ứng dụng trong mạng CDMA

Báo cáo thực tập
Mục lục
♦Lời nói đầu
Phần i Tổng quan về lý thuyết trải phổ và các ứng dụng trong mạng CDMA
Chương 1 Tổng quan về hệ thống điện thoại di động cellular……………………
4
1.1 Giới thiệu chung ……………………………………………………...4
1.2 Cấu hình hệ thống ……………………………………………………5
1.3 Sự phát triển của hệ thống cellular …………………………………...8
1.3.1 AMPS
………………………………………………………..8
1.3.2 FDMA …………………………………………………….…9
1.3.3 TDMA
……………………………………………………...12
1.3.4 CDMA……………………………………………………...12
1.4 Những hạn chế cơ bản của giải pháp thông thường ………………...15
1.5 Các nguyên lý trải phổ ……………………………………………...15
1.6 Các hệ thống thông tin trải phổ ……………………………………..17
Chương 2 Hàm tự tương quan và chuỗi giả tạp âm
…………………………….18
2.1 Các hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất ……………………
18
2.2 Các dãy giả ngẫu nhiên ( chuỗi PN ) ………………………………...20
2.3 Các thuộc tính của chuỗi …………………………………………….21
2.4 Bộ tạo các tín hiệu giả ngẫu nhiên
…………………………………...23
2.5 Các chuỗi đa truy nhập và trải phổ đặc biệt …………………………23
Chương 3 Trải phổ ……………………………………………………………...26
3.1 Các hệ thống trải phổ trực tiếp (DS )..
………………………………..26
3.1.1 Đặc tính của tín hiệu DS ……………………………………26

3.1.2 Các hệ thống DS/SS – BPSK
………………………………..27
3.1.3 Các hệ thống DS/SS – QPSK
………………………………..31
3.2 Các hệ thống trải phổ nhảy tần ( FH/SS ) ……………………………
38
3.2.1 Đặc tính của tín hiệu nhảy tần …………………………………
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
1
Báo cáo thực tập
3.2.2 Các hệ thống FH/SS nhanh
…………………………………….
3.2.3 Các hệ thống FH/SS chậm
……………………………………..
3.3 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian và lai ghép ………………………
3.3.1 Các hệ thống trải phổ nhảy thời gian ………………………….
3.3.2 Các hệ thống lai ghép ( Hybrid ) ………………………………
3.3.3 So sánh các hệ thống ………………………………………….
3.3.4 Đa truy nhập …………………………………………………..
Chương 4 Đồng bộ mã ở các hệ thống thông tin trải phổ – Bắt mã PN - …………
4.1 Bắt mã PN cho các hệ thống DS/SS
…………………………………….
4.2 Bắt mã PN cho các hệ thống FH/SS ……………………………………
4.3 Các chiến lược tìm bắt mã khác ……………………………………….
Chương 5 Đồng bộ ở các hệ thống thông tin trải phổ – Bám mã PN - ………….
5.1 Vòng khoá trễ …………………………………………………………
5.2 Vòng Tau-Dither ……………………………………………………
5.3 Bám tín hiệu PN ở các hệ thống FH …………………………………
Chương 6 Hiệu năng của đa thâm nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp …….

6.1 Nguyên lý CDMA …………………………………………………….
6.2 CDMA với các phương pháp điều chế khác và mã hoá kênh …………
6.3 CDMA ở các kênh fading nhiều tia …………………………………..
Chương 7 Thiết kế giao diện cho hệ thống CDMA ………………………………
7.1 Dung lượng CDMA ……………………………………………………
7.2 Dạng sóng liên kết ……………………………………………………..
7.3 Điều khiển công suất CDMA ………………………………………….
7.4 Thiết lập và điều khiển mạng ………………………………………….
7.5 Chuyển giao ở CDMA …………………………………………………
7.6 Các đặc tính điều chế …………………………………………………..
7.6.1 Tín hiệu kênh CDMA hướng về ………………………………
7.6.2 Kênh truy nhập và kênh lưu lượng hướng về …………………
7.6.3 Tín hiệu kênh CDMA hướng đi ………………………………
7.6.4 Bù chuỗi PN …………………………………………………..
Chương 8 Các lĩnh vực ứng dụng khác nhau của công nghệ trải phổ …………….
8.1 Thông tin vệ tinh ………………………………………………………
8.2 Đo cự ly ………………………………………………………………..
8.3 Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) ………………………………………
8.4 Vô tuyến đa truy nhập sử dụng nhảy tần ………………………………
phần ii Ngiên cứu về vấn đề đồng bộ chuỗi PN trong hệ thống GPS
Chương 1 GPS thu và phát đồng bộ như thế nào ? ………………………………
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
2
Báo cáo thực tập
1.1 Bắt mã PN ……………………………………………………………
1.1.1 Phương pháp quyết định …………………………………….
1.1.2 Thuật toán tìm kiếm ………………………………………..
1.1.3 Mô hình bắt đồng bộ Markov ………………………………
1.1.4 Thời gian bắt đồng bộ ……………………………………...

1.2 Bám mã PN ………………………………………………………….
1.2.1 Vòng bám khoá trễ với giải điều chế không liên kết …………
1.2.2 Vòng khoá chia thời gian ………………………………….
1.2.3 Mạch vòng cải tiến khoá trễ ……………………………….
Chương 2 Sơ đồ khối và mô hình cụ thể ………………………………………..
Phụ lục:
Các từ viết tắt.
Tài liệu tham khảo.
Lời nói đầu
Thế kỷ 21 đã và đang chứng kiến sự bùng nổ của thông tin vô tuyến trong
đó thông tin di động đóng vai trò rất quan trọng . Kỹ thuật trải phổ sẽ trở thành
nền tảng cho nhiều công nghệ vô tuyến mới. Kỹ thuật trải phổ đã được nghiên
cứu và ứng dụng trong quân sự từ những năm 1930, tuy nhiên gần đây các kỹ
thuật này mới được nghiên cứu và áp dụng thành công trong các hệ thống thông
tin vô tuyến cellular. Các phần tử cơ bản của mọi hệ thống trải phổ là các chuỗi
giả ngẫu nhiên. Có thể coi rằng Sol Golomb là người đã dành nhiều nghiên cứu
toán học cho vấn đề này trong các công trình của ông vào những năm 1950.
Những năm tiếp theo đó, rất nhiều bài báo đã chỉ ra rằng các hệ thống thông tin
CDMA có thể đạt được dung lượng cao hơn các hệ thống thông tin đa truy nhập
phân chia theo thời gian ( TDMA- Time Division Multiple Access ).
Các hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp đã được xây dựng vào những năm
1950. Thí dụ về các hệ thống đầu tiên là : ARC-50 của Magnavox và các hệ
thống thông tin vô tuyến vệ tinh OM-55 , USC-28. Trong các báo cáo của mình
( năm 1966 ) các tác giả J.W.Schwartz , W.J.M.Aein và J.Kaiser là những người
đầu tiên so sánh các kỹ thuật đa truy nhập FDMA, TDMA và CDMA. Các thí dụ
khác về các hệ thống quân sự sử dụng công nghệ CDMA là vệ tinh thông tin
chiến thuật TATS và hệ thống định vị toàn cầu GPS.
ở Mỹ, các vấn đề về cạn kiệt dung lượng thông tin di động đã nảy sinh từ
những năm 1980. Tình trạng này đã tạo ra cơ hội cho các nhà nghiên cứu ở Mỹ
tìm ra một phương án thông tin di động số mới. Để tìm kiếm hệ thống thông tin

di động số mới người ta nghiên cứu công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
3
Báo cáo thực tập
trên cơ sở trải phổ (CDMA). Được thành lập năm 1985 , Qualcom , sau đó được
gọi là “ thông tin Qualcom “ (Qualcom communications ) đã phát triển công
nghệ CDMA cho thông tin di động và đã nhận được nhiều bằng phát minh trong
lĩnh vực này . Qualcom đã dưa ra phiên bản CDMA đầu tiên được gọi là iS-95A.
Hiện nay phiên bản mới IS-2000 đã được đưa ra cho hệ thống thông tin di động
thứ 3 .
Trong lĩnh vực thông tin di động vệ tinh ngày càng nhiều hệ thống tiếp
nhận sử dụng công nghệ CDMA. Các thí dụ điển hình về việc sử dụng công nghệ
này cho thông tin vệ tinh là : Hệ thống thông tin di đông vệ tinh quỹ đạo thấp
( LEO – Low Earth Orbit ) Loral/Qualcom Global Star sử dụng 48 vệ tinh , hệ
thống thông tin di động vệ tinh quỹ đạo trung bình (MEO – Medium Earth
Orbit ) TWR sử dụng 12 vệ tinh .
Lý thuyết trải phổ là một vấn đề rất khó và phức tạp , vì thế bài viết của
em không khỏi mắc phải những thiếu sót. Em xin chân thành cảm ơn những ý
kiến chỉ bảo của GS.PTS Hồ Anh Tuý cùng các thầy cô và bạn bè để hoàn thành
tốt báo cáo này.
Chương1. Tổng quan về hệ thống điện thoại di động Cellular
1.1 Giới thiệu chung
Mạng viễn thông tổ ong là một trong những ứng dụng của kỹ thuật viễn
thông có nhu cầu lớn nhất và phát triển nhanh nhất. Ngày nay nó chiếm số phần
trăm lớn và không ngừng tăng trong toàn bộ các thuê bao thế giới. Trong tương
lai lâu dài các hệ thống tổ ong sử dụng kỹ thuật số đặc biệt là kỹ thuật CDMA
đầy triển vọng sẽ trở thành phương thức thông tin vạn năng .
ở châu Âu tồn tại một số hệ thống tổ ong tương tự lớn như NMT(Nordic
mobitelephone- Điện thoại di động bắc Âu) và TACS (Tortal Access

Communication System- Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ ) ở vương quốc
Anh. Các nước ở Tây Âu cũng cung cấp các dịch vụ tổ ong. Chất lượng, dung
lượng và vùng phủ rất đa dạng nhưng yêu cầu hầu như đã vượt xa dự tính. Tuy
nhiên hầu hết các hệ thống này chỉ dùng trong nước, không sử dụng được điện
thoại di động ngoài nước, từ tình trạng này rõ ràng cần phải có một hệ thống
chung để sử dụng điện thoại di động rộng dãi trên toàn châu Âu.
GSM (Globe System for Mobile communication - Hệ thống thông tin di động
toàn cầu), với tiêu chuẩn viễn thông số tổ ong số toàn châu Âu mới, sẽ giải quyết
sự hạn chế dung lượng hiện nay. Thực chất dung lượng sẽ tăng từ 2 đến 3 lần
nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn và kỹ thuật ô nhỏ, do vậy số thuê bao được phục
vụ sẽ tăng lên. GSM là tiêu chuẩn điện thoại di động số toàn châu Âu do ETSI
(Viện tiêu chuẩn viẽn thông châu Âu ) đưa ra năm 1991, hoạt động ở dải tần
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
4
Báo cáo thực tập
900, 1800, 1900 MHz. GSM được phát triển nhanh chóng bởi có chuẩn quốc tế,
áp dụng công nghệ số đảm bảo chất lượng thoại và sử dụng hiệu qủa tài nguyên
hệ thống. Ngày nay, GSM có mặt tại khoảng 135 nước trên thế giới.
GSM là một tổ hợp các giải pháp bao gồm hệ thống chuyển mạch kênh, hệ
thống chuyển mạch gói, nút điều khiển vô tuyến và các trạm thu phát gốc; cơ sở
dữ liệu mạng, các dịch vụ cơ bản và các nút quản lý mạng. Dễ dàng vận hành
bảo dưỡng (O&M) được tích hợp trong mạng thông minh (IN/GSM). GSM cũng
làm việc với các kỹ thuật IP và kỹ thuật gói và là một nền tảng chính hướng tới
hệ thống viễn thông di động phổ biến (UMTS) trong di động thế hệ thứ 3 và hơn
nữa.
Lưu động (Roaming) quốc tế cho phép các thuê bao chuyển động ở toàn bộ
vùng phủ sóng của GSM là hoàn toàn tự động, hệ thống sẽ tự động cập nhật
thông tin về vị trí của thuê bao. GSM cung cấp một số tính năng như thoại, thông
tin số liệu tốc độ cao, facimile và dịch vụ bản tin ngắn.

Các ưu điểm của hệ thống GSM:
- Hỗ trợ Roamming quốc tế.
- Tách biệt giữa thiết bị đầu cuối và nhận dạng người dùng.
- Chất lượng thoại tốt.
- Dịch vụ đa dạng.
- Có thể làm việc với các mạng viễn thông khác như ISDN, PSTN, ...
- An ninh thông tin.
GSM cung cấp các dịch vụ:
- Điện thoại di động
- Các dịch vụ truyền dữ liệu dị bộ và đồng bộ (2,4/4,8,9,6kbps)
- Truy nhập mạng chuyển mạch gói (X25)
- Các dịch vụ khác như SMS, FAX, VideoText...
- Các dịch vụ gia tăng (Chuyển cuộc gọi, hiển thị số chủ gọi, VMS...)
- Truy nhập internet - WAP, Email
1.2 Cấu hình hệ thống
Hệ thống GSM được chia thành hệ thống con chuyển mạch (SS -
Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem)
và hệ thống khai thác con bảo dưỡng (OSS - Operation SubSystem). Hệ thống
BSS là một mạng gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
5
Báo cáo thực tập
vùng phủ sóng của vùng phục vụ. Mỗi ô có một trạm thu phát gốc (BTS - Base
Transceiver Station) làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh vô
tuyến này khác với các kênh vô tuyến được sử dụng ở các ô lân cận để tránh
nhiễu giao thoa hệ thống. Một bộ điều khiển trạm gốc (BSC) điều khiển một
nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như thực hiện chuyển giao và điều
khiển công suất tại MS, quản lý kênh vô tuyến… Hệ thống chuyển mạch di động
gồm các tổng đài di dộng MSC. Một tổng đài chuyển mạch di động (MSC) quản

lý một số bộ điều khiển trạm gốc, MSC điều khiển các cuộc gọi giữa mạng di
động tổ ong và mạng điện thoại công cộng (PSTN), mạng số liệu đa dịch vụ
(ISDN), mạng di động mặt đất (PLMN), các mạng số liệu công cộng (PDN) và
có thể là các mạng riêng khác. Hệ thống khai thác bảo dưỡng OSS có nhiệm vụ
chính là theo dõi tổng quan hệ thống và hỗ trợ các hoạt động bảo dưỡng của các
đơn vị khai thác và bảo dưỡng mạng. Với các thông tin thống kê về trạng thái
trong toàn mạng, OSS đảm bảo khai thác mạng với hiệu quả cao nhất, chất lượng
dịch vụ cao nhất có thể.
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM được mô tả như ở hình 1.1 dưới đây :
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
6
SS
HLR
MSC
VLR EiR
AUC
BSS
BSC
BTS
MS
OSC
iSDN
PSPDN
CSPDN
PSTN
PLMN
-------- : Truyền báo hiệu
: Truyền lưu lượng
Hình 1.1 : Mô hình mạng GSM

Báo cáo thực tập
Công nghệ GPRS (General Packet Radio Service)
Dịch vụ vô tuyến gói đa năng (GPRS): Là một chuẩn của viện tiêu chuẩn
viễn thông châu Âu ETSI trong dữ liệu gói trên hệ thống GSM hay còn gọi là
công nghệ GSM 2,5 G. Mạng GPRS được xây dựng trên cơ sở mạng GSM nhằm
cung cấp các dịch vụ chuyển mạch gói tốc độ cao dựa trên giao thức internet
trên nguyên tắc tận dụng tối đa các thiết bị sẵn có.
Ngày nay, có ba phương thức truyền dữ liệu thông tin bên trong mạng di động
GSM :
 Sử dụng các dịch vụ truyền thông tin số không hạn chế GSM UDI
 Sử dụng thông tin ngắn với SMS
 Sử dụng một dịch vụ truyền audio ở tần số 3,1 kHz
Trong đó, dịch vụ truyền dữ liệu dựa trên các hệ thống chuyển mạch kênh
được sử dụng nhiều nhất. Mạng di động GSM hiện tại chỉ cho phép đạt tốc độ
truyền dẫn tối đa là 9,6kb/s qua một kênh lưu lượng TCH (nhỏ hơn rất nhiều lần
con số 56,6Kbps mà một kết nối internet truyền thống có thể đạt được).
 Công nghệ GPRS là giải pháp truyền thông IP giữa các thuê bao GSM và các
máy chủ dịch vụ internet. GPRS cung cấp các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao trên
hạ tầng mạng GSM, khắc phục được các nhược điểm chính của truyền số liệu
qua mạng di động GSM truyền thống bằng cách chia nhỏ số liệu thành từng
gói nhỏ rồi truyền đi theo một trật tự quy định trên một hoặc vài khe thời gian
được chỉ định trên một đường vô tuyến ( có thể cả 8 Ts)
 Các ưu điểm của GPRS:
- Sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến.
- Đưa ra phương thức tính cước linh hoạt dựa trên khoảng thời
gian kết nối có được trao đổi dữ liệu thực sự.
- Thời gian thiết lập, truy nhập dịch vụ nhanh.
- Tính hiệu quả của chuyển mạch gói dữ liệu trong mạng GSM.
- Được phát triển kế thừa dựa trên cơ sở hạ tầng GSM.
- Cung cấp khả năng kết nối với các mạng dữ liệu gói khác dựa

trên IP.
 Đối với hệ thống GSM do Ericsson cung cấp, để nâng cấp lên GPRS nhà khai
thác mạng chỉ cần phải đầu tư thêm:
- BTS: Chỉ nâng cấp phần mềm
- BSC: Nâng cấp phần mềm và phần cứng (PCU: Packet Control
Unit)
- Phân hệ chuyển mạch: Để nâng cấp lên GPRS, tại phân hệ
chuyển mạch GSM cần đầu tư các thiết bị:
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
7
Báo cáo thực tập
- SGSN (Servicing GPRS Support Node): Thiết bị chuyển mạch
gói.
- GGSN (Gateway GPRS Support Node): Thiết bị cổng cung cấp
các giao diện kết nối GSM PLMN với các mạng IP khác.
- Nâng cấp phần mềm tại HLR, Billing System.
 Sơ đồ cấu trúc mạng GSM/GPRS:
Hình 1.2 Cấu trúc mạng GPRS
1.3 Sự phát triển của hệ thống cellular
1.3.1 FDMA
Nhiều người đã làm quen với FDMA. Với FDMA, người dùng được cấp
phát một kênh trong tập hợp có trật tự các kênh trong lĩnh vực tần số. Nếu số
kênh có sẵn nhiều hơn 15, thì có thể đạt được hiệu suất trung kế cao nhất bằng
cấp phát ban đầu từ kênh điều khiển chung ; tất cả các MS được khởi tạo một
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
8
External IP
Network

SGSN
BSC/PCU
MSC/VLR
GGS
N
HLR
BTS
Abis
A
Gb
Gs
Gn
Gr
OSS
Báo cáo thực tập
cuộc liên lạc lấy sự chỉ dẫn từ kênh điều khiển chung này. Sơ đồ báo hiệu của hệ
thống FDMA khá phức tạp. Khi MS bật nguồn để làm việc, thì nó dò sóng tìm
đến kênh điều khiển dành riêng. Nhờ kênh này, MS nhận được dữ liệu báo hiệu
gồm các lệnh về kênh tần số dành riêng cho lưu lượng người dùng. Sự báo hiệu
giống như bảng chỉ dẫn … Các cơ quan quản lý nhà nước căn cứ vào nhu cầu
chung của xã hội quy định chính xác dải tần số thông tin di động. Khi số thuê
bao nhiều vượt trội so với các kênh tần số có thể, thì một số người dùng bị chặn
không được truy cập. Phổ tần số quy định cho liên lạc di động được chia thành
2N dải tần số kế tiếp cách nhau một dải tần phòng vệ. Mỗi dải tần số được gán
cho một kênh liên lạc, N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng lên, sau một dải tần
phân cách là N dải kế tiếp dành cho liên lạc hướng xuống. Đặc điểm: Mỗi MS
được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. Nhiễu giao thoa do
tần số các kênh lân cận nhau là rất đáng kể. BTS phải có bộ thu phát riêng làm
việc với mỗi MS trong cellular. Hệ thống FDMA điển hình là AMPS (Advanced
Mobile Phone System), như được trình bày sau đây:

1.3.2 AMPS (Dịch vụ điện thoại di động tiên tiến).
AMPS là một hệ thống điện thoại di động tổ ong do AT & T và Motorola -
Mỹ đề xuất sử dụng vào năm 1982. Để sử dụng hiệu quả hơn nguồn tần số có
giới hạn nên vùng phục vụ rộng của nó được phân chia thành các ô nhỏ và dịch
vụ cung cấp sử dụng một tần số nhất định với một công suất nhỏ để cho phép các
BS ở cách xa một khoảng cách nhất định có thể tái sử dụng cùng một tần số đó
một cách đồng thời. Sau đó, người ta coi vùng phục vụ tương ứng như một hình
lục giác để làm đơn giản hoá việc thiết kế và tính toán lý thuyết về mạng điện
thoại di động.
Tái sử dụng tần số liên quan đến việc định vị các BS để tái sử dụng các tần
số chính xác, không phải sử dụng cùng một tần số giữa các BS kề nhau mà chỉ sử
dụng lại ở một khoảng cách nhất định hoặc xa hơn nhằm làm giảm giao thoa giữa
các kênh giống nhau. Hình 1.3 đưa ra các mẫu tái sử dụng tần số khác nhau.
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
9
Báo cáo thực tập
Hình 1.3 Mẫu tái sử dụng tần số
Trên hình 1.3 ta thấy các cụm mẫu tái sử dụng tần số của các BS với tất cả
các băng tần có thể, số lượng các ô trong cụm đó được gọi là yếu tố tái sử dụng
tần số (K).
Hình 1.4: Búp sóng của anten định hướng
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
10
Báo cáo thực tập
Trong trường hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một
anten định hướng được sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hưởng đến các
BS sử dụng cùng một kênh trong anten phát xạ định hướng và vì vậy mà giao
thoa của các kênh chính tăng (thông thờng sử dụng vùng phủ sóng 120

o
).
Khi xuất hiện trạng thái chuyển vùng thì tín hiệu đã được kết nối với BS
có khả năng thu nhận tín hiệu tốt. Trong trạng thái chuyển vùng thì kênh bị ngắt
trong một khoảng thời gian ngắn (150 ms) và chuyển vùng sẽ bị trì hoãn hoặc bị
cản trở trong trường hợp không có kênh trong ô mới.
Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thường có thể được cung cấp
trong một vùng phục vụ khác, do một hệ thống khác điều khiển mà thuê bao nói
đến không đăng ký.
Bảng 1.1 đưa ra các so sánh về tham số của 4 hệ thống thông dụng.
Tham số AMPS TSCS/ETACS NMT900 NMT450
Băng Tx 8000 MHz 9000 MHz 9000 MHz
450-470
MHz
Khoảng cách kênh 30 KHz 25 KHz
25/1,25
KHz
25/20 KHz
Khoảng cách song công 45 MHz 45 MHz 45 MHz 10 MHz
Các kênh 832 920*
1000
(1999)
180/225
Loại điều chế FM FM FM FM
Độ lệch đỉnh 12 KHz 9,5 KHz 4,7 KHz 4,7 KHz
Thiết bị nén dãn 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic 2:1 Syllabic Không
Kế hoạch ô 4, 7, 12 4, 7, 12 7, 9, 12 7
Điều chế kênh điều khiển FSK FSK FFSK FFSK
Độ lệch kênh điều khiển 8 KHz 6,4 KHz 3,5 KHz 3,5 KHz
Mã kênh điều khiển Manchester Manchester NRZ NRZ

Dung lượng kênh điều
khiển
77000 62000 13000 13000
Tốc độ truyền dẫn 10 Kb/s 8 Kb/s 1,2 Kb/s 1,2 Kb/s
Bí mật thoại Có thể Có thể Không Không
Dịch vụ chuyển vùng ngoài Có Có Có Bị giới hạn
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
11
Báo cáo thực tập
hệ thống
Bảng 1.1: So sánh các tham số của các hệ thống tổ ong
1.3.3 TDMA
Khả năng công nghệ và mã hoá thoại và nén dữ liệu cho phép trừ bỏ độ dư
và khoảng lặng trong truyền thoại, cũng cho phép giảm thời gian truyền để trình
diễn tín hiệu thoại.Trong thông tin TDMA thì nhiều người sử dụng một sóng
mang và trục thời gian được chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho
nhiều người sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Các thuê bao truy cập
kênh theo một chương trình. Hệ thống thông tin di động TDMA đặt TDMA lên
trên nền FDMA…, nó sử dụng kỹ thuật nén số đối với thoại để nhiều người sử
dụng một kênh chung. Các thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cài xen thời
gian, mỗi thuê bao được cấp phát cho một khe thời gian trong cấu trúc khung…
GSM phân chia thuê bao vào các kênh tần số theo kỹ thuật FDMA đơn giản. Các
thuê bao chung kênh tần số lại được chia riêng từng thuê bao một khe trời gian
trong cấu trúc khung tuần hoàn 8 khe. Khe thời gian GSM dài 577 µs. Một khung
GSM dài 8x577=4.614 µs.
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao được truyền dẫn số. Liên lạc song công
mỗi hướng thuộc các dải tần liên lạc khác nhau. Giảm nhiễu giao thoa. Giảm số
máy thu phát ở BTS. Pha đinh và trễ truyền dẫn là những vấn đề kỹ thuật rất
phức tạp: ISI (giao thoa giữa các ký hiệu ), mất đồng bộ…

Hình 1.5. Định thời phát thu với giả thiết có 3 kênh.
Hình 1.5 trình bày định thời các khe thời gian trong hệ thống TDMA. Do
việc thu và phát không đồng thời nên không cần chuyển mạch thu-phát. Khoảng
trống là thời gian dùng để đo mức thu ở trạm gốc lân cận.
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
12
3 1 2 3 1 2BTS Phát
1 2 3 1 2 3BTS Thu
Phát Thu Trống Phát Thu Trống
Chế độ trong
Máy di động
1 chu kỳ
Báo cáo thực tập
TDMA được chia thành TDMA băng rộng và TDMA băng hẹp. Mỹ và
Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng TDMA băng rộng nhưng
cả 2 hệ thống này đều có thể được coi như là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì
người sử dụng thực tế dùng các kênh được ấn định cả về tần số và các khe thời
gian trong băng tần. Loại hệ thống TDMA Bắc Mỹ sử dụng băng tần (869 - 894)
MHz và (824 - 849) MHz giống như hệ thống AMPS. Khoảng cách sóng mang là
30 KHz và mỗi kênh tần số được chia thành 6 khe thời gian. Hệ thống này mã
hoá tín hiệu thoại theo mã VSELP (dự đoán tổng vectơ tuyến tính tồn tại), điều
chế /4 DQPSK và hoạt động theo kiểu cặp đôi. 6 thuê bao với một nửa tốc độ
trên một kênh.
Máy điện thoại di động kỹ thuật số TDMA phức tạp hơn kỹ thuật FDMA.
Hệ thống xử lý số đối với tín hiệu trong MS tương tự có khả năng xử lý không
quá 10
6
lệnh/s, còn trong MS số TDMA phải có khả năng sử lý hơn 5x10
6

lệnh/s.
1.3.4 CDMA
Lý thuyết về CDMA đã được xây dựng từ những năm 1950 và được áp
dụng trong thông tin quân sự từ những năm 1960. Cùng với sự phát triển của
công nghệ bán dẫn và lý thuyết thông tin trong những năm 1980, CDMA đã đư-
ợc thương mại hoá từ phương pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phương pháp
này cũng đã được đề xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ vào năm
1990.
Trong thông tin CDMA thì nhiều người sử dụng chung thời gian và tần số,
mã PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tương quan chéo thấp được ấn định cho
mỗi người sử dụng. Người sử dụng truyền tín hiệu nhờ trải phổ tín hiệu truyền có
sử dụng mã PN đã ấn định. Đầu thu tạo ra một dãy giả ngẫu nhiên như ở đầu
phát và khôi phục lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngược các tín hiệu đồng
bộ thu được.
Trong hệ thống điều chế băng hẹp như điều chế FM analog sử dụng trong hệ
thống điện thoại tổ ong thế hệ đầu tiên thì tính đa đường tạo nên nhiều fading
nghiêm trọng. Tính nghiêm trọng của vấn đề fading đa đường được giảm đi trong
điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đường khác nhau được thu
nhận một cách độc lập. Nhưng hiện tượng fading xảy ra một cách liên tục trong
hệ thống này do fading đa đường không thể loại trừ hoàn toàn được vì với các
hiện tượng fading đa đường xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử
lý tín hiệu thu một cách độc lập được.
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
13
Báo cáo thực tập
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là theo
thời gian, theo tần số và theo khoảng cách. Phân tập theo thời gian đạt được nhờ
sử dụng việc chèn và mã sửa sai. Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập
theo tần số nhờ việc mở rộng khả năng báo hiệu trong một băng tần rộng và

fading liên hợp với tần số thường có ảnh hưởng đến băng tần báo hiệu (200 -
300) KHz.
Phân tập anten có thể dễ dàng áp dụng đối với hệ thống FDMA và TDMA.
Phân tập theo thời gian có thể được áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ
mã truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhưng các phương pháp khác có
thể dễ dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Dải rộng của phân tập theo đường
truyền có thể được cung cấp nhờ đặc tính duy nhất của hệ thống CDMA dãy trực
tiếp và mức độ phân tập cao tạo nên những hoạt động tốt hơn trong môi trường
EMI lớn.
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng bảo mật cuộc gọi mức độ cao và về
cơ bản là tạo ra xuyên âm, việc sử dụng máy thu tìm kiếm và sử dụng bất hợp
pháp kênh RF là khó khăn đối với hệ thống tổ ong số CDMA bởi vì tín hiệu
CDMA đã được scrambling (trộn). Về cơ bản thì công nghệ CDMA cung cấp
khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo vệ khác, tiêu chuẩn đề xuất gồm
khả năng xác nhận và bảo mật cuộc gọi được định rõ trong EIA/TIA/IS-54-B. Có
thể mã hoá kênh thoại số một cách dễ dàng nhờ sử dụng DES hoặc các công
nghệ mã tiêu chuẩn khác.
Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS
mới. Lược đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho người sử
dụng không nhận ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó, trong khi hệ thống
analog và hệ thống TDMA số chấp nhận hình thức chuyển mạch “cắt - trớc 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 cuả BS
bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ô bên cạnh với cường độ tín hiệu cuả
ô đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến một mức nhất định nào đó có
nghĩa là máy di động đã di chuyển sang một vùng phục vụ cuả một BS mới và
trạng thái chuyển vùng mềm có thể bắt đầu. Máy di động chuyển một bản tin
điều khiển tới MSC để thông báo về cường độ tín hiệu và số hiệu cuả BS mới.
Sau đó, MSC thiết lập một đường nối mới giữa máy di động và BS mới và bắt

đầu quá trình chuyển vùng mềm trong khi vẫn giữ đường kết nối ban đầu. Trong
trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
14
Báo cáo thực tập
gọi được thực hiện bởi cả hai BS sao cho chuyển vùng mềm có thể thực hiện
được mà không có hiện tượng ping-pong giữa chúng. BS ban đầu cắt đường kết
nối cuộc gọi khi việc đấu nối cuộc gọi với BS mới đã thực hiện thành công.
Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA.
Giao thoa tổng ở tín hiệu máy di động thu được từ BS và giao thoa tạo ra trong
các máy di động của cùng một BS và giao thoa tạo ra trong các máy di động của
BS bên cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động giao thoa 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 tổng từ các máy di động khác trong cùng
một BS. Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hướng là 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 1.5 trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi BS
trong vòng biên thứ nhất tương ứng với 6% của giao thoa tổng.
Hình 1.5 Giao thoa từ BS bên cạnh
Do đó, giao thoa từ vòng biên thứ nhất là gấp 6 lần 6%, tức là 36%, và
giao thoa tổng do vòng thứ 2 và vòng ngoài là nhỏ hơn 4%. Trong trường hợp
anten của BS là định hướng (tức là búp sóng anten 120
0
) thì giao thoa trung bình
giảm xuống 1/3 vì mỗi anten kiểm soát nhỏ hơn 1/3 số lượng máy di động trong
BS. Do đó, dung lượng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần.
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá

Long
15
Báo cáo thực tập
Hệ thống CDMA cũng áp dụng kỹ thuật nén số như TDMA, nhưng với tốc
độ bit thay đổi theo tích cực thoại, nên tín hiệu thoại có tốc độ bit trung bình nhỏ
hơn.
1.4 Những hạn chế cơ bản của giải pháp thông thường
Thông thường mỗi thuê bao của một hệ thống đa truy nhập được cung cấp
các nguồn nào đó , chẳng hạn như tần số hoặc khe thời gian , hoặc cả hai và
chúng không kết nối với tần số hoặc khe thời gian nào khác. Theo cách như vậy ,
kênh đa truy nhập tiến hành vô số kênh đơn điểm nối điểm, nếu giả định đã có
cách ly hoàn toàn các nguồn truyền dẫn của mỗi thuê bao khỏi các nguồn truyền
dẫn của tất cả các thuê bao khác. Dung lượng của mỗi kênh bị giới hạn bởi dải
thông và thời gian được gán cho nó, bởi sự giảm phẩm chất do tạp âm nền mà
chủ yếu là do bắt nguồn từ nhiệt và do sự bất bình thường của truyền dẫn đã tạo
ra hiệu ứng che khuất và pha đinh đa đường. Sự mất pha giữa các đường truyền
lan khác nhau có thể gây ra pha đinh nghiêm trọng khi mỗi kênh được phân bố
một dải thông hẹp. Người ta có thể tạo ra một hệ thống đa truy nhập chịu đựng
được can nhiễu tốt hơn nhờ sử dụng kỹ thuật điều chế số tại máy phát (Bao gồm
cả việc mã hoá nguồn tín hiệu và mã hoá sửa sai kênh) và các kỹ thuật xử lý tín
hiệu tương ứng tại máy thu. Tuy nhiên bản thân các phương pháp số hoá cũng
chẳng thể làm thay đổi được các hạn chế cơ bản: các kênh không thể được giải
toả một cách nhanh chóng khi hoạt động của một thuê bao tạm ngừng, việc tái sử
dụng tần số bị giới hạn ở các tế bào không liền kề nhau và các kênh băng hẹp
nhạy cảm với pha đinh nhiều đường hơn. Các yếu tố này kết hợp lại sẽ làm giảm
dung lượng kênh đi một cấp giá trị.
1.5 Các nguyên lý trải phổ
Một giải pháp hoàn toàn khác, mà trong một chừng mực nào đó cũng do
những nguyên lý của thuyết thông tin Shannon gợi ý ra, không tìm cách phân bố
các tiềm năng tần số hoặc thời gian rời rạc cho mỗi thuê bao. Ngược lại , giải

pháp này cung cấp tất cả các tiềm năng đồng thời cho mọi thuê bao, khống chế
mức công suất phát từ mỗi thuê bao mức tối thiểu đủ để duy trì một tỷ số tín hiệu
/tạp âm nào đó theo mức chất lượng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu
băng rộng giống như tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố trong mức cần thiết .
Theo cách như vậy mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động đến tất cả các
thuê bao khác, nhưng ở phạm vi ít nhất có thể có ! Can nhiễu bổ xung này làm
hạn chế dung lượng, nhưng vì phân bố tiềm năng thời gian và dải thông không bị
giới hạn, cho nên cuối cùng dung lượng cũng lớn hơn đáng kể so với các hệ
thống thông thường .
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá
Long
16