Tìm hiểu về công nghệ CDMA và mô phỏng trải phổ DS-SS

tiên này ít tiện lợi và dung lượng thấp so với các hệ thống ngày nay. Cuối cùng các hệ thống thoại tổ ong điều song công sử dụng công nghệ đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu càng tăng của người sử dụng vào tương lai nếu không loại bỏ được các hạn chế cổ hữu của hệ thống này như: Phân bổ tần số rất hạng chế, dung lượng thấp. Thoại ồn, và nhiễu xảy ra khi máy di động chuyển dịch. Không đáp ứng được các dịch vụ mới của khách hàng. Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị, và cơ sở hạ tầng. Không đảm bảo tính bảo mật của cuộc gọi. Không tương thích các hệ thống khác nhau, đặc biệt ở Châu Âu. Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động, cung với các kỹ thuật đa truy cập mới. Một số ưu điểm của thông tin di động số Cellular: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần số cao hơn. Số hoá tín hiệu thoại với tốc độ bít ngày càng thấp,cho phép nhiều kênh thoại hơn vào dòng bít tốc độ chuẩn. Giảm tỷ lệ tin tức báo hiệu, tỷ lệ lớn hơn cho tin tức người sử dụng. Áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh, và mã hoá nguồn của truyền dẫn số. Hệ thống chiếm nhiều kênh chung CCI (Cochannel Interference) và các kênh kề (Adjacert Channel Interfernce) hiệu quả hơn. Điều này làm tăng dung lượng hệ thống. Nhận thực, truyền số liệu kết nối ISDN. Điều khiển truy cập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, diện tích cell nhỏ hơn, chuyển giao nhiều hơn, báo hiệu dễ dàng hơn xử lý bằng phương pháp số. Đặc điểm của mô hình điện thoại di động tế bào cell là việc sử dụng lại tần số, và diện tích của cell khá nhỏ trong thực tế, sự tăng trưởng trong một cell nào đó chiếm mức chất lượng giảm sút quá mức, người ta thực hiện việc chia tách cell thành các cell nhỏ hơn, người ta sử dụng công suất nhỏ hơn và các mẩu sử dụng ở tỷ lệ xích nhỏ hơn. Các hệ thống đó sẽ cung cấp thêm nhiều loại hình dịch vụ mới như: Thông tin thoại, âm thanh hình ảnh, hội nghị truyền hình, giáo dục từ xa, … thông suốt trong phạm vi toàn cầu. Tổng Quan Về Hệ Thống Thông Tin Di Động Tế Bào: 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 vẫn duy trì được cuộc gọi một cách liên tục khi di chuyển giữa các ô. Trong hệ thống thông tin 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 đó tín hiệu đàm thoại được xác định nhờ kênh báo hiệu, và máy di động được đồng bộ về vấn đề tần số một cách tự động. Vì vậy các ô kề nhau nên sử dụng tần số khác nhau, còn các ô ở xa hơn một khoảng nhất định thì có thể tái sử dụng lại tần số đó. Để cho phép các máy di động có thể di trì cuộc gọi liên tục trong khi di chuyển giữa các ô thì tổng đài phải điều khiển các kênh báo hiệu, hoặc các kênh lưu lượng theo sự di chuyển của máy di động để chuyển đổi tần số của máy thích hợp một cách tự động. Hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống thông tin di động tăng lên vì các kênh RF giữa các BS kề nhau có thể được định vị một các có hiệu quả nhờ việc tái sử dụng lại tần số, vì vậy dụng lượng thuê bao được phục vụ sẽ tăng lên. Mô Hình Hệ Thống Thông Tin Di Động Tế Bào: Hệ thống thông tin di động tế bào gồm bốn phần chính: Phân hệ chuyển mạch BSS (Base Station Subsystem), trạm di động MS (Mobile Station), hệ hỗ trợ và khai thác OSS (Operation And Support Support Subsystem). Phân hệ chuyển mạch SS: Phân hệ chuyển mạch bao gồm trung tâm chuyển mạch MSC (Mobile Switching Center), trung tâm nhận thực AUC (Authentication Center), và các thanh ghi nhận thiết bị ERI (Equiqment Identification Register). Phân hệ trạm gốc BSS: Phân hệ trạm gốc bao gồm một bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller), điều khiển một nhóm trạm gốc vô tuyến gốc BTS (Base Tranceiver Station). Mỗi trạm gốc BTS quản lý một cell của nó. BTS có chức năng chủ yếu là chuyển giao và điều khiển công suất. Trạm thuê bao MS: MS cung cấp giao diện với người sử dụng (Micro, màn hình, bàn phím…), và giao diện với các thiết bị đầu cuối khác. MS gồm hai phần chủ yếu: Module nhận dạng thuê bao SIM (Subcriber Identify Module), và phần chứa các thiết bị thu, phát gọi là ME (Mobile Equitment) SIM là phần chứa Hardware và Software lien quan đến giao tiếp. Phân hệ hổ trợ và khai thác OSS: Phân hệ hỗ trợ và khai thác OSS được xây dựng trên nguyên lý TMN (TeleCommunication Management Networt - mạng quản lý viễn thông). OSS có ba chức năng chính: chức năng khai thác và bảo dưỡng, chức năng quản lý thuê bao, chức năng quản lý MS, BS, MSC được liên kết với nhau thông qua đường kết nối thoại và số liệu. Mỗi MS sử dụng một cặp kênh thu, phát RF, vì các kênh lưu lượng không cố định ở kênh RF nào mà thay đổi ở các tần số RF khác nhau phụ thuộc vào sự di chuyển của các máy di động trong suốt quá trình thực hiện cuộc gọi, nên cuộc gọi có thể thiết lập qua bất cứ kênh nào đã được thiết lập qua vùng đó. Bộ điều khiển MSC là bộ phận chính của hệ thống thông tin di động tế bào. Nó quản lý và điều khiển toàn bộ hệ thống. AUC HLR MSC EIR VLR BTS BSC MS OMS ISDN PSTN PLMN CSPD SS BSS Hình 1.1: Mô hình hệ thống thông tin tế bào CHƯƠNG II: CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Nhất: 1. Tổng Quan: Hệ thống xuất hiện vào đầu năm 80, dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự, trong đó có hệ thống AMPS (Advanced Mobile Phone Service): Dịch vụ thoại tiên tiến. Bao gồm các hệ thống thông tin di động tổ ong tương tự: AMPS: hệ thống thoại tiên tiến, ra đời năm 1983, do Mỹ sản xuất. NAMPS: Narrow AMPS băng thông hẹp, do hãng motorola đề xướng và thực hiện. TACS: (Total Access Communication System): hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ, kỹ tượng tự của Anh. Chỉ tiêu ban đầu được mở rộng thành Extended TACS. Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ mở rộng. Hệ thống dùng kỹ thuật điều chế FM tương tự và đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), tức là mỗi kênh được gán cho một băng tần duy nhất trong một nhóm cell. Thực hiên các loại hình dịch vụ: Sử dụng công nghệ điều chế FM để truyền dẫn thoại và báo hiệu số cho thông tin điều khiển. Mạng chỉ có phạm vi cung cấp dịch vụ trong nước. Băng tần hoạt đông trong khoảng từ: 450 đến 900MHz. Tất cả các hệ thống cellular thuộc thế hệ này trên đều sử dụng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo tần số (FDMA), mỗi kênh được phân cho một tần số duy nhất trong một nhóm cell. Các Tham Số Hệ Thống: Tham số hệ thống AMPS và TACS Tham Số Hệ Thống AMPS TACS Tần số trạm gốc BTS (MHz). Tần số máy phát di động MS (MHz). Khoảng cách giữa máy thu và máy phát (MHz). Khoảng cách tần số giữa các kênh (MHz). Tổng số kênh. Tốc độ phát data (KPBS). Bán kính trung bình (Km). Điều chế tín hiệu âm tần. Độ lệch tần số (KHz). Điều chế tín hiệu điều khiển. 869 ÷ 894 824 ÷ 849 45 30 832 10 2 ÷ 20 FM ±12 FSK 917 ÷ 95 872 ÷ 905 45 30 1320 8 2 ÷ 20 FM ±9,5 FSK Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Hai: Tổng Quan: Sự phát triển nhanh về số lượng thuê bao, và nhiều nhu cầu dịch vụ mà thế hệ thứ nhất không đáp ứng được đã thúc đẩy tiến trình phát triển của thế hệ di động thứ hai (2G). Thế hệ thứ hai này ra đời nhằm cải tiến chất lượng thoại, khả năng phủ sóng đồng thời tăng dung lượng của hệ thống. Hệ thống này chủ yếu sử dụng các kỹ thuật nén và mã hoá phối hợp với kỹ thuật số. Các tiêu chuẩn của hệ thống 2G được định nghĩa và thiết kế chỉ để hỗ trợ thoại và truyền dữ liệu tốc độ thấp, chương trình duyệt internet (wap). Các kỹ thuật truy nhập như: TDMA, CDMA sử dụng cùng FDMA trong hệ thống. Các Hệ Thống Thông Thông Tin Chủ Yếu Ở Thế Hệ 2G: GSM: (Global System for Mobile Communication): Đây là hệ thống thông tin di động toàn cầu, ra đời ở Châu Âu. Sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA). Hệ thống GSM được phát triển năm 1982 khi các nước Bắc Âu gởi kiến nghị đến CEPT để qui định một số dịch vụ viễn thông chung Châu Âu ở băng tần 900Mhz. CDMA IS – 95: (Code Division Mutilple Access): Công nghệ sử dụng trải phổ trước đó đã áp dụng trong quân đội. Đa truy nhập phân chia theo mã IS-95. Lý thuyết trải phổ đã trở thành động lực cho sự phát triển nhiều ngành vô tuyến công nghiệp như: Thông tin cá nhân, thông tin đa thâm nhập làm cho công nghệ CDMA trở thành công nghệ hàng đầu trong việc giảm tắc nghẽn gây ra do sự bùng nổ của các máy điên thoại di động và cố định cũng như các đầu cuối số liệu vô tuyến. TDMA IS – 136: đa truy nhập phân chia theo thời gian. Các Hệ thống thông tin di động trên hầu hết điều dùng kỹ thuật nén, mã hoá phối hợp với kỹ thuật số. Các phương pháp đa truy nhập như: TDMA, FDMA, CDMA. Cung cấp các loại hình dịch vụ như: Nhận thức, số liệu, mật mã hoá, đặc biệt kết nối với mạng ISDN, đồng thời cung cấp các loại hình dịch vụ giải trí đa phương tiện. Mạng có khả năng sử dụng trong và ngoài nước. Tần số hoạt động trong khoảng từ: 824 ÷ 960Mhz. III. Hệ Thống Thông Tin Di Động Thế Hệ Thứ Ba (3G): Tổng Quan: Dựa trên các yêu cầu dịch vụ mới của thông tin di động, nhất là các dịch vụ truyền số liệu đòi hỏi các nhà khai thác phải đưa ra các hệ thống thông tin di động mới. Trong bối cảnh đó ITU đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hoá hệ thống thông tin di động ở thế hệ thứ ba với tên gọi IMT-2000 nhằm phục vụ các mục tiêu chính sau: Tốc độ truy cập cao để đảm bảo các dịch vụ băng thông rộng như truy cập internet nhanh, hoặc các dịch vụ đa phương tiện. Linh hoạt để đảm bảo các dịch vụ mới như đánh số cá nhân toan cầu, và điện thoại vệ tinh. Các chức năng này sẽ mở rộng đáng kể khả năng phủ sóng của các hệ thống thông tin di động. Tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có, để đảm bảo tính bảo mật cùng với sự phát triển liên tục của thông tin di động. Các Hệ Thống Cơ Bản: CDMA – 2000: (Code Division Multiple Access – 2000): Đây là hệ thống đa truy nhập phân chia theo mã – 2000. WCDMA: Đây là hệ thống CDMA băng thông rộng. Công nghệ IMT- 2000: (International Mobile Telecommunication - 2000): Đây là hệ thống viễn thông di động quốc tế -2000. Hệ thống chủ yếu sử dụng kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Cung cấp băng thông rộng. Phục vụ các loại hình dịch vụ: Cung cấp băng tần rộng để truy cập internet tốc độ cao, truyền hình và ảnh chất lương rất tốt. Phạm vi sử dụng của mạng là: Mạng sử dụng rất tốt trong nước và trên toàn thế giới. Sử dụng tần số quy định quốc tế là 2Ghz. CHƯƠNG III: CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP SỬ DỤNG TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Việc phân chia các kênh liên lạc cho mỗi MS được gọi là kỹ thuật đa thâm nhập. Có ba kỹ thuật đa truy nhập đã được sử dụng như: FDMA, TDMA, CDMA. FDMA (Frequency Division Multiple Access): Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số: Kỹ thuật này được sử dụng phân chia tín hiệu trên miền tần số. Mỗi trạm mặt đất phát một sóng mang có tần số khác với tần số sóng mang của các trạm khác, và các sóng mang này chúng không chồng lấn lên nhau nhờ các băng thông phòng vệ thích hợp. Phương pháp này cho phép tất cả các trạm mặt đất truyền dẫn liên tục không cần điều khiển định thời đồng bộ, và thiết bị sử dụng khá đơn giản. Tuy nhiên do các kênh truyền dẫn được phân chia theo các thước đo vật lý nên phương pháp này thiếu linh động trong việc thay đổi cách phân phối kênh, và có hiện tượng nhiễu xuyên điều chế. Đặc điểm của hệ thống FDMA là: Mỗi MS được cấp phát kênh trong suốt thời gian thông tuyến. Mỗi kênh FDMA chỉ mang duy nhất một mạch thoại tại một thời điểm. Dung lượng kênh bị lãng phí trong thời gian rỗi. Chi phí cho hệ thống là khá lớn. FDMA đòi hỏi có một mạch lộc chính xác để loại bỏ can nhiễu của các kênh lân cận Tái sử dụng lại tần số. Hình 1.2: Sơ đồ khối FDMA power frequency Hiệu suất phổ tần số FDMA: Hiệu suất phổ là cuộc gọi tối đa có thể thực hiện trong vùng phục vụ một cell của hệ thống. Công suất phổ: M= (đơn vị: channel/Hz/cell). Với: BWS: Băng thông tổng. BWMS: băng thông của thuê bao di động. K: Hệ số tái sử dụng tần số của hệ thống. R: Tốc độ truyền thông. m: Hiệu suất điều chế. 2. Dung lượng của hệ thống: Dung lượng kênh theo công thức Shannon: C0 = BW: Băng thông kênh truyền. P: Công suất phát của kênh. N0: Mật độ năng lượng nhiễu trắng. Dung lượng của một cell dơn: C = N × C0 = N 3. Nhiễu xuyên kênh: Mỗi kênh truyền trong thông tin di động chứa vài sóng mang có tần số khác nhau được truyền đến các trạm thu. Các trạm thu này sẽ thực hiện giải điều chế các thành phần sóng mang này. Quá trình giải điều chế nếu băng thông phòng vệ của các hệ thống càng lớn. Tuy nhiên điều này sẽ ảnh hưởng đến sử dụng băng thông của hệ thống làm giá thành tăng. Do đó vấn đề cân bằng kỹ thuật và kinh tế cần phải xét đến trong quá trình thiết kế. TDMA (Time Division Multiple Access): Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian: Đây là kỹ thuật sử dụng việc phân chia thời gian. Hệ thống TDMA định ra một khung thời gian gọi là khung TDMA, khung này được phân chia ra thành nhiều khoảng chia, và mỗi khoảng chia được phân chia cho từng trạm. Trong một khe thời gian chỉ cho phép truyền hoặc nhận. Khoảng thời gian không sử dụng giữa các khe lân cận là thời gian bảo vệ để giảm nhiễu. TDMA cho phép giữ nguyên đặc tính của hệ thống (công suất phát cho mỗi kênh, tỷ số S/N), nhưng lại khó khăn về đồng bộ hoá tín hiệu thu. frequency power R-P time Hình 1.3: Sơ đồ khối TDMA Đặc điểm của kỹ thuật TDMA: Chia sẻ một tần số sóng mang với nhiều thuê bao. Việc truyền data cho các thuê bao trong hệ thống TDMA không liên tục mà xuất hiện từng cụm. TDMA dùng các khe thời gian khác nhau cho truyền và nhận vì thế không cần đến các bộ song công. Đồng bộ đầu vào được yêu cầu ở hệ thống CDMA. Trong một khung TDMA đầu chứa thông tin đồng bộ, và địa chỉ của thuê bao, trạm gốc dùng để nhận ra chúng. Thời gian bảo vệ dùng để đồng bộ cho các bộ thu giữa hai khe thời gian và khung khác nhau. Ưu và Nhược điểm của hệ thống TDMA: Ưu điểm: Dung lượng hệ thống TDMA lớn hơn FDMA. Tăng dung lượng truyền dẫn bằng kỹ thuật DSI. Hệ thống TDMA giảm nhiễu giao thoa giữa các kênh lân cận vì chúng sử dụng cùng một tần số. Đối với hệ thống TDMA thì N kênh trên một dải tần số liên lạc chỉ cần một bộ thu ở trạm vô tuyến BTS. Linh động trong khai thác, nếu qui mô của hệ thống thay đổi thì chỉ cần thay đổi phầm mềm mà không cần thay đổi phần cứng. Khuyết điểm: Hiện tượng trễ truyền dẫn gây ra sự trùng lặp tín hiệu giữa hai khe thời gian, nếu thời gian bảo vệ của mỗi khe không thích hợp. Điều này làm giảm dung lượng kênh. Để khắc phục hiện tượng trên một số hệ thống không có thời gian bảo vệ, thay vào đó là những phương pháp định thời phát của MS. Tuy nhiên phương pháp này cần xác định thời điểm thích hợp. Sự lựa chọn phương pháp này tuỳ thuộc vào đặc điểm của từng hệ thống. Hiệu suất phổ của TDMA: Công thức tính phố: M= (đơn vị: channel/Hz/cell). Với: BWS: Băng thông tổng. BWMS: băng thông của thuê bao di động. K: Hệ số tái sử dụng tần số của hệ thống. R: Tốc độ truyền thông. m: Hiệu suất điều chế. Dung lượng của hệ thống TDMA: Đối với hệ thống TDMA đa cell ta có công thức tính dung lượng như sau: N = Trong đó: N: Số thuê bao trong một cell. K: hệ số tái sử dụng tần số. BW: Băng thông tổng. P:Công suất mỗi thuê bao. Kỹ thuật CDMA: Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nhằm thực hiện cho các hệ thống thông tin có khả năng chóng phá sóng cao. Kỹ thuật trải phổ ứng dụng trực tiếp của lý thuyết thông tin của Shannon, đã trở nên rất quan trọng trong các hệ thống thông tin, do nó có nhiều tính năng ưu việt như: Giảm mật độ phổ công suất, độ định vị cao, độ phân giải cao,…. frequency power Hình 1.4: Sơ đồ khối CDMA Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian, và tần số, mã PN với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho 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. Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel n Buffer 1 Buffer 2 Buffer 3 Buffer n Channel 2 Channel 3 Channel n Clock Channel 1 One Channel of FDMA Hình 1.5: Kênh truy nhập song song của CDMA CHƯƠNG IV: TỔNG QUAN CDMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG Nguyên Lý Kỹ Thật CDMA: CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng một kênh vô tuyến, đồng thời tiến hành cuộc gọi. Những người sử dụng được phân biệt nhau nhờ sử dụng đặt trưng không trùng nhau. Các kênh vô tuyến CDMA được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng. Một kênh CDMA rộng 1,23Mhz với hai dãy phòng vệ 0,27Mhz. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt, tốc độ này cũng chính là tốc độ mã đầu ra của máy phát PN. Để nén phổ trở lại data gốc, máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác, như khi tin tức được xử lý ở máy phát, thì tin tức đã truyền có thể được thu nhận. Phổ của tín hiệu sau khi trải phổ được mở rộng so với tín hiệu gốc. Tạp âm có phổ rộng được giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi được nén phổ nhiều từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tượng tự như tạp âm. Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ có băng tần trùng với băng tần của máy thu CDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất nhiễu sẽ giảm xuống. Phổ của tín hiệu càng trải rộng ở máy phát, và tương ứng nén hẹp ở máy thu thì càng lợi về tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N). 1. Thủ tục phát và thu tín hiệu: Tín hiệu số thoại (9,6Kbps) phía phát được mã hoá, lặp, chèn và được nhân với sóng mang f0, và mã PN ở tốc độ 1,2288Mbps. Tín hiệu đã được điều chế đi qua bộ lọc băng thông có độ rộng băng 1,25Mhz sau đó phát xạ qua anten. 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 rộng 1,25Mhz, và số liệu thoại mong muốn được tách ra để tái tạo lại số thoại ban đầu nhờ sử dụng bộ tách, chèn và mã giả ngẫu nhiên PN. 10Khz 0 Số liệu 1,25Mhz f0 Phổ băng tần rộng f0 1,25Mhz 0 10Khz 1,25Mhz f0 Tạp âm người sử dụng 1,25Mhz f0 IOC »-169dB/Hz f0 Tạp âm nền f0 Giao thoa ngoài Bộ lọc số 9,6 Kbps Mã hoá và chèn 1.228Mbps Nguồn PN Sóngmang BPF 1.25 Mhz BPF 1.25 Mhz Sóngmang Nguồn PN Tách chèn và giải mã số bộ tươngquan Hình 1.6: Sơ đồ thu và phát CDMA 2. Các đặc tính của kỹ thuật CDMA: 2.1. Tính đa dạng của phân tập: Phân tập là hình thức tốt để làm giảm fading, có ba loại phân tập là: Phân tập theo thời gian, phân tập theo tần số, và phân tập theo khoảng cách. Phân tập thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng thông rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong băng thông rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200 ÷ 300Khz). Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo các phương pháp sau: Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với hai BS hoặc nhiều BS. Sử dụng môi trường đa đường, đa chức năng trải phổ giống như bộ thu quét, thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát này với các tín hiệu phát khác trễ thời gian. Đặt nhiều anten tại BS. Phân tập theo thời gian có thể 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 dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Nhiều bộ tương quan có thể áp dụng đồng thời cho hệ thống thông tin có hai BS . BS a BS a BS b BS b BS a BS b Phân tập theo khoảng cách (theo đương truyền), hai cặp anten phát của BS, bộ thu đa đường, và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm). Hình 1.7: Sơ đồ chuyển vùng mềm Điều khiển công suất trong CDMA: Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều (từ BS đến máy di đông và ngược lại), để cung cấp một hệ thống dung lượng lớn, chất lượng cao, và nhiều dịch vụ khác. Mục đích điều khiển công suất của các máy di động là sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong cùng một vùng phục vụ có thể được thu với độ nhạy trung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển, như vậy thì tổng công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất trung bình của nhiều máy di động. Dung lượng của hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động thu được bởi BS có tỷ số tín hiệu giao thoa ở mức yêu cầu tối thiểu, qua việc điều khiển công suất của các 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 tín hiệu của các máy di động đủ mạnh thì hoạt động của máy này được cải thiện, nhưng giao thoa với máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bi giảm nếu dung lượng tối đa không giảm. Việc đóng mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS, và điều khiển công suất từ BS đến máy di động. Mạch mở đường điều khiển công suất đến BS là chức năng cơ bản của máy di động. Máy di động điều khiển công suất theo sự biến đổi công suất thu tại BS. Máy di động đo mức công suất thu được từ BS, và điều khiển công suất tỷ lệ nghịch với công suất đo được. Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát đi của tất cả các máy di động được thu cùng mức tại BS. BS cung cấp chức năng 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 đến yếu tố tải và tạp âm của BS, độ tăng ích anten, và bộ khuyếch đại công suất. Hằng số này được truyền từ BS đến các máy di động như một phần của bản tin thông báo. BS thực hiện chức năng kích hoạt với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động đến BS. Khi mạch đóng dẫn đến BS dịch mức công suất, mạch hở xác định từ máy di động một cách tức thời để máy giữ mức công suất tối ưu. BS so sánh tín hiệu thu từ máy di động liên quan tới giá trị ngưỡng, biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khảng 1,25ms cho đến khi đạt kết quả. Điều khiển công suất hướng lên Điều khiển công suất XMIT Bộ chọn Số liệu phát Khuếch đại AGC AMP Giải điều chế số Bộ tách và chèn mã Số liệu Xác định tốc độ lỗi Nguồn số liệu VARIABLE XMIT HPA Giải điều chế số Mạch điều khiển mở hướng lên Bộ tách, chèn và giải mã Số liệu Mạch điều khỉên đóng Xử lý số liệu XMIT Xác định tốc độ lỗi Eb/N0 SET Xử lý của BS Xử lý của máy di động BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS đến các máy di động, nhờ việc qui định công suất này tương đương với công suất đo được từ các máy di động khi rỗi hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp, và giảm hiệu ứng giao thoa với các BS khác. Do đó công suất được cung cấp thêm đối với vùng tín hiệu bị gián đoạn, hoặc đối với các máy di động ở xa. Hình 1.8: Sơ đồ mạch mở đường điều khiển công suất 2.3. Công suất phát thấp: Việc giảm tỷ lệ Eb/N chấp nhận được không những làm tăng dung lượng thệ thống, mà còn giảm công suất phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc này có ý nghĩa làm giảm công suất phát của các máy di động. Việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ tăng vùng phục vụ, và giảm số lượng BS yêu cầu, khi so với các hệ thống khác. 2.4. Bộ giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi: Bộ mã-giải mã thoại của CDMA được thiết kế với tốc độ biến đổi 8Kbps. Dịch vụ thoại hai chiều. Hai bộ mã-giải mã thông tin với nhau ở bốn nấc tốc độ truyền dẫn: 9600b/s, 4800b/s, 2400b/s, 1200b/s các tốc độ này được chọn dựa trên điều kiện hoạt động, bản tin hay số liệu. Bộ mã-giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ tạp âm nền, và tốc độ số liệu, Chỉ chuyển thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó tạp âm nền sẽ bị triệt đi để tạo truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm. 2.5. Bảo mật cuộc gọi: Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi cao ở mức cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm, và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó đối với hệ thống CDMA, bởi tín hiệu CDMA đã được trộn (Scrambling). Công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi, và các khả năng bảo vệ khác. Tiêu chuẩn đề xuất bao gồm khả năng xác định và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-95B. 2.6. Chuyển vùng mềm của máy di động: Nguyên tắc chuyển vùng mềm là cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia chuyển giao cuộc gọi. Sau khi cuộc gọi được thiết lập, máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh để so cường độ tín hiệu ở bên cạnh với tín hiệu đang sử dụng. Nếu cường độ đạt đến một mức nhất định, 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 liệu của BS mới. Sau đó MSC thiết lập một đường kết nối mới. Trong trường hợp máy di động đang trong vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi hai BS sau 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 tới BS mới đã thực hiện hoàn tất. MSC Bộ mã-giải mã chọn BS 1 BS 2 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 Hình 1.9: Đường kết nối khi chuyển vùng mềm 2.7. Dung lượng: Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu được sử dụng trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng thông hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang trên nhiễu vào khoảng 18dB nên có rất nhiều hạn chế từ quan điểm tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì các kênh sử dụng có một BS, sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. 2.8. Tách tín hiệu thoại: Trong hệ thống thông tin hai chiều song công thì tỷ số tín hiệu thoại không lớn hơn 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA, thì khó áp dụng tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh sau 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 đáng kể. Dung lượng của hệ thống CDMA tăng 2 lần, và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động khoảng một ½. 2.9. Tái sử dụng tần số: Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng thông rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tín hiệu của máy di động thu từ BS, và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BS bên cạnh. Giao thoa tổng của các máy 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 khoảng 65%, đó là giao thoa của các máy di động khác trong cùng một BS với giao thoa từ tất cả các BS. 100% K1 6% K2 0.2% 0.03% K3 0.01% Hình 1.10: Tái sử dụng tần số 2.10. Giá trị Eb/N0 thấp và chống lỗi: Eb/N0 là tỷ số năng lượng trên mỗi bít đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hoá số. Hệ thống CDMA cung cấp hiệu suất và độ dư mã sửa sai cao. Mã sửa sai được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/N0. HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA2000-1X CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA-2000 Tổng Quan: Hệ thống thông tin di động CDMA-2000 sử dụng kỹ thuật truyền vô tuyến băng thông rộng, giao diện vô tuyến trải phổ sử dụng kỹ thuật đa truy cập theo mã CDMA. Đáp ứng nhu cầu dịch vụ trong nhiều loại môi trường. Mục đích của công nghệ trải phổ CDMA-2000 là nhằm mục đích cung cấp các tốc độ bít khác nhau: 144Kbps, 384Kbps, 2048Kbps. Điểm chính của việc tiêu chuẩn hoá là cung cấp tốc độ 144Kbps, và 384Kbps với băng thông xấp xỉ 5Mhz. Bảng thông số của CDMA-2000 Băng tần kênh. 1,25 ; 5 ; 10 ; 20 Cấu trúc kênh RF hướng xuống. Trải phổ trực tiếp hoặc đa sóng mang. Tốc độ chíp. 1,2288/3 ; 6864/7; 3728/11 Mc/s cho trải phổ trực tiếp. N-1,2288Mc/s với N bằng 1,3,6,9 cho đa sóng mang. Độ dài khung. 20ms cho khung dữ liệu và khung điều khiển. 5ms cho thông tin điều khiển trên kênh mã cơ sở. Điều chế trải phổ. QPSK cân bằng (hướng xuống). Kênh QPSK kép (hướng lên). Mạch truyền phức tạp. Điều chế dữ liệu. QPSK (hướng xuống). BPSK (hướng lên). Phát hiện kết nối. Kênh pilot ghép thời gian với PC và EIB (hướng lên). Kênh pilot chung và kênh pilot phụ (hương xuống). Ghép kênh hướng lên. Ghép kênh I và Q cho kênh dữ liệu và kênh điều khiển. Đa tốc độ. Hệ trải phổ. Trải phổ biến đổi và đa mã 4- 256. Điều khiển công suất. Vòng hở và vòng kín (800hz). Trải phổ hướng xuống. Mã Walsh dài để phân biệt kênh. M-sequences 215. Chuyển giao Chuyển giao mềm. Chuyển giao khác tần số. 1. Khả năng chính mới: (Major new capability): Kết nối tới mạng GSM – MAP, IP và mạng IS-45. Sự phân lớp mới với LAC và MAC, đa dạng trong dồn kênh, quản lý Q0S và sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả. Sự thao tác với băng và băng thông mới trong nhu cầu cần thiết và ràng buộc. Cấu trúc linh hoạt hỗ trợ nhiều dịch vụ với nhiều Q0S. Tốc độ truyền dẫn biến thiên từ 1Mbps trên kênh và 2Mbps với người sử dụng. 2. Các tiêu chuẩn CDMA theo TIA/EIA/IS-2000: Phạm vi trải phổ của hệ thống. Lớp vật lý tiêu chuẩn của hệ thống trải phổ CDMA. Tiêu chuẩn điều khiển truy nhập (MAC) của hệ thống trải phổ CDMA-2000. Báo hiệu điều khiển liên kết truy nhập (LAC) theo tiêu chuẩn của hệ thống trải phổ. Tín hiệu analog, và lớp phủ theo tiêu chuẩn của hệ thống trải phổ. 3. Độ rộng băng tần: Cấu hình 1,25Mhz tương thích với TIA/EIA-95. 3,75Mhz sử dụng cho một sóng mang FL và nhiều cho RL trực tiếp. Linh hoạt 1x, 3x. 1,25Mhz cho toàn bộ dải thông song công ở tốc độ SR1 (1x). 3,75Mhz cho toàn bộ dải thông song công ở tốc độ SR3 (3x). 4. Các đặc trưng: Khả năng lớn: Kỹ thuật điều khiển công suất, sữa chữa lỗi hướng tới được cải thiện. khả năng lớn hơn gần hai lần so với IS-95. Sự giải điều chế nhất đinh đảo ngược: Pilot đảo ngược hiện hữu. Giảm tỷ lệ Eb/N0 . Giảm công suất truyền MS, và sự giao thoa. Tăng dung lượng hệ thống và chất lượng cuộc gọi. Điều khiển công suất hướng tới: Điều khiể._.n công suất với tốc độ 800hz. Cải thiện chất lượng thoại. Mã kênh truyền: Tăng cường khả năng sữa chữa lỗi bởi việc tăng mã nhịp độ trong mã hoá cuộn. kỹ thuật sử dụng mã Turbo trong dữ liệu gói tốc độ cao. Kênh chủ phụ: Cho phép truyền pilot đến MS đặc biệt, hay vùng. Tăng cường khả năng BTS. Phát bản tin thêm vào (spot Beams), và dịch vụ theo sau (Smart Antennas). OTD (Orthogonal Transmit Diversity): Chia ra từng phần dữ liệu kênh đi. Tăng cường chất lượng void. Sự điều biến đảo ngược. QOF (Quasi- Orthogonal Function). MAC (Medium Access Control). II. Các đặc điểm CDMA-2000: Tương thích ngược với CDMA one. Cải tiến thoại. Cải tiến hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu: Tốc độ truyền dữ liệu cao hơn (144Kbps và lên đế 2Mbps). Hỗ trợ truyền dữ liệu thấp. Hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện. Các ứng dụng mới: Phát bản tin thêm vào, và các dịch vụ sau (Smart Antennas). Độ tin cậy trong truy nhập và tuổi thọ nguồn được mở rộng. Băng thông: Hiện nay có hai phương pháp xử lý kênh đường xuống: Đa sóng mang và trải phổ trực tiếp. Đa sóng mang là duy trì sự trực giao giữa CDMA-2000 và IS-95. Ở đường hướng xuống có nhiều vấn đề quan trọng hơn do trong điều khiển công suất cần bằng giữa các tầng khác nhau. Truyền đa sóng mang hướng xuống đạt được bằng cách sử dụng 3 sóng mang liên tiếp IS-95B mỗi sóng mang có tốc độ là 1,2288Mcps. Phương pháp trải phổ trực tiếp đường truyền hướng xuống đạt tốc độ chip 3,6864Mcps. 3,75Mhz Đa sóng mang 1,25Mhz Truyền trực tiếp 2. Các kênh vật lý : 2.1. Kênh vật lý hương lên: Đường lên có 4 chỉ định về kênh vật lý khác nhau: Kênh cơ sở và kênh mã phụ mang dữ liệu người dùng. Chỉ định về kênh điều khiển sử dụng khung có chiều dài từ 5 đến 20ms mang các thông tin điều khiển như: đo lường dữ liệu, kênh pilot được sử dụng như một tín hiệu tham khảo cho việc phát hiện liên kết. Kênh pilot cũng mang tín hiệu điều khiển mã công suất. Kênh mã cơ sở mang âm thanh, tín hiệu và dữ liệu tốc độ thấp, kênh này cung cấp tốc độ cơ bản 9,6Kbps và 14,4Kbps. Kênh mã cơ sở luôn hoạt động với chế độ chuyển giao mềm. PN1 Walsh(++…) Kênh phụ 2 Bộ tổng hợp Gain Gs2 Gain Gs1 Gain Gs1 Gain Ge Kênh cơ sở Kênh pilot+PC Kênh điều khiển Kênh phụ 1 Walsh(++++…) Walsh(+…+) Walsh(++++…) PN 0 Mã dài Hình 2.1: Cấu trúc hướng lên Kênh vật lý hướng xuống: Kênh vật lý hướng xuống có ba chỉ định về kênh khác nhau, và ba kênh điều khiển chung. Tương tự kênh đường lên kênh cơ sở và kênh mã phụ mang thông tin người dùng, kênh điều khiển mang các bản tin điều khiển. Kênh điều khiển mang bít điều khiển và các thông tin tốc độ. Kênh đồng bộ để MS có thể thực hiện việc đồng bộ, một hoặc vài kênh nhắn tin được sử dụng cho các nhắn tin di động, và kênh pilot cung cấp các tín hiệu tham khảo cho việc phát hiện kết nối cell thu được và chuyển giao. Hệ thống CDMA2000 có một kênh pilot chung nó được sử dụng như kênh để tham khảo cho việc phát hiện kết nối khi anten có khả năng thích nghi không được sử dụng. Khi anten thích nghi được sử dụng kênh pilot phụ được dùng như kênh để tham khảo cho việc phát hiện kết nối. Nó được sử dụng cho cả hai phương pháp truyền đa sóng mang và trải phổ trực tiếp. 3. Gói data: CDMA-2000 sử dụng dạng gói dữ liệu Aloha được cung cấp kênh lưu lượng, nó có thể truyền mà không cần lập chương trình xác định trước tốc độ bít. Khi MS truyền xong nó giải phóng kênh lưu lượng nhưng chưa giải phóng kênh điều khiển ngay. Khi giải phóng kênh điều khiển nó vẫn duy trì kết nối giữa tầng liên kết với tầng mạng để có thể thiết lập lại kênh trong thời gian ngắn nhất khi có yêu cầu truyền dữ liệu. cụm dữ liệu ngắn có thể được truyền trên kênh lưu lượng chung với phương pháp truyền ARQ. Cấu trúc phân lớp: Báo hiệu lớp 3IS-95 2G Dịch vụ số liệu theo mạch Các dịch vụ tiếng Dịch vụ số liệu gói Báo hiệu lớp cao khác Báo hiệu lớp cao cdma2000 Link Acsess Control (LAC):Điều khiển truy nhập Media Acsess Control (MAC):Điều khiển truy nhập môi Physical layer: lớp vật lý Các lớp Lớp nối đoạn Lớp vật lý Hình 2.2: Cấu trúc phân lớp CDMA-2000 Hình trên mô tả mức cao nhất của ba lớp thấp nhất. Toàn bộ lớp trên sử dụng dịch vụ truyền tải dữ liệu được cung cấp bởi lớp kết nối CDMA-2000. Các dịch vụ này bao gồm các ứng dụng thoại, gói và chuyển mạch như các dịch vụ hỗ trợ IS-95. Lớp phụ LAC cung cấp việc truyền tải dữ liệu trên giao diện vô tuyến giữa các lớp trên ngang hàng. Lớp này có khả năng tinh cậy trong quá trình truyền dẫn nhằm đáp ứng các nhu cầu khác nhau của các lớp trên. Để cung cấp các dịch vụ, nó hỗ trợ một số giao thức phù hợp với yêu cầu chất lượng của mỗi lớp trên để đáp ứng các đặc tính yêu cầu của lớp MAC. Đối với các lớp đòi hỏi Q0S cao hơn lớp LAC được cung cấp trực tiếp bởi lớp MAC, thì LAC gia tăng độ tin cậy thông qua việc sử dụng các giao thức ARQ có độ tin cậy đầu cuối đến đầu cuối thay đổi (chuỗi đánh số, ACK/NAK, và phát lại các gói thất thoát hoặc bị hỏng). Lớp MAC cung cấp chức năng điều khiển quản lý tài nguyên được cung cấp bởi lớp vật lý, và phối hợp sử dụng các tài nguyên khác, mà các dịch vụ LAC khác đòi hỏi. Chức năng phối hợp này vận hành được sự điều khiển trực tiếp của các chức năng MAC ở trạm gốc, giải quyết lại nội dung phát hành giữa toàn bộ dịch vụ LAC trong khi chỉ một máy di động, cũng như giữa các máy di động cạnh tranh. Lớp phụ MAC cũng đáp ứng cho việc phân bố mức Q0S mà các dịch vụ LAC đòi hỏi. È PSDN IS634 AAA Server BSC MSC IWF IP ROUTER BTS BTS BTS Phần tử chính MS PSTN Internet Hình 2.3: Cấu trúc của hệ thống CDMA2000 HLR/AUC III. Cấu trúc của hệ thống CDMA2000: Hệ thống CDMA2000 là sự phát triển tất yếu của hệ thống cdmaOne, yêu cầu thứ yếu là nâng cấp mạng và vốn đầu tư nhỏ. Máy thu phát cầm tay CDMA2000 tương thích các bộ phận cdmaOne kế thừa. Vì vậy sự quá độ từ cdmaOne lên CDMA2000 1X là tương đối dễ cho các máy thu phát và dễ hiểu cho người dùng. Những thuận lợi này của hệ thống cdmaOne đã đem lại các lợi thế thị trường đáng kể. Các máy thu phát cdmaOne dẫn đầu trong việc triển khai của các hệ thống thông tin thế hệ 3G ở các thị trường: Châu Á, Mỹ, và Châu Âu. Sự quá độ từ cdmaOne lên CDMA2000 yêu cầu nâng cấp card kênh và phần mềm cho trạm gốc cdmaOne (trạm gốc cũ có thể yêu cầu nâng cấp một vài phần cứng) và đưa ra máy thu phát cầm tay mới. Sự phát triển CDMAOne lên CDMA2000 1X là một đề nghị hợp lý, cấu trúc của hệ thống CDMA2000 1X được mô tả như sau: Card kênh 1X mới Phần mềm mới Nâng cấp phần mềm Đầu cuối mới Nâng cấp phần mềm BTS BSC MSC IWF PSTN IP Backbone Mạng kinh doanh WWW VPN MS MS È Gb ‘A’ Chuyển mạch gói Chuyển mạch kênh MAP MAP HLR/AUC ANSI-41 GPRS Rigister BSC MSC 136 GMSC GGSN BTS BTS BTS Phần tử chính SGSN PSTN Internet RCU Hình 2.4: Cấu trúc của hệ thống CDMA2000 1X - MS (Mobile Station): Trạm di động(thuê bao di động). - MSC (Mobile-services Switching Centre): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động. - BTS (Base Station Tranceiver Subsystem): Phân hệ thu phát trạm gốc. - BSC (Base Station Controller): Bộ điều khiển trạm gốc. - GMSC (Gateway MSC): Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động cổng. - IWF (Interworking Function): Chức năng kết nối mạng. - SGSN (Serving GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS phục vụ. - GGSN (Gateway GPRS Support Node): Nút hỗ trợ GPRS cổng. - HLR (Home Location Register): Bộ đăng ký định vị thường trú. - AUC (Authentication Centre): Trung tâm nhận thực. - PSTN (Public Switching Telephone Network): Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng. - PDSN (Public Data Switching Network): Mạng chuyển mạch dữ liệu công cộng. - IP Backbone: (Internet Protocol Backbane): Xương sống giao thức Internet. Các chức năng chuyển đổi mã, nó giải nén lưu lượng thoại từ máy di động đi đến mạng PSTN và nén lưu lượng thoại đi từ mạng PSTN tới thiết bị máy di động. IP di động(tiêu chuẩn Internet được đề xuất cho di động): Là sự cải thiện cho các dịch vụ số liệu gói. IP di động cho phép người sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và giữ riêng một địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA khác. Các kênh vật lý: Các kênh vật lý đảm bảo việc mã hóa và điều chế cho một tập hợp các kênh logic được sử dụng bởi lớp con PLDCF MUX và QoS. Các kênh vật lý này được phân loại như sau: Tìm goi nhanh(F-QPCH) Bổ sung(F-SCH) Cơ bản(F-FCH) Đồng bộ(F-SYNC) Tìm gọi(F-PCH) Hoa tiêu(F-PICH) Trạm gốc Máy di động Các kênh hướng xuống Bổ sung(R-SCH) Cơ bản(R-FCH) Điều khiển riêng(R-DCCH) Thâm nhập(R-ACH)hoặcR-CCH Hoa tiêu(R-PICH) Trạm gốc Máy di động Các kênh hướng lên Hình 2.5. Các kênh vật lý CDMA2000 - Các kênh vật lý riêng hướng lên/hướng xuống(F/R-DPHCH): tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin theo kiểu riêng, điểm tới điểm giữa trạm gốc và một trạm di động. - Các kênh vật lý quảng bá hướng lên/hướng xuống(F/R-CPHCH): tập hợp tất cả các kênh vật lý mang thông tin trong một truy nhập chia sẽ, theo kiểu điểm tới đa điểm giữa trạm gốc và nhiều máy di động. 3. Truyền dẫn đơn và đa sóng mang: Đường xuống hỗ trợ tốc độ chip N1.2288 Mcps(ở đây N=1, 3, 6, 9, 12). Trong trường hợp N=1, việc trải phổ tương tự như hệ thống IS-95, tuy nhiên điều chế QPSK và điều khiển công suất vòng kín nhanh được sử dụng. Trong trường hợp N>1, có hai lựa chọn cho tốc độ chip: đa sóng mang và trải phổ trực tiếp, chúng được mô tả như hình vẽ sau: Trải phổ trực tiếp N=3 MHz 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 1.25 1.25 1.25 1.25 MHz Đa sóng mang N=3 1.2288 Mcps 3.6864 Mcps Hình 2.6: Phương pháp đa sóng mang và trải phổ trực tiếp trên liên kết đường xuốngtrong hệ thống CDMA2000 Kỹ thuật đa sóng mang đưa các ký hiệu điều chế lên trên N sóng mang riêng biệt 1.25 MHz(N=3, 6, 9, 12). Mỗi sóng mang được trải phổ với tốc độ 1.2288 Mcps. Kỹ thuật trải phổ trực tiếp N>1 tiến tới phát các ký hiệu điều chế trên một sóng mang duy nhất được trải phổ với tốc độ chip là N1.2288 Mcps (N=3, 6, 9, 12). Điều khiển công suất: Một thuật toán điều khiển công suất nhanh mới cho đường xuống và một điều khiển công suất cho kênh cơ sở F-FCH và kênh bổ sung F-SCH được sử dụng trong hệ thống thông tin di động CDMA2000. Các tiêu chuẩn định rõ điều khiển công suất vòng kín nhanh là ở tần số 800Hz. Hai ý đồ của việc điều khiển công suất đã được đề xuất cho kênh cơ sở F-FCH và kênh bổ sung F-SCH. - Điều khiển công suất kênh đơn: nó dựa trên cơ sở chất lượng của kênh tốc độ cao giữa kênh cơ sở F-FCH và kênh bổ sung F-SCH. Thiết lập khuếch đại cho kênh tốc độ thấp được xác định dựa trên mối quan hệ của nó đến kênh tốc độ cao. - Điều khiển công suất độc lập: Trong trường hợp này, các hệ số khuếch đại cho các kênh F-FCH và F-SCH được xác định riêng biệt. Máy di động có thể thực hiện hai thuật toán vòng ngoài cách biệt(với các chỉ tiêu Eb/Nt khác nhau) và phát hai bit lỗi Eb/It đến trạm gốc. Phân tập phát: Phân tập phát có thể giảm được tỷ số Eb/It yêu cầu hoặc công suất phát yêu cầu cho kênh và do đó tận dụng hết năng lực của hệ thống. Tính đa dạng của việc truyền dữ liệu có thể được bổ sung theo các phương pháp sau: - Phân tập phát đa sóng mang: Phân tập antenna có thể được bổ sung trong một liên kết đa sóng mang hướng xuống mà không ảnh hưởng đến các đầu cuối thuê bao, trong đó một tập hợp con các sóng mang được phát trên mỗi antenna. Đặc điểm chính của đa sóng mang là tiến tới: + Các ký hiệu thông tin sau khi mã hóa được phân chia lên nhiều sóng mang 1.25 MHz. + Phân tập tần số tương ứng với trải phổ tín hiệu qua toàn bộ băng rộng. + Cả phân tập thời gian và tần số đều sử dụng bộ mã hóa xoắn/lặp ký hiệu và ghép xen. + Máy thu RAKE thu năng lượng tín hiệu từ tất cả các băng. + Có thể được ấn định chung một mã Walsh cho đường xuông ở tất cả các sóng mang. + Điều khiển công suất nhanh. Trong máy phát đa sóng mang 31.25 MHz, các ký hiệu thông tin mã hóa theo từng dãy được chia thành 3 dòng dữ liệu song song, và mỗi dòng dữ liệu được trải phổ với một mã Walsh và một chuỗi PN dài tốc độ 1.2288 Mcps. Tại đầu ra của máy phát có 3 sóng mang: A, B, và C như hình vẽ sau: Hai antenna f2 f1 f2 f3 A B f2 f1 f2 f3 A B C Ba antenna Hình 2.7. Phát đa sóng mang 31.25 MHz Sau khi xử lý các ký hiệu thông tin mã hóa theo từng dãy với các sóng mang song song, đa sóng mang sẽ được phát bởi nhiều antenna và nó được gọi là tính đa dạng của việc phát đa sóng mang(MCTD). Trong MCTD, toàn bộ các sóng mang được phân chia vào các tổ hợp con; sau đó mỗi tổ hợp con của các sóng mang được phát trên mỗi antenna, ở đó bộ lọc tần số cung cấp trực giao gần như tuyến tính giữa các antenna. Điều này sẽ cải thiện phân tập tần số và do đó sẽ tăng dung lượng đường xuống. - Phân tập phát tín hiệu trải phổ trực tiếp: Phân tập phát tín hiệu trực giao (OTD) có thể được sử dụng để bảo đảm phân tập phát tín hiệu trải phổ trực tiếp. Các bit đã mã hóa được tách ra thành hai dòng dữ liệu và được phát qua hai antenna riêng biệt. Mỗi antenna có một mã trực giao riêng. Điều này sẽ duy trì trực giao giữa hai dòng dữ liệu vào, và do đó giao thoa trong hiện tượng fading phẳng sẽ được loại bỏ. Lưu ý rằng, do việc tách các bit đã mã hóa thành hai dòng dữ liệu riêng biệt, nên số mã trải phổ hiệu dụng trên người sử dụng vẫn giống như trong trường hợp không sử dụng OTD. Một hoa tiêu hổ trợ được đưa vào cho antenna bổ sung. 6. Điều chế trực giao: Để giảm hoặc loại bỏ giao thoa trong cùng ô, mỗi kênh vật lý đường xuống được điều chế bởi mã Walsh. Để tăng số mã Walsh hiệu dụng thì điều chế QPSK được sử dụng trước khi trải phổ. Cứ mỗi hai bit thông tin được sắp xếp đến một ký hiệu QPSK. Vì thế số mã Walsh có hiệu lực được tăng gấp đôi so với BPSK (trải phổ trước). Độ dài mã Walsh thay đổi để đạt được các tốc độ bit thông tin khác nhau. Đường xuống có thể bị giới hạn bởi nhiễu giao thoa hoặc mã Walsh phụ thuộc vào sự triển khai đặc thù và môi trường khai thác. Khi một giới hạn mã Walsh xảy ra thì các mã thêm vào có thể được phát bằng sự làm tăng lên nhiều lần các mã Walsh bởi các hàm mặt nạ. Các mã được phát theo phương pháp này được gọi là các hàm tựa trực giao. Các đặc điểm quan trọng của đường xuống: Các đặc điểm chính của liên kết hướng xuống là: - Các kênh trực giao và sử dụng các mã Walsh. Các mã Walsh có độ dài khác nhau được sử dụng để đạt được cùng tốc độ chip cho các tốc độ bít thông tin khác nhau. - Điều chế QPSK được sử dụng trước khi trải phổ để tăng số các mã Walsh có hiệu lực. - Sự hiệu chỉnh lỗi hướng xuống(FEC) được sử dụng. + Các mã trực giao được sử dụng (k=9) cho thoại và dữ liệu. + Các mã Turbo (k=4) được sử dụng cho các tốc độ dữ liệu cao trên các kênh SCH. - Hổ trợ kênh liên kết hướng xuống không trực giao. + Những kênh này được sử dụng khi hết không gian trực giao (không đủ số mã trực giao). + Các hàm gần như trực giao được phát bởi các hàm mặt nạ mã Walsh. - Đồng bộ liên kết hướng xuống. - Liên kết hướng xuống truyền đa dạng. - Điều khiển công suất hướng xuống(vòng kín) 800 lần/giây. - Tập hợp các kênh bổ sung tích cực, tập hợp con của tập hợp các kênh cơ bản tích cực. Tốc độ dữ liệu cực đại hổ trợ cho RS3 và RS5 ở các kênh bổ sung là 152.6 kbps(tốc độ dữ liệu chưa qua điều chế). RS4 và RS6 sẽ được hổ trợ chỉ cho các cuộc gọi thoại với tốc độ kênh cơ sở trên 14.4 kbps (tốc độ dữ liệu chưa qua điều chế). - Độ dài khung: + Các khung 20 ms được sử dụng cho báo hiệu và thông tin người dùng. + Các khung 5 ms được sử dụng cho thông tin điều khiển. Kênh truy nhập: I PN 1.2288 Mcps Convolutional Encoder and Repetition Block Interleaver R = 1/3 or 1/2 28.8 ksps Long Code PN Generator Access Channel Address Mask 1.2288 Mcps Q PN 28.8 ksps Walsh Cover 307.2 kHz D 1/2 PN Chip Delay Hình2.8: sơ đồ kênh truy nhập Used by Mobile to: - Hệ thống truy nhập khi không gán đến một kênh lưu lượng. - Nguồn gốc cuộc gọi. - Trang trả lời. - Đăng ký với hệ thống. Sự ghép đôi với kênh phân tập.l Sử dụng mã dài PN. Tx tại tốc độ 4800 bps, 20ms khung. 4800bps I PN 1.2288 Mcps Convolutional Encoder and Repetition Block Interleaver R = 1/3 or 1/2 28.8 ksps Long Code PN Generator Access Channel Address Mask 1.2288 Mcps Q PN 28.8 ksps Walsh Cover Data Burst Randomizer 307.2 kHz D 1/2 PN Chip Delay For Traffic Channel Traffic Channel – Reverse: Hình 2.9: Sơ đồ khối kênh lưu lương hướng về Tương tự kênh lưu lượng hướng đi. Sự khác nhau so với kênh lưu lượng hướng đi là: - Bộ điều chế trực giao 64-ary: Không tách sóng nhất quán. - Sử dụng mã dài PN: Phân loại kênh đảo. - Data Burst Randomizer : Điều khiển công suất và tốc độ biến đổi kênh truyền. IV. Các Dịch vụ hổ trợ: Dịch vụ bổ xung IS-664: Thủ tục dịch vụ: Vô điều kiện: Originating System B is Unconditional CFW 3.call setup(C) 4.call answer 1. Setup 2.call_forward_no MS BTS BTS BTS BSC/MSC HLR LOCREQ Locreq(TLDN) BSC/MSC/VLR MS A C MS BSC/MSC B MS BSC/MSC A MS BSC/MSC C Serving System 1.Conversation 2.setup 5.Conv 6.Send Key 7.Primary Conv. 8.Send Key 9. Secondary Conv 3.Holding Tone Holding Tone 4.Send Key Waiting_Tone Hình 2.10: Sơ đồ quá trình thực hiện dịch vụ bổ sung Dịch vụ chờ gọi (Call Waiting Service): Gọi có chọn lọc: 8.Connect 6.Call Originating 3.Reject 5.Reject HLR A B C 7.Connect D E B Originating System 2.Location Request 4.Call Originating 1.Call Originating MS BSC/MSC Hình 2.11: Sơ đồ dịch vụ gọi có chọn lọc Mạng thông minh: Hình 2.12: cấu trúc mạng thông minh Thủ tục dịch vụ mạng thông minh không dây: MSC / SSP kích hoạt WIN Trigger nhận những dịch vụ từ MS (Mobile Station), và Router điều khiển các tín hiệu tới SCP (Directly or via HLR). SCP, Storing tất cả các dịch vụ logic WIN , thực hiện dịch vụ logic một cách thích hợp. WIN SCP HLR 1. WIN Service Request MSC / SSP MS 1. SSP Routes Signal 2. Execute WIN Service  Logic 3. WIN Service Provide 3. WIN Service Provide WIN cung cấp dịch vụ bởi mạng thông qua giao diện với dịch vụ Node, HLR, IP…. Hình 2.13: Sơ đồ mạng thông minh không dây KỸ THUẬT TRẢI PHỔ TRONG HỆ THỐNG CDMA CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ I. GIỚI THIỆU CHUNG: 1. Giới thiệu về công nghệ trải phổ : Kỹ thuật trải phổ xuất hiện vào những năm 1950, nó ứng dụng trực tiếp lý thuyết thông tin của Shanon. Do có nhiều ưu việt nên đã trở thành hết sức quan trọng trong hệ thống thông tin. Có ba kỹ thuật trải phổ chính đó là: - Trải phổ chuỗi trực tiếp. - Trải phổ nhảy tần. - Trải phổ dịch thời gian. Trong ba kỹ thuật trên có sử dụng các chuỗi xung giả ngẫu nhiên có tần số cao đóng vai trò quan trọng, quyết định phần lớn các thông số kỹ thuật của tín hiệu trải phổ và các chuỗi giả ngẫu nhiên này chỉ có phía phát và phía thu biết do đó bảo mật thông tin. Trải phổ là kỹ thuật được thực hiện bằng cách điều chế lần hai một tín hiệu đã được điều chế bình thường nhằm tạo ra một dạng sóng mang mà nó sẽ là nhiễu đối với bất kỳ một tín hiệu nào khác hoạt động trong cùng một băng tần. Ngày nay công nghệ trải phổ đã được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các hệ thống thông tin quân sự bởi nó có khả năng bảo mật và nhiều ưu điểm khác mà nó mang lại. Kết quả nghiên cứu công nghệ trải phổ được sử dụng trong hệ thống thông tin di động CDMA, mang lại một loạt ứng dụng khác như giảm mật độ năng lượng, độ định vị cao. Cùng với cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật công nghệ trải phổ ngày càng phát triển, kích thước và công suất tiêu thụ của thiết bị được giảm đáng kể, tuy nhiên về giá thành của thiết bị trải phổ vẫn còn là vấn đề lớn. Và một trở ngại khá quan trọng trong việc sử dụng rộng rãi kỹ thuật trải phổ là thiếu sự thoả thuận của quốc tế về phân bố sử dụng các dải tần số. Để khắc phục những trở ngại đó phải nghiên cứu kĩ các tác động lẫn nhau giữa các hệ thống thuộc các dãy tần khác nhau, cũng như giữa hệ thống trải phổ với hệ thống thường. 2. Tính chất và nguyên lí của kỹ thuật trải phổ: 2.1. Tính chất: Gọi S(t) là tín hiệu phát, một hệ thống được gọi là trải phổ nếu thỏa mãn những tính chất sau: - Tín hiệu được phát chiếm độ rộng băng tần lớn hơn độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để phát thông tin. - Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với số liệu gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên PN. Chú ý: Không áp dụng cho các hệ thống sử dụng điều chế FM vì độ rộng của các hệ thống này phụ thuộc vào độ rộng băng tần của nguồn. 2.2. Nguyên lí của kỹ thuật trải phổ: Trải phổ là một kỹ thuật mà dạng sóng điều chế được điều chế hai lần, để tạo thành tín hiệu có độ rộng băng tần được trải rộng. Tín hiệu này không gây nhiễu đáng kể cho những tín hiệu khác, nhờ phương thức điều chế lần thứ hai với tín hiệu giả ngẫu nhiên bề rộng băng tần được trải rộng, phương pháp điều chế lần hai không phụ thuộc vào tín hiệu thông tin. C B A Nguồn dữ liệu gốc Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN Bộ điều chế và máy phát Hình 3.1: Phía phát Ở kỹ thuật trải phổ nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng một kênh vô tuyến để tiến hành các cuộc liên lạc một cách đồng thời. Những người sử dụng này được phân biệt nhau nhờ dùng một mã đặc trưng khác nhau đó là mã giả ngẫu nhiên. Phía phát: Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra trải phổ (tốc độ của chuỗi giả ngẫu nhiên PN). Ở phía thu: Ta thực hiện việc nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác giống hệt như mã đã dùng ở phía phát. Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát, thì tin tức truyền đi không thể thu nhận và hiểu được ở máy thu. Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ. Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR. F D Phát chuỗi giả ngẫu nhiên PN Dữ liệu gốc thu được Máy thu và bộ giải điều chế Hình 3.2: Phía thu E Đối với kỹ thuật trải phổ việc tạo ra các chuỗi PN ở đầu phát và đầu thu đồng bộ với nhau là một vấn đề hết sức quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống trải phổ. Việc cấy chuỗi giả ngẫu nhiên PN vào dòng dữ liệu được hiện chủ yếu bằng các bộ cộng module XOR. 3. Ưu điểm và ứng dụng của kỹ thuật trải phổ: 3.1. Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ: - Chống nhiễu cao: Đối với nhiễu lọt vào từ bên ngoài, ở đầu thu nhiễu lọt vào này sẽ được trải phổ làm năng lựơng của nhiễu thấp và băng tần lớn. Sau khi đi qua bộ lọc băng hẹp nhiễu này sẽ còn giá trị rất nhỏ làm cho tỉ số (tín hiệu trên nhiễu) cao. - Chống nhiễu đồng kênh (giao thoa). - Truyền đa tia: Tại đầu thu có thể đi theo nhiều đường vì đi theo các đường khác nhau nên pha của tín hiệu đi theo các đường sẽ khác nhau. Ở đầu thu chỉ tạo ra tín hiệu PN giống hệt như tín hiệu PN trong trường hợp truyền thẳng nên các tín hiệu C(t) đi theo đường khác nhau khi nhân với C(t) tại đầu thu sẽ không biến thành giá trị 1 hay các sóng tới đi theo đường khác sẽ không được giải điều chế, năng lượng rất thấp không ảnh hưởng thành phần tín hiệu đi theo đường thẳng. - Tính bảo mật: Sóng vô tuyến bị thu trộm nhưng đối với kỹ thuật trải phổ khi thu được trên đường truyền thành phần tín hiệu rất nhỏ so với can nhiễu hay nói cách khác đi nó bị che lấp bởi tạp âm rất khó cho người thu trộm xử lý nó. - Đa truy nhập phân chia theo mã (ứng dụng CDMA). - Gia tăng dung lượng và công suất phổ trong hệ thống thông tin cá nhân tế bào di động. 3.2. Các lĩnh vực ứng dụng của kỹ thuật trải phổ : - Thông tin vệ tinh: Hầu hết các vệ tinh thông tin thực hiện chức năng phát đường xuống để trả lời đường lên và gọi là bộ phát đáp. Các tiến bộ của công nghệ điện tử cho phép thực hiện một số quá trình xử lý tín hiệu trên vệ tinh trước khi phát xuống. Ngoài việc làm các trạm chuyển tiếp ở các hệ thống thông tin, các vệ tinh cũng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khác như hệ thống định vị, truyền ảnh và khám phá không gian. Ưu điểm chính của hệ thống thông tin vệ tinh là cung cấp vùng phủ sóng phù hợp cho các vùng xa xôi. So với đường truyền mặt đất, truyền vệ tinh ít bị fading. Tuy nhiên chúng bị suy hao đường truyền lớn và trễ lớn do độ cao của vệ tinh. Suy hao do mưa cũng ảnh hưởng lớn đến khi tần số công tác lớn hơn 8 Ghz. - Đo cự ly: Có thể sử dụng tín hiệu trải phổ chuỗi trực tiếp để đo khoảng cách giữa 2 điểm. Hệ thống đo cự ly kiểu này có thể sử dụng để đo khoảng cách của vệ tinh. Quá trình đo thực hiện như sau: phát đi một tín hiệu DS/SS từ nguồn phát, tín hiệu này được đối tượng phản xạ ngược lại máy phát. Ở đây hiệu số pha giữa tín hiệu phản xạ và tín hiệu tham khảo (được phát) được tính toán. Có thể xác định pha sau khi bắt được tín hiệu khứ hồi và đồng bộ. Khi biết thời gian chip, ta có thể biến đổi pha thời gian trễ sau đó biến đổi vào cự ly trên cơ sở biết được tốc độ sóng vô tuyến. - Hệ thống định vị toàn cầu GPS: (Global Positioning System) cho phép máy thu trên mặt đất xác định vị trí của mình với độ chính xác cao trong giới hạn từ 10 đến 20m. - Vô tuyến đa thâm nhập sử dụng nhảy tần: Hệ thống này sử dụng kỹ thuật nhảy tần kết hợp với điều chế MPSK. CHƯƠNG II: TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP Giới thiệu 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 đơn giản vì chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao . 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 1800. 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 hai 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. 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 3.3 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 dạng sóng theo trục thời gian. Sóng mang có lệch pha 1800 giữa pha 1 và pha 0 theo dãy mã. Sự khác pha không thành vấn đề trong đa số các 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 . Sóng mang đầu vào fc Bộ trộn cân bằng Điều chế 2 pha đầu ra Dãy mã đầu vào fc+G(c) G(c) Hình 3.3: Điều chế loại DS(2 pha) Rất khó phát hiện được các sóng mang bị triệt nếu không có các kỹ thuật phức tạp. Các bộ thu thông thường rất khó tách được sóng mang vì mức sóng mang nằm bên dưới của mức tạp âm khi điều chế mã . Yêu cầu nhiều công suất cho việc truyền thông tin vì công suất phát chỉ được sử dụng đối với việc truyền tín hiệu đã được điều chế. Hiệu quả sử dụng công suất phát trong trường hợp sử dụng hằng số duy trì độ rộng băng là lớn nhất vì các thành phần tín hiệu có một mức giới hạn nhất định. Trong hệ PAM vì sóng mang được điều chế mã thì phổ công suất [(sinx)/x]2 được tạo ra hoặc yêu cầu công suất đỉnh . Đưa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Ở đây sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản. Tín hiệu thu được khuyếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu. Trong trường hợp đó, nếu mã tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục. Các sóng mang băng tần hẹp được khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ các sóng mang đã điều chế băng gốc được đi qua . Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động của phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu mà không được đồng bộ với tần số liên quan của đầu thu thì được cộng với băng tần liên quan và sau đó trải ra . Bộ lọc thông có thể giới hạn hầu hết các công suất tín hiệu giả vì tín hiệu đầu vào không đồng bộ sẽ trải ra băng tần không đồng bộ của bộ thu. Độ rộng băng RF của hệ thống DS: Độ rộng băng RF của hệ thống DS ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống một cách trực tiếp. Nếu băng là 2 KHz thì độ lợi xử lý được giới hạn là 20 MHz. Trong lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi bảo mật tín hiệu thì quan điểm là chọn vừa phải một độ rộng băng hẹp và công suất phát trên 1 Hz trong băng được dùng nên là nhỏ nhất. Các độ rộng băng rộng cũng được yêu cầu trong trường hợp độ lợi xử lý lớn nhất là cần thiết để ngăn chặn giao thoa . Xem xét cơ bản trong hệ thống trải phổ là vấn đề độ rộng băng hệ thống theo sự cảm ứng không trực tiếp với hệ thống khác làm việc trong cùng một kênh hoặc kênh bên cạnh. Bất kì một loại DS nào đều có năng lượng mấu bên cao mặc dù có một sự thật là mấu bên không cải thiện chất lượng truyền dẫn tín hiệu. JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System) chấp nhận một loại. Dao động sóng mang Điều chế cân bằng Bộ tạo PN Bộ trộn IF BPF Tới bộ giải điều chế 1 2 3 4 6 Bộ tạo PN Điều chế cân bằng fc+fIF 5 Receiving signal 4 1. RF carrier AcosWct 2. PN Code Pn(t) =± 1 Reference code 5 AcosWct ± 90o Demodulated RF Carrier 6 Hình 3.4: Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS Điều chế DS đặc biệt gọi là MSK vì băng tần được sử dụng chung giống như hệ thống IFF (Identification Friend & Foe) và TACAN (Tactical air Navigation) . Bảng 1 miêu tả các đặc tính của các dạng sóng. Bảng 1 : So sánh các dạng sóng DS Dạng sóng Mấu chính 0-0 3dB BW Mấu bên thứ nhất Tốc độ BPSK PAM QPSK MSK(điển hình) 2´ nhịp mã 2´ nhịp mã 2´ nhịp mã* 1,5´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,88´ nhịp mã 0,66´ nhịp mã -13dB -13dB -13dB -23dB 6dB/octate 6dB/octate 6dB/octate 12dB/octate * Mã BPSK đơn yêu cầu 2 mã cho tốc độ chính xác. Thực tế là các tín hiệu DS 2 pha và 4 pha đơn giản với phổ [._.