Đề tài Tổng quan tìm hiểu kỹ thuật trải phổ CDMA trong thông tin di động

Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Lương Thị Thuận TÌM HIỂU KỸ THUẬT TRẢI PHỔ CDMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Cương HÀ NỘI - 2005 Lương Thị Thuận 1 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA TÓM TẮT NỘI DUNG Công nghệ CDMA đã được tìm hiểu từ những năm 90 đến nay, đã trở nên phổ biến và là nền tảng để phát triển các thế hệ thông tin di động thế hệ 3G. Nó đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới. Công nghệ CDMA là nội dung chính của bản khoá luận này. Trong khoá luận này, em trình bày tổng quan về mạng thông thông tin di động bao gồm: những nét đặc thù, lịch sử và xu hướng phát triển của thông tin di động, khái quát về 3 phương pháp đa truy nhập là: FDMA, TDMA, CDMA. Các kỹ thuật trải phổ cụ thể, như: kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp, nhảy tần, nhảy thời gian và các hệ thống lai. Các kỹ thuật khác trong trải phổ như: dãy mã giả ngẫu nhiên và vấn đề đồng bộ các tín hiệu này. các đặc tính CDMA khi ứng dụng vào trong hệ thống thông tin di động. Trong phần tìm hiểu về mạng di động CDMA 2000 1x, trình bày về cấu hình, xử lý cuộc gọi, quy trình thiết lập cuộc gọi và một số dịch vụ bổ sung chưa có trong mạng GSM.Cuối cùng là phần giới thiệu về một mạng thông tin di động cụ thể sử dụng kỹ thuật CDMA, mạng S-Fone. Lương Thị Thuận 2 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm vừa qua, nhu cầu trao đổi thông tin ngày một cao nó không chỉ nằm trong giới hạn của một quốc gia, mà là trên phạm vi thế giới. Sự phát triển rất nhanh của công nghệ điện tử, tin học, công nghệ viễn thông cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt các yêu cầu của khách hàng. Hiện nay, mạng thông tin di động ở Việt Nam đang sử dụng công nghệ GSM là chủ yếu. Tuy nhiên, trong tương lai mạng thông tin di động này sẽ không đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động. Bởi vì, nhu cầu thông tin di động không chỉ là thoại mà còn là truyền dữ liệu, hình ảnh, âm thanh ... với tốc độ cao, các yêu cầu về chất lượng, bảo mật cũng được đặt ra. Điều này đã thúc đẩy các nhà cung cấp dịch vụ thông tin di động phải tìm kiếm một phương thức thông tin mới. Và công nghệ CDMA đã trở thành mục tiêu hướng tới của lĩnh vực thông tin di động trên toàn thế giới. Công nghệ CDMA dựa trên nguyên lý trải phổ đã đạt được hiệu quả sử dụng dải thông lớn hơn so với các công nghệ tương tự hoặc số khác do đó số lượng thuê bao đa truy nhập lớn hơn nhiều. Nhờ dãn rộng phổ tín hiệu mà có thể chống lại được các tác động gây nhiễu và bảo mật tín hiệu. Các mạng thông tin di động sử dụng công nghệ CDMA có thể đáp ứng được các nhu cầu về thông tin di động trong tương lai. Do đó, việc nghiên cứu và triển khai mạng thông tin di động CDMA là một điều tất yếu. Xuất phát từ những suy nghĩ như vậy nên em đã chọn đề tài: “ Tìm hiểu về kỹ thuật trải phổ CDMA trong thông tin di động”. Nội dung của đề tài này là: Tìm hiểu về các kỹ thuật trải phổ, các đặc tính của công nghệ CDMA khi ứng dụng vào mạng thông tin di động, mạng thông tin di động 2000 1x, tìm hiểu về mạng S-Fone – là mạng di động CDMA duy nhất ở nước ta hiện nay. Đề tài bao gồm 4 chương : Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin di động Chương 2: Kỹ thuật trải phổ CDMA trong thông tin di động Chương 3: Mạng thông tin di động 2000 1x Chương 3: Tìm hiểu về mạng điện thoại di động S-Fone Lương Thị Thuận 3 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp mặc dù em đã rất cố gắng nhưng do thời gian hạn chế, trình độ và kinh nghiệm còn có hạn nên nội dung của luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự phê bình, hướng dẫn và sựgiúp đỡ của thầy, cô và các bạn. Để có thể hoàn thành luận văn này, trước tiên em muốn gởi đến thầy Nguyễn Văn Cương lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy trong suốt thời gian qua. Em xin được gởi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ trong suốt thời gian em học tập tại trường. Lương Thị Thuận 4 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1.1. Những đặc thù của thông tin di động Nói đến thông tin di động là nói đến việc liên lạc thông qua sóng điện từ (vì vừa như vậy mới liên lạc vừa di chuyển được, và cho tới ngày nay loài người chưa phát hiện ra môi tường thông tin đặc biệt nào khác ưu việt hơn sóng điện từ). Mỗi một cuộc liên lạc giữa hai người cần một đường truyền độc lập (gọi là kênh truyền vô tuyến ), mỗi kênh giả sử chỉ có dải thông 3KHz ( tức là 3.103 Hz ứng với dải thông tiếng nói, trên thực tế phải cần nhiều hơn thế nữa) thì dải tần số vô tuyến từ 0 – 3 GHz ( 3.109) chỉ cho phép truyền 3.109 3.103 = 106 tức là một triệu cuộc liên lạc một lúc. Vậy thì làm thế nào để hàng trục triệu người có thể cùng sử dụng máy di động cùng một lúc đấy là chưa kể dải tần số vô tuyến còn phải dành cho rất nhiều công việc khác (như quốc phòng , hàng không, nghiên cứu khoa học….), dải tần số dành cho thông tin di động chỉ là phần nhỏ. Giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề nhiều người dùng độc lập trên một dải tần số vô tuyến hạn chế là sử dụng lại tần số miễn hai cuộc liên lạc phải đủ xa nhau về khoảng cách vật lý để sóng truyền đến nhau nhỏ hơn sóng truyền của hai người trong cuộc, để không gây nhiễu cho nhau. Do vậy một địa bàn có dịch vụ thông tin di động phải được chia thành các phần nhỏ, gọi là tế bào, hai cuộc liên lạc ở hai tế bào dù ở xa nhau có thể sử dụng cùng một dải tần số sóng điện từ thông qua việc quản lý của một trạm trung tâm tế bào. Về lý thuyết, nếu kích cỡ của tế bào là rất nhỏ, công suất thu phát liên lạc được khống chế trong đó( để không làm “phiền” đến tế bào khác) thì có thể phục vụ được vô số cuộc gọi di động cùng một lúc mà chỉ cần một dải tần sóng vô tuyến hạn chế. Phương pháp này gọi là phương pháp sử dụng lại tần số. Điều này kéo theo một loạt hệ quả tất yếu khác như: • Chống nhiễu đồng kênh và nhiễu kênh lân cận • Kỹ thuật chuyển giao • Quản lý kênh truyền (khi có yêu cầu sử dụng hoặc giải phóng kênh) • Đăng ký vị trí (mới biết người liên lạc ở tế bào nào để tìm gọi) … Lương Thị Thuận 5 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Ngoài ra các yêu cầu khác của người sử dụng như kích thước nhỏ nhẹ của thiết bị cầm tay đồng thời lại tiết kiệm năng lượng (để phục vụ cuộc liên lạc được lâu)... Những yêu cầu này luôn đòi hỏi rất cao về công nghệ điện tử và các kỹ thuật xử lý tín hiệu mà những tiến bộ cách đây 20 năm không thể đáp ứng nổi. Chính vì vậy phải đợi đến khi những tiến bộ của công nghệ điện tử vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 20 thông tin di động mới thâm nhập vào đời sống xã hội rộng rãi bằng những sản phẩm thương mại hấp dẫn. Sau đó phát triển với tốc độ nhảy vọt trong thập kỷ tiếp theo khi đưa ra nhiều dịch vụ đa năng với chất lượng dịch vụ ngày càng cao. Tóm lại, đặc thù cơ bản của thông tin di động là mâu thuẫn giữa số lượng người dùng đông đảo và dải tần hạn chế, dẫn đến vùng dịch vụ được chia thành các tế bào kèm theo tất cả các kỹ thuật hệ thống khi xây dựng hệ thống tế bào này. Điều này làm cho hệ thống thông tin di động khác rất nhiều so với hệ thông tin cố định ( hữu tuyến hoặc vô tuyến). [5] 1.2. Lịch sử phát triển của thông tin di động Để có bức tranh toàn cảnh, ngắn gọn về thông tin di động ta điểm lại những mốc phát triển quan trọng trong lịch sử. Có thể chọn lịch sử phát triển thông tin di động của nước Mỹ làm điển hình: Năm 1946: Dịch vụ điện thoại di động công cộng lần đầu tiên được giới thiệu ở 25 thành phố của Mỹ. Mỗi hệ thống dùng bộ ăng ten công suất lớn đặt cao phủ sóng toàn thành phố (bán kính 50km), kỹ thuật FM, truyền bán song công (Pust-to talk), ở băng tần 150MHz, độ rộng kênh truyền là 120kHz. Đây chưa phải hệ thống tế bào, tần số chưa được dùng lặp lại nên số người được phục vụ rất ít. Năm 1950: Độ rộng kênh thu hẹp lại còn 60kHz, dẫn đến số kênh sử dụng tăng gấp đôi. Năm 1960: Độ rộng kênh chỉ còn 30kHz, hiệu suất phổ tần tăng gấp 4 lần. Năm 1950-> 1960: Xuất hiện tổng đài tự động, dịch vụ IMTS (song công, tự động quay số, tự động chọn kênh ). Tuy nhiên nhanh chóng bị bão hoà bởi nhu cầu người sử dụng do dịch vụ chất lượng kém và hay bị bận. Dịch vụ IMTS hiện vẫn còn ở Mỹ, song hiệu suất sử dụng phổ kém so với điện thoại tế bào hiện nay. Cũng trong thời gian này, lý thuyết mạng tế bào ra đời (AT&T đưo ra dự án điện thoại năm 1968). Tuy nhiên công nghệ điện tử lúc đó chưa đáp ứng được. Lương Thị Thuận 6 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Năm 1983: Ra đời hệ thống thông tin di động tiên tiến AMPS ( Advanced Mobile Phone System ). Đánh dấu sự ra đời điện thoại tế bào thế hệ 1. Ủy ban viễn thông liên bang Mỹ (FCC) đã phân cho dịch vụ này 1 dải tần 40MHz trên khoảng tần số 800MHz (ứng với 660 kênh song công rộng 2x30kHz= 60kHz). Phổ tần này được phân đều cho 2 nhà cung cấp để tạo sự cạnh tranh. Năm 1989: Trước yêu cầu tăng trưởng mạnh mẽ số người sử dụng FCC phân thêm cho dịch vụ này 10MHz phổ nữa (ứng với 166 kênh song công). Hệ thống điện thoại tế bào này hoạt động trong môi trường han chế giao thoa, sử dụng lại tần số, kĩ thuật đa truy cập theo tần số (FDMA) Năm 1991: Ra đời hệ thống tế bào số (USDC) theo chuẩn IS-54 trên cơ sở hạ tầng AMPS. Hỗ trợ 3 người sử dụng trên 1 kênh 30kHz, kĩ thuật điều chế (π/4 DQPSK). Khi kĩ thuật nén tiếng nói và xử lý tín hiệu phát triển có thể tăng dung lượng lên 6 lần (kết hợp với kĩ thuật đa truy cập theo thời gian TDMA và tồn tại song song với AMPS trên cùng cơ sở hạ tầng). Đây là thời điểm đánh dấu sự ra đời của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 (ở Châu Âu là hệ GSM). Cũng trong năm 1991, hệ thống dựa trên kĩ thuật trải phổ phát triển bởi công ty QUALCOM theo chuẩn IS-95 hỗ trợ nhiều người sử dụng trên một dải tần 1.25MHz, sử dụng kĩ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA. Có nhiều ưu điểm hơn AMPS về dung lượng, yêu cầu về tỉ số SNR thấp hơn, về giá thành có tính cạnh tranh cao. Vấn đề tích hợp nhiều mạng khác nhau trong một cơ sở hạ tầng cũng được đặt ra từ những năm 90. Từ năm 1995: Chính phủ mỹ đã cấp giấy phép trên dải tần 1800->2100MHz, hứa hẹn sự phát triển mới cho các dịch vụ thông tin cá nhân (PCS). Năm 2000: Tổ chức viễn thông quốc tế (ITU) đã tiến hành tiêu chuẩn hoá cho hệ thống thông tin di động toàn cầu IMT-2000_hệ thống thông tin di động thứ 3. [5] 1.2.1. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Khái niệm về cellular bắt đầu từ cuối những năm 40 tại phòng thí nghiệm Bell của AT&T. Nhưng đến đầu những năm 70 AT&T mới đưa ra dự án điện thoại tế bào. Và cho đến năm 1983, ra đời dịch vụ AMPS do AT&T và MOTOLAR của Mỹ. Đánh dấu sự ra đời hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Với kỹ thuật tương tự, phương pháp điều tần FM để điều chế tiếng nói trên băng tần 800MHz với độ rộng phổ là 40MHz. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có giới hạn thì toàn bộ vùng Lương Thị Thuận 7 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA dịch vụ được chia thành các miền nhỏ kề nhau gọi là tế bào (cell). Mỗi tế bào được dịch vụ cung cấp một tần số nhất định và có một anten trung tâm, với công suất phát phù hợp để quản lý các di động trong tế bào mà không gây nhiễu sang các tế bao khác. Khi các cell ở cách nhau đủ xa thì có thể sử dụng lại tần số. B A E F G C D B A E F G CB A D CG F E D Hình 1. Lặp lại nhóm tế bào trong vùng dịch vụ Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất đã bao gồm hàng loạt các hệ thống ở các nước khác nhau như: NMT phát triển ở Châu Âu, NTT ở Nhật, TACS ở Anh… Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ truy cập FDMA có sơ đồ khái quát như sau: HLR HLR HLR MSC HLR HLR HLR MSC SS7 PSTN BS BS Hình 2. Sơ đồ khối hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất Lương Thị Thuận 8 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Chú thích : MSC Mobile service Switching Center Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động AuC Authentication Center Trung tâm nhận thực HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú BS Base Station Trạm gốc SS7 common channel Signaling System no.7 Báo hiệu kênh chung số 7 PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Tuy nhiên các hệ thống này không thoả mãn được nhu cầu ngày càng tăng mà trước hết là về dung lượng. Mặt khác các tiêu chuẩn của các hệ thống không tương thích nhau làm cho sự chuyển giao không đủ rộng (việc liên lạc ngoài biên giới là không thể). Do sử dụng kỹ thuật truyền tiếng nói tương tự nên hiệu suất sử dụng phổ tần không cao và chất lượng kém. Những vấn đề này đặt ra cho hệ thống thông tin di động hế hệ 2 phải lựa chọn giải pháp kỹ thuật tương tự hay số. Và kỹ thuật số đã được lựa chọn , trước hết là sự bảo đảm chất lượng cao hơn, khả năng tiềm tàng về một dung lượng lớn hơn. 1.2.2. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai Ra đời vào đầu những năm 1990: Chuẩn GSM của Châu Âu và IS-54 (tồn tại song song với AMPS) của Mỹ và ngay sau đó là chuẩn IS-95 cho phương pháp đa truy nhập CDMA. Hệ thống thông tin di động thế hệ hai dựa trên kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian TDMA và kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã CDMA, truyền dẫn song công theo tần số TDD, điều chế QPSK, FSK… Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai theo chuẩn IS-95 được phát triển ở Mỹ. Hệ thống này sử dụng lại băng tần 824MHz - 849MHz cho tuyến lên và 869MHz – 894MHz cho tuyến xuống, dùng 20 kênh có độ rộng mỗi kênh là 1,25MHz. Hệ thống thông tin di động GSM ra đời và sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, băng tần sử dụng gồm hai dải tần: 890MHz – 915MHz cho tuyến lên và 935MHz – Lương Thị Thuận 9 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 960MHz cho tuyến xuống. Dải tần này lại được chia nhỏ ra thành các dải con rộng 200KHz (gọi là kênh tần số vô tuyến tuyệt đối ARFCN hay kênh vật lý). Mỗi kênh vật lý chia thành 8 khe thời gian (Time Slot) ứng với 8 kênh dịch vụ. Về lý thuyết số kênh vật lý trên dải tần 25MHz là 25000/200=125 kênh. Tổng số kênh lưu lượng là 125x8=1000 kênh, nghĩa là phục vụ đồng thời 1000 thuê bao mà chưa sử dụng lại tần số. Dưới đây là sơ đồ khối của hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM( Global System for Mobile communication) Chú thích: Truyền dẫn tin tức Kết nối cuộc gọi và truyền dẫn tin tức NSS ISDN PSPDN CSPDN PSTN PLMN SS AUC EIR HLR MSC VLR BTS BSCBSS OSS MS Hình 3. Mô hình cấu trúc mạng thông tin di động GSM SS Switching System Hệ thống chuyển mạch AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực HLR Home Location Register Bộ ghi định vị thường trú VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú EIR Equipment Identify Register Thanh ghi nhận dạng thiết bị MSC Mobile Service Switching Center Trung tâm chuyển mạch các nghiệp vụ di động Lương Thị Thuận 10 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA BSS Base Station System Hệ thống trạm gốc BSC Base Station Controller Đài điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc MS Mobile Station Trạm di động OSS Operation & Support System Hệ thống khai thác và hỗ trợ NSS Network Switching System Hệ thống chuyển mạch mạng ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp PSPDN Packet Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói CSPDN Circuit Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công cộng Ưu điểm của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai : Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất. Do sử dụng kĩ thuật số mà có những 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 bít càng thấp cho phép ghép nhiều kênh vào dòng bít tốc độ chuẩn. 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 (Common Channel Interference) và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn sẽ làm tăng dung lượng hệ thống. Lương Thị Thuận 11 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Điều khiển động việc cấp phát kênh mộ cách liên tụcnên làm cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn. Điều khiển truy nhập và chuyển giao hoàn hảo hơn, dung lượng tăng, báo hiệu dễ dàng xử lý băng phương pháp số. Có nhiều dịch vụ mới nhận thực hơn (kết nối với ISDN). Nhược điểm : Các hệ thống 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 hạn chế nên các dịch vụ ứng dụng cũng 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). Tiêu chuẩn cho các hệ thống thông tin di động 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, mặc dù cả hai hệ thống này đều có thể 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 chuyển giao toàn cầu chưa thực hiện được. 1.2.3. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba Ra đời vào những năm cuối của thập niên 90 nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin di động gia tăng. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba sử dụng các kỹ thuật đa truy nhập: đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA một sóng mang và đa sóng mang DECT, CDMA đa sóng mang(CDMA2000 hay IS2000), CDMA băng rộng theo thời gian (WCDMA-TDD) và theo tần số (WCDMA- FDD). Nó có dải thông khá rộng là 1885MHz-2025MHz và 2110MHz – 2200MHz trên toàn thế giới theo tiêu chuẩn IMT- 2000. So với hệ thống thông tin di động thế hệ 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 sóng khắp toàn cầu. Nó có thể chuyển mạng, hoạt động mọi nơi, mọi lúc. Nó có thể thực hiện các dịch vụ thông tin dữ liệu tốc độ cao và thông tin đa phương tiện băng rộng như: hộp thư thoại, truyền Fax, truyền dữ liệu, Wap(Wiless Applycation Protocal) là giao thức ứng dụng không dây cho phép truy cập vào mang Internet đọc tin tức, tra cứu thông tin, hình ảnh…Do đặc điểm băng tần rộng nên nó còn có thể cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh, âm thanh, các dich vụ điện thoại thấy hình…Hệ thống này ngày càng phát triển khắp toàn cầu với những mục tiêu cơ bản sau: Lương Thị Thuận 12 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Lương Thị Thuận 13 Trường Đại học Công Nghệ • Tiêu chuẩn thống nhất toàn cầu • Có khả năng truyền tải đa phương tiện • Tăng dịch vụ chuyển mạch gói: Hệ thống thông tin di động thế hệ hai chỉ có phương thức chuyển mạch gói, hiệu suất kênh tương đối thấp. Trong khi hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba tồn tại đồng thời cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. • Tăng phương thức truyền tải không đối xứng. Do các dịch vụ số liệu mới WWW (Word Wide Web) có đặc tính không đối xứng: truyền tải đường lên thường chỉ cỡ vài Kbit/s, còn đường xuống cỡ vài trăm Kbit/s. Trong hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai thì chỉ hỗ trợ truyền tải đối xứng. • Tăng cường dịch vụ số liệu WWW và khả năng truyền số liệu. • Chất lượng thoại tương đương với chất lượng thoại hữu tuyến. • Hiệu suất phổ tần cao hơn. • Tính bảo mật cao. 1.2.4. Lộ trình phát triển từ hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất sang thế hệ thứ ba GSM (900) GSM (1800) GSM (1900) IS-136 (1900) IS-95 (1900) IS-136 TDMA (800) IS-95CDMA (800) IDEN (800) GPRS GPRS EDGE CDMA2000 1X TACS NMT AMPS CDMA 2000 MX 2,5G2G WCDMA SMR 3G 1G Hình 4. Sự phát triển của hệ thống thông tin di động từ thế hệ 1 đến 3 Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai ra đời đã khắc phục được nhiều nhược điểm của thế hệ một. Song với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và nhu cầu tăng vọt của khách hàng sử dụng mạng di động, cùng những đòi hỏi về chất lượng làm cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai không đáp ứng nổi. Những nhu cầu này chính là động lực để phát triển hệ thống thông tin di động tốc độ cao nhằm phát triển truyền thông đa phương tiện và đa dịch vụ. Do vậy thế hệ 2,5 dã ra đời và trở thành kỹ thuật trung gian quá độ sang hệ thống thông tin thế hệ thứ ba. 1.3. Các phương pháp đa truy nhập trong thông tin di động Để làm tăng dung lượng của dải vô tuyến dùng trong hệ thống thông tin di động người ta sử dụng các kỹ thuật ghép kênh. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng khái niệm đa truy cập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến được nhiêù thuê bao dùng chung tài nguyên tần số hoặc khe thời gian hoặc cả hai. Có ba hình thức đa truy nhập cơ bản là: Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA 1.3.1. Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA Trong hệ thống thông tin di động sử dụng kỹ thuật FDMA toàn bộ dải thông của băng tần được chia thành 2N dải con, mỗi dải con gọi là một kênh vô tuyến. Như vậy sẽ có N kênh kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần phân cách là N kênh kế tiếp dành cho liên lạc hướng xuống. Mỗi thuê bao sẽ được cấp phát một cặp kênh trong suốt quá trình liên lạc.Với kiểu truy nhập này các kênh sẽ phát đi liên tục đồng thời một số sóng mang. Do vậy nhất thiết phải cung cấp các khoảng bảo vệ giữa mỗi dải mà một sóng mang chiếm, để tính đến sự không hoàn hảo của các bộ tạo dao động và các bộ lọc. Kỹ thuật FDMA có khả năng sử dụng được với cả hệ thống truyền dẫn số và truyền dẫn tương tự. Kỹ thuật này có ưu điểm nổi bật là đơn giản và không cần đồng bộ giữa bên thu và bên phát. Tuy nhiên, nó có một số nhược điểm: Thiếu linh hoạt trong trường hợp tái cấu hình, tổn thất dung lượng khi số các truy nhập tăng lên do phát sinh các sản phẩm xuyên điều chế giữa các sóng mang, cần phải điều khiển công suất phát của các trạm …Hệ thống FDMA điển hình là AMPS, sử dụng điều chế FM cho truyền dẫn tương tự. Lương Thị Thuận 14 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 1.3.2. Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA Trong hệ thống TDMA mỗi kênh vô tuyến được chia thành các khe thời gian. Năng lượng của tín hiệu được hạn chế ở một trong các khe thời gian. Nhiễu của các kênh kề nhau được giới hạn bởi việc sử dụng khoảng thời gian giữa các kênh. Từng cuộc đàm thoại được biến đổi thành tín hiệu số, sau đó được gán cho một trong các khe thời gian này. Số lượng các khe thời gian trong một kênh vô tuyến có thể thay đổi tuỳ thuộc vào cách 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 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 khi đó 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 được sử dụng có kỹ thuật phức tạp hơn để cân bằng tín hiệu thu nhằm duy trì chất lượng tín hiệu. Trong hệ thống thông tin TDMA thì một sóng mang được sử dụng cho nhiều người và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để dành cho nhiều người sử dụng do đó không có sự chồng chéo nhau. Thông tin sẽ được truyền dẫn dưới dạng cụm (burst) trong các khe thời gian. Kỹ thuật TDMA đã khắc phục được các nhược điểm của kỹ thuật FDMA như: • Không có các sản phẩm xuyên điều chế do tại một thời điểm chỉ khuyếch đại một sóng mang duy nhất. • Hiệu suất truyền cao dù số lượng truy nhập là rất lớn. • Không cần phải khống chế công suất phát của các trạm. • Đơn giản hoá việc điều hưởng do phát và thu trên cùng một tần số. • Việc xử lý tín hiệu số dẫn đến sự đơn giản hoá trong vận hành. Tuy nhiên, TDMA cũng có những nhược điểm nhất định: • Cần phải đồng bộ hoá. • Cần phải mở rộng kích thước của trạm để phát với hiệu suất cao. • Giá thành đắt do trang thiết bị phức tạp. Lương Thị Thuận 15 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Sơ đồ mô tả sự phân chia khe thời gian (hay phổ TDMA) cho những người sử dụng hệ thống thông tin TDMA. Người sử dụng 1 Người sử dụng 2 Người sử dụng 3 Khe thời gian 1 Khe thời gian 2 Khe thời gian 3 Khe thời gian 4 Khe thời gian 5 Khe thời gian 6 30KHz Hình 5. Phổ TDMA TDMA được chia ra TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Trong đó Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng. Hệ thống TDMA Bắc Mỹ : Hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng dải tần (869 - 894) và (824 - 849)MHz. Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6 khe thời gian. Cấu trúc khung của hệ thống TDMA Bắc Mỹ như sau: 1 khung = 972 ký hiệu (1994 bit) = 40ms Người sử dụng 1 Khe thời gian 0 Người sử dụng 2 Khe thời gian 1 Người sử dụng 3 Khe thời gian 2 Người sử dụng 1 Khe thời gian 3 Người sử dụng 2 Khe thời gian 4 Người sử dụng 3 Khe thời gian 5 3 thuê bao số với tốc độ cao nhất trên một kênh Lương Thị Thuận 16 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Lương Thị Thuận 17 Trường Đại học Công Nghệ 1 khung =972 ký hiệu (1994 bit) Người sử dụng 1 Khe thời gian 0 Người sử dụng 2 Khe thời gian 1 Người sử dụng 3 Khe thời gian 2 Người sử dụng 4 Khe thời gian 3 Người sử dụng 5 Khe thời gian 4 Người sử dụng 6 Khe thời gian 5 = 40ms 6 thuê bao với một nửa tốc độ trên một kênh. Hình 6. Cấu trúc khung TDMA Dạng khe thời gian của hệ thống TMDA được mô tả như sau: 6 G 16 R 16 DAT 28 TRAININ 122 DATA 12 SACC 12 CDV 122 DATA 324 bit Hình 7 (a). Dạng khe thời gian máy di động đến trạm gốc 28 TRAININ 12 SACCH 13 0 DATA 12 CDVCC 130 DATA 12 RESERVERR 000...00 324 bit Hình 7(b). Dạng khe thời gian từ trạm gốc đến máy di động Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Lương Thị Thuận 18 Trường Đại học Công Nghệ Trong đó: G (Guard): là thời gian bảo vệ. R là thời gian ramp. SACCH là kênh điều khiển liên kết chậm. CDVCC là mã xác định mẫu số đã mã. Hệ thống TMDA Châu Âu : Đây là hệ thống GMS, một hệ thống thông tin số sử dụng hệ thống TDMA và sử dụng băng tần (890 - 915) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ máy di động đến BS và băng tần (935 - 960) MHz để truyền dẫn tín hiệu từ BS đến máy di động. Cấu trúc khung hệ thống TDMA như sau: 1 siêu siêu khung = 2048 siêu khung = 2715648 khung 0 1 2 3 4 5 ........ 2047 1siêu khung=26 khung(hoặc51 khung) 0 1 2 3 4 5 ........ 49 50 51 khung 26 khung đa khung (120 ms) đa khung (235,4 ms) 0 1 2 3 4 5 ........ 24 25 0 1 2 … 25 0 1 2 … 50 0 1 2 3 4 5 6 7 Hình 8. Cấu trúc khung TDMA Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 1 khung TDMA = 8 khe thời gian (4.615 ms) 1.3.3. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ 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 những phương pháp thu GPS và Ommi – TRACS. Phương pháp này cũng được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm – Mỹ vào những năm 1990. Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA hoạt động theo nguyên lý trải phổ. Nó không tìm cách phân bố các tiềm năng tần số và thời gian rời rạc cho mỗi thuê bao. Ngược lại, giải pháp này cung cấp tất cả các tiềm năng đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao ở mức tối thiểu đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố. Theo cách như vậy mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất có thể. Can nhiễu bổ xung này làm hạn chế dung lượng, nhưng vì phân bố tiềm năng thời gian và dải thông không bị hạn chế cho nên dung lượng cũng lớn hơn đáng kể so với các hệ thống TDMA và FDMA Trong hệ thống thông tin CDMA nhiều thuê bao có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi (phát liên tục). Những thuê bao này được phân biệt do mỗi thuê bao dùng một dãy mã giả ngẫu nhiên riêng không trùng với bất kỳ một thuê bao nào khác. Tại đầu phát, tín hiệu mang thông tin được trải phổ bằng cách nhân với mã giả ngẫu nhiên PN ( Pseudo Noise) và cho qua bộ lọc có băng thông bằng độ rộng kênh . Mã giả ngẫu nhiên bao gồm các chuỗi bít được tạo ra từ biến số ngẫu nhiên duy nhất là điểm khởi đầu của chuỗi. Nó có tốc độ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ tin. Tập hợp các mã cần dùng phải có các thuộc tính tương quan sau đây: Mỗi mã phải có thể phân biệt được một cách dễ dàng với một bản sao của chính nó bị dịch chuyển theo thời gian. Lương Thị Thuận 19 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Mỗi mã phải có thể phân biệt được một cách dễ dàng bất chấp các m,ã khác được sử dụng trên mạng. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu phát và khôi phục lại tín hiệu gốc nhờ việc giải trải phổ các tín hiệu đồng bộ thu được. CDMA hơn hẳn so với các kỹ thuật đa truy cập khác: dung lượng cao hơn đáng để, khả năng chống nhiễu tốt, bảo mật cao, giảm phađinh đường truyền, bảo đảm truyền dẫn chất lượng cao và cho phép chuyển vùng mềm giữa các trạm gốc. 1.4. Xu thế phát triển của thông tin di động Hiện nay thông tin di dộng vẫn đang trong giai đoạn phát triển như vũ bão, đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng của khách hàng cả về số lượng, chất lượng và loại hình dịch vụ. Về cơ bản có thể chia thành các hướng phát triển như sau: Phát triển theo chuẩn IMT-2000, được quyết địng bởi ITU, nhằm thống nhất các hệ thống di động đa năng thế hệ thứ ba ở các khu vực trên thế giới. Xu hướng phát triển mạng vô tuyến trong nhà dùng cho các trụ sở, công ty lớn (trên tần số cao 18GHz) Từ những năm 1990 đã có những nghiên cứu rộng lớn trên thế giới nhằm phát triển hệ thống vô tuyến cá nhân: Kết hợp sự thông minh của mạng PSTN, xử lý tín hiệu số hiện đại và công nghệ RF. Các kỹ thuật chung cho điều chế, đa truy cập và kỹ thuật mạng cũng được lựa chọn nhằm đem dich vụ đến tận cá nhân người sử dụng như PCS (Person Communication Servise) (ví dụ cụ thể như mạng Cityphone). PCN (Person Communication Network ) là khái niệm mạng mà người dùng có thể thu và tiến hành cuộc gọi ở bất cứ đâu dùng thiết bị cá nhân nhỏ nhẹ. Phát triển viễn thông kết hợp vệ tinh: Cùng với sự phát triển của công nghệ vũ trụ , hệ thông tin vệ tinh phối hợp với hệ di động mặt đất tạo nên hệ viễn thông kết nối toàn cầu thích hợp cho mọi địa hình và mọi loại hình Hiện nay các quốc gia phát triển sau có cơ hội đi nhanh vào các kỹ thuật tiên tiến nhất và lựa chọn các mô hình thích hợp với phát triển của tương lai. [5] Lương Thị Thuận 20 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Lương Thị Thuận 21 Trường Đại học Công Nghệ CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT TRẢI PHỔ CDMA TRONG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.1. Nguyên lý trải phổ 2.1.1. Nguyên lý chung Nguyên lý trải phổ là cung cấp tất cả các tiềm năng tần số và thời gian đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế mức công suất phát từ mỗi thuê bao đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu/tạp âm theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng rộng như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố. Theo cách đó mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động tới tất cả các thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất có thể bằng cách khống chế công suất phát. Như vậy một hệ thống được coi là trải phổ nếu: Tín hiệu trải phổ (tín hiệu phát) phải có độ rộng phổ lớn hơn nhiều lần độ rộng phổ của thông tin gốc cần truyền. Trải phổ được thực hiện bằng một mã độc lập với dữ liệu gốc. Sơ đồ nguyên lý trải phổ như sau: RF Băng tần gốc Sóng mang tạp âm băng rộng Sóng mang hình sin Sóng mang hình sin Băng tần gốc Bộ lọc RF Bộ giải điều chế Dạng sóng digital Sóng mang tạp âm băng rộng + Đồng nhất và đồng bộ theo thời gian Dạng sóng digital (R bit/s) Hình 9. Nguyên lý trải phổ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Có 3 kỹ thuật trải phổ cơ bản: • Trải phổ chuỗi trực tiếp (DS/SS – Direct Sequence Spread Spectrum) • Trải phổ nhảy tần (FH/SS – Frequence Hopping Spread Spectrum) • Trải phổ dịch thời gian (TH/SS – Time Hopping Spread Spectrum) 2.1.2. Kỹ thuật trải phổ chuỗi trực tiếp (DS-CDMA) Hệ thống DS/SS được trải phổ bằng cách cộng module 2 dữ liệu gốc với mã giả ngẫu nhiên. Tín hiệu sau khi trộn sẽ điều chế một sóng mang theo BPSK, QPSK… Máy thu dùng mã giả ngẫu nhiên được tạo ra giống như bên phát cộng module 2 với tín hiệu thu được, thực hiện giải trải phổ để lấy tín hiệu mong muốn. Đây là hệ thống được biết đến nhiều nhất trong các hệ thống thông tin trải phổ. Là hệ thống tương đối đơn giản vì nó không yêu cầu tốc độ tổng hợp tần số cao. 2.1.2.1. Kỹ thuật DS/SS – BPSK Quá trình trải phổ DS/SS - BPSK Quá trình trải phổ tín hiệu tin được minh hoạ như hình vẽ sau: Tín hiệu DS/SS - BPSK s(t) = Ab(t)p(t)cos(2πfct + θ(t)) Dữ liệu nhị phân Điều chế BPSK b(t)p(t) p(t) Bộ tạo mã PN b(t) Bộ tạo sóng mang Acos(2πfct + θ(t)) Hình 10. Quá trình trải phổ DS/SS - BPSK Lương Thị Thuận 22 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Bản tin nhị phân cần phát có tốc độ bit Rb = 1/Tb được mã hoá theo NZR sao cho b(t)= ±1. Ta có thể biểu diễn b(t) như sau: b(t) = ∑ b∞ ∞=k k ∏T(t-kT) Trong đó, bk = ±1 là bit số liệu thứ k và T là độ rộng xung của một bit số liệu. Tín hiệu b(t) được trải phổ bằng cách nhân với tín hiệu p(t), p(t) = ±1 là tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ Rc= 1/Tc lớn hơn nhiều lần so với Rb. Phần tử nhị phân của chuỗi p(t) được gọi là một chip để phân biệt nó với phần tử nhị phân (bit) của bản tin. Tín hiệu b(t)p(t) nhận được sẽ được điều chế một sóng mang theo phương pháp điều chế BPSK. Tín hiệu phát DS/SS – BPSK là: s(t) = Ab(t)p(t) cos(2πfct + θ(t)) Trong đó: A là biên độ sóng mang fc là tần số sóng mang θ(t) là pha của sóng mang được điều chế Tín hiệu b(t)p(t) có tốc độ bằng tốc độ chip, nghĩa là T = NTc . Dạng sóng của các tín hiệu khi N = 7 như sau: b(t) p(t) b(t).p(t) s(t) Hình 11. Dạng sóng tín hiệu DS/SS Lương Thị Thuận 23 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Sơ đồ khối quá trình giải trải phổ như sau: Dữ liệu nhị phân Tín hiệu số liệu thu được Điều chế BPSK Bộ khôi phục sóng mang Acos(2πfct + θ(t)) Đồng bộ mã Bộ tạo mã PN ∫T 0 (.) d(t) BPF Hình 12. Quá trình giải trải phổ DS/SS – BPSK Tại máy thu, tín hiệu thu được m(t) bao gồm tín hiệu phát bị trễ một khoảng thời gian τ là s(t- τ) và tạp âm trên đường truyền n(t). Do đó tín hiệu thu được là: m(t) = s(t- τ) + n(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} + n(t) Để đơn giản quá trình giải trải phổ ta bỏ qua tạp âm. Tín hiệu r(t) tại đầu vào bộ lọc thông dải (BPF) là: r(t) = Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} 2cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} = Ab(t- τ)p(t- τ) + Ab(t- τ)p(t- τ) cos{2πfc(t- τ) + θ(t))} Bộ lọc thông dải của bộ tách sóng loại bỏ các thành phần tần số cao và chỉ giữ lại thành phần tần số thấp u(t) = b(t)p(t). Sau đó, thành phần này được nhân với mã nội tại p(t- τ) được tạo ra ở máy thu đã được đồng bộ. Do p(t- τ) = ±1 nên p2(t- τ) =1.Tại đầu ra của bộ nhân sẽ có: x(t) = b(t- τ)p(t- τ)p(t- τ) = b(t- τ)p2(t- τ) = b(t- τ) Lương Thị Thuận 24 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Sau đó, tín hiệu này được tích hợp trên một chu kỳ bit để lọc tạp âm. Bản tin phát được khôi phục tại đầu ra bộ tích hợp, giống như tín hiệu băng gốc nhưng trễ về mặt thời gian là τ. Thực tế quá trình nén phổ, bên thu sẽ nhận đồng thời tín hiệu s(t) xếp chồng cùng với các tín hiệu sóng mang si(t) (i=1,2 ... N-1) không mong muốn của (N-1) người dùng khác ở cùng một tần số. Do đó tín hiệu thu được sẽ là: r(t) = s(t) + ( )tsi∑ Trong đó = b( )tsi∑ i(t).pi(t). cosωc(t). Khi giải trải phổ, đầu ra của tín hiệu nhân là: x(t) = b(t).p2(t) + ( ) ( ) ( )ttt ppb ii∑ = b(t) + ( ) ( ) ( )ttt ppb ii∑ Do đã chọn p(t), pi(t) là các hàm trực giao nên tương quan giữa chúng rất nhỏ. Việc nhân ( ) ( )tt pb ii∑ với p(t) tương đương với việc trải rộng phổ một lần nữa cho bản tin bi(t) đã bị trải phổ trước đây. Do đó mật độ phổ của tạp âm ( ) ( ) ( )ttt ppb ii∑ sẽ rất thấp. Vì vậy công suất của tạp âm giao thoa trong băng tần của tín hiệu b(t) sẽ rất thấp. Như vậy, ứng với mỗi một kênh sẽ có một mã trải phổ tương ứng. Tại máy thu, phổ của sóng mang thông tin hữu ích sẽ co hẹp lại còn phổ của các sóng mang không mong muốn bị trải ra sẽ hạn chế công suất can nhiễu. Sử dụng các mã trải phổ này như khóa để thực hiện đa truy nhập CDMA, chống nhiễu và bảo mật cuộc gọi cao. Mật độ phổ công suất Lương Thị Thuận 25 Trường Đại học Công Nghệ Điều chế bởi b(t).p(t) Điều chế bởi b(t) fc Rb -Rb Rc -Rc f Hình 13. Phổ của sóng mang khi điều chế trải phổ và không trải phổ trong hệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 2.1.2.2. Kỹ thuật DS/SS – QPSK Kỹ thuật này cho phép giới hạn băng tần cao khi tốc độ mã cho trước. QPSK là phương pháp điều chế tổ hợp hai bit dữ liệu thành một ký hiệu điều chế. Do vậy mà phương pháp này làm tăng tốc độ truyền dữ liệu lên hai lần với băng cao tần RF cho trước (hay làm giảm băng RF yêu cầu tới một nửa khi tốc độ mã cho trước). Nhưng độ lợi xử lý giảm đi nhiều tương ứng với tỉ lệ lỗi bit cao hơn. Quá trình trải phổ DS/SS – QPSK b(t)pQ(t) b(t)pI(t) SQ(t ) SI(t) b(t) Bộ tạo mã PN 1 Bộ tạo mã PN 2 Bộ điều chế (BPSK) Dịch π/2 Bộ điều chế (BPSK) Acos(2πfct + θ(t)) S(t) Hình 14. Sơ đồ trải phổ DS/SS – QPSK Tín hiệu DS/SS – QPSK có dạng: s(t) = sI(t) + sQ(t) sI(t) = Ab(t)pI(t) cos[2πfct + θ(t)] sQ(t) = Ab(t)pQ(t) sin[2πfct + θ(t)] Khi đó : s(t) = Ab(t)pI(t) cos[2πfct + θ(t)] + Ab(t)pQ(t) sin[2πfct + θ(t)] Trong đó: θ(t) = π/4 nếu sI(t) = 1, sQ(t) = 1 θ(t) = 3π/4 nếu sI(t) = 0, sQ(t) = 1 θ(t) = 5π/4 nếu sI(t) = 0, sQ(t) = 0 Lương Thị Thuận 26 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA θ(t) = 7π/4 nếu sI(t) = 1, sQ(t) = 0 Như vậy, tín hiệu s(t) có thể nhận 4 trạng thái pha khác nhau là: π/4, 3π/4, 5π/4, 7π/4. Nó được tổ hợp từ hai thành phần sóng mang lệch pha nhau π/2. Do đó, nó được trải phổ bằng hai mã giả ngẫu nhiên khác nhau là pI(t) và pQ(t). Tương ứng là hai quá trình trải phổ độc lập với nhau. Quá trình giải trải phổ DS/SS – QPSK Tín hiệu số liệu thu được s(t - τ) sóng mang Dịch π/2 Bộ tạo mã PN 1 Bộ tạo mã PN 2 uQ uI BPF Hình 15. Sơ đồ khối giải trải phổ DS/SS – QPSK Ta có: uI(t) = {Ab(t- τ)p1(t- τ) cos[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)] + Ab(t- τ)p2(t- τ) sin[2π fc (t- τ) + θ(t- τ)]} p1(t- τ) cos[2πfc (t- τ) + θ(t- τ)] = Ab(t- τ)p1 (t- τ) p2(t- τ)cos[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)]sin[2πfc (t- τ) + θ(t- τ)] + Ab(t- τ)p12(t- τ) cos2[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)] = Ab(t- τ) cos2[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)] + Ab(t- τ)p1 (t- τ) p2(t- τ)cos[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)]sin[2πfc (t- τ) + θ(t- τ)] uQ(t) = Ab(t- τ) sin2[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)] + Ab(t- τ)p1 (t- τ) p2(t- τ)cos[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)]sin[2πfc (t- τ) + θ(t- τ)] Tín hiệu tại đầu vào bộ lọc thông dải (BPF) (bỏ qua tập âm): u(t) = Ab(t- τ) + 2Ab(t- τ)p1 (t- τ) p2(t- τ)cos[2πfc ( t- τ) + θ(t- τ)]sin[2πfc (t- τ) + θ(t- τ)] Tín hiệu tại đầu ra bộ lọc thông dải : x(t) = Ab(t- τ) Lương Thị Thuận 27 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Tín hiệu x(t) được cho qua bộ tích phân lấy trong một chu kỳ bit của dữ liệu gốc được tín hiệu thu mong muốn. 2.1.3. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần (FH - CDMA) 2.1.3.1. Nguyên lý chung Kỹ thuật trải phổ nhảy tần FH/SS là sự chuyển dịch sóng mang có tần số được chọn theo mã trong một tập hợp các tần số. Độ rộng toàn bộ băng tần được chia nhỏ thành các khe tần số không lấn lên nhau. Chuỗi mã PN sẽ xác định khe tần số nào được dùng để truyền tin trong một khoảng thời gian nhất định. Khác với trải phổ chuỗi trực tiếp, ở trải phổ nhảy tần mã trải phổ không trực tiếp điều chế tín hiệu mà được dùng để điều khiển bộ tổ hợp tần số tạo ra các tần số khác nhau. Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hơn hay chậm hơn tốc độ số liệu. Tương ứng có hai trường hợp là: nhảy tần nhanh và nhảy tần chậm. Sơ đồ khối của máy thu và máy phát của hệ thống nhảy tần như sau: Dữ liệu nhị phân vào Dữ liệu ra Kênh truyền Bộ điều chế Bộ tổ hợp tần số Bộ tạo mã PN Bộ tổ hợp tần số Bộ giải điều chế Bộ khôi phục định thời Đồng bộ mã Bộ tạo mã PN Hình 16. Sơ đồ khối của hệ thống trải phổ FH. Bản tin nhị phân b(t) cần phát có tốc độ Rb= 1/Tb , được mã hoá NZR. Sau đó được điều chế một sóng mang mà tần số của nó fc(t) được điều khiển bởi một bộ tạo mã. Bộ tổng hợp tần số sẽ tạo ra các chip có tốc độ bit Rc. Do đó, tần số sóng mang Lương Thị Thuận 28 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA được xác định theo một tập hợp của log2N chip ( N là số lượng các tần số sóng mang có thể có). Mỗi lần nó thay đổi là mã đã tạo ra log2N chip liên tiếp. Như vậy, tần số sóng thay đổi theo các bước. Bước của tần số là RH=Rc/log2N. Tại máy thu, sóng mang được nhân với một sóng mang chưa điều chế được tạo ra giống hệt bên phát. Sóng mang này được tạo ra nhờ bộ tạo mã PN giống như bên phát điều khiển bộ tổ hợp tần số để tạo ra tần một tần số thích hợp. Như vậy, Sự chuyển dịch tần số giả ngẫu nhiên ở bên phát sẽ được loại bỏ tại nơi thu. Điều chế FSK thường sử dụng cho các hệ thống này. Giải điều chế là không kết hợp do tần số sóng mang luôn thay đổi trong quá trình truyền tin. 2.1.3.2. Hệ thống FH/SS nhanh Ở hệ thống FH/SS nhanh, có ít nhất một lần nhảy với một bít số liệu. Với T là chu kỳ của tín hiệu, Th là thời gian của một đoạn nhảy tần thì T/Th ≥ 1. Trong khoảng thời gian Th giây của mỗi lần nhảy tần, một trong số j tần số { f0, f0+∆f , f0+2∆f , … ,f0+(j-1)∆f } được phát. Trong đó ∆f là khoảng cách giữa các tần số lân cận, thường được chọn bằng 1/Th . Biểu đồ tần số cho hệ thống FH với tốc độ nhảy tần bằng 3 lần tốc độ số liệu như sau: Lương Thị Thuận 29 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Hình 17. Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T=3Th 2.1.3.3. Hệ thống FH/SS chậm Khi tốc độ nhảy tần số của sóng mang trải phổ nhỏ hơn tốc độ dữ liệu ta có hệ thống trải phổ nhảy tần chậm (T/TH < 1) . Về cơ bản thì hai hệ thống trải phổ nhảy tần chậm và nhảy tần nhanh tương tự nhau. Dưới đây là biểu đồ tần số của hệ thống trải phổ nhảy tần chậm với T/TH= 1/2 : Lương Thị Thuận 30 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Hình 18. Biểu đồ tần số của hệ thống FH/SS nhanh với T/TH= 1/2 2.1.4. Kỹ thuật trải phổ nhảy thời gian TH/SS Nhảy thời gian tương tự như điều chế xung. Nghĩa là, dãy mã đóng/mở bộ phát, thời gian đóng/ mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên theo mã và đạt được 50 % yếu tố tác động truyền dẫn trung bình. Sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH/SS đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH/SS thì sự nhảy tần số chỉ xảy ra trong trạng thái dịch chuyển dãy mã trong hệ thống TH/ SS. Hình (18) là sơ đồ khối của hệ thống TH/SS. Ta thấy rằng bộ điều chế rất đơn giản và bất kỳ một dạng sóng cho phép điều chế xung theo mã đều có thể được sử dụng đối với bộ điều chế TH/ SS. TH/SS có thể làm giảm giao diện giữa các hệ thống trong hệ thống ghép kênh theo thời gian. Vì mục đích này mà sự chính xác thời gian được yêu cầu trong hệ thống nhằm tối thiểu hóa độ dư giữa các máy phát. Lương Thị Thuận 31 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Do hệ thống TH/SS có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp giữa hệ thống này với hệ thống FH/SS để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn. Tạo mã Bộ phát xung điều chế Quyết định Tách xung Tách xung Tạo mãCổng 1 Cổng D Thông tin đầu ra Thông tin đầu vào Hình 19. Sơ đồ khối bộ thu phát của hệ thống TH/SS 2.1.5. So sánh các hệ thống SS Mỗi loại hệ thống đều có ưu - nhược điểm. Việc chọn hệ thống nào phải dựa trên ứng dụng đặc thù. Chúng ta sẽ so sánh các hệ thống DS, FH và TH. Các hệ thống DS/ SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải rộng nó ở một phổ tần rộng. Trong các hệ thống FH/ SS ở mọi thời điểm cho trước, những người sử dụng phát các tần số khác nhau vì thế có thể tránh được nhiễu giao thoa. Các hệ thống TH/ SS tránh nhiẽu giao thoa bằng cách tránh không để nhiễu hơn một người sử dụng phát trong một thời điểm. Có thể thiết kế các hệ thống DS/ SS với giải điều chế kết hợp và không kết hợp. Tuy nhiên, do sự nhảy chuyển tần số phát nhanh rất khó duy trì đồng bộ pha ở các hệ thống FH/SS vì thế chúng thường đòi hỏi giải điều chế không kết hợp. Trong thực tế các hệ thống DS/SS có chất lượng tốt hơn do sử dụng giải điều chế kết hợp nhưng giá thành của mạch pha sóng mang đắt. Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ tạo mã PN, FH/SS có thể nhảy tần trên băng tần rộng hơn nhiều so với băng tần của tín hiệu DS/SS. Ngoài ra có thể tạo ra tín hiệu Lương Thị Thuận 32 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA TH/SS có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều độ rộng băng tần của DS/ SS khi bộ tạo chuỗi của hai hệ thống này cùng tốc độ đồng hồ. Hệ thống FH/SS loại trừ được các kênh tần số gây nhiễu giao thoa mạnh và thường xuyên, còn DS/SS nhạy cảm nhất với vấn đề gần xa. Các hệ thống FH/SS dễ bị thu trộm hơn so với hệ thống DS/SS. Thời gian bắt mã ở các hệ thống FH/SS ngắn nhất, tuy nhiên máy phát và máy thu ở hệ thống FH/SS đắt do sự phức tạp của bộ tổng hợp tần số. Các hệ thống FH/SS chịu được fading nhiều tia và các loại nhiễu.Trong khi các máy thu DS/SS đòi hỏi các mạch đặc biệt để làm việc tốt trong môi trường nói trên. 2.1.6. Hệ thống lai ( Hybrid ) 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 : FH/ DS, TH/ FH, 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 cơ bản đã nói đến ở trên không thể nào có được. Một mạch không cần phức tạp quá có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trước. 2.1.6.1. Hệ thống FH/ DS Hệ thống FH/ DS sử dụng tín hiệu điều chế DS với tần số trung tâm được chuyển nhảy một cách định kỳ. Phổ tần số của bộ điều chế được minh họa trên hình (19). Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộng băng là một phần trong độ rộng băng của rất nhiều các tín hiệu trải phổ chồng lấn và tín hiệu toàn bộ xuất hiện như là sự chuyển động của tín hiệu DS tới độ rộng băng khác nhờ các mẫu tín hiệu FH. Hệ thống tổng hợp FH/ DS được sử dụng vì các lý do sau đây: 1. Dung lượng trải phổ 2. Đa truy nhập và thiết lập địa chỉ phân tán. 3. Ghép kênh. Hệ thống điều chế tổng hợp các ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ nhịp của bộ tạo mã DS đạt tới giá trị cực đại và giá trị giới hạn của kênh FH. Ví dụ, trong trường hợp độ rộng băng RF yêu cầu là 1 Ghz thì hệ thống DS yêu một bộ tạo mã tức thời có tốc độ Lương Thị Thuận 33 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA nhịp là 1136Mchip/s và khi sử dụng hệ thống FH thì yêu cầu một bộ trộn tần để tạo ra tần số có khoảng cách 5 KHz. Tuy nhiên, khi sử dụng hệ thống tổng hợp thì yêu cầu một bộ tạo mã tức thời 114Mchip/s và một bộ trộn tần để tạo ra 20 tần số. Hình 20. Phổ tần của hệ thống tổng hợp FH/DS Bộ phát tổng hợp FH/ DS như trên hình (20) thực hiện chức năng điều chế DS nhờ biến đổi tần số sóng mang (sóng mang FH là tín hiệu DS được điều chế ) không giống như bộ điều chế DS đơn giản. Nghĩa là, có một bộ tạo mã để cung cấp các mã với bộ trộn tần được sử dụng để cung cấp các dạng nhảy tần số và một bộ điều chế cân bằng để điều chế DS. Đầu ra FH/DS Tổ hợp tần số Mã DS + thông tin Tạo mã Bộ điều chế cân bằng Thông tin đầu vào Hình 21. Bộ điều chế tổng hợp FH/DS Sự đồng bộ thực hiện giữa các mẫu mã FH/ DS biểu thị rằng phần mẫu DS đã cho được xác định tại cùng một vị trí tần số lúc nào cũng được truyền qua một kênh tần số nhất định. Nhìn chung thì tốc độ mã của DS phải nhanh hơn tốc độ nhảy tần. Do số lượng các kênh tần số được sử dụng nhỏ hơn nhiều so với số lượng các chip mã nên tất cả các kênh tần số nằm trong tổng chiều dài mã sẽ được sử dụng nhiều lần. Các kênh được sử dụng ở dạng tín hiệu giả ngẫu nhiên như trong trường hợp các mã. Bộ tương quan được sử dụng để giải điều chế tín hiệu đã được mã hóa trước khi thực hiện giải điều chế băng tần gốc tại đầu thu, bộ tương quan FH có một bộ Lương Thị Thuận 34 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín hiệuthu được. Hình (21) miêu tả một bộ thu FH/ DS điển hình. Bộ tạo tín hiệu dao động nội trong bộ tương quan giống như bộ điều chế phát trừ 2 điểm sau: 1. Tần số trung tâm của tín hiệu dao động nội được cố định bằng độ lệch tần số trung gian ( IF ). 2. Mã DS không bị biến đổi với đầu vào băng gốc. Giá trị độ lợi xử lý dB của hệ thống tổng hợp FH/ DS có thể được tính bằng tổng của độ lợi xử lý của hai loại điều chế trải phổ đó. Do đó, giới hạn giao thoa trở nên lớn hơn so với hệ thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản. Hình 22. Bộ thu tổng hợp FH/ DS 2.1.6.2 Hệ thống TH/ FH Hệ thống điều chế TH/FH được áp dụng rộng rãi khi muốn sử dụng nhiều thuê bao có khoảng cách và công suất khác nhau tại cùng một thời điểm. Với số lượng việc xác định địa chỉ thuê bao là trung bình thì nên sử dụng một hệ thống mã đơn giản hơn là một hệ thống trải phổ đặc biệt. Khuynh hướng chung là tạo ra một hệ thống chuyển mạch điện thoại vô tuyến có thể chấp nhận các hoạt động cơ bản của hệ thống như là sự truy nhập ngẫu nhiên hoặc sự định vị các địa chỉ phân tán. Đó cũng là một hệ thống cố thể giải quyết các vấn đề liên quan đề khoảng cách. Như trên hình (22) ta thấy hai Lương Thị Thuận 35 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA đầu phát và thu đã được xác định và máy phát ở đường thông khác hoạt động như là một nguồn giao thoa khi đường thông đó được thiết lập. Hơn nữa, sự khác nhau về khoảng cách giữa máy phát bên cạnh và máy phát thực hiện thông tin có thể gây ra nhiều vấn đề. Hệ thống này làm giảm ảnh hưởng giao thoa chấp nhận được của hệ thống thông tin trải phổ xuống tới vài độ. Do ảnh hưởng của khoảng cách gây ra cho tín hiệu không thể loại trừ được chỉ với việc xử lý tín hiệu đơn giản mà một khoảng thời gian truyền dẫn nhất định nên được xác định để tránh hhiện tượng chồng lấn các tín hiệu tại một thời điểm. S22=P2-F(d)S12=P1-F(d) T2 T1 S21=P2-F(D)S11=P1-F(D) R2 R1 F(D)>F(d) Hình 23. Hệ thống thông tin hai đường với các vấn đề về khoảng cách 2.1.6.3. Hệ thống TH/DS Nếu phương pháp ghép kênh không đáp ứng các yêu cầu giao diện đường truyền khi sử dụng hệ thống DS thì hệ thống TH được sử dụng thay thế để cung cấp một hệ thống TDM cho khả năng điều khiển tín hiệu. Yêu cầu sự đồng bộ nhanh đối với tương quan mã giữa các đầu mối của hệ thống DS, hệ thống TH được giả quyết cho trường hợp này. Nghĩa là, đầu cuối thu của hệ thống DS nên có một thời gian chính xác để kích hoạt TDM, để đồng bộ chính xác mã tạo ra tại chỗ trong thời gian chip của mã PN. Hơn nữa, thiết bị điều khiển đóng/ mở chuyển mạch được yêu cầu để thêm TH- TDM vào hệ thống DS. Trong trường hợp này thì kết cuối đóng/ mở chuyển mạch có thể được trích ra một cách dễ dàng từ bộ tạo mã sử dụng để tạo ra các mã trải phổ và hơn nữa thiết bị điều khiển đóng/ mở được sử dụng để tách các trạng thái ghi dịch cấu thành bộ tạo mã và dựa trên các kết quả, số lượng n cổng được sử dụng để kích hoạt bộ phát có thể được thiết lập một cách đơn giản. Hình (23) minh họa bộ phát và Lương Thị Thuận 36 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA thu TH/ DS. Bộ thu rất giống như bộ phát ngoại trừ phần phía trước và một phần của bộ tạo tín hiệu điều khiển được sử dụng để kích hoạt trạng thái đóng/ mở của tín hiệu để nó truyền đi. Điều đó nhận được nhờ chọn trạng thái bộ ghi dịch sao cho bộ ghi dịch này được tạo một cách lặp lại trong quá trình chọn mã đối với điều khiển thời gian. Trong bộ tạo mã dài nhất bậc n thì điều kiện thừ nhất tồn tại và điều này được lặp lại với chu kỳ là m. Khi chọn bậc ( n- r) và tách ra tất cả các trạng thái của nó thì bộ tạo mã có tạo tín hiệu giả ngẫu nhiên phân bố dài gấp hai chu kỳ mã. Như ở trên thì n biểu thị độ dài bộ ghi dịch và r nghĩa là bậc ghi dịch không tách được. Cũng vậy, việc tạo đầu ra và chu kỳ tạo trung bình có khoảng cách giả ngẫu nhiên có thể được chọn nhờ mã trong chu kỳ giả ngẫu nhiên. Loại phân chia thực hiện trong quá trình chu kỳ giả ngẫu nhiên này có thể có nhiều người sử dụng kênh để có nhiều truy cập và có chức năng tiến bộ hơn so với giao diện ghép kênh theo mã đơn giản. Hình 24(a). Bộ phát của TH/DS Hình 24(b). Bộ thu của TH/DS Lương Thị Thuận 37 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 2.2. Các dãy giả ngẫu nhiên PN 2.2.1. Giới thiệu chung về chuỗi PN Một dãy ngẫu nhiên nhị phân đơn giản nhất, dãy Bernoulli, đôi khi được xem như một dãy “xấp ngửa” mà “0” hoặc “1” tương ứng với kết quả “ngửa” hoặc “xấp” trong một chuỗi các thử nghiệm tung đồng su. Nhưng ngay cả dãy ngẫu nhiên nhị phân đơn giản nhất này cũng đòi hỏi bộ nhớ lớn vô hạn tại cả máy thu và máy phát. Tuy nhiên, sự “ngẫu nhiên” trong một dãy Bernoulli cũng có thể được tạo ra nhờ một phép toán tuyến tính đơn giản được quy địng bởi một số lượng vừa phải các tham số nhị phân (bit). Do đó, biến số ngẫu nhiên duy nhất là điểm khởi đầu của chuỗi. Các dãy giả ngẫu nhiên này phải có các thuộc tính cơ bản của “sự ngẫu nhiên” như sau: 1. Tính cân đối Trong một chu kỳ của dãy, số bit “1” và số bit “0” khác nhau nhiều nhất là 1. 2. Khoảng chạy Một bước chạy là một dãy các số ‘1’ liên tiếp hay một dãy các số ‘0’ liên tiếp. Độ dài của bước chạy là số bít trong bước chạy. Trong tất cả các bước chạy của một chu kỳ của chuỗi, để thỏa mãn tính chạy cần có 1/2 bước chạy có độ dài là 1, 1/4 bước chạy có độ dài là 2, 1/8 bước chạy có độ dài là 3...Tổng quát có 1/2r bước chạy có độ dài r với r < n-1 và 1/2n-1 bước chạy có độ dài n với n là số phần tử nhớ. 3. Tính tương quan Khi so sánh theo kiểu số hạng: so sánh số hạng của một dãy với chính dãy ấy nhưng bị dịch đi. Dãy có tính tương quan tốt nếu như số số hạng giống nhau khác số số hạng khác nhau không quá một chỉ số đếm. 2.2.2. Dãy ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại (dãy- m) Có nhiều loại mã PN khác nhau được sử dụng trong kỹ thuật trải phổ, trong đó loại quan trọng nhất là các mã PN được tạo ra từ dãy ghi dịch cơ số hai có độ dài cực đại hay dãy m. Các dãy cơ số hai m được tạo ra bằng cách sử dụng thanh ghi dịch có mạch hồi tiếp và các mạch cổng hoặc loại trừ (XOR). Một dãy thanh ghi dịch tuyến tính được xác định bởi một đa thức tạo mã tuyến tính g(x) bậc m > 0. g(x) = gmxm + gm-1xm-1 + gm-2xm-2 + ... + g1x + go (2.8). Đối với chuỗi cơ số hai có giá trị {0,1} , gi bằng 0 hoặc 1và gm = g0 = 1. Đặt g(x) = 0, ta được sự hồi quy sau: Lương Thị Thuận 38 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 1 = go+ g1x + g2x2 + ... + gm-2xm-2 + gm-1xm-1 + xm (2.9). Với xk thể hiện đơn vị trễ, phương trình hồi quy trên xác định các kết nối hồi tiếp trong mạch thanh ghi dịch như hình (24). Trong mạch thanh ghi dịch, các mạch XOR thực hiện phép cộng mod 2. Nếu gi= 1 khóa tương ứng của mạch đóng, nếu gi≠1 thì khóa này mở. Si(1) Si(2) Si(3) Ci-mCi g2 xm-1x3x2x1 g1 x0 x m Si(m) . . . . . . gmg3 0 → +1 1 → -1 Hình 25. Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính Thanh ghi dịch là một mạch cơ số 2 trạng thái hữu hạn có m phần tử nhớ. Mỗi phần tử nhớ là một Flip-Flop hai trạng thái {1,0}. Vì thế số trạng thái khác không cực đại của mạch là 2m-1. Số này bằng chu kỳ cực đại của chuỗi ra C = (co, c1, c2,...).Trong hình (24), trạng thái của thanh ghi dịch ở xung đồng hồ thứ i là: Si = { Si(1), Si(2), Si(3), ... Si(m)} Đầu ra của thanh ghi dịch ở xung đồng hồ thứ i là: Ci-m = Si(m). Thay 1=Ci vào phương trình (2.9) ta được điều kiện hồi quy của chuỗi ra: Ci = g1ci-1 + g2ci-2 + ... +gm-1ci-m+1 + ci-m Hay Ci+m = g1ci+m-1 + g2ci+m-2 + ... +gm-1ci+1 + ci (mod 2) (2.10). với i >=0. Như vậy ứng với mỗi đa thức tạo mã nhất định, ta sẽ xác định được giá trị hồi quy Ci và xây dựng được thanh ghi dịch bằng bậc m của đa thức. Số phần tử trong thanh ghi dịch bằng bậc m của đa thức.Trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điều kiện hồi quy được xác định bởi một đa thức tạo mã g(x). Đầu ra thanh ghi dịch sẽ cho ta một chuỗi cơ số hai có độ dài cực đại hay chuỗi m. Lương Thị Thuận 39 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Xét ví dụ với đa thức tạo mã g(x)= 1+x+x4 Đa thức có m = 4 nên có 4 phần tử nhớ (Flip- Flop). Từ đa thức tạo mã, theo công thức (2.10) ta có điều kiện hồi quy như sau: Ci = Ci-1 + Ci-4. Mạch thanh ghi dịch và chuỗi mã tạo ra ứng với đa thức này như sau: D1⊕D4 D1 D2 D3 D4 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 D1 D2 D4 D3 Chuỗi ra Lương Thị Thuận 40 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Chuỗi ra C = 111101011001000 Chuỗi có chu kỳ cực đại N = 24 = 15. Sau 15 xung nhịp thì các thanh ghi dịch trở về trạng thái ban đầu. Trạng thái 1111 là trạng thái nạp lúc khởi đầu cho các Flip- Flop. Các trạng thái đầu của các F-F có thể là bất kỳ nhưng yêu cầu phải khác không. Với việc chọn một đa thức tạo mã nguyên thủy, ta sẽ tạo ra được chuỗi m thỏa mãn các chỉ tiêu ngẫu nhiên. 2.3. Đồng bộ Điều kiện cơ bản để thực hiện đa thâm nhập là phải đồng bộ bộ tạo chuỗi mã PN ở phía thu và ở phía phát để trải phổ. Điều kiện này cho phép máy thu tách được thông tin hữu ích Mi(t). Quá trình đồng bộ gồm hai giai đoạn: Bắt chuỗi (Aquistion). Bám chuỗi (Tracking). Quá trình bắt chuỗi mã (bắt đồng bộ) : Các chuỗi mã PN được tạo ta độc lập ở phía phát và phía thu nên các chuỗi PN ở phía thu sẽ bị dịch đi một lượng là τ. Tín hiệu phía phát là Ci(t) thì tín hiệu phía thu là Ci(t-τ). Để thực hiện bắt chuỗi người ta có thể sử dụng sơ đồ bắt chuỗi như hình (25). Dịch mã Yes Ngưỡng Bộ tạo mã Bộ tách sóng đường baoBPF No S3(t) S4(t) S2(t) S1(t) Ci(t - τ) Mi(t)Ci(t) Đến tích phân Cho phép bám Hình 26. Nguyên lý bắt mã ở hệ thống DS - CDMA Lương Thị Thuận 41 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Sơ đồ hình (25) là sơ đồ bắt mã cho trường hợp giải điều chế kết hợp (có khôi phục sóng mang). Trong trường hợp này trước hết sóng mang đã khôi phục được nhân với sóng mang thu: S2(t) = Mi(t).Ci(t). cosωc(t) cosωc(t) = 1/2Mi(t).Ci(t)[ cos(2ωct))+1] (2.6). Sau bộ lọc thông thấp ta được: S3(t) = 1/2 Mi(t).Ci(t) Tín hiệu S3(t) được nhân với mã PN của bộ tạo mã địa phương Ci(t-τ). Sau đó tín hiệu được đưa đến bộ tách sóng hình bao. Vì biên độ của sóng mang điều chế bởi Mi(t) là không đổi, tín hiệu ở đầu ra bộ tách sóng hình bao là hàm tự tương quan của Ci(t) S4(t) = ⎥ Ci(t).Cj(t-τ)⎥ =⎥ R(τ)⎥. Tín hiệu S4(t) được đưa đến bộ tích phân có khoảng thời gian bằng một số chu kỳ của chuỗi giả ngẫu nhiên. Bộ tích phân có tác dụng tích lũy một số giá trị đo với một τ cho trước. Ta thấy rằng hàm R(τ) có giá trị cực đại khi τ=0. Sau khi qua bộ tích phân giá trị này được đưa đến bộ so sánh để so sánh với giá trị ngưỡng. Nếu nhỏ hơn giá trị ngưỡng thì τ tăng thêm một lượng là Tc/2 tương ứng với bộ tạo mã PN tạo ra mã dịch đi một lượng Tc/2. Các thao tác trên được lặp đi lặp lại cho đến khi giá trị điện áp đạt đến ngưỡng cố định chứng tỏ đã đạt được đỉnh tương quan τ=0. Khi này cho phép chuyển sang chế độ bám. Thời hạn tích phân được quy định để chống nhiễu. Nếu bị mất đồng bộ thì bộ tích phân bị xóa trở về trạng thái ban đầu. Quá trình bám : Mạch bám đồng bộ hoạt động ngay khi vừa bắt được đồng bộ. Mã PN ở máy thu đã đồng bộ với mã PN ở máy phát trong một chip, tuy nhiên nó có thể chậm hoặc nhanh hơn một khoảng thời gian τ so với mã PN máy phát (0<τ<Tc ). Hình 26 mô tả nguyên lý của quá trình bám mã: Lương Thị Thuận 42 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA BPF BPF Bộ tách sóng đường bao Bộ tách sóng đường bao - +Bộ tạo mã 3 2 1 Trễ Nhanh Bộ lọc vòng τ ⎜RP(τ+Tc/2)⎜ ⎜RP(τ-Tc/2)⎜ τ = - 13 2 τ Hình 27. Nguyên lý bám ở hệ thống DS - CDMA cho trường hợp tách sóng nhất quán Vòng bắt mã được tăng gấp hai với nhánh nhanh và nhánh trễ. Tín hiệu được tạo ra bởi bộ tạo mã ở nhánh nhanh là Ci(t+Tc/2) và ở nhánh trễ là Ci(t-Tc/2). Hai tín hiệu này trừ lẫn nhau ở đầu ra bộ tách sóng hình bao để tạo ra tín hiệu lỗi e(τ): e(τ) = | Rp (t+Tc/2)| - | Rp (t-Tc/2)|. Sau khi lọc bỏ lỗi này sẽ điều khiển làm cho bộ tạo chuỗi nhanh hơn hay trễ hơn. Dấu của e(τ) chỉ ra phương hiệu chỉnh cần thực hiện và sự thay đổi của e(τ) phụ thuộc vào τ có dạng đặc tính của một tín hiệu lỗi trong vòng điều khiển. 2.4. Các đặc tính của CDMA 2.4.1. Tính đa dạng của phân tập Trong hệ thống điện thoại tổ ong đầu tiên sử dụng điều chế băng hẹp FM analog thì tính đa đường tạo nên nhiễu fading nghiêm trọng. Nhưng trong điều chế CDMA băng rộng nhiễu fading được giảm đi đáng kể vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu một cách độc lập. Tuy nhiên nhiễu fading không thể loại trừ hoàn toàn được vì các hiện tượng fading đường xảy ra một cách liên tục làm cho 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 fadinh, có ba loại phân tập là theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần Lương Thị Thuận 43 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng báo hiệu( 200 – 300 ) KHz. Phân tập theo khoảng cách hay theo đường truyền có thể đạt được theo 3 phương pháp sau: • Thiết lập nhiều đường báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di động đồng thời với 2 hoặc hiều BS. • Sử dụng môi trường đa đường theo chức năng trải phổ giống như bộ thu quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát khác trễ thời gian. • Đặt nhiều anten tại BS. Hình 28. Các quá trình phân tập trong CDMA Các loại phân tập để nâng cao hoạt động của hệ thống CDMA bao gồm : o Phân tập theo thời gian – Chèn mã, tách lỗi và mã sửa sai. o Phần tập theo tần số – Sử dụng tín hiệu băng rộng 1,25 MHx. o Phân tập theo khoảng cách ( theo đường truyền ) – Thiết lập nhiều đường báo hiệu, bộ thu đa đường và kết nối với nhiều BS (chuyển vùng mềm ). Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA. Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương pháp khác có thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Bộ điều khiển đa đường tách sóng PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động sử dụng 3 bộ tương quan, BS sử dụng 4 bộ tương quan. Máy thu có bộ tương quan song song gọi là máy thu quét, nó xác định tín hiệu thu theo mỗi đường và tổ hợp, giải điều chế tát cả các tín hiệu thu được. Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín Lương Thị Thuận 44 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 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 tác cả các tín hiệu thu được là rất thấp. Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông in có 2 BS sao cho có thể thực hiện được chuyển vùng mềm cho máy di động. 2.4.2. Điều khiển công suất CDMA Hệ thống thông tin di động số CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất hai chiều (từ máy di động MS đến trạm cơ sở BS và ngược lại) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lớn, chất lượng dịch vụ cuộc gọi cao. Bộ thu CDMA của BS truyền tín hiệu CDMA thu được từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Tín hiệu của các máy di động khác như là tín hiệu tạp âm của băng rộng.Điều khiển công suất có các chức năng sau: Điều khiển công suất tuyến lên có hai chức năng là: o Cân bằng công suất mà BS nhận được từ mỗi MS. Nhờ đó khắc phục được hiệu ứng gần xa, tăng dung lượng hệ thống. o Tối thiểu hóa mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo dịch vụ tin cậy. Nhờ đó làm giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung lượng, tránh nguy hại cho sức khỏe, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất của MS. o Điều khiển công suất tuyến xuống có ba chức năng là: o Đảm bảo phủ sóng với chất lượng tốt cho những vùng tồi nhất trong vùng phục vụ. o Tạo khả năng dàn trải lưu lượng giữa các ô có lượng tải không bằng nhau trong vùng phục vụ (chẳng hạn dọc theo đường cao tốc) bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với những ô có tải nặng. o Tối thiểu hóa mức công suất phát cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận, làm tăng dung lượng và chất lượng của hệ thống. 2.4.3. Công suất phát thấp Việc giảm tỷ số tín hiệu/ nhiễu (tức là giảm tỷ số Eb/ No) trong một giới hạn nào đó không những ta có thể tăng dung lượng của hệ thống mà còn giảm công suất phát. Việc giảm công suất phát của máy di động có các thuận lợi sau: Lương Thị Thuận 45 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA o Để giảm tạp âm và giao thoa của các máy di động khác cùng kênh gây ra. o Việc giảm công suất phát sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lượng BS yêu cầu. o Việc giảm công suất phát của máy di động dẫn đến giảm công suất phát trung bình để làm giảm fadinh. Công suất phát chỉ cao khi có fadinh. 2.4.4. Bộ mã - giải mã thoại và tốc độ số liệu biến đổi Bộ mã - giải mã thoại của hệ thống CDMA được thiết kế với các tốc độ biến đổi 8Kb/s. Dịch vụ thoại 2 chiều của tốc độ số liệu biến đổi cung cấp thông tin thoại có sử dụng thuật toán mã - giải mã thoại tốc độ số liệu biến đổi động giữa BS và máy di động. Bộ mã - giải mã thoại phía phát lấy mẫu tín hiệu thoại để tạo ra các gói tín hiệu thoại được mã hóa dùng để truyền tới bộ mã - giải mã thoại phía thu. Bộ mã - giải mã thoại phía thu sẽ giải mã các gói tín hiệu thoại thu được thành các mẫu tín hiệu thoại. Hai bộ mã - giải mã thoại thông tin với nhau ở 4 nấc tốc độ truyền dẫn là 9600b/s, 4800b/s, 2400b/s, 1200b/s. Các tốc độ này được chọn theo điều kiện hoạt động và theo bản tin hoặc số liệu. Thuật toán mã - giải mã thoại chấp nhận CELP ( mã dự đoán tuyến tính thực tế ) , thuật toán dùng cho hệ thống CDMA là QCELP. Bộ mã - giải mã thoại biến đổi sử dụng ngưỡng tương thích để chọn tốc độ số liệu. Ngưỡng được điều khiển theo cường độ của tạp âm nền và tốc độ số liệu sẽ chỉ chuyển đổi thành tốc độ cao khi có tín hiệu thoại vào. Do đó, tạp âm nền bị triệt đi để tạo ra sự truyền dẫn thoại chất lượng cao trong môi trường tạp âm. 2.4.5. Bảo mật cuộc gọi Vì hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên hệ thống này cung cấp chức năng bảo mật cao. Việc sử dụng máy thu tìm kiếm bất hợp pháp đối với hệ thống CDMA là rất khó khăn. Bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn làm dãn rộng phổ tín hiệu để không phân biệt được với tạp âm nền. 2.4.6. Máy di động có chuyển vùng mềm Cả BS ban đầu và BS mới cùng tham gia vào việc chuyển giao cuộc gọi đối với chuyển vùng mềm. Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhận ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó, trong khi hệ thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch “cắt – trước khi – nối” thì Lương Thị Thuận 46 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA chuyển vùng mềm của hẹ thống CDMA chấp nhận hình thức chuyển mạch “nối – trước khi – cắt”. Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu của ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức độ nhất định nào đó có nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động chuyển một bản tin điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu của BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện được mà không có hiện tượng ping-pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc đấu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công. 2.4.7. Dung lượng Với khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều kiện. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu để sử dụng trong quân đội. Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỷ số sóng mang nhiễu vào khoảng 18dB nên còn có rất nhiều hạn chế xét từ quan điểm hiệu quả tái sử dụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì một kênh sử dụng cho một BS sẽ không được phép sử dụng cho BS khác. Nói cách khác thì trong hệ thống CDMA một kênh băng tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS. Hiệu quả của tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỷ số tín hiệu /nhiễu tạo ra không chỉ từ một BS mà từ tất cả các thuê bao sử dụng trong vùng phục vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các thuê bao sử dụng lớn hơn một là rất quan trọng. Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các thuê bao sử dụng với số người sử dụng. Nếu tỷ số công suất tín hiệu thu được đối với số cường độ công suất tạp âm trung bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp một chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo luật số lượng nhỏ và tỷ lệ của thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu. Lương Thị Thuận 47 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi sử lý, lỷ số Eb/ No ( bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu ), chu kỳ công suất thoại, hiệu quả tái sử dụng tần số và số lượng búp sóng của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ thống CDMA có cùng một tỷ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một kênh. Ví dụ, nếu máy di động sử dụng băng tần trải phổ 1,25 MHz để truyền số liệu với tốc độ 9600 b/s thì công nghệ điều chế và mã hóa đòi hỏi tỷ số Eb/ No là 6dB, công suất phát của tất cả các máy di động được điều khiển để thu được cùng một công suất từ mỗi máy di động sao cho 32 máy di động có thể truyền một cách đồng thời. 2.4.8. Tách tín hiệu thoại Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không có tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhưng do số liệu truyền dẫn giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần, suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng 1/3 và dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. 2.4.9. Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng Hệ thống tế bào khác với hệ thống thông thường ở chỗ nó sử dụng độ lợi tần số. Nhờ sử dụng lại các tần số nó có thể cung cấp dung lượng xử lý cao hơn rất nhiều so với các hệ thống điện thoại đang sử dụng. Trong khái niệm sử dụng lại tần số bao hàm khái niệm cho phép sử dụng nhiều kênh chung để tăng dung lượng hệ thống cho mục đích điều khiển. Sự sử dụng lại tần số được thực hiện như sau: Đầu tiên dải phổ được phân thành một số nhóm tần số để sử dụng lại. Trong trường hợp này một nhóm tần số được sử dụng cho từng trạm gốc. Kiểu nhóm tần số giống nhau không thể được sử dụng trong các trạm gốc lân cận. Trong hệ thống, nhiễu giữa 2 máy mobile sử dụng cùng tần số có thể được điều khiển bởi phân chia không gian sự xắp xếp lại trạm gốc và sử dụng anten định hướng ở trạm gốc. Vì giá trị C/I được xác định dưa vào tỷ lệ giữa các khoảng cách hơn khoảng cách tuyệt đối. Trong giai đoạn đầu, người ta cho rằng dung lượng hệ thống có thể Lương Thị Thuận 48 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA được mở rộng không hạn chế thông qua sử dụng công nghệ tái sử dụng tần số. Điều đó có nghĩa là khi nhu cầu trong vùng tương ứng tăng lên thì kích thước tế bào nhỏ lại và số lượng các trạm gốc tăng lên. Như vậy dung lượng hệ thống được mở rộng. Tuy nhiên trong thực tế có giới hạn dung lượng hệ thống vì hoạt động chuyển vùng rất khác nhau cũng như kích thước của các tế bào chỉ có thể nhỏ trong giới hạn cho phép. Hiện nay, dung lượng hệ thống được bão hòa trong các vùng dân cư đông đúc và nhu cầu tăng cường công nghệ tái sử dụng tần số hiệu quả hơn đã nẩy sinh. Sự phân chia tế bào và giảm tế bào nhờ các anten giả quạt ( sector ) là các biện pháp hiệu quả không lâu dài để mở rộng dung lượng hệ thống và vì vậy một phương pháp điều chế số đã được đề xuất như là một giải pháp để mở rộng dung lượng thông qua tăng hiệu suất trải phổ. Trong công thức tính dung lượng hệ thống CDMA chỉ có nhiễu gây ra bởi các máy di động trong vùng tế bào được xem xét đến. Bây giờ, nhiễu được tạo ra từ các máy di động xác định trong các tế bào lân cận được tính toán bằng cách phân tích 1 hệ thống tế bào dung lượng lớn. Trước hết, giả định rằng một số lượng lớn tế bào có cùng kích thước và các máy di động được phân bố đều trên tế bào. Nếu địa thế là bằng phẳng và độ cao của anten không quá cao, suy hao đường truyền dẫn bằng 4 lần khoảng cách. Trong hệ thống CDMA nhiễu tổng cộng trên một máy di động phát tín hiệu trong một trạm gốc thu được bằng tổng số nhiễu của các máy di động khác trong cùng tổ ong và nhiễu tất cả các máy di động của các trạm gốc lân cận. Ngoài ra nhiễu tổng cộng tới từ tất cả các trạm gốc lân cận bằng 1/2 nhiễu tổng cộng từ các máy di động khác. Hiệu suất sử dụng lại tần số của các trạm gốc vô hướng khoảng 65% là tỷ lệ của toàn bộ nhiễu, giữa nhiễu tổng cộng của các máy di động trong vùng tổ ong và nhiễu tổng cộng của tất cả các trạm gốc. Khi có N máy di động trong một tổ ong, công suất phát ra của một máy di động được điều khiển và tương ứng số lượng các máy gây nhiễu là (N –1) không kể đến vị trí của các tế bào. Các công suất phát ra của tất cả các máy di động trong tế bào được điều khiển để chúng có thể nhận được mức công suất cần thiết từ tâm tế bào không xem xét đến khoảng cách từ tâm tế bào. Trong một tổ ong hình lục giác có 6 trạm gốc lân cận liên quan tới trạm gốc trung tâm. Mỗi máy di động trong trạm gốc lân cận ở trên điều chỉnh công suất phát ra để phát tới trạm gốc của nó. Giả sử rằng đối với suy hao đường truyền dẫn giữa một máy di động và trạm gốc của nó luật nhân 4 có thể được áp dụng. Ngoài ra nhiễu của Lương Thị Thuận 49 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA suy hao đường truyền dẫn từ máy di động của trạm gốc lân cận tới trạm gốc trung tâm tuân theo luật nhân 4. Hình (28) chỉ sự ảnh hưởng nhiễu từ các BS bên cạnh theo % . Nhiễu từ mỗi BS rong vòng biên thứ nhất tương ứng K1 = 6% nhiễu tổng, nhiễu từ mỗi BS trong vòng biên thứ hai tương ứng K2 = 0,2 % nhiễu tổng, nhiễu từ mỗi vòng biên thứ ba tương ứng K3 = 0,03 % nhiễu tổng, nhiễu từ mỗi vòng biên thứ tư tương ứng K4 = 0,01 % nhiễu tổng, … Như vậy tỷ tệ toàn bộ tín hiệu trên nhiễu nhận được ở trạm gốc như sau: F = ...)318212161( 1 ++++ KKKN Trong đó: F : Hiệu suất tái sử dụng tần số N: Số lượng máy di động trên một tế bào K1, K2, K3, … là các giá trị rút ra từ so sánh nhiễu của từng trạm gốc nằm trên vùng tròn thứ nhất , thứ 2, thứ 3, … liên quan tới nhiễu được tạo ra ở trạm gốc trung tâm. Kết quả tính toán giá trị F sử dụng phương pháp tích phân số đối với mô hình này là khoảng 0,65. Trong trường hợp sử dụng anten trạm gốc định hướng (anten hình quạt 1200), mỗi anten chỉ yêu cầu giám sát 1/3 số máy di động trong một tế bào dẫn đến nhiễu giảm đi 1/3. Do đó dung lượng hệ thống tăng gấp 3 lần. Lương Thị Thuận 50 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Hình 29. Phân bổ nhiễu từ các tế bào lân cận 2.4.10. Giá trị Eb/No thấp ( hay C/I ) và chống lỗi Eb/No là tỷ số của năng lượng trên mỗi bít 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 hóa số. Khái niệm Eb/No 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/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước được sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No. 2.4.11. Dung lượng mềm Hiện tại FCC ( Uỷ ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần 25MHz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bổ đồng đều cho 2 công ty viễn thông theo các vùng. Dải phổ này được phân phối lại giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh FM analog cho một BS 3- búp sóng. Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ không được phép có cuộc gọi khi lưu lượng bị nghẽn. Khi đó, thậm chí một kênh cũng không được phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% do trạng thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng Lương Thị Thuận 51 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh được việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc nghẽn cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng trong hệ thồng CDMA thì có thể thỏa mã cuộc gọi thêm vào nhờ việc tăng tỷ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. Cũng vậy, hệ thống CDMA sử dụng lớp dịch vụ để cung cấp dịch vụ chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (dung lượng) nhiều cho các thuê bao sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối với dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường. Lương Thị Thuận 52 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA CHƯƠNG 3: MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG CDMA 2000 1X 3.1 . Cấu trúc hệ thống CDMA 2000 1x * Trạm gốc BTS Một BTS phải có các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến. Nó là nơi tiếp nhận và phát đi những thông tin tới và từ các MS trong vùng phủ sóng của mình. Thông qua BTS mà các MS giao tiếp được với mạng di động. BTS chịu trách nhiệm cấp phát các tai nguyên như: tần số, công suất, mã định kênh Walsh, ấn định sóng mang ( vì hệ thống CDMA 2000 sử dụng nhiều sóng mạng trên một nhóm tế bào) khi có cuộc gọi khởi phát hay một phiên gói. * Khối diều khiển trạm gốc BSC BSC có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ các BTS trong vùng quản lý của mình, định tuyến các gói đến và đi từ PSDN, định tuyến lưu lượng ghép kênh theo thời gian đến MSC, điều khiển công suất và chuyển giao chuyển giao mềm cho các MS trong vùng phục vụ. * Trung tâm chuyển mạch di động MSC MSC là một tổng đài có chức năng chuyển mạch cho các dịch vụ thoại và dữ liệu, quản lý di động, cung cấp các yêu cầu về dịch vụ bổ sung. Tuỳ thuộc vào vị trí của MSC trong mạng mà MSC có thể cung cấp số lượng các giao diện và báo hiệu khác nhau cũng như thu thập các số liệu cho mục đích tính cước. MSC thường có một VLR có nhiệm vụ tạm thời lưu trữ tất cả các thông tin liên quan đến thuê bao hiện có Lương Thị Thuận 53 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA trong khu vực MSC như ở HLR, để cho phép một thuê bao chuyển vùng hoặc không chuyển vùng, thông tin định vị MS... VLR cũng có thể được nối với một hay nhiều MSC. * Bộ ghi định vị thường trú HLR Có nhiệm vụ lưu giữ tất cả thông tin của thuê bao đăng ký trong mạng như: thông tin về trạng thái, quyền thâm nhập, các dịch vụ mà thuê bao đăng ký ... ,các thông tin liên quan đến dịch vụ gói. Các thông tin này sẽ được HLR nạp xuống VLR của MSC tương ứng trong quá trình MS đăng ký thành công. * Trung tâm nhận thực AuC: chịu trách nhiệm xử lý nhận thực và bảo mật trong cuộc gọi. * IWF (Inter Working Function): chức năng tương tác mạng cung cấp chức năng kết nối với các mạng dữ liệu khác. * Nút phục vụ số liệu gói PSDN : Có các chức năng chính là: o Thiết lập duy trì và kết cuối các phiên của giao thức điểm-điểm (PPP), hỗ trợ các dịch vụ gói đơn giản và IP di động ( MIP) o Thiết lập, duy trì, kết thúc các đoạn nối logic với mạng vô tuyến ( Radio Network) và giao diện vô tuyến gói (Radio-Packet). o Khởi đầu nhận thực, trao quyền và thanh toán (AAA) đến AAA chủ cho thuê bao di động o tiếp nhận các thông số dịch vụ AAA chủ cho thuê bao di động. o Định tuyến các gói đến và đi từ các mạng số liệu ngoài . o Thu thập số liệu của người sử dụng để chuyển đến AAA. * Trung tâm nhận thực trao quyền và thanh toán AAA AAA chủ là nơi cung cấp các chức năng nhận thực, trao quyền và thanh toán cho mạng số liệu gói của hệ thống CDMA 2000. Nó thực hiển các chức năng chính như sau: o Nhận thực liên qian đến các kết nối PPP và MIP o Trao quyền: thông tin dịch vụ, phân phối khoá bảo mật và quản lý o Thanh toán Lương Thị Thuận 54 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 3.2. Xử lý cuộc gọi trạm di động Quá trình xử lý cuộc gọi ở các trạm khác về cơ bản giống trong hệ thống GSM . Ở đây chỉ xét quá trình xử lý cuộc gọi trạm di động (MS) trong hệ thống CDMA . Quá trình xử lý cuộc gọi tại MS gồm 4 trạng thái: 1. Trạng thái thiết lập 2. MS ở trạng thái rỗi 3. Trạng thái truy nhập hệ thống 4. Trạng thái điều khiển kênh lưu lượng Sơ đồ quá trình xử lý cuộc gọi như sau: Sau khi bật máy (power-up), Mobile bắt đầu trạng thái khởi tạo: Mobile lựa chọn hệ thống sử dụng (Analog hay CDMA) và chiếm hệ thống. Kết thúc trạng thái khởi tạo, mobile đã chiếm toàn bộ hệ thống và định thời hệ thống. Sau đó, mobile bước vào trạng thái rỗi: mobile thực hiện giám sát các bản tin trên kênh tìm gọi. Mobile sẽ chuyển sang trạng thái truy nhập nếu xảy ra một trong 3 trường hợp sau: Thiết lập Trạng thái rỗi Truy nhập hệ thống Điều khiển kênh lưu Kết thúc cuộc gọi Bật Mobile a) Mobile nhận được bản tin tìm gọi yêu cầu xác nhận (acknowledgment) hoặc đáp ứng. b) Mobile bắt đầu một cuộc gọi. c) Mobile thực hiện đăng ký Trong trạng thái truy nhập, mobile gửi các bản tin tới BS trên kênh truy nhập. Khi mobile dò tìm được kênh lưu lượng sẽ chuyển sang trạng thái điều khiển kênh lưu lượng. Ở trạng thái này, mobile thông tin với BS trên các kênh lưu lượng tuyến lên và tuyến xuống. Khi cuộc gọi kết thúc, mobile sẽ quay lại trạng thái khởi tạo. 3.2.1.Trạng thái thiết lập Trạng thái này bao gồm 4 bước tuần tự như sau: Lương Thị Thuận 55 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA a) Xác định hệ thống: mobile lựa chọn hệ thống sử dụng , bởi vì các điện thoại tế bào CDMA đều có 2 khả năng lựa chọn là mode CDMA hay mode analog. Nếu mode CDMA được chọn, mobile tiến hành lựa chọn sóng mang CDMA, sau đó chuyển sang trạng thái b). b) Chiếm kênh hoa tiêu: mobile giải điều chế và chiếm kênh hoa tiêu của hệ thông CDMA được chọn trong một khoảng thời gian ngắn (20ms), sau đó chuyển sang trạng thái chiếm kênh đồng bộ. Nếu không chiếm được kênh hoa tiêu trong khoảng thời gian này thì nó sẽ quay trở lại trạng thái xác định hệ thống. c) Chiếm kênh đồng bộ: mobile nhận được cấu hình hệ thống và thông tin định thời và xử lý các bản tin trong một thời gian giới hạn. Nếu trong khoảng thời gian đó mobile không nhận được các bản tin định thời thì sẽ quay trở lại trạng thái xác định hệ thống. d)Thực hiện định thời: Tại thời điểm này, mobile đã giải điều chế các bản tin đồng bộ và có được các thông số: PILOT_PN, LC_STATE, SYS_TIME được sử dụng để đồng bộ định thời và đồng bộ pha mã PN của nó với hệ thống CDMA. Sau đó, mobile đã chiếm được toàn bộ hệ thống CDMA và chuyển sang trạng thái rỗi. 3.2.2. Trạng thái rỗi a) Giám sát kênh tìm gọi: ở trạng thái rỗi, mobile sẽ giám sát kênh tìm gọi trên các liên kết hướng xuống (từ BS đến MS). Để nhận các tin nhắn và các cuộc gọi đến, mobile giám sát kênh các bản tin tìm gọi. Kênh tìm gọi phân thành các khe thời gian (slot) 80ms. Có 2 cách giám sát: mode nonsloted và mode sloted. • Trong mode nonsloted, mobile sẽ liên tục giám sát kênh tìm gọi trong toàn bộ thời gian. • Trong mode sloted, mobile chỉ giám sát kênh tìm gọi trong các khe thời gian đã được chỉ định của kênh tìm gọi. Vì mobile không giám sát trong tất cả thời gian nên sẽ ít tốn pin hơn. b) Chuyển giao: Khi mobile ở trạng thái rỗi và được chuyển từ vùng phủ của một BS tới vùng phủ của một BS khác thì sẽ xảy ra sự chuyển giao trạng thái rỗi. Nếu mobile dò thấy tín hiệu hoa tiêu của BS khác mạnh hơn thì sẽ tiến hành chuyển giao. Mobile chỉ giám sát kênh tìm gọi của một BS, vì thế chuyển giao mềm không được áp dụng trong trạng thái rỗi. Lương Thị Thuận 56 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA c) Bản tin tìm gọi: có 6 bản tin sẽ được gửi tới mobile trên kênh tìm gọi là: bản tin các thông số hệ thống, bản tin danh sách các BS lân cận, bản tin danh sách kênh CDMA, bản tin các thông số hệ thống mở rộng, danh sách các dịch vụ, bản tin thông số truy nhập. 3.2.3. Trạng thái truy nhập Mobile gửi các bản tin tới BS trên kênh truy nhập và nhận các bản tin từ BS trên kênh tìm gọi.Trong trạng thái truy nhập, mobile có 6 trạng thái con như sau: ¾ Trạng thái cập nhật các thông tin về cấu hình của hệ thống: sau khi mobile nhận được các bản tin cấu hình hệ thống hiện tại trên kênh truy tìm gọi, mobile so sánh các số liệu để xác định xem có cập nhật toàn bộ bản tin cấu hình hay không. Mobile cũng kiểm tra xem có các thông số truy nhập mới hay không bằng cách kiểm tra số thứ tự của bản tin thông số truy nhập được lưu trong MS. Ngoài 2 bản tin trên, mobile cũng có thể nhận được các bản tin thông báo như sau: bản tin thông báo (page message), bản tin thông báo slotted, bản tin thông báo chung. Mỗi khi nhận được một bản tin thông báo, MS sẽ tìm kiếm bản tin chứa mã nhận dạng trạm di động quốc tế (IMSI) của mobile đó. Nếu tìm thấy bản tin này, thì mobile chuyển sang trạng thái đáp ứng trang và phát gửi bản tin đáp ứng trang đến BS trên kênh truy nhập. ¾ Trạng thái đáp ứng bản tin: mobile gửi bản tin đáp ứng để trả lời bản tin thông báo gửi tới từ BS. Sau khi nhận được bản tin trả lời, BS có thể sẽ gửi bản tin chỉ định kênh truyền tới MS trên kênh tìm gọi để thiết lập cuộc gọi. Bản tin chỉ định kênh bao gồm các thông số như tần số chỉ định (CDMA_FREQ), mã kênh (CODE_CHAN). MS sử dụng những thông số này để điều chỉnh tần số chỉ định RF và mã kênh CDMA để bắt đầu nhận kênh lưu lượng tuyến xuống. ¾ Trạng thái MS khởi tạo cuộc gọi: mobile gửi bản tin khởi tạo tới BS để bắt đầu cuộc gọi. ¾ Trạng thái đăng ký truy nhập: mobile gửi bản tin đăng ký tới BS. Việc đăng ký là quá trình mobile báo cho trạm cơ sở biết về mã nhận dạng của mobile, trạng thái, định vị và những thông tin cần thiết khác. ¾ Trạng thái MS trả lời xác nhận tới BS: mobile trả lời bất cứ một bản tin nào đến từ BS. Ví dụ, mobile có thể gửi bản tin đáp ứng yêu cầu nhận thực tới BS để trả lời bản tin yêu cầu nhận thực được BS đến. ¾ MS gửi khối dữ liệu tới BS: mobile gửi bản tin data burst tới BS. Lương Thị Thuận 57 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 3.2.4. Trạng thái kênh lưu lượng Mobile có thể bắt đầu trạng thái kênh lưu lượng từ 2 trạng thái con của trạng thái truy nhập: trạng thái đáp ứng bản tin hoặc MS khởi tạo cuộc gọi. Mobile liên lạc với BS sử dụng kênh lưu lượng tuyến lên và xuống. (Trong các trường hợp khác- mạng khác- sau khi mobile đáp ứng thành công bản tin của BS hoặc khởi tạo cuộc gọi thành công thì sẽ chuyển sang trạng thái kênh lưu lượng). Có 5 trạng thái con là: ¾ Thiết lập kênh lưu lượng: mobile có thể nhận được 2 frame liên tục trên kênh lưu lượng hướng xuống trong 200ms. Sau đó, mobile bắt đầu truyền tin trên kênh ngược. Nếu mobile nhận được xác nhận (ack) từ BS trong 2s tiếp theo: o Nếu cuộc gọi từ mobile bị gọi (mobile cuối) thì mobile sẽ bước vào trạng thái chờ trả lời o Nếu cuộc gọi từ mobile chủ gọi (mobile khởi tạo cuộc gọi) thì mobile sẽ bắt đầu hội thoại Tuy nhiên, nếu mobile không nhận được 2 frame liên tiếp trong 200 ms, hoặc không nhận được ack của BS trong 2s thì mobile sẽ quay lại trạng thái xác định hệ thống của trạng thái thiết lập ban đầu. ¾ Đợi trả lời: Nếu là mobile bị gọi thì nó sẽ bắt đầu trạng thái này từ trạng thái thiết lập kênh lưu lượng. trong trạng thái này, mobile sẽ đợi bản tin cảnh báo (gửi trên kênh lưu lượng hướng xuống) từ BS. Bản tin này mang thông tin về cảnh báo hoặc chuông tới mobile. Nếu mobile nhận được bản tin cảnh báo thì sẽ chuyển sang trạng thái chờ MS trả lời. nếu không nhận được bản tin này trong 5s thì mobile sẽ quay lại trạng thái xác định hệ thống của trạng thái thiết lập ban đầu. ¾ Đợi MS trả lời: mobile bị gọi trả lời và chuyển sang trạng thái hội thoại. ¾ Hội thoại: Mobile chủ gọi sẽ bắt đầu trạng thái này từ trạng thái thiết lập kênh lưu lượng, còn mobile bị gọi sẽ chuyển từ trạng thái đợi MS trả lời. ¾ Giải phóng: Mobile giải phóng cuộc gọi. Nếu mobile muốn kết thúc cuộc gọi thì sẽ gửi yêu cầu giải póng đến BS trên kênh lưu lượng tuyến ngược. Nếu BS muốn giải phóng cũng sẽ gửi yêu cầu giải phóng tới mobile trên kênh lưu lượng tuyến xuống. 3.2.5 Biểu đồ trạng thái cuộc gọi Lương Thị Thuận 58 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Alerting Call Setup Request Release Release Release Release ReleaseRelease Release Release Release Waiting Orig. Release Term. Release Conversation Termination Answer Waiting Term. Answer Waiting Aleting Switch Connection Waiting Switch Conn. Page Response Term. Informatio n Waiting Page Response Waiting Term. Subs. Inform. Location Information Waiting Location Inform. Mobile Call Waiting Orig. Subs. Inform. Originating Subs. Information Waiting Net ID No. Trans Idle State Hình 30. Biểu đồ trạng thái cuộc gọi từ mobile chủ gọi Alerting Idle State Waiting Alerting Waiting Orig. Release Waiting Term. Subs. Inform. Page Response Release Release Release Release Term. Release Conversation Waiting Term. Answer Termination Subs. Information Termination Answer Hình 31 . Biểu đồ trạng thái cuộc gọi từ mobile bị gọi Lương Thị Thuận 59 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 3.3. Quy trình thiết lập cuộc gọi 3.3.1. Cấu trúc hệ thống thiết lập cuộc gọi Number Translation Part • Paging • Number Translation • Routing NHS Call Control Part • Inter-office call control • Outgoing call control • Incoming call control • Transit call control • supplementary service call TCS Speech Path Configuration Part • Inter-SS channel allocation • Inter-SS channel release SNS (Local) • Dial tone path allocation • Dial tone path release • Intra-SS call channel allocation • Intra-SS call channel release • Line monitoring • Trunk monitoring • Line interface • Trunk interface LTAS LSS • T-SW access/release • Transmit-receiving of dial tone • S-SW access • S-SW release CSS Speech Path Interface Part SNS (Center) MP DP speech path control path Chú giải: MP (Mobile Part): Phần di động Number Translation Part: phần biên dịch số thuê bao NHS (Number Holding System): Hệ thống lưu giữ số thuê bao Number Translation: Biên dịch số thuê bao Routing: Định tuyến Speech Path Configuration Part: Phần cấu hình đường dẫn thoại SNS Center ( Switching Network System ): Hệ thống mạng chuyển mạch trung tâm Inter-SS channel allocation: Chỉ định kênh truyền giữa các hệ thống chuyển mạch Inter-SS channel release: Giải phóng kênh truyền giữa các hệ thống chuyển mạch SNS local: Hệ thống mạng chuyển mạch địa phương Dial tone path allocation: Chỉ định đường truyền âm mời quay số Tone Lương Thị Thuận 60 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Dial tone path release: Giải phóng đường truyền âm mời quay số Tone Intra-SS call channel allocation: Chỉ định kênh truyền giữa các hệ thống trong cùng hệ chuyển mạch Intra-SS call channel release: Giải phóng kênh truyền giữa các hệ thống trong cùng hệ chuyển mạch Call Control Part: Phần điều khiển cuộc gọi TCS (Transit Control System): Hệ thống điều khiển hướng truyền Inter-office call control: Điều khiển cuộc gọi giữa các mạng nội bộ Outgoing call control: Điều khiển cuộc gọi ra Incoming call control: Điều khiển cuộc gọi vào Transit call control: Điều khiển hướng cuộc gọi Supplementary service call: Gọi các dịch vụ giá trị gia tăng DP (Dial Part) : Phần mạng thoại cố định Speech Path Interface Part: Phần giao diện truyền dẫn thoại LTAS ( Line/Trunk Access System): Hệ thống truy cập đường dây/ trung kế Line monitoring: Giám sát đường dây thoại Trunk monitoring: Giám sát trung kế Line interface: Giao diện đường dây LSS (Local Switching System): Hệ thống chuyển mạch địa phương T-SW access/release: Truy cập/ giải phóng chuyển mạch T Transmit-receiving of dial tone: Truyền- nhận âm mời quay số CSS (Center Switching System): Hệ thống chuyển mạch trung tâm S-SW access/ release: Truy cập/ giải phóng chuyển mạch S 3.3.2. Quy trình thiết lập cuộc gọi Sơ đồ khối như sau : BTS BSC MSC /VLR PSTN /PLMN /ISDN BTS BSC 1. Setup/ Assignment 2. Number Translation / Origination Info. Registration / Routing 3. Location / Authentication CASE : M to M CASE : M to L CASE : L to M HLR/AuC MS MS Lương Thị Thuận 61 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA Chú thích : L : Land M: Mobile 1. Thiết lập/ Chỉ định 2. Biên dịch số thuê bao /Ghi các thông tin khởi tạo /Định tuyến 3. Định vị/ nhận thực a) Trường hợp từ M-to-M (Cuộc gọi nội vùng ) MCCtVLR NTR HLRMSAo/MCCo MPC Call Setup(cd_no = 2900000) OrgBusyReg AssignReq OGSetupInfoReq O cGSetupInfoA k EnblocTranRQ ROUTREQ PageStateRQ_L2P PageStateRP_P2L LOCREQ routreq RoutingInfoAck PageRQ IdleRP CdSubsPageRQ pd_Disc_TONE(proc_tone) pd_ConnSswPath pd_ConnSpchTsw CdSubsInfoRP Conversation AlertingRP MobileCallRP RoutingInfoReq locreq LocTermSetupInfoReq LocTermSetupInfoAck CdSubsPageRPPa RPge AssignCmpRP pd_Conn_TONE pd_Conn_TONE(proc_tone) AnswerRP pd_Disc_T pd_ConnS Connect Clear_Req CgRelRP Clear_Cmp pd_disc_PATH pd_disc IdleReg IdleReg Lương Thị Thuận 62 Trường Đại học Công N/MSAtC P (R O pc C _P glear_Cmp Paging Request aging Response Connect AssignReq AssignCmp BT) NE(RBT) hTsw lear_Req ATH hệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA b) Cuộc gọi vào từ L-to- M NTR HLR MPC MCCt/MSAtVLR TC7i IAM PfxTranTrkRQ MobileCallRP RoutingInfoReq LOCREQ ROUTREQ PageStateRQ_L2P PageStateRP_P2L locreq RoutingInfoAck LocTermSetupInfoReq LocTermSetupInfoAck PageRQ IdleRP CdSubsPageRQ pd_Disc_TONE(proc_tone) pd_ConnSswPath pd_ConnSpchTsw CdSubsInfoRP Connect Conversation AlertingRP CdSubsPageRP PageRP pd_Conn_TONE(proc_tone) AssignReq pd_Conn_TONE(RBT) AnswerRP pd_Disc_TONE(RBT) pd_ConnSpchTsw ANM Clear_ReqCdRelRP REL Clear_Cmp pd_disc_PATH pd_disc_PATH IdleReg RLC ACM routreq Lương Thị Thuận 63 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA c) Cuộc gọi ra từ M-to- L MSAo/MCCo NTRVLR MPC RCO CgRelRP Clear_Cmp IdleReg pd_disc_PATH RLC REL pd_disc_PATH Clear_Req Connect Conversation Anm AlertingRP AnswerRP pd_ConnSpchTsw Call Setup OGSetupInfoReq OGSetupInfoAck EnblocTranRQ pd_ConnSswPath pd_ConnSpchTsw OgTrkInfoRP AssignReq OutgoingCallRP OrgBusyReg AssignCmpRP ACM RoutingRQ OgtSzRP IsupOgtSzRQ IAM TC7o Lương Thị Thuận 64 Trường Đại học Công Nghệ Luận văn tốt nghiệp Kĩ thuật trải phổ CDMA 3.3.3. Quy trình thiết lập các dịch vụ cộng thêm chưa có trong mạng GSM a) Dịch vụ gọi hội nghị (Call Conference) Calling(MS a) 1.Converasation M MS b S d 2.setup 3.answ er 4.A-B-C Conv. 5.setup 6.answ er 7.A-B-C-D Conv. Serving System MS c 1. Thuê bao A và B