2.2.1.1. Nguyên lý trải phổ CDMA
Theo nguyên lý dung lƣợng kênh truyền của Shannon đƣợc mô tả trong (2.1), thì dung lƣợng kênh truyền có thể đƣợc tăng lên bằng cách tăng băng tần kênh truyền.
2
.log (1 S )
C B
N (2.1)
Trong đó B là băng thông (Hz), C là dung lƣợng kênh (bit/s), S là công suất tín hiệu và N là công suất tạp âm.
Vì vậy, với một tỉ số S/N cụ thể, dung lƣợng tăng lên nếu băng thông sử dụng để truyền tăng. CDMA là công nghệ thực hiện trải tín hiệu gốc thành tín hiệu băng rộng trƣớc khi truyền đi. Tỷ số độ rộng băng tần truyền thực với độ rộng băng tần của thông tin cần truyền đƣợc gọi là độ lợi xử lý (GP ) hoặc là hệ số trải phổ. t p i B G B hoặc p B G R (2.2)
Trong đó Bt: là độ rộng băng tần truyền thực tế Bi: độ rộng băng tần của tín hiệu mang tin B: là độ rộng băng tần RF
R: là tốc độ thông tin
Mối quan hệ giữa tỷ số S/N và tỷ số Eb/I0 (trong đó Eb là năng lƣợng trên một bit và I0 là mật độ phổ năng lƣợng tạp âm) thể hiện trong công thức sau:
0 0 1 b b p R S N B E E I I G (2.3)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 39
Do vậy, với một yêu cầu Eb/I0 xác định và độ lợi xử lý càng cao, thì tỷ số S/N yêu cầu càng thấp. Đối với hệ thống CDMA đầu tiên là CDMA IS-95, băng thông truyền dẫn là 1,25MHz và về sau trong hệ thống WCDMA, băng thông truyền khoảng 5MHz.
2.2.1.2. Kỹ thuật trải phổ và giải trải phổ
Trải phổ và giải trải phổ là hoạt động cơ bản nhất trong các hệ thống DS- CDMA. Dữ liệu ngƣời sử dụng giả sử là chuỗi bit đƣợc điều chế BPSK có tốc độ là R. Hoạt động trải phổ chính là nhân mỗi bit dữ liệu ngƣời sử dụng với một chuỗi n bit mã, đƣợc gọi là các chip. Ở đây, ta lấy n=8 thì hệ số trải phổ là 8, nghĩa là khi thực hiện điều chế trải phổ BPSK thì kết quả tốc độ dữ liệu sẽ là 8xR
và có dạng xuất hiện ngẫu nhiên nhƣ là mã trải phổ. Việc tăng tốc độ dữ liệu lên 8 lần đáp ứng việc mở rộng (với hệ số là 8) phổ của tín hiệu dữ liệu ngƣời sử dụng đƣợc trải ra. Tín hiệu băng rộng này sẽ đƣợc truyền qua các kênh vô tuyến đến đầu cuối thu.
Hình 2.9: Quá trình trải phổ và giải trải phổ
Trong quá trình giải trải phổ, các chuỗi chip/dữ liệu ngƣời sử dụng trải phổ đƣợc nhân từng bit với cùng các chip mã 8 đã đƣợc sử dụng trong quá trình trải phổ. Nhƣ trên hình vẽ tín hiệu ngƣời sử dụng ban đầu đƣợc khôi phục hoàn toàn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 40
2.2.1.3. Kỹ thuật đa truy nhập CDMA
Một mạng thông tin di động là một hệ thống nhiều ngƣời sử dụng, trong đó một số lƣợng lớn ngƣời sử dụng chia sẻ nguồn tài nguyên vật lý chung để truyền và nhận thông tin. Dung lƣợng đa truy nhập là một trong các yếu tố cơ bản của hệ thống. Trong lịch sử thông tin di động đã tồn tại các công nghệ đa truy nhập khác nhau: TDMA, FDMA và CDMA. Sự khác nhau giữa chúng đƣợc chỉ ra trong hình 2.10.
Hình 2.10: Các công nghệ đa truy nhập
Trong hệ thống CDMA, các tín hiệu cho ngƣời sử dụng khác nhau đƣợc truyền đi trong cùng một băng tần tại cùng một thời điểm. Mỗi tín hiệu ngƣời sử dụng đóng vai trò nhƣ là nhiễu đối với tín hiệu của ngƣời sử dụng khác, do đó dung lƣợng của hệ thống CDMA gần nhƣ là mức nhiễu và không có con số lớn nhất cố định nên dung lƣợng của hệ thống CDMA đƣợc gọi là dung lƣợng mềm.
Hình 2.11 chỉ ra một ví dụ làm thế nào 3 ngƣời sử dụng có thể truy nhập đồng thời trong một hệ thống CDMA.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 41
Hình 2.11: Nguyên lý của đa truy nhập trải phổ
Tại bên thu, ngƣời sử dụng 2 sẽ giải trải phổ tín hiệu thông tin của nó trở lại tín hiệu băng hẹp, chứ không phải tín hiệu của bất cứ ngƣời nào khác. Bởi vì sự tƣơng quan chéo giữa mã của ngƣời sử dụng mong muốn và các mã của ngƣời sử dụng khác là rất nhỏ.
Độ lợi xử lý và đặc điểm băng rộng của quá trình xử lý đem lại nhiều lợi ích cho các hệ thống CDMA, nhƣ hiệu suất phổ cao và dung lƣợng mềm. Tuy nhiên, tất cả những lợi ích đó yêu cầu việc sử dụng kỹ thuật điều khiển công suất một cách nghiêm ngặt và chuyển giao mềm nhằm để tránh cho tín hiệu của ngƣời sử dụng này che thông tin của ngƣời sử dụng khác.