Thông tin di động với công nghệ CDMA

hững năm cuối của thế kỷ 20, và đầu thế kỷ 21. Lĩnh vực Thông Tin Di Động cũng không nằm ngoài trào lưu đó. Cùng với nhiều công nghệ khác nhau Thông Tin Di Động đang không ngừng phát triển đáp ứng nhu cầu thông tin ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng, tạo nhiều thuận lợi trong miền thời gian cũng như không gian. Chắc chắn trong tương lai Thông Tin Di Động sẽ được hoàn thiện nhiều hơn nữa để thoả mãn nhu cầu thông tin tự nhiên của con người. Nhưng trong tình hình hiện nay tại Vệt Nam, mạng di động GSM với công nghệ TDMA đang trở nên quá tải và bộc lộ nhiều nhược điểm đòi hỏi phải được thay thế trong tương lai gần. Chính vì thế việc nghiên cứu công nghệ CDMA nói chung và việc ứng dụng nó trong thông tin di động nói riêng là một yêu cầu cấp bách nhằm có những hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật, về kinh tế và các xu hướng triển khai CDMA trên thế giới. Từ đó có những biện pháp triển khai thông tin di động CDMA có hiệu quả nhất trong điều kiện nước ta cho từng giai đoạn cụ thể. Một trong những ưu điểm nổi bật của công nghệ CDMA là khả năng chuyển giao mềm và điều khiển công suất. Nhờ vậy hệ thống CDMA có được chất lượng cũng như độ tin cậy cao, có khả năng chống nhiễu và fading rất tốt. Trên cơ sở những kiến thức đã tích luỹ được qua 5 năm học tập chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và hơn một tháng thực tập tại Đài GSM - Trung tâm Dịch vụ viễn thông KV I, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với bố cục như sau: Chương I : Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động tế bào. Chương II : Tổng quan công nghệ CDMA. Chương III: Chuyển giao mềm trong hệ thống CDMA dùng tiêu chuẩn IS 95 (cdmaONE). Chương IV: Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, bị hạn chế về mặt thời gian, sự am hiểu chưa sâu, chưa được tiếp xúc với thực tế. Vì vậy chắc chắn trong cuốn luận văn này không tránh khỏi khiếm khuyết. Em rất mong được sự góp ý kiến của các thầy cô, các ban để cuốn đồ án được hoàn thiện hơn. Hà Nội ngày tháng năm 2004. Sinh viên: Phạm anh tuấn Giới thiệu tổng quan về hệ thống thông tin di động tế bào. Tổng quát chung. Thuật ngữ "thông tin di động" đã có từ lâu và được hiểu như là có thể cung cấp một cách lưu động trong quá trình thông tin. Thông tin di động có thể thực hiện được nhiều dịch vụ di động như: truyền thoại, truyền số liệu, Fax, nhắn tin... Trước đây mạng lưới thông tin di động chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực quân sự và ngày nay đã được thương mại hoá và được đưa vào sử dụng rộng rãi . Mạng vô tuyến tế bào (cellular) là một trong những ứng dụng lĩnh vực viễn thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất. Ngày nay nó chiếm thị phần lớn và không ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao thế giới. Trong tương lai lâu dài, các hệ thống thông tin di động tế bào sử dụng kỹ thuật số đầy triển vọng sẽ trở thành phương thức thông tin vạn năng. Thông tin di động từ những lúc sơ khai với phương pháp thông tin điểm-điểm rồi đến điện thoại không dây... với các loại hình thông tin này đều có các đặc tính chung là phục vụ cho nhu cầu kéo dài mạng cố định qua hệ thống vô tuyến. Bước phát triển tiếp theo của hệ thống thông tin di động là tạo ra từ một mạng nhỏ có số thuê bao hạn chế và ngày càng được mở rộng phạm vi hoạt động . Từ những năm 80 các hệ thống thông tin di động tế bào được nghiên cứu và ứng dụng khai thác, với hệ thống này vùng phục vụ thông tin được chia thành các ô (cell) nhỏ, mỗi cell có một trạm thu phát (TRX) đảm nhiệm. Toàn bộ hệ thống có một hay nhiều bộ chuyển mạch điều hành và chúng được kết nối với nhau thành một mạng thống nhất và cho phép các cuộc gọi được chuyển vùng từ cell này đến vùng của cell khác, từ nước này đến nước khác. Lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động. Thông tin di động được ứng dụng cho nghiệp vụ cảnh sát từ những năm 20 ở băng tần 2MHz. Sau thế chiến thứ 2 mới xuất hiện thông tin di động điện thoại dân dụng (1939-1945) với kỹ thuật FM ở băng sóng 150MHz. Năm 1948, một hệ thống thông tin di động hoàn toàn tự động đầu tiên ra đời ở Richmond - Indian. Từ những năm 60, kênh thông tin di động có dải tần số 30Khz với kỹ thuật FM ở băng tần 450MHz đưa hiệu suất sử dụng phổ tần tăng gấp 4 lần so với cuối thế chiến thứ 2. Quan niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 với Bell thay thế cho mô hình quảng bá với máy phát công suất lớn và Anten đặt cao, là những cell có diện tích bé có máy phát BTS công suất nhỏ, khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại cùng tần số. Tháng 12/1971 đưa ra hệ thống cellular kỹ thuật tương tự, sử dụng phương pháp điều tần FM, dải tần 850MHz. Tương ứng là sản phẩm thương nghiệp AMPS với tiêu chuẩn do AT & T và MOTOROLAR của Mỹ đề xuất sử dụng được ra đời vào năm 1983. Đầu những năm 90 thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau như: TACS, NMTS, NAMTS, C, ... Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng của nhu cầu sử dụng và trước hết là về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng như mong muốn (việc liên lạc ngoài biên giới là không thể). Những vấn đề trên đặt ra cho thế hệ 2 thông tin di động tế bào phải lựu chọn giải pháp kỹ thuật: kỹ thuật tương tự hay kỹ thuật số. Các tổ chức tiêu chuẩn hoá đa số đều lựa chọn kỹ thuật số. Trước hết kỹ thuật số bảo đảm chất lượng cao hơn trong môi trường nhiễu mạnh và khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn hơn. Sử dụng kỹ thuật số có ưu điểm sau: Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn. Mã hoá tín hiệu thoại với tốc độ ngày càng thấp cho phép ghép nhiều kênh thoại hơn và dòng bít tốc độ chuẩn. Giảm tỉ lệ tin tức báo hiệu dành tỉ lệ tin tức lớn hơn cho người sử dụng. áp dụng kỹ thuật mã hoá kênh và mã hoá nguồn của kỹ thuật truyền dẫn số. Hệ thống số chống nhiễu kênh chung CCI (Cochannel Interference) và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent-Channel Interference) hiệu quả hơn. Điều này cuối cùng làm tăng dung lượng của hệ thống. Điều khiển động cho cấp phát kênh liên lạc làm cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn. Có nhiều dịch vụ mới nhận thực, số liệu, mật mã hoá và kết nối với ISDN. Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu liên tục đều dễ dàng xử lý bằng phương pháp số. Hệ thống thông tin di động tế bào thế hệ thứ hai có ba tiêu chuẩn chính: GMS, IS - 54 (bao gồm cả tiêu chuẩn AMPS), JDC. Tuy nhiên các hệ thông thông tin di động thế hệ thứ hai cũng tồn tại một số nhược điểm như sau: Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống là bị hạn chế nên việc ứng dụng các dịch vụ dữ liệu bị hạn chế, không thể đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai, đồng thời tiêu chuẩn cho các hệ thống thế hệ thứ hai là không thống nhất do 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. Do đó việc thực hiện chuyển mạng toàn cầu gặp phải nhiều khó khăn. Bắt đầu từ những năm cuối của thập niên 90 hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba ra đời bằng kỹ thuật đa truy nhập CDMA và TDMA cải tiến. 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 GPRS và Ommi-TRACKS, phương pháp này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của QUALCOM - 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. So với hai hệ thống thông tin di động thứ nhất và thứ hai thì hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là hệ thống đa dịch vụ và đa phương tiện được phủ khắp toàn cầu. Một trong những đặc điểm của nó là có thể chuyển mạng, hoạt động mọi lúc, mọi nơi là đều thực hiện được. Điều đó có nghĩa là mỗi thuê bao di động đều được gán một mã số về nhận dạng thông tin cá nhân, khi máy ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào trên thế giới đều có thể định vị được vị trí chính xác của thuê bao. Ngoài ra hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba là một hệ thống đa dịch vụ, thuê bao có thể thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, chuyển vùng quốc tế, Wap... để truy cập vào mạng Internet, đọc báo chí, tra cứu thông tin, hình ảnh... Do đặc điểm băng tần rộng nên hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba còn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, cung cấp các dịch vụ điện thoại thấy hình... Câú hình hệ thống thông tin di động. Hệ thống điện thoại di động tổ ong bao gồm có ba phần chính là máy di động MS (Mobile Station), trạm gốc BS (Base Station), và Tổng đài di động (MSC). 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 (MS) 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 thập 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. Với hệ thống này, do các máy phát thường có công suất lớn hơn nhiều (500W) so với các máy di động (25W). Và đương nhiên anten của máy di động thường ở mức thấp hơn nhiều so với anten phát. Để cự ly thông tin của hệ thống được như nhau theo cả hai chiều, người ta thường dùng các trạm đầu xa chứa các máy thu. Các trạm đầu xa này sẽ thu nhận tín hiệu phát của máy di động và gửi chuyển tiếp tín hiệu đó trở lại bộ điều khiển hệ thống để xử lý. Trong khi đó, đối với mạng tế bào người ta lại bố trí các máy thu/phát trong vô số các tế bào nhỏ trong phạm vi của vùng bao phủ. Các máy thu/phát được điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm hoặc một tổng đài, sao cho thuê bao có thể di chuyển giữa các cell mà dịch vụ vẫn được duy trì. Điều này cho phép tái sử dụng lại tần số và tạo điều kiện để mạng tế bào có tiềm năng dung lượng lớn hơn nhiều so với các hệ thống thông tin di động trước đây. 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. Tới PSTN hoặc các mạng khác Tới PSTN hoặc các mạng khác Cell A … Tuyến kết nối MSC#1 MSC#2 Cell B Hình 1.3: Hệ thống tế bào điển hình. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động. Nguyên tắc chung. Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó, và có thể cho phép nhiều người cùng khai thác chung một tài nguyên trong cùng thời điểm, chẳng hạn như trong thông tin di động thì người ta phải sử dụng kỹ thuật đa truy nhập. Hiện nay có ba hình thức đa truy nhập khác nhau là: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access). Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access). Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access). Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiều thuê bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng được gán cho một tần số riêng. Đa truy nhập phân chia theo tần số. Đối với các hệ thống tế bào hiện đang sử dụng kỹ thuật ghép kênh FDMA, đều chia toàn bộ băng tần được phân phối cho một nhà khai thác mạng tế bào (Khoảng 25 MHz) thành các kênh rời rạc. Vì mỗi kênh thường có độ rộng dải là 30 KHz, cho nên hệ thống có tất cả 832 kênh khả dụng. Mỗi cuộc đàm thoại cần sử dụng hai tần số, cho nên mỗi nhà khai thác có 416 cặp tần số khả dụng. Mỗi cặp có thể gán cho một thuê bao mạng tế bào vào bất kỳ lúc nào. Thiết bị di động sử dụng kỹ thuật FDMA ít phức tạp hơn so với các thiết bị sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác và nói chung giá thành cũng rẻ hơn. Tuy nhiên, do mỗi kênh cần dùng một máy phát và một máy thu riêng biệt. Cho nên FDMA đòi hỏi rất nhiều thiết bị tại vị trí trạm gốc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả các hệ thống truyền dẫn số (Digital) lẫn các hệ thống truyền dẫn tương tự (Analog). Sau đây là minh hoạ về kỹ thuật FDMA sử dụng cho hệ thống tế bào analog ở Hoa Kỳ: 30 KHz kênh 1 Thoại analog 30 KHz kênh 832 . . . Thoại analog Hình 1.4: Kỹ thuật FDMA trong TTDĐ. Như vậy, mỗi kênh chiếm dải thông và đáp ứng cho một cuộc đàm thoại. Tần số của mỗi kênh tuy khác nhau nhưng trong cùng thời gian thì nhiều máy vô tuyến có thể truy nhập tới được. Đa truy nhập phân chia theo thời gian. Với TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian. Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số và sau đó được gán cho một trong những khe thời gian này. Số lượng khe trong một kênh có thể thay đổi bởi vì nó là một nhiệm vụ của thiết kế hệ thống. Có ít nhất là hai khe thời gian cho một kênh, và thường thì nhiều hơn, điều đó có nghĩa là TDMA có khả năng phục vụ số lượng khách hàng nhiều hơn vài lần so với kỹ thuật FDMA với cùng một đại lượng dải thông như vậy. TDMA là một hệ thống phức tạp hơn FDMA, bởi vì tiếng nói phải được số hoá hoặc mã hoá, sau đó được lưu trữ vào một bộ nhớ đệm để gán cho một khe thời gian trống và cuối cùng mới phát đi. Do đó việc truyền dẫn tín hiệu là không liên tục và tốc độ truyền dẫn phải lớn hơn vài lần tốc độ mã hoá. Ngoài ra, do có nhiều thông tin hơn chứa trong cùng một dải thông nên thiết bị TDMA phải được sử dụng kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng của tín hiệu. Hình vẽ dưới đây minh hoạ kỹ thuật TDMA, các kênh analog 30 KHz dùng cho mạng tế bào hỗ trợ được ba kênh digital. Các đường truyền âm thanh analog của mỗi cuộc đàm thoại đi qua bộ biến đổi A/D và sau đó chiếm một khe thời gian trong kênh analog 30 kHz. 30 kHz kênh 1 30 kHz kênh 832 . . . Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D Bộ biến đổi A/D (1) (2) (3) (4) (5) (6) Hình 1.5: Kỹ thuật TDMA Đa truy nhập phân chia theo mã. Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang thông tin (ví dụ như tiếng nói) được biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó được trộn với một mã giống như mã ngẫu nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó được phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ. Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng đòi hỏi các kênh có dải thông tương đối rộng (Thường là 1,25 MHz). Tuy nhiên theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa được số thuê bao lớn gấp khoảng 20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng như nhau . Hình vẽ dưới đây là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA. Dải thông tăng từ 30 KHz lên 1,25 MHz, nhưng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc đàm thoại. Mỗi đường thoại analog trước hết được biến đổi thành digital nhờ bộ biến đổi A/D đúng như với TDMA. Tuy nhiên sau đó thêm một bước nữa là chèn một mã đặc biệt qua một bộ tạo mã. Sau đó tín hiệu được phát đi, trải rộng thêm 1,25 MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này. Bộ biến đổi A/D Tạo mã Bộ biến đổi A/D Tạo mã (20) Bộ biến đổi A/D Tạo mã Bộ biến đổi A/D Tạo mã (20) 1,25 MHz kênh 1 1,25 MHz kênh 20 . . . (1) (1) . Tổng quan công nghệ CDMA. CDMA là gì? Trước khi tìm hiểu khái niệm CDMA, trước hết ta hãy xem xét khái niệm đa truy nhập trong hệ thống thông tin di động. Đa truy nhập là gi? Đa truy nhập là phương pháp dùng một trạm gốc phục vụ cho nhiều thuê bao di động. Hay cũng có thể nói đa truy nhập là cách thức để nhiều người sử dụng có thể sử dụng chung trên một kênh mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau. Có ba loại đa truy nhập là: FDMA, TDMA và CDMA. (Ngoài ra hiện nay còn có cả phương pháp phân tách kênh theo bước sóng: WDMA, nhưng về bản chất có thể coi nó gần như là FDMA) Khái niệm về trải phổ. CDMA là hệ thống đa truy nhập theo mã dựa trên kỹ thuật điều chế trải phổ, các thuê bao sử dụng chung tần số và thời gian và được phân biệt nhau bằng một mã duy nhất gọi là mã trải phổ (hay dãy tạp âm giả ngẫu nhiên PN) để trải phổ. Mã trải phổ này có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ của tín hiệu thông tin cần truyền đi. Do vậy sau khi nhân với tín hiệu thông tin với mã trải phổ thì phổ tần được trải rộng ra lớn hơn nhiều so với phổ tần của tín hiệu thông tin. Phương pháp này làm cho năng lượng tín hiệu cần truyền được dàn trải trên toàn bộ băng tần trải phổ lớn hơn nhiều băng thông cần thiết để truyền thông tin. Do vậy tại đầu ra của bộ điều chế phía phát tín hiệu có phổ rộng hơn nhiều lần tín hiệu thông tin đồng thời có mật độ phổ công suất thấp. Tại phía thu chỉ có những máy thu có hàm tương quan trực giao giữa tín hiệu thu được với bản sao chính xác của tín hiệu trải phổ phía phát mới có khả năng giải điều chế và thu được tín hiệu thông tin cần thiết. Như vậy trong hệ thống này mỗi thuê bao có mã riêng và việc thu nhận tín hiệu chỉ được thực hiện khi có mã tương quan phù hợp. Có bốn kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS: Directed Sequence), trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thống dịch thời gian (TH:Time Hopping) và hệ thống lai (Hybrid). Trải phổ dãy trực tiếp: tín hiệu mang thông tin được nhân trực tiếp mã trải phổ tốc độ cao. Trải phổ nhảy tần: Mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng mang làm tần số sóng mang thay đổi tại sau đó sóng mang này lại được điều chế với dữ liệu. Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, dữ liệu có tốc độ dòng bit không đổi R được phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn thời gian cần thiết để truyền đi dòng tin này bằng cách truyền dẫn thông thường. Dòng bit số được gửi đi theo sự điều khiển của mã nhảy thời gian. Vì vậy có thể nói dòng bít đã bị trải ra theo thời gian và phía thu bất hợp pháp không thể biết tập con dữ liệu nào đang được sử dụng. Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của hệ thống DS và FH được sử dụng để cung cấp thêm các ưu điểm cho đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thường đa số các trường hợp sử dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS. Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính mà một hệ thống không thể có được. Một mạch không cần phức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước. Trải phổ dãy trực tiếp. 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. Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu được nhân trực tiếp với mã trải phổ, sau đó tín hiệu được điều chế sóng mang băng rộng Máy thu thường sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ, và sử dụng mã trải phổ nội bộ được đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu được. Điều này được đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã. Sau khi nén phổ nhận được tín hiệu dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua bộ giải điều chế tín hiệu (thường là giải điều chế PSK) ta có được dữ liệu ban đầu. Các đặc tính của trải phổ trực tiếp: Đa truy nhập: Nếu có nhiều người cùng sử dụng một kênh cùng một thời điểm thì có nhiều tín hiệu DS cùng chồng lên nhau về mặt thời gian và tần số. Máy thu thực hiện giải điều chế nhất quán để giải điều chế mã. Nhờ đó sẽ tập chung công suất của tín hiệu người sử dụng quan tâm vào trong băng tần thông tin nếu mức tương quan giữa các dãy mã của các người sử dụng khác nhau là nhỏ thì việc giải điều chế chỉ đưa ra một phần rất nhỏ của công suất các tín hiệu nhiễu trong băng tần thông tin. Có nghĩa là phổ tín hiệu của người sử dụng mà ta đang quan tâm sẽ được co hẹp lại, trong khi phổ tần của những người sử dụng khác vẫn được trải rộng trên băng tần truyền dẫn. Như vậy chỉ có công suất tín hiệu của người sử dụng đó trong băng tần thông tin là lớn. Nhiễu đa đường: Nếu dãy mã có hàm tự tương quan là lý tưởng thì hàm tương quan băng 0 (band 0) trong khoảng [- Tc, Tc ] với Tc là thời gian tồn tại của một chíp. Nghĩa là nếu nhận được hai tín hiệu: một là tín hiệu mong muốn và một là tín hiệu đó nhưng trễ đi một khoảng thời gian lớn hơn 2Tc thì việc giải điều chế sẽ coi tín hiệu đó như một tín hiệu nhiễu và chỉ mang một phần rất nhỏ công suất nhiễu vào trong băng tần thông tin. Nhiễu băng hẹp: Việc nhân nhiễu băng hẹp có trong tín hiệu thu được với mã băng rộng sẽ làm trải phổ nhiễu băng hẹp. Vì vậy nhiễu băng hẹp có trong băng tần thông tin giảm đi với hệ số bằng tăng ích do sử lý Gp. - Xác suất phát hiện thấp: Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểm nên mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) rất thấp. Vì vậy nếu không có dãy mã trải phổ tương ứng thì rất khó khăn trong việc phát hiện tín hiệu DS. Ưu nhược điểm của DS-CDMA Ưu điểm: Mã hoá dữ liệu đơn giản có thể chỉ thực hiện bằng một bộ nhân Bộ tạo sóng mang đơn giản do chỉ có một sóng mang được phát đi Có thể thực hiện giải điều chế nhất quán tín hiệu trải phổ Nhược điểm: Khó đồng bộ giữa tín hiệu mã nội bộ và tín hiệu thu Do nhược điểm trên kết hợp với đặc điểm các băng tần liên tục lớn không sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế là 10-20 MHz Người sử dụng ở gần BS sẽ phát công suất lớn hơn nhiều so với người sử dụng ở xa. Mặt khác một thuê bao sử dụng toàn bộ băng tần để truyền dẫn liên tục nên người sử dụng ở gần sẽ gây nhiễu cho người sử dụng xa. Tuy nhiên hiệu ứng này sẽ được giải quyết bằng việc áp dụng thuật toán điều khiển công suất trong đó mức độ công suất trung bình mà BS nhận từ mỗi thuê bao là bằng nhau. Hệ thống dịch tần. Nếu trải phổ dãy trực tiếp là điều chế trực tiếp tín hiệu số vào mã trải phổ, thì trải phổ nhẩy tần là điều chế gián tiếp vào mã trải phổ (sóng mang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ được điều chế với tín hiệu thông tin cần truyền) Nói chính xác thì điều chế FH là “sự chuyển dịch tần số của nhiều tần số được chọn theo mã”. Nó gần giống FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số tăng lên. FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f1 khi có ký hiệu và phát f2 khi không có ký hiệu. Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn tần số. Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 220 tần số được phân bố có thể được chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tin chuyển dịch tần số. Trong FH khoảng dịch giữa các tần số và số lượng các tần số có thể chọn được được xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt. Như vậy trong hệ thống dịch tần FH, tần số sóng mang thay đổi theo chu kỳ. Cứ sau một khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới một giá trị khác. Quy luật nhẩy tần do mã trải phổ quyết định. Việc chiếm dụng tần số trong 2 hệ thống DS và FH là khác nhau. Hệ thống DS chiếm dụng toàn bộ băng tần khi nó truyền dẫn trong khi hệ thống FH chỉ sử dụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thời gian truyền dẫn. Như vậy, công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tính trung bình là như nhau. Hệ thống FH cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số, bộ phát mã PN điều khiển bộ tỏng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật của nó. Hệ thống FH tạo ra hiệu quả trải phổ bằng sự nhảy tần giả ngẫu nhiên giữa các tần số vô tuyến f1,f2,…,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn. Nếu tốc độ nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn hơn tốc độ bít dữ liệu thì được gọi là nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping), khi đó sẽ có nhiều tần số được truyền đi trong thời gian một bít. Còn ngược lại tốc độ nhảy tần nhỏ hơn tốc độ bit (nhiều bit tin được truyền đi trong một tần số) thì được gọi là nhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping ). Gọi Df = fi – fi-1 là chênh lệch tần số giữa hai tần số kề nhau còn N là số tần số nhảy tần có thể chọn thì tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảy tần FH là: (Giả thiết dải thông dữ liệu băng gốc Bd=1 bước nhảy tần nhỏ nhất Df) Phổ FH lý tưởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn và phân bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẫn. Các máy phát trong thực tế cần phải được thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tất cả các kênh. Nguyên lý trải phổ nhảy tần như sau: Một đoạn k chíp của mã giả ngẫu nhiên điều khiển bộ tổng hợp tần số, để tần số sống mang nhảy lên một trong 2k tần số khác nhau. Nếu xét trong một tần số nhảy thì độ rộng băng tần tín hiệu bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK và rất nhỏ so với độ rộng của tín hiệu trải phổ nhảy tần. Với bộ giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao thì khoảng cách về tần số giữa các tone MFSK phải bằng bội số nguyên lần của tốc độ chip (Rp). Điều này đảm bảo cho một mẫu phát đi không ảnh hưởng xuyên âm tới các bộ tách khác. Dải băng tần tín hiệu nhảy tần được chia đều thành Nt phần bằng nhau: Nt = Wss/Rp Sau đó Nt phần này lại được chia thành Nb nhóm riêng biệt: Nb = Nt/M Mỗi nhóm này sẽ có độ rộng băng tần là Wd = Wss/Nb. Theo cách xắp xếp này, đoạn mã nhị phân k bit của chuỗi PN sẽ xác định Nb = 2K tần số sóng mang khác nhau. Trong khi đó, mỗi tone nhảy tần là cố định và nằm trong khoảng M tần số xác định tương đối. Nhảy tần nhanh. Hình vẽ sau mô tả phổ của tín hiệu MFSK và phổ tín hiệu nhảy tần nhanh theo thời gian. Chuỗi mã giả ngẫu nhiên thực hiện trải phổ là một chuỗi mã được tạo ra từ bộ tạo mã giả nhiễu dùng bộ 4 thanh ghi dịch. Mã trải phổ có tốc độ bit gấp 4 lần tóc độ dữ liệu (Rp = Rh = 4Rs) tức là k = 4. Hệ thống thực hiện trải phổ nhảy tần nhanh với tín hiệu MFSK 4 mức lên ngẫu nhiên một trong 4 dải tần số, dưới sự điều khiển của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN. Do tín hiệu MFSK điều chế 4 mức nên cứ 2 bit dữ liệu xác định một giá trị nằm 1 trong 4 mức có thể của dải tần số và một tone này được phát đi trong khoảng thời gian bằng 2 lần chu kì bit dữ liệu. Cũng tương tự như vậy, cứ mỗi cặp hai bit giả ngẫu nhiên cho phép ta xác định được một trong bốn dải băng tần mà một tone tín hiệu MFSK cần nhảy tới. Trong trường hợp này độ rộng băng tần của tín hiệu nhảy tần sẽ lớn gấp 4 lần độ rộng băng tần tín hiệu MFSK nguyên thuỷ. Nhảy tần chậm. Trong phép nhảy tần này ta cũng dùng chuỗi giả ngẫu nhiên như đã dùng trong ví dụ nhảy tần nhanh trên. Khác với trường hợp nhảy tần nhanh, trong hệ thống nhảy tần chậm thì tốc độ chuỗi tín hiệu trải phổ thấp hơn so với tốc độ dòng dữ liệu và khi đó tốc độ chip bằng tốc độ dòng dữ liệu. Trong ví dụ này Rp = Rb = 6Rh. Tín hiệu MFSK được điều chế bởi dữ liệu theo 4 mức tức là cứ 2 bit dữ liệu xác định 1 tone phát đi trong khoảng thơì gian bằng 2 lần chu kỳ dòng bit dữ liệu. Với bước điều chế nhảy tần. Cứ 3 bit giả ngẫu nhiên xác định một trong 8 băng tần mà tín hiệu MFSK sẽ nhảy tới (k = 3). Như vậy băng tần của tín hiệu trải phổ nhảy tần sẽ lớn gấp 8 lần băng tần tín hiệu MFSK ban đầu. Hệ thống giải điều chế nhảy tần. Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần được thực hiện ngược lại so với quá trình trải phổ và cũng được thực hiện qua 2 bước. Bước thứ nhất là thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại được tín hiệu điều chế tần số MFSK. Bước thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều chế MFSK thông thường. Nén phổ tín hiệu nhảy tần Giả sử tại đầu thu đã tạo lại đực tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên phát. Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt như bên phát. tín hiệu nhảy tần thu được sẽ trộn với tín hiệu tổng hợp tại chỗ này và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta sẽ thu lại được tín hiệu chứa dữ liệu MFSK. Như vậy một điều hết sức quan trọng đảm bảo sự thành công của bước nén phổ này là bên thu cần taọ được mã giả ngẫu nhiên đồng bộ hoàn toàn với bên phát. Giải điều chế tín hiệu MFSK Lọc 1 Lọc 2 Lọc M Mạch tách đường bao 1 Mạch tách đường bao 2 Mạch tách đường bao M Bộ so sánh lấy giá trị lớn nhất và giải mã Tín hiệu sau giải điều chế nhảy tần Dữ liệu Hình1.8 Giải điều chế tín hiệu MFSK Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu. Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này người ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải và M bộ tách sóng đường bao. Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ i sẽ khác 0 khi tín hiệu dữ liệu được điều chế ở mức i. Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá trị bằng 0. Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hưởng của nhiễu đầu ra thứ i không có giá trị cực đại tối đa và M._.-1 đầu ra còn lại cũng không bằng 0 nên cần sử dụng bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này. Dữ liệu M mức đầu ra được đưa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu. Đặc tính tín hiệu dịch tần. Hệ thống dịch tần có các đặc tính sau: đa truy nhập, chống nhiễu đa đường, chống nhiễu băng hẹp và khả năng phát hiện thấp được trình bày cụ thể như sau: 1. Đa truy nhập: Trong hệ thống dịch tần nhanh FFH, một bit được truyền đi trên các băng tần số khác nhau. Mỗi người sử dụng sẽ truyền thông tin trong hầu hết các băng tần nhưng tại mỗi thời điểm lại sử dụng một băng tần khác nhau. Do đó công suất của tín hiệu mong muốn lớn hơn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu được chính xác. Trong hệ thống dịch tần chậm SFH, nhiều bit được truyền đi tại một tần số. Nếu xác suất truyền thông tin của những người sử dụng khác tại cùng một băng tần đủ thấp thì tín hiệu mong muốn sẽ được thu một cách chính xác trong hầu hết thời gian. Nếu như có những người sử dụng khác truyền dẫn trong cùng một băng tần, các mã sửa lỗi được sử dụng để phát hiện dữ liệu được truyền trong thời gian đó. 2. Nhiễu đa đường: Trong hệ thống dịch tần nhanh (FFH-CDMA), trong khoảng thời gian một bit, tần số truyền dẫn thay đổi nhiều lần. Như vậy một tần số sóng mang được điều chế và truyền đi trên nhiều tần số truyền dẫn. Vì hiệu ứng đa đường với các tần số truyền dẫn khác nhau là khác nhau nên một tần số sóng mang có thể được khuyếch đại tại tần số này nhưng lại bị suy giảm tại một tần số truyền dẫn khác. Tại máy thu, đáp ứng tại các tần số truyền dẫn khác nhau sẽ được trung bình hoá. Nhờ đó, làm giảm được nhiễu đa đường, mặc dù không hiệu quả như hệ thống DS-CDMA nhưng nó vẫn cung cấp sự cải thiện đáng kể. 3. Nhiễu băng hẹp: Giả sử tín hiệu băng hẹp được gây nhiễu lên một trong các tần số truyền dẫn. Nếu có GP tần số truyền dẫn (GP được gọi là độ tăng ích do sử lý) thì trung bình, một người sử dụng sẽ sử dụng tần số truyền dẫn bị gây nhiễu chỉ trong 1/GP (%) thời gian. Vì vậy, nhiễu băng hẹp được giảm nhỏ bởi hệ số GP. 4.Xác suất phát hiện: Xác suất thấp cho việc phát hiện tín hiệu FH không phải vì công suất truyền dẫn thấp. Ngược lại, mật độ công suất truyền dẫn của FH-CDMA rất lớn. Nhưng tần số truyền dẫn tín hiệu là không biết, hơn nữa thời gian truyền dẫn tại một tần số lại khá nhỏ. Do đó, mặc dù tín hiệu FH dễ phát hiện hơn so với tín hiệu DS, nhưng việc phát hiện tín hiệu FH cũng rất khó khăn. Vậy ta có thể tóm tắt các ưu nhược điểm của hệ thống dịch tần FH như sau: Ưu điểm: - Đồng bộ của FH-CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS-CDMA. Với FH-CDMA việc đồng bộ được thực hiện trong từng khoảng thời gian bước nhẩy tần. Vì việc trải phổ dành được không phải do sử dụng tần số nhẩy tần rất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bước nhẩy tần số lớn hơn nhiều so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA. Do đó, FH-CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ lớn hơn. - Các băng tần khác nhau của tín hiệu FH không phải là những băng tần lân cận nhau. Kết hợp với ưu điểm dễ đồng bộ nên FH-CMA cho phép làm việc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS-CDMA. - Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn. Nên nó có khả năng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS. Nhược điểm: - Hệ thống yêu cầu bộ tổng hợp tần số phức tạp. - Việc giải điều chế nhất quán khó thực hiện. Các thuộc tính CDMA. Trong phần này ta sẽ sét đến các đặc tính của hệ thống CDMA. Nhờ những đặc tính này mà hệ thống CDMA có những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống thông tin di động khác. Sau đây ta sẽ đi chi vào phân tích chi tiết từng đặc tính một để từ đó nhận ra được ưu khuyết điểm của hệ thống CDMA. Đa dạng 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 nhờ sử dụng phân tập. 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. Việc chèn dữ liệu làm nâng cao chất lượng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên trục thời gian. Các lỗi trên thực tế thường xuất hiện khi gặp chướng ngại vật, do đó khi số liệu được tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn. Trong CDMA sử dụng phương pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giả mã Viterbi. Một dạng khác của phân tập thời gian xuất hiện tại trạm gốc khi truyền dữ liệu với tốc độ giảm. Khi phát tốc độ dữ liệu giảm (thời gian lặng trong các cuộc thoại) trạm gốc lặp lại dữ liệu để tốc độ phát đạt tới tốc độ cao nhất. Trạm gốc cũng giảm công suất truyền khi nó hoạt động với tốc độ dữ liệu giảm. Sự dư thừa thêm vào trong tín hiệu truyền này dẫn đến ít nhiễu giao thoa hơn và cải thiện hoạt động ở bộ thu của máy di động trong vùng nhiễu cao. Phân tập theo tần số. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở rộng công suất tín hiệu trong một băng tần rộng. Mặt khác nhiễu trong thời điểm nhất định chỉ sảy ra tại một đoạn băng tần hẹp cụ thể nào đó. Do vậy các sự giảm tín hiệu vô tuyến chỉ ảnh hưởng tới một phần độ rộng băng tín hiệu CDMA, phần lớn thông tin là nhận được. Kết quả là với một phần nhỏ thông tin bị sai lệch thì tại đầu thu ta dễ dàng khôi phục lại thông tin ban đầu Phân tập theo không gian. Phân tập theo không gian 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 hai hoặc nhiều BTS 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. Mỗi trạm thu phát sử dụng 2 anten thu để loại bỏ fađing tốt hơn. Trong hệ thống CDMA đặc tính phân tập được thực hiện triệt để và dễ dàng hơn so với các hệ thống khác. Ngoài những hình thức phân tập như trên, trong hệ thống CDMA còn có một hình thức phân tập đặc trưng là phân tập theo luồng Phân tập theo luồng. Đối với tín hiệu vô tuyến người ta thường thu được nhiều hơn một luông tín hiệu từ máy phát đến máy thu. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đa luồng xẩy ra khi tín hiệu truyền đi được phản xạ trên vật cản trong môi trường truyền dẫn. Tín hiệu phản xạ kết hợp với tín hiệu thu được trực tiếp tạo ra sự thay đổi về cường độ tín hiệu. Khi bộ thu băng hẹp qua những điểm cường độ mạnh, yếu của tín hiệu sẽ gây ra hiện tượng thay đổi đột ngột chất lượng tín hiệu. Ngược lại hiện tượng đa luồng lại gây ảnh hưởng có lợi đối với tín hiệu CDMA. Bộ thu RAKE CDMA có thể sử dụng được tín hiệu từ các luồng khác nhau để cải thiện chất lượng tín hiệu. Bộ thu CDMA có một số đầu thu có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau sắp xếp lại các tín hiệu về mặt thời gian và cộng lại với nhau để tạo thành một tín hiệu tốt hơn bất kì thành phần tín hiệu riêng biệt nào. Sau đây ta sét nguyên lí hoạt động của bộ thu tín hiệu đa đường (máy thu RAKE). Nguyên lí máy thu RAKE. Sóng vô tuyến có thể đến máy thu từ nhiều đường khác nhau các tín hiệu này thường lệch pha nhau do có sự khác nhau về khoảng cách lan truyền giữa các luồng. Hiện tượng này thường xảy ra khi sóng mang được phản xạ nhiều lần từ các vật cản trên đường truyền. Những tín hiệu phản xạ này kết hợp với các sóng mang trực tiếp tạo ra sự thay đổi về cường độ tín hiệu thu được, có thể làm giảm nghiêm trọng đến tín hiệu thu, nhất là khi bộ thu đi qua những điểm cực tiểu có thể gây ra sự rơi cuộc gọi đối với các máy di động TDMA, analog. Tuy nhiên trong máy thu CDMA hiện tượng đa đường Nhà nướcày lại có lợi. Bộ thu RAKE của máy thu CDMA lại có thể sử dụng tín hiệu từ các luồng khác nhau để cải thiện chất lượng của tín hiệu. Bộ thu RAKE có một số đầu thu có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau, sắp xếp lại các tín hiệu về mặt thời gian và cộng các tín hiệu này lại với nhau. Các tín hiệu thu được từ các luồng khác nhau sẽ được giữ lại dịch thời gian và cuối cùng được cộng lại với nhau để tạo nên một tín hiệu tốt hơn bất kỳ một thành phần tín hiệu riêng biệt nào. Sự cộng các tín hiệu lại với nhau sẽ làm tăng cường độ của tín hiệu và tăng chất lượng thông tin. Máy thu RAKE Trễ Tb giây Giữ tới Tb+DN Giữ tới Tb+DN Giữ tới Tb+DN Trễ Tb giây Trễ Tb giây Trễ Tb giây Giữ tới Tb+DN Luồng 1 Luồng 2 Luồng 3 Luồng N Coswt CT(t-D2) CT(t) CT(t-D3) CT(t-DN) Tb+DN Tb+DN Tb+DN Tb+DN Mạch quyết đinh 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. Điều khiển công suất. 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 ở mức thấp nhất cần thiết, vừa đủ để đảm bảo yêu cầu tối thiểu mà không gây ra nhiễu quá mức lên các tín hiệu khác. Như vậy sẽ đảm bảo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa (S/N) cực tiểu cần thiết tại các trạm gốc. Ta xét riêng cho từng tuyến đường lên và đường xuống như sau: Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng: Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệu ứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lượng hệ thống. Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất MS Đối với tuyến xuống điều khiển công suất : Đảm bảo phủ sóng với chất lượng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phục vụ. Tạo khả năng dàn trải lưu lượng giữa các ô có lưu lượng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với các ô có tải nặng. Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lượng hệ thống và tránh tác hại tới sức khoẻ. Công suất phát thấp. Việc giảm tỷ số Eb/N0 (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. Bộ giải mã thoại tốc độ biến đổi. CDMA tận dụng thời gian lặng trong cuộc đàm thoại để nâng cao dung lượng của hệ thống. Một bộ mã hoá/ giải mã thoại tốc độ biến thiên được sử dụng. Khi thuê bao đang đàm thoại tốc độ dữ liệu là 9600 bit/s. Khi thuê bao tạm ngừng hoặc đang nghe thì tốc độ dữ liệu giảm xuống còn 1200 bit/s. Tốc độ dữ liệu 2400 bit/s và 4800 bit/s cũng được sử dụng nhưng không thường xuyên bằng hai tốc độ trên.Tốc độ dữ liệu dựa trên hoạt động điện đàm cứ 20 ms việc quyết định tốc độ lại được thực hiện lại. Các cuộc đàm thoại thông thường có hệ số xấp xỉ 40% trên tổng toàn bộ thời gian. Máy di động giảm tốc độ dữ liệu của nó bằng cách giảm bộ phát khi bộ giải mã thoại hoạt động ở tốc độ thấp hơn 9600 bit/s. ở tốc độ 1200 bit/s chu kỳ thực hiện chỉ là1/8 tốc độ dữ liệu cao nhất. Sự lựa chọn thời gian cho chu trình này dựa trên cơ sở áp dụng thuật toán giả ngẫu nhiên. Điều này làm ngẫu nhiên hoá các thời gian thu phát của mỗi máy di động. Khi tính trung bình trên nhiều thuê bao thì công suất phát trung bình giảm xuống nhờ đó mà mức nhiễu giao thoa đến tất cả các thuê bao khác giảm xuống. Và dung lượng hệ thống được tăng lên gần gấp 2 lần. Tại trạm gốc lại sử dụng một kế hoạch hơi khác. Nó lặp lại nhiều lần cùng một mẫu bit để lấy lại được tốc độ 9600 bit/s. Công suất phát cho kênh đó được điều chỉnh để phản ánh sự lặp này, đó là cách để cho phép nhiễu giao thoa được giảm tối thiểu. 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. Chuyển giao mềm. Khi một thuê bao CDMA đi ngang qua biên giới giữa hai trạm gốc sẽ xảy ra quá trình chuyển giao mềm. Chuyển giao mềm là sự nối cuộc gọi được hoàn thành trước khi từ bỏ kênh cũ (make before break connection ). Quá trình chuyển giao này có thể thực hiện được bởi vì các cell kề nhau cùng sử dụng chung một tần số. Trong khi chuyển giao mềm xảy ra thì một BTS mới bắt đầu thông tin với MS trong khi MS vẫn còn tiếp tục thông tin với BTS cũ. MS thực hiện thông tin đồng thời với 2 BTS. Nhưng nhờ có bộ thu RAKE mà tín hiệu thu từ 2BTS được sử lý như là tín hiệu đa đường. MS kết hợp tín hiệu thu được từ 2 BTS để tạo ra tín hiệu thu không bị gián đoạn Việc hỗ trợ đồng thời này từ hai trạm gốc này còn cung cấp một lợi ích về phân tập (không gian) làm cải thiện đáng kể chất lượng truyền dẫn ở vùng rìa cell Trung tâm chuyển mạch điện thoại di động Bộ mã hoá Vocoder/chọnlựa BS1 BS1 Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu chiều ngược lại Khung thoại và số liệu đồng bộ từ MSC đến BS Khung bit điều khiển công suất của BS và tín hiệu thoại đồng bộ từ BS đến máy di động Hình 1.13 Đường kết nối trong chuyển vùng mềm Ưu điểm của chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng trong các hệ thống analog và GSM là: trong các hệ thống này thì do sử dụng các tần số khác nhau tại các cell liền kề cho nên khi MS vượt qua vùng biên một cell và đi vào vùng phủ sóng của một cell khác, thì cần được chuyển mạch tới một kênh khác trong trạm phủ sóng mới. Quá trình chuyển giao cứng này làm cho kênh lưu lượng bị ngắt quãng trong thời gian ngắn. Còn trong chuyển giao mềm thì do các kênh cùng tần số nên không phải chuyển kênh khi chuyển giao và mặt khác sự chuyển cuộc gọi sang cell khác được thực hiện trước khi kết nối hoàn toàn với trạm gốc trong cell đó. Dung lượng mềm. Mạng CDMA có thể tăng thêm cuộc gọi khi nhu cầu cấp bách mà không dẫn đến tắc nghẽn như mạng di động TDMA, FDMA. Với mạng TDMA, FDMA việc tăng thêm một thuê bao truy nhập vào mạng là không thể chấp nhận được khi tất cả các kênh truyền đều bận. Còn với mạng CDMA có thể khắc phục tạm thời bằng cách nâng mức ngưỡng qui định Eb/N0 lên cao hơn. Như vậy giải pháp này cho phép tăng thêm một số khách hàng truy nhập vào mạng và chấp nhận sự suy giảm chất lượng hệ thống. Trên lý thuyết thì Eb/N0 có thể tăng lên tuỳ ý, tuy nhiên khi vượt quá một mức ngưỡng nào đó thì nhiễu sẽ làm cho hệ thống mất ổn định, mất đồng bộ và tiếng thoại không còn rõ ràng nữa. Ngoài ra khi số thuê bao tăng quá mức, mạng CDMA sẽ điều chỉnh công suất giảm đi làm cho cell đó nhỏ đi và các thuê bao tại vùng biên sẽ thực hiện chuyển giao mềm sang các cell khác liền kề. Khả năng cân bằng tải này được gọi là dung lượng mềm (soft capacity). Như vậy nhờ việc quy hoạch về dung lượng và vùng phủ sóng mà mạng CDMA không cần kế hoạch sử dụng lại tần số. 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. 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. Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng. Tất cả các BS đều tái sử dụng 1 kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng ở tại trạm phủ sóng đối với tín hiệu của một máy di động nằm trong trạm gốc đó là tổng giao thoa tạo ra từ các máy di động nằm trong cùng một trạm phủ sóng, và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BTS bên cạnh. 2% K2 K1 6% K2 K2 K2 K2 K2 K3 0,03% Giao thoa từ BS bên cạnh Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động phải đấu tranh 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 từ tổng các máy di động trong cùng một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là tỷ số nhiễu trên giao thoa của các máy di động trong cùng một trạm gốc, (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 trên 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. 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 BTS là định hướng (tức là búp sóng anten 120o) 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. (Thật ra chỉ là 2,55 lần do sự chồng chập các anten lân cận). Giá trị Eb/N0 thấp, có tính chống nhiễu cao. Eb/N0 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/N0 tương tự như tỷ số sóng mang tạp âm của phương pháp FM analog. Do độ rộng kênh 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/N0 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/N0. Đánh giá chung về hệ thống CDMA. Đánh giá về mặt dung lượng. Trong thông tin di động tế bào, để đánh giá về dung lượng của hệ thống người ta thường dựa vào các tiêu chuẩn sau: + Số người sử dụng lớn nhất trên một độ rộng băng tần. + Số người sử dụng lớn nhất trong một tế bào. + Tổng số người sử dụng trên một vùng diện tích được bao phủ của các tế bào. Dung lượng của hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật trải phổ bị giới hạn bởi nhiễu, trong khi dung lượng của các hệ thống thông tin vô tuyến truyền thống bị giới hạn bởi số kênh tín hiệu không gây ra nhiễu nhờ sự phân tách chúng về mặt thời gian hoặc tần số. Do dung lượng hệ thống trải phổ phụ thuộc vào nhiễu nên điều khiển công suất rất quan trọng đối với dung lượng tổng cộng của hệ thống. Trong trường hợp mạng có nhiều ô, mỗi ô chia thành 3 sector và tính đến yếu tố tích cực của thoại thì dung lượng của hệ thống CDMA là lớn nhất. Dịch vụ chất lượng cao. Sự chuyển giao mềm cung cấp cho thuê bao một dịch vụ chuyển giao hoàn hảo, đạt được chất lượng thoại cao hơn ít bị rớt cuộc gọi hơn. Hệ thống thu sử dụng kỹ thuật thu đa đường làm nâng cao chất lượng tín hiệu thoại. Bộ giải mã tốc độ thay đổi cung cấp sự tái tạo thoại tốc độ cao và thoại số. Do đó có khả năng cung cấp được thoại có chất lượng cao. Bộ mã hoá tiếng nói tăng được chất lượng thoại nhờ nén tạp âm nền. Bất kỳ một tạp âm nào ở dạng hằng số, chẳng hạn như tiếng ồn..., đều có thể được loại bỏ. Tạp âm nền không đổi được bộ mã hoá xem như tạp âm không mang thông tin và nhanh chóng loại bỏ tạp âm này. Độ rõ nét của thoại trong môi trường ồn ào được tăng cường chẳng hạn như trong ô tô, hay tại những nơi công cộng ồn ào. Điều khiển công suất nghiêm ngặt. Điều khiển công suất CDMA không chỉ có khả năng tăng được dung lượng của hệ thống mà còn có khả năng tăng chất lượng thoại bằng việc giảm tới mức tối thiểu và chống lại ảnh hưởng của nhiễu. Điều khiển công suất CDMA nhằm giảm tới mức tối thiểu mức cường độ tín hiệu tổng đủ để duy trì chất lượng cuộc gọi. Sử dụng các kỹ thuật phân tập. Khả năng phát hiện và sửa lỗi cao. Khả năng bảo mật. Tín hiệu truyền đi chỉ có thể được nén phổ và khôi phục dữ liệu ban đầu khi máy thu biết mã trải phổ sử dụng để phát tin đó. Ngoài ra do CDMA xáo trộn tín hiệu khi truyền cũng làm tăng tính bảo mật. Vùng phủ sóng rộng. Giới hạn vùng phủ sóng phụ thuộc vào chất lượng cuộc thoại mà hệ thống có thể đáp ứng được, cụ thể là tỷ số C/I chấp nhận được. Trong hệ thống CDMA tỷ số này được chuyển thành tỷ số Eb/No và yêu cầu giá trị nhỏ nhất là 6.5dB. Đối với hệ thống GSM giá trị này là 12,7dB. Ta thấy rằng giá trị điểm đặt chất lượng của hệ thống CDMA là nhỏ hơn nhiều so với hệ thống TDMA. Những lý do chính để CDMA ưu việt hơn TDMA là: + CDMA khai thác lý thuyết Shannon thứ nhất để tối thiểu hoá các bit được truyền dẫn cho phép ở phạm vi lớn nhất. + CDMA khai thác lý thuyết Shannon thứ hai và thứ ba cũng như lý thuyết Nyquyst để đảm bảo công suất phát là tối thiểu, chống lại ảnh hưởng của fading. + Hệ thống CDMA cho phép sử dụng đồng thời nhiều trạm gốc và do đó có khả năng chống lại ảnh hưởng của che khuất lớn hơn. Với các kết quả này vùng phủ sóng của CDMA rộng hơn TDMA. Chi phí thấp. Giá thành hệ thống thông tin di động mạng tế bào gồm giá thành trạm gốc, cơ sở hạ tầng chi phí cho lập kế hoạch mạng và tần số, chi phí cho bảo trì hệ thống. CDMA giảm tới mức tối thiểu các trạm phát yêu cầu. Không cần phải lập kế hoạch tần số và thiết kế lại mạng, khi phát triển mạng CDMA ít gây nhiễu đến hệ thống hiện tại. Chi phí về vốn ban đầu của hệ thống CDMA cũng ít hơn do cần ít trạm gốc hơn. Thời gian đàm thoại, sử dụng pin lâu hơn, kích thước máy nhỏ hơn. Do CDMA thực hiện việc điều khiển công suất phù hợp tại bát cứ thời điểm nào. Máy di động CDMA tiêu tốn rất ít năng lượng vì thế thời gian sử dụng pin lâu hơn, thời gian đàm thoại tăng lên,trọng lượng, kích thước máy nhỏ hơn. Linh hoạt trong việc cung cấp các dịch vụ cũng như phát triển mạng. CDMA linh hoạt trong việc cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Linh hoạt trong việc phát triển và đặt kế hoạch mạng. Hơn nữa CDMA lại linh hoạt trong môi trường hoạt động. Dù trong bất kỳ một loại phương tiện chuyển động nào, trên đường phố hay trong các toà nhà, thiết kế lý thuyết CDMA đều tạo ra các đặc tính nổi trội. CDMA cũng có khả năng hoạt động đồng thời với các hệ thống khác. CDMA linh hoạt trong việc cung cấp dịch vụ, nó có khả năng cung cấp các dịch vụ mới trong tương lai, đây là điểm mạnh trong hệ thống CDMA. CDMA không chỉ được thiết kế cho truyền dẫn thoại và còn hướng tới các dịch vụ số vô tuyến khác trong tương lai. Nhu cầu về truyền số liệu bằng hệ thống vô tuyến ngày càng tăng do có sự phát triển mang tính bùng nổ của các dịch vụ như: thư điện tử (E-mail), Fax, tín hiệu video ở dạng số nén, các dịch vụ cơ sở dữ liệu và các dịch vụ số tích hợp, các dịch vụ nhắn tin đồng thời. Đây là khả năng riêng của CDMA. Hệ thống CDMA cũng có thể mở rộng băng tần lên tới 2.5MHz và nó có thể tương hợp với hệ thống CDMA 1.25MHz (hệ thống CDMA băng rộng có thể sử dụng băng tần từ 2 đến 15MHz). Dãy mã tạp âm giả ngẫu nhiên. Trong các hệ thống CDMA thì bộ tạo mã giả tạp âm là một thành phần quan trọng nhất có vai trò quyết định đến việc nhận dạng những người sử dụng khác nhau trong một hệ thống. Dãy mã giả tạp âm PN (Pseudorandom Noise) được sử dụng nhằm các mục đích sau: + Trải phổ băng rộng tín hiệu sóng mang đã được diều chế bởi dữ liệu tới một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn gấp nhiều lần. + Dùng phân biệt giữa những người sử dụng khác nhau trong cùng một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống. Tuy nhiên đối với người phát và người thu thì dãy PN không phải là một dãy ngẫu nhiên, mà nó chỉ được xem là ngẫu nhiên đối với những người còn lại đang cùng sử dụng trong hệ thống. Dãy PN được sử dụng có các tính chất sau: + Tính cân đối: Tính cân đối của dãy PN được thể hiện ở chỗ mỗi chu kỳ của dãy thì số con số 1 và 0 khác nhau nhiều nhất là 1, hay nói cách khác số con số nhị phân 1 và 0 chênh nhau nhiều nhất là 1 đơn vị. + Tính chạy: Mỗi bước chạy là một dãy các bít liên tiếp nhau có cùng một mức logic 1 hoặc 0, độ dài của một bước chạy là số bit trong bước chạy đó. Trường hợp một bit 1 hay 0 được xen giữa các bit 0 hay 1 cũng được coi là một bước chạy. + Tính tương quan: Từ một dãy mã giả tạp âm được tạo ra, ta có thể có một dãy khác được suy ra từ dãy này bằng cách dịch đi lần lượt từng vị trí bit, bit già nhất được dịch về phía bit trẻ tiếp theo, và bit trẻ nhất được dịch về phía bit già nhất. Chuyển giao mềm trong hệ thống CDMA. Mở đầu. Chuyển giao mềm khác so với chuyển giao cứng truyền thống. Trong chuyển giao cứng, quyết định chuyển giao là xác định. Chuyển giao được bắt đầu và thực hiện mà người sử dụng không có ý định thông tin đồng thời với 2 BS. Trong chuyển giao mềm, quyết định chuyển giao có kèm điều kiện, nó phụ thuộc vào sự thay đổi cường độ tín hiệu dẫn đường của hai hay nhiều BS liên quan, sau đó một trạm BS sẽ được chọn để thông tin với MS. Điều này thông thường chỉ xảy ra khi mà cường độ tín hiệu ở trạm BS này lớn hơn đáng kể so với trạm BS khác. Trong vùng trung gian, MS thông tin đồng thời với tất cả các BS có liên quan. Hệ thống CDMA với điều khiển công suất cần có chuyển giao mềm vì hệ thống này rất khó thực hiện chuyển giao cứng. Trong khi đang hoạt động, hệ thống có điều khiển công suất thường thay đổi mức công suất phát hay thu của nó. Điều khiển công suất gắn bó chặt chẽ với vấn đề chuyển giao mềm. Hệ thống thông tin di động CDMA sử dụng cả chuyển giao mềm lẫn điều khiển công suất để giảm can nhiễu. Điều khiển công suất là kĩ thuât chính để giảm hiện tượng gần xa trong hệ thống thông tin di động tế bào. Về mặt lí thuyết ta không cần phải điều khiển công suất nếu ta thiết kế được một máy thu thông minh hơn các máy thu đang được dùng hiện nay trong hệ thống CDMA, đây là một vấn đề tách sóng đa người dùng đang được nghiên cứu và phát triển trong hệ thống thông tin di động (HTTTDĐ) thế hệ 3 (3G ). Trong thực tế điều khiển công suất là (ĐKCS) là rất cần thiết để đạt được chất lượng thông tin cao. Sử dụng ĐKCS đòi hỏi sử dụng chuyển giao mềm khi mà các kênh gốc và các kênh mới có cùng băng tần. Để điều khiển công suất hoạt động đúng MS phải luôn cố gắng kết nối với các BS để từ đó MS có thể thu được tín hiệu có mức công suât cao nhất. Nêú kết nối giữa MS và BS không xảy ra, một vòng hồi tiếp điều khiển công suất dương có thể xảy ra và gây nên sự cố hệ thống. Chuyển giao mềm đảm bảo rằng MS tại một thời điểm được kết nối với BS mà từ đó nhận được tín hiệu mạnh nhất, trong khi đó chuyển giao cứng thì không có điều này. Chất lượng của hệ thống CDMA rất nhậy cảm với sự khác biệt công suất thu từ người sử dụng khác nhau từ đường xuống. Do tính không trực giao của các mã PN được sử dụng bởi những người khác nhau, tín hiệu mạnh có thể lấn át tín hiệu yếu cần thiết, dẫn đến việc phát tín hiệu này không tin cậy. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng gần xa. Trong phần này ta xét đến chuyển giao mềm sử dụng ở thông tin MS CDMA IS-95. Trong chương tiếp theo ta sẽ tập chung vào các sơ đồ điều khiển công suất cho đường lên và đường xuống. Các kiểu chuyển giao ở CDMA. Trong hệ thống CDMA thường có các loại chuyển giao sau: Chuyển giao giữa các cell (intercell) hay chuyển giao mềm (soft- handoff). Chuyển giao giữa các sector hay chuyển giao mềm hơn (intersector hay softer handoff). Chuyển giao mềm - mềm hơn (soft - softer handoff). Chuyển giao cứng (Hard handoff). Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa theo nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt”. Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các cell là chuyển giao thực hiện giữa các cell khác nhau. Chuyển giao mềm hơn hay chuyển giao giữa các sector là chuyển giao giữa các sector của cung một cell. Chuyển giao mềm. a b g a b g Cell A Cell B Chuyển giao hai đường Cell A Cell B a b g a b g Chuyển giao ba đường a b g Cell C Chuyển giao mềm Chuyển giao mềm là chuyển giao trong đó MS bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có thể thực hiện được khi cả trạm gốc và trạm mới đều làm việc ở cùng một tần số. MS thông tin với hai sector của hai cell khác nhau (chuyển giao hai đường) hoặc với ba sector của ba cell khác nhau (chuyển giao ba đường). BS điều khiển trực tiếp quá trinh xử lí cuộc gọi trong quá trình chuyển giao được gọi là BS sơ cấp. BS sơ cấp có thể khởi đầu bản tin đường xuống. Các BS khác không điều khiển xử lí cuộc gọi được gọi là các BS thứ cấp. Chuyển giao mềm được kết thúc khi BS sơ cấp hoặc BS thứ cấp bị loại bỏ. Nếu BS sơ cấp b._.bản tin tham số truy nhập (APM- Access parameter message), trong đó chứa đựng các tham số dành cho việc điều khiển kết nối giữa MS và BS. Các tham số truy nhập hệ thống bao gồm: Số kênh truy nhập. Khoảng dịch công suất danh định (NOM_PWR). Cỡ một bước thay đổi của công suất ban đầu. Cỡ một bước tăng công suất. Số lần thăm dò truy nhập hệ thống. Thời gian bị thoát giữa các lần thăm dò. Thời gian được ngẫu nhiên hoá giữa các lần thăm dò. Dựa trên thông tin được từ kênh dẫn đường, kênh đồng bộ và kênh nhắn tin, MS truy nhập hệ thống thông qua một hoặc một vài kênh truy nhập có giá trị. Trong suốt trạng thái truy nhập, MS thì chưa được cung cấp một kênh lưu lượng đường xuống (kênh mà có chứa các bít điều khiển công suất). Khi điều khiển công suất vòng kín đường lên chưa hoạt động, MS bắt đầu một mức công suất phát bất kì sao cho phù hợp với trạng thái của nó. Mục đích quan trọng nhất của hệ thống CDMA là cung cấp một mức công suất truyền thích hợp nhất. Nếu như MS phát một mức công suất lớn quá mức cần thiết thì nó sẽ trở thành nguồn gây nhiễu cho các MS khác. Vì thế MS sẽ cố gắng thiết lập với BS gần nó nhất với mức công suất thấp nhất có thể. Điều này có nghĩa là mức phát công suất của MS tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa MS và BS. Khi nhận được một tín hiệu dẫn đường mạnh, MS sẽ truyền lại một tín hiệu yếu tới BS. Một tín hiệu dẫn đường mạnh cho ta thấy suy hao truyền dẫn là nhỏ trên đường xuống. Ta thừa nhận rằng suy hao theo đường lên cũng tương tự như đường xuống, vì thế khi truyền công suất lên ta cần chỉ bù một lượng công suất rất nhỏ cho phần suy hao đường truyền nói trên. Khi nhận được một tín hiệu dẫn đường yếu từ trạm gốc, MS sẽ truyền trở lại BS một tín hiệu mạnh. Tín hiệu yếu ở MS chứng tỏ suy hao truyền dẫn là lớn, vì thế yêu cầu mức công suất truyền ở MS phải lớn để bù lại lượng suy hao của quá trình truyền. Ta có thể xác định mức công suất phát của MS tới BS trong lần thăm dò truy nhập đầu tiên theo công thức sau: Tx = -Rx-Tx +(NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT)+INIT_PWR (dBm). Trong đó: Tx là mức công suất phát. Rx là giá trị công suất nhận được từ BS. NOM_PWR là công suất điều chỉnh danh định. NOM_PWR_EXT là công suất danh định chuyển giao mở rộng. INT_PWR là giá trị công suất điều chỉnh ban đầu. K=72 đối với hệ thống thông tin di động tế bào. K=76 đối với hệ thống PCS. Nếu giá trị INT_PWR=0 thì NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT sẽ hiệu chỉnh để đảm bảo công suất thu phù hợp tại BS. NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT cho phép ta đánh giá quá trình vòng hở được điều chỉnh cho các môi trường khai thác khác nhau. Các giá trị NOM_PWR, NOM_PWR_EXT, INT_PWR và kích cỡ bước của một lần thăm dò – PWR_STEP là các thông số hệ thống được xác định ở các bản tin thông số truy nhập (APM). Các tham số này thì được sử dụng bởi BS trước khi truyền đi. Nếu như các giá trị của NOM_PWR và NOM_PWR_EXT trong các bản tin EHDM- Extended handoff direction message và bản tin GHDM- General handoff direction message thay đổi thì MS sẽ sử dụng giá trị NOM_PWR và NOM_PWR_EXT từ các bản tin nói trên. Toàn bộ phạm vi điều chỉnh của NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT là từ -24dB đến +7dB. Khi hoạt động ở băng 0, giá trị NOM_PWR _EXT được thiết lập là 0, vì thế toàn bộ dải hiệu chỉnh sẽ nằm từ -8dB đến +7dB. Phạm vi của tham số INT_PWR nằm từ –16dB đến 15dB với giá trị danh định là 0dB. Dải thông số PWR_STEP là từ 0 đến 7dB. Độ chính xác của công suất phát trung bình nhờ NOM_PWR, NOM_PWR_EXT, INT_PWR hay một hiệu chỉnh thăm dò truy nhập PWR_STEP phải là ±5dB hay 20%. Khuyết điểm chủ yếu của tiêu chuẩn này là các thống kê đường truyền lên được đánh giá trên cơ sở đường truyền xuống. Nhưng hai đường truyền này không tương qua, vì thế có thể xảy ra sai số lớn ở thủ tục này. Tuy nhiên các sai số sẽ được hiệu chỉnh nhờ thực hiện điều khiển công suất vòng kín khi MS chiếm một kênh lưu lượng và bắt đầu xử lí các bit điều khiển công suất. Sau khi kết thúc cửa sổ thời gian công nhận Ta, MS đợi thời gian ngẫu nhiên và tăng công suất phát một nấc. MS lại thử một lần nữa, quá trình này lặp lại cho đến khi MS nhận được tín hiệu trả lời từ BS. Tuy nhiên tồn tại một số lần cực đại trên từng chuỗi thăm dò và chuỗi thăm dò cực đại trên mỗi lần thử truy nhập được gọi là truy nhập thăm dò (Probe access) MS phát cùng một bản tin trong các lần truy nhập thăm dò ở một lần thử truy nhập. Mỗi lần truy nhập thăm dò chứa một số kênh truy nhập và bao kênh truy nhập. Trong một lần thử truy nhập, các truy nhập thăm dò được nhóm thành các chuỗi thăm dò truy nhập. Mỗi chuỗi này bao gồm 16 lần thăm dò, tất cả đều được phát trên một kênh truy nhập. 1 2 15 (Max) Backoff Delay Probe Sequence Probe # 1 Probe # 2 Probe # 3 Probe # 16 Acknowlegment Window (Ta) Random time (RT) Acess Preamble Message Capsule 1-16 Frames 3-16 Frames Thăm dò truy nhập trong điều khiển công suất vòng hở Có hai lí do chính có thể dẫn đến MS không được chấp nhận sau khi phát một thăm dò là: Mức công suất phát có thể không đủ. Khi này chiến lược tăng bước công suất phát sẽ được áp dụng. Có thể có va chạm do nhiều MS ngẫu nhiên cùng một kênh truy nhập, khi này thời gian đợi ngẫu nhiên sẽ giảm thiểu xác suất các va chạm có thể xảy ra. Ta có mức công suất truyền thì được xác định như sau: Tx= -Rx-K+ (NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT)+Sum of Acess Probe Corrections. Trong đó việc hiệu chỉnh thăm dò truy nhập là tổng của tất cả các mức tăng công suất trước khi nhận được tín hiệu báo nhận từ BS. Thời gian trễ lùi (Back-off Delay) được tạo ra ngâu nhiên giữa các chuỗi thăm dò truy nhập. Định thời giữa các thăm dò truy nhập của một chuỗi thăm dò truy nhập cũng được tạo ra ngẫu nhiên. Sau khi phát một thăm dò truy nhập, MS đợi một khoảng thời gian là Ta. Nếu tín hiệu báo nhận được thu tại MS thì quá trình thâm nhập kết thúc. Ngược lại quá trình thăm vẫn tiếp tục được diễn ra cho đến khi MS nhận được tín hiệu báo nhận mới thôi. Tx Initial Power Innitial Power +Open-Loop correction Open-Loop Correction Access Probe Quá trình thăm dò Nếu MS không thu được tín hiệu báo nhận trong một lần thử thâm nhập, thì lần thâm nhập đó coi như bị lỗi và MS sẽ cố gắng truy nhập hệ thống bằng lần thâm nhập khác. Nếu MS nhận được tín hiệu báo nhận từ trạm gốc, nó bắt đầu với việc đăng kí và các thủ tục ấn định kệnh lưu lượng. Việc truyền dẫn đầu tiên trên kênh lưu lượng đường lên sẽ được xác định bởi công thức tính công suất truyền như trên MS tương thích với toàn bộ dải kết hợp các thông số dịch ban đầu, NOM_PWR và các hiệu chỉnh thăm dò truy nhập ít nhất là ±32 dB cho MS hoạt động ở băng loại 0 và ±40 dB cho MS hoạt động ở băng loại 1. Các nguồn gây ra sai số ở điều khiển công suất vòng hở đó là: Do có tính tương hỗ giữa đường lên và đường xuống. MS sử dụng tổng giá trị các công suất nhận được để điều khiển công suất trong đó có các công suất được nhận từ các BS khác. Thời gian đáp ứng chậm- 30ms để chống lại hiện tượng fadinh nhanh do hiệu ứng đa đường. Điều khiển công suất vòng kín. Các nguồn gây ra fading trong hiệu ứng đa đường đòi hỏi điều chỉnh công suất phải nhanh hơn nhiều so với điều chỉnh công suất vòng hở. Các điều chỉnh công suất bổ xung để bù trừ tổn hao fading được xử lí bởi cơ chế điều chỉnh công suất vòng kín đường lên với thời gian đáp ứng 1.25 ms cho các bước 1 dB và dải rộng 48 dB (cho ba khung). Thời gian đáp ứng nhanh hơn cho phép cơ chế điều khiển công suất vòng kín vượt trội so với cơ chế điều khiển công suất vòng hở trong các ứng dụng thực tế. Ngoài cả hai cơ chế điều khiển công suất cho phép đạt được dải động ít nhất là 80 dB. Điều khiển công suất vòng kín đảm bảo hiệu chỉnh cho điều khiển công suất vòng hở. Sau khi đã khởi động các kênh lưu lượng, mỗi khi thu được bit điều khiển công suất trong kênh con điều khiển công suất (được ghép chung với kênh lưu lượng) bằng “1”, trạm di động giảm công suất một bứơc định trứơc (1 dB). Ngược lại nếu thu được bit điều khiển công suất bằng “0” trạm di động tăng công suất một bước định trước (1 dB). Các lần điều chỉnh công suất này được gọi là hiệu chỉnh công suất vòng kín vì quyết định tăng giảm công suất được thực hiện trên cơ sở đánh giá công suất thu được tại trạm gốc. Cơ chế điều khiển công suất vòng kín đường lên bao gôm hai phần: điều khiển công suất vòng trong và điều khiển công suất vòng ngoài. Điều khiển công suất vòng trong giữ cho MS gần với giá trị (Eb/It)setpoint đích, trong khi đó điều khiển công suất vòng ngoài điều chỉnh (Eb/It)setpointđích đối với một MS. 1 PCG=1.25 ms Gated on PCG Gated off PCG Để hiều được hoạt động của điều khiển công suất vòng kín, ta xét tổng quan cấu trúc của kênh lưu lượng đường xuống và hoạt động của nó. Vùng quan tâm ở đây là đầu ra của bộ ghép xen và đầu vào của MUX. Kênh con điều khiển công suất được phát liên tục trên kênh lưu lượng đường xuống. Kênh con này có tốc độ là 800 bit/s. Vì thế bit điều khiển công suất được phát cứ 1.25ms một lần. Khung 20 ms được tổ chức thành 16 đoạn thời gian có độ dài như nhau bằng 1.25 ms và được gọi là các nhóm điều khiển công suất (PCG: power control group). Như vậy mỗi khung có 16 PCG. Trước khi phát luồng số đầu ra của bộ ghép xen kênh lưu lượng đường xuống được bật tắt bằng một bộ lọc thời gian. Bộ lọc thời gian này cho phép truyền dẫn một số ký hiệu và xoá các ký hiệu khác. Chu kì bật thay đổi cùng với tốc độ bit truyền dẫn (phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của bộ mã hoá tiếng và tích cực tiếng). Tốc độ khung Tốc độ bit Số PCG Toàn tốc 9.6 16 1/2 4.8 8 1/4 2.4 4 1/8 1.2 2 Việc ấn định các nhóm được bật và các nhóm bị tắt phụ thuộc vào bộ ngẫu nhiên hoá cụm số liệu (DBR: Data Burst Randomizer). Tại BS, máy thu đường lên đánh giá cường độ tín hiệu thu bằng cách đo Eb/It trong mỗi nhóm điều khiển công suất (1.25 ms). Nếu cường độ tín hiệu vượt quá giá trị đích, bit điều khiển công suất giảm bằng 1 được phát. Trái lại bit điều khiển công suất tăng bằng 0 được phát đến MS qua kênh con điều khiển công suất trên kênh lưu lượng đường xuống. Tương tự như truyền dẫn đường lên, truyền dẫn đường xuống cũng được tổ chức thành các khung 20 ms. Mỗi khung được chia thành 16 nhóm điều khiển công suất. Bit điều khiển công suất được thực hiện trên kênh lưu lượng đường đường xuống trong PCG thứ hai sau PCG đường lên mà tại đó cường độ tín hiệu được đánh gía. Chẳng hạn nếu cường độ tín hiệu được đánh giá ở PCG 2 ở một khung đường lên thì bit điều khiển công suất tương ứng phải được phát ở PCG 4 của khung đường xuống . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Reverse Link Frame Forward Link Frame Khi MS thu và xử lí kênh đường xuống, nó lấy ra các bit điều khiển công suất từ kênh lưu lượng này. Sau đó các bit này cho phép MS điều chỉnh công suất phát đường lên. Trên cơ sở bit điều khiển công suất thu được từ BS, MS hoặc tăng hoặc giảm công suất phát ở kênh lưu lượng đường lên để đạt giá trị tại điểm thiết lập của Eb/It đích. Giá trị này điều chỉnh FER dài hạn. Mỗi bit điều khiển công suất này tạo ra thay đổi 1 dB gần hơn đến giá trị đích. Lưu ý rằng có thể không thành công vì It luôn luôn thay đổi. Vì thế phải điều chỉnh tíêp để đạt được Eb/It theo yêu cầu. Thông qua MS, BS có thể trực tiếp thay đổi chỉ Eb hoặc It riêng rẽ. BS đánh giá Eb/It 16 lần trong mỗi khung 20 ms. Nếu đo được Eb/It lớn hơn giá trị Eb/It hiện thời, BS thông báo MS giảm đi 1 dB. Trái lại BS lệnh cho MS tăng thêm 1 dB. Quan hệ giữa Eb/It và FER tương ứng là phi tuyến và thay đổi theo tốc độ xe và môi trường truyền dẫn. Chất lượng giảm khi tốc độ xe tăng. Chất lượng tốt nhất ứng với khi xe không chuyển động, lúc này nhiễu chủ yếu là tạp âm trắng Gauss. Như vậy một giá trị Eb/It duy nhất không thoả mãn cho mọi điều kiện. Việc sử dụng giá Eb/It duy nhất có thể giảm lưu lượng 30% hay nhiệu hơn nữa do phát quá nhiều công suất không cần thiết. Giá trị biến thiên a được duy trì rất nhỏ để phải mất 35 khung mới giảm điểm thiết lập Eb/It 1 dB. Hình. Thông thường giá trị 100 a được đặt bằng 3 dB. Giá trị điểm thiết lập giảm a ở mỗi khung tiếp theo cho đến khi xảy lỗi khung. Khi này điểm thiết lập được tăng một lượng khá lớn và quá trình được thiết lập. Điểm thiết lập có thể thay đổi từ 3 cho đến 10 dB. Giá trị Eb/It ³ 5 dB tương ứng với chất lượng thoại tốt. 1.25 ms Eb Mobile Transmit Power (dBm) Target Eb/It It Eb/It setpoint Next Eb/It setpoint Time Giá trị Eb/It đích. Vì FER là số đo trực tiếp chất lượng đường truyền, hệ thống cần điều khiển nên sử dụng FER hơn là Eb/It. FER là thông số quan trọng để điều khiển và đảm bảo chất lượng thoại tốt. Vi thế chỉ duy trì Eb/It thì chưa đủ mà còn phải điều khiển FER khi chúng xảy ra. Mục tiêu của điều khiển công suất đường xuống vòng ngoài (ROLPC: Reverse Outer Loop Power Control) là cân bằng FER ở đường xuống và dung lượng hệ thống. Dung lượng của hệ thống có thể điều chỉnh bằng các thông số của ROLPC bằng cách tăng FER đến mức cho phép. Thay đổi FER có thể thực hiện bằng cách thiết lập tỷ số giữa down_frr và up_frr. down_frr đựoc hệ thống tính toán bằng cách sử dụng FER cần thiết đường lên (r_fer) và up_frr như sau: Down_frr= (rfer x up_frr)/2 Dựa trên các mô phỏng, các giá trị up_frr sau đây được đề xuất: Nếu (0.2%ÊrferÊ0.4%) thì up_frr=6000. Nếu (0.6%ÊrferÊ1.0%) thì up_frr=5000. Nếu (1.2%ÊrferÊ2.0%) thì up_frr=3000. Nếu (2.2%ÊrferÊ3.0%) thì up_frr=1000. Bảng 10.3 và 10.4 liệt kê dải và các giá trị mặc định của các thông số khác nhau cho RS1 và cho RS2. Bảng 10.3: các thông số ROLPC cho RS1. Thông số Dải Giá trị đề xuất Giải thích thông số Rfer 1 0.2-3.0% 1% FER đích đường lên (rfer) (Eb/It)nom1(dB) 3.5-8.0dB 6.5dB (Eb/It)setpoint ban đầu (Eb/It)max1(dB) 5.5-9.5dB 8.5dB (Eb/It)setpoint cực đại (Eb/It)min1(dB) 3.0-5.8dB 3.5dB (Eb/It)setpoint cực tiểu Bảng 10.4: các thông số cho ROLPC cho RS2. Tham số Phạm vi Giá trị đề xuất Giải thích các thông số Rfer 2 0.2-0.6% 1% FER đích đường lên. (Eb/It)nom1(dB) 3.8-8.3dB 6.8dB (Eb/It)setpoint ban đầu (Eb/It)max1(dB) 5.8-9.8dB 8.8dB (Eb/It)setpoint cực đại (Eb/It)min1(dB) 3.0-5.8dB 3.8dB (Eb/It)setpoint cực tiểu Điều khiển công suất vòng trong cũng chịu trách nhiệm phát hiện MS, không thể tác động lên điều khiển công suất và có thể gây nhiễu cho các MS khác. BS đếm số lần phát lệnh giảm công suất liên tục và nếu đếm vượt quá giảtị ngưỡng qui định, BS sẽ phát bản tin khoá đến khi tắt bật lại nguồn MS. Bản tin này cấm MS cho đến khi nó tắt và bật lại nguồn. Công suất phát trung bình ở kênh lưu lượng đường lên với cả điều khiển công suất vòng hở và vong kín được xác định như sau: Tx=-Rx-K+(NOM_PWR-16 x NOM_PWR_EXT) + INIT_PWR + tổng công suất của các lần hiệu chỉnh thăm dò. Initialize Eb/It Set point to (Eb/It) Measure Eb/It on PCG (1.25 ms) Order mobile to power up 1 dB (Eb/It)m>set point Order mobile to power down 1 dB No Yes No.of Commands>threshold No Yes Send a lock until Power Cycle message to mobile One Frame Received Calculate new (Eb/It) set point Outer Loop (20 ms) Inner Loop (Every 1.25 ms) No Yes Lưu đồ điều khiển công suất vòng kín hướng lên. + tổng tất cả hiệu chỉnh điều khiển công suất vòng kín. Điều khiển công suất đường xuống. Điều khiển công suất đường xuống (FLPC: Forward Link Power Control) nhằm giảm nhiễu giao thoa đường xuống. FLPC không chỉ hạn chế ở nhiễu trong ô mà đặc biệt hiệu quả trong việc giảm nhiễu ô khác hoặc cung khác. Hệ thống CDMA IS 95 có thể điều khiển công suất đường xuống dựa trên báo cáo về tỉ lệ từ trạm di động. Để thực hiện điều khiển công suất ở đường xuống, trạm gốc định kì giảm công suất phát đến trạm di động. Set (ffer)r and Timer Measure ffer (ffer)m (ffer)m<(ffer)r Timer Has Expired Report Measurement Repeat Process No Yes No Yes Lưu đồ điều khiển công suất đường xuống Việc giảm công suất này tiếp diễn đến khi trạm di động yêu cầu tăng công suất do nhận thấy sự tăng tỷ số lỗi khung (FER: frame error rate). Lúc đó. Trạm gốc sẽ tăng công suất lên một bước qui định trước (0.5 dB chẳng hạn). Việc tăng hay giảm công suất được thực hiện một lần ở khung thoại. Như vậy điều khiển công suất ở đường xuống chậm hơn điều khiển công suất ở đường lên (lệnh điều khiển công suất đường lên trong CDMA IS 95 được phát đi 1.25 ms một lần). Vì FER được đo nên quá trình này trực tiếp phản ánh chất lượng thoại. Tuy nhiên quá trình này chậm hơn nhiều. Vì các mã trực giao Walsh được sử dụng cho đường xuống nên nhiễu giao thoa không phải là vấn đề quan trọng nhất. Vì thế đo chậm không làm tăng đáng kể giảm chất lượng hệ thống. Công suất được điều khiển ở các thông số N, D, U và V. Các thông số này có thể điều chỉnh được đến các giá trị khác nhau cho hoạt động của một hệ thống thực tế. Đối với RS1, bản tin báo cáo đo công suất (PRMR) chứa các khung thu được bị lỗi và tổng số khung thu được trong khoảng thời gian báo cáo (sau đó các bộ đếm khung được khởi đầu cho khoảng thời gian đo tiếp theo). FER bằng số khung lỗi chia cho tổng số số khung thu trong khoảng thời gian báo cáo. Các bước điều khiển công suất đối với RS1 được cho như hình sau: N Frames U(dB) V(dB) D(dB) FER<fer-small PMRM Not Received FER Too High FER>fer_big FER Too High Fer_small<FER<fer_big Key Parameters N=80 frames D=0.25 dB U=1.0 dB V=2.0 dB. Time Traffic Channel Digital Gain Điều khiển công suất đường suống cho RS1 Hoạt động của MS: MS theo dõi số khung lỗi trong khoảng thời gian bằng pwr_rep_frame Nếu số khung lỗi lớn hơn số quy định, MS sẽ phát PRMR chứa: Tổng số khung trong pwr_rep_frame. Số khung lỗi trong pwr_rep_frame. Nếu các khung lỗi nhỏ hơn giá trị quy định. PMRM không được phát. Sau khi phát PMRM, MS đợi trong khoảng pwr_rep_delay trước khi khởi đầu một chu kì mới. Hoạt động của BS: Khi thu được PMRM, BS so sánh FER được báo cáo và điều chỉnh công suất. FER nhỏ hơn fer_small: giảm công suất một lượng là D. Fer_small<FER<fer_big: tăng công suất một lượng là U. FER>fer_big: tăng công suất một lượng là V. Nếu không nhận được PMRM: BS bắt đầu định thời fpc_step. Khi định thời chạy hết, công suất giảm một lượng là D. Định thời khởi động lại sau khi chạy hết và sau khi thu đựoc PMRM. Khuyếch đại số không bao giờ được đặt thấp hơn min_gain hay cao hơn max_gain. Nếu flpc_enable = 0, khuyếch đại số đặt vào nom_gain. Đối với RS2, 1 bit trên khung đương lên (E hay bit xoá) đựoc dành riêng để thông báo BS rằng khung đường xuống mới nhất thu được ở MS không bị lỗi. Điều này cho phép điều khiển đường xuống chính xác và nhanh hơn so với sơ đồ sử dụng cho RS1. Dưới đây là cac bước điều khiển công suất đường xuống cho Traffic Channel Digital Gain Time Bad Traffic frame Received with Erasure Bit Unknown Good traffic Frame Received with Erasure Bit False Down_adj 20 ms Good Traffic Frame Received with Erasure Bit True Up_adj Điều khiển công suất đường xuống cho RS2 : Sử dụng chỉ thị xoá bit thay cho PMRM. Nhanh hơn RS1 rất nhiều. Điều khiển công suất đường xuống có thể thay đổi 2 khung một lần, như vậy tốc độ đáp ứng của nó rất nhanh. Quá trình: Trong mỗi khung, MS phát đi một bit chỉ thị xoá để chỉ ra rằng khung đường xuống trước có bit xoá hay không. Nếu BS nhận được chỉ thị xoá từ MS, nó tăng khuyếch đại số kênh lưu lượng lên một lượng là dn_adj. Bảng sau sẽ liệt kê các giá trị của các thông số cho điều khiển công suất đường lên và đường xuống đối với RS1 và RS2. Các thông số Dải Giá trị đề xuất Mô tả FER 0.2-3% 1% FER đích đường xuống Fer_small 0.2-5% 2% Ngưỡng dưới của FER đường xuống. FER tối thiểu cần thiết để tăng khuyếch đại lên U Fer_big 2-10% 6% Ngưỡng trên của FER đường xuống. FER tối thiểu cần thiết để tăng khuyếch đại lên V lần. Min_gain 34-50 40 Giá tri khuyếch đại nhỏ nhất kênh lưư lượng số. Max_gain 50-108 80 Giá trị khuyếch đại lớn nhất kênh lưu lượng số Nom_gain 34-108 57 Giá trị khuyếch đại danh định kênh lưu lượng số. Fpc_step 20-5000ms 1600ms Giá trị định thời điều khiển công suất được xác định khi hệ số khuyếch đại tăng D lần. Tham số Phạm vi Giá trị đề xuất Mô tả FER 0.2-6% 1% FER đích đường xuống Up_adj 1-50 15 Tăng khuyếch đại khi thấy có bit xoá Dn_adj --------- Không áp dụng Giảm khuyếch đại khi không có bit xoá Min_gain 30-50 30 Khuyếch đại số tối thiểu kênh lưu lượng Max_gain 50-127 80 Khuyếch đại số cực đại kênh lưu lượng Nom_gain 40-108 80 Khuyếch đại số danh định kênh lưu lượng. Kết luận. Hiện nay công nghệ CDMA đã được triển khai tại Việt Nam với thương hiệu là S-Fone. Tuy bước đầu còn gặp khó khăn về mặt kết nối với các mạng di động cũ cũng như vùng phủ sóng còn chưa thật rộng. Xong nhìn chung, mạng CDMA đã chứng tỏ đựơc những ưu điểm vượt bậc của mình so với các hệ thống di dộng cũ GSM của MobiFone và VinaFone. Việc mạng CDMA kết nối nhắn tin thành công với VinaFone và MobiFone vừa qua đã đánh dấu bước khởi đầu vững chắc của S-Fone. Với nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao, không chỉ đơn thuần dùng máy điện thoại để nghe mà kèm theo đó một loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác. Một số dịch vụ như: Truyền hình ảnh, truyền nhạc, truyền video, Fax, truy cập Internet…đòi hỏi phải có tốc độ truyền cao tương ứng với băng thông truyền phải rộng. Việc thử nghiệm mạng GPRS của hệ thống GSM tại Việt Nam vừa qua đã bộc lộ hạn chế, ngược lại đối với dịch vụ truy cập Internet của S-Fone được dư luận đánh giá là rất tốt, không có tình trạng nghẽn mạng hay rớt cuộc gọi… Vì vậy có thể nói rằng việc áp dụng công nghệ CDMA trong hệ thống thông tin di động tại Việt Nam là khả quan và đầy triển vọng. Trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp, em đã trình bày những nét chính về hệ thống CDMA. Trong đó trọng tâm tìm hiểu về khả năng chuyển giao mềm và điều khiển công suất trong hệ thống CDMA dùng tiêu chuẩn IS 95. Tuy đồ án chưa thật hoàn chỉnh nhưng đã đề cập đến một trong những ưu điểm nổi trội của hệ thống CDMA đó là: khả năng chuyển giao mềm và điều khiển công suất-một trong những khác biệt lớn nhất của hệ thống CDMA so với các hệ thống thông tin di động khác. Đồ án mới chỉ dừng lại ở mức lí thuyết cần phải được kiểm nghiệm trong thực tế, tuy nhiên nó cũng đã tạo cho em một số hiểu biết nhất định về hệ thống CDMA để từ đó có khả năng tiếp thu công nghệ này trong thực tế một cách đễ dàng hơn và đó cũng là mục tiêu chính của em khi viết đồ án này. Phụ lục 1. Bảng tra cứu từ viết tắt. A AD,ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số AC,AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực ASP Access Switching Processor Điều khiển chuyển mạch truy nhập ASS Access Switching Subsystem Phân hệ chuyển mạch truy nhập AES Aplication Entity Subsystem Phân hệ ứng dụng B BCCH Broadcast Control Channel Kênh quảng bá điều khiển BCP BTS Corntol Processor Bộ xử lý điều khiển BTS. BS Base Station Trạm gốc BSC Base Station Controler Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Phân hệ phát thu của trạm gốc BIN BTS Interconnecton Network Mạng liên kết BTS BSMP Base Station Manager Processor Bộ xử lý điều hành quản trị trạm gốc. C CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CODEC Code and DeCode Mã hoá và giải mã CCP Call Control Processor Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi. CIN CDMA Inter Network Mạng liên kết. CKD Clock Distributor Bộ phân chia đồng hồ. CCS Central Control Subsystem Phân hệ điều khiển trung tâm CD CDMA Digital Block Khối xử lý số. D DCS Data Communication Sybsytem Phân hệ thông tin số liệu DS-CDMA Direct Sequence-CDMA Trải phổ trực tiếp DBS Database Subsystem Cơ sở dữ liệu. F FDMA Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số Access FH-CDMA Frequency Hopping Trải phổ nhẩy tần FFH Fast Frequency Hopping Nhẩy tần nhanh G GSM Global System for Mobile Thông tin di động toàn cầu Communication GOS Grade of Service Cấp độ phục vụ GPS Global Positionning System Đồng hồ hệ thống H HLR Home Location Register Bộ đăng ký định vị thường trú. I ISDN Integrated Service Digital Mạng số đa dịch vụ Network INS Interconnection Network Phân hệ mạng liên kết. Subsystem K KC Ciphering Key Khoá mật mã Ki Subscriber Anthentication Key Khoá nhận thực thuê bao L LAI Location Area Số nhận dạng vùng định vị LRS Location Register Subsystem Phân hệ đăng ký vị trí. LRP Location Register Processor Xử lý đăng ký vị trí LSI Local Service Interface Giao diện dịch vụ địa phương M MAP Mobile Application Part Phần ứng dụng di động MS Mobile station Trạm di động MSC Mobile Service Switching Center Tổng đài di động MUX Multiplexer Bộ ghép kênh N NMC Network Management Center Trung tâm quản lý mạng NIS Network Interface Subsystem Phân hệ phối ghép mạng. NTP Number Translation Processor Số xử lý truyền dẫn O OSI Open System Interconnection Liên kết hệ thống mở OSS Operation and Support Subsystem Phân hệ khai thác và hỗ trợ OCP Operation Control Processor Xử lý điều khiển hoạt động OMS Operation & Maintenace Phân hệ khai thác và bảo dưỡng. Subsystem P PN Pseudo Noise Mã giả tạp âm (giả ngẫu nhiên) PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch điện thoại công Network cộng R RF Radio Frequency Block Khối tần số vô tuyến S SFH Slow Frequency Hopping Nhẩy tần chậm SMC Short Message Center Trung tâm bản tin ngắn T T-SW Time Switch Thời gian chuyển mạch TSB Transcoder & Selector Bank Bộ chuyển mã và chọn. V VLR Visited Location Register Bộ ghi định vị tạm trú Phụ lục 2. Giải thích một số thuật ngữ có trong đồ án. Kênh truy nhập: kênh CDMA đường lên được MS sử dụng để thông tin với BS. Kênh này được sử dụng để trao đổi các bản tin báo hiệu ngắn như: khởi xướng cuộc gọi, trả lời tìm gọi và đăng kí. Kênh truy nhập là kênh truy nhập ngẫu nhiên được chia theo các khe. Chế độ tích cực: là trạng thái của UE khi đang xử lí cuộc gọi. Thăm dò truy nhập: một lần phát kênh truy nhập gồm có tiền tố và một bản tin. Lần phát này có độ là số nguyên các khung và phát đi một bản tin truy nhập. Chuỗi thăm dò truy nhập: chuỗi một hay nhiều thăm dò truy nhập trên kênh truy nhập. Kênh dẫn đường phụ: tín hiệu trải phổ trực tiếp không được điều chế được BS phát liên tục. Kênh dẫn đường phụ cần thiết cho các ứng dụng tạo búp tia anten và cung cấp tham số chuẩn pha cho điều chế, giải điều chế nhất quán các kênh CDMA đường xuống liên quan đến kênh dẫn đường phụ này. Tập tích cực: là các tập liên kết vô tuyến đồng thời tham dự vào dịch vụ thông tin đặc thù giữa UE và điểm truy nhập UTRAN. Công suất phát trung bình: là công suất máy phát trung bình nhận được trên một đoạn thời gian qui định gồm cả thời gian không phát. Công suất phát trung bình trên kênh lưư lượng: là trung bình của tổng công suất được phát trên toàn bộ khoảng thời gian phát. Kênh dẫn đường phân tập phát phụ: kênh dẫn đường phân tập phát đi cùng với kênh dẫn đường phụ. Kênh dẫn đường phụ và kênh dẫn đường phân tập phát phụ cung cấp tham chuẩn pha cho giải điều chế các kênh CDMA đường xuống đi cùng với kênh dẫn đường phụ và kênh sử dụng phân tập phát. Loại băng: tập các kênh tần số và sơ đồ đánh số cho các kênh này. Trạm gốc: trạm cố định được thông tin với trạm di động. Phụ thuộc vào ngữ cảnh, thuật ngữ BS có thể hiểu là ô, một đoạn ô, MSC hay một phần khác của hệ thống vô tuyến. Chế độ truy nhạp cơ sở: chế độ được sử dụng trên kênh truy nhập tăng cường mà ở đó trạm di động phát tiền tố kênh truy nhập tăng cường theo phương pháp giống như được sử dụng trên kênh truy nhập. Kênh quảng bá: kênh mã ở kênh CDMA đường xuống được sử dụng để phát thông tin điều khiển và tìm gọi từ BS đến MS. Kênh CDMA: tập kênh được phát giữa BS và MS ở phân bổ tần số CDMA cho trước. Tần số ứng cử: tần số được BS định nghĩa ở tập tìm kiếm khi tìm kiếm các tần số khác trong quá trình chuyển giao với hỗ trợ của MS. Số kênh CDMA: một số 11 bit tương ứng với trung tâm ấn định tần số CDMA. ấn định tần số CDMA: đoạn phổ 1,23 hay 3,69 MHz. Đối với các hệ thống tổ ong CDMA kênh này có tâm ở một trong số các kênh 30 kHz của hệ thống tổ ong tương tự. Đối với hệ thống thông tin cá nhân CDMA, kênh này có tâm ở một trong số các kênh 50 kHz. Hệ thống thông tin cá nhân CDMA: toàn bộ hệ thống đảm bảo các dịch vụ thông tin các nhân theo tiêu chuẩn CDMA. Tốc độ chip: tương ứng với tốc độ trải phổ của kênh. Kênh mã: kênh con của CDMA đường xuốn. Mỗi kênh sử dụng một hàm Walsh trực giao hay hàm tựa trực giao. CDMA: kỹ thuật thông tin số đa truy nhập trải phổ để tạo ra các kênh bằng cách sử dụng các chuỗi mã duy nhất. Kênh ấn định chung: kênh chung đường xuống được BS sử dụng để công nhận MS truy nhập kênh truy nhập tăng cường và ở chế độ dành trước để phát địa chỉ kênh điều khiển chung đường lên và kênh điều khiển công suất chung liên kết. Kênh điều khiển công suất chung: kênh chung đường xuống đẻ phát các bit điều khiển công suất đến các trạm MS. Kênh điều khiển công suất chung được được sử dụng bởi MS hoạt động ở chế độ truy nhập được điều khiển công suất hay ở chế độ truy nhập dành trước. Nhóm điều khiển công suất: khoảng thời gian 1.25ms, 2.5 ms hay 5 ms ở lệnh điều khiển công suất chung mang thông tin điều khiển công suất đến các MS. Kênh con điều khiển công suất: kênh con điều khiển công suất được BS sử dụng để điều khiển công suất một MS hoạt động ở chế độ truy nhập được điều khiển công suất hay chế độ dành trước trên kênh điều khiển chung đường lên. Cell: là một vùng địa lí mà UE có thể nhận dạng được trên cơ sở thông tin nhận dạng được phát quảng bá từ điểm truy nhập dịch vụ của UTRAN. Kênh chung: là một kênh không dành riêng cho một UE. Kênh điều khiển: là một kênh lôgic mang thông tin điều khiển hệ thống Tài liệu tham khảo. PhDr, Vyjay K. Garg IS – 95 and CDMA 2000, Prentice Hall PTR, 2000 TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, Thông tin di động thế hệ ba, trung tâm thông tin Bưu Điện, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2002 Nhóm cán bộ kỹ thuật LGIC, Công nghệ CDMA và ATM, Nhà xuát bản Thanh Niên- 1996. TS Nguyễn Phạm Anh Dũng, CdmaOne và CDMA2000, trung tâm thông tin Bưu Điện, Nhà xuất bản Bưu Điện, 2003 mục lục ._.