2.3.1 Nguyờn lý
Trong đa truy nhập phõn chia theo thời gian, mỗi ngƣời sử dụng đƣợc phõn chia một khoảng thời gian, gọi là khe thời gian nhất định để truyền và nhận thụng tin. Khi một ngƣời sử dụng khe thời gian của mỡnh để truyền và nhận tớn hiệu thỡ tất cả mọi ngƣời sử dụng khỏc trong cựng tế bào đú khụng đƣợc truyền và nhận tớn hiệu. Nhƣ vậy mọi ngƣời sử dụng trong cựng một tế bào cũng khụng gõy nhiễu cho nhau bởi ở một thời điểm cụ thể chỉ cú một ngƣời duy nhất truyền và nhận tớn hiệu. Tuy nhiờn, cựng thời điểm đú cũng cú thể cú một ngƣời sử dụng ở tế bào bờn cạnh truyền và nhận tớn hiệu cho nờn trong cỏch truy cập này cũng cú nhiễu đồng kờnh.
Để cú thể phõn bố phổ tần thụng minh hơn sử dụng phƣơng phỏp đa truy nhập phõn chia theo thời gian ghộp với song cụng theo thời gian (TDMA/TDD). Trong phƣơng phỏp này cả đƣờng lờn và đƣờng xuống sử dụng chung một tần số. Phõn chia thời gian gian phỏt và thời gian thu vào những khoảng thời gian khỏc nhau để truyền tải.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 18
Hỡnh 2.5 Nguyờn lý đa truy nhập TDMA
Hỡnh 2.6 TDMA/TDD
Trong TDMA cũn cú ghộp TDMA/FDD là đa truy nhập phõn chia theo thời gian ghộp với song cụng theo tần số. Trong phƣơng phỏp này sẽ sử dụng hai tần số khỏc nhau để truyền, một tần số cho đƣờng lờn và một tần số cho đƣờng xuống. Ngƣời sử dụng dựng hai tần số này theo những khoảng thời gian đƣợc cấp phỏt.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 19
Hỡnh 2.7 TDMA/FDD 2.3.2 Ƣu nhƣợc điểm của TDMA
Ƣu điểm:
Ƣu điểm đầu tiờn khi sử dụng phƣơng phỏp đa truy nhập phõn chia theo thời gian là tiết kiệm băng tần.
Khụng yờu cầu băng tần bảo vệ nhƣ ở FDMA
Cho tốc độ linh hoạt
Khụng yờu cầu bộ lọc băng hẹp chớnh xỏc cao.
TDMA truyền tớn hiệu số nờn thớch hợp khi chuyển giao cụng nghệ từ tƣơng tự sang truyền dạng số.
Tớn hiệu đƣợc bảo vệ an toàn hơn bằng cỏc mó bảo vệ
Nhƣợc điểm:
Do tớn hiệu đƣợc truyền phỏt ở những khoảng thời gian xỏc định, nhƣng khoảng cỏch giữa mỏy phỏt và mỏy thu cú thể thay đổi nờn yờu cầu đồng bộ ở hệ thống TDMA là rất cao.
Quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu ở TDMA phức tạp hơn.
Do xử lý tớn hiệu phức tạp hơn nờn sẽ dẫn tới độ trễ lớn hơn.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 20
2.4 Đa truy nhập phõn chia theo mó CDMA 2.4.1 Nguyờn lý 2.4.1 Nguyờn lý
CDMA(viết đầy đủ làCode Division Multiple Access) nghĩa là đa truy nhập phõn chia theo mó. Khỏc với GSM phõn phối tần số thành những kờnh nhỏ, rồi chia sẻ thời gian cỏc kờnh ấy cho ngƣời sử dụng. Trong khi đú thuờ bao của mạng di động CDMA chia sẻ cựng một giải tần chung. Mọi khỏch hàng cú thể núi đồng thời và tớn hiệu đƣợc phỏt đi trờn cựng một giải tần. Cỏc kờnh thuờ bao đƣợc tỏch biệt bằng cỏch sử dụng mó ngẫu nhiờn. Cỏc tớn hiệu của nhiều thuờ bao khỏc nhau sẽ đƣợc mó hoỏ bằng cỏc mó ngẫu nhiờn khỏc nhau, sau đú đƣợc trộn lẫn và phỏt đi trờn cựng một giải tần chung và chỉ đƣợc phục hồi duy nhất ở thiết bị thuờ bao (mỏy điện thoại di động) với mó ngẫu nhiờn tƣơng ứng.
Hỡnh 2.8 Truy nhập CDMA 2.4.2 Kỹ thuật trải phổ trong cdma
2.4.2.1 Nguyờn lý chung
Nguyờn lý trải phổ là cung cấp tất cả cỏc tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuờ bao, khống chế mức cụng suất phỏt từ mỗi thuờ bao đủ để duy trỡ một tỷ số tớn hiệu/tạp õm theo mức chất lƣợng yờu cầu. Mỗi thuờ bao sử dụng một tớn hiệu băng rộng nhƣ tạp õm chiếm toàn bộ dải tần phõn bố. Theo cỏch đú mỗi thuờ bao tham gia vào tạp õm nền tỏc động tới tất cả cỏc thuờ bao khỏc, nhƣng ở phạm vi ớt nhất cú thể bằng cỏch khống chế cụng suất phỏt. Nhƣ vậy một hệ thống đƣợc coi là trải phổ nếu:
Tớn hiệu trải phổ (tớn hiệu phỏt) phải cú độ rộng phổ lớn hơn nhiều lần độ rộng phổ của thụng tin gốc cần truyền.
Trải phổ đƣợc thực hiện bằng một mó độc lập với dữ liệu gốc Cú 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản:
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 21
Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum)
Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum)
Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum)
2.4.2.2 Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp
Hệ thống DS/SS đƣợc trải phổ bằng cỏch cộng module 2 dữ liệu gốc với mó giả ngẫu nhiờn. Tớn hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một súng mang theo BPSK, QPSK… Mỏy thu dựng mó giả ngẫu nhiờn đƣợc tạo ra giống nhƣ bờn phỏt cộng module 2 với tớn hiệu thu đƣợc, thực hiện giải trải phổ để lấy tớn hiệu mong muốn. Đõy là hệ thống đƣợc biết đến nhiều nhất trong cỏc hệ thống thụng tin trải phổ. Là hệ thống tƣơng đối đơn giản vỡ nú khụng yờu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao.
Hỡnh 2.9 Kỹ thuật DS/SS BPSK bộ phỏt
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 22
2.4.2.3 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH/SS)
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch súng mang cú tần số đƣợc chọn theo mó trong một tập hợp cỏc tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần đƣợc chia nhỏ thành cỏc khe tần số khụng lấn lờn nhau. Chuỗi mó PN sẽ xỏc định khe tần số nào đƣợc dựng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định.
Khỏc với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mó trải phổ khụng trực tiếp điều chế tớn hiệu mà đƣợc dựng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra cỏc tần số khỏc nhau.
Tốc độ nhảy tần cú thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu. Tƣơng ứng cú hai trƣờng hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm.
Hỡnh 2.11 Sơ đồ khối mỏy thu và mỏy phỏt của hệ thống FH/SS 2.4.2.4 Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)
Nhảy thời gian tƣơng tự nhƣ điều chế xung. Nghĩa là, dóy mó đúng/mở bộ phỏt, thời gian đúng/ mở bộ phỏt đƣợc chuyển đổi thành dạng tớn hiệu giả ngẫu nhiờn theo mó và đạt đƣợc 50 % yếu tố tỏc động truyền dẫn trung bỡnh. Sự khỏc nhau nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mó trong hệ thống FH/SS thỡ sự nhảy tần số chỉ xảy ra trong trạng thỏi dịch chuyển dóy mó trong hệ thống TH/ SS. Bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng súng cho phộp điều chế xung theo mó đều cú thể đƣợc sử dụng đối với bộ điều chế TH/ SS.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 23
TH/SS cú thể làm giảm giao diện giữa cỏc hệ thống trong hệ thống ghộp kờnh theo thời gian. Vỡ mục đớch này mà sự chớnh xỏc thời gian đƣợc yờu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu húa độ dƣ giữa cỏc mỏy phỏt.
Do hệ thống TH/SS cú thể bị ảnh hƣởng dễ dàng bởi giao thoa nờn cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa cú khả năng gõy nờn suy giảm lớn đối với tần số đơn.
2.4.2.5 Hệ thống trải phổ lai ghộp
Bờn cạnh cỏc hệ thống đó miờu tả ở trờn, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH đƣợc sử dụng để cung cấp thờm cỏc ƣu điểm cho đặc tớnh tiện lợi của mỗi hệ thống. Thụng thƣờng đa số cỏc trƣờng hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm: FH/ DS, TH/ FH, TH/ DS.
Hỡnh 2.12 Sơ đồ hệ thống trải phổ nhảy thời gian (TH/SS)
Cỏc hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp cỏc đặc tớnh mà một hệ thống cơ bản đó núi đến ở trờn khụng thể nào cú đƣợc. Một mạch khụng cần phức tạp quỏ cú thể bao gồm bởi bộ tạo dóy mó và bộ tổ hợp tần số cho trƣớc.
2.4.3 Cỏc loại nhiễu ảnh hƣởng tới cụng nghệ CDMA 2.4.3.1 Fading 2.4.3.1 Fading
Hiện tƣợng Fading là sự thay đổi cƣờng độ tớn hiệu súng mang cao tần gõy nờn bởi sự thay đổi mụi trƣờng truyền dẫn nhƣ ỏp suất khụng khớ và do sự phản xạ của tớn hiệu với cỏc vật thể trờn đƣờng truyền nhƣ nƣớc, mặt đất…
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 24
Fading tần số phẳng (frequencey-flat fading): gõy ảnh hƣởng tới biờn độ thu nhƣng khụng ảnh hƣởng tới sự mộo dạng dạng súng tớn hiệu xỏc định.
Fading chọn lọc tần số (frequency-selective fading): gõy ảnh hƣởng đến tớn hiệu thu về cả độ mạnh lẫn hỡnh dạng .
2.4.3.2 Ảnh hƣởng của gần, xa tới CDMA
Ta thƣờng gặp vấn đề gần xa trong hệ thống thụng tin trải phổ. Nhƣ ta đó biết mỗi user là một nguồn nhiễu đối với cỏc user khỏc. Càng cú nhiều ngƣời truy cập cựng lỳc thỡ giao thoa đối với user mong muốn càng tăng. Những user càng ở gần trạm thu thỡ cụng suất của nú phỏt ra đƣợc thu lại sẽ lớn hơn user khỏc cựng phỏt tƣơng tự ở những vị trớ xa hơn do suy hao đƣờng truyền. Nếu cỏc user khụng mong muốn cú cụng suất tƣơng 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 đƣợc cựng một mức cụng suất từ mỗi bộ phỏt là rất quan trọng. Từ đú ngƣời ta đƣa 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.
2.4.3.3 Hiện tƣợng đa đƣờng
Trờn kờnh truyền vụ tuyến luụn tồn tại sự truyền đa đƣờng, nghĩa là cú nhiều đƣờng truyền từ mỏy phỏt tới mỏy thu. Nguyờn nhõn dẫn tới hiện tƣợng này là:
Sự phản xạ hay khỳc xạ khớ quyển.
Sự phản xạ từ mặt đất, đồi nỳi, cỏc toà nhà cao ốc,…
Hiện tƣợng đa đƣờng sẽ gõy ra sự dao động, sự thay đổi lờn xuống bất thƣờng đối với mức tớn hiệu thu đƣợc. Mọi đƣờng truyền đều cú thời gian trỡ hoón và sự suy giảm khỏc nhau. Yờu cầu đặt ra là làm sao thu đƣợc tớn hiệu truyền trực tiếp và loại bỏ những tớn hiệu trờn những đƣờng truyền cũn lại.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 25
2.4.4 Ƣu nhƣợc điểm của cụng nghệ CDMA Ƣu điểm: Ƣu điểm:
Cụng nghệ đa truy nhập phõn chia theo mó CDMA là cụng nghệ trải phổ cho phộp nhiều tần số đƣợc sử dụng đồng thời, mó húa từng gúi tớn hiệu số bằng một mó khúa duy nhất và gửi đi. Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận và giải mó đõy là lý do cụng nghệ này cú tớnh bảo mật tớn hiệu cao hơn TDMA (GSM), chất lƣợng cuộc gọi cũng tốt hơn, õm thanh trung thực do việc mó húa tớn hiệu và giải mó do chớnh thiết bị đầu cuối thực hiện bằng mó riờng của hệ thống.
Nhờ hệ thống kớch hoạt thoại, hiệu suất tỏi sử dụng tần số trải phổ cao và điều khiển năng lƣợng, nờn nú cho phộp quản lý số lƣợng thuờ bao cao gấp 5-20 lần so với cụng nghệ GSM. Áp dụng kỹ thuật mó húa thoại mới, CDMA nõng chất lƣợng thoại lờn gần bằng với hệ thống điện thoại hữu tuyến.
Đối với điện thoại di động, để đảm bảo tớnh di động, cỏc trạm phỏt phải đƣợc đặt rải rỏc khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ súng một vựng nhất định và chịu trỏch nhiệm với cỏc thuờ bao trong vựng đú. Với CDMA, ở vựng chuyển giao, thuờ bao cú thể liờn lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phỏt cựng một lỳc, do đú cuộc gọi khụng bị ngắt quóng, làm giảm đỏng kể xỏc suất rớt cuộc gọi.
Một ƣu điểm khỏc nữa của CDMA là nhờ sử dụng cỏc thuật toỏn điều khiển nhanh và chớnh xỏc, thuờ bao chỉ phỏt ở mức cụng suất vừa đủ để đảm bảo chất lƣợng tớn hiệu, giỳp tăng tuổi thọ của pin, thời gian chờ và đàm thoại. Mỏy điện thoại di động CDMA cũng cú thể sử dụng pin nhỏ hơn, nờn trọng lƣợng mỏy nhẹ, kớch thƣớc gọn và dễ sử dụng.
Với cựng 1 cụng nghệ tƣơng đƣơng, CDMA luụn vƣợt trội hơn TDMA, cả về chất lƣợng cuộc gọi, tớnh bảo mật, tốc độ băng thụng.
Những mỏy điện thoại di động đang sử dụng chuẩn GSM hiện nay khụng thể sử dụng chuẩn CDMA. Nếu tiếp tục phỏt triển GSM, hệ thống thụng tin di động này sẽ bắt buộc phải phỏt triển lờn WCDMA-UMTS-3G mới đỏp ứng đƣợc nhu cầu truy cập di động cỏc loại thụng tin từ mạng Internet với tốc độ cao.
Triển khai đƣợc nhiều dịch vụ gia tăng trờn thiết bị đầu cuối.
Nhƣợc điểm
Cụng nghệ CDMA chỉ hiệu quả khi nhiều ngƣời cựng sử dụng chung một băng tần.
Quỏ trỡnh xử lý tớn hiệu phức tạp hơn.
Yờu cầu đồng bộ cao hơn.
Đồ ỏn tốt nghiệp đại học Chƣơng 2 Phƣơng phỏp đa truy nhập điển hỡnh trong vụ tuyến
Nguyễn Cụng Long – Lớp D08VT2 Trang 26
2.5 Đa truy nhập phõn chia theo khụng gian (SDMA)
Đa truy nhập phõn chia theo khụng gian cho phộp tất cả mọi ngƣời sử dụng trong cựng một cell đều cú thể truyền/nhận tớn hiệu một lỳc, trờn cựng một băng thụng và khụng sử dụng mó nhƣ trong CDMA. Nhƣ vậy tớn hiệu do mọi ngƣời sử dụng trong cell và ngoài cell sẽ bị chồng lờn nhau. Khử nhiễu do nhiều ngƣời sử dụng trong SDMA là một vấn đề vụ cựng phức tạp. Phớa trạm gốc yờu cầu phải cú một dóy cỏc ăng-ten lớn để cú thể khử nhiễu. Việc khử nhiễu ở phớa trạm gốc cú thể đƣợc thực hiện bằng một số kỹ thuật nhƣ ƣớc lƣợng hƣớng đến của tớn hiệu của mỗi ngƣời sử dụng để tỏch tớn hiệu của mỗi ngƣời sử dụng ra khỏi tớn hiệu thu đƣợc và dựa vào kỹ thuật khử nhiễu kết hợp với lọc. Trong kỹ thuật đa truy cập này, trạm gốc cú sử dụng kỹ thuật beamforming để phỏt tớn hiệu trực tiếp đến ngƣời sử dụng.
Đa truy nhập phõn chia theo khụng gian SDMA cho phộp đa truy nhập đến một kờnh vụ tuyến chung trờn cơ sở ụ. Tập cỏc tần số trong cựng một ụ cú thể lặp lại ở cỏc ụ khỏc nhau trong hệ thống nếu đảm bảo đủ khoảng cỏch giữa cỏc ụ sử dụng cựng tần số để ngăn chặn nhiễu giao thoa đồng kờnh.
Trong SDMA phõn chia khụng gian theo cỏc ụ: ụ mini, ụ micro, ụ phõn đoạn, ụ dự phủ kết hợp với anten thụng minh.
ễ Micro đƣợc phủ súng bởi cỏc trạm gốc cú cụng suất rất thấp ở cỏc vựng mật độ lƣu lƣợng cao trong hệ thống.
ễ dự phủ là cỏc ụ rất lớn đƣợc thiết kế để gỏnh đỡ tải cho cỏc ụ micro ễ phõn đoạn là cỏc ụ đƣợc phủ súng bởi cỏc đoạn ụ 1200
hoặc 600 bằng cỏc anten cú tớnh hƣớng nhờ vậy tăng đƣợc dung lƣợng hệ thống.
Anten thụng minh là cỏc phỏt kiến mới nhất cho hệ thống tổ ong vụ tuyến. Cỏc anten này tạo ra cỏc bỳp súng khỏ hẹp nhờ vậy tăng đỏng kể vựng phủ súng và dung