CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CDMA doc

Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Phần I : Công nghệ cdma
Chơng i:
Tổng quan công nghệ cdma
1.1Khái niệm về CDMA
1.1.1 Khái niệm về đa truy nhập
Đa truy nhập là phơng pháp dùng một trạm gốc phục vụ cho nhiều thuê
bao di động.
Có ba loại đa truy nhập là: FDMA, TDMA và CDMA.
a. FDMA
Đây là phơng pháp đa truy nhập mà trạm gốc sử dụng các băng tần
khác nhau cho các thuê bao di động khác nhau. Mỗi băng tần này có một
khoảng bảo vệ thích hợp nhằm tránh sự chồng lấn (có nghĩa là mỗi ngời
sử dụng một sóng mang khác nhau để truy nhập hệ thống và tại cùng một
thời điểm).
Trong hệ thống này vấn đề phân chia tần số khống chế công suất tránh
can nhiễu đợc đặt lên hàng đầu. Các vấn đề điều khiển và đồng bộ trong
toàn hệ thống là không quan trọng.
Các hệ thống FDMA đợc sử dụng từ rất sớm và thực tế đã qua khai thác
nhiều năm, tính ổn định cao, giá thành hạ. Tuy nhiên hạn chế chính của
hệ thống này là không linh hoạt khi cần thay đổi dung lợng, dung lợng hệ
thống không cao, vấn đề tần số công suất sẽ rất phức tạp khi số lợng thuê
bao tăng lớn
Hình 1.1 FDMA
b. TDMA
Trong phơng pháp đa truy nhập này nhiều ngời sử dụng cùng một sóng
mang, nhng trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng nhỏ gọi là khung
TDMA. Trong khung TDMA lại đợc chia thành các khoảng thời gian nhỏ
hơn gọi là các khe thời gian. Mỗi thuê bao đợc trạm gốc cấp cho một khe
thời gian và thuê bao chỉ liên lạc với trạm gốc trong khe thời gian của
mình. Tất nhiên giữa các khe thời gian cần có một khoảng bảo vệ để tránh

chồng lấn.
Với kiểu truy nhập này hệ thống sẽ dễ dàng và linh hoạt đáp ứng nhu
cầu lu lợng bằng cách phân thêm khe thời gian hoặc mở rộng khe thời
gian đối với thuê bao có lu lợng lớn. Tuy nhiên vấn đề điều khiển và đồng
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 1 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
bộ trong hệ thống yêu cầu khá nghiêm ngặt, cấu trúc hệ thống khá phức
tạp, và giá thành tơng đối cao.
Hình 1.2 TDMA
c. CDMA
Đây là phơng pháp đa truy nhập mà các thuê bao sử dụng chung một
sóng mang và trong cùng một thời điểm, nhng sóng mang này trớc đó đã
đợc điều chế bởi một mẫu bít đặc biệt quy định riêng cho mỗi thuê bao
khác nhau, mẫu bít này phải có mức tơng quan chéo đủ nhỏ gọi là mã
PN. Nhờ đó các thuê bao đợc phân biệt với nhau, cũng nhờ mẫu bít này
mà có thể tách tín hiệu cần thu từ các tín hiệu khác.
Hình 1.3 CDMA
1.1.2 Khái niệm về trải phổ - CDMA
CDMA là hệ thống đa truy nhập theo mã dựa trên kỹ thuật điều chế trải
phổ, các thuê bao sử dụng chung tần số và thời gian và đợc phân biệt nhau
bằng một mã duy nhất gọi là mã trải phổ (hay dãy tạp âm giả ngẫu nhiên
PN) để trải phổ. Mã trải phổ này có tốc độ cao hơn nhiều so với tốc độ của
tín hiệu thông tin cần truyền đi. Do vậy sau khi nhân với tín hiệu thông tin
với mã trải phổ thì phổ tần đợc trải rộng ra lớn hơn nhiều so với phổ tần
của tín hiệu thông tin. Phơng pháp này làm cho năng lợng tín hiệu cần
truyền đợc dàn trải trên toàn bộ băng tần trải phổ lớn hơn nhiều băng
thông cần thiết để truyền thông tin. Do vậy tại đầu ra của bộ điều chế phía
phát tín hiệu có phổ rộng hơn nhiều lần tín hiệu thông tin đồng thời có
mật độ phổ công suất thấp. Tại phía thu chỉ có những máy thu có hàm t-

ơng quan trực giao giữa tín hiệu thu đợc với bản sao chính xác của tín
hiệu trải phổ phía phát mới có khả năng giải điều chế và thu đợc tín hiệu
thông tin cần thiết. Nh vậy trong hệ thống này mỗi thuê bao có mã riêng
và việc thu nhận tín hiệu chỉ đợc thực hiện khi có mã tơng quan phù hợp.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 2 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Có bốn kỹ thuật trải phổ cơ bản là: Trải phổ dãy trực tiếp (DS: Directed
Sequence), trải phổ nhảy tần (FH: Frequency Hopping), hệ thống dịch
thời gian (TH:Time Hopping) và hệ thống lai (Hybrid).
- Trải phổ dãy trực tiếp: tín hiệu mang thông tin đợc nhân trực tiếp mã
trải phổ tốc độ cao.
- Trải phổ nhảy tần: Mã trải phổ điều khiển bộ tạo dao động sóng mang
làm tần số sóng mang thay đổi tại sau đó sóng mang này lại đợc điều
chế với dữ liệu.
- Trải phổ dịch thời gian: Trong kỹ thuật này, dữ liệu có tốc độ dòng bit
không đổi R đợc phân phối khoảng thời gian truyền dẫn dài hơn thời
gian cần thiết để truyền đi dòng tin này bằng cách truyền dẫn thông th-
ờng. Dòng bit số đợc gửi đi theo sự điều khiển của mã nhảy thời gian.
Vì vậy có thể nói dòng bít đã bị trải ra theo thời gian và phía thu bất
hợp pháp không thể biết tập con dữ liệu nào đang đợc sử dụng.
- Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid
của hệ thống DS và FH đợc sử dụng để cung cấp thêm các u điểm cho
đặc tính tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thờng đa số các trờng hợp sử
dụng hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS.
Các hệ thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp
các đặc tính mà một hệ thống không thể có đợc. Một mạch không cần
phức tạp lắm có thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho
trớc.
1.1.3 Trải phổ dãy trực tiếp.

Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã đợc điều chế
thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống đợc biết đến nhiều nhất
trong các hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tơng đối đơn giản vì
chúng không yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.
Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu đợc nhân trực tiếp với mã
trải phổ, sau đó tín hiệu đợc điều chế sóng mang băng rộng
Hình 1.4 đa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Bộ điều
chế băng rộng thờng là điều chế PSK
Máy thu thờng sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ,
và sử dụng mã trải phổ nội bộ đợc đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu đ-
ợc. Điều này đợc đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 3 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Sau khi nén phổ nhận đợc tín hiệu dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua
bộ giải điều chế tín hiệu (thờng là giải điều chế PSK) ta có đợc dữ liệu
ban đầu.
Các đặc tính của trải phổ trực tiếp:
- Đa truy nhập:
Nếu có nhiều ngời cùng sử dụng một kênh cùng một thời điểm thì có
nhiều tín hiệu DS cùng chùm lên nhau về mặt thời gian và tần số. Máy
thu thực hiệi giải điều chế nhất quán để giải điều chế mã. Nhờ đó se tập
chung công suất của tín hiệu ngời sử dụng quan tâm vào trong băng tần
thông tin nếu mức tơng quan giữa các dãy mã của các ngời sử dụng
khác nhau là nhỏ thì việc giải điều chế chỉ đa ra một phần rất nhỏ của
công suất các tín hiệu nhiễu trong băng tần thông tin. Có nghĩa là phổ
tín hiệu của ngời sử dụng mà ta đang quan tâm sẽ đợc co hẹp lại, trong
khi phổ tần của những ngời sử dụng khác vẫn đợc trải rộng trên băng
tần truyền dẫn. Nh vậy chỉ có công suất tín hiệu của ngời sử dụng đó
trong băng tần thông tin là lớn.

- Nhiễu đa đờng:
Nếu dãy mã có hàm tự tơng quan là lý tởng thì hàm tơng quan băng 0
trong khoảng [- Tc, Tc ] với Tc là thời gian tồn tại của một chíp. Nghĩa
là nếu nhận đợc hai tín hiệu: một là tín hiệu mong muốn và một là tín
hiệu đó nhng trễ đi một khoảng thời gian lớn hơn 2Tc thì việc giải điều
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 4 -
6
Điều chế
băng rộng
Bộ tạo
mã
Dao động
Sóng mang
Bộ giải điều
chế mã
Điều chế cân
bằng
Bộ tạo
mã
Giải điều
chế dữ liệu
Dữ liệu
Dữ liệu
1
2
3
4
5
Bộ tạo

sóng
mang
(1)Sóng mang
(2) Mã PN
(3) Sóng
điều chế
(4)
(5)
(6)
Phía phát
Phía thu
Hình1.4 Dạng sóng và cấu hình của hệ thống DS
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
chế sẽ coi tín hiệu đó nh một tín hiệu nhiễu và chỉ mang một phần rất
nhỏ công suất nhiễu vào trong băng tần thông tin.
- Nhiễu băng hẹp:
Việc nhân nhiễu băng hẹp có trong tín hiệu thu đợc với mã băng rộng
sẽ làm trải phổ nhiễu băng hẹp. Vì vậy nhiễu băng hẹp có trong băng
tần thông tin giảm đi với hệ số bằng tăng ích do sử lý Gp.
- Xác suất phát hiện thấp:
Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểm
nên mật độ phổ công suất truyền dẫn (W/Hz) rất thấp. Vì vậy nếu không
có dãy mã trải phổ tơng ứng thì rất khó khăn trong việc phát hiện tín hiệu
DS.
Ưu nhợc điểm của DS-CDMA
Ưu điểm:
- Mã hoá dữ liệu đơn giản có thể chỉ thực hiện bằng một bộ nhân
- Bộ tạo sóng mang đơn giản do chỉ có một sóng mang đợc phát đi
- Có thể thực hiện giải điều chế nhất quán tín hiệu trải phổ
Nhợc điểm:

- Khó đòng bộ giữa tín hiệu mã nội bộ và tín hiệu thu
- Do nhợc điểm trên kết hợp với đặc điểm các băng tần liên tục lớn
không sẵn có nên băng tần trải phổ bị hạn chế là 10-20 MHz
- Ngời sử dụng ở gần BS sẽ phát công suất lớn hơn nhiều so với ngời sử
dụng ở xa. Mạt khác một thuê bao sử dụnng toàn bộ băng tần để
truyền dẫn liên tục nên ngời sử dụng ở gần sẽ gây nhiễu cho ngời sử
dụng xa. Tuy nhiên hiệu ứng náy sẽ đợc giải quyết bằng việc áp dụng
thuật toán điều khiển công suất trong đó mức độ công suất trung bình
mà BS nhận từ mỗi thuê bao là bằng nhau.
1.1.4 . Hệ thống dịch tần (FH):
Nếu trải phổ dãy trực tiếp là điều chế trực tiếp tín hiệu số vào mã trải
phổ, thì trải phổ nhẩy tần là điều chế gián tiếp vào mã trải phổ (sóng
mang có tần số thay đổi theo mã trải phổ sẽ đợc điều chế với tín hiệu
thông tin cần truyền)
Nói chính xác thì điều chế FH là sự chuyển dịch tần số của nhiều tần
số đợc chọn theo mã. Nó gần giống FSK ngoài việc dải chọn lọc tần số
tăng lên. FSK đơn giản sử dụng 2 tần số và phát tín hiệu là f
1
khi có ký
hiệu và phát f
2
khi không có ký hiệu. Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài
nghìn tần số. Trong các hệ thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong
2
20
tần số đợc phân bố có thể đợc chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông
tin chuyển dịch tần số. Trong FH khoảng dịch giữa các tần số và số lợng
các tần số có thể chọn đợc đợc xác định phụ thuộc vào các yêu cầu vị trí
đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt.
Nh vậy trong hệ thống dịch tần FH, tần số sóng mang thay đổi theo

chu kỳ. Cứ sau một khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới một
giá trị khác. Quy luật nhẩy tần do mã trải phổ quyết định.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 5 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Việc chiếm dụng tần số trong 2 hệ thống DS và FH là khác nhau. Hệ
thống DS chiếm dụng toàn bộ băng tần khi nó truyền dẫn trong khi hệ
thống FH chỉ sử dụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thời
gian truyền dẫn.
Nh vậy, công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tính
trung bình là nh nhau.
Hệ thống FH cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số, bộ phát mã
PN điều khiển bộ tỏng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật của nó.
Hệ thống FH tạo ra hiệu quả trải phổ bằng sự nhảy tần giả ngẫu nhiên
giữa các tần số vô tuyến f1,f2,,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn.
Nếu tốc độ nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn hơn tốc độ bít dữ liệu thì đợc gọi
là nhảy tần nhanh FFH (Fast Frequency Hopping), khi đó sẽ có nhiều tần
số đợc truyền đi trong thời gian một bít. Còn ngợc lại tốc độ nhảy tần nhỏ
hơn tốc độ bit (nhiều bit tin đợc truyền đi trong một tần số ) thì đợc gọi là
nhảy tần chậm SFH (Slow Frequency Hopping ).
Gọi f = f
i
f
i-1
là chênh lệch tần số giữa hai tần số kề nhau còn N là
số tần số nhảy tần có thể chọn thì tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảy
tần FH là:

N
f

fN
Bd
W
Gp
=


==
.
(Giả thiết dải thông dữ liệu băng gốc Bd=1 bớc nhảy tần nhỏ nhất f)
Phổ FH lý tởng trong một chu kỳ có dạng hình vuông hoàn toàn và
phân bố đồng đều trong các kênh tần số truyền dẫn. Các máy phát trong
thực tế cần phải đợc thiết kế sao cho công suất phân bố đồng đều trong tất
cả các kênh.
Nguyên lý trải phổ nhảy tần nh sau: Một đoạn k chíp của mã giả ngẫu
nhiên điều khiển bộ tổng hợp tần số, để tần số sống mang nhảy lên một
trong 2
k
tần số khác nhau. Nếu xét trong một tần số nhảy thì độ rộng băng
tần tín hiệu bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK và rất nhỏ so với độ
rộng của tín hiệu trải phổ nhảy tần.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 6 -
Điều chế
FH
Điều chế
MFSK
K bit dữ liệu
K bit PN
Nguồn

nhiễu
Mã hoá
1
Giải điều
chế FH
K bit PN
2
M
Giải
mã
hoá
M bộ tách
năng l ợng
Hình 1.5 Hệ thống FH
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Với bộ giải điều chế không liên kết, để đảm bảo tính trực giao thì
khoảng cách về tần số giữa các tone MFSK phải bằng bội số nguyên lần
của tốc độ chip (R
p
). Điều này đảm bảo cho một mẫu phát đi không ảnh
hởng xuyên âm tới các bộ tách khác. Dải băng tần tín hiệu nhảy tần đợc
chia đều thành Nt phần bằng nhau:
Nt = W
ss
/R
p
Sau đó Nt phần này lại đợc chia thành Nb nhóm riêng biệt:
Nb = Nt/M
Mỗi nhóm này sẽ có độ rộng băng tần là Wd = Wss/Nb. Theo cách xắp
xếp này, đoạn mã nhị phân k bit của chuỗi PN sẽ xác định Nb = 2K tần số

sóng mang khác nhau. Trong khi đó, mỗi tone nhảy tần là cố định và nằm
trong khoảng M tần số xác định tơng đối.
a. Nhảy tần nhanh
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 7 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Hình vẽ sau mô tả phổ của tín hiệu MFSK và phổ tín hiệu nhảy tần nhanh
theo thời gian. Chuỗi mã giả ngẫu nhiên thực hiện trải phổ là một chuỗi mã đợc
tạo ra từ bộ tạo mã giả nhiễu dùng bộ 4 thanh ghi dịch. Mã trải phổ có tốc độ
bit gấp 4 lần tóc độ dữ liệu (Rp = Rh = 4Rs) tức là k = 4. Hệ thống thực hiện
trải phổ nhảy tần nhanh với tín hiệu MFSK 4 mức lên ngẫu nhiên một
trong 4 dải tần số, dới sự điều khiển của tín hiệu giả ngẫu nhiên PN. Do
tín hiệu MFSK điều chế 4 mức nên cứ 2 bit dữ liệu xác định một giá trị
nằm 1 trong 4 mức có thể của dải tần số và một tone này đợc phát đi trong
khoảng thời gian bằng 2 lần chu kỳ bit dữ liệu. Cũng tơng tự nh vậy, cứ
một cặp 2 bit giả ngẫu nhiên cho phép ta xác định đợc một trong 4 dải
băng tần mà một tone tín hiệu MFSK cần nhảy tới. Trong trờng hợp này
độ rộng băng tần của tín hiệu nhảy tần sẽ lớn gấp 4 lần độ rộng băng tần
tín hiệu MFSK nguyên thuỷ (Wss=4Wd).
b. Nhảy tần chậm
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 8 -
W
SS
11
10
01
00
W
d

01 00 11 0101 11 11 00 10 01 10 1001 11 10 00 11 11 00 01
00 10 01 10 00 11 01 01 11 10
Hình 1.6 Nhảy tần nhanh
Dữ liệu
2T
b
Chuỗi PN
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Hình vẽ dới đây mô tả phổ tín hiệu trải phổ nhảy tần chậm theo thời gian.
Trong phép nhảy tần này ta cũng dùng chuỗi giả ngẫu nhiên nh đã dùng
trong ví dụ nhảy tần nhanh trên. Khác với trờng hợp nhảy tần nhanh, trong hệ
thống nhảy tần chậm thì tốc độ chuỗi tín hiệu trải phổ thấp hơn so với tốc độ
dòng dữ liệu và khi đó tốc độ chip bằng tốc độ dòng dữ liệu. Trong ví dụ này
Rp = Rb = 6Rh. Tín hiệu MFSK đợc điều chế bởi dữ liệu theo 4 mức tức là cứ 2
bit dữ liệu xác định 1 tone phát đi trong khoảng thơì gian bằng 2 lần chu kỳ
dòng bit dữ liệu. Với bớc điều chế nhảy tần. Cứ 3 bit giả ngẫu nhiên xác định
một trong 8 băng tần mà tín hiệu MFSK sẽ nhảy tới (k = 3). Nh vậy băng tần
của tín hiệu trải phổ nhảy tần sẽ lớn gấp 8 lần băng tần tín hiệu MFSK ban đầu.
c. Hệ thống giải điều chế nhảy tần
Quá trình thực hiện giải điều chế tín hiệu trải phổ nhảy tần đợc thực hiện ngợc
lại so với quá trình trải phổ và cũng đợc thực hiện qua 2 bớc. Bớc thứ nhất là
thực hiện nén phổ tín hiệu nhảy tần để thu lại đợc tín hiệu điều chế tần số
MFSK. Bớc thứ hai là khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu MFSK bằng bộ giải điều
chế MFSK thông thờng.
Nén phổ tín hiệu nhảy tần
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 9 -
W
SS
101

01 11 00 11 11 01 10 00 00 01
Hình 1.7 Nhảy tần chậm
Dữ liệu
2T
b
W
d
Chuỗi PN
111 000 100 110
3Tc
111
110
101
100
011
010
001
000
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Giả sử tại đầu thu đã tạo lại đực tín hiệu trải phổ giả nhiễu đồng bộ với bên
phát. Khi đó tín hiệu đầu ra bộ tổng hợp tần số tại bên thu cũng nhảy giống hệt
nh bên phát. tín hiệu nhảy tần thu đợc sẽ trộn với tín hiệu tổng hợp tại chỗ này
và khi qua bộ lọc băng tần bằng độ rộng băng tần tín hiệu MFSK ta sẽ thu lại đ-
ợc tín hiệu chứa dữ liệu MFSK. Nh vậy một điều hết sức quan trọng đảm bảo sự
thành công của bớc nén phổ này là bên thu cần taọ đợc mã giả ngẫu nhiên đồng
bộ hoàn toàn với bên phát.
Giải điều chế tín hiệu MFSK
Tín hiệu sau khi nén phổ là tín hiệu dịch tần M mức (MFSK) chứa dữ liệu.
Để thực hiện giải điều chế tín hiệu này ngời ta hay sử dụng M bộ lọc thông dải
và M bộ tách sóng đờng bao. Đầu ra của bộ lọc thứ i và bộ tách thứ i sẽ khác 0

khi tín hiệu dữ liệu đợc điều chế ở mức i. Còn lại M-1 đầu ra còn lại sẽ có giá
trị bằng 0. Tuy nhiên trong thực tế, do ảnh hởng của nhiễu đầu ra thứ i không có
giá trị cực đại tối đa và M-1 đầu ra còn lại cũng không bằng 0 nên cần sử dụng
bộ so sánh để chọn giá trị lớn nhất trong M đầu ra này. Dữ liệu M mức đầu ra đ-
ợc đa tới bộ giải điều chế để tái tạo lại tín hiệu dữ liệu nhị phân ban đầu.
d. Đặc tính tín hiệu dịch tần
Hệ thống dịch tần có các đặc tính sau: đa truy nhập, chống nhiễu đa đ-
ờng, chống nhiễu băng hẹp và khả năng phát hiện thấp đợc trình bày cụ
thể nh sau:
1. Đa truy nhập: Trong hệ thống dịch tần nhanh F-FH, một bit đợc
truyền đi trên các băng tần số khác nhau. Mỗi ngời sử dụng sẽ truyền
thông tin trong hầu hết các băng tần nhng tại mỗi thời điểm lại sử dụng
một băng tần khác nhau. Do đó công suất của tín hiệu mong muốn lớn
hơn nhiều công suất nhiễu, giúp cho tín hiệu thu đợc chính xác. Trong hệ
thống dịch tần chậm S-FH, nhiều bit đợc truyền đi tại một tần số. Nếu xác
suất truyền thông tin của những ngời sử dụng khác tại cùng một băng tần
đủ thấp thì tín hiệu mong muốn sẽ đợc thu một cách chính xác trong hầu
hết thời gian. Nếu nh có những ngời sử dụng khác truyền dẫn trong cùng
một băng tần, các mã sửa lỗi đợc sử dụng để phát hiện dữ liệu đợc truyền
trong thời gian đó.
2. Nhiễu đa đờng: Trong hệ thống dịch tần nhanh (F-FH-CDMA), trong
khoảng thời gian một bit, tần số truyền dẫn thay đổi nhiều lần. Nh vậy
một tần số sóng mang đợc điều chế và truyền đi trên nhiều tần số truyền
dẫn. Vì hiệu ứng đa đờng với các tần số truyền dẫn khác nhau là khác
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 10 -
Lọc 1
Lọc 2
Lọc M
Mạch tách đ ờng bao 1

Mạch tách đ ờng bao 2
Mạch tách đ ờng bao M
Bộ so
sánh lấy
giá trị lớn
nhất và
giải mã
Tín hiệu
sau giải
điều chế
nhảy tần
Dữ liệu
Hình1.8 Giải điều chế tín hiệu MFSK
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
nhau nên một tần số sóng mang có thể đợc khuyếch đại tại tần số này nh-
ng lại bị suy giảm tại một tần số truyền dẫn khác. Tại máy thu, đáp ứng
tại các tần số truyền dẫn khác nhau sẽ đợc trung bình hoá. Nhờ đó, làm
giảm đợc nhiễu đa đờng, mặc dù không hiệu quả nh hệ thống DS-CDMA
nhng nó vẫn cung cấp sự cải thiện đáng kể.
3. Nhiễu băng hẹp: Giả sử tín hiệu băng hẹp đợc gây nhiễu lên một
trong các tần số truyền dẫn. Nếu có G
P
tần số truyền dẫn (G
P
đợc gọi là độ
tăng ích do sử lý) thì trung bình, một ngời sử dụng sẽ sử dụng tần số
truyền dẫn bị gây nhiễu chỉ trong 1/G
P
(%) thời gian. Vì vậy, nhiễu băng
hẹp đợc giảm nhỏ bởi hệ số G

P
.
4.Xác suất phát hiện: Xác suất thấp cho việc phát hiện tín hiệu FH
không phải vì công suất truyền dẫn thấp. Ngợc lại, mật độ công suất
truyền dẫn của FH-CDMA rất lớn. Nhng tần số truyền dẫn tín hiệu là
không biết, hơn nữa thời gian truyền dẫn tại một tần số lại khá nhỏ. Do
đó, mặc dù tín hiệu FH dễ phát hiện hơn so với tín hiệu DS, nhng việc
phát hiện tín hiệu FH cũng rất khó khăn.
Vậy ta có thể tóm tắt các u nhợc điểm của hệ thống dịch tần FH nh sau:
Ưu điểm:
- Đồng bộ của FH-CDMA dễ dàng hơn nhiều so với DS-CDMA. Với
FH-CDMA việc đồng bộ đợc thực hiện trong từng khoảng thời gian bớc
nhẩy tần. Vì việc trải phổ dành đợc không phải do sử dụng tần số nhẩy tần
rất cao mà do sử dụng một tổ hợp rất lớn các tần số nên thời gian bớc
nhẩy tần số lớn hơn nhiều so với thời gian chip của hệ thống DS-CMA.
Do đó, FH-CDMA cho phép một tỷ lệ lỗi đồng bộ lớn hơn.
- Các băng tần khác nhau của tín hiệu FH không phải là những băng tần
lân cận nhau. Kết hợp với u điểm dễ đồng bộ nên FH-CMA cho phép làm
việc với các băng tần trải phổ lớn hơn nhiều so với DS-CDMA.
- Do hệ thống cho phép sử dụng một băng tần lớn hơn. Nên nó có khả
năng loại trừ nhiễu băng hẹp tốt hơn so với hệ thống DS.
Nhợc điểm:
- Hệ thống yêu cầu bộ tổng hợp tần số phức tạp.
- Việc giải điều chế nhất quán khó thực hiện.
1.2 Các thuộc tính CDMA
1.2.1 Đa dạng phân tập
Trong hệ thống điều chế băng hẹp nh điều chế FM analog sử dụng
trong hệ thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đờng tạo nên
nhiều fading nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đờng
đợc giảm đi trong điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đờng

khác nhau đợc thu nhận một cách độc lập nhờ sử dụng phân tập.
Nhng hiện tợng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do
fading đa đờng không thể loại trừ hoàn toàn đợc vì với các hiện tợng
fading đa đờng xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín
hiệu thu một cách độc lập đợc.
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là
theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 11 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Phân tập theo thời gian
Đạt đợc nhờ sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Việc chèn dữ liệu làm
nâng cao chất lợng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên trục thời
gian. Các lỗi trên thực tế thờng xuất hiện khi gặp chớng ngại vật, do đó
khi số liệu đợc tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn.
Trong CDMA sử dụng phơng pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giả mã
Viterbi.
Một dạng khác của phân tập thời gian xuất hiện tại trạm gốc khi truyền
dữ liệu với tốc độ giảm. Khi phát tốc độ dữ liệu giảm (thời gian lặng trong
các cuộc thoại) trạm gốc lặp lại dữ liệu để tốc độ phát đạt tới tốc độ cao
nhất. Trạm gốc cũng giảm công suất truyền khi nó hoạt động với tốc độ
dữ liệu giảm. Sự d thừa thêm vào trong tín hiệu truyền này dẫn đến ít
nhiễu giao thoa hơn và cải thiện hoạt động ở bộ thu cuả máy di động
trong vùng nhiễu cao.
Phân tập tần số:
Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc
mở rộng công suất tín hiệu trong một băng tần rộng. Mặt khác nhiễu trong
thời điểm nhất định chỉ sảy ra tại một đoạn băng tần hẹp cụ thể nào đó.
Do vậy các sự giảm tín hiệu vô tuyến chỉ ảnh hởng tới một phần độ rộng
băng tín hiệu CDMA, phần lớn thông tin là nhận đợc. Kết quả là với một

phần nhỏ thông tin bị sai lệch thì tại đầu thu ta dễ dàng khôi phục lại
thông tin ban đầu
Phân tập không gian:
Phân tập theo không gian hay theo đờng truyền có thể đạt đợc theo 3
phơng pháp sau:
Thiết lập nhiều đờng báo hiệu (chuyển vùng mềm) để kết nối máy di
động đồng thời với hai hoặc nhiều BTS
Sử dụng môi trờng đa đờng qua chức năng trải phổ giống nh bộ thu
quét thu nhận và tổ hợp các tín hiệu phát với các tín hiệu phát khác trễ
thời gian.
Đặt nhiều anten tại BS. Mỗi trạm thu phát sử dụng 2 anten thu để loại
bỏ fađing tốt hơn.
Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng (máy thu RAKE):
Sóng vô tuyến có thể đến máy thu từ nhiều đờng khác nhau các tín hiệu
này thờng lệch pha nhau do có sự khác nhau về khoảng cách lan truyền
giữa các luồng. Hiện tợng này thờng sảy ra khi sóng mang đợc phản xạ
nhiều lần từ các vật cản trên đờng truyền. Những tín hiệu phản xạ này kết
hợp với các sóng mang trực tiếp tạo ra sự thay đổi về cờng độ tín hiệu thu
đợc, có thể làm giảm nghiêm trọng đến tín hiệu thu, nhất là khi bộ thu đi
qua những điểm cực tiểu có thể gây ra sự rơi cuộc gọi đối với các máy di
động TDMA, analog.
Tuy nhiên trong máy thu CDMA hiện tợng đa đờng Nhà nớcày lại có
lợi. Bộ thu RAKE của máy thu CDMA lại có thể sử dụng tín hiệu từ các
luồng khác nhau để cải thiện chất lợng của tín hiệu. Bộ thu RAKE có một
số đầu thu có khả năng nhận tín hiệu từ các luồng khác nhau, xắp xếp lại
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 12 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
các tín hiệu về mặt thời gian và cộng các tín hiệu này lại với nhau. Các tín
hiệu thu đợc từ các luồng khác nhau sẽ đợc giữ lại dịch thời gian và cuối

cùng đợc cộng lại với nhâu để tạo nên một tín hiệu tốt hơn bất kỳ một
thành phẩn tín hiệu riêng biệt nào. Sự cộng các tín hiệu lại với nhau sẽ
làm tăng cờng độ của tín hiệu và tăng chất lợng thông tin.
Fading có thể xuất hiện trong mỗi tín hiệu thu nhng không có sự tơng
quan giữa các đờng thu. Vì vậy tổng các tín hiệu thu đợc có độ tin cậy cao
vì khả năng có fading đồng thời trong tất cả các tín hiệu thu đợc là rất
thấp.
Hình 1.9 Bộ thu tín hiệu đa luồng( Máy thu RAKE)
1.2.2 Điều khiển công suất CDMA
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều (từ
BS đến máy di động và ngợc lại) để cung cấp một hệ thống có dung lợng
lu lợng lớn, chất lợng dịch vụ cuộc gọi cao và các lợi ích khác. Mục đích
của điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển công suất
phát của máy di động sao cho tín hiệu phát của tất cả các máy di động
trong một vùng phục vụ ở mức thấp nhất cần thiết, vừa đủ để đảm bảo
yêu cầu tối thiểu mà không gây ra nhiễu quá mức lên các tínhiệu khác.
Nh vậy sẽ đảm bảo tỷ lệ tín hiệu/nhiễu giao thoa cực tiểu cần thiết tại các
trạm gốc.
Ta xét riêng cho từng tuyến đờng lên và đờng xuống nh sau:
Đối với tuyến lên điều khiển công suất có hai chức năng:
- Cân bằng công suất mà BS nhận từ mỗi MS, nhờ đó khắc phục hiệu
ứng gần xa, hiệu ứng che khuất tăng dung lợng hệ thống.
- Tối thiểu hoá mức công suất phát đi bởi mỗi MS sao cho vẫn đảm bảo
chất lợng dịch vụ tin cậy. Nhờ đó giảm nhiễu đồng kênh, tăng dung l-
ợng tránh nguy hại cho sức khoẻ, kéo dài tuổi thọ nguồn công suất MS
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 13 -
Trễ Tb
giây
Giữ tới

Tb+
N
Giữ tới
Tb+
N
Giữ tới
Tb+
N
Trễ Tb
giây
Trễ Tb
giây
Trễ Tb
giây
Giữ tới
Tb+
N
Luồng
1
Luồng
2
Luồng
3
Luồng
N
Cost
C
T
(t-
2

)
C
T
(t)
C
T
(t-
3
)
C
T
(t-
N
)
Tb+
N
Tb+
N
Tb+
N
Tb+
N
Mạch
quyết
đinh
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Đối với tuyến xuống điều khiển công suất :
- Đảm bảo phủ sóng với chất lợng tốt cho những vùng tồi nhất trong
vùng phục vụ.
- Tạo khả năng dàn trải lu lợng giữa các ô có lu lợng tải không bằng

nhau trong vùng phục vụ bằng việc điều khiển nhiễu xuyên ô đối với
các ô có tải nặng.
- Tối thiểu hoá mức công suất cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lợng dịch
vụ tốt. Nhờ đó giảm nhiễu ô lân cận làm tăng dung lợng hệ thống và
tránh tác hại tới sức khoẻ.
a. Điều kiển công suất tuyến lên
Điều khiển công suất tuyến lên có thể thực hiện bằng một trong hai
cách: điệu khiển công suất vòng kín và điều khiển công suất vòng hở.
Điều khiển công suất vòng hở:
Đầu tiên khi MS mới xâm nhập hệ thống thì việc điều khiển công suất
vòng kín cha khởi tạo. Mà MS điều khiển công suất theo cơ chế vòng hở.
MS đo cờng độ tín hiệu trên kênh dẫn đờng thu đợc từ BS, sau đó ớc tính
công suất trung bình cần phát đi trên kênh truy nhập. Mức công suất này
tỷ lệ nghịch với cờng độ tín hiệu dẫn đờng thu đợc. Cụ thể mức công suất
này nh sau:
P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR - (P
mean
+ 73)
Trong đó P
mean
là công suất trung bình thu đợc tại đầu vào máy thu MS.
NOM_PWR là hệ số sửa đổi chuẩn hoá công suất BS.
INIT_PWR là hệ số sửa đổi cho công suất BS.
Giá trị cụ thể của các thông số trên của mỗi BS đợc phát đi trên các bản
tin thông số truy nhập trong kênh nhắn tin.
Sau đó hệ thống khởi tạo vòng điều khiển công suất khép kín.
Nếu việc truy nhập hệ thống không thành công, MS sẽ vừa tăng công
suất phát lên từng bớc gián đoạn (giá trị mỗi bớc ký hiệu là: PWR_STEP),
vừa thực hiện tổng tích luỹ những thay đổi đã thực hiện, ký hiệu là SUM1.
Quá trình cứ tiếp diễn nh vậy cho đến khi truy nhập thành công. MS bắt

đầu truyền trên kênh lu lợng tuyến lên với công suất ớc tính là:
P[dBm] = NOM_PWR + INIT_PWR + (Tổng tích luỹ những
thay đổi để truy nhập) - (P
mean
+ 73) =
= NOM_PWR + INIT_PWR + SUM1 - (P
mean
+ 73)
Một khi thông tin từ MS tới đợc BS thì BS sẽ căn cứ vào tỷ lệ lỗi đợc
thông báo bởi MS và gửi đi thông báo điều khiển công suất vòng kín tới
MS. Thông tin này đợc thực hiện bởi bit điều khiển công suất. Nếu bit
điều khiển công suất bằng 0 có nghĩa là yêu cầu MS tăng công suất lên
1dB. Nếu bit điều khiển công suất là 1 tức là MS cần giảm công suất của
nó 1dB.
BS sẽ truyền bit điều khiển công suất cho mỗi MS riêng biệt với tốc độ
1,25 ms một lần (800bit/s). Điều này cũng có nghĩa là việc đo cờng độ tín
hiệu thu đợc từ MS của BS mất gần 1,25 ms.
Khi nhận đợc các bit điều khiển công suất thì công suất đầu ra của MS
là:
P[dBm] = NOM__PWR + INIT_PWR + SUM1+SUM2 - (P
mean
+73)
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 14 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Trong đó SUM2 (dB) là tổng tích luỹ tất cả những hiệu chỉnh công suất
vòng kín. Việc ớc tính công suất của MS chỉ mất 500 às.
Phạm vi biến đổi giá trị điển hình của các thông số điều khiển công suất
nh sau:
Giá trị bình thờng Phạm vi

NOM_PWR
INIT_PWR
PWR_STEP
0
0
-8 > 7
-16 > 15
0 > 7
Nh vậy phạm vi thay đổi tổng cộng của điều khiển công suất vòng hở
có thể trong vòng 24dB. Còn với vòng kín là 32dB.
Ngoài ra MS trong hệ thống CDMA còn có thể tắt mở công suất khi
truyền thông tin tuỳ thuộc vào tốc độ bit truyền dẫn. Khi thoại không tích
cực MS ở trạng thái "đóng công suất ", khi đó công suất đầu ra giảm ít
nhất 20 dB. Nhờ đó giảm nhiễu với ngời sử dụng khác. nếu việc giảm
công suất 20dB làm công suất đầu ra nhỏ hơn mức nền tạp âm thì MS sẽ
khoá công suất đầu ra tới mức nền tạp âm.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 15 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 16 -
Đo c ờng độ tín hiệu dẫn
đ ờng
1
Mức phát ~
C ờng độ dẫn
đ ờng
BS
MS
MS

BS
Hình1.10 Điều khiển công suất vòng hở tuyến lên
Tăng /giảm công
suất
Giám sát chất l ợng tín hiệu
BS
MS
So sánh với chuẩn
Liên hệ với những ng ời sử
dụng khác
Phát lệnh điều khiển công
suất
BS
MS
Nhận lệnh
Chuẩn
Hình1.11 Điều khiển công suất vòng kín tuyến lên
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
b. Điều khiển công suất tuyến xuống
Vì không có tín hiệu dẫn đờng phát ra từ MS tới BS nên trong tuyến
xuống chỉ sử dụng điều khiển công suất vòng kín tơng tự tuyến lên. BS
nhận tín hiệu thông tin do MS cung cấp về chất lợng tín hiệu. Thông tin
này có thể ở dạng tốc độ lỗi khung mà MS đã đo trong kênh lu lợng tuyến
xuống và báo về BS theo chu kỳ. Hoặc MS chỉ thông báo khi tốc độ lỗi v-
ợt quá một mức ngỡng qui định nào đó. Các thông tin này đợc truyền đến
BS trong kênh lu lợng tuyến lên.
Phạm vi biến đổi công suất của BS là 4dB,(nhỏ hơn nhiều phạm vi
biến đổi công suất tuyến lên), và phụ thuộc vào tốc độ lỗi khung.
1.2.3 Công suất phát thấp
Việc giảm tỷ số Eb/No (tơng ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp nhận đ-

ợc không chỉ làm tăng dung lợng hệ thống mà còn làm giảm công suất
phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là
giảm công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành
và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi
so với các hệ thống analog hoặc TDMA có công suất tơng tự. Hơn nữa,
việc giảm công suất phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm
số lợng BS yêu cầu khi so với các hệ thống khác.
Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống
CDMA là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trờng hợp thì
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 17 -
Thông báo chất l
ợng thông tin
BS
MS
Giám sát chất l
ợng
Giám sát chất l ợng tín hiệu
BS
MS
So sánh với chuẩn
Liên hệ với những ng ời sử
dụng khác
Điều chỉnh công suất
Chuẩn
Hình1.12 Điều khiển công suất vòng kín tuyến xuống
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
môi trờng truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống
băng hẹp thì công suất phát cao luôn luôn đợc yêu cầu để khắc phục
fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ thống CDMA thì công suất trung

bình có thể giảm bởi vì công suất yêu cầu chỉ phát đi khi có điều khiển
công suất và công suất phát chỉ tăng khi có fading.
1.2.4 Bộ giải mã thoại tốc độ biến thiên
CDMA tận dụng thời gian lặng trong cuộc đàm thoại để nâng cao dung
lợng của hệ thống. Một bộ mã hoá/ giải mã thoại tốc độ biến thiên đợc sử
dụng. Khi thuê bao đang đàm thoại tốc độ dữ liệu là 9600 bit/s. Khi thuê
bao tạm ngừng hoặc đng nghe thì tốc độ dữ liệu giảm xuống còn 1200
bit/s. Tốc độ dữ liệu 2400 và 4800 cũng đợc sử dụng nhng khoong thờng
xuyên bằng hai tốc độ trên.Tốc đọ dữ liệu dựa trên hoạt động điện đàm cứ
20 ms việc quyết định tốc độ lại thực hiện lại. Các cuộc đàm thoại thông
thờng có hệ số xấp xỉ 40%.
Máy di động giảm tốc độ dữ liệu của nó bằng cách giảm bộ phát khi bộ
giải mã thoại hoạt động ở tốc độ thấp hơn 9600 bit/s. ở tốc độ 1200 bit/s
chu kỳ thực hiện chỉ là1/8 tốc độ dữ liệu cao nhất. Sự lựa chọn thời gian
cho chu trình này dựa trên cơ sở áp dụng thuật toán giả ngẫu nhiên. Điều
này làm ngẫu nhiên hoá các thời gian thu phát của mỗi máy di động. Khi
tính trung bình trên nhiều thuê bao thì công suất phát trung bình giảm
xuống nhờ đó mà mức nhiễu giao thoa đến tất cả các thuê bao khác giảm
xuống. Và dung lợng hệ thống đợc tăng lên gần gấp 2 lần.
Tại trạm gốc lại sử dụng một kế hoạch hơi khác. Nó lặp lại nhiều lần
cùng một mẫu bit để lấy lại đợc tốc độ 9600 bit/s. Công suất phát cho
kênh đó đợc điều chỉnh để phản ánh sự lặp này, đó là sự lập để cho phép
nhiễu giao thoa đợc giảm tối thiểu.
1.2.5 Bảo mật cuộc gọi
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và
về cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng
bất hợp pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi
vì tín hiệu CDMA đã đợc scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ
CDMA cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác,
tiêu chuẩn đề xuất gồm khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi đợc định

rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng
nhờ sử dụng DES hoặc các công nghệ mã tiêu chuẩn khác.
1.2.6 Chuyển giao mềm
Khi một thuê bao CDMA đi ngang qua biên giới giữa hai trạm gốc sẽ
sảy ra quá trình chuyển giao mềm.
Chuyển giao mềm là sự nối cuộc gọi đợc hoàn thành trớc khi từ bỏ
kênh cũ (make before break connection ). Quá trình chuyển giao này có
thể thực hiện đợc bởi vì các cell kề nhau cùng sử dụng chung một tần số.
Trong khi chuyển giao mềm xảy ra thì một BTS mới bắt đầu thông tin
với MS trong khi MS vẫn còn tiếp tục thông tin với BTS cũ. MS thực hiện
thông tin đồng thời với 2 BTS. Nhng nhờ có bộ thu RAKE mà tín hiệu
thu từ 2BTS đợc sử lý nh là tín hiệu đa đờng. MS kết hợp tín hiệu thu đợc
từ 2 BTS để tạo ra tín hiệu thu không bị gián đoạn
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 18 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Việc hỗ trợ đồng thời này từ hai trạm gốc này còn cung cấp một lợi ích
về phân tập (không gian) làm cải thiện đáng kể chất lợng truyền dẫn ở
vùng rìa cell
Ưu điểm của chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng trong các hệ
thống analog và GSM là: trong các hệ thống này thì do sử dụng các tần số
khác nhau tại các cell liền kề cho nên khi MS vợt qua vùng biên một cell
và đi vào vùng phủ sóng của một cell khác, thì cần đợc chuyển mạch tới
một kênh khác trong trạm phủ sóng mới. Quá trình chuyển giao cứng này
làm cho kênh lu lợng bị ngắt quãng trong thời gian ngắn.
Còn trong chuyển giao mềm thì do các kênh cùng tần số nên không
phải chuyển kênh khi chuyển giao và mặt khác sự chuyển cuộc gọi sang
cell khác đợc thực hiện trớc khi kết nối hoàn toàn với trạm gốc trong cell
đó.
1.2.7 Dung lợng mềm

Mạng CDMA có thể tăng thêm cuộc gọi khi nhu cầu cấp bách mà
không dẫn đến tắc nghẽn nh mạng di động TDMA,FDMA. Với mạng
TDMA, FDMA việc tăng thêm một thuê bao truy nhập vào mạng là không
thể chấp nhận đợc khi tất cả các kênh truyền đều bận. Còn với mạng
CDMA có thể khắc phục tạm thời băng cách nâng mức ngỡng qui định
I
0
/N
0
lên cao hơn. h vậy giải pháp này cho phép tăng thêm một số khách
hàng truy nhập vào mạng và chấp nhận sự suy giảm chất lợng hệ thống.
Trên lý thuyết thì I
0
/N
0
có thể tăng lên tuỳ ý, tuy nhiên khi vợt quá một
mức ngỡng nào đó thì nhiễu sẽ làm cho hệ thống mất ổn định, mất đồng
bộ và tiếng thoại không còn rõ ràng nữa.
Ngoài ra khi số thuê bao tăng quá mức, mạng CDMA sẽ điều chỉnh
công suất giảm đi làm cho cell đó nhỏ đi và các thuê bao tại vùng biên sẽ
thực hiện chuyển giao mềm sang các cell khác liền kề. Khả năng cân bằng
tải này đợc gọi là dung lợng mềm (soft capacity).
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 19 -
Trung tâm chuyển mạch
điện thoại di động
Bộ mã hoá
Vocoder/chọnlựa
BS1
BS1

Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
đồng bộ từ MSC đến BS
Khung bit điều khiển
công suất của BS và tín
hiệu thoại đồng bộ từ BS
đến máy di động
Hình 1.13 Đ ờng kết nối trong chuyển vùng mềm
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Nh vậy nhờ việc quy hoạch về dung lợng và vùng phủ sóng mà mạng
CDMA không cần kế hoạch sử dụng lại tần số.
1.2.8 Tách tín hiệu thoại
Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng tải
của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trờng hợp không có
tín hiệu thoại trong hệ thống TDMA và FDMA thì khó áp dụng yếu tố tích
cực thoại vì trễ thời gian định vị lại kênh tiếp theo là quá dài. Nhng do tốc
độ truyền dẫn số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống
CDMA. Giao thoa ở ngời sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung l-
ợng hệ thống CDMA tăng khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình
của máy di động giảm khoảng 1/2 vì dung lợng đợc xác định theo mức
giao thoa ở những ngời sử dụng khác.
1.2.9 Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng
Tất cả các BS đều tái sử dụng 1 kênh băng rộng trong hệ thống CDMA.

Giao thoa tổng ở tại trạm phủ sóng đối với tín hiệu của một máy di động
nằm trong trạm gốc đó là tổng giao thoa tạo ra từ các máy di động nằm
trong cùng một trạm phủ sóng, và giao thoa tạo ra trong các máy di động
của BTS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động phải
đấu tranh với tín hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ
tất cả các máy di động bên cạnh bằng một nửa của giao thoa từ tổng các
máy di động trong cùng một BS.
Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hớng là tỷ số nhiễu
trên giao thoa của các máy di động trong cùng một trạm gốc, (khoảng
65%), đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS
với giao thoa từ tất cả các BS.
Hình 1.14 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ
mỗi BS trong vòng biên thứ nhất tơng ứng với 6% của giao thoa tổng.
Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và
giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trờng
hợp anten của BTS là định hớng (tức là búp sóng anten 120
o
) thì giao thoa
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 20 -
2%
K2
K1


6%

K2

K2


K2

K2
K2
K3
0,03%
Hình 1.14 Giao thoa từ BS bên cạnh
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
trung bình giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lợng
máy di động trong BS. Do đó, dung lợng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống
tăng lên xấp xỉ 3 lần. (Thật ra chỉ là 2,55 lần do sự chồng chập các anten
lân cận)
1.2.10 Giá trị Eb/N thấp, có tính chống lỗi cao
Eb/No là tỷ số của năng lợng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công suất
tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phơng pháp điều
chế và mã hoá số.
Khái niệm Eb/No tơng tự nh tỷ số sóng mang tạp âm của phơng pháp
FM analog. Do độ rộng kênh băng tần rộng đợc sử dụng mà hệ thống
CDMA cung cấp một hiệu suất và độ d 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 d thấp là đợc phép sử dụng sao cho giá trị
Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trớc đợc sử dụng
trong hệ thống CDMA cùng với giải điều chế số hiệu suất cao. Có thể
tăng dung lợng và giảm công suất yêu cầu với máy phát nhờ giảm Eb/No.
1.3 Đánh giá chung về hệ thống thông tin di động CDMA
1.3.1 Đánh giá về mặt dung lợng :
a. Dung lợng của CDMA

Trong thông tin di động tế bào, để đánh giá về dung lợng của hệ thống
ngời ta thờng dựa vào các tiêu chuẩn sau:
+ Số ngời sử dụng lớn nhất trên một độ rộng băng tần.
+ Số ngời sử dụng lớn nhất trong một tế bào.
+ Tổng số ngời sử dụng trên một vùng diện tích đợc bao phủ của các tế
bào.
Dung lợng của hệ thống thông tin vô tuyến sử dụng kỹ thuật trải phổ bị
giới hạn bởi nhiễu, trong khi dung lợng của các hệ thống thông tin vô
tuyến truyền thống bị giới hạn bởi số kênh tín hiệu không gây ra nhiễu
nhờ sự phân tách chúng về mặt thời gian hoặc tần số. Do dung lợng hệ
thống trải phổ phụ thuộc vào nhiễu nên điều khiển công suất rất quan
trọng đối với dung lợng tổng cộng của hệ thống.
Trong hệ thống CDMA dung lợng đợc xác định theo công thức:
N= 1+








R
SS
B
.

+ f)(Eb/No)(1
1
.






dV
1
.C
Sec
.Fr (1.1)
Trong đó:
N: là số ngời sử dụng hệ thống.
B
SS
: bề rộng băng tần trải phổ.
R: tốc độ băng tần cơ bản lớn nhất.
Eb/No: tổng năng lợng bit trên mật độ tạp âm nhiễu.
V
d
: hệ số tích cực của tiếng nói.
C
Sec
: số sector trên một tế bào.
Fr: hệ số tái sử dụng tần số.

f: tỷ số của tổng nhiễu trung bình của các tế bào khác trên nhiễu
trung bình của các ngời sử dụng khác trong cùng một tế bào.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 21 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Theo công thức trên ta thấy: trong CDMA số ngời sử dụng N luôn luôn
tỷ lệ nghịch với tỷ số Eb/No, Eb/No càng nhỏ thì dung lợng của hệ thống
càng lớn và ngợc lại.
Tỷ số Eb/No lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh: các phơng pháp điều
chế sử dụng, tỷ lệ lỗi bit BER, tốc độ dữ liệu, suy hao đờng truyền, các
ảnh hởng của đa luồng và fading. Hệ thống CDMA thử nghiệm trên toàn
thế giới lấy tiêu chuẩn Eb/No là 6.5dB. Nổi bật hơn so với các kỹ thuật đa
truy nhập khác, CDMA cho phép phát hiện ra các thành phần đa luồng
thực và sử dụng máy thu RAKE để tổ hợp các tín hiệu thực tế này để thu
đợc tín hiệu có tỷ số Eb/No tốt hơn.
Tín hiệu hớng đi sử dụng mã hoá trực giao, mã hoá này làm tăng khả
năng chống lại nhiễu. Mã khối cung cấp khả năng chống lại lỗi cụm và
mã xoắn sử dụng để giảm giá trị Eb/No yêu cầu. Hệ thống CDMA có khả
năng điều khiển công suất làm cho chất lợng thoại và hệ số BER ổn định.
b. So sánh dung lợng của TDMA và CDMA
Để xem xét dung lợng của một hệ thống thông tin cần xem xét trên hai
khía cạnh:
+ Dung lợng về mặt lý thuyết.
+ Dung lợng thực tế.
Để so sánh dung lợng của TDMA và CDMA ta xét trên dải tần số có độ
rộng là 12.5MHz.
Trong hệ thống GSM(TDMA) dải băng tần dành cho mỗi kênh là
200KHz/1 kênh, do vậy số kênh sẵn có trong cả dải băng là
12.5MHz/200Khz = 62 kênh. Với các tế bào đợc chia thành 3 sector. Hệ
số tái sử dụng tần số là 3/9, khi đó số kênh là 31 kênh. Giả thiết có 7.25

cuộc gọi trên mỗi kênh vô tuyến (8 kênh thoại cho một kênh vô tuyến và
0.75 kênh thoại cho phần mào đầu). Khi đó số cuộc gọi trên một sector là
31x7.25/3=75 cuộc gọi.
Trong trờng hợp TDMA mở rộng, số lợng kênh có thể đợc tăng lên do
sử dụng bộ mã hoá có tốc độ thấp VD: 5kbps, ở tốc độ này có thể làm
tăng dung lợng của hệ thống lên gấp đôi. Kỹ thuật này sử dụng phép nội
suy tiếng nói. Kỹ thuật nội suy tiếng nói cho phép sử dụng những khoảng
dừng tín hiệu thoại của một ngời sử dụng để cấp cho một khe thời gian
của một ngời sử dụng khác đang hoạt động trong khoảng dừng này. Về
mặt lý thuyết, sử dụng bộ mã hoá có tốc độ 1/2 này cho phép sử dụng 231
kênh/1sector.
Trong hệ thống CDMA cũng trong dải tần 12.5MHz dung lợng của hệ
thống đợc xác định nh sau: có 64 mã Walsh đợc sử dụng ở băng tần
1.25MHz. Giả thiết có 50 kênh lu lợng, tế bào đợc phân chia thành 3
sector số ngời sử dụng tối đa là 1500 ngời. Thực tế dung lợng của hệ
thống bị giới hạn bởi công thức (6.1). Ta sử dụng giá trị Eb/No là 6.5dB và
giá trị này cho phép hệ thống làm việc ở một giá trị chất lợng chấp nhân
đợc. Hệ số tái sử dụng tần số là 1, chu kỳ hoạt động của tiếng nói là
khoảng 35ữ40%. Tốc độ số liệu tối đa là 9.6kbps, nhng dung lợng kênh
trung bình đợc nâng lên bằng cách thay đổi dòng số liệu có tốc độ thấp
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 22 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
hơn trong khoảng thời gian không có tín hiệu thoại ở kênh, điều này cho
phép tốc độ trung bình của dòng dữ liệu giảm xuống và dung lợng của hệ
thống tăng lên 2.5 lần. Theo những điều kiện này thì dung lợng tối đa của
hệ thống là 245 ngời sử dụng/1sector. (Và một tế bào là 245 x 3 = 735
ngời)
Trong thực tế cả dung lợng của hai hệ thống TDMA và CDMA đều nhỏ
hơn con số tính toán ở trên. Cả hai hệ thống GSM và hệ thống TDMA mở

rộng đều có khả năng nâng cao dung lợng lớn hơn 10 lần dung lợng của
hệ thống AMPS. Hệ thống TDMA mở rộng về mặt lý thuyết có dung lợng
gấp 12 lần dung lợng AMPS, về mặt lý thuyết hệ thống CDMA trong điều
kiện xấu nhất cũng có dung lợng lớn gấp 13 lần hệ thống AMPS. Nhng
trong thực tế hệ thống TDMA không thể đạt đợc dung lợng nói trên nh hệ
thống CDMA do fading. Sự điều khiển công suất không hoàn hảo có thể
làm giảm dung lợng hệ thống TDMA đi 21%. Mặt khác sự điều khiển
công suất động trong hệ thống CDMA có thể là tăng dung lợng hệ thống
lên 2.5 lần.
TDMA dễ bị ảnh hởng bởi nhiễu đa luồng hơn hệ thống CDMA và phụ
thuộc vào khoảng cách. Các hệ thống TDMA có 3 biện pháp để làm giảm
các ảnh hởng của nhiễu: sử dụng nhảy tần số ngẫu nhiên, giành kênh hiệu
chỉnh ACA(Adaptive Channel Allocation) và các bộ cân chỉnh hay các đ-
ờng dây trễ. Ta hãy xét vấn đề này cho các hệ thống TDMA. Với IS-54, hệ
số tái sử dụng tần số là hệ số giảm nhiễu(từ các trạm gốc khác hay từ các
hệ thống khác). Sửa lỗi bit cho các kênh thông qua bộ mã hoá xoắn. Mã
CRC đợc sử dụng trên những bit quan trọng nhất của bộ mã hoá.
TDMA mở rộng cố gắng giảm ảnh hởng của nhiễu bằng cách sử dụng
ACA. Các lỗi kênh do fading Reyleigh đợc đối phó bằng cách sử dụng
các kỹ thuật dùng bộ cân chỉnh (adaptive equlizer). Dùng bộ mã hoá kênh
tốt hơn, trộn và một số kỹ thuật làm giảm fading theo tần số thông qua
việc dùng kỹ thuật chèn. Hệ thống GSM tiên tiến kết hợp cả kỹ thuật nhảy
tần số để giảm ảnh hởng của nhiễu và fading theo tần số. Cần chú ý rằng
kỹ thuật này đợc sử dụng để cải thiện đặc tính của những kênh mà yêu
cầu không có fading hay suy giảm chất lợng kênh.
Tất cả những kỹ thuật này đợc sử dụng để cải thiện đặc tính của hệ
thống TDMA cơ bản. Trong khi đó hệ thống CDMA không cần phải sử
dụng kỹ thuật này vì bản thân hệ thống có khả năng chống lại mọi tác
động của nhiễu. Trong trờng hợp đa luồng thì đối với TDMA cần phải sử
dụng bộ cân bằng có hiệu chỉnh. Đa luồng tạo ra trễ hay gây ra tán sắc về

mặt thời gian của tín hiệu. Tán sắc về mặt thời gian gây ra nhiễu giữa các
xung mẫu. Tất cả hiệu chỉnh để giảm fading cần phải làm nh vậy bởi vì
hiện tợng đa tần số ảnh hởng fading lên từng băng tần số khác nhau là
khác nhau.
Trộn bit là một dạng của phân tập theo thời gian. Mục đích của bộ cân
bằng có hiệu chỉnh là là để lấy ra các thông số cân bằng cần thiết. Nó thực
hiện bằng cách lấy mẫu đáp ứng xung của kênh. Đáp ứng xung của kênh
có đợc từ các chuỗi các xung mẫu dung lợng đã biết và cần phải đợc khôi
phục lại trong mỗi khe thời gian. Có hai loại bộ cân bằng đợc sử dụng:
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 23 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
cân bằng hồi tiếp DFE(Decision Feedback Equalization) và ớc lợng chuỗi
có khả năng lớn nhất MLSE( Maximum Likelihood Sequence
Estimation). Các bộ cân bằng này đợc sử dụng cùng với quá trình trộn để
đánh giá và hiệu chỉnh các đặc tính kênh.
Đối với CDMA thì đa luồng lại có lợi vì máy thu CDMA sử dụng các
bộ thu RAKE và sử dụng kỹ thuật mã hoá và giải chèn. Khi trễ truyền dẫn
kênh là rất nhỏ chỉ có hệ thống CDMA là có thể chống lại các ảnh hởng
của hiện tợng đa luồng. Trong trờng hợp của CDMA sử dụng mã xoắn
trực giao và các mã Walsh đã chống lại fading. Với hệ thống IS-54 và
GSM mã xoắn cũng đợc sử dụng nhng không có khả năng chống lại
fading nh đối với CDMA. Tất cả hệ thống TDMA sử dụng mã kiểm tra d
vòng CRC cùng với việc trộn khối. Khả năng sửa lỗi của hệ thống CDMA
hơn hẳn hệ thống TDMA. Mã trong hệ thống TDMA có thể phát hiện sửa
đợc 3 lỗi trong khi đó với hệ thống CDMA mã trực giao có thể phát hiện
lỗi và sửa tới 4 lỗi. Và trong thực tế mã xoắn siêu trực giao(super
orthogonal convolution codes) có đặc tính vợt trội hơn so với loại mã trực
giao của CDMA. Ta cũng có thể tổng kết các u điểm của CDMA thông
qua tính đa dạng về phân tập của nó, đó là: phân tập theo luồng, phân tập

theo tần số, phân tập theo không gian và phân tập theo thời gian. Sử dụng
bộ thu RAKE đã giải quyết đợc hiện tợng phân tập không gian mà không
cần bộ cần bằng có hiệu chỉnh. Bộ trộn bit là một dạng của phân tập theo
thời gian, bộ trộn bit của CDMA tạo ra đặc tính tốt hơn bộ trộn khối của
TDMA. Bộ mã xoắn kết hợp với kỹ thuật trộn bit đã làm cho CDMA có
khả năng chống nhiễu tốt hơn TDMA. Kỹ thuật chuyển vùng mềm là một
dạng khác của phân tập theo luồng mà trong kỹ thuật TDMA không thể có
đợc.
Để đánh giá về dung lợng thực tế của các hệ thống FDMA, TDMA và
CDMA sau đây ta xét cụ thể việc so sánh bằng biểu thức đợc xây dựng
trên một số giả định: Toàn bộ mạng đợc chia thành cùng một số ô(cell),
các hệ thống chiếm cùng một băng tầnW, hệ thống TDMA có cùng một
số kênh vô tuyến b nh hệ thống FDMA, hiệu suất điều chế m đối với các
hệ thống là nh nhau, và để đơn giản ta áp dụng công thức gần đúng.
+ Trờng hợp 1: Xét hệ thống chỉ có một ô (single cell)
- Kỹ thuật FDMA:
Dung lợng hệ thống FDMA đợc tính nh sau:
n
FDMA
= (W/b).m
- Kỹ thuật TDMA:
Nếu mỗi kênh vô tuyến đợc chia thành 3 khe thời gian, dung lợng hệ
thống TDMA đợc tính gần đúng nh sau:
n
TDMA
=3.(W/b).m
- Kỹ thuật CDMA:
Dung lợng của hệ thống CDMA đợc tính theo công thức gần đúng
nh sau:
n

CDMA
=(W/b).m.
reqNoEb )/(
1
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 24 -
Chơng I: Tổng quan công nghệ CDMA
Trong đó Eb là năng lợng tính cho 1 bit và No là công suất can nhiễu
tính theo 1Hz. Tỷ lệ này đợc chọn nh sau:
Eb/No = 4.2 (hay 6.2dB)
Nh vậy:

- Kết luận: Với trờng hợp mạng chỉ có một ô, dung lợng hệ thống
TDMA là lớn nhất, sau đó đến FDMA và hệ thống CDMA có dung lợng
nhỏ nhất.
+ Trờng hợp 2: Hệ thống có nhiều ô (multi cell)
Trong trờng hợp mạng có nhiều ô phải tính đến hệ số tái sử dụng tần
số K.
- Kỹ thuật FDMA:
N
FDMA
=(W/b).m.1/K
FDMA
Đối với FDMA, K
FDMA
=7.
- Kỹ thuật TDMA:
N
TDMA
=3(W/b).m.1/K

TDMA
. Với K
TDMA
= 3
- Kỹ thuật CDMA: (K
CDMA
=1)
Nh vậy:
1.7 với(Eb/No)
req
= 6.2dB.
= 1/(Eb/No)
req
0.24 với (Eb/No)
req
= 6.2dB.
- Kết luận: Với trờng hợp mạng có nhiều ô, dung lợng của TDMA là
lớn nhất, sau đó đến CDMA và cuối cùng là FDMA.
+ Trờng hợp 3: Tăng dung lợng hệ thống CDMA nhờ việc chia các ô
thành các sector và tính tích cực của thoại.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Trung KTVT B K37
- 25 -
N
CDMA
1

=
N
FDMA
(Eb/No)

req
N
CDMA
1

=
N
TDMA
3(Eb/No)
req
1
N
CDMA
=(W/b).m. .(1/K
CDMA
)
(Eb/No)
req

N
CDMA
K
FDMA
=
N
FDMA
(Eb/No)
req
.K
CDMA

N
CDMA
K
TDMA
= =
N
TDMA
3(Eb/No)
req
.K
CDMA