01 N-2 N-1 Ng0g1gN-2gN-1 gN
3.4Cỏc đặc tớnh của CDMA
3.4.1 Tớnh đa dạng phõn tập
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trọng hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiờn thỡ tớnh đa đường tạo nờn nhiều fading nghiờm trọng. Tớnh nghiờm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vỡ cỏc tớn hiệu qua cỏc đường khỏc nhau được thu nhận một cỏch độc lập.
Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cỏch liờn tục trong hệ thống này do fading đa đường khụng thể loại trừ hoàn toàn được vỡ với cỏc hiện tượng fading đa
đường xảy ra liờn tục thỡ bộ giải điều chế khụng thể xử lý tớn hiệu thu một cỏch độc lập được.
Phõn tập là một hỡnh thức tốt để làm giảm fading, cú 3 loại phõn tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cỏch. Phõn tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng chin mó và sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phõn tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng bỏo hiệu trong một băng tần rộng và fading kết hợp với tần số thường cú ảnh hưởng đến băng tần bỏo hiệu (200-300) KHz. Phõn tập theo khoảng cỏch hay theo đường truyền cú thể đạt được theo 3 phương phỏp sau:
• Thiết lập nhiều đường bỏo hiệu (chuyển vựng mềm) để kết nối mỏy di động đồng thời với 2 hoặc nhiều BS.
• Sử dụng mụi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu quột thu nhận và tổ hợp cỏc tớn hiệu phỏt với cỏc tớn hiệu phỏt khỏc trễ thời gian.
• Đặt nhiều anten tại BS.
Dải rộng của phõn tập theo đường truyền cú thể được cung cấp nhờ đặc tớnh duy nhất của hệ thống CDMA dóy trực tiếp và mức độ phõn tập cao.
Bộ điều khiển đa đường tỏch sang dạng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Mỏy di động sử dụng 3 bộ tương quan. BS sử dụng 4 bộ tương quan. Mỏy thu cú bộ tương quan song song gọi là mỏy quột, nú xỏc định tớn hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả tớn hiệu thu được. Fading cú thể xuất hiện trong mỗi tớn hiệu thu nhưng khụng cú sự tương quan giữa cỏc đường thu. Vỡ vậy, tổng cỏc tớn hiệu thu được cú độ tin cậy cao vỡ khả năng cú fading đồng thởi trong tất cả cỏc tớn hiệu thu được là rất thấp.
3.4.2 Cụng suất phỏt thấp
Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tớn hiệu/nhiễu) chấp nhận được khụng chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà cũn làm giảm cụng suất phỏt yờu cầu để khắc phục tạp õm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm cụng suất phỏt yờu cầu đối với mỏy di động. Nú làm giảm giỏ thành và cho phộp hoạt động trong cỏc vựng rộng lớn hơn với cụng suất thấp khi so với cỏc hệ thống analog hoặc TDMA cú cụng suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm cụng suất phỏt yờu cầu sẽ làm tăng vựng phục vụ và làm giảm số lượng BS yờu cầu khi so với cỏc hệ thống khỏc.
Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển cụng suất trong hệ thống CDMA là làm giảm cụng suất phỏt trung bỡnh. Trong đa số trường hợp thỡ mụi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong cỏc hệ thống băng hẹp thỡ cụng suất phỏt cao luụn luụn được yờu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thỡ cụng suất trung bỡnh cú thể giảm bởi vỡ cụng suất yờu cầu chỉ phỏt đi khi cú điều khiển cụng suất và cụng suất phỏt chỉ tăng khi cú fading.
3.4.3 Bộ mó - giải mó thoại và tốc độ số liệu biến đổi
Bộ mó - giải mó thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với cỏc tốc độ biến đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thụng tin thoại cú sử dụng thuật toỏn mó - giải mó thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và mỏy di động. Bộ mó - giải mó thoại phớa phỏt lấy mẫu tớn hiệu thoại để tạo ra cỏc gúi tớn hiệu thoại được mó hoỏ dựng để truyền tới bộ mó - giải mó thoại phớa thu. Bộ mó - giải mó thoại phớa thu sẽ giải mó cỏc gúi tớn hiệu thoại thu được thành cỏc mẫu tớn hiệu thoại.
Hai bộ mó - giải mó thoại thụng tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, cỏc tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toỏn mó - giải mó thoại chấp nhận CELP (mó dự đoỏn tuyến tớnh thực tế), thuật toỏn dựng cho hệ thống CDMA là QCELP.
Bộ mó - giải mó thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thớnh để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp õm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi cú tớn hiệu thoại vào. Do đú, tạp õm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong mụi trường tạp õm.
3.4.4 Tỏi sử dụng tần số và vựng phủ súng
Tất cả cỏc BS đều tỏi sử dụng kờnh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tớn hiệu mỏy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong cỏc mỏy di động của cựng một BS và giao thoa tạo ra trong cỏc mỏy di động của BS bờn cạnh. Núi cỏch khỏc, tớn hiệu của mỗi một mỏy di động giao thoa với tớn hiệu của tất cả cỏc mỏy di động khỏc. Giao thoa tổng từ tất cả cỏc mỏy di động bờn cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ cỏc mỏy di động khỏc trong cựng một BS. Hiệu quả tỏi sử dụng tần số của cỏc BS khụng định hướng là khoảng 65%, đú là giao thoa tổng từ cỏc mỏy di động khỏc trong cựng một BS với giao thoa từ tất cả cỏc BS.
Hỡnh 3.6 trỡnh bày giao thoa từ cỏc BS bờn cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS trong vũng biờn thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng.
Hỡnh 3.6: Giao thoa từ BS bờn cạnh
Do đú, giao thoa từ vũng biờn thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao thoa tổng do vũng thứ 2 và vũng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp anten của BS là định hướng (tức là bỳp súng anten 120 o) thỡ giao thoa trung bỡnh giảm xuống 1/3 vỡ mỗi anten kiểm soỏt nhỏ hơn 1/3 số lượng mỏy di động trong BS. Do đú, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lờn xấp xỉ 3 lần.
3.4.5 Dung lượng mềm
Hiện tại FCC (Uỷ ban thụng tin liờn bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phõn bổ đồng đều cho 2 cụng ty viễn thụng theo cỏc vựng. Dải phổ này được phõn phối lại giữa cỏc ụ để cho phộp sử dụng lớn nhất là 57 kờnh FM analog cho một BS 3 bỳp súng. Do đú, thuờ bao thứ 58 sẽ khụng được phộp cú cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn. Khi đú thậm chớ một kờnh cũng khụng được phộp thờm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thỏi tắc cuộc gọi. Núi cỏch khỏc thỡ hệ thống CDMA cú mối liờn quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Vớ dụ, người sử dụng hệ thống cú thể làm tăng tổng số kờnh trong đa số thời gian liờn tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đú cú thể làm trỏnh được việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kờnh trong trạng thỏi chuyển vựng.
Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thỡ cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luõn phiờn hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kờnh trong trạng thỏi chuyển vựng. Nhưng trong hệ thống CDMA thỡ cú thể thoả món cuộc gọi thờm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khỏc hoàn thành.
Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giỏ thành dịch vụ và ấn định cụng suất (dung lượng) nhiều cho cỏc người sử dụng dịch vụ lớp cao. Cú thể cung cấp thứ tự ưu tiờn cao hơn đối với dịch vụ chuyển vựng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thụng thường.
3.4.6 Tỏch tớn hiệu thoại
Trong thụng tin 2 chiều song cụng tổng quỏt thỡ tỷ số chiếm dụng tải của tớn hiệu thoại khụng lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp khụng cú tớn hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thỡ khú ỏp dụng yếu tố tớch cực thoại vỡ trễ thời gian định vị lại kờnh tiếp theo là quỏ dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu khụng cú tớn hiệu thoại trong hệ thống CDMA nờn giao thoa ở người sử dụng khỏc giảm một cỏch đỏng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bỡnh của mỏy di động giảm khoảng 1/2 vỡ dung lượng được xỏc định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khỏc.
3.4.7 Bảo mật cuộc gọi
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyờn õm, việc sử dụng mỏy thu tỡm kiếm và sử dụng bất hợp phỏp kờnh RF là khú khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vỡ tớn hiệu CDMA đó được scrambling (trộn). Về cơ bản thỡ cụng nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và cỏc khả năng bảo vệ khỏc, tiờu chuẩn đề xuất gồm khả năng xỏc nhận và bảo mật cuộc. Cú thể mó hoỏ kờnh thoại số một cỏch dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc cỏc cụng nghệ mó tiờu chuẩn khỏc.
3.4.8 Dung lượng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với khỏi niệm tỏi sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thỡ cho phộp cú một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cỏch cú điều khiển. Do CDMA cú đặc tớnh gạt giao thoa một cỏch cơ bản nờn nú cú thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thỡ CDMA xuất phỏt từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quõn đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yờu cầu tỷ số súng mang nhiễu vào khoảng 18dB nờn cũn cú rất nhiều hạn chế xột từ quan điểm hiệu quả tỏi sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thỡ một kờnh sử dụng cho một BS sẽ khụng được phộp sử dụng cho BS khỏc. Núi cỏch khỏc thỡ trong hệ thống CDMA một kờnh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả cỏc BS.
Cỏc tham số chớnh xỏc định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi xử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yờu cầu), chu kỳ cụng suất thoại, hiệu quả tỏi sử dụng tần số và số lượng bỳp súng của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kờnh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA cú cựng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lờn thỡ càng nhiều dịch vụ thuờ bao được cung cấp trờn một kờnh.
3.4.9 Chuyển giao mềm
Khi một thuờ bao CDMA đi ngang qua biờn giới giữa hai trạm gốc sẽ xảy ra quỏ trỡnh chuyển giao mềm.
Trung tõm chuyển mạch điện thoại di động
BS1BS1 BS1
Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu chiều ngược lại
Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu chiều ngược lại
Khung thoại và số liệu đồng bộ từ MSC đến BS
Khung bit điều khiển cụng suất của BS và tớn hiệu thoại đồng bộ từ BS đến mỏy di động
Hỡnh 3.7 Đường kết nối trong chuyển vựng mềm Chu
yển giao mềm là sự nối cuộc gọi được hoàn thành trước khi từ bỏ kờnh cũ . Quỏ trỡnh chuyển giao này cú thể thực hiện được bởi vỡ cỏc cell kề nhau cựng sử dụng chung một tần số.
Trong khi chuyển giao mềm xảy ra thỡ một BTS mới bắt đầu thụng tin với MS trong khi MS vẫn cũn tiếp tục thụng tin với BTS cũ. MS thực hiện thụng tin đồng thời với 2 BTS. Nhưng nhờ cú bộ thu RAKE mà tớn hiệu thu từ 2BTS được xử lý như là tớn hiệu đa đường. MS kết hợp tớn hiệu thu được từ 2 BTS để tạo ra tớn hiệu thu khụng bị giỏn đoạn
Việc hỗ trợ đồng thời này từ hai trạm gốc này cũn cung cấp một lợi ớch về phõn tập (khụng gian) làm cải thiện đỏng kể chất lượng truyền dẫn ở vựng rỡa cell . Ưu điểm của chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng trong cỏc hệ thống analog và GSM là: trong cỏc hệ thống này thỡ do sử dụng cỏc tần số khỏc nhau
tại cỏc cell liền kề cho nờn khi MS vượt qua vựng biờn một cell và đi vào vựng phủ súng của một cell khỏc, thỡ cần được chuyển mạch tới một kờnh khỏc trong trạm phủ súng mới. Quỏ trỡnh chuyển giao cứng này làm cho kờnh lưu lượng bị ngắt quóng trong thời gian ngắn.
Cũn trong chuyển giao mềm thỡ do cỏc kờnh cựng tần số nờn khụng phải chuyển kờnh khi chuyển giao và mặt khỏc sự chuyển cuộc gọi sang cell khỏc được thực hiện trước khi kết nối hoàn toàn với trạm gốc trong cell đú.
3.4.10 Điều khiển cụng suất
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển cụng suất 2 chiều (từ BS đến mỏy di động và ngược lại) để cung cấp một hệ thống cú dung lượng lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao và cỏc lợi ớch khỏc. Mục đớch của điều khiển cụng suất phỏt của mỏy di động là điều khiển cụng suất phỏt của mỏy di động sao cho tớn hiệu phỏt của tất cả cỏc mỏy di động trong một vựng phục vụ cú thể được thu với độ nhạy trung bỡnh tại bộ thu của BS. Khi cụng suất phỏt của tất cả cỏc mỏy di động trong vựng phục vụ được điều khiển như vậy thỡ tổng cụng suất thu được tại bộ thu của BS trở thành cụng suất thu trung bỡnh của nhiều mỏy di động.
Bộ thu CDMA của BS chuyển tớn hiệu CDMA thu được từ mỏy di động tương ứng thành thụng tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thỡ tớn hiệu của cỏc mỏy di động khỏc cũn lại chỉ như là tớn hiệu tạp õm của băng rộng . Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi xử lý nhằm nõng cao tỷ số tớn hiệu/ giao thoa (dB) từ giỏ trị õm lờn đến một mức đủ lớn để cho phộp hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được.
Một mong muốn là tối ưu cỏc lợi ớch của hệ thống CDMA bằng cỏch tăng số lượng cỏc cuội gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ thống là tối đa khi tớn hiệu truyền của mỏy di động được thu bởi BS cú tỷ số tớn hiệu/giao thoa ở mức yờu cầu tối thiểu qua việc điều khiển cụng suất của mỏy di động.
Hoạt động của mỏy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tớn hiệu của cỏc mỏy di động mà BS thu được là quỏ yếu. Nếu cỏc tớn hiệu của cỏc mỏy di động đủ khoẻ thỡ hoạt động của cỏc mỏy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa đối với cỏc mỏy di động khỏc cựng sử dụng một kờnh sẽ tăng lờn làm cho chất lượng cuộc gọi của cỏc thuờ bao khỏc sẽ bị giảm nếu như dung lượng tối đa khụng giảm.
Việc đúng, mở mạch điều khiển cụng suất từ mỏy di động tới BS và điều khiển cụng suất từ BS tới mỏy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được chỉ trờn hỡnh 3.8.
Hỡnh 3.8: Điều khiển cụng suất trong CDMA
Mạch mở đường điều khiển cụng suất từ mỏy di động tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của mỏy di động. Mỏy di động điều chỉnh ngay cụng suất phỏt theo sự biến đổi cụng suất thu được từ BS. Mỏy di động đo mức cụng suất thu được từ BS và điều khiển cụng suất phỏt tỷ lệ nghịch với mức cụng suất đo được. Mạch mở đường điều khiển cụng suất làm cho cỏc tớn hiệu phỏt của tất cả cỏc mỏy di động được thu với cựng một mức tại BS. BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển cụng suất qua việc cung cấp cho cỏc mỏy di động một hằng số định cỡ cho nú. Hằng số định cỡ liờn quan chặt chẽ tới yếu tố tải và tạp õm của BS, độ tăng ớch anten và bộ khuyếch đại cụng suất. Hằng số này được