Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Chia sẻ: Nguyen Van Binh Binh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

0
284
lượt xem
170
download

Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động" giới thiệu đến bạn sự phát triển của thông tin di động, các phương pháp đa truy nhập, công nghệ CDMA.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

  1. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG I. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN DI ĐỘNG : Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 78 năm. Mặc dù các khái niệm tổ ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đ- ược biết đến trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đổi thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên này ít tiện lượi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống điện thoại tổ ong điều tần song công sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980 người ta nhận thấy rằng các hệ thống tổ ong tương tự không thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nếu như không loại bỏ được các hạn chế cố hữu của các hệ thống này. (1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp. (2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xẩy ra khi máy di động chuyển dịch trong môi trường pha đinh đa tia. (3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng. (4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị di động và cươ sở hạ tầng. (5) Không đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi. (6) Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu, làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước khác. Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ thuật thông tin số cho thông tin di động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới. Hệ thống thông tin di động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 1
  2. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM. GSM được phát triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz. Năm 1985 hệ thống số được quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA băng hẹp đã được lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM đ- ược đưa vào từ năm 1993. Ở Mỹ khi hệ thống AMPS tương tự sử dụng phương thức FDMA được triển khai vào giữa những năm 1980, các vấn đề dung lượng đã phát sinh ở các thị trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyển tới hệ thống TDMA được ký hiệu là IS- 54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt hươn. Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy nhất sử dụng TDMA. Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136, còn được gọi là AMPS số (D-AMPS). Nhưng không giống như IS - 54, GSM đã đạt được các thành công ở Mỹ. Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải phổ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Được thành lập vào năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này. Đến nay công nghệ này đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ, Qualcom đã đưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95 A. Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng Kông. CDMA cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil, Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở Nhật. Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử nghiệm CDMA. Ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của nước này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System). Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm tay không dây số cũng được nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 2
  3. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã được đưa vào thương mại. Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thôg tin di động vệ tinh: Global Star và Iridium cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ ba. Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được chấp thuận cho IMT-2000 đó là: W- CDMA và CDMA2000. W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2. Ở thế hệ này các hệ thống thông tin di động có xu thế hoà nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất và có khả năng phục vụ ở tốc độ bit lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng. Chúng ta đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông, đặc biệt là thông tin di động và truyền thông không dây. Kỹ thuật đa truy nhập đang bùng nổ. Số lượng người sử dụng mạng di động tăng vọt. Nhu cầu dịch vụ ngày càng đa dạng, đặc biệt là các dịch vụ số liệu, kết nối Internet và multimedia. Hệ thống thông tin đi động tế bào đầu tiên được triển khai vào năm 1971 dùng kỹ thuật điều chế tương tự FM ở dải tần 850 MHz. Tương ứng là hệ thống AMPS của Mỹ ra đời vào năm 1983. Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở nhiều nước khác nhau: TACS, NMT, NAMPS … Tuy nhiên các hệ thống này đều không thỏa mãn được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết là nhu cầu về dung lượng. Mặt khác, việc tồn tại nhiều tiêu chuẩn không tương thích với nhau làm cho liên lạc giữa các mạng cực kỳ khó khăn. Những hạn chế trên đã được đặt ra cho mạng di động tế bào thế hệ thứ hai phải giải quyết. Mạng di động thế hệ thứ hai ra đời, sử dụng kỹ thuật số thay vì kỹ thuật tương tự như trong thế hệ thứ nhất. Việc sử dụng công nghệ số giúp cho mạng thế hệ thứ hai bảo đảm chất lượng cao trong một môi trường nhiễu mạnh, có dung lượng SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 3
  4. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG lớn hơn, hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn, có nhiều dịch vụ hơn … Mạng thế hệ thứ hai được phát triển mạnh mẽ, trong đó nổi tiếng nhất và được sử dụng nhiều nhất là mạng GSM với khoảng 600 triệu thuê bao trên toàn thế giới. Hiện tại GSM vẫn đang là tiêu chuẩn được ứng dụng rộng khắp … Nhưng trong khi nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao, thì hệ thống GSM vẫn còn nhiều hạn chế. Không hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao, không thể ứng dụng multimedia, dung lượng của mạng vẫn còn thấp . II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP Hình 1.1 : Các phương pháp đa truy nhập Công nghệ viễn thông phát triển đã kéo theo nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông tin di động ngày càng tăng. Số người sử dụng thông tin di động và truyền thông không dây tăng vọt dẫn đến việc dùng chung, chia sẻ tài nguyên (các đường truyền vô tuyến vật lý) là một xu hướng tất yếu. Việc nhiều người cùng sử dụng chung một đường truyền vô tuyến được gọi là đa truy nhập. Có ba phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin di động: đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), theo thời gian (TDMA) và theo mã (CDMA). SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 4
  5. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. Đa truy cập theo phân chia tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access) Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA (Fequency Division Multiple Access) là một phương pháp đa truy nhập lâu đời nhất và được thực thi rộng rãi nhất. Trong phương pháp này, băng tần của toàn bộ hệ thống bị chia thành nhiều phần nhỏ. Hệ thống gán cho mỗi người sử dụng một tần số khác nhau, mỗi kênh truyền là một tần số, có nghĩa là mỗi người sử dụng có một kênh truyền riêng. Hệ thống phân biệt tín hiệu của những người sử dụng khác bằng các kênh tần số khác nhau. Điều này làm cho hệ thống sử dụng phổ tần kém hiệu quả nhất, vì khi đang tiến hành cuộc gọi, không một người sử dụng nào khác có thể chia sẻ cùng một kênh tần số. Mỗi kênh trong hệ thống FDMA là một cặp tần số, tần số cao dành cho đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên. Đặc điểm chính của hệ thống FDMA: - Một kênh FDMA chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm. - Khi kênh FDMA không được sử dụng, nó sẽ ở trong tình trạng rỗi, nhưng không một thuê bao nào khác có thể chia sẻ, sử dụng kênh tần số này. - Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ấn định kênh thoại. - Băng thông của mỗi kênh hẹp (30KHz), do đó hệ thống FDMA là hệ thống băng hẹp. - Mức độ phức tạp của FDMA thấp hơn các hệ thống khác. - Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau, nên hệ thống cần rất ít thông tin cho mục đích đồng bộ. - Dung lượng của hệ thống nhỏ. Tuy nhiên có thể tăng dung lượng bằng cách sử dụng băng tần hẹp hơn thông qua cải tiến các kỹ thuật điều chế. - Sử dụng các bộ truyền song công do cả hai hướng thu và phát hoạt động cùng một lúc, dẫn đến tăng chi phí cho thiết bị. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 5
  6. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - Ảnh hưởng của nhiễu đối với hệ thống rất cao. Vì vậy phải sử dụng nhiều bộ lọc tần số. 2. Đa truy cập theo phân chia thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo thời gian – TDMA (time division multiple access) cũng chia nhỏ băng tần của mình thành nhiều kênh tần số khác nhau. Nhưng thời gian sử dụng kênh tần số được chia thành nhiều khe thời gian nhỏ hơn (ví dụ 8 khe trong GSM). Vì vậy, nhiều người có thể sử dụng chung một tần số. Khi đã sử dụng hết tất cả các khe thời gian trên một tần số thì người sử dụng tiếp theo sẽ được cấp phát một khe thời gian trên kênh tần số mới. Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số của hệ thống so với hệ thống FDMA. Nhiều người sử dụng trên một kênh tần số được ấn định khe thời gian khác nhau. Mỗi người chỉ có thể thu phát tín hiệu trong khe thời gian của mình. Mỗi kênh tần số cùng với một khe thời gian tạo thành một kênh truyền bên trong hệ thống. Trong TDMA, vì mỗi người sử dụng không truyền liên tục mà chỉ truyền trên khe thời gian nên hệ thống phải sử dụng tín hiệu số và điều chế số. Có hai dạng song công bên trong TDMA: song công theo tần số (FDD) và song công theo thời gian (TDD). FDD sử dụng các kênh có tần số khác nhau cho truyền và nhận. Ngược lại, trong TDD, một nửa thời gian được dành cho thu và một nửa còn lại dành cho việc phát tín hiệu. Đặc điểm chính của hệ thống TDMA: - TDMA cho phép nhiều người sử dụng chung một tần số, bằng cách chia khoảng thời gian sử dụng tần số thành nhiều khe thời gian không chồng lấp nhau, và mỗi người sử dụng một khe thời gian. Số lượng khe tùy thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông … SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 6
  7. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG - Việc truyền tín hiệu trong TDMA diễn ra không liên tục mà thành từng cụm nhỏ. Vì vây, máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao cho việc thu phát tín hiệu, dẫn đến thời gian sử dụng acquy tăng lên. - Trong các khe thời gian rỗi, máy di động đo đạc mức công suất của các trạm phát khác. - TDMA cần nhiều thông tin cho quá trình đồng bộ ban đầu hơn FDMA do chế độ truyền không liên tục và chia khe thời gian. - Có thể cấp phát băng tần theo yêu cầu thông qua việc ấn định nhiều kênh cho một người sử dụng để tăng tốc độ của dịch vụ. Vì vậy, tốc độ dịch vụ có thể được cải thiện. 3. Đa truy cập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã – CDMA (code division multiple access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các khe, mà tất cả những người sử dụng khác nhau đều được phép sử dụng toàn bộ băng tần trong cùng một thời gian. Hệ thống trải phổ có khả năng chống lại nhiễu đa đường và tăng dung lượng đa truy nhập. Hiệu quả sử dụng băng tần rất cao khi có nhiều người cùng sử dụng hệ thống. Các đặc điểm chính của CDMA: - Cho phép mỗi người dùng sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống trong cùng một thời gian. - Mỗi người sử dụng sẽ có một mã khác nhau để phân biệt. Mã được sử dụng để mã hóa và điều chế. - Sử dụng hiệu quả phổ tần hơn các hệ thống FDMA và TDMA. - Hệ thống có tính bảo mật cao. - Cho phép cấp phát tài nguyên mềm dẻo. Hỗ trợ nhiều loại dịch vụ có tốc độ khác nhau. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 7
  8. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG III.CÔNG NGHỆ CDMA 1. Tổng quan : CDMA dựa trên công nghệ trải phổ (SS – spread spectrum ),trong đó tín hiệu gốc ban đầu được phát trong một tín hiệu vô tuyến có băng thông rất lớn so với băng thộng tối thiểu ban đầu.Chúng ta nói tín hiệu ban đầu đã được trải phổ. Nguyên tắc chính của CDMA là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao (gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên - PN – pseudorandom noise) để chuyển đổi tín hiệu có băng hẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thông rộng , đỉnh công suất bé và phát đi . Mỗi người sủ dụng sẻ có một chuỗi tín hiệu PN khác nhau gọi là mã. Mã này là cơ sở mã hóa tín hiệu và phân biệt người sử dụng này với người sử dụng khác .Ở máy thu sẽ sử dụng một chuỗi mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã và thu được tín hiệu chính xác. Đối với người sử dụng không biết chuỗi mã thì tín hiệu thu được ở máy thu sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu .Vì vậy hệ thống có tính bảo mật cao.Trải phổ theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (direct sequence spread spectrum ). Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS),kỹ thuật đa truy nhập dựa trên công nghệ trải phổ còn một số kỹ thuật khác gọi là trải phổ nhảy tần (FHSS – frequency hopping SS) và trải phổ nhảy thời gian (THSS – time hopping SS )nhưng không đạt hiệu quả cao như DSSS. Hệ thống CDMA chỉ sử dụng kỹ thuật trải phổ DSSS. 2. Các hệ thống thông tin trải phổ : 2.1. Hệ thống DS/SS : Thực hiện trải phổ bằng cách nhân tín hiệu nguồn với một tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ tín hiệu (tốc độ chip ) cao hơn nhiều tốc độ bit của luồng số phát. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 8
  9. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 2.2. Hệ thống FF/SS : Thực hiện trải phổ bằng cách nhảy tần số mang trên một tập lớn các tần số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian của một chíp giữ nguyên kông đổi.Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực hiện ở tần số cao hơn tốc độ bit của thông tin, và ngược lại đối với hệ thống nhảy tần chậm. 2.3. Hệ thống TH/SS : Một khối các bit số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay nhiều khe thời gian của một khung truyền có rất nhiều khe thời gian. Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng để truyền dẫn trong mỗi khung . 3. Các đặc tính của CDMA : 3.1. Tính đa dạng phân tập : Phân tập là hình thức giảm fading. Fading đa đường xảy ra khi hai hay nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Truyền dẫn băng hẹp bi ảnh hưởng bởi hiện tượng này,trong khi truyền dẫn băng rộng thì ít bị ảnh hưởng bởi fading nhờ vào tính đa dạng trong phân tập. Có 3 hình thức phân tập chính :  Phân tập theo thời gian : đạt được nhờ vào việc chèn mã,tách lỗi và mã hóa sửa sai.  Phân tập theo tần số :nhờ vào việc mở rộng khả năng báo hiệu băng tần báo rộng và fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu ,tín hiệu băng rộng 1.25Mhz.  Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyền) : 2 cặp aten thu tại BS,bộ thu đa đường và kết nối BS . SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 9
  10. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Phân tập dùng phương pháp đa đường (theo khoảng cách )là hình thức phân tập cao nhất nhờ đặc tính có duy nhất ở hệ thống CDMA là thu phát dựa trên mã PN.Bộ điều khiển đa đường tách chuỗi PN nhờ sử dụng bộ tương quan song song. Máy di động dùng 3 bộ tương quan, trạm gốc dùng 4 bộ tương quan. Máy di động có bộ tương quan song song la bộ thu - quét, các đầu thu này có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau,chúng xét tín hiệu thu mọi đườn, sau đó tổ hợp và giải điều chế tất cả tín hiệu thu được.Fading có thể xuất hiện trong mọi tín hiệuthu nhưng không có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy, tổng tín hiệu thu được có dộ tin cậy cao. Nhiều bộ tách tương quan có thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có hai trạm gốc BS để thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động. 3.2. Đặc tính tái sử dụng tần số chung : Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA. Giao thoa tổng hợp ở máy di dộng thu được từ BS là tổng giao thoa của các máy di động trong cùng một tế bào và giao thoa từ các máy di dộng của BS của tế bào bên cạch. Giao thoa tổng hợp từ tất cả các máy di động bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS. Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử dụng tần số là 65%. Nếu dùng anten định hướng (búp sóng 120) thì giao thoa trung bình giảm xuống còn 1/3, do đó dung lượng cung cấp bởi hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần. Tóm lại, việc sử dụng tần số chung không chỉ đối với tất cả các thuê bao trong cùng một thuê bao mà còn đối với những thuê bao ở tất cả các tế bào khác. Nguồn cung cấp cho mỗi thuê bao là năng lượng thay vì thời gian hoặc tần số, cho nên việc điều khiển tạp âm và phân phối kênh trở nên đơn giản hơn. Nhưng đồng thời, vấn đề điều khiển công suất trở nên quan trọng. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 10
  11. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.3. Điều khiển công suất : Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ BS đến di động và ngược lại ) để cung cấp một hệ thống có dung lượng lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cao và các lợi ích khác. Muc đích của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu với độ nhạy rung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của tất cả các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiển như vậy thì tổng công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành công suất trung bình của nhiều máy di động. Bộ thu của BS chuyển tín hiệu thu được từ máy di động tương ứng thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu của các máy di động khác còn lại như là tín hiệu tạp âm của băng rộng. Thủ tục thu hẹp băng thông được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tỷ số tín hiệu giao thoa (dB) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho phép hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được. Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của CDMA bằng cách tăng số lượng các cuộc đồng thời trong một băng tần cho trước.Dung lượng hệ thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển công suất của máy di động. Hoạt động của máy di động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các máy di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy di động đủ mạnh thì hoạt động của các máy này sẽ được cải thiện nhưng nhiễu đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm nếu dung lượng tối đa không giảm. Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS và điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 11
  12. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG CDMA như trong hình. Mạch mở điều khiển công suất từ máy di động tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động. Máy di động điều chỉnh ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ BS. Máy di động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được. Mạch mở đường điều khiển công suất làm cho các tín hiệu phát của tất cả các máy di động thu được với cùng một mức tại BS. BS cung cấp chức năng mạch mở đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các máy di động một hằng số định cỡ cho nó. Hằng số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố tải và tạp âm của BS,độ tăng ích anten và bộ khuếch đại công suất .Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy di động như là một phần của bản tin thông báo. BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công suất từ máy di động tới BS. Khi mạch đóng dẫn tới việc BS định cỡ công suất mạch mở xác định của máy do động một cách tức thời để máy di động giữ được công suất phát tối ưu. BS so sánh tín hiệu thu được từ máy di động liên quan với giá trị ngưỡng biến đổi và điểu khiển công suất tăng hay giảm sau mỗi khoảng thời gian 1.25ms cho đến khi đạt kết quả. Việc định cỡ giá trị mạch đóng để bù cho giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ tăng ích chấp nhận được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến giữa BS và máy di động. BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máy di động nhờ việc qui định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di động. Muc đích của việc điều khiển này là giảm công suất phát của máy di động hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp và giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, công suất được cung cấp thêm đối với các vúng thu tín hiệu gián đoạn hoặc đối với máy di động ở xa có tỉ lệ lỗi cao. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 12
  13. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 3.4. Chuyển vùng mềm: Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự :BS ban đầu, cả hai BS, BS mới. Lược đồ này làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử dụng không nhậ ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó, trong khi hệ thống analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch “cắt trước khi nối “ thì chuyển vùng mềm của hệ thống CDMA chấp nhận hình thức chuyển mạch “nối trước khi cắt “. Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu 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 mức 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 trung tâm chuyển mạch di động để thông báo về cường độ tín hiệu và số liệu của trạm gốc mới. Sau đó, trung tâm chuyển mạch di động thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và trạm gốc mới và quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai tram gốc thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai trạm gốc sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện mà không có hiện tượng “ping- pong” giữa chúng. Trạm gốc ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi việc kết nối cuộc gọi với trạm gốc mới đã thưc hiện thành công. 3.5. Công suất phát thấp: Việc giảm tỉ số E/N (tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu ) chấp nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà còn giảm công suất phát yêu cầu khắc phục tạp âm và can nhiễu. Sự giảm này nghĩa là giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất phát thấp khi so với các hệ thống analog hay TDMA có công suất tương SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 13
  14. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG tự. Hơn nữa, việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng phục vụ và làm giảm số lượng trạm gốc yêu cầu khi so với các hệ thống khác. Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trường hợp thì môi trường truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công suất phát cao luôn được yêu cầu để khắc phục Fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì yêu cầu công suất lớn chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading. 3.6. Dung lượng mềm : Khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tổ ong thì cho phép có một mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách có điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên nó có thể thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quả hơn hệ thống FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống nhiễu trong quân đội.Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỉ số sóng mang trên nhiễu vào khoảng 18 dB nên còn nhiều hạn chế theo quan điểm hiệu qua sử dụng 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 một hệ thống CDMA một kênh tần rộng được sử dụng chung bởi tất cả các BS. Hiệu quả việc tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỉ số tín hiệu trên nhiễu tạo ra không chỉ từ môt BS mà tất cả các người sử dụng trong vùng phuc vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là quan trọng. Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân công suất thu trung bình của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng. Nếu tỉ số công suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 14
  15. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp chất lượng tín hiệu tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo quy luật số lượng nhỏ và tỉ lệ thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự định được xác định trong trường hợp xấu. Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tổ ong số CDMA bao gồm: độ lợi xử lý, tỉ số E/N ( bao gồm cả giới hạn fading yêu cầu), chu kì 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 tỉ 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. Hiện tại FCC ( ủy ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần số 25 Mhz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bố 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 bup 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 trang thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA có mối liên quan linh hoạt giữa số lượng người sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ, người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng hệ thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỉ lệ lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành. SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 15
  16. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG Tương tự, 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 ) cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp thứ tự ưu tiên cao hơn đối dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường. 3.7. Bảo mật cuộc gọi : Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về cơ bản là tạo ra xuyên âm, viêc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu CDMA đã được trộn (scrambling). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác. 3.8. Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi : E/N là tỉ số của năng lượng trên một bit đối với mật độ phổ công suất tạp âm, đây là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều chế và mã hóa số. Khái niệm E/N tương tự như tỉ số sóng mang trên 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 E/N 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 E/N. 3.9. Tách tín hiệu thoại : Trong thông tin hai chiều song công tổng quát thì tỉ số chiếm dụng tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 16
  17. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 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 tải. Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng ½ vì dung lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác. 4. Ưu điểm của CDMA : 4.1. Dung lượng tăng cao : 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 một kỹ thuật trải phổ duy nhất, rất nhiều người sử dụng có thể cùng chia sẻ một băng tần, mà không cần 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 người dùng hơn các hệ thống GSM. Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm. Dung lượng phụ thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trì một hệ số chất lượng nhất lượng. Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA chỉ bị hạn chế bởi yêu cầu chất lượng của dịch vu. 4.2. Cải thiện chất lượng cuộc gọi :  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 gửi 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 máy ở xa. Điều này làm cho mức nhiễu giao thoa trong băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 17
  18. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 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.  Tỷ 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 di chuyển từ vùng này sang vùng khác.  Các bộ má hóa, 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 4.3. Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống :  Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell. Điều này đơn giản hóa quá trình quy hoạch và thiết kế hệ thống.  Ở các hệ thống khác (tương tự hay GSM ), toàn bộ băng tần được chia thành các đoạn chia 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 của quy hoạch tần số, vì các cell sử dụng băng tần như nhau. 4.4. Tăng cường bảo mật :  Bảo mật trong CDMA được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của hệ thống.  Mỗi cuộc gọi được trải ra toàn độ rộng của băng thông (1.25 MHz hay 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 và trạm di động mới có thể hiểu và tách ra các thông tin hữu ích. Đối SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 18
  19. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 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. 4.5. Vùng phủ sóng :  Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ sóng. Do vậy, toàn bộ hệ thống cần ít trạm hơn các hệ thống thông thường.  Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA áp dụng các 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. 4.6. Tiết kiệm năng lượng :  Cùng với chức năng điều khiển công suất, có chức năng khác làm cho thời gian thoại của máy di động được kéo dài.  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 kệm pin 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. 4.7. Cấp phát tài nguyên mềm dẻo :  Toàn bộ băng thông của hệ thống, không gian mã chính là tài nguyên của dùng chung trong hệ thống. Tài nguyên của hệ thống có thể được cấp phát động, tùy thuộc vào yêu cầu của dịch vụ. Khi một người dùng không cần một tài nguyên nào nữa, nó được trả lại cho hệ thống dành cho các người dùng khác. Do vậy, hệ thống hỗ trợ nhiều loại dịch vụ có tốc độ khác nhau (thoại, số liệu, fax,…). SVTH: NGUYỄN QUỐC TRỌNG 19
Đồng bộ tài khoản