Kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến, hệ thống WCDMA, hệ thống CDMA 2000

7. Kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến

Trạm gốc

Hướng xuống
Hướng lên

Trạm di động

Trạm di động

Trạm di động

Trạm di động
1


° Các kỹ thuật đa truy nhập vô tuyến
– Đa truy cập phân chia tần số FDMA (Frequency Division
Multiple Access)
Thuê bao được phân bởi tần số
– Đa truy cập phân chia thời gian TDMA (Time Division
Multiple Access)
Thuê bao được phân chia bằng thời gian và tần số.
– Đa truy cập phân chia mã CDMA (Code Division
Multiple Access)
Thuê bao được phân chia bằng mã.
2


C

C

f2

B

B

A

Fre
qu
e

nc

y

° Kyõ thuaät ña truy nhaäp voâ tuyeán FDMA

f1

A

f0

Time

3

qu
e

nc

y

° Kyõ thuaät ña truy nhaäp voâ tuyeán TDMA

F re

A
B
C

B

A

C

B

A

C

B

A

C

B

f0

A

C
Time

4


° Kyõ thuaät ña truy nhaäp voâ tuyeán CDMA
spread spectrum
Radio Spectrum

Base-band Spectrum

Code B
Code A

cy

B

A

Code A

Fr

A

eq
ue
n

B

C

B
A

Sender

A

C

B
A

Time

B

A

Receiver

C

B

5

C

B


Caực kyừ thuaọt ủa truy nhaọp voõ tuyeỏn

power

FDMA

TDMA
f

tim

e

CDMA

y
enc
u
q
fre

power

e

power

tim

cy
uen
q
e
r

tim

y
enc
u
q
fre

e

6


– Đặc điểm của kỹ thuật FDMA
♦ Ưu Điểm:
+ Đơn giản
+ Hiện tượng ISI bé -> không cần bộ cân bằng (equalizer)
+ Không cần đồng bộ mạng
+ Đồng bộ khung và khôi phục đònh thời bit dễ
+ Không cần bộ mã hóa thọai (Voice Coder)
♦ Khuyết Điểm:
+ Cần một khỏang băng bảo vệ (guard band)
+ Khó mật mã
+ Không hiệu quả khi không có thọai truyền
+Dung lượng thấp (sử dụng băng tần không hiệu quả)
7


– Đặc điểm của kỹ thuật TDMA
* Ưu Điểm:
+ Chia sẽ tần số cho N người dùng bằng sắp xếp thời gian
+ Tốc độ bit thay đổi được
+ Nhiễu giữa các người dùng giảm
+ MS được điều khiển, đo đạt
* Khuyết Điểm:
+ Hiện tượng ISI --> cần bộ cân bằng
+ Đồng bộ mạng và khôi phục đònh thời bit
+ Nhiều thông tin mào đầu và phần cứng phức tạp

+ Dung lượng hạn chế do băng tần và khe thời gian
8


– Đặc điểm của kỹ thuật CDMA
* Ưu Điểm:
+ Dễ mật mã thông qua chuổi mã giả ngẫu nhiên PN
(Pseudo Noise sequence) dùng kỹ thuật trải phổ
+ Dung lượng lớn và mền
+ Chuyển giao mền
+ Công suất phát thấp
+ Hiệu quả sử dụng tần số cao (hệ số sử dụng lại tần số 1)
+ Chất lượng tốt
+ Dễ dàng đònh vò thuê bao
+ Nhiều lọai hình dòch vụ
* Khuyết Điểm:
+ Vấn đề điểu khiển công suất MS và BTS phức tập
+ Vấn đề đồng bộ chuổi PN phức tạp (đồng bộ
9 thô và tinh
chỉnh)


° Cấu trúc cơ bản của một hệ thống CDMA
Dòng Bit (Bit Stream)
Mã
Mã Hó
Hóaa
Thọ
Thọaaii

Mã
Mã Hó
Hóaa
Kê
Kênnhh

Điề
Điềuu Chế
Chế
Số
Số

Ghé
Ghépp Xen
Xen

Đa
Đa Truy
Truy
Cậ
Cậpp

Trả
Trảii Phổ
Phổ

Má
Máyy Phá
Phátt

Dạng Sóng (Wave Form)

Hướng Lên

10


° Cấu trúc cơ bản của một hệ thống CDMA
Dòng Bit (Bit Stream)
Giải Mã
Hóa Thọai

Giải Mã
Hóa Kênh

Giải Điều
Chế Số

Giải
Ghép Xen

Đa Truy
Cập

Dồn Phổ

Máy Thu

Dạng Sóng (Wave Form)

Hướng Xuống

11


° Các kỹ thuật trải phổ (SS - Spread Spectrum) dùng trong hệ
thống CDMA
– Trải phổ chuổi trực tiếp DS/SS (Direct Sequence - SS)
Phổ tín hiệu được trải bằng cách nhân trực tiếp với chuổi PN có
tốc độ chip cao
– Trải phổ nhảy tần FH/SS (Frequency Hopping - SS)
Phổ tính hiệu được trải bằng cách nhảy tần trên một tập tần số
nhảy. (cách nhảy được xác đònh bằng chuồi PN)
–Trải phổ nhảy thời gian TH/SS (Time Hopping - SS)
Phổ tín hiệu được trải bằng cách một khối dữ liệu được nén và
truyền gián đọan trong một hoặc vài khe thời gian (time slot)
trong một khung (frame). Mô hình nhảy thời gian được xác đònh
bằng chuổi PN
12


° Cơ sở tóan học: Hàm tương quan (Correlation Function) và mật
độ phổ công suất (Power Spectral Density)
– Tín hiệu xác đònh:

∞
2

Tín hiệu năng lượng:

x(t )
ε
x= ∫

Tín hiệu công suất:

1 0
2
Pave = lim
x
(
t
)
∫ dt < ∞
t
0−
t0 →
∞
t /2

dt < ∞

−
∞

t /2
0

Hàm tự tương quan tín hiệu công suất:

1 t0 / 2
Rx(τ) = lim
x(t +τ) x(t )dt
∫
t0 →
∞t0 −t0 / 2

Hàm tự tương quan tín hiệu tuần hoàn:

1
Rx(τ) =
TP

t+
TP

∫x(t +τ) x(t )dt
t

13


– Tín hiệu xác đònh (tt) :
∞

−j 2πfτ
(f)
=
F{
R

(
)
}
=
R
(
τ
)
e
dτ
ϕ
τ
x
x
x
∫
Mật độ phổ công suất:
−∞

Suy ra:

Rx(τ) = F -1 {ϕx(f)} =

Công suất trung bình:

∞

−j 2πfτ
ϕ
(

f
)
e
df
∫x

−∞

∞

 ∞
−
j 2π
fτ
Pave = 
df =
x ( f )e
x ( f ) df
∫
∫



−
∞

∞
τ
=
0 −

ϕ

ϕ

∞

Tự tương quan của tín hiệu năng lượng:
Năng lượng trung bình:

ε
x( f ) df
x = R (0) = ∫
x

∞
2

−
∞

Rx(τ) = ∫x(t +τ) x(t )dt
−∞

14


– Tín Hiệu ngẫu nhiên:
Giá trò trung bình của một tín hiệu:
Hàm tự tương quan của tín hiệu ngẫu nhiên:

Rx(t + τ,t) = E(X(t + τ)X(t))=
Hàm mật độ phổ công suất:

∞∞

∫∫p

x( t +τ ),x( t )

( x1 , x2 )x1 x2 dx1dx2

−∞− ∞

∞

ϕx(f) = F{ Rx(τ) } = ∫Rx (τ)e −j 2πfτdτ
−∞

Hàm tự tương quan :

Rx(τ) = F {ϕ
x(f)} =

Công suất trung bình:

-1

∞

∫ϕx ( f )e

−j 2π
fτ

df

−∞

∞

Pave = E(X2(t)) = Rx(0) = ∫
ϕ
x ( f )df
−
∞

15


– Tín hieäu nhò phaân:

16


– Hàm tự tương quan và mật độ phổ công suất:

17

–

Chuoåi giaû ngaãu nhieân:

c( t) =

∞

∑c

k =−∞

k

∏TC (t − kTC )
18


–

Töï töông quan vaø töông quan cheùo:
Spreading Code A

Spreading Code A

1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1

1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1

one data bit duration

one data bit duration

Spreading Code A

Spreading Code B

1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1

1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

Self-Correlation
for each code is 1.

Cross-Correlation
between Code A and Code B = 5/16

19


– Hàm tự tương quan của chuổi giả ngẫu nhiên PN:

20


Traỷi phoồ chuoồi trửùc tieỏp DS/SS BPSK maựy phaựt:

b(t ) =



b

k =

c( t) =

21

k



c

k =

k

T (t kT )

TC (t kTC )


Traỷi phoồ chuoồi trửùc tieỏp DS/SS BPSK maựy thu:
W(t)=Ab(t-)c2(t-)sin(2fct+)

=Ab(t - )sin(2fct+)

Zi =

ti +T



w(t )sin(2 f ct + ' ) dt

ti

ti +T

=A



b(t ) sin 2 (2 f c t + ' ) dt

ti

A
=
2

ti +T

b(t )(1 cos(4 f ct + 2 ' ) dt

ti

22


– Mật độ phổ công suất của tín hiệu: tin tức, chuổi PN và DS/SS-BPSK

23


– CDMA 1 ngöôøi gôûi

24


– CDMA 2 ngöôøi gôûi

25