Tìm hiểu kỹ thuật CDMA

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU KỸ THUẬT CDMA A . LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ CDMA (Code Division Mutiple Access ) I . MỞ ĐẦU CDMA là một công nghệ thông tin đã được sử dụng trong quân sự hơn 50 năm vì nhiều lý do như làm giảm nhiễu, cung cấp thông tin bảo mật v.v Đã khiến cho các nhà khai thác ngày nay phải hướng sự quan tâm vào công nghệ CDMA . Đa truy nhập (Multiple Access) : đồng thời sử dụng một môi trường truyền bởi nhiều người sử dụng độc lập. Kỹ thuật đa truy cập được sử dụng để tăng hiệu suất trong nhiều loại hình cài đặt . Trong việc đáp ứng nhu cầu ngày càng mạnh đối với các dịch vụ thông tin tế bào trên toàn cầu, công nghệ CDMA đã bắt đầu trở nên thích ứng với các ứng dụng cellular từ những năm cuối thập niên 80. Chuẩn CDMA phổ biến nhất hiện nay và đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nhất là trong lãnh vực cellular là chuẩn IS-95 . Các hệ thống thương mại hiện nay phần lớn đều dựa trên chuẩn này và có tên là hệ thống CDMA One . CDMA là một công nghệ băng rộng trong đó phổ tần số vô tuyến sẽ được chia thành các sóng mang có độ rộng xấp xỉ 1,25MHz . Các kênh lưu thoại được tạo thành bằng cách phân bổ cho mỗi người sử dụng một mã số riêng biệt trong một sóng mang. Mỗi mã số hoặc người sử dụng sẽ được sắp xếp và được cấp phát đồng thời trên toàn bộ sóng mang đó. Trong công nghệ FDMA, người sử dụng được phân chia theo tần số, công nghệ TDMA được phân chia theo tần số và thời gian. Khác với FDMA và TDMA, công nghệ CDMA sử dụng các mã số riêng biệt để phân biệt người sử dụng. Điều này cho phép tất cả các cuộc gọi trong CDMA có thể diễn ra trên cùng một sóng mang vô tuyến. Cuộc gọi này sẽ được tách biệt với các cuộc gọi khác nhờ các mã số duy nhất. Do đó trong công nghệ CDMA, hệ số sử dụng lại tần số là N = 1. Đây chính là một trong những ưu điểm nổi bật của CDMA so với các công nghệ trước . Việc thực hiện một hệ thống tế bào số trải phổ CDMA đòi hỏi mức đồng bộ cao giữa các trạm gốc. CDMA đưa vào tín hiệu một mã số đặc biệt (nhiễu giả ngẫu nhiên –Pseudo Noise : PN) mã PN này là một phần của mã số để phân biệt thuê bao. Các trạm gốc CDMA tạo sự phân biệt giữa chúng bằng cách phát cùng một mã PN nhưng với độ dịch pha khác nhau. Để đảm bảo rằng các mã PN này là duy nhất, là tách biệt lẫn nhau thì các trạm gốc CDMA phải được đồng bộ với một nguồn tham chiếu thời gian chung. Phương pháp chính để cung cấp mức độ đồng bộ cao và thông tin thời gian tuyệt đối là mạng vệ tinh Hệ Thống Định Vị Toàn Cầu (GPS) . Ngoài ra, để dự phòng trường hợp GPS có sự cố, sẽ có một nguồn đồng bộ thay thế khác được dự phòng sẵn tại các trạm gốc . Trong hệ thống CDMA, tất cả các thuê bao trong cùng một trạm gốc sẽ chia sẽ cùng một năng lượng có sẵn của trạm gốc đó tại cùng một thời gian và tần số đang sử dụng. Do đó, khi một thuê bao mới được đưa vào trong vùng quản lý của trạm gốc, năng lượng sẵn có cho những thuê bao khác sẽ giảm xuống. Nghĩa là có thể tăng vùng phủ sóng bằng cách giảm dung lượng xuống một mức độ nào đó và ngược lại. Nhờ đặc tính này, nhà khai thác có khả năng điều chỉnh dung lượng sao cho phù hợp với vùng phủ sóng. Bên cạnh đó nhiễu cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng của hệ thống .Có nghĩa là khi giảm chất lượng tín hiệu xuống một mức độ nào đó nhưng vẫn chấp nhận được thì dung lượng của hệ thống sẽ tăng tương ứng . Công nghệ này có thể chọn lựa cả hai hệ thống tế bào 800MHz và nhà cung cấp dịch vụ truyền thông cá nhân (PCS) 1900MHz có dung lượng lớn (gấp 10 lần AMPS), chất lượng cuộc gọi và thoại cao, đạt được tính bảo mật nhờ phương pháp mã hoá. NGUYÊN LÝ KỸ THUẬT MẠNG CELLULAR CDMA CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ nên nhiều người sử dụng có thể chiếm cùng kênh vô tuyến đồng thời tiến hành các cuộc gọi. Những người sử dụng nói trên được phân biệt lẫn nhau nhờ dùng một mã đặc trưng không trùng với bất kỳ ai . Kênh vô tuyến CDMA được dùng lại ở mỗi cell trong toàn mạng, những kênh này cũng được phân biệt với nhau nhờ mã trải phổ giả ngẫu nhiên. Một kênh CDMA rộng 1,23 MHz với hai dải biên phòng vệ 0,27 MHz , tổng cộng 1,77 MHz được phân phối cho nhà khai thác. CDMA dùng mã trải phổ có tốc độ cắt (chip rate) 1,228 MHz. Dòng dữ liệu gốc được mã hoá và điều chế ở tốc độ cắt. Tốc độ này chính là tốc độ mã đầu ra (mã trải phổ giả ngẫu nhiên PN) của máy phát PN. Mặt cắt là phần dữ liệu gốc được mã hoá qua cổng XOR (cổng hoặc tuyệt đối) . Hình 2.1 : Quá trình phát và thu theo nguyên lý CDMA Để nén phổ trở lại dữ liệu gốc, thì máy thu phải dùng mã trải phổ PN chính xác như khi tín hiệu được xử lý như ở máy phát. Nếu mã PN ở máy thu khác hoặc không đồng bộ với mã PN tương ứng ở máy phát, thì tin tức đã truyền không thể được thu nhận và hiểu được ở máy thu. Hình 2.1 biểu thị quá trình phát và thu theo nguyên lý CDMA. Hình 2.2 biểu thị phổ trong các quá trình phát và thu CDMA, trong đó tốc độ cắt ảnh hưởng đến sự trải rộng phổ tín hiệu gốc. Sự trải rộng phổ tin tức đã phân bố năng lượng tín hiệu vào một dải tần rất rộng hơn phổ tín hiệu gốc. Ở máy thu, phổ tín hiệu lại được nén trở lại về phổ tín hiệu gốc . Hình 2.2 : Phổ trong quá trình thu / phát CDMA Hình 2.3 : Nguyên lý thu / phát CDMA Trong Hình 2.2 ta có : : thời hạn cắt B ; dải thông nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ. Các tần số gốc O, f, ftương ứng với nguồn tin, sóng vô tuyến hay sóng trung tần . Tạp âm nền có phổ rộng sẽ bị giảm nhỏ do bộ lọc ở máy thu sau khi nén phổ, nhiễu từ các máy di động khác không được nén phổ cũng tương tự như tạp âm . Nhiễu từ các nguồn phát sóng không trải phổ nếu có băng tần trùng với băng tần (dải thông) của máy thu CDMA sẽ bị trải phổ, mật độ phổ công suất của nhiễu này giảm xuống (trình bày ở hình 2.2) . Vậy bản chất làm việc theo nguyên tắc trải phổ ở máy phát, nén phổ ở máy thu làm cho ảnh hưởng của nhiễu - tạp âm bị tối thiểu hoá. Từ những điều trình bày trên ta thấy rõ rằng phổ tín hiệu càng trải rộng ở máy phát và tương ứng càng nén hẹp lại ở máy thu thì càng lợi về tỉ số tín hiệu trên tạp âm () . Kỹ thuật CDMA quan tâm đến tăng ích xử lý ( Processor gain). Đó là tỉ số sau: Gp ==số cắt PN cho một bit dữ liệu gốc. Gp: tăng ích xử lý Bs : dải thông tín hiệu trải phổ BD: dải thông dữ liệu gốc. III . CẤU HÌNH HỆ THỐNG CDMA Cấu hình mạng CDMA gồm có 4 phần chính : Máy thuê bao di động MS . Trạm gốc BS . Tổng đài di động MX . Bộ đăng ký định vị thường trú HLR . 1. Máy thuê bao di động MS : Anten MS nối tới bộ anten song công cho phép một anten dùng chung cho cả phát và thu, điều hưởng ở kênh vô tuyến nào đó có dải thông là 1,25 MHz . Sau đó tín hiệu được chuyển xuống trung tần, được lọc SAW và đưa đến bộ biến đổi ADC . Tiếp theo, tín hiệu số được đưa đến các vi mạch đặc chủng ASIC . Chức năng của các ASIC (Application Specific Intergrated Circuit) là MODEM của MS (MSM - Mobile Station Modem) MSM có 3 bộ phận chính: bộ giải điều chế, bộ điều chế thuê bao và bộ giải mã Viterbi. Bộ giải điều chế . Chức năng chủ yếu của bộ giải điều chế là máy thu quét tìm RAKE. Các bộ tương quan làm việc song song mỗi bộ tương quan này gọi là một ngón tay (finger). Mỗi finger là một bộ giải điều chế độc lập, bám sát tín hiệu về mặt tần số và thời gian xác định sự tương quan của các tín hiệu thu được theo dãy PN chỉ nén phổ đối với tín hiệu trong cuộc (tức là tín hiệu nào đã được trải phổ ở máy phát bởi cùng một dãy PN). Chúng đáp ứng môi trường truyền dẫn đa đường, có tăng ích xử lý đáng kể và cải thiện . Tín hiệu đầu ra các finger được cộng theo tỉ lệ của chúng, do đó được cực đại sau khi cộng. Tín hiệu Pilot phát từ trạm gốc dùng để xác định quan hệ pha để cho việc cộng được thực hiện theo nguyên lý tương quan . Bộ điều chế . Bộ điều chế có nhiệm vụ là phát, xử lý dữ liệu, mã hoá vòng xoắn, chèn khối, trực giao và trải phổ. Công suất phát được điều khiển bởi bộ vi xử lý. Sau đó tín hiệu được chuyển lên cao tần 850MHz . Trong bộ điều chế có cả bộ giải cài xen phục vụ việc thu dữ liệu . Bộ giải mã Viterbi . Bộ giải mã này dùng thuật toán Viterbi. Sau đó dòng bit được xử lý tiếp theo ở bộ giải mã thoại . 2. Trạm gốc BS : Đóng vai trò là giao diện giữa máy di động MS và tổng đài di động MX . BS cung cấp đường truyền của các gói tin và là một đầu cuối cố định của giao diện vô tuyến. Giao diện vô tuyến có chức năng điều khiển và bảo đảm phủ sóng cho cell. Cấu hình này bao gồm BSC , BTS và BSM . Hình 2.4 : Cấu hình BS RF (Radio Frequency Block) : khối tần số vô tuyến . CD (CDMA Digital Block) : khối xử lý số . GPS (Global Positioning System) : hệ thống định vị toàn cầu . BCP (BTS Controll Processor) : bộ xử lý điều khiển BTS . CIN (CDMA Interconnection Network) : mạng liên kết . CKD (Clock Distributor) : bộ phân chia đồng hồ . TSB (Transcoders & Selector Bank) : bộ chuyển mã và chọn . CCP (Call Controll Processor) : bộ xử lý điều khiển cuộc gọi . BIN (BTS Interconnection Network) : mạng liên kết BTS . BSMP (Base Station Manager Processor) : bộ xử lý điều hành quản trị trạm gốc. ALM (Alarm) : cảnh báo . Phân hệ phát - thu của trạm gốc (BTS) BTS được bố trí theo địa lý từng cell, ở xa BSC . BTS bao gồm một hệ thống anten, thiết bị tần số vô tuyến (các máy phát , máy thu) và các phương tiện số để liên lạc với BSC , BTS bao gồm : RF , CD , GPS , BCP và BIN . BCP là bộ xử lý điều khiển quản trị chung trên một BTS . BCP gồm có một bộ xử lý điều khiển quét ( Scan Controll Processor) để liên kết khối số, để xử lý cuộc gọi, quản lý địa chỉ, vận hành và bảo dưỡng BTS . Khối xử lý số CD dùng để xử lý tín hiệu CDMA , đó là các công việc Codec, Modem, định thời, phối ghép giữa các dải quạt của BTS. Khối tần số vô tuyến RF có các chức năng : giữ mức tạp âm thấp, khuếch đại, lọc, chuyển đổi tần số xuống và lên, kết hợp và phân bố đa tần số . Mạng liên kết của BTS được gọi là BIN. Nó cung cấp các đường truyền điều khiển và đường truyền lưu lượng tới các khối trong BTS và tới BSC . Đồng hồ hệ thống GPS bảo đảm định thời cho toàn hệ thống . Bộ điều khiển của trạm gốc (BSC) BSC kết hợp chặt chẽ với tổng đài di động MX (hay MSC). BSC có trách nhiệm cấp phát các kênh ở giao diện vô tuyến, điều khiển công suất và thực hiện chuyển giao mềm cho các MS trong vùng phục vụ của nó. BSC bao gồm: CIN , CKD , TSB và CCP . Mạng liên kết CIN cung cấp các đường truyền dẫn chung giữa các khối. Bộ chuyển mã và chọn TSB mã hoá thoại, phân bố các bộ chọn, đóng và mở gói, điều khiển công suất, thực hiện chuyển giao cứng trong cell . Bộ xử lý điều khiển cuộc gọi CCP cấp phát và quản trị các tài nguyên, thực hiện chuyển giao mềm và điều khiển cuộc gọi . Bộ phân chia đồng hồ CKD đồng bộ định thời từ đồng hồ GPS cho các phần tử trong mạng. Bộ quản lý của trạm gốc (BSM) BSM bao gồm BSMP và ALM. Bộ xử lý quản trị trạm gốc BSMP hỗ trợ một giao diện giữa người khai thác và máy, tiến hành điều hoà tải theo chương trình, vận hành và bảo dưỡng trạm gốc. Bộ cảnh báo ALM xử lý cảnh báo các sự kiện sai hỏng . Quá trình phát và thu vô tuyến ở BS Các đặc điểm phát và thu CDMA đã trình bày cũng thể hiện đối với BS, vì đó là sự phát và thu giữa chúng với nhau. Bây giờ ta xem xét một số đặc điểm riêng của BS : BS thường sử dụng nhiều anten thu phân tập, kèm theo các bộ xử lý thu phân tập. Trong tín hiệu mà BS thu được không có pilot nên BS thực hiện Modem kiểu tương quan . Có hai máy thu quét tìm, bám theo tín hiệu mạnh nhất của MS theo thời gian. Thực hiện cấp phát máy thu và Modem cho cuộc gọi chỉ định, giám sát trạng thái và chất lượng cuộc gọi đó, đo lường suy giảm tín hiệu và sai lỗi của nó. 3. Tổng đài di động MX : ASS (Access Switching Subsystem) : phân hệ chuyển mạch truy cập . ASS-7 : để truy cập mạng báo hiệu SS7 . ASS-T : để truy cập trung kế PSTN . ASS-M : để truy cập thuê bao di động . INS ( Interconnection Network Subsystem) : phân hệ mạng liên kết . CCS (Central Control Subsystem) : phân hệ điều khiển trung tâm . AMS (Administration & Maintenance Subsystem) : phân hệ quản trị và bảo dưỡng . LRS ( Location Register Subsystem) : phân hệ đăng ký vị trí . Cấu hình MX bao gồm 3 phân hệ là : ASS, INS và CCS. MX cung cấp các dịch vụ căn bản và dịch vụ phụ cho MS. MX có bộ ghi vị trí tạm trú VLR để lưu trữ tạm thời các tin tức về thuê bao. MX được thực thi thành một hệ thống điều khiển phân bố có đẳng cấp. MX cũng điều khiển sự trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý. MX được Module hoá theo chức năng và có cấu hình dự phòng . Phân hệ chuyển mạch truy cập ASS chia thành các khối nhỏ hơn tương ứng các đối tượng truy cập khác nhau . Phân hệ mạng liên kết INS cung cấp sự đầu nối cho ASS và CCS, xử lý tập trung cuộc gọi (phiên dịch số thuê bao, chuyển mạch, định tuyến) và đồng bộ hoá mạng chuyển mạch . Phân hệ điều khiển trung tâm CCS bao gồm các khối AMS và LRS. Mỗi một cuộc gọi cần được gán vào một bộ chọn và một vocoder tương ứng. Chất lượng truyền thoại được đánh giá bằng tỉ số trong từng cửa sổ 20ms của vocoder. Nếu thu là phân tập thì chuyển mạch số sẽ chọn ra đường truyền tốt nhất. CCS cộng tác với CCP để định tuyến cuộc gọi giữa MX và BS, cấp phát mã trải phổ PN cho cuộc gọi đang xét. Bộ ghi định vị tạm trú VLR (Visitor Location Register) : là cơ sở dữ liệu thứ hai trong mạng thông tin di động. Nó được nối với một hay nhiều MSC và có nhiệm vụ lưu giữ tạm thời số liệu thuê bao của các thuê bao hiện đang nằm trong vùng phục vụ của MSC tương ứng và đồng thời lưu giữ số liệu về vị trí của các thuê bao nói trên ở mức độ chính xác hơn HLR. Các chức năng VLR thường được liên kết với các chức năng MSC . Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) : Ngoài MSC mạng thông tin di động bao gồm tất cả các cơ sở dữ liệu. Các thông tin liên quan đến việc cung cấp các dịch vụ viễn thông được lưu giữ ở HLR không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao. HLR cũng chứa các thông tin liên quan đến vị trí hiện thời của thuê bao. Thường HLR là một máy tính đứng riêng không có khả năng chuyển mạch và có khả năng quản lý hàng trăm ngàn thuê bao. Một chức năng con của HLR là nhận dạng trung tâm nhận thực AUC nhiệm vụ của trung tâm này là quản lý an toàn số liệu của các thuê bao được phép . IV. GIAO DIỆN VÔ TUYẾN VÀ TRUYỀN DẪN 1. Các kênh vật lý : Các kênh vật lý tương ứng với tần số và mã kênh. Thông thường hệ thống CDMA IS-95 có thể làm việc ở một cặp tần số với một tần số cho đường xuống (từ trạm BTS đến trạm di động) và một tần số cho đường lên (từ trạm di động đến trạm BTS) với độ rộng băng tần cho mỗi kênh vào khoảng 1,23 MHz. Băng tần dành cho CDMA nằm trong dải tần từ 824,040 MHz đến 893,970 MHz. Tần số đường xuống bao giờ cũng lớn hơn đường lên 45MHz. Thí dụ kênh thứ nhất của CDMA có thể chiếm băng tần từ 869,415MHz đến 870,645MHz cho đường xuống và 824,415 MHz đến 825,645MHz cho đường lên. Các tần số trung tâm tương ứng là 870,030 MHz và 825,03MHz. Phân bổ kênh CDMA thứ hai có thể từ 870,645MHz đến 871,875 MHz cho đường xuống và từ 825,645MHz đến 826,875 MHz cho đường lên. Các tần số trung tâm tương ứng là 870,030 +1,23 = 871,26MHz và 825,030 + 1,23 = 826,26MHz. Để tăng dung lượng của mạng IS-95 có tể sử dụng CDMA kết hợp với FDMA. Khi đó một hệ thống CDMA có thể có nhiều kênh tần số . Các kênh logic : Các kênh logic là kênh vật lý mang một thông tin cụ thể nào đó: có thể là thông tin về lưu lượng hay thông tin báo hiệu, điều khiển. Các kênh này được phân chia theo đường xuống từ BTS đến MS (còn được gọi là các kênh đi) và các kênh theo đường lên từ MS đến BTS (còn được gọi là các kênh về). Kênh CDMA hướng xuống Hình 2.5 : Kênh CDMA hướng xuống . Ký hiệu: KHT : kênh hoa tiêu (Pilot Channel) . KTG : kênh tìm gọi (Paging Channel) . KLL : kênh lưu lượng (Traffic Channel) . KDB : kênh đồng bộ (Synch Channel) . Wn : mã Walsh tương ứng với kênh . Lưu ý:nếu số kênh tìm gọi được sử dụng ít hơn 7, mã Walsh không sử dụng được dành cho kênh lưu lượng . Các kênh hướng xuống CDMA bao gồm các kênh lưu lượng dùng cho điều khiển và các kênh lưu lượng để mang thông tin. Kênh lưu lượng bao gồm các kênh hoa tiêu, kênh đồng bộ và kênh tìm gọi. Tất cả các kênh này trên cùng một sóng mang CDMA 1,23 MHz. Các máy di động MS có thể phân biệt các kênh nhờ các mã riêng biệt được gán cho mỗi kênh. Mã này là mã Walsh và có đặc tính trực giao. Kênh lưu lượng (Traffic Channel) Kênh lưu lượng có cả ở đường xuống lẫn đường lên. Kênh lưu lượng để truyền : + Thông tin sơ cấp của người sử dụng máy di động như : tiếng đã số hoá , số liệu/FAX (kênh lưu lượng sơ cấp : Primary Traffic) . + Thông tin sơ cấp người sử dụng ghép xen với báo hiệu (báo hiệu trong băng) . + Báo hiệu . + Thông tin sơ cấp ghép xen với thông tin thứ cấp (Secondary Traffic) . + Thông tin bổ sung (Overhead) . Các kênh này bao gồm các khung 20ms. Các khung có thể được phát đi ở các tốc độ khác nhau : 9600, 4800, 2400 và 1200bps. Kỹ thuật này cho phép kênh thích ứng động với tiếng của người nói chuyện. Khi người nói dừng tốc độ bit giảm còn khi người nói nói chuyện tốc độ bit tăng và hệ thống tức thời dịch đến sử dụng tốc độ bit cao hơn. Nhờ vậy cho phép giảm nhiễu đối với các tín hiệu CDMA khác và tăng dung lượng của hệ thống . Khi KLL được ấn định cho một trạm di động, báo hiệu được truyền trực tiếp ở kênh này (báo hiệu trong băng). Báo hiệu có thể được truyền ở cụm dành riêng (Blank and Burst) hoặc ghép xen (Dim and Burst) . Báo hiệu ở cụm dành riêng được phát ở tốc độ 9600bps và thay thế cho một hay nhiều khung của số liệu lưu lượng chính (thường là tiếng đã được số hoá) với số liệu báo hiệu giống như ở hệ thống FM tương tự . Báo hiệu ở cụm ghép xen được phát đi chung với lưu lượng chính trong một khung với tốc độ truyền dẫn là 9600bps. Khi bộ mã hoá tiếng (Vocoder) muốn truyền tốc độ cực đại (tương đương 8000bps) nó được phép truyền ở nửa tốc độ này tốc độ bit còn lại được dành cho phần báo hiệu và bổ sung . Có 4 loại bản tin được phát ở kênh lưu lượng: các bản tin điều khiển bản thân cuộc gọi, các bản tin điều khiển chuyển giao (Handover), các bản tin điều khiển công suất đường xuống, các bản tin bảo mật và nhận thực và các bản tin cung cấp các thông tin đặc biệt từ/tới trạm di động. Kênh hoa tiêu (Pilot Channel) Được sử dụng như một nguồn chuẩn sóng mang nhất quán cho việc giải điều chế ở các máy thu. Kênh này được phát ở tất cả các ô với các đặc điểm như sau : + Được phát ở mức công suất khá cao so với các tín hiệu khác để bảo đảm bám có tính chính xác cao . + Không bị điều biến bởi thông tin và sử dụng hàm Walsh không (gồm 64 số 0). Vì vậy chỉ bao gồm một cặp mã PN hoa tiêu vuông góc . + Được sử dụng làm chuẩn sóng mang nhất quán để giải điều chế cho các tín hiệu khác phát đi từ trạm gốc của ô . Kênh đồng bộ (Synch Channel) Kênh đồng bộ được trạm di động sử dụng trong giai đoạn chiếm hệ thống (truy nhập mạng lần đầu). Sau khi đã chiếm hệ thống rồi, thông thường trạm di động không sử dụng lại kênh này cho đến khi nó tắt bật lại nguồn. Một khung của kênh đồng bộ có độ dài là một chuỗi PN hoa tiêu. Vì mỗi trạm có chuỗi PN hoa tiêu dịch so với nhau nên đồng bộ khung của kênh đồng bộ ở các trạm gốc khác nhau. Đồng chỉnh khung với chuỗi PN của trạm gốc cho phép một trạm di động lần đầu chiếm . Chỉ có một bản tin được gởi đi ở kênh đồng bộ, bản tin này được gọi là bản tin của kênh đồng bộ bản tin này cung cấp cho trạm di động một số thông số của hệ thống như : + Tốc độ số liệu của kênh tìm gọi . + Thời gian của chuỗi PN của trạm gốc so với thời gian của hệ thống . + Kênh đồng bộ luôn luôn có tốc độ bit là 1200bps. Kênh tìm gọi (Paging Channel) Sau khi nhận được thông tin từ kênh đồng bộ, MS sẽ điều chỉnh đồng hồ của mình theo đồng hồ của hệ thống. Sau đó MS bắt đầu theo dõi kênh tìm gọi . Kênh tìm gọi có 2 tốc độ 4800 và 9600bps . Mỗi tần số cấp phát cho CDMA có đến 7 kênh nhắn tin. Mỗi trạm MS sẽ theo dõi 1 kênh tìm gọi . Kênh tìm gọi này có thể được quyết định một cách ngẫu nhiên trong số tất cả các kênh tìm gọi có thể có. Kênh tìm gọi có một chế độ gọi là chế độ định khe. Mà các bản tin cho MS chỉ được phát đi ở các khoảng thời gian định trước, qua đó cho phép MS giảm công suất ở các khe thời gian không dành cho nó để tiết kiệm đáng kể năng lượng pin cho MS . Số kênh tìm gọi tối đa là 7 kênh, do đó số tin nhắn tối đa là 7*180 =1260 (bản tin/s) để tiết kiệm nguồn và cắt giảm công suất cho MS, kênh tìm gọi chỉ định một khe tiền định cắt quãng từ 2s đến 128s. Kênh CDMA hướng lên Hình 2.6 : Kênh CDMA hướng lên . Vì MS không có thời gian hệ thống, nên BS thu tín hiệu kênh hướng lên theo phương pháp không tương can. Vậy có sự khác nhau về đặc tính điều chế giữa đường truyền hai hướng. Ở hướng lên thực hiện điều chế trực giao 64 phân cho các tốc độ số liệu 9600 , 4800 , 2400 ,1200bps . V . CHUYỂN GIAO Ở CDMA . Khi một cuộc gọi hoạt động sẽ bao gồm MS, BS và MSC điều khiển các sự giao tiếp giữa MS và BS để duy trì đường nối vô tuyến. Việc xử lý một BS di chuyển đến một kênh lưu lượng mới được gọi là chuyển giao. Đối với hệ thống CDMA, các đặc tính thông tin trải phổ cho phép nhận sự truyền dẫn di động trong hai hoặc nhiều BS đồng thời và nó có thể xử lý chuyển giao từ một BS này đến một BS khác trong cùng một trạm gốc mà không có sự biến dạng tín hiệu hay dữ liệu truyền đi . Chuyển giao mềm và mềm hơn . Chuyển giao mềm và mềm hơn dựa trên nguyên tắc kết nối “nối trước khi cắt” (“Make before break”) . Chuyển giao mềm hay chuyển giao giữa các ô là chuyển giao được thực hiện giữa các ô khác nhau . Chuyển giao mềm là chuyển giao trong đó trạm di động bắt đầu thông tin với một trạm gốc mới mà vẫn chưa cắt thông tin với trạm gốc cũ. Chuyển giao mềm chỉ có thể thực hiện khi cả trạm gốc cũ lẫn trạm gốc mới đều làm việc ở cùng một tần số vì thế nó được sử dụng trong hệ thống CDMA vì ở đây sử dụng chung một kênh tần số nên trạm di động không cần thay đổi kênh tần số khi nó chuyển vào một ô khác . Với chuyển giao mềm, trạm di động đồng thời có thể thông tin với hai hay nhiều trạm gốc. Tín hiệu từ các trạm gốc này có thể được kết hợp với nhau ở đường xuống để tăng cường chất lượng của đường truyền. Dưới đây ta xét quá trình chuyển giao mềm khi trạm di động thông tin đồng thời với hai trạm gốc . Trong khi thiết lập kết nối, trạm di động phát hiện và bám theo trạm gốc có công suất lớn nhất. Đồng thời trạm di động liên tục giám sát công suất của các trạm gốc lân cận. Khi phát hiện một trạm gốc mới có công suất đủ lớn (so với công suất của trạm gốc đang bám), trạm di động sẽ thông báo điều này cho trạm gốc mà nó đang bám. Trạm gốc này sẽ thông báo cho trung tâm chuyển mạch để cho phép trạm gốc thứ hai phát và thu lưu lượng từ trạm di động. Ở chuyển giao mềm, đối với mỗi khung cho trước việc chọn ô tốt hơn được thực hiện mà không cần cho phép thay mới hay huỷ bỏ ô cũ như ở chuyển giao cứng. Trong thực tế để tránh việc xảy ra chuyển giao thường xuyên. Ô thứ hai chỉ được cho phép khi cường độ tín hiệu của nó khá lớn (6dB chẳng hạn) so với ô thứ nhất. Một điểm đáng lưu ý là chuyển giao mềm cho phép tăng dung lượng của hệ thống CDMA có tải cao và tăng vùng phủ ô ở hệ thống có tải thấp . Chuyển giao cứng . Chuyển giao cứng được thực hiện khi cần chuyển lưu lượng sang một kênh tần số mới. Các hệ thống thông tin di động tổ ong FDMA và TDMA đều chỉ sử dụng phương thức chuyển giao này . Chuyển giao cứng dựa trên nguyên tắc “cắt trước khi nối” (Break before make). Ở chuyển giao này kết nối với kênh cũ bị cắt trước khi kết nối với kênh mới được thực hiện. Nhược điểm của chuyển giao cứng là có thể xảy ra rớt cuộc gọi do chất lượng của kênh mới chuyển đến trở nên quá xấu trong khi kênh cũ đã bị cắt . VI . GIÁ TRỊ Eb/No (HAY C/I) . Trong hệ thống số, năng lượng mỗi bit Eb cần đạt mức cao hơn mật độ nhiễu tổng Io để có thể nhận đúng bit đã truyền. Năng lượng mỗi bit Eb bằng công suất tín hiệu nhận được chia cho tốc độ bit cực đại : Eb= (2.1) Giả thiết rằng : P là công suất tín hiệu nhận ở anten trạm gốc R là tốc độ bit của dữ liệu Điều khiển công suất là hoàn hảo Thuê bao di động phát công suất đủ lớn Phân bố thuê bao là đều, có N người dùng W là bề rộng băng tần của kênh Có thể biểu thị mật độ năng lượng nhiễu tổng như sau : Io= (2.2) Từ (2.1) và (2.2) ta được : (2.3) Giải ra đối với N : N –1 = (2.4) Phương trình (2.4) là phương trình gần đúng bậc nhất. Dung lượng N còn bị ảnh hưởng bởi: nhiễu từ các cell khác, sự tích cực tiếng, tạp âm nhiệt. Xét đến các nhân tố này (2.2) sẽ thành : Io + No= (2.5) Trong (2.5) : f là tỉ số năng lượng nhiễu từ các cell khác với cell xét . là hệ số trung bình tích cực tiếng . No là tạp âm nhiệt . Nếu sử dụng Io của (2.2) , thì (2.5) sẽ trở thành : (2.6) VII . ƯU ĐIỂM CỦA CDMA Chất lượng cao . Công nghệ CDMA cung cấp dịch vụ thoại/dữ liệu có chất lượng vượt trội hơn hẳn so với các công nghệ khác nhờ các đặc điểm : Công nghệ CDMA vận dụng kỹ thuật trải phổ tín hiệu trên băng thông 1,25 MHz cho phép hạn chế ở mức độ cao can nhiễu của các tín hiệu khác, cho khả năng xâm nhập vào các toà nhà cũng như chất lượng bảo mật cao hơn so với các công nghệ đã có khác . Với kỹ thuật chuyển giao mềm, cùng một lúc thuê bao có thể liên lạc với nhiều trạm gốc cho cùng một cuộc gọi, từ đó hệ thống cũng như thuê bao di động sẽ lựa chọn được tín hiệu tốt nhất. Do đó chất lượng cuộc gọi các vùng biên của trạm gốc được bảo đảm. Nhờ có chuyển giao mềm hạn chế được sự rớt mạch thoại khi chuyển giao cuộc gọi. Quá trình chuyển giao này xảy ra mà thuê bao không nhận biết được . Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định . Hệ thống CDMA sử dụng điều khiển công suất nhanh và chính xác . Trạm gốc gởi các lệnh điều khiển công suất phát đến mọi máy di động đang hoạt động, giảm bớt công suất phát của các máy di động ở gần và tăng công suất của các máy ở xa. Điều này làm cho mức nhiễu giao thoa trong các băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng giảm bớt. Các nhiễu có công suất quá lớn bị triệt tiêu. Trong nền nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thông tin dành riêng . Tỉ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vì khả năng hoạt động trong cùng một băng tần của các sector. Các cuộc gọi được chuyển giao mềm khi các máy di động chuyển từ vùng này sang vùng khác . Các bộ mã hoá/giải mã thoại của CDMA sử dụng một kỹ thuật cải tiến. Chúng chỉ truyền các thông tin cần thiết và bỏ qua các tiếng ồn khác. Thông tin thoại được nén tốt hơn khi bỏ qua các khoảng lặng . Dung lượng lớn . Dung lượng của hệ thống CDMA cao hơn 8 - 10 lần dung lượng của một hệ thống tương tự AMPS , hay 4 - 5 lần dung lượng của hệ thống GSM . Hệ thống CDMA sử dụng kỹ thuật trải phổ, rất nhiều thuê bao có thể chia sẻ một băng tần mà không phải sử dụng chung theo kiểu phân chia theo thời gian. Vì vậy, một hệ thống CDMA có thể xử lý cùng một lúc nhiều thuê bao hơn các hệ thống GSM . Thông thường vấn đề nhiễu ảnh hưởng rất lớn đến dung lượng của hệ thống , do đó muốn tăng dung lượng phải giảm nhiễu xuống. Công nghệ CDMA đã giải quyết vấn đề này nhờ kỹ thuật điều khiển công suất tạo ra mức công suất phát của các thuê bao sao cho đạt cùng mức công suất thu được tại trạm gốc, điều khiển công suất làm giảm can nhiễu, do đó sẽ tăng dung lượng của hệ thống . Ta có bảng dung lượng của một trạm gốc trong các hệ thống với các giả thiết: 10MHz / 10MHz (Tx/Rx). Trạm gốc có 3 sector. Dung lượng của GSM với các hệ số sử dụng lại tần số N = 4 , N = 3 . Hệ số sử dụng lại tần số của CDMA là N=1. Thông số GSM (N=3) GSM (N=4) AMPS CDMA (8Kbps) CDMA (13Kbps) Băng thông kênh vô tuyến (10MHz) 200 200 30 1230 1230 Tổng số kênh vô tuyến (10MHz) 50 50 312 8 8 Số kênh lưu lượng thoại/sóng mang 7.5 7.5 1 22 14 Hệ số sử dụng lại tần số 3 4 7 1 1 Số sóng mang/sector 6 4 15 8 8 Số kênh lưu thoại/sector 45 30 15 176 112 Số thuê bao/trạm gốc 3956 2480 1064 17361 10750 Bảng dung lượng của một trạm gốc trong các hệ thống Vùng phủ sóng rộng . Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ lớn. Do vậy , toàn bộ hệ thống cần ít trạm gốc hơn các hệ thống thông thường . Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA áp dụng kỹ thuật điều khiển công suất nhanh và chính xác. Điều này cũng thu được từ việc tất cả các cell dùng chung băng tần nên nhiễu giảm bớt . Công nghệ CDMA cung cấp vùng phủ sóng rộng hơn hẳn GSM mặc dù sử dụng máy đầu cuối có công suất phát thấp hơn. Do đó hệ thống CDMA chỉ cần số lượng các trạm gốc ít hơn từ 2 đến 2,5 lần so với hệ thống GSM có cùng vùng phủ sóng, cho nên giảm chi phí thiết lập mạng. Khi mạng đã được thiết lập thì sự quan hệ qua lại giữa dung lượng và vùng phủ sóng sẽ tự động giảm và ngược lại khi số lượng thuê bao giảm thì vùng phủ sóng sẽ tăng . Chuyển giao mềm . Chuyển giao mềm góp phần làm cho tiếng nói có chất lượng cao bởi sự chuẩn bị kết nối trước (make before break). Kỹ thuật CDMA làm việc theo phương thức khi MS đã kết nối chắc chắn với một BTS mới thì BTS gốc (BTS trước và đang quản lý MS) mới thực hiện chuyển giao việc xử lý và quản lý MS cho BTS mới . Trong những cell TDMA, khi cell A trùng lắp lên cell B thì MS ngừng hoạt động ở cell A (chuyển giao cứng). Còn trong CDMA cell A và cell B cùng gởi đến MS vì thế sự tiếp nhận thông tin hoàn hảo về chất lượng . Một số ưu điểm của chuyển giao mềm và mềm hơn của hệ thống CDMA là sự chính xác các bit số liệu, tỉ lệ mất cuộc gọi nhỏ, chất lượng cuộc gọi cao ở vùng giới hạn và giảm quá tải hệ thống chuyển mạch . Đơn giản hoá quy hoạch hệ thống . Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell. Điều này làm đơn giản hoá quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống . Ở hệ thống khác (tương tự hay GSM), toàn bộ băng tần được chia thành các đoạn nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu. Hệ thống như vậy cần phải được quy hoạch tần số cẩn thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống cũng phải xem xét vấn đề quy hoạch tần số. Hệ thống CDMA không gặp phải bài toán khó này vì các cell sử dụng băng tần như nhau . Tăng cường bảo mật . Bảo mật trong CDMA được bảo đảm nhờ cách thức làm việc của hệ thống . Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn bộ độ rộng của băng thông (1,25MHz hoặc cao hơn) cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi. Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gốc với trạm di động mới có thể hiểu và tách ra các thông tin hữu ích. Đối với các máy thu trộm, khi không có chuỗi mã này tín hiệu thu được chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền. Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bảo mật . Tiết kiệm năng lượng . Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết. Nó tổ chức và phát thông tin theo từng cụm ngắn và tắt trong các thời gian còn lại. Trong thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động không phải lắng nghe liên tục trên kênh tìm gọi. Điều này cũng giúp tiết kiệm acquy của máy di động. Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi. Số lượng bit thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm, dẫn đến năng lượng cần sử dụng giảm . B. CÁC KỸ THUẬT TRẢI PHỔ I . Giới thiệu VỀ HỆ THỐNG TRẢI PHỔ Trong hầu hết các hệ thống thông tin, người ta chủ yếu quan tâm đến các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống thông tin ở các khía cạnh hiệu suất băng thông (chẳng hạn tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N và xác suất bits lỗi BER P(e)) và chú ý đến nhiễu tự nhiên. Tuy nhiên trong một vài ứng dụng chúng ta cần xem xét khả năng chống nhiễu, loại bỏ nhiễu và khả năng đa truy suất của hệ thống . Những vấn đề này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng quân sự kỹ thuật trải phổ cũng được ứng dụng trong lĩnh vực này. Việc nghiên cứu trải phổ được thúc đẩy bởi động lực chủ yếu là tìm ra cách thực hiện những hệ thống thông tin có khả năng chống phá sóng cao. Kết quả của các công trình nghiên cứu này mang lại một loạt các ứng dụng khác như giảm được mật độ năng lượng, định vị độ phân giải cao và phân kênh tốt . Những kỹ thuật này được gọi là trãi phổ vì chúng sử dụng băng thông truyền lớn hơn nhiều so với băng thông cần thiết để truyền thông tin. Việc mở rộng băng thông một mặt cũng có điều bất lợi, nhưng mặt khác lại mang đến nhiều lợi điểm, trong đó có việc nâng cao khả năng khôi phục tín hiệu và khả năng chống nhiễu. Như vậy, để làm cho một tín hiệu được phân biệt với một tín hiệu khác, trong đó có nhiễu thì phương pháp thông dụng nhất là mở rộng băng thông của tín hiệu đó ra . Chính vì vậy, tỉ số băng thông đã trải phổ so với băng thông của tín hiệu ban đầu là thước đo chất lượng của hệ thống . Hệ thống thông tin trải phổ là hệ thống thông tin để truyền tín hiệu, có băng tần phát lớn hơn nhiều lần băng tần tín hiệu gốc, sử dụng điều chế tín hiệu gốc với mã trải phổ có độ rộng băng lớn hơn nhiều lần tín hiệu gốc, mã trải phổ trong kỹ thuật trải phổ độc lập với tín hiệu số liệu thông tin. Thông tin được phát trên một kênh rất lớn với nhiều thuê bao sử dụng đồng thời . Một hệ thống thông tin trải phổ có những đặc điểm sau : Tín hiệu sau trải phổ chiếm giữ băng thông lớn gấp nhiều lần băng thông tối thiểu cần thiết để truyền thông tin . Việc trải phổ được thực hiện bởi tín hiệu trải phổ, gọi là mã trải phổ . Mã trải phổ độc lập với tín hiệu . Tại phía thu việc nén phổ để khôi phục lại tín hiệu ban đầu được thực hiện bằng cách xét sự tương quan giữa tín hiệu thu được đồng bộ với tín hiệu trải phổ đã được sử dụng ở phía phát . Hệ thống trải phổ có các tính năng cơ bản sau : Phân kênh theo mã : có thể sử dụng để truyền nhiều kênh thông tin chỉ trong một dải tần . Chống nhiễu và phá sóng tốt do độ tương quan của tín hiệu gây nhiễu và tín hiệu mã rất hạn chế nên tín hiệu gây nhiễu xem như không có tác dụng . Chống nghe trộm tốt vì không thể thu được tín hiệu nếu không biết mã của nó. Máy thu chỉ làm việc với tín hiệu mã dành cho nó chứ không thu được tín hiệu dành cho máy thu khác . Vì công suất tín hiệu bị trải mỏng và dàn đều trong một vùng tần số nào đó nên bản thân sự tồn tại của tín hiệu cũng khó biết được. Nhờ vậy nếu không biết mã sử dụng thì không thể can thiệp đến tín hiệu. Cho dù có phát hiện được sự tồn tại của tín hiệu thì cũng khó tìm ra nơi xuất phát của tín hiệu . Đảm bảo tính xác thực của thông tin . Mật độ phổ giảm cho phép tăng năng lượng trên một bit dữ liệu cũng như tỉ số tín hiệu trên nhiễu mà không làm ảnh hưởng đến các kênh thông tin khác Các hiện tượng xấu do môi trường lan truyền gây ra như hiện tượng Fading trễ v.v Có thể được bù đắp bởi sự dư thừa của tín hiệu phát đi. Nếu ta nghiên cứu trước đặc điểm của môi trường thì có thể lựa chọn được mã tối ưu . Có thể được sử dụng cho thông tin vệ tinh được cấp phép cho CDMA Được phép hoạt động không cần giấy phép ở ba lĩnh vực : công nghiệp, khoa học và y tế với công suất đến 1W ở các băng tần sau : 902 – 928MHz , 2,4 – 2,4835GHz và 5,725 – 5,85GHz (theo tiêu chuẩn của FCC) . Trải phổ sóng mang được phân loại theo tốc độ truyền dẫn số liệu. Có hai loại thông tin trải phổ cơ bản là : hệ thống trải phổ trực tiếp (DS) và hệ thống trải phổ dịch tần (FH) Có đặc điểm là truyền thông tin trên một băng thông lớn hơn nhiều các băng thông dùng trong hệ thống vô tuyến băng hẹp. Mã hóa đường truyền bằng các chuỗi giả ngẫu nhiên ở máy phát và máy thu. Mã hóa trong hệ thống dịch tần tạo ra chuỗi mã hóa. Trong hệ thống trực tiếp tạo ra nhiễu ngẫu nhiên tốc độ cao. Ngoài ra còn có hệ thống trải phổ dịch thời gian (TH) và các hệ thống lai (Hybrid) . Các kỹ thuật trải phổ giải quyết được rất nhiều vấn đề trong thông tin như khả năng can nhiễu, ghép kênh phân chia mã cho các ứng dụng đa truy cập phân chia theo mã (CDMA) v.v. Sự nâng cao chất lượng nhờ sử dụng các kỹ thuật trải phổ được đặc trưng bằng độ lợi xử lý của hệ thống trải phổ. Độ lợi xử lý là độ khác biệt về chất lượng của hệ thống dùng kỹ thuật trải phổ so với hệ thống không dùng kỹ thuật trải phổ trong khi các điều kiện khác đều giống nhau. Độ lợi xử lý xấp xỉ bằng tỉ lệ băng thông trải phổ so với tốc độ thông tin (thông thường là lớn) . Sau đây là sơ đồ khối tổng quan các chức năng của một hệ thống thông tin di động số trải phổ SS. Nguồn tín hiệu đưa vào máy phát có thể là số (máy tính) iD hoặc tương tự (thoại) iA . Nếu tín hiệu nguồn là thoại thì đầu tiên sẽ được số hóa bởi một số bộ chuyển đổi A/D như bộ điều chế xung mã (PCM) hay bộ mã hóa điều chế (DM) . . . Bộ nén tín hiệu sẽ loại trừ hoặc giảm bớt thông tin thừa trong tín hiệu số này. Sau đó bộ mã hóa sửa lỗi sẽ gán vào tín hiệu những chuỗi mã để dò tìm và hiệu chỉnh lỗi gây ra bởi kênh truyền RF . Phổ tín hiệu nhận được sẽ được trải ra trên một băng rộng mong muốn gọi là trải phổ. Tiếp theo đến bộ điều chế, phổ sẽ được dịch đến một dải tần quy định để truyền đi. Tín hiệu đã điều chế sẽ được khuếch đại qua bộ khuếch đại công suất và được gửi đến kênh truyền dẫn, có thể là mặt đất hoặc vệ tinh. Kênh truyền dẫn sẽ sinh ra một số suy giảm tín hiệu như nhiễu, giao thoa hoặc sự suy yếu của công suất tín hiệu Ở máy thu tín hiệu thu được được tái tạo lại tín hiệu ban đầu bằng cách làm ngược quy trình của máy phát. Tín hiệu nhận được sẽ được giải điều chế, nén phổ lại, giải mã sửa lỗi và giải nén ra để thu được tín hiệu số. Nếu nguồn là thoại thì tín hiệu số này sẽ được chuyển sang tương tự bằng bộ chuyển đổi D/A . Cần chú ý là bộ nén / giải nén tín hiệu và bộ mã hóa / giải mã sửa lỗi là không bắt buộc phải có, chúng chỉ làm nhiệm vụ tăng thêm chất lượng của hệ thống. Ngoài ra, vị trí của khối trải phổ và điều chế có thể thay đổi lẫn nhau, hai chức năng này thường được hợp nhất và thực thi như một khối riêng . Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Nén Mã hóa Thu – Phát Vệ tinh Down UP Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Kênh truyền RF Giao thoa Nhiễu Satellite Channel Trải Phổ Chuỗi PN nén phổ Nén Phổ Đồng bộ chuỗi PN Sóng mang Bộ giải điều chế KĐ công suất Sóng mang Chuỗi PN trải phổ Bộ điều chế KĐ công suất A/D Giải nén Giải mã D/A KĐ KĐ KĐ KĐ OA OD ID IA Máy Phát Máy Thu Terrestrial Channel II . MỘT SỐ CHUỖI TRẢI PHỔ 1 . Mã trải phổ PN : Mã trải phổ là mã tín hiệu giả ngẫu nhiên (giả tạp âm trắng) được tạo ra đồng bộ để trải phổ thông tin truyền đi ở máy phát và nén phổ tương ứng ở máy thu đối với phổ dữ liệu được truyền . Mã trải phổ còn được dùng để phân biệt các thuê bao khác nhau khi họ có cùng giải thông truyền dẫn trong cơ chế đa truy cập phân chia theo mã CDMA . Mã PN có 3 đặc tính : Tỉ lệ các tần số 0 và 1 là mỗi 1/2 . Đối với các số 0 hoặc 1 thì 1/2 của chuỗi dài là chiều dài , 1/4 là chiều dài 2 , …. v v . Nếu một dãy PN được dịch bởi bất kỳ các thành phần số lượng số dương và âm bằng nhau tương ứng với dãy trước Hàm tự tương quan : (2.7) Hàm tự tương quan biểu thị sự giống nhau giữa tín hiệu f(t) với bản sao của nó bị trễ t . Hàm tương quan chéo : (2.8) Các dãy PN thường dùng nhất là: dãy độ dài cực đại (dãy m) dãy Gold , dãy Wash . 2. Chuỗi m . Hình 2.7 là sơ đồ mạch phát dãy m . Trong sơ đồ này có N flip-flop D được mắc thành bộ ghi dịch , mạch hồi tiếp gồm các cổng XOR và các khóa gi . Sự lựa chọn giá trị N và trạng thái nối thông hay là hở mạch của gi làm thay đổi chiều dài và đặc tính PN của mã được tạo ra. Trong số đó, dãy có chiều dài cực đại là 0 b(D) 1 g0 1 1 g1 g1 g1 L = 2N – 1 (L là số chip và N là số flip-flop) . Hình 2.7 : Bộ ghi dịch hồi tiếp tuyến tính phát ra dãy m Số flip-flop N Chiều dài dãy L = 2N - 1 Số dãy m S£(1-1)/N Hàm D0 của dãy m 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7 15 31 63 127 255 511 1023 2047 4095 8191 16383 32767 2 2 6 6 18 16 48 60 176 144 630 756 1800 Q1Å Q2 Q2Å Q3 Q3Å Q4 Q4Å Q5 Q5Å Q6 Q1Å Q2 Å Q3 Å Q7 Q4Å Q8 Q6Å Q9 Q8Å Q10 Q1Å Q9 Å Q10 Å Q11 Q0Å Q10 Å Q11 Å Q12 Q1Å Q11Å Q12 Å Q13 Q13Å Q14 Hình 2.8 : Bảng giới thiệu số liệu về mạch hình 2.7 Dưới đây là một số đặc trưng của mã trải phổ dãy m : Tính cân đối : dãy m có 2N-1 -1 số 0 và 2N-1 số 1 trong chu kỳ L . Tính dịch và cộng : Nếu cộng modulo 2 dãy m với m tạo ra do chính nó dịch đi, thì được một dãy m dịch đi so với 2 dãy được cộng . Tính tự tương quan chu kỳ : nếu ta thay logic 0 của dãy m bằng +1 và thay logic 1 của dãy bằng -1 , thì hàm tự tương quan chu kỳ là : q (t) = 2N-1 t = 0 -1 t # 0 Tính chạy: một bước chạy là dãy các bit liên tiếp có cùng mức logic , độ dài của bước chạy là số bit trong bước chạy đó. Trong một chu kỳ của dải m có 1/21 số bước chạy có độ dài bằng 1 , 1/22 số bước chạy có độ dài bằng 2 và 1/23 số bước chạy có độ dài bằng 3 , vv .. Phổ công suất của dãy m : Phổ công suất của sóng c(t) trải phổ thường được phân tích trong các chế độ làm việc của hệ thống trải phổ. Phổ công suất của c(t) là phép biến đổi Fourier của hàm tương quan Rc(t) . NTc Tc t Rc(t) 1.0 1/N Hình 2.9 : Hàm tự tương quan của chuỗi m Rc = (1 - t/Tc) – 1/N (t/Tc) 0 £ t £ Tc (2.9) Sự biến đổi Fourier của hàm trên ta được hàm phổ công suất sau : Với Pm – [(N + 1)/ N2]* sinc2 , fo = 1/NTc (2.10) Phổ công suất của chuỗi m được chỉ ra ở hình 2.10 . 1/NTc Sc(f) (N + 1/N2 ) sin2 (fTc) 1/NTc 2/NTc -1/NTc -2/NTc Hình 2.10 : Phổ công suất của chuỗi m 3. Chuỗi Gold . Dãy Gold là mã trải phổ dùng cho CDMA , hàm tương quan chéo giữa hai dãy Gold bất kỳ khá nhỏ, hàm tương quan chéo lấy 1 trong 3 giá trị sau : q (t) = (1/L)r(N) -1/L (1/L)[r(N) - 2] Với t(n) = 1 + 2 (N+1)/2 N lẻ 1 + 2 (N+2)/2 N chẳn (2.11) Một loại chuỗi tuần hoàn quan trọng cung cấp những tập chuỗi lớn hơn với những hàm tương quan chéo tuần hoàn tốt hơn là loại chuỗi Gold. Một tập hợp chuỗi Gold có chu kỳ N = 2n – 1 gồm có N + 2 chuỗi và có qc = qa = t (n) . Một tập hợp chuỗi Gold như vậy có thể được xây dựng từ những chuỗi m được lựa chọn riêng biệt . Tóm lại, ta có một tập hợp chuỗi Gold khi {u,v} là bất kỳ một cặp chuỗi m mong muốn nào. Vấn đề được tóm tắt trong định lý : Định lý : gọi u, v là một cặp chuỗi m mong muốn có chu kỳ N = 2n – 1 lần lượt được tạo ra bởi đa thức nhị phân h(x) và h^(x) . Đối với các chuỗi y , z thuộc G(u , v) thuộc {-1 , -t(n) , t(n) - 2} với mọi số nguyên 1 và q y(l) thuộc {-1 , -t(n) , t(n) - 2} với mọi n khác 0 mod N . Mỗi chuổi trong tập G(u , v) có thể được tạo ra từ đa thức f(x) = h(x) . h^(x) . Ghi chú rằng các chuổi có chiều dài không cực đại của G(u , v) cũng có thể được tạo ra bằng cách cộng tương ứng (số hạng cộng số hạng , modulo 2) các thành phần ngõ ra của bộ thanh ghi dịch tương ứng với các đa thức h(x) và h^(x) . Chuỗi có chiều dài cực đại thuộc G(u , v) là các chuỗi ở ngõ ra của riêng một trong 2 bộ thanh ghi dịch đó . III . HỆ THỐNG TRẢI PHỔ TRỰC TIẾP (DS) 1 . Đặc tính của tín hiệu DS . Trong hệ thống trải phổ trực tiếp, tín hiệu thông tin tốc độ bit thấp được thêm vào thành tín hiệu giống như nhiễu giả ngẫu nhiên tốc độ bit cao. Tín hiệu giả ngẫu nhiên này đều đuợc máy phát và máy thu nhận biết. Tín hiệu nhận được có cả tín hiệu thông tin có ích ban đầu và các tín hiệu mang thông tin không có như nhiễu. Máy thu sẽ loại bỏ các tín hiệu giả ngẫu nhiên và giữ lại tín hiệu thông tin. Như vậy, ta có thể thực hiện nhiều cuộc gọi song song, các cuộc gọi này có thể phân biệt với nhau bằng các tín hiệu giả ngẫu nhiên khác nhau . Trong hệ thống trải phổ trực tiếp thì thông tin ở các máy di động có thể xảy ra ở cùng tần số và ở cùng thời gian. Một trong các đặc điểm quan trọng về chất lượng hệ thống trải phổ là độ lợi xử lý. Trong hệ trải phổ trực tiếp thì độ lợi xử lý là tỉ số giữa tốc độ bit của tín hiệu được phát và tốc độ bit của tín hiệu thông tin . Dạng đơn giản nhất của hệ thống trải phổ trực tiếp là sử dụng điều chế dịch pha nhị phân BPSK. Trong phương pháp này thì sóng mang bị thay đổi pha một cách tức thời trong khoảng 1800 . Có thể biểu diễn toán học quá trình này như phép nhân sóng mang với hàm c(t) , hàm này nhận giá trị ± 1 . Xét tín hiệu sóng mang : S(t) = Acosw0t (2.12) Với A : Biên độ sóng mang . w0 : Tần số sóng mang gốc . Gọi Arms là biên độ hiệu dụng của sóng mang , ta có : Giả sử P là công suất của sóng mang do P = A2rms nên Vậy Ta có biểu thức sóng mang đã được điều chế bởi số liệu qua điều chế dịch pha nhị phân PSK : (2.13) Với qd(t) : pha của sóng mang bị điều chế bởi số liệu . Ts : độ rộng 1 chip của số liệu d(t) . Tín hiệu Sd(t) này chiếm độ rộng băng tần từ 1/2 đến 2 lần tốc độ số liệu trước đó và phụ thuộc vào các đặc điểm của việc điều chế . Mã trải phổ C(t) sử dụng điều chế BPSK có dạng tín hiệu xung NRZ chỉ nhận các giá trị ±1 và tốc độ dòng gấp n lần tốc độ dữ liệu d(t) . Việc điều khiển BPSK được thực hiện bằng phép nhân đơn giản giữa sóng mang đã được điều chế Sd(t) với hàm mã C(t) . Tín hiệu được phát đi S(t) có dạng như sau : (2.14) Pha của tín hiệu phát đi phụ thuộc vào 2 thành phần : qc(t) : phụ thuộc vào mã trải phổ C(t) . qd(t) : phụ thuôc vào dòng số liệu d(t) . Nó tương tự như mạch thông tin AM và FM có sóng mang điều chế mã. Thực tế thì không điều chế sóng mang trực tiếp từ tín hiệu thông tin băng gốc mà đưa ra thủ tục điều chế nhờ bộ đếm và bộ tích lũy bởi dãy mã tức thời. Sóng mang RF được xem như là chu kỳ đã được điều chế để điều chế mã đối với thủ tục điều chế và giải điều chế đơn giản . Tín hiệu thu được khuếch đại và nhân với mã đồng bộ liên quan tại đầu phát và đầu thu được đồng bộ thì sóng mang tách pha là lớn hơn 1800 và sóng mang được khôi phục. Các sóng mang tần hẹp được khôi phục này đi qua bộ lọc băng thông được thiết kế sao cho chỉ có các sóng mang đã điều chế băng gốc đi qua. Các sóng mang giả cũng được đi qua cùng một thủ tục nhân tần số nhờ hoạt động ở phía thu mà tại đây tín hiệu DS thu được sẽ chuyển thành băng tần sóng mang ban đầu. Tín hiệu thu không đồng bộ với tần số liện quan và sau đó trải ra . 2 . Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – BPSK . 2.1. Máy phát DS/SS – BPSK : Sơ đồ khối của máy phát trải phổ trực tiếp BPSK (DS/SS – BPSK : Direct – Sequency Spectrum – Binary Phase Shifl Keying) được mô tả như sau : Thông tin cần truyền b(t) c(t) (Tín hiệu PN) b(t) c(t) s(t) Modulator BPSK Hình 2.12 : Sơ đồ máy phát DS - BPSK Asin (2pfct + q) (Sóng mang) DS/SS -- BPSK signal s(t) = Ab(t)c(t)sin (2pfct + q) Ở đây, tín hiệu b(t) được trải ra với việc nhân với tín hiệu giả ngẫu nhiên PN c(t) , kết quả ta được thành phần b(t) c(t). Sau đó, kết quả này được điều chế sóng mang (sử dụng bộ điều chế BPSK) , tín hiệu sóng mang được điều chế có dạng : Asin (2pfct + q). Nên tín hiệu ngõ ra bộ điều chế có dạng : s(t) = Ab(t)c(t) sin (2pfct + q) . (2.15) A : biên độ . fc : tần số sóng mang . q : pha sóng mang . Trong nhiều ứng dụng, một bit thông tin có thời gian bằng với 1 chu kỳ của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN, khi đó T = NTc . Sau đây ta xem xét ví dụ hình 2.7 có chu kỳ N = 5 . Hình 2.13 : Quá trình xử lý tín hiệu khi phát phát 2. Máy thu DS/SS – BPSK : Sơ đồ khối của máy thu như hình sau : Symbol timing Carrier recovery PN signal synchronizati Local PN signal Hình 2.14 : Sơ đồ máy thu hệ thống DS/SS -- BPSK s(t - t) = Ab (t - t) c (t - t) . sin (2pfct + q’) BPSK Demodulator b (t) sin (2pfct + q) Vấn đề chính ở đây là máy thu tìm ra thông tin b(t) từ tín hiệu nhận được mà nó bao gồm tín hiệu được phát và nhiễu. Ở đó có một thời gian trễ là t trong quá trình truyền tín hiệu , tín hiệu nhận đuợc từ máy phát là : S(t - t) + n(t) = A b (t - t) c (t - t) . sin (2pfc(t - t) + q’)+ n(t) (2.16) n (t) : tín hiệu nhiễu . Mục đích của máy thu là khôi phục lại tín hiệu b (t) mà không bị nhiễu. Tín hiệu thu được đầu tiên được dồn phổ để làm giảm độ rộng băng tần, kế đó nó được giải điều chế để đạt được tín hiệu có băng tần cơ bản. Để dồn phổ, tín hiệu nhận được, được nhân với mã PN là c (t - t) được phát ra ở tại máy phát, tín hiệu sau khi được nhân là : S (t) = A b (t - t). sin (2pfct + q’) (2.17) Để điều chế, máy thu biết được q’ và tần số cắt fc bắt đầu cho mỗi bit. Bộ điều chế BPSK bao gồm bộ tương quan và thiết bị ngưỡng. Để phát hiện bit dữ liệu của bit thứ nhất, bộ tương quan tính toán Zi : (2.18) Với ti = iT + t là bắt đầu cho bit thứ i . Bởi vì b(t - t) có giá trị 1 hoặc -1 trong mỗi bit thời hạn đầu tiên ở ngõ ra bộ tích phân T hoặc -T . Thời hạn thứ hai độ chênh lệch giữa hai tần số là zero. Vì thế, Zi có kết quả là AT/2 hoặc –AT/2 . Chúng được chuyển qua thiết bị ngưỡng để có giá trị nhị phân 0 hoặc 1 . Giả sử rằng máy thu biết được t , ti , q’ , fc . Tần số sóng mang fc thường được biết ở máy thu, vì thế nó có thể phát ra bằng việc sử dụng bộ dao động nội . Nếu có một số sự khác nhau giữa tần số của dao động nội và sóng mang thì một tần số lân cận của fc có thể được phát ra và tần số đúng có thể được bám theo bằng việc sử dụng một vòng lặp hồi tiếp. Máy thu cần phải thu được những thông số khác như t , ti ,q’ từ tín hiệu nhận được. Quá trình để đạt được t được gọi là sự đồng bộ tín hiệu PN và thường được hình thành hai bước: bắt đồng bộ và bám đồng bộ . Quá trình để tìm ra ti gọi là sự phục hồi sóng mang. Việc phục hồi sóng mang và thời gian thì cần thiết trong bất kỳ một bộ máy thu truyền thông dữ liệu nào. Quá trình nhân S(t - t) với tín hiệu PN ở máy thu có dạng như hình(2.12) . Hình 2.15 : Quá trình xử lý tín hiệu thu DS/SS - BPSK III.4 . Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – QPSK . Hinh 2 .15 : Quá trình xử lý tín hiệu khi thu Điều chế Quadrature được sử dụng trong các hệ thống trải phổ vì đã chứng tỏ được hiệu quả trong các ứng dụng tách sóng xác suất thấp và ít nhạy hơn đối với một số loại Jamming. Bên cạnh đó, điều chế Quadrature cho phép ta tiết kiệm băng thông. Chúng có thể dùng cùng một công suất truyền có xác suất lỗi bit như nhau nhưng chỉ sử dụng một nửa băng thông đường truyền. Độ hiệu quả phổ là mối quan tâm hàng đầu trong các ứng dụng vô tuyến di động của hệ thống trải phổ . 4 . Hệ thống trải phổ trực tiếp DS/SS – BPSK . 4.1. Máy phát DS/SS – QPSK . Sau đây là sơ đồ máy phát hệ thống trải phổ QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) Hình 2.16 : Sơ đồ máy phát hệ thống DS/SS -- QPSK b(t) PN generation 2 c2(t) b(t) c2(t) Shift 900 Asin (2pfct + q) Acos (2pfct + q) s2(t) Modulator (QPSK) Modulator (QPSK) b(t) c1(t) s1(t) s(t) c1(t) PN generation 1 Tín hiệu ngõ vào b(t) được chia thành 2 nhánh, tín hiệu ở mỗi nhánh được nhân với hai chuỗi PN khác nhau, sau đó được đưa đến hai bộ điều chế BPSK. Sau đó tín hiệu ở ngõ ra hai bộ điều chế được đưa qua mạch cộng. Ta thu được tín hiệu DS/SS – QPSK là : S(t) = s1(t) + s2(t) = Ab(t)c1(t) sin (2pfct + q) + Ab(t)c2(t) cos (2pfct + q) = A sin [(2pfct + q) + g(t)] (2.19) Với g(t) = tan g-1 p / 4 nếu c1(t)b(t) = 1 và c2(t)b(t) = 1 3p/4 nếu c1(t)b(t) = -1 và c2(t)b(t) = 1 5p/4 nếu c1(t)b(t) = -1 và c2(t)b(t) = -1 7p/4 nếu c1(t)b(t) = 1 và c2(t)b(t) = -1 = 4.2. Máy thu DS/SS – QPSK . Hình 2.17 : Sơ đồ máy thu hệ thống DS/SS - QPSK Sin (2pfct + q) c1 (t - t) s(t - t) c2 (t - t) w2(t) w1(t) u2(t) u1(t) Cos (2pfct + q) + - u(t) Zi Tín hiệu nhận được bị trễ một khoảng thời gian t so với máy phát , nên ta có: S(t - t) là : S(t - t) = A b (t - t) c1 (t - t) Sin (2pfct + q’) + A b (t - t) c2 (t - t) cos (2pfct + q’) (2.20) Ở đây : q’ = q - 2pfct Ta có tín hiệu trước bộ cộng là : u1(t) = A b (t - t). Sin2 (2pfct + q’) + A b (t - t). c1 (t - t). c2 (t - t). Sin (2pfct + q’) cos (2pfct + q’) = A b (t - t)1/2[1- cos (4pfct + 2q’)]+ A b (t - t) c1 (t - t). c2 (t - t)1/2 sin(4pfct + 2q’) (2.21) Tương tự ta cũng có u2(t) : u2(t) = A b (t - t) c1 (t - t). c2 (t - t)1/2 sin(4pfct + 2q’) + A b (t - t)1/2[1+ cos (4pfct + 2q’)] (2.22) IV : HỆ THỐNG TRẢI PHỔ DỊCH TẦN (FH) . Ta định nghĩa các ký hiệu : Th cho thời gian của một đoạn dịch tần và T cho thời gian của một bit số liệu ở phần trước. Điều chế FSK thường được sử dụng cho hệ thống FH/SS. Do việc thay đổi tần số sóng mang nên giải điều chế nhất quán không phù hợp, vì thế điều chế không nhất quán thường đuợc sử dụng . Nguyên tắc cơ bản của các hệ thống dịch tần là phân bản tin thành nhiều khối có kích thước cố định và phát mỗi khối ở tần số khác nhau. Chuỗi dịch tần phải được biết trước khi truyền bản tin ở cả máy phát và máy thu. Máy phát sẽ phát một khối tin ở một tần số riêng, dịch tới một tần khác, phát khối tin kế tiếp và cứ tiếp tục như thế. Khi nhận được khối tin tiếp theo. Quá trình thay đổi tần số cho mỗi khối tin này liên tục cho đến khi kết thúc bản tin. Mỗi máy phát sẽ có chuỗi dịch tần khác nhau để không làm nhiễu tới những người sử dụng khác dùng trong cùng chuỗi. Để giảm hơn nữa khả năng này, chuỗi dịch là chuỗi ngẫu nhiên không có sự tương quan giữa các tần số. Hiệu quả của hệ thống tăng lên khi kích thước khối tin giảm xuống và số lượng tần số trong chuỗi dịch tăng lên . 1 . Đặc tính của tín hiệu dịch tần : Hệ thống FM cơ bản gồm bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số sao cho có thể đáp ứng được cho đầu ra mã hóa của bộ tạo mã. Dạng của bộ tổ hợp tần số có các đáp ứng nhanh được dùng hệ thống trải phổ . Tín hiệu FH thu được kết hợp với tín hiệu giống như tín hiệu được tạo ra tại chổ và được quy định bởi một độ lệch tần : FIF = [f1+f2 , .... + fn ] * [f1+fIF+f2+fIF , ……… , fm+fIF ] (2.23) Được tạo ra trước trạng thái đồng bộ bởi mã cố định của máy phát và máy thu . Nếu tín hiệu không trùng khớp với tín hiệu được tạo ra tại chổ như trong hệ thống DS thì tín hiệu tạo ra tại chổ và độ rộng băng không cần thiết sau khi nhân tần sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu đúng với tín hiệu tại chổ, thực hiện được điều này nhờ việc cùng thay đổi giữa tín hiệu tạo ra tại chổ với tín hiệu không mong muốn . Tín hiệu không đồng bộ với tín hiệu tạo ra tại chổ có độ rộng băng gấp đôi tại tần số trung tâm. Toàn bộ công suất tín hiệu không mong muốn ngoài băng được xóa khỏi tín hiệu tần số trung tâm nhờ bộ tương quan . Độ lợi xử lý của hệ thống FH của kênh bên cạnh là : Gp = (BWRF) / Rinf0 (2.24) Tương tự như hệ thống DS , néu không có kênh bên cạnh thì : G = Tổng sự lựa chọn tần số có thể bằng N . 2 . Tốc độ dịch tần : Các tham số dùng để xác định tốc độ dịch chuyển tần số tối thiểu trong hệ thống FH : Loại thông tin truyền đi và tốc độ truyền dẫn thông tin . Tổng số độ dư được áp dụng . Khoảng cách tới nguồn giao thoa gần nhất . Việc truyền tin qua hệ thống FH có thể sử dụng các phương pháp khác nhau trong các hệ thống khác nhau. Dạng tín hiệu số được dùng (thậm chí với các thông tin bình thường) là các tín hiệu analog hoặc số liệu được mã hóa. Hệ thống FH cung cấp một số lượng lớn các tần số và số lượng yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ lỗi của hệ thống. Tốc độ lỗi mong muốn đối với hệ thống FH đơn giản không truyền độ dư số liệu là J/N . J : biểu thị công suất giao thoa (bằng hoặc lớn hơn công suất tín hiệu) . N : tổng các tần số có thể trong hệ thống (vì hệ thống FH nhị phân đơn giản vốn có tốc độ lỗi cao khi giao thoa nhỏ nên yêu cầu phải có hệ thống truyền dẫn khác ) Tốc độ lỗi của hệ thống FH có độ dư nhị phân FSK có thể được triển khai thành công thức nhị phân sau : (2.25) P : xác suất lỗi trong một lần thực hiện băng JN . J : tổng các kênh méo do gián đoạn . N : tổng các kênh trong FH . q : xác suất không lỗi trong một lần thực hiện bằng 1-p . c : tổng số chip . r : tổng số bit lỗi yêu cầu để xác định lỗi bit . Tốc độ lỗi sẽ tốt hơn so với hệ thống đơn giản 1 chip/bit, khả năng tăng độ dư để giảm tốc độ lỗi bit phụ thuộc vào các tham số hệ thống. Tốc độ lỗi bit giảm khi nhiều chip được truyền đi trên một bit. Tốc độ dịch tần yêu cầu tỉ lệ với độ rộng băng thông RF. Nếu độ rộng băng xác định hoặc tương quan của bộ tổng hợp tần số cho trước thì trade-off giữa sự tăng tổng số chip/bit và giảm khả năng ấn định tần số sẽ được xác định . Một vấn đề cần xét trong tốc độ chip là các ảnh hưởng đối với tín hiệu khác pha ở cùng một tần số. Những tín hiệu này được tạo ra do giao thoa đa đường hay giao thoa dự kiến. Hầu hết các trường hợp thì tín hiệu đa đường thu được tại đầu thu không được sử dụng một cách liện tục (vì quá nhỏ so với yêu cầu). Nhưng nếu tín hiệu thu được từ bộ phát tần số do sóng giao thoa được khuếch đại và điều chế cùng với tạp âm, nó có công suất truyền dẫn tương đương với tín hiệu gốc và ảnh hưởng giao thoa sẽ tăng lên. Để khắc phục thì FH phải có một tốc độ dịch tần sao cho có thể chuyển đổi thành tần số khác trong thời gian đáp ứng của thiết bị đo giao thoa và tốc độ lệch tần yêu cầu phải lớn hơn (Tr - Td)-1 . Với Tr : thời gian đi từ bộ phát FH tới bộ phát dự kiến qua máy đo giao thoa Td: thời gian trễ theo đường thẳng . 3 . Hệ thống trải phổ dịch tần nhanh (FH/SS) . Ở một hệ thống FH/SS nhanh ít nhất phải có một lần nhảy tần ở một bit số liệu nghĩa là T/ Th ³ 1 . Trong khoảng thời gian Th giây của một lần nhảy tần một trong J tần số { f0 , f0 + Df , f0 +2Df , ……………….. , f0 + (J - 1) . Df } được phát. Cứ Th giây tần số phát thay đổi. Ở đây Df là khoảng cách giữa các tần số lân cận. Tốc độ nhảy là hàm sin có tần số f0 + iDf , do độ rộng có giới hạn (Th giây) , phổ của nó là 2/Th (trường hợp nhỏ nhất) . Khoảng cách Df thường được chọn bằng n/ Th . Lý do chọn như vậy là : cos (2pfct + q) , cos (2p (f0 + Df) + q1) , . . . ,cos (2p (f1 + ( J – 1 ) Df) + q1 ) là trực giao trên mỗi lần dịch tần . Trong đó Df = 1/Th . Ở các hệ thống không nhất quán sử dụng các hàm trực giao cho hiệu quả hơn . A . Máy phát . Sơ đồ khối của một máy phát hệ thống trải phổ dịch tần đuợc mô tả như hình sau : Frequency synthesizer PN sequency generator J bit . . . . . . . . Frequency synthesizer FSK Modulation Frequency Multiplier b(t) X(t) Y(t) Hình 2.18 : Sơ đồ khối hệ thống máy phát FH/SS nhanh Tín hiệu b(t) đuợc điều chế FSK sau đó được đưa qua trộn với Y(t) từ bộ tổng hợp tần số (frequency synthesizer). Tín hiệu sau khi nhận được được đưa qua bộ nhân tần rồi đưa qua bộ lọc qua dãy rộng rồi truyền đi. Tín hiệu Y(t) thay đổi sau mỗi thời gian Th và tùy thuộc vào số bit J được dùng của máy phát chuỗi PN . Ta có được 2J tần số khác nhau được tạo từ bộ tổng hợp tần số . Ở đây ta có bộ nhân tần sử dụng nhằm mục đích là để trải ra xa hơn băng tần của tín hiệu trải phổ dịch tần (FH/SS). Nếu b là hệ số nhân tần thì tín hiệu sau khi qua bộ nhân tần sẽ làm gia tăng tần số và pha lên b lần. Khi đó băng tần của tín hiệu FH/SS cũng tăng lên b lần .  B . Máy thu . Sơ đồ khối sau đây là máy thu hệ thống FH/SS nhanh, tín hiệu ở ngõ vào đầu tiên được lọc bởi bộ lọc qua dãy rộng. Sau đó tín hiệu được nhân với Y(t) từ bộ tổng hợp tần số. Máy thu còn là quá trình khôi phục lại thời gian ký tự và quá trình đồng bộ PN với bên máy phát. Ở đây máy thu không cần khôi phục lại sóng mang bởi vì nó sử dụng bộ giải điều chế không kết hợp. Lý do sử dụng bộ giải điều chế không kết hợp là ở một tốc độ dịch tần cao rất khó cho máy thu bám được pha sóng mang thay đổi ở mỗi lần dịch. Máy phát chuỗi PN phát một chuỗi PN trong sự đồng bộ với tín hiệu vào Tín hiệu S(t) sau khi nhân với Y(t) được đưa qua bộ lọc qua dãy hẹp (Narrow band BPF) rồi đưa tiếp qua bộ lọc giải điều chế FSK Wideband BPF Narrowband BPF Frequency synthesizer w(t) PN sequency synchoronization Symbol timing recovery Local PN sequency generator Noncoherent FSK demodulator J bit . . . . . . . . Hình 2.19 : Sơ đồ khối hệ thống máy thu FH/SS nhanh Bộ giải điều chế phát hiện tần số được chứa trong mỗi thời gian T và tạo nên một bộ ngõ ra nhị phân là 0 hay 1 . V. HỆ THỐNG TRẢI PHỔ DỊCH THỜI GIAN (TH/SS : Time – Hopping Spread - spectrum) Tạo mã Thông tin đầu vào Bộ phát xung đã điều chế Cổng 1 Tạo mã Cổng 0 Tách xung Quyết định Tách xung Thông tin đầu ra Hình 2.20 : Sơ đồ khối hệ thống TH Dịch thời gian tương tự như điều chế xung tức là dãy mã đóng/mở bộ phát được chuyển đổi thành dạng tín hiệu ngẫu nhiên theo mã và đạt 50% yếu tố tác động truyền dẫn trung bình. Có sự khác nhau nhỏ so với hệ thống FH đơn giản là trong khi tần số truyền dẫn biến đổi theo mỗi thời gian chip mã trong hệ thống FH thì sự dịch chuyển tần số chỉ xảy ra trong trạng thái dịch chuyển dãy mã của hệ thống thời gian . Hệ thống TH 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. Do hệ thống thời gian có thể bị ảnh hưởng dễ dàng bởi giao thoa nên cần sử dụng hệ thống tổ hợp với FH để loại trừ giao thoa có khả năng gây nên suy giảm lớn đối với tần số đơn . Trong hệ thống trải phổ nhảy thời gian. Dữ liệu đuợc truyền trong những cụm (burst). Mỗi cụm bao gồm K bit dữ liệu và thời gian trong mỗi cụm truyền đi được quyết định bởi chuỗi PN . VI . HỆ THỐNG LAI (Hybrid) . Ngoài 3 hệ thống đã trình bày, điều chế Hybrid của hệ thống DS và FH được sử dụng nhằm 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 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 không thể có được. Một mạch không cần phức tạp lắm có thể bao gồm bộ tạo dãy mã và bộ tổng hợp tần số cho trước . 1 . FH/DS . Hệ thống FH/DS sử dụng tín hiệu điều chế DS với tần số trung tâm được chuyển dịch một cách định kỳ. Một tín hiệu DS xuất hiện một cách tức thời với độ rộng là một phần trong độ rộng 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 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 cập và thiết lập địa chỉ phân tán . 3 . Ghép kênh . Hệ thống điều chế tổng hợp có ý nghĩa đặc biệt khi tốc độ chip của bộ tạo mã DS đạt tới giá trị cực đại và giá trị giới hạn của kênh FH. Bộ phát tổng hợp FH/DS 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 . Sự đồng bộ thực hiện giữa các mẫu mã FH/DS biểu thị rằng phần mẫu DS đã cho được xác định tại cùng vị trí tần số lúc nào cũng được truyền qua một kênh tần số nhất định. Nhìn chung thì tốc độ mã của DS nhanh hơn tốc độ dịch tần do số lượng các kênh tần số nằm trong tổng chiều dài mã 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 bằng tần số gốc tại đầu thu, bộ tương quan FH có một bộ tương quan DS và tín hiệu dao động nội được nhân với tất cả các tín hiệu thu được thu được . 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 . GP(FH/DS) = GP(FH) + GP(DS) = 10log (số lượng các kênh) + 10log (BW DS/Riffo) Do đó giới hạn giao thoa trở nên lớn hơn so với hệ thống FH hoặc hệ thống DS đơn giản . 2 . 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 việc xác định địa chỉ là trung bình thì nên sử dụng một hệ thống mã đơn giản hơn là một hệ thống trải phổ đặt 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 cập ngẫu nhiên hoặc sự định vị các địa chỉ phân tán. Đó cũng là một hệ thống có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến khoảng cách. Hơn nữa sự khác nhau về khoảng cách giữa máy phát bên cạnh máy 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 nên tín hiệu thu không thể loại trừ được chỉ với việc xử lý tín hiệu đơn giản mà một khoảng cách thời gian truyền dẫn nhất định nên được xác định để tránh hiện tượng chồng lấn các tín hiệu tại một thời điểm . 3 . TH/DS . Nếu phương pháp ghép kênh theo mã 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 sự tương quan mã giữa các đầu cuối của hệ thống DS, hệ thống TH được giải quyết cho trường hợp này. Nghĩa là đầu cuối thu của hệ thống DS nên có một 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 thúc 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. 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 . 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 chu kỳ giả ngẫu nhiên này có thể có nhiều thuê bao sử dụng kênh để có nhiều truy nhập và có chức năng tiến bộ hơn so với giao diện ghép kênh theo mã đơn giản . VII . SO SÁNH CÁC HỆ THỐNG TRẢI PHỔ Mỗi loại hệ thống trải phổ đều có ưu và nhược điểm. Viêc chọn sử dụng hệ thống nào phải dựa trên ứng dụng đặc thù. Trong phần này sẽ so sánh các hệ thống DS , FH và TH . Các hệ thống DS/SS giảm nhiễu giao thoa bằng cách trải phổ rộng ở một phổ tần rộng. Trong khi đó các hệ thống FH/SS ở mọi điểm thời gian cho trước, những thuê bao phát các tần số khác nhau. Vì thế có thể tránh được nhiễu giao thoa . Còn các hệ thống TH/SS tránh nhiễu giao thoa bằng cách tránh không để nhiều hơn một người sử dụng phát trong cùng một thời gian. Có thể thiết kế các hệ thống DS/SS với giải điều chế nhất quán và không nhất quán. Tuy nhiên do sự chuyển dịch tần số phát nhanh rất khó duy trì đồng bộ pha ở các hệ thống FH/SS. Chúng thường đòi hỏi giải điều chế không nhất quán. Trong thực tế các hệ thống DS/SS nhận được chất lượng tốt hơn (ở tỉ số tín hiệu trên tạp âm để đạt được xác suất bit lỗi nhất định) vào khoảng 3dB so với hệ thống FH/SS nhờ giải điều chế nhất quán . Cái giá phải trả cho ưu điểm này là giá thành của mạch khóa pha sóng mang . Với cùng tốc độ đồng hồ của bộ tạo mã PN, FH/SS có thể nhảy tầng trên băng tần rộng hơn nhiều so với băng tần của tín hiệu DS/SS . Ngoài ra người ta còn có thể tạo ra tín hiệu TH/SS có độ rộng băng tần rộng hơn nhiều độ rộng băng tần số DS/SS khi các bộ tạo chuỗi PN của hai hệ thống này có cùng tốc độ đồng hồ . FH/SS cũng loại trừ các kênh tần số gây nhiễu giao thoa mạnh và thường xuyên . DS/SS nhạy cảm nhất với vấn đề gần xa, đây là hiện tượng mà nguồn nhiễu giao thoa gần có thể làm xấu thậm chí xóa hẳn thông tin chủ định do công suất trung bình của nguồn nhiễu gần cao. Các hệ thống FH/SS nhạy cảm hơn với việc thu trộm so với các hệ thống DS/SS đặc biệt khi tốc độ nhạy cảm tần số chậm và đối phương sử dụng máy thu định kênh thích hợp . Thời gian cần thiết để bắt mã PN là ngắn nhất ở các hệ thống DS/SS, còn ở TH/SS thì thời gian bắt mã lâu hơn. Tuy nhiên thực hiện máy phát và máy thu FH đắt tiền hơn vì sự phức tạp của các bộ phận tổng hợp tần số . Các hệ thống FH/SS chịu được Fading đa đường và nhiễu, còn các máy thu DS/SS đòi hỏi mạch đặc biệt để làm việc thỏa mãn trong môi trường nói trên . C. NHIỄU TRONG HỆ THỐNG . I . NHỮNG TỔN HAO TRONG KHÍ QUYỂN . Trong khí quyển có một số cửa sổ sóng vô tuyến là những sóng vô tuyến bị suy giảm thì rất là yếu. Tổn hao được gây ra bởi sóng vô tuyến hấp thụ những khí trong khí quyển như là khí oxi và hơi nước. Đặc tính này phụ thuộc vào tần số, góc nâng, độ cao trên mực nước biển và độ ẩm tuyệt đối. Tại tần số dưới 10 GHz, thông thường nó được bỏ qua. Điều quan trọng là nó sẽ tăng lên với tần số trên 10 GHz đặc biệt cho góc nâng thấp. Bảng tóm tắt sau sẽ chỉ ra một số ví dụ về giá trị của những tổn hao trong khí quyển khi góc nâng là 10o Tổn hao trong khí quyển Tần số f (GHz) 0,25 2 < f < 5 0,33 5 < f < 10 0,53 10 < f < 13 0,73 13 < f Ví dụ về sự suy giảm trong khí quyển II . NHỮNG TÁC ĐỘNG CỦA MƯA . Mưa dẫn đến sự suy giảm sóng vô tuyến là do sự tán xạ và sự hấp thụ năng lượng từ sóng vô tuyến . Độ suy giảm của mưa tăng lên với tần số và xấu nhất cho băng tần Ku hơn là băng tần C. Điều này cần thiết để đủ công suất phụ được phát đi để làm yếu đi giá trị cực đại, thêm vào đó là sự suy giảm được gây ra bởi mưa. Để cung cấp một đường truyền tương xứng có thể dùng được. Mặc dù sự suy giảm do mưa đã được biết trước là một quy trình thống kê. Nhiều mô hình đã được phát triển mà những lợi ích của nó đem lại thì được đánh giá tốt so với thực nghiệm được quan sát kỹ . Những mô hình này liên quan đến tần số hoạt động . III . NHỮNG TỔN HAO VỀ SỰ LỆCH ĐỒNG CHỈNH ANTEN . Khi một đường kết nối được thiết lập, tình huống lý tưởng là có Anten ở trạm mặt đất thẳng hướng để có được độ lợi cực đại. Nhưng thông thường sự hoạt động chỉ ra rằng có một mức độ về sự lệch đồng chỉnh nhỏ mà nó là nguyên nhân gây ra độ lợi giảm xuống một phần 10dB . Việc giảm độ lợi có thể được đánh giá từ kích cỡ Anten. Sự tổn hao này phải được chỉ ra trong việc tính toán cho đường truyền hướng lên và hướng xuống. Đường kính của Anten càng lớn sẽ luôn luôn đòi hỏi những sự tổn hao về sự lệch đồng chỉnh và việc bám theo có thể được bỏ qua 0,5dB cho đường truyền hướng lên và hướng xuống . IV . NHIỄU NHIỆT . Nhiễu nhiệt là nhiễu điện áp mà nó đến từ sự di chuyển ngẫu nhiên của những Electron bên trong vật dẫn . Công suất nhiễu nhiệt : Pn = KTB (2.26) K: hằng số Boltmann (1,374.10J/oK) T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) B: độ rộng băng thông (Hz) Anten cũng có tổng trở đặc trưng Z , sẽ cung cấp cho máy thu phối hợp một công suất nhiễu là KTB. Nhưng trong bản thân của máy thu có bộ phận tích cực của hệ thống sẽ sinh ra nhiễu của bản thân nó thêm vào đó là nhiễu ở ngõ vào, do đó nhiễu tổng có thể được tại ngõ ra của máy thu sẽ là: NT = (KTB)G + N (KTB) G : là nhiễu tại ngõ vào của máy thu nhân với độ lợi của máy thu và được đo tại ngõ ra của máy thu . N : nhiễu thêm vào phát sinh trong máy thu và được mặc định là N = KTeB Te : nhiệt độ nhiễu tương đương của máy thu . Nhiệt độ nhiễu tương đương Te của máy thu thì được xác định như là nhiệt độ mà chúng ta phải nâng điện trở phối hợp ở ngõ vào của máy thu giống hệt nhưng không có nhiễu để có được công suất nhiễu giống nhau tại ngõ ra. Sự tương quan của việc gia tăng nhiễu ngõ ra là do nhiễu bên trong máy thu đến nhiễu ngõ vào được khuếch đại. Nếu máy thu không có nhiễu, thì được biết như là hệ số nhiễu hay là nhân tố nhiễu , được mặc định là : F = 1 + (Te / To) (2.27) Và nhiệt độ nhiễu tương đương có thể được biết từ hệ số nhiễu: Te = (F –1)To (2.28) F: hệ số nhiễu Te: nhiệt độ tương đương Kelvin To: nhiệt độ môi trường 290 Kelvin V . NHIỄU HỆ THỐNG . Nhiệt độ nhiễu hệ thống của một trạm mặt đất bao gồm nhiệt độ nhiễu của máy thu, nhiệt độ nhiễu của Anten, bao gồm đường chuyển đi, đường ống dẫn sóng và nhiễu trong không gian của Anten Tsystem = Tant /L + (1 –1/L)To +Te (2.29) L: tổn hao của LNA Te: nhiệt độ nhiễu tương đương của máy thu To: nhiệt độ chuẩn 290K Tant: nhiệt độ nhiễu tương đương của anten được cung cấp bởi nhà sản xuất Công thức trên chỉ ra rằng những tổn hao của đường ống dẫn sóng có tác dụng quan trọng trên nhiệt độ nhiễu của hệ thống. Ví dụ một sự suy giảm 0,3 dB là do những bộ phận của đường ống dẫn sóng giữa Anten và bộ tiền khuếch đại của máy thu tạo ra khoảng 19K cho nhiệt độ nhiễu của hệ thống. Tổn hao của đường truyền phải càng nhỏ càng tốt, nếu không thì lợi ích của việc Anten bị nhiễu ít và LNA sẽ mất đi. Đây là lý do tại sao LNA được gắn càng gần càng tốt đối với đường chuyển đi của Anten. G/T được tính bởi công thức : G/TdB/K = GaindBi –10logTsystem VI . TỶ SỐ SÓNG MANG TRÊN NHIỄU C/N . Một trong những tham số chính yếu tiêu biểu cho hiệu suất của đường truyền là tỉ số giữa công suất sóng mang của máy thu và công suất nhiễu tổng của máy thu C/N và được xác định bởi: C/N = PR / Pn (2.30) Với: PR = [GT.PT]*[4D/]*[1/GR] Trong đó : GTdBi : là độ lợi của anten phát (dBi) PT : là công suất ngõ vào của anten (W) GT.PT : được biết như là EIRP D : là khoảng cách (km) giữa trạm phát và trạm thu EIRPdBW = 10 log PT + GTdBi (2.31) Pn = KTB Do đó: C/N = /L C/NdB = EIRPdB –LodB + G/TdB/K –10log K* -10log B (2.32) G/T : là hệ số tối ưu của bộ thu K* : là hằng số Boltzmann (nếu tính bằng dB là –228,6dBW/K) B : là dải thông chiếm đầy sóng mang Lo : là tổn hao trong không gian tự do và được tính bởi: Lo = 20 log D + 20 log f + 92,5dB (2.33) f : là tần số (GHz) 92,5dB : là giá trị hằng số và được tính từ 20 log Từ khi dải thông B của máy thu thông thường độc lập với sự điều chỉnh điều chế, chúng ta thường cô lập những tham số công suất đường truyền bằng cách đơn giản hoá sự độc lập của dải thông. Một quan hệ mới được biết đến là t số sóng mang trên nhiễu C/No C/NodBHz = EIRPdB – LodB + G/TdB/K –10log K (2.34) Tỉ số C/No cho phép chúng ta tính toán trực tiếp tỉ số của năng lượng bit của máy thu trên mật độ nhiễu là: Eb/No = C/NodBHz –10log(Digital rate *) (2.35) “Digital rate” được dùng ở đây bởi vì Eb/No có thể liên quan tới những điểm khác nhau với tốc độ khác nhau trong cùng modem. VII . NHIỄU XUYÊN KÝ TỰ (Inter-symbol Interference:ISI) . Khi tín hiệu đi qua kênh, những ký tự kế cận nhau sẽ chồng lên nhau gây nhiễu giữa chúng. Một giản đồ mắt được cho ở hình dưới biểu thị rõ ràng ảnh hưởng nghiêm trọng của nhiễu xuyên ký tự. Khi không có ISI, biểu đồ mắt mở rộng và dễ dàng nhận biết tín hiệu số là 0 hay 1. Tuy nhiên khi có trễ, các ký tự kế cận dính vào nhau và kết quả là sơ đồ mắt đóng. Hình 2.21 : Mô hình mắt mở và nửa đóng VIII . NHIỄU ĐỒNG KÊNH (Co-Channel Interference:CCI) . Hình 2.22 : Hình 1.2 : Sử dụng lại tần số ở các cell cách nhau D Key : D – cự ly giữa các cell sử dụng lại tần số : Nhóm tần số sử dụng trong 1 cell Freq . group . Nhiễu đồng kênh là do hai hay nhiều tín hiệu độc lập được phát cùng một lúc trên cùng dải tần số, tần số tái sử dụng có thể gây ra CCI làm giới hạn hiệu suất của hệ thống. Ví dụ trong hình dưới, băng tần từ A đến G sử dụng lại trong một mô hình cell tái sử dụng. Tỉ số công suất sóng mang trung bình mong muốn (C) của trạm gốc gần nhất trên công suất nhiễu trung bình (I) của trạm gốc là C/I. Khoảng cách sử dụng lại tần số của các cell trong hệ thống thông tin di động là D = R (2.36) Trong đó: k là mẫu sử dụng lại tần số, tuân theo phương trình: k = i i,jN Với R là bán kính cell (xem như các cell có bán kính bằng nhau) Việc sử dụng lại các kênh có tần số giống nhau ở các cell khác nhau bị giới hạn bởi nhiễu đồng kênh giữa các cell và vấn đề nhiễu đồng kênh trở thành vấn đề chính. Ta sẽ xác định khoảng cách sử dụng lại tần số mà có thể tối thiểu được nhiễu đồng kênh. Hệ số giảm nhiễu đồng kênh được định nghĩa: q= (2.37) Khi q tăng thì nhiễu đồng kênh giảm. Khoảng cách D là hàm của KI và C/I: D=f(KI, C/I) (2.38) Với KI: là số cell nhiễu đồng kênh C/I : là tỉ số sóng mang trên nhiễu đồng kênh ở máy thu (2.39) Giả sử bỏ qua các loại nhiễu khác, hệ thống chỉ bị ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh (2.40) Khi đó ta có : Với q = là hệ số giảm nhiễu đồng kênh của cell thứ k . IX . NHIỄU ĐA TRUY CẬP MAI (Multiple Access Interference) . Trong những hệ thống thông tin trong môi trường đa truy cập trước đây, để đáp ứng nhu cầu thông tin đa user, để tránh tranh chấp đường truyền, kỹ thuật cấp phát cho mỗi người khác nhau với những dải tần số khác nhau hay những khe thời gian làm việc khác nhau. Ngày nay, với những ứng dụng của kỹ thuật trải phổ, các hệ thống thông tin có thể giải quyết tốt các vấn đề trên mà không cần sự phân chia theo thời gian (TDMA) hay theo tần số (FDMA). Nhờ vào tính chất ưu việt của mã trải phổ PN mà ta có sự đa truy cập phân chia theo mã (CDMA). Tín hiệu của mỗi user được điều chế và trải phổ, sau đó được phát liên tục vào kênh thông tin chung. Bộ tách sóng sẽ thu một tín hiệu bao gồm tổng tín hiệu của các user đã được trải phổ, các tín hiệu chồng lên nhau về cả tần số và thời gian. Nhiễu đa truy cập đề cập đến nhiễu giữ những User DS - SS và là một yếu tố làm giới hạn dung lượng và hiệu năng của hệ thống DS - SS. Công thức biểu diễn MAI Ta phân tích ảnh hưởng của MAI trong hệ thống CDMA đồng bộ cơ bản. Ta có mô hình kênh như sau: y(t) = t[0, T] (2.41) T: là nghịch đảo của tốc độ dữ liệu Ak: là biên độ thu của user thứ k bk là bit phát của user thứ k n(t): là nhiễu Gaussian trắng có mật độ phổ công suất là 1 sk(t): là dạng sóng tín hiệu xác định của user thứ k, có năng lượng bằng 1 và những ngõ ra của bộ lọc thích nghi là: yk = (2.42) =AB+ = AB+ MAI+ n (2.43) Ở đây nhiễu đa truy cập của user thứ k được xác định bởi: MAI= Với: (2.44)