Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần đợc thực hiện ngợc lại so với quá trình trải phổ và cũng đợc thực hiện qua 2 bớc. Bớc thứ nhất là thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại đợc tín hiệu điều chế tần số
WSS 101 01 11 00 11 11 01 10 00 00 01 Hình 2.4 : Nhảy tần chậm Dữ liệu 2Tb Wd Chuỗi PN 111 000 100 110 3Tc 111 110 101 100 011 010 001 000
MFSK. Bớc thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều chế MFSK thông thờng.
Nén phổ tín hiệu nhảy tần
Giả sử tại đầu thu đã tạo lại đợc tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên phát. Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt nh bên phát, tín hiệu nhảy tần thu đợc sẽ trộn với tín hiệu tổng hợp tại chỗ này và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta sẽ thu lại đợc tín hiệu chứa dữ liệu MFSK. Nh vậy một điều hết sức quan trọng đảm bảo sự thành công của bớc nén phổ này là bên thu cần taọ đợc mã giả ngẫu nhiên đồng bộ hoàn toàn với bên phát.
Giải điều chế tín hiệu MFSK
Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu. Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này ngời ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải và M bộ tách sóng đờng bao. Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ i sẽ khác 0 khi tín hiệu dữ liệu đợc điều chế ở mức i. Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá trị bằng 0. Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hởng của nhiễu đầu ra thứ i không có giá trị cực đại tối đa và M-1 đầu ra còn lại cũng không bằng 0 nên cần sử dụng bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này. Dữ liệu M mức đầu ra đợc đa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu.
2.1.2.4 Đặc tính tín hiệu dịch tần
Hệ thống có các đặc tính sau : đa truy nhập, chống nhiễu đa đờng , chống nhiễu băng hẹp và khả năng phát hiện thấp đợc trình bày cụ thể nh sau:
a. Đa truy nhập
Trong hệ thống dịch tần nhanh F-FH, một bit đợc truyền đi trên các băng
tần số khác nhau. Mỗi ngời sử dụng sẽ truyền thông tin trong hầu hết các băng tần nhng tại mỗi thời điểm lại sử dụng một băng tần khác nhau. Do đó công suất
Lọc 1 Lọc 2 Lọc M Mạch tách đ ờng bao 1 Mạch tách đ ờng bao 2 Mạch tách đ ờng bao M Bộ so sánh lấy giá trị lớn nhất và giải mã Tín hiệu sau giải điều chế nhảy tần Dữ liệu
của tín hiệu mong muốn lớn hơn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu đ- ợc chính xác. Trong hệ thống dịch tần chậm S-FH, nhiều bit đợc truyền đi tại một tần số. Nếu xác suất truyền thông tin của những ngời sử dụng khác tại cùng một băng tần đủ thấp thì tín hiệu mong muốn sẽ đợc thu một cách chính xác trong hầu hết thời gian. Nếu nh có những ngời sử dụng khác truyền dẫn trong cùng một băng tần, các mã sửa lỗi đợc sử dụng để phát hiện dữ liệu đợc truyền trong thời gian đó.
b. Nhiễu đa đ ờng.
Trong hệ thống dịch tần nhanh (F-FH-CDMA), trong khoảng thời gian
một bit, tần số truyền dẫn thay đổi nhiều lần. Nh vậy một tần số sóng mang đợc điều chế và truyền đi trên nhiều tần số truyền dẫn. Vì hiệu ứng đa đờng với các tần số truyền dẫn khác nhau là khác nhau nên một tần số sóng mang có thể đợc khuyếch đại tại tần số này nhng lại bị suy giảm tại một tần số truyền dẫn khác. Tại máy thu, đáp ứng tại các tần số truyền dẫn khác nhau sẽ đợc trung bình hoá. Nhờ đó, làm giảm đợc nhiễu đa đờng, mặc dù không hiệu quả nh hệ thống DS- CDMA nhng nó vẫn cung cấp sự cải thiện đáng kể.
c. Nhiễu băng hẹp
Giả sử tín hiệu băng hẹp đợc gây nhiễu lên một trong các tần số truyền dẫn. Nếu có GP tần số truyền dẫn (GP đợc gọi là độ tăng ích do xử lý) thì trung bình, một ngời sử dụng sẽ sử dụng tần số truyền dẫn bị gây nhiễu chỉ trong 1/GP (%) thời gian. Vì vậy, nhiễu băng hẹp đợc giảm nhỏ bởi hệ số GP.
d. Xác suất phát hiện
Xác suất thấp cho việc phát hiện tín hiệu FH không phải vì công suất truyền dẫn thấp. Ngợc lại, mật độ công suất truyền dẫn của FH-CDMA rất lớn. Nhng tần số truyền dẫn tín hiệu là không biết, hơn nữa thời gian truyền dẫn tại một tần số lại khá nhỏ. Do đó, mặc dù tín hiệu FH dễ phát hiện hơn so với tín hiệu DS, nhng việc phát hiện tín hiệu FH cũng rất khó khăn.
Vậy ta có thể tóm tắt các u nhợc điểm của hệ thống dịch tần FH nh sau:
Ưu điểm:
Đồng bộ của FH-CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS-CDMA. Với FH- CDMA việc đồng bộ đợc thực hiện trong từng khoảng thời gian bớc nhẩy tần. Vì việc trải phổ dành đợc không phải do sử dụng tần số nhẩy tần rất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bớc nhẩy tần số lớn hơn nhiều
so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA. Do đó, FH-CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ lớn hơn.
Các băng tần khác nhau của tín hiệu FH không phải là những băng tần lân cận nhau. Kết hợp với u điểm dễ đồng bộ nên FH-CMA cho phép làm việc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS-CDMA.
Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn nên nó có khả năng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS.
Nhợc điểm:
Hệ thống yêu cầu bộ tổng hợp tần số phức tạp. Việc giải điều chế nhất quán khó thực hiện.
2.2. Sử dụng dãy mã giả tạp âm ngẫu nhiên.
Trong các hệ thống CDMA thì bộ tạo mã giả tạp âm là một thành phần quan trọng nhất có vai trò quyết định đến việc nhận dạng những ngời sử dụng khác nhau trong một hệ thống. Dãy mã giả tạp âm PN (Pseudorandom Noise) đ- ợc sử dụng nhằm các mục đích sau:
+ Trải phổ băng rộng tín hiệu sóng mang đã đợc diều chế bởi dữ liệu với một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn gấp nhiều lần.
+ Dùng phân biệt giữa những ngời sử dụng khác nhau trong cùng một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống. Tuy nhiên đối với ngời phát và ngời thu thì dãy PN không phải là một dãy ngẫu nhiên, mà nó chỉ đợc xem là ngẫu nhiên đối với những ngời còn lại đang cùng sử dụng trong hệ thống.
Dãy PN đợc sử dụng có các tính chất sau:
+ Tính cân đối: Tính cân đối của dãy PN đợc thể hiện ở chỗ mỗi chu kỳ của dãy thì số con số 1 và 0 khác nhau nhiều nhất là 1, hay nói cách khác số con số nhị phân 1 và 0 chênh nhau nhiều nhất là 1 đơn vị.
+ Tính chạy: Mỗi bớc chạy là một dãy các bít liên tiếp nhau có cùng một mức logic 1 hoặc 0, độ dài của một bớc chạy là số bit trong bớc chạy đó.
Trờng hợp bit 1 hay 0 đợc xen giữa các bit 0 hay 1 cũng đợc coi là một bớc chạy
+ Tính tơng quan: Từ một dãy mã giả tạp âm đợc tạo ra, ta có thể có một dãy khác đợc suy ra từ dãy này bằng cách dịch đi lần lợt từng vị trí bit, bit già
nhất đợc dịch về phía bit trẻ tiếp theo, và bit trẻ nhất đợc dịch về phía bit già nhất.
Dãy PN đợc tạo ra bằng sự liên kết đầu ra của các thanh ghi dịch hồi tiếp. Một thanh ghi dịch hồi tiếp bao gồm bộ nhớ hai trạng thái liên tiếp hoặc trạng thái lu giữ và logic phản hồi. Dãy nhị phân đợc dịch thông qua thanh ghi dịch trong các đáp ứng xung đồng hồ.
Sau đây ta sẽ xét một bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính bao gồm có 4 phần tử có 4 trạng thái khác nhau.
Bộ ghi dịch bao gồm có 4 phần tử nhớ và dịch là X1, X2, X3, X4, bộ cộng module - 2 và một đờng hồi tiếp đợc dẫn từ bộ cộng trở về đầu thanh ghi dịch. Hoạt động của thanh ghi dịch đợc điều khiển bởi một bộ xung nhịp đồng hồ. Dới tác động của các xung nhịp thì trạng thái của mỗi phần tử nhớ đợc dịch sang phần tử bên phải sát đó X1 đợc dịch sang X2, X2 đợc dịch sang X3, X3 đợc dịch sang X4, đồng thời mỗi khi có xung nhịp đồng hồ thì trạng thái của hai phần tử X3 và X4 đợc cộng module-2 và theo đờng hồi tiếp quay trở về X1.
Đờng hồi tiếp Bộ cộng module-2
Tuy nhiên với một bộ ghi dịch kiểu này ta cần chú ý những đặc điểm sau: • Dãy 0000 không thể sử dụng đợc là trạng thái của thanh ghi dịch bởi
vì nó không thể nhảy sang một trạng thái khác đợc.
X1 X2 X3 X4
Xung đồng hồ
• Cũng từ đặc điểm trên ta thấy rằng sau 2n – 1 (với n là số phần tử của thanh ghi dịch) trạng thái thì thanh ghi dịch lại trở về trạng thái nh lúc ban đầu.
Độ dài của từ mã là L = 2n – 1.
Ta đang xét ví dụ với n = 4. Độ dài của từ mã là L = 24 - 1 = 15. Giả sử C(t) = 100010011010111
Sau đây là bảng kết quả dịch chuyển sau mỗi chu kỳ.
Bớc dịch X1 X2 X3 X4 Dãy đầu ra 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 3 0 0 1 0 0 4 1 0 0 1 1 5 1 1 0 0 0 6 0 1 1 0 0 7 1 0 1 1 1 8 0 1 0 1 1 9 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 1 11 1 1 1 0 0 12 1 1 1 1 1 13 0 1 1 1 1 14 0 0 1 1 1
2.3. Điều khiển công suất CDMA.
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ BS đến máy di động và ngợc lại) để cung cấp một hệ thống có dung lợng lu lợng lớn, chất lợng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác. Mục đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất phát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ ở mức thấp nhất cần thiết, vừa đủ để đảm bảo yêu cầu tối thiểu mà không gây ra nhiễu quá mức lên các tín hiệu khác. Nh vậy sẽ đảm bảo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa cực tiểu cần thiết tại các trạm gốc.
Ta xét riêng cho từng tuyến đờng lên và đờng xuống nh sau: + Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng:
• Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệu ứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lợng hệ thống.
• Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo chất lợng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung l- ợng tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất MS. + Đối với tuyến xuống điều khiển công suất :
• Đảm bảo phủ sóng với chất lợng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phục vụ.
• Tạo khả năng dàn trải lu lợng giữa các ô có lu lợng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với các ô có tải nặng.
• Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lợng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lợng hệ thống và tránh tác hại tới sức khoẻ.
2.3.1. Điều kiển công suất tuyến lên
Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong hai cách: điều khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở.
a. Điều khiển công suất vòng hở:
Đầu tiên khi MS mới xâm nhập hệ thống thì việc điều khiển công suất vòng kín cha khởi tạo. Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở. MS đo cờng độ tín hiệu trên kênh dẫn đờng thu đợc từ BS, sau đó ớc tính công suất
trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất này tỷ lệ nghịch với c- ờng độ tín hiệu dẫn đờng thu đợc. Cụ thể mức công suất này nh sau:
P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR -(Pmean + 73)
Trong đó Pmean là công suất trung bình thu đợc tại đầu vào máy thu MS. NOM_PWR là hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS.
INIT_PWR là hệ số sửa đổi cho công suất BS.
Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS đợc phát đi trên các bản tin thông số truy nhập trong kênh nhắn tin.
Sau đó hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín.
Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS sẽ vừa tăng công suất phát lên từng bớc gián đoạn (giá trị mỗi bớc ký hiệu là: PWR_STEP), vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu là SUM1. Quá trình cứ tiếp diễn nh vậy cho đến khi truy nhập thành công. MS bắt đầu truyền trên kênh lu lợng tuyến lên với công suất ớc tính là:
P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ những thay đổi để truy nhập) -(Pmean + 73) =
= NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (Pmean + 73)
Một khi thông tin từ MS tới đợc BS thì BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi đợc thông báo bởi MS và gửi đi thông báo điều khiển công suất vòng kín tới MS. Thông tin này đợc thực hiện bởi bit điều khiển công suất. Nếu bit điều khiển công suất bằng 0 có nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất lên 1dB. Nếu bit điều khiển công suất là 1 tức là MS cần giảm công suất của nó 1dB.
BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ 1,25 ms một lần (800bit/s). Điều này cũng có nghĩa là việc đo cờng độ tín hiệu thu đợc từ MS của BS mất gần 1,25 ms.
Khi nhận đợc các bit điều khiển công suất thì công suất đầu ra của MS là: P[dBm] = NOM__PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (Pmean+73) Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất vòng kín. Việc ớc tính công suất của MS chỉ mất 500 às.
Phạm vi biến đổi giá trị điển hình của các thông số điều khiển công suất nh sau:
Giá trị bình thờng Phạm vi NOM_PWR INIT_PWR PWR_STEP 0 0 -8 7 -16 15 0 7
Nh vậy phạm vi thay đổi tổng cộng của điều khiển công suất vòng hở có thể trong vòng ±24dB, còn với vòng kín là ±32dB.
Ngoài ra MS trong hệ thống CDMA còn có thể tắt mở công suất khi truyền thông tin tuỳ thuộc vào tốc độ bit truyền dẫn. Khi tín hiệu thoại không tích cực MS ở trạng thái "đóng công suất ", khi đó công suất đầu ra giảm ít nhất 20 dB. Nhờ đó giảm nhiễu với ngời sử dụng khác, nếu việc giảm công suất 20dB làm công suất đầu ra nhỏ hơn mức nền tạp âm thì MS sẽ khoá công suất đầu ra tới mức nền tạp âm. 34 Đo c ờng độ tín hiệu dẫn đ ờng 1 Mức phát ~ C ờng độ dẫn đ ờng BS MS MS BS
Hình 2.7 : Điều khiển công suất vòng hở tuyến lên
Tăng /giảm công suất Giám sát chất l ợng tín hiệu
BS MS
So sánh với chuẩn
Liên hệ với những ng ời sử dụng khác
Phát lệnh điều khiển công suất
BS MS
Nhận lệnh
2.3.2. Điều khiển công suất tuyến xuống
Vì không có tín hiệu dẫn đờng phát ra từ MS tới BS nên trong tuyến xuống chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín tơng tự tuyến lên. BS nhận tín hiệu thông tin do MS cung cấp về chất lợng tín hiệu. Thông tin này có thể ở dạng tốc độ lỗi khung mà MS đã đo trong kênh lu lợng tuyến xuống và báo về BS theo chu kỳ. Hoặc MS chỉ thông báo khi tốc độ lỗi vợt quá một mức ngỡng qui định