Công nghệ cdma
- 99 trang
- file: .doc
đang tải dữ liệu....
Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.
Tải xuống - 99 trangNội dung text: Công nghệ cdma
CÔNG NGHỆ CDMA
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TỔ ONG
1.1. Tổng quan
Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia
thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách
và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được
cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô.
Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc
(BS). Một vùng phục vụ của một BS được gọi là ô và nhiều ô được kết hợp
lại thành vùng phục vụ của hệ thống.
Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử
dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định
nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự
động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách
xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó.
Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di
chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh
lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy
di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động.
Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các
kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ
việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng
lên.
Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.2. Cấu hình hệ thống
Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên
ô tô (hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển;
BS bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ
điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn.
MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều
khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để
truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ
phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp
chức năng thu nhập số liệu cước đối với các cuội gọi đã hoàn thành.
Các máy di động, BS và MSC được liên kết với nhau thông qua các đường
kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF.
Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành
các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong
suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể được thiết lập qua bất cứ một
kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ
thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều
có thể bận do đã được kết nối một cách đồng thời với các máy di động.
Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển,
sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống.
Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các
máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao
di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa
MSC và BS.
Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua
kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền
các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC.
1.3. Sự phát triển của hệ thống tổ ong
Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào áp dụng sử
dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách
kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3.
Đó là hệ thống bán song công và vì thế mà người đàm thoại bên kia không
thể nói được trong khi người đàm thoại bên này đang nói và việc kết nối là
nhân công nhờ điện thoại viên.
Sau đó, nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng
tần 150 MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz
đã được sử dụng vào năm 1969.
Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho một vùng bán kính
rộng tới 80 Km.
1.3.1. AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến)
AMPS là một hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT & T và Motorola - Mỹ
đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có
giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các ô nhỏ và
dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ để
cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng
cùng một tần số đó một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ
tương ứng như một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính
toán lý thuyết về mạng điện thoại di động.
Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần
số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà
chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm
giao thoa giữa các kênh giống nhau. Hình 1.2 đưa ra các mẫu tái sử dụng
tần số khác nhau.
Hình 1.2 Mẫu tái sử dụng tần số
Trên hình 1.2 ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả
các băng tần có thể, số lượng các ô trong cụm đó được gọi là yếu tố tái sử
dụng tần số (K).
Hình 1.3: Búp sóng của anten định hướng
Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một
anten định hướng được sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng
đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng và vì
vậy mà giao thoa của các kênh chính tăng (thông thường sử dụng vùng phủ
sóng 120o).
Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS có
khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt
trong một khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn
hoặc bị cản trở trong trường hợp không có kênh trong ô mới.
Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường có thể được cung cấp
trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao
nói đến không đăng ký.
1) So sánh giữa các hệ thống analog
Bảng 1.1 đưa ra các so sánh về tham số của 4 hệ thống thông dụng.
Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT900 NMT450
450-470
Băng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz
MHz
25/1,25
Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/20 KHz
KHz
Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz
1000
Các kênh 832 920* 180/225
(1999)
Loại điều chế FM FM FM FM
Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz
Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không
Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7
Điều chế kênh điều khiển FSK FSK FFSK FFSK
Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz
Mã kênh điều khiển Manchester Manchester NRZ NRZ
Dung lượng kênh điều khiển 77000 62000 13000 13000
Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s
Bí mật thoại Có thể Có thể Không Không
Dịch vụ chuyển vùng ngoài
Có Có Có Bị giới hạn
hệ thống
Bảng 1.1: So sánh các tham số của các hệ thống tổ ong
1.3.2. TDMA
1) Tổng quan
Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời
gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều người
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo.
TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật
sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả
2 hệ thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì
người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe
thời gian trong băng tần.
Hình 1.4: Phổ TDMA
2) Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ
Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng băng tần (869 - 894) MHz và (824 -
849) MHz giống như hệ thống AMPS.
Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6
khe thời gian.
Hệ thống AMPS hiện tại có khả năng chuyển vùng với cấu trúc khung và cấu
trúc khe thời gian được chỉ ra trên hình 1.5 và hình 1.6.
Hệ thống này mã hoá tín hiệu thoại theo mã VSELP (dự đoán tổng vectơ
tuyến tính tồn tại), điều chế /4 DQPSK và hoạt động theo kiểu cặp đôi.
6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh
Hình 1.5: Cấu trúc khung.
a) Dạng khe thời gian từ máy di động đến trạm gốc
b) Dạng khe thời gian từ trạm gốc tới máy di động
Với : 324 bit = 162 ký hiệu = 40/6 ms = 6,67 ms
G - thời gian guard
R - thời gian ramp
SACCH - kênh điều khiển liên kết chậm
CDVCC - mã xác minh màu số đã mã
Hình 1.6: Dạng khe thời gian
3) GSM (Group Special Mobile)
GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu tương thích với hệ thống
báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian
sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin
điều khiển.
Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ
máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ
BS đến máy di động. Hình 1.7 mô tả cấu trúc khung của hệ thống GSM.
Hình 1.7: Cấu trúc khung
1.3.3 CDMA
1) Tổng quan
Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng
trong thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của
công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã
được thương mại hoá từ phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương
pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ
vào năm 1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số,
mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định
cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu
truyền có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên
như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các
tín hiệu đồng bộ thu được.
2) Thủ tục phát/thu tín hiệu
(1) Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và
được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x
128).
(2) Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng
1,25 MHZ sau đó phát xạ qua anten.
(3) ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được
đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và
số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử
dụng bộ tách chèn và giải mã.
Hình 1.8: Sơ đồ phát/thu CDMA
3) Các đặc tính của CDMA
(1) Tính đa dạng của phân tập
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong
hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều
fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được
giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác
nhau được thu nhận một cách độc lập.
Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do
fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng
fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín
hiệu thu một cách độc lập được.
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo
thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt
được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng
dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một
băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng
tần báo hiệu (200 - 300) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường
truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau:
* Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động
đồng thời với 2 hoặc nhiều BS.
* Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu
quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời
gian.
* Đặt nhiều anten tại BS.
Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA được chỉ ra
trên hình 1.9 và được tóm tắt như sau:
Hình 1.9: Các quá trình phân tập trong CDMA
+ Phân tập theo thời gian - Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai.
+ Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 MHz.
+ Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) - hai cặp anten thu của
BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm).
(a) Chuyển vùng mềm
(b) Chuyển vùng cứng
Hình 1.10: So sánh chuyển vùng mềm và chuyển vùng cứng
Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA.
Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có
tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương
pháp khác có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA.
Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc
tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo
nên nhưng hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn.
Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan
song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương
quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định
tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu
được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự
tương quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin
cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là
rất thấp.
Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống
thông tin có 2 BS sao có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di
động.
(2) 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 ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu
lượng lớn, chất lượng 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 có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS. Khi
công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều
khiển như vậy thì tổngcông suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công
suất thu trung bình của nhiều máy di động.
Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di động
tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu
của các máy di động khác còn lại chỉ như là tín hiệu tạp âm của băng rộng
(xem hình 1.8). Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi sử lý nhằm nâng
cao tỷ số tín hiệu/ giao thoa (db) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho
phép hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được.
Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của hệ thống CDMA bằng cách tăng số
lượng các cuội gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ
thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số
tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của
máy di động.
Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy
di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy di động
đủ khoẻ thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa
đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho
chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu như dung lượng
tối đa không giảm.
Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BS và điều
khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được
chỉ trên hình 1.11. Mạch mở đường điều khiển công suất từ máy di động tới
BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động. Máy di động điều chỉnh
ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS. Máy di
động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ
nghịch với mức công suất đo được. Mạch mở đường điều khiển công suất
làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động được thu với cùng một
mức tại BS. BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất
qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó. Hằng
số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố tải và tạp âm của BS, độ tăng ích
anten và bộ khuyếch đại công suất. Hằng số này được truyền đi từ BS tới
máy di động như là một phần của bản tin thông báo.
Hình 1.11: Điều khiển công suất trong CDMA
BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất
từ máy di động tới BS. Khi mạch đóng dẫn đến việc BS địch cỡ công suất
mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di động giữ
được công suất phát tối ưu.
BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng
biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian
1,25 ms cho đến khi đạt kết quả. Việc định cỡ giá trị mạch đóng để bù cho
giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ tăng ích chấp nhận
được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến giữa BS và máy di
động.
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máydi động nhờ việc quy
định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Mục
đích của việc điều khiển này là làm giảm công suất phát của máy di động khi
rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm
hiệu ứng bóng râm hay làm giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công
suất được cung cấp thêm đối với các vùng thu tín hiệu bị gián đoạn hoặc đối
với máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao.
(3) Công suất phát thấp
Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được
không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát
yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm
công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho
phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với
các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm
công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS
yêu cầu khi so với các hệ thống khác.
Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là
làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường
truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công
suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời
gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công
suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ
tăng khi có fading.
(4) Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi
Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến
đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông
tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi
động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín
hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ
mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói
tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại.
Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là
9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, các tốc độ này được chọn theo điều
kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại
chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ
thống CDMA là QCELP.
Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ
số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ
số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó,
tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi
trường tạp âm.
(5) 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 xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất
hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín
hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung
cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề
xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong
EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử
dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác.
(6) Máy di động có chuyển vùng mềm
Như đã miêu tả trong hình 1.12, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia
vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm.
Hình 1.12: Đường kết nối trong khi chuyển vùng mềm
Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS
mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người
sử dụng không nhận ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó, trong khi hệ
thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch "cắt -
trước khi - nối" thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình
thức chuyển mạch "nối - trước khi - cắt".
Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu cuả BS
bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín
hiệu cuả ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định
nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ cuả
một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động
chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu
và số hiệu cuả BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy
di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ
đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng
chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho
chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-
pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối
cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công.
(7) Dung lượng
Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một
mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có
điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có
thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và
TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng
trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang
nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu
quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho
một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong
hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các
BS.
Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín
hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ một BS mà từ tất cả các người sử dụng trong
vùng phục vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu
thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng. Do đó,
số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được
tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng
với số lượng người sử dụng. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với
cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có
thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong
CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt
chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu.
Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao
gồm: độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ
công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của
anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống
CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên
thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh.
Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số
liệu với tốc độ 9600 b/s thì công nghệ điều chế và mã hoá đòi hỏi tỷ số
Eb/No là 6 dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển
để thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di
động có thể truyền một cách đồng thời. Dung lượng của hệ thống tổ ong
giảm do giao thoa của BS bên cạnh và tăng bởi các yếu tố miêu tả trong
chương 3.1.
(8) Tách tín hiệu thoại
Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín
hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu
thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì
trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn
số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa
ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA
tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm
khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người
sử dụng khác.
(9) Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao
thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong
các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động
của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao
thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả
các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di
động khác trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS
không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động
khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS.
Hình 1.13 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi
BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng.
Hình 1.13: Giao thoa từ BS bên cạnh
Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao
thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp
anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung
bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di
động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên
xấp xỉ 3 lần.
(10) Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi
Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp
âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế
và mã hoá số.
Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp
FM analog. Do độ rộng kêng băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống
CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Nói cách khác thì
độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các
mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị
Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng
trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng
dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No.
(11) Dung lượng mềm
Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz
cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty
viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho
phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 - búp sóng. Do
đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị
nghẽn. Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống
này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách
khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử
dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số
kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó
có thể làm tránh được việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái
chuyển vùng.
Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối
với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp
tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng trong hệ thống CDMA
thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi
cuộc gọi khác hoàn thành.
Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất
lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung
lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ
tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch
vụ cao so với người sử dụng thông thường.
2. TRẢI PHỔ
Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải
phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng
hơn độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin. Trong trường hợp này
thì các mã sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Trải phổ sóng
mang phân loại theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm: DS (trải trực tiếp),
dịch tần, dịch thời gian và loại hybrid.
2.1 Hệ thống trải trực tiếp (DS)
Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế
thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất
trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì
chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.
Hệ thống DS đã được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo
khoảng cách JPL bởi Golomb (Thông tin số với ứng dụng khoảng cách),...
Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa
chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo
lường hoặc trong phòng thí nghiệm.
2.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS
Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM
hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK 180 o. Lý do
chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng
nhưng dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế 2 pha đơn giản. Độ rộng
băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho
tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên.
Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5 Mcps
(chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ
rộng băng là 5 MHz.
Hình 2.1 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ
điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha. Quá trình
này được chỉ ra trên hình 2.2 theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha
180o giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác nhau không thành vấn đề
trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp
dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung) là quan trọng
trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây.
1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG TỔ ONG
1.1. Tổng quan
Toàn bộ vùng phục vụ của hệ thống điện thoại di động tổ ong được chia
thành nhiều vùng phục vụ nhỏ, gọi là các ô, mỗi ô có một trạm gốc phụ trách
và được điều khiển bởi tổng đài sao cho thuê bao có thể vẫn duy trì được
cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô.
Hình 1.1 đưa ra một mạng điện thoại di động tổ ong bao gồm các trạm gốc
(BS). Một vùng phục vụ của một BS được gọi là ô và nhiều ô được kết hợp
lại thành vùng phục vụ của hệ thống.
Trong hệ thống điện thoại di động tổ ong thì tần số mà các máy di động sử
dụng là không cố định ở một kênh nào đó mà kênh đàm thoại được xác định
nhờ kênh báo hiệu và máy di động được đồng bộ về tần số một cách tự
động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau còn các ô ở cách
xa hơn là một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó.
Để cho phép các máy di động có thể duy trì cuộc gọi liên tục trong khi di
chuyển giữa các ô thì tổng đài sẽ điều khiển các kênh báo hiệu hoặc kênh
lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy
di động đó thành một tần số thích hợp một cách tự động.
Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống điện thoại di động tăng lên vì các
kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một cách có hiệu quả nhờ
việc tái sử dụng tần số và do đó dung lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng
lên.
Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.2. Cấu hình hệ thống
Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm các máy điện thoại di động trên
ô tô (hay xách tay), BS và MSC (trung tâm chuyển mạch điện thoại di động).
Máy điện thoại di động bao gồm các bộ thu/phát RF, anten và bộ điều khiển;
BS bao gồm các bộ thu/phát RF để kết nối máy di động với MSC, anten, bộ
điều khiển, đầu cuối số liệu và nguồn.
MSC sử lý các cuộc gọi đi và đến từ mỗi BS và cung cấp chức năng điều
khiển trung tâm cho hoạt động của tất cả các BS một cách hiệu quả và để
truy nhập vào tổng đài của mạng điện thoại công cộng. Chúng bao gồm bộ
phận điều khiển, bộ phận kết nối cuộc gọi, các thiết bị ngoại vi và cung cấp
chức năng thu nhập số liệu cước đối với các cuội gọi đã hoàn thành.
Các máy di động, BS và MSC được liên kết với nhau thông qua các đường
kết nối thoại và số liệu. Mỗi máy di động sử dụng một cặp kênh thu/phát RF.
Vì các kênh lưu lượng không cố định ở một kênh RF nào mà thay đổi thành
các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của máy di động trong
suốt quá trình cuộc gọi nên cuộc gọi có thể được thiết lập qua bất cứ một
kênh nào đã được xác định trong vùng đó. Cũng từ những quan điểm về hệ
thống điện thoại di động mà thấy rằng tất cả các kênh đã được xác định đều
có thể bận do đã được kết nối một cách đồng thời với các máy di động.
Bộ phận điều khiển của MSC, là trái tim của hệ thống tổ ong, sẽ điều khiển,
sắp đặt và quản lý toàn bộ hệ thống.
Tổng đài tổ ong kết nối các đường đàm thoại để thiết lập cuộc gọi giữa các
máy thuê bao di động với nhau hoặc các thuê bao cố định với các thuê bao
di động và trao đổi các thông tin báo hiệu đa dạng qua đường số liệu giữa
MSC và BS.
Các thông tin thoại và báo hiệu giữa máy di động và BS được truyền đi qua
kênh RF, các đường kết nối thoại và số liệu cố định được sử dụng để truyền
các thông tin thoại và báo hiệu giữa BS và MSC.
1.3. Sự phát triển của hệ thống tổ ong
Hệ thống điện thoại di động thương mại đầu tiên được đưa vào áp dụng sử
dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách
kênh là 60 KHz và số lượng kênh bị hạn chế chỉ đến 3.
Đó là hệ thống bán song công và vì thế mà người đàm thoại bên kia không
thể nói được trong khi người đàm thoại bên này đang nói và việc kết nối là
nhân công nhờ điện thoại viên.
Sau đó, nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng
tần 150 MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz
đã được sử dụng vào năm 1969.
Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho một vùng bán kính
rộng tới 80 Km.
1.3.1. AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến)
AMPS là một hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT & T và Motorola - Mỹ
đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có
giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các ô nhỏ và
dịch vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ để
cho phép các BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng
cùng một tần số đó một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ
tương ứng như một hình lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính
toán lý thuyết về mạng điện thoại di động.
Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần
số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà
chỉ sử dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm
giao thoa giữa các kênh giống nhau. Hình 1.2 đưa ra các mẫu tái sử dụng
tần số khác nhau.
Hình 1.2 Mẫu tái sử dụng tần số
Trên hình 1.2 ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả
các băng tần có thể, số lượng các ô trong cụm đó được gọi là yếu tố tái sử
dụng tần số (K).
Hình 1.3: Búp sóng của anten định hướng
Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một
anten định hướng được sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng
đến các BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng và vì
vậy mà giao thoa của các kênh chính tăng (thông thường sử dụng vùng phủ
sóng 120o).
Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS có
khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt
trong một khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn
hoặc bị cản trở trong trường hợp không có kênh trong ô mới.
Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường có thể được cung cấp
trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao
nói đến không đăng ký.
1) So sánh giữa các hệ thống analog
Bảng 1.1 đưa ra các so sánh về tham số của 4 hệ thống thông dụng.
Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT900 NMT450
450-470
Băng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz
MHz
25/1,25
Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz 25/20 KHz
KHz
Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz
1000
Các kênh 832 920* 180/225
(1999)
Loại điều chế FM FM FM FM
Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz
Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không
Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7
Điều chế kênh điều khiển FSK FSK FFSK FFSK
Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz
Mã kênh điều khiển Manchester Manchester NRZ NRZ
Dung lượng kênh điều khiển 77000 62000 13000 13000
Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s
Bí mật thoại Có thể Có thể Không Không
Dịch vụ chuyển vùng ngoài
Có Có Có Bị giới hạn
hệ thống
Bảng 1.1: So sánh các tham số của các hệ thống tổ ong
1.3.2. TDMA
1) Tổng quan
Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng mang và trục thời
gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều người
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo.
TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật
sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng cả
2 hệ thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì
người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe
thời gian trong băng tần.
Hình 1.4: Phổ TDMA
2) Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ
Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng băng tần (869 - 894) MHz và (824 -
849) MHz giống như hệ thống AMPS.
Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6
khe thời gian.
Hệ thống AMPS hiện tại có khả năng chuyển vùng với cấu trúc khung và cấu
trúc khe thời gian được chỉ ra trên hình 1.5 và hình 1.6.
Hệ thống này mã hoá tín hiệu thoại theo mã VSELP (dự đoán tổng vectơ
tuyến tính tồn tại), điều chế /4 DQPSK và hoạt động theo kiểu cặp đôi.
6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh
Hình 1.5: Cấu trúc khung.
a) Dạng khe thời gian từ máy di động đến trạm gốc
b) Dạng khe thời gian từ trạm gốc tới máy di động
Với : 324 bit = 162 ký hiệu = 40/6 ms = 6,67 ms
G - thời gian guard
R - thời gian ramp
SACCH - kênh điều khiển liên kết chậm
CDVCC - mã xác minh màu số đã mã
Hình 1.6: Dạng khe thời gian
3) GSM (Group Special Mobile)
GSM là một hệ thống thông tin số của Châu Âu tương thích với hệ thống
báo hiệu số 7. Chúng sử dụng hệ thống TDMA với cấu trúc khe thời gian
sao cho tạo nên được sự linh hoạt trong truyền thoại, số liệu và thông tin
điều khiển.
Hệ thống GSM sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ
máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ
BS đến máy di động. Hình 1.7 mô tả cấu trúc khung của hệ thống GSM.
Hình 1.7: Cấu trúc khung
1.3.3 CDMA
1) Tổng quan
Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp dụng
trong thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của
công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã
được thương mại hoá từ phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương
pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ
vào năm 1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số,
mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định
cho mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu
truyền có sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên
như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các
tín hiệu đồng bộ thu được.
2) Thủ tục phát/thu tín hiệu
(1) Tín hiệu số liệu thoại (9,6 Kb/s) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và
được nhân với sóng mang f o và mã PN ở tốc độ 1,2288 Mb/s (9,6 Kb/s x
128).
(2) Tín hiệu đã được điều chế đi qua một bộ lọc băng thông có độ rộng băng
1,25 MHZ sau đó phát xạ qua anten.
(3) ở đầu thu, sóng mang và mã PN của tín hiệu thu được từ anten được
đưa đến bộ tương quan qua bộ lọc băng thông độ rộng băng 1,25 MHz và
số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số liệu thoại nhờ sử
dụng bộ tách chèn và giải mã.
Hình 1.8: Sơ đồ phát/thu CDMA
3) Các đặc tính của CDMA
(1) Tính đa dạng của phân tập
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong
hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều
fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được
giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác
nhau được thu nhận một cách độc lập.
Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do
fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các hiện tượng
fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín
hiệu thu một cách độc lập được.
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo
thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt
được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng
dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một
băng tần rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng
tần báo hiệu (200 - 300) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường
truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau:
* Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động
đồng thời với 2 hoặc nhiều BS.
* Sử dụng môi trường đa đường qua chức năng trải phổ giống như bộ thu
quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ thời
gian.
* Đặt nhiều anten tại BS.
Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA được chỉ ra
trên hình 1.9 và được tóm tắt như sau:
Hình 1.9: Các quá trình phân tập trong CDMA
+ Phân tập theo thời gian - Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai.
+ Phân tập theo tần số - tín hiệu băng rộng 1,25 MHz.
+ Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) - hai cặp anten thu của
BS, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm).
(a) Chuyển vùng mềm
(b) Chuyển vùng cứng
Hình 1.10: So sánh chuyển vùng mềm và chuyển vùng cứng
Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA.
Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có
tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương
pháp khác có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA.
Dải rộng của phân tập theo đường truyền có thể được cung cấp nhờ đặc
tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực tiếp và mức độ phân tập cao tạo
nên nhưng hoạt động tốt hơn trong môi trường EMI lớn.
Bộ điều khiển đa đường tách dạng sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan
song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương
quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định
tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tất cả các tín hiệu thu
được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhưng không có sự
tương quan giữa các đường thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu được có độ tin
cậy cao vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu được là
rất thấp.
Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống
thông tin có 2 BS sao có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di
động.
(2) 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 ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu
lượng lớn, chất lượng 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 có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS. Khi
công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều
khiển như vậy thì tổngcông suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công
suất thu trung bình của nhiều máy di động.
Bộ thu CDMA của BS chuyển tín hiệu CDMA thu được từ máy di động
tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu
của các máy di động khác còn lại chỉ như là tín hiệu tạp âm của băng rộng
(xem hình 1.8). Thủ tục thu hẹp băng được gọi là độ lợi sử lý nhằm nâng
cao tỷ số tín hiệu/ giao thoa (db) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho
phép hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được.
Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của hệ thống CDMA bằng cách tăng số
lượng các cuội gọi đồng thời trong một băng tần cho trước. Dung lượng hệ
thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số
tín hiệu/giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của
máy di động.
Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy
di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy di động
đủ khoẻ thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng giao thoa
đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho
chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu như dung lượng
tối đa không giảm.
Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động tới BS và điều
khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống CDMA được
chỉ trên hình 1.11. Mạch mở đường điều khiển công suất từ máy di động tới
BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động. Máy di động điều chỉnh
ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS. Máy di
động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ
nghịch với mức công suất đo được. Mạch mở đường điều khiển công suất
làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động được thu với cùng một
mức tại BS. BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất
qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó. Hằng
số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố tải và tạp âm của BS, độ tăng ích
anten và bộ khuyếch đại công suất. Hằng số này được truyền đi từ BS tới
máy di động như là một phần của bản tin thông báo.
Hình 1.11: Điều khiển công suất trong CDMA
BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất
từ máy di động tới BS. Khi mạch đóng dẫn đến việc BS địch cỡ công suất
mạch mở xác định của máy di động một cách tức thời để máy di động giữ
được công suất phát tối ưu.
BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng
biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian
1,25 ms cho đến khi đạt kết quả. Việc định cỡ giá trị mạch đóng để bù cho
giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ tăng ích chấp nhận
được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến giữa BS và máy di
động.
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máydi động nhờ việc quy
định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Mục
đích của việc điều khiển này là làm giảm công suất phát của máy di động khi
rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm
hiệu ứng bóng râm hay làm giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công
suất được cung cấp thêm đối với các vùng thu tín hiệu bị gián đoạn hoặc đối
với máy di động ở xa có tỷ lệ lỗi cao.
(3) Công suất phát thấp
Việc giảm tỷ số Eb/No (tương ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận được
không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn làm giảm công suất phát
yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm
công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho
phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với
các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tương tự. Hơn nữa, việc giảm
công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS
yêu cầu khi so với các hệ thống khác.
Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA là
làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường
truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công
suất phát cao luôn luôn được yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời
gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công
suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ
tăng khi có fading.
(4) Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi
Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến
đổi 8 Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông
tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi
động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín
hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hoá dùng để truyền tới bộ
mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói
tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại.
Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là
9600 b/s, 4800 b/s, 2400 b/s, 1200 b/s, các tốc độ này được chọn theo điều
kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại
chấp nhận CELP (mã dự đoán tuyến tính thực tế), thuật toán dùng cho hệ
thống CDMA là QCELP.
Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thính để chọn tốc độ
số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ
số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó,
tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi
trường tạp âm.
(5) 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 xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất
hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín
hiệu CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung
cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề
xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong
EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử
dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác.
(6) Máy di động có chuyển vùng mềm
Như đã miêu tả trong hình 1.12, cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia
vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm.
Hình 1.12: Đường kết nối trong khi chuyển vùng mềm
Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS
mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người
sử dụng không nhận ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó, trong khi hệ
thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch "cắt -
trước khi - nối" thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình
thức chuyển mạch "nối - trước khi - cắt".
Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu cuả BS
bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín
hiệu cuả ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định
nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ cuả
một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động
chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu
và số hiệu cuả BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy
di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ
đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng
chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho
chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-
pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối
cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công.
(7) Dung lượng
Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một
mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có
điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có
thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và
TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng
trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang
nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu
quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho
một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong
hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các
BS.
Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín
hiệu/nhiễu tạo ra không chỉ từ một BS mà từ tất cả các người sử dụng trong
vùng phục vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu
thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng. Do đó,
số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được
tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng
với số lượng người sử dụng. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với
cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có
thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong
CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt
chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu.
Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao
gồm: độ lợi sử lý, tỷ số Eb/No (bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kỳ
công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của
anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống
CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên
thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh.
Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số
liệu với tốc độ 9600 b/s thì công nghệ điều chế và mã hoá đòi hỏi tỷ số
Eb/No là 6 dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển
để thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di
động có thể truyền một cách đồng thời. Dung lượng của hệ thống tổ ong
giảm do giao thoa của BS bên cạnh và tăng bởi các yếu tố miêu tả trong
chương 3.1.
(8) Tách tín hiệu thoại
Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín
hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu
thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì
trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do tốc độ truyền dẫn
số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa
ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA
tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm
khoảng 1/2 vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người
sử dụng khác.
(9) Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao
thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong
các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động
của BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao
thoa với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả
các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di
động khác trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS
không định hướng là khoảng 65%, đó là giao thoa tổng từ các máy di động
khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS.
Hình 1.13 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi
BS trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng.
Hình 1.13: Giao thoa từ BS bên cạnh
Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và giao
thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp
anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120 o) thì giao thoa trung
bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di
động trong BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên
xấp xỉ 3 lần.
(10) Giá trị Eb/No thấp (hay C/I) và chống lỗi
Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất tạp
âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế
và mã hoá số.
Khái niệm Eb/No tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp
FM analog. Do độ rộng kêng băng tần rộng được sử dụng mà hệ thống
CDMA cung cấp một hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Nói cách khác thì
độ rộng kênh bị giới hạn trong hệ thống điều chế số băng tần hẹp, chỉ các
mã sửa sai có hiệu suất và độ dư thấp là được phép sử dụng sao cho giá trị
Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng
trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng
dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No.
(11) Dung lượng mềm
Hiện tại FCC (Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ) ấn định phổ tần 25 MHz
cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty
viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho
phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3 - búp sóng. Do
đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị
nghẽn. Khi đó thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống
này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách
khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử
dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số
kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó
có thể làm tránh được việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái
chuyển vùng.
Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối
với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp
tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng trong hệ thống CDMA
thì có thể thoả mãn cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi
cuộc gọi khác hoàn thành.
Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất
lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung
lượng) nhiều cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ
tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch
vụ cao so với người sử dụng thông thường.
2. TRẢI PHỔ
Thông tin trải phổ là một hệ thống thông tin để truyền các tín hiệu nhờ trải
phổ của các tín hiệu số liệu thông tin có sử dụng mã với độ rộng băng rộng
hơn độ rộng băng của các tín hiệu số liệu thông tin. Trong trường hợp này
thì các mã sử dụng là độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Trải phổ sóng
mang phân loại theo tốc độ truyền lan số liệu, bao gồm: DS (trải trực tiếp),
dịch tần, dịch thời gian và loại hybrid.
2.1 Hệ thống trải trực tiếp (DS)
Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã được điều chế
thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống được biết đến nhiều nhất
trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tương đối đơn giản vì
chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.
Hệ thống DS đã được áp dụng đối với cosmetic space đa dạng như đo
khoảng cách JPL bởi Golomb (Thông tin số với ứng dụng khoảng cách),...
Ngày nay kỹ thuật này được áp dụng cho các thiết bị đo có nhiều sự lựa
chọn và nhiều phép tính của dãy mã trong hệ thống thông tin, trong đo
lường hoặc trong phòng thí nghiệm.
2.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS
Hệ thống DS điều chế sóng mang có dãy mã bằng điều chế AM (xung), FM
hay điều chế pha hoặc biên độ, nó tương tự như điều chế BPSK 180 o. Lý do
chọn các loại điều chế này không thể được giải thích một cách rõ ràng
nhưng dạng cơ bản của tín hiệu DS là loại điều chế 2 pha đơn giản. Độ rộng
băng (từ 0 đến 0) của vấu chính gấp đôi tốc độ nhịp của dãy mã dùng cho
tín hiệu điều chế và có cùng độ rộng băng như tốc độ nhịp của vấu bên.
Nghĩa là, nếu dãy mã của sóng đã điều chế có tốc độ hoạt động là 5 Mcps
(chip/s) thì độ rộng băng của vấu chính là 10 MHz và mỗi vấu bên có độ
rộng băng là 5 MHz.
Hình 2.1 miêu tả bộ điều chế DS 2 pha điển hình. Dãy mã được đưa vào bộ
điều chế cân bằng để có đầu ra là sóng mang RF điều chế 2 pha. Quá trình
này được chỉ ra trên hình 2.2 theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha
180o giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác nhau không thành vấn đề
trong đa số các loại hệ thống điều chế 2 pha, nhưng điều chế cân bằng áp
dụng đối với các loại điều chế khác như PAM (điều biên xung) là quan trọng
trong hệ thống DS như miêu tả dưới đây.