TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ CDMA

TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ CDMA
Mặc dù mới phát triển vài thập kỷ trước, nhưng hệ thống thông tin di động không ngừng
phát triển với một tốc độ chóng mặt. Và chúng đã góp một phần quan trọng vào sự phát triển
của xã hội loài người, đưa mọi người tới gần nhau hơn, có thể giao tiếp với nhau dù ở bất kì
đâu!
1, Điểm qua quá trình phát triển của mạng thông tin di động:

Thế hệ điện thoại đầu tiên là 1G, đặc trưng của hệ thống là: dung lượng thấp, kĩ thuật
chuyển mạch tương tự, xác suất rớt cuộc gọi cao, khả năng handoff (chuyển giao cuộc gọi
giữa các tế bào) không tin cậy, chất lượng âm thanh thấp, không có chế độ bảo mật và chủ yếu
là dành cho thoại. Một số chuẩn trong hệ thống này là: AMPS, SMR, NMT(900)...
Thế hệ 2G ( bao gồm GSM - Global System for Mobile communications và CDMA –
IS95). Thế hệ đang được dùng trên thế giới, có đặc điểm: kỹ thuật chuyển mạch số; dung
lượng lớn; siêu bảo mật; nhiều dịch vụ kèm theo như truyền dữ liệu, fax, sms…Tất cả đều
theo chuẩn kỹ thuật số, bao gồm: GSM, iDEN, D-AMPS, IS 95…
Thế hệ 2,5G là bước chuyển giao lên công nghệ 3G. Có đặc điểm: dữ liệu chuyển mạch
tốc độ cao (High-Speed Circuit-Switched Data - HSCSD), dịch vụ vô tuyến gói chung
(General Packet Radio Service - GPRS); chuyển mạng, các dịch vụ định vị, tương tác với các
hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu…
Thế hệ 3G (WCDMA): xuất hiện đầu tiên ở Nhật Bản. Đặc điểm nổi bật so với 2 thế hệ
trước là: truy cập internet, truyền video.
CDMA là một trong những chuẩn từ thế hệ 2G. Chuẩn CDMA có nhiều tính năng ưu việt
hơn các chuẩn khác, nó đã và đang là xu thế phát triển của hệ thống viễn thông hiện đại. Vậy
CDMA là gì, và ưu thế của nó là như thế nào!!!
2, Khái niệm về CDMA:
CDMA viết đầy đủ là Code Division Multiple Access nghĩa là đa truy cập phân chia theo
mã. Trong khi TDMA - time division multiple access phân chia sự truy cập kênh truyền theo thời
gian, và FDMA - frequency-division multiple access phân chia sự truy cập theo tần số. Còn trong
hệ thống CDMA các thuê bao di động có thể truy cập đồng thời trên cùng một giải tần. Các
kênh thuê bao được tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên. Các tín hiệu của các thuê bao
khác nhau sẽ được mã hoá bằng các mẫu ngẫu nhiên khác nhau, sau đó được trộn lẫn và phát

đi trên cùng một giải tần chung và chỉ được phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện
thoại di dộng) với mã ngẫu nhiên tương ứng. Áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ, CDMA
đưa ra hàng loạt các ưu điểm mà nhiều công nghệ khác chưa thể đạt được.
Để dễ hình dung về sự khác biệt giữa CDMA với TDMA, FDMA ta xét ví dụ sau: Trong
một phòng mọi người đều mong muốn nói chuyện với người khác. Để không gây hỗn loạn thì:
mọi người có thể nói theo phiên (chia theo thời gian ), hoặc nói với độ cao khác nhau ( chia
theo tần số), hoặc là nói theo những hướng khác nhau (chia theo không gian). Còn một cách
nữa là họ sẽ nói với những ngôn ngữ khác nhau, những người sử dụng cùng ngôn ngữ mới
hiểu được nhau. Cũng giống như vậy, trong truyền tin CDMA, mỗi nhóm người sử dụng được
gán một mã cho trước và nhiều mã có thể chiếm cùng kênh, nhưng chỉ những người liên lạc
với nhau bởi mã dành riêng đó mới có thể hiểu được nhau
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 được 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 những năm 1990
3, Mã hóa trong CDMA:
 Mã giả ngẫu nhiên:
Ồn giả ngẫu nhiên (PRN) là tín hiệu gần giống với ồn mà thỏa mãn những yêu cầu của
xác suất thống kê. Ồn giả ngẫu nhiên gồm dãy xung định trước và được lặp lại chính nó theo
chu kì. Mỗi xung trong dãy được gọi là chip.
Mã giả ồn (PN code) là mã mà phổ của nó tương tự như dãy các bit ngẫu nhiên nhưng
được xác định trước.
Với mỗi kênh, trạm cơ cở tạo một mã duy nhất, mã này thay đổi cho mỗi kết nối. Trạm
cơ sở cộng tất cả các mã truyền với nhau cho mọi thuê bao. Đơn vị thuê bao tạo chính xác mã
phù hợp của nó và sử dụng mã đó để rút ra tín hiệu dành riêng cho thuê bao đó. Mỗi thuê bao
sử dụng vài kênh độc lập.
Để cho tất cả những điều này xảy ra, mã giả ngẫu nhiên phải có những tính chất sau:
(1)Mã giả ngẫu nhiên phải được quyết định trước. Trạm thuê bao phải có khả năng sinh
mã một cách độc lập, phù hợp với mã trạm cơ sở

(2) Nó phải có vẻ như là ngẫu nhiêu để người nghe không nhận ra mã (ví dụ: nó có tính
chất thống kê của ồn trắng đã được lấy mẫu)
(3) Sự tương quan chéo giữa 2 mã phải nhỏ
(4) Mã phải có chu kì dài
 Tạo và khôi phục mã:
Coi chuỗi bit được truyền đi là một véctơ. véctơ có thể nhân vô hướng, cộng các kết quả
của thành phần tương ứng (phép nhân vô hướng 2 véctơ). Nếu kq bằng 0, 2 véctơ được gọi là
trực giao với nhau. Vài tính chất của nhân vô hướng giúp hiểu được CDMA làm việc như thế
nào. Nếu véctơ a trực giao véctơ b, ta có:
Bây giờ gán 1 bộ phát với véctơ v trong tập hợp, được gọi là mã, mã chip (chip là 1 bit
trong mã trải phổ dãy trực tiếp). Gán giá trị 0 là véctơ –v, và giá trị 1 là véctơ v. Ví dụ nếu
v=(1,-1), thì véctơ nhị phân (1,0,1,1) tương ứng với (v,-v,v,v) và được viết lại thành ((1,-1),(-
1,1),(1,-1),(1,-1)). Trong bài này ta gọi véctơ đó là véctơ truyền.
Mỗi bộ phát được cấp một véctơ v duy nhất, khác với những véctơ còn lại trong tập hợp,
nhưng phương thức xd lên véctơ truyền thì giống nhau.
Do tính chất vật lý của giao thoa (nếu 2 tín hiệu tại cùng 1 thời điểm đồng pha với nhau,
chúng sẽ gấp đôi biên độ tín hiệu mỗi cái lên, nhưng nếu chúng ngc pha, thì sẽ trừ đi và làm
biên độ tín hiệu khác đi), trong kt số, tác động này có thể được bắt chước bởi việc cộng các
véctơ truyền tương ứng từng phần.
Ví dụ, nếu bộ phát 0 có mã (1,-1) và dữ liệu (1,0,1,1), bộ phát 1 có mã (1,1) và dữ liệu
(0,0,1,1) và cả 2 bộ phát cùng truyền đồng thời, bảng dưới mô tả các bước mã hóa:
Step Encode sender0 Encode sender1
0 vector0=(1,–1), data0=(1,0,1,1)=(1,–1,1,1) vector1=(1,1), data1=(0,0,1,1)=(–1,–1,1,1)
1 encode0=vector0.data0 encode1=vector1.data1
2 encode0=(1,–1).(1,–1,1,1) encode1=(1,1).(–1,–1,1,1)
3 encode0=((1,–1),(–1,1),(1,–1),(1,–1)) encode1=((–1,–1),(–1,–1),(1,1),(1,1))
4 signal0=(1,–1,–1,1,1,–1,1,–1) signal1=(–1,–1,–1,–1,1,1,1,1)
Bởi vì tín hiệu 0 và tín hiệu 1 được truyền đồng thời trong ko gian, chúng được cộng với
nhau để tạo ra tín hiệu thô: (1,-1,-1,1,1,-1,1,-1) + (-1,-1,-1,-1,1,1,1,1) = (0,-2,-2,0,2,0,2,0).
Tín hiệu thô này được gọi là mẫu giao thoa. Mẫu giao thoa được thu rồi sau đó để rút ra

tín hiệu dành riêng cho từng bộ thu, bộ thu kết hợp mã bộ phát với mẫu giao thoa.Bảng sau
giải thích điều đó thực hiện như thế nào.
Step Decode sender0 Decode sender1
0 vector0=(1,–1), pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0) vector1=(1,1), pattern=(0,–2,–2,0,2,0,2,0)
1 decode0=pattern.vector0 decode1=pattern.vector1
2 decode0=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,–1) decode1=((0,–2),(–2,0),(2,0),(2,0)).(1,1)
3 decode0=((0+2),(–2+0),(2+0),(2+0)) decode1=((0–2),(–2+0),(2+0),(2+0))
4 data0=(2,–2,2,2)=(1,0,1,1) data1=(–2,–2,2,2)=(0,0,1,1)
Sau khi giải mã, các giá trị lớn hơn 0 được hiểu là 1 trong khi những giá trị nhỏ hơn 0
được hiểu là 0. Ví dụ, sau giải mã, dữ liệu 0 là (2,-2,2,2) được bộ thu hiểu là (1,0,1,1).
4, Kĩ thuật trải phổ trong CDMA:
Kĩ thuật trải phổ là các phương pháp trong đó, năng lượng được tạo ra trong băng thông
đặc biệt đã được trải rộng ra một cách tính toán trước trong miền tần số, điều này dẫn đến tín
hiệu có độ rộng băng rộng hơn. Những kĩ thuật này được sử dụng cho nhiều lý do, kể cả việc
thiết lập liên lạc an toàn, tăng khả năng chống giao thoa và nhiễu, và chống đánh cắp thông tin.
Truyền thông trải phổ được đặc trưng bởi 3 yếu tố sau:
(1) Tín hiệu chiếm băng thông lớn hơn nhiều băng thông cần thiết để gửi thông tin. Điều này
dẫn đến nhiều tiện lợi, như là chống giao thoa và nhiễu, truy cập đa người dùng.
(2) Băng thông được trải ra bởi các của mã mà mã này độc lập với dữ liệu. Sự độc lập của
mã phân biêt giữa nó với các cách điều chế chuẩn mà trong đó, việc điều chế dữ liệu sẽ
luôn trải phổ ra một chút.
(3) Máy thu đồng bộ mã để khôi phục lại dữ liệu. Việc sử dụng mã độc lập và thu đồng bộ
cho phép nhiều người dùng truy cập vào cùng một dải tần vào cùng một thời điểm.
Trải phổ dãy trực tiếp (Direct sequence spread spectrum - DSSS) là một kĩ thuật điều chế
trong số các kĩ thuật trải phổ. Kĩ thuật này có các đặc điểm:
(1) Nó điều chế pha sóng sine một cách giả ngẫu nhiên với chuỗi các biểu tượng mã giả
ồn (PN code), được gọi là “chips”, mỗi chip có chu kì ngắn hơn bit dữ liệu. Tức là, mỗi
bit dữ liệu được điều chế bởi một chuỗi các chip có tốc độ lớn hơn. Do đó, tốc độ chip
cao hơn tốc độ bit dữ liệu.
(2) Nó sử dụng một cấu trúc tín hiệu, trong đó chuỗi các chip tạo ra bởi bộ phát mà bộ

phát đó được bộ thu ưu tiên nhận biết. Sau đó, bộ thu sử dụng cùng chuỗi PN để “trung
hòa” tác dụng của chuỗi PN trong tín hiệu đã nhận, để tái tạo lại dữ liệu.
giới thiệu một hệ thống trải phổ dãy trực tiếp đơn giản. để rõ ràng, hình chỉ giới thiệu 1 kênh hoạt động trên 1
hướng
Phương thức truyền: Sự truyền trải phổ dãy trực tiếp nhân dữ được truyền với tín hiệu
“ồn”. Tín hiệu ồn này là dãy giả ngẫu nhiên của hai giá trị 1 và -1, tại tần số lớn hơn nhiều tần
số của tín hiệu gốc, nhờ đó mà trải năng lượng của tín hiệu gốc vào một dải rộng hơn nhiều.
Tín hiệu được tạo ra giống như ồn trắng, như việc ghi âm thanh của nhiễu. Tuy nhiên, tín hiệu
giống ồn này có thể được sử dụng để tái tạo chính xác dữ liệu gốc tại đầu cuối thu, bằng cách
nhân nó với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự (bởi vì 1 x 1 = 1, và -1 x -1 = 1). Quá trình này,
được biết là rút gọn phổ, thiết lập một cách chính xác sự tương quan của dãy PN được truyền
với dãy của bộ thu. Nếu một bộ phát ko mong muốn truyền cùng kênh nhưng với chuỗi PN
khác (hoặc ko dùng chuỗi PN), quá trình co phổ dẫn đến kết quả là ko có lợi ích quá trình cho
tín hiệu đó. Tác động này là cơ bản cho thuộc tính CDMA của DSSS, điều này cho phép đa bộ
phát cùng chia sẻ một kênh truyền trong giới hạn tính tương quan chéo của chuỗi PN.
5, Thu – phát tín hiệu trong CDMA:
 Việc truyền tín hiệu gồm có các bước sau:
(1) Mã giả ngẫu nhiên được sinh ra, mỗi kênh khác nhau và mỗi kết nối thành công
(2) Thông tin dữ liệu điều chế thành mã giả ngẫu nhiên (dữ liệu được “trải ra”)
(3) Tín hiệu thu được sau đó được điều chế sóng mang.
(4) Sóng mang đã điều chế được khuếch đại và truyền đi.
 Việc nhận tín hiệu gồm các bước sau:
(1) Sóng mang nhận được rồi khuếch đại lên.
(2) Tín hiệu nhận được được trộn với sóng mang tại máy thu để khôi phục tín hiệu số trải
rộng.
(3) Một mã giả ngẫu nhiêu được sinh ra, phù hợp với tín hiệu mong đợi.
(4) Bộ thu thu được mã đã nhận và pha chốt mã của nó với mã nhận đc.
(5) Tín hiệu đã nhận được tương quan với mã được sinh ra, từ đó rút ra dữ liệu.
 Phát tín hiệu:
Tín hiệu đầu vào của hệ thống CDMA có thể là thông tin dữ liệu từ vài nguồn, như là

tiếng nói được số hóa hay kênh ISDN. Tốc độ dữ liệu có thể thay đổi, ví dụ:
Data Source Data Rate
Voice Pulse Code Modulation (PCM) i u ch xung mãĐ ề ế 64 kBits/sec
Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) 32 kBits/sec
Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) 16 kBits/sec
ISDN Bearer Channel (B-Channel) 64 kBits/sec
Data Channel (D-Channel) 16 kBits/sec
Hệ thống làm việc ở tốc độ dữ liệu 64kb/s, nhưng có thể chấp nhận tốc độ đầu vào
8,16,32kb/s. Đầu vào nhỏ hơn 64kb/s được đệm thêm bit để tốc độ trở thành 64kb/s
Với đầu vào 8, 16, 32 hay 64kb/s, hệ thống áp dụng mã sửa lỗi trước (FEC), làm gấp đôi
tốc độ bít lên 128kb/s. Mô hình điều chế phức, truyền 2 bít một lúc, cứ 2 bít được mã thành 1
biểu tượng. Với đầu vào nhỏ hơn 64kb/s, mỗi biểu tượng được lặp lại để tốc độ truyền đạt
được 64k biểu tượng/s. Mỗi thành phần của tín hiệu phức mang 1 bit của 2 bit biểu tượng, ở
64kb/s, được chỉ ra ở bên dưới.
Tạo mã giả ngẫu nhiên: Với mỗi kênh, trạm cơ cở tạo một mã duy nhất, mã này thay
đổi cho mỗi kết nối. Trạm cơ sở cộng tất cả các mã truyền với nhau cho mọi thuê bao. Đơn vị
thuê bao tạo chính xác mã phù hợp của nó và sử dụng mã đó để rút ra tín hiệu dành riêng cho
thuê bao đó. Mỗi thuê bao sử dụng vài kênh độc lập.
Tương quan mã: Trong phần này, tương quan được chỉ ra dưới ý nghĩa toán học. Nói
chung, hàm tương quan có những tính chất sau:
 Bằng 1 nếu 2 mã giống hệt nhau
 Bằng 0 nếu 2 mã không có điềm nào chung
Giá trị trung gian chỉ ra mã giống nhau bao nhiêu. Mã càng giống nhau, bộ thu càng khó
rút ra được tín hiệu chính xác.
Có 2 hàm tương quan:
 Tương quan chéo: Tương quan của 2 mã khác nhau. Như chúng ta vừa nói, nó phải
càng nhỏ càng tốt.
 Tương quan tự động: Tương quan của mã với chính phiên bản hiệu trễ của nó. Để
loại bỏ giao thoa đa đường, hàm này phải bằng 0 để bất kì thời gian trễ đều khác 0.
Bộ thu sử dụng tương quan chéo để phân biệt (tách) tín hiệu thích hợp ra khỏi tín hiệu

(có ý nghĩa) của bộ thu khác; tương quan tự động để loại bỏ giao thoa đa đường.
Trải phổ mã giả ngẫu nhiên: dữ liệu đã được mã hóa FEC điều chế thành mã giả ngẫu
nhiên. Vài thuật ngữ được liên quan đến mã giả ngẫu nhiên:
 Chipping Frequency (fc): tốc độ bit của mã PN
 Information rate (fi): Tốc độ bit của dữ liệu
 Chip: 1 bit của mã PN
 Epoch: chu kì của mã