu cầu của dịch vụ. Khi một người dựng khụng cần một tài nguyờn nào nữa, nú được trả lại cho hệ thống dành cho cỏc người dựng khỏc. Do vậy, hệ thống hỗ trợ nhiều loại dịch vụ cú tốc độ khỏc nhau (thoại, số liệu, fax,……)
CHƯƠNG 2
CÁC LOẠI NHIỄU TRONG CDMA
Chương 2 trỡnh bày cỏc loại nhiễu trong CDMA như: Fading, vấn đề gần xa, hiện tượng đa đường, nhiễu Gaussian và nhiễu đa truy nhập.
2.1. Fading
Hiện tượng Fading là sự thay đổi cường độ tớn hiệu súng mang cao tần gõy nờn bởi sự thay đổi mụi trường truyền dẫn như ỏp suất khụng khớ và do sự phản xạ của tớn hiệu với cỏc vật thể trờn đường truyền như nước, mặt đất… Hai dạng fading được đề cập nhiều trong hệ thống CDMA và đặc biệt là MUD. Nếu một kờnh vụ tuyến cú băng thụng cú độ lợi bằng hằng số, đỏp ứng pha tuyến tớnh và băng thụng này lớn hơn băng thụng tớn hiệu thỡ tớn hiệu thu sẽ bị Fading phẳng, nếu băng thụng này nhỏ hơn băng thụng tớn hiệu thỡ tớn hiệu thu sẽ bị Fading lựa chọn tần số.
Nghĩa là Fading phẳng sẽ làm thay đổi tớn hiệu súng mang trong một dải tần số và đương nhiờn sự thay đổi này là khụng giống nhau đối với cỏc dải tần số khỏc. Fading lựa chọn tần số sẽ làm thay đổi tớn hiệu súng mang phụ thuộc tần số. Hai loại
Fading này xuất hiện độc lập hoặc đồng thời vỡ vậy dẫn đến làm giỏn đoạn thụng tin. Fading tần số phẳng (frequencey-flat fading): gõy ảnh hưởng tới biờn độ thu nhưng khụng ảnh hưởng tới sự mộo dạng dạng súng tớn hiệu xỏc định. Fading chọn lọc tần số (frequency-selective fading): gõy ảnh hưởng đến tớn hiệu thu về cả độ mạnh lẫn hỡnh dạng.
2.2. Vấn đề gần xa
Ta thường gặp vấn đề gần xa trong hệ thống thụng tin trải phổ. Như ta đĩ biết mỗi user là một nguồn nhiễu đối với cỏc user khỏc. Càng cú nhiều người truy cập cựng lỳc thỡ giao thoa đối với user khụng mong muốn càng tăng. Những user càng ở gần trạm thu thỡ cụng suất của nú phỏt ra được thu lại sẽ lớn hơn user khỏc cựng phỏt tương tự ở những vị trớ xa hơn do suy hao đường truyền. Nếu cỏc user khụng mong muốn cú cụng suất tương đối lớn so với user mong muốn thỡ sẽ gõy nhiễu đỏng kể cho user mong muốn. Do vậy việc làm sao để mỏy thu nhận được cựng một mức cụng suất từ mỗi bộ phỏt là rất quan trọng. Từ đú người ta đưa ra khỏi niệm điều khiển cụng suất. Việc điều khiển cụng suất nhằm mục đớch: mọi tớn hiệu của mọi user khi đến mỏy thu cú cựng cụng suất thu P.
Sự phõn bố của ảnh hưởng gần-xa theo ngẫu nhiờn chỉ phụ thuộc vào số user và số chip trờn bit N. Ảnh hưởng gần-xa mong muốn của dạng súng tớn hiệu xỏc định ngẫu nhiờn sẽ nằm ở biờn dưới để tạo ra đặc tớnh tương quan chộo thấp. Điều này liờn quan đến hệ thống trải phổ khi chiều dài của chuỗi mĩ giả ngẫu nhiờn lớn hơn so với chiều dài kớ tự.
2.3. Hiện tượng đa đường
Hỡnh 2.1 Hiện tượng đa đường dẫn
Trờn kờnh truyền vụ tuyến luụn tồn tại sự truyền đa đường, nghĩa là cú nhiều đường truyền từ mỏy phỏt tới mỏy thu. Nguyờn nhõn dẫn tới hiện tượng này là: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự phản xạ hay khỳc xạ khớ quyển.
Sự phản xạ từ mặt đất, đồi nỳi, cỏc tồ nhà cao ốc,…
Hiện tượng đa đưường sẽ gõy ra sự dao động, sự thay đổi lờn xuống bất thường đối với mức tớn hiệu thu được. Mọi đường truyền đều cú thời gian trỡ hoĩn và sự suy giảm khỏc nhau. Yờu cầu đặt ra là làm sao thu được tớn hiệu truyền trực tiếp và loại bỏ những tớn hiệu trờn những đường truyền cũn lại.
Trong hỡnh trờn ta xột trường hợp cú hai đường truyền riờng biệt: đường trực tiếp và đường phản xạ. Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp, giả sử mỏy thu đồng bộ với khoảng thời gian trễ của đường truyền trực tiếp. Chuỗi PN đến từ đường truyền giỏn tiếp sẽ khụng được đồng bộ với chuỗi PN tại mỏy thu như trường hợp của đường truyền trực tiếp, nờn tớn hiệu khụng được giải trải phổ và do đú xem như khụng đỏng kể trong hệ thống.
2.4. Nhiễu Gaussian
Thuật ngữ nhiễu đề cập tới những tớn hiệu điện khụng mong muốn luụn luụn tồn tại trong những hệ thống điện. Sự hiện diện của nhiễu chồng lờn tớn hiệu làm cho tớn hiệu khụng rừ ràng; nú giới hạn khả năng của mỏy thu trong việc lấy những quyết định kớ hiệu đỳng, và do đú giới hạn tốc độ truyền thụng tin. Nhiễu tăng từ những nguồn khỏc nhau, cả nhõn tạo lẫn tự nhiờn. Nhiễu nhõn tạo gồm những nguồn như nhiễu do sự đỏnh lửa bụi, đúng ngắt nhanh và những tớn hiệu điện từ khỏc. Nhiễu tự nhiờn bao gồm nhiễu thành phần và mạch điện, sự nhiễu loạn khớ quyển và những nguồn từ vũ trụ.
Những thiết kế tốt cú thể loại bỏ nhiều nhiễu hay những ảnh hưởng khụng mong muốn của nhiễu thụng qua việc lọc, việc chắn, lựa chọn điều chế và vị trớ mỏy thu tối ưu.
Tuy nhiờn, cú một nguồn nhiễu tự nhiờn được gọi là nhiễu nhiệt hay nhiễu Johnson, ta khụng thể loại bỏ được nhiễu này. Nhiễu nhiệt được gõy ra bởi chuyển động nhiệt của cỏc electron trong mọi thiết bị như: điện trở, dõy dẫn. Những electron là nguyờn nhõn gõy ra dũng điện và cũng là nguyờn nhõn gõy ra nhiễu nhiệt.
Ta cú thể mụ tả nhiễu nhiệt như một loại nhiễu Gausian ngẫu nhiờn trung bỡnh zero. Nhiễu Gaussian n(t) là một hàm ngẫu nhiờn cú giỏ trị n ở thời gian bất kỳ và nú cú đặc tớnh thống kờ là hàm mật độ xỏc suất Gaussian p(n):
(2.1) với là phương sai của n.
Hàm mật độ Gaussian chuẩn húa của một nhiễu trung bỡnh zero đạt được bằng cỏch giả sử.
Hỡnh 2.2 Hàm mật độ xỏc suất chuẩn hoỏ Gaussian
Đặc điểm cơ bản phổ của nhiễu nhiệt là mật độ phổ cụng suất của nú giống trờn mọi tần số của cỏc hệ thống thụng tin; hay là một nguồn nhiễu nhiệt phỏt ra một lượng giống nhau cụng suất nhiễu trờn đơn vị băng thụng ở mọi tần số. Do đú, một kiểu đơn giản cho nhiễu nhiệt giả sử rằng mật độ phổ cụng suất của nú là Gn(f) là phẳng trong mọi tần số, như trong hỡnh 2.3a
(2.2)
Hỡnh 2.3 (a) Mật độ cụng suất của nhiễu trắng(b) Hàm tự tương quan
Hàm tự tương quan của nhiễu trắng được cho bởi biến đổi Fourier ngược của mật độ phổ cụng suất nhiễu:
Do đú hàm tự tương quan của nhiễu trắng là hàm delta cú hệ số N0 /2 Nở , như trong hỡnh 2.3b. Lưu ý rằng : khi
Cụng suất trung bỡnh, của nhiễu trắng là vụ hạn vỡ băng thụng của là vụ hạn . Điều này cú thể thấy rừ:
Mặc dự nhiễu trắng là sự trừu tượng húa cú ớch, khụng cú loại nhiễu nào thực sự là nhiễu trắng. Tuy nhiờn, nhiễu được bắt gặp trong nhiều hệ thống thực cú thể được giả sử là xấp xỉ nhiễu trắng. Ta chỉ cú thể quan sỏt nhiễu sau khi nú đi qua một hệ thống thực cú băng thụng hữu hạn. Vỡ thế khi băng thụng của nhiễu lớn hơn băng thụng của hệ thống thỡ nhiễu cú thể được coi là cú băng thụng vụ hạn. Hàm delta cú nghĩa là tớn hiệu nhiễu n(t) là hồn tồn giải tương quan từ thành phần dịch thời gian của nú với mọi >0. Biểu thức (*) cho biết rằng mỗi hai mẫu khỏc nhau của nhiễu trắng là khụng giao thoa Vỡ nhiễu nhiệt là Gaussian và mẫu khụng tương quan, cỏc mẫu nhiễu cũng độc lập. Do đú, ảnh hưởng trờn sự tỏch nhiễu của một kờnh với nhiễu Gaussian trắng cộng (AGWN) rằng nhiễu ảnh hưởng mỗi kớ hiệu phỏt một cỏch độc lập. Kờnh như thế được gọi là kờnh khụng nhớ.
Vỡ nhiễu nhiệt hiện diện trong tất cả cỏc hệ thống thụng tin và là nguồn nhiễu nổi bật cho hầu hết cỏc hệ thống. Những đặc điểm của nhiễu nhiệt: cộng, trắng, và Gaussian thường dựng trong cỏc hệ thống. Nhiễu Gaussian trung bỡnh zero được biểu thị bởi phương sai của nú.
2.5. Nhiễu đa truy nhập (MULTIPLE ACCESS INTERFERENCE)
Trong những hệ thống thụng tin trong mụi trường đa truy cập trước đõy, để đỏp ứng nhu cầu thụng tin đa user, để trỏnh tranh chấp đường truyền, kỹ thuật cấp phỏt cho mỗi người khỏc nhau với những dĩi tần số khỏc nhau hay những khe thời gian làm việc khỏc nhau. Ngày nay với những ứng dụng của kỹ thuật trải phổ, cỏc hệ thống thụng tin cú thể giải quyết tốt cỏc vấn đề trờn mà khụng cần đến sự phõn chia theo thời gian (TDMA) hay theo tần số (FDMA). Nhờ vào tớnh chất ưu việt của mĩ trải phổ PN mà ta cú sự đa truy cập phõn chia theo mĩ (CDMA). Tớn hiệu của mỗi user đều được điều chế và trải phổ, sau đú được phỏt liờn tục vào kờnh thụng tin chung. Bộ tỏch súng sẽ thu một tớn hiệu bao gồm tổng tớn hiệu của cỏc user đĩ được trải phổ, cỏc tớn hiệu chồng lờn nhau về cả tần số và thời gian. Nhiễu đa truy cập đề cập đến nhiễu giữa những user DS – SS và là một yếu tố làm giới hạn dung lượng và hiệu năng của hệ thống DS – SS.
Hỡnh 2.4 Mật độ phổ cụng suất của tớn hiệu trước và sau trải phổ cho user
Hỡnh 2.4 mụ tả mật độ phổ cụng suất của tớn hiệu băng gốc trước và sau khi giải trải phổ cho user 1. Sau khi nộn phổ, cụng suất của user 1 được nõng lờn trở lại trong khoảng tần số tớn hiệu dữ liệu [-Rb, Rb], trong khi đú cỏc tớn hiệu khỏc vẫn cú mật độ phổ cụng suất thấp.
Chỉ phần nhiễu được tạo bởi cỏc user khỏc – trong cựng băng thụng tớn hiệu dữ liệu [-Rb, Rb] của mỏy thu mới gõy ra nhiễu cho tớn hiệu mong muốn. Ta nhận
thấy số user tăng lờn thỡ tổng mật độ phổ cụng suất trong khoảng [-Rb, Rb] cũng tăng dần lờn và cú thể tăng lờn tới mật độ phổ cụng suất của tớn hiệu mong muốn. Do đú, ta cần cú một giới hạn cho số lượng user. Khi thực hiện tỏch súng đa truy cập, do nhiễu gaussian ảnh hưởng tồn bộ dĩy tần, tớn hiệu sau trải phổ truyền ở dải thụng hay dải nền đều như nhau. Nờn để thuận lợi cho việc tớnh toỏn và khảo sỏt được nhiều loại kờnh truyền, ta truyền tớn hiệu trong dải nền, khụng điều chế qua dải thụng.
CHƯƠNG 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH SểNG TRONG CDMA 3.1. Bộ tỏch súng kinh điển
Trong phần này chỳng ta phõn tớch phương phỏp đơn giản nhất để giải điều chế những tớn hiệu cdma đú là: bộ lọc thớch nghi (matched filter) cho single–user. Đõy là bộ giải điều chế đầu tiờn mà tớn hiệu được thụng qua trong mỏy thu cdma. Bộ tỏch súng thớch nghi đơn kờnh được sử dụng trong giải điều chế những tớn hiệu cdma từ lỳc bắt đầu của những ứng dụng đa kờnh trong trải phổ trực tiếp. Trong cỏc tài liệu về tỏch súng multiuser, nú thường được gỏn cho là bộ tỏch súng kinh điển (conventional detector) hay bộ tỏch súng thụng thường. Do đú, chỳng ta xuất phỏt từ matched filter xem như là bộ lọc tối ưu trong kờnh đơn user. Với tớn hiệu y(t) của K user là tớn hiệu từ nơi phỏt đến nơi thu, ta xột bộ thu kinh điển cú sơ đồ khối như hỡnh 3.1
Hỡnh 3.1: Bộ tỏch súng kinh điển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.1. Mụ hỡnh đồng bộ
Mụ hỡnh kờnh CDMA K user đồng bộ:
Cỏc ngừ ra của bộ lọc thớch nghi (Matched Filter) là:
(3.1.2) Sự tương quan khụng hồn tồn giữa 2 tớn hiệu PN của cỏc user thứ K.