lý thuyết và ứng dụng trong mạng CDMA.doc

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
Chơng 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 thờng ...15
1.5 Các nguyên lý trải phổ ...15
1.6 Các hệ thống thông tin trải phổ ..17
Chơng 2 Hàm tự tơng quan và chuỗi giả tạp âm .18
2.1 Các hàm tự tơng 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
Chơng 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
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 ..
Chơng 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 lợc tìm bắt mã khác .
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 1
Báo cáo thực tập
Chơng 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
Chơng 6 Hiệu năng của đa thâm nhập phân chia theo mã chuỗi trực tiếp .
6.1 Nguyên lý CDMA .
6.2 CDMA với các phơng pháp điều chế khác và mã hoá kênh
6.3 CDMA ở các kênh fading nhiều tia ..
Chơng 7 Thiết kế giao diện cho hệ thống CDMA
7.1 Dung lợng 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 hớng về
7.6.2 Kênh truy nhập và kênh lu lợng hớng về
7.6.3 Tín hiệu kênh CDMA hớng đi
7.6.4 Bù chuỗi PN ..

Chơng 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
Chơng 1 GPS thu và phát đồng bộ nh thế nào ?
1.1 Bắt mã PN
1.1.1 Phơng 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 .
Chơng 2 Sơ đồ khối và mô hình cụ thể ..
Phụ lục:
Các từ viết tắt.
Tài liệu tham khảo.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 2
Báo cáo thực tập
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 đợc nghiên cứu và
ứng dụng trong quân sự từ những năm 1930, tuy nhiên gần đây các kỹ thuật này
mới đợc 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 ngời 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 đợc dung
lợng 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 đợc 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 ngời 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 lợng 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 phơng án thông tin di động số mới. Để tìm kiếm hệ thống thông tin di động
số mới ngời ta nghiên cứu công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã trên cơ sở trải
phổ (CDMA). Đợc thành lập năm 1985 , Qualcom , sau đó đợc gọi là thông tin
Qualcom (Qualcom communications ) đã phát triển công nghệ CDMA cho thông
tin di động và đã nhận đợc nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này . Qualcom đã
da ra phiên bản CDMA đầu tiên đợc gọi là iS-95A. Hiện nay phiên bản mới IS-
2000 đã đợc đa 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.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 3
Báo cáo thực tập
Chơng1. Tổng quan về hệ thống điện thoại di động
Cellular
1.1Giới 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 tơng 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 phơng thức thông tin vạn năng .
ở châu Âu tồn tại một số hệ thống tổ ong tơng tự lớn nh NMT(Nordic
mobitelephone- Điện thoại di động bắc Âu) và TACS (Tortal Access
Communication System- Hệ thống thông tin truy nhập toàn bộ ) ở vơng quốc Anh.
Các nớc ở Tây Âu cũng cung cấp các dịch vụ tổ ong. Chất lợng, dung lợng và vùng
phủ rất đa dạng nhng yêu cầu hầu nh đã vợt xa dự tính. Tuy nhiên hầu hết các hệ
thống này chỉ dùng trong nớc, không sử dụng đợc điện thoại di động ngoài nớc, 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 lợng hiện nay. Thực chất dung lợng 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 đợc 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 ) đa ra năm 1991, hoạt động ở dải tần 900, 1800, 1900
MHz. GSM đợc phát triển nhanh chóng bởi có chuẩn quốc tế, áp dụng công nghệ
số đảm bảo chất lợng thoại và sử dụng hiệu qủa tài nguyên hệ thống. Ngày nay,
GSM có mặt tại khoảng 135 nớc 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 d-
ỡng (O&M) đợc 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 hớng tới hệ thống viễn
thông di động phổ biến (UMTS) trong di động thế hệ thứ 3 và hơn nữa.
Lu 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 nh thoại, thông tin số
liệu tốc độ cao, facimile và dịch vụ bản tin ngắn.
Các u điểm của hệ thống GSM:
- Hỗ trợ Roamming quốc tế.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 4
-------- : Truyền báo hiệu
: Truyền lưu lượng
Báo cáo thực tập
- Tách biệt giữa thiết bị đầu cuối và nhận dạng ngời dùng.
- Chất lợng thoại tốt.
- Dịch vụ đa dạng.
- Có thể làm việc với các mạng viễn thông khác nh 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 nh 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 đợc 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 dỡng (OSS - Operation SubSystem). Hệ thống BSS là một mạng

gồm nhiều ô vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ 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 đợc 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
nh 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 dỡng OSS có nhiệm vụ chính là theo dõi tổng quan hệ thống và hỗ trợ các
hoạt động bảo dỡng của các đơn vị khai thác và bảo dỡng 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 lợng dịch vụ cao nhất có thể.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 5
-------- : Truyền báo hiệu
: Truyền lưu lượng
Báo cáo thực tập
Sơ đồ mô hình của hệ thống GSM đợc mô tả nh ở hình 1.1 dới đây :
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 đợc 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 phơng 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 đợc
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 lu lợng TCH (nhỏ hơn rất nhiều lần con số
56,6Kbps mà một kết nối internet truyền thống có thể đạt đợc).
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 đợc các nhợc 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 đợc chỉ
định trên một đờng vô tuyến ( có thể cả 8 Ts)
Các u điểm của GPRS:
- Sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến.
- Đa ra phơng thức tính cớc linh hoạt dựa trên khoảng thời gian kết
nối có đợc 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.
- Đợc 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 t 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 t các thiết bị:
Ngời hớng 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
- 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
1.3Sự phát triển của hệ thống cellular
1.3.1 FDMA
Nhiều ngời đã làm quen với FDMA. Với FDMA, ngời dùng đợc 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 đợc hiệu suất trung kế cao nhất bằng cấp phát ban

đầu từ kênh điều khiển chung ; tất cả các MS đợc khởi tạo một 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
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 7
External IP
Network
SGSN
BSC/PCU
MSC/VLR
GGS
N
HLR
BTS
Abis
A
Gb
Gs
Gn
Gr
OSS
Báo cáo thực tập
dành riêng. Nhờ kênh này, MS nhận đợc dữ liệu báo hiệu gồm các lệnh về kênh tần
số dành riêng cho lu lợng ngời dùng. Sự báo hiệu giống nh bảng chỉ dẫn Các cơ
quan quản lý nhà nớc 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 vợt trội so với các kênh tần số có
thể, thì một số ngời dùng bị chặn không đợc truy cập. Phổ tần số quy định cho liên
lạc di động đợc chia thành 2N dải tần số kế tiếp cách nhau một dải tần phòng vệ.
Mỗi dải tần số đợc gán cho một kênh liên lạc, N dải kế tiếp dành cho liên lạc hớng
lên, sau một dải tần phân cách là N dải kế tiếp dành cho liên lạc hớng xuống. Đặc
điểm: Mỗi MS đợc 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), nh đợc 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 đợc 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, ngời ta coi vùng phục vụ tơng ứng nh 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 đa ra các mẫu tái sử dụng tần số khác nhau.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 8
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 lợng các ô trong cụm đó đợc gọi là yếu tố tái sử dụng tần số
(K).
Hình 1.4: Búp sóng của anten định hớng
Trong trờng hợp này thì hiệu quả tái sử dụng tần số tăng lên nếu một anten
định hớng đợc sử dụng tại BS vì giao thoa tần số chỉ ảnh hởng đến các BS sử dụng
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 9
3 1 2 3 1 2
1 2 3 1 2 3
Phát Thu Trống Phát Thu Trống
Báo cáo thực tập
cùng một kênh trong anten phát xạ định hớng 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 đợc 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 trờng hợp không có kênh trong ô mới.
Dịch vụ chuyển vùng ngoài hệ thống thông thờng có thể đợc 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 đa 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 lợng 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
hệ thống
Có Có Có Bị giới hạn
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 d và
khoảng lặng trong truyền thoại, cũng cho phép giảm thời gian truyền để trình diễn
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 10
3 1 2 3 1 2
1 2 3 1 2 3
Phát Thu Trống Phát Thu Trống
Báo cáo thực tập
tín hiệu thoại.Trong thông tin TDMA thì nhiều ngời sử dụng một sóng mang và
trục thời gian đợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều ngời
sử dụng sao cho không có sự chồng chéo. Các thuê bao truy cập kênh theo một ch-
ơng 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 ngời sử dụng một kênh chung. Các
thuê bao khác nhau dùng chung kênh nhờ cài xen thời gian, mỗi thuê bao đợc 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
đợc chia riêng từng thuê bao một khe trời gian trong cấu trúc khung tuần hoàn 8
khe. Khe thời gian GSM dài 577 às. Một khung GSM dài 8x577=4.614 às.
Đặc điểm: Tín hiệu của thuê bao đợc truyền dẫn số. Liên lạc song công mỗi
hớng 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.
TDMA đợc 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 nhng cả 2 hệ
thống này đều có thể đợc coi nh là sự tổ hợp của FDMA và TDMA vì ngời sử dụng
thực tế dùng các kênh đợc 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 nh hệ thống AMPS. Khoảng cách sóng mang là 30 KHz và mỗi kênh
tần số đợc 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 tơng 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 đợc xây dựng từ những năm 1950 và đợc 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 đợc thơng mại
hoá từ phơng pháp thu GPS và Ommi-TRACS, phơng pháp này cũng đã đợc đề
xuất trong hệ thống tổ ong của Qualcomm - Mỹ vào năm 1990.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 11
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
Trong thông tin CDMA thì nhiều ngời sử dụng chung thời gian và tần số, mã
PN (tạp âm giả ngẫu nhiên) với sự tơng quan chéo thấp đợc ấn định cho mỗi ngời
sử dụng. Ngời 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 nh ở đầu phát và khôi phục
lại tín hiệu dự định nhờ việc trải phổ ngợc các tín hiệu đồng bộ thu đợc.
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. 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 đ-
ờng 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. Phân tập theo thời gian đạt đợc 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 thờng có ảnh hởng 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 đợc áp dụng cho tất cả các hệ thống số có tốc độ mã
truyền dẫn cao mà thủ tục sửa sai yêu cầu. Nhng các phơng pháp khác có thể dễ
dàng áp dụng chỉ cho hệ thống CDMA. Dải rộng của phân tập theo đờng truyền có
thể đợc 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 trờng 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
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.
Việc chuyển giao cuộc gọi thông qua trình tự: BS ban đầu, cả hai BS, BS mới.
Lợc đồ đó làm tối thiểu hoá sự gián đoạn cuộc gọi và làm cho ngời 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 - trớc khi - cắt.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 12
Báo cáo thực tập
Sau khi cuộc gọi đợc thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu cuả BS bên
cạnh để so sánh cờng độ tín hiệu của ô bên cạnh với cờng độ tín hiệu cuả ô đang sử
dụng. Nếu cờng 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 cờng độ tín hiệu và số hiệu cuả BS mới. Sau đó, MSC thiết lập một đ-
ờng nối mới giữa máy di động và BS mới và bắt đầu quá trình chuyển vùng mềm
trong khi vẫn giữ đờng kết nối ban đầu. Trong trờng hợp máy di động đang trong
một vùng chuyển đổi giữa hai BS thì cuộc gọi đợc thực hiện bởi cả hai BS sao cho
chuyển vùng mềm có thể thực hiện đợc mà không có hiện tợng ping-pong giữa
chúng. BS ban đầu cắt đờng 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 đợc 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 hớng 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 tơng ứng với 6% của giao thoa tổng.
Hình 1.5 Giao thoa từ BS bên cạnh
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 13
Báo cáo thực tập
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
BS là định hớng (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 lợng máy di động trong BS. Do đó, dung
lợng cung cấp bởi toàn bộ hệ thống tăng lên xấp xỉ 3 lần.
Hệ thống CDMA cũng áp dụng kỹ thuật nén số nh TDMA, nhng 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 thờng
Thông thờng mỗi thuê bao của một hệ thống đa truy nhập đợc cung cấp các
nguồn nào đó , chẳng hạn nh 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 nh 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 lợng của mỗi kênh bị giới hạn bởi dải thông và thời gian
đợc 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 thờng của truyền dẫn đã tạo ra hiệu ứng che khuất và pha
đinh đa đờng. Sự mất pha giữa các đờng truyền lan khác nhau có thể gây ra pha
đinh nghiêm trọng khi mỗi kênh đợc phân bố một dải thông hẹp. Ngời ta có thể tạo
ra một hệ thống đa truy nhập chịu đựng đợc 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 tơng ứng tại máy thu. Tuy nhiên bản thân các
phơng pháp số hoá cũng chẳng thể làm thay đổi đợc các hạn chế cơ bản: các kênh
không thể đợc 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 đờng hơn. Các yếu tố này kết hợp lại
sẽ làm giảm dung lợng 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. Ngợc 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 lợng yêu cầu. Mỗi thuê bao sử dụng một tín hiệu băng
rộng giống nh tạp âm chiếm toàn bộ dải tần phân bố trong mức cần thiết . Theo
cách nh vậy mỗi thuê bao tham gia vào tạp âm nền tác động đến tất cả các thuê bao
khác, nhng ở phạm vi ít nhất có thể có ! Can nhiễu bổ xung này làm hạn chế dung
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 14
Báo cáo thực tập
lợng, nhng vì phân bố tiềm năng thời gian và dải thông không bị giới hạn, cho nên
cuối cùng dung lợng cũng lớn hơn đáng kể so với các hệ thống thông thờng .
Theo đánh giá sơ bộ dung lợng tuyến lên của một hệ thống trải phổ nh vậy
đã cho kết quả theo lập luận sau đây: Giả sử mỗi thuê bao sử dụng một sóng mang
tạp âm Gauss băng rộng và giả sử dạng sóng này lu trữ tại cả máy phát và máy thu,
điều chế và giải điều chế chỉ là các phép tính nhân đơn giản tại băng gốc đợc đồng
bộ giữa các vị trí. Giả sử tiếp: công suất phát của mỗi thuê bao đều đợc khống chế
sao cho tất cả các tín hiệu đều đợc thu tại trạm gốc với cùng một mức công suất nh
nhau. Nếu công suất tín hiệu thu của mỗi thuê bao là P
S
(S), và tạp âm nền có thể bỏ
qua thì công suất can nhiễu tổng cộng I có ở bộ giải điều chế của mỗi thuê bao là:
I=(k
U
-1)P

S
(1.1)
trong đó k
U
là tổng số thuê bao có mức năng lợng bằng nhau .
Bây giờ giả sử rằng bộ giải điều chế số cho mỗi thuê bao có thể hoạt động
trên nền tạp âm Gauss tại mức mật độ năng lợng bit/tạp âm là E
b
/I
0
. Tham số này là
hệ số phẩm chất của modem số . Nó thờng biến đổi trong phạm vi giữa 3 và 9 dB,
tuỳ thuộc vào việc thực hiện nó, sử dụng mã sửa sai , những yếu tố làm giảm chất l-
ợng kênh, và đơng nhiên, cả các yêu cầu về tỷ lệ lỗi nữa. Mật độ tạp âm do bộ giải
điều chế của mỗi thuê bao nhận đợc sẽ là:
I
0
=I/W (1.2)
Do W(Hz) là toàn bộ dải thông trải phổ của các sóng mang tạp âm băng rộng mà
mật độ phổ của chúng đợc giả định là đồng nhất trên toàn dải thông này ; Tơng tự
nh vậy , năng lợng thu đợc cho mỗi bit là:
E
b
=P
S
/R (1.3) (R: Tốc độ số liệu bit/s)
Kết hợp các công thức từ (1.1) đến (1.3) cho thấy , với những giả thiết nh trên, số l-
ợng các thuê bao có thể cùng tồn tại trong một tế bào biệt lập có quan hệ đến hệ số
giãn phổ và yêu cầu E
b

/I
0
của bộ giải điều chế theo hệ thức:
K
U
-1=
IEP
bS
RW
0
/
/1
=
(1.4)
Tiếp tục giả thiết rằng có thêm hai đặc trng cần xử lý đợc bổ xung vào hệ
thống đa truy nhập trải phổ nhằm hạn chế bớt can nhiễu. Trớc hết, là chấm dứt quá
trình truyền dẫn hoặc ít nhất cũng phải giảm tốc độ và công suất của nó , khi hoạt
động của tiếng nói (hay số liệu) không hiện diện hoặc bị giảm đi. Đối với một vùng
dân c đồng đều điều này sẽ làm giảm công suất tín hiệu trung bình của tất cả các
thuê bao và do vậy sẽ làm giảm đợc can nhiễu mà mỗi thuê bao thu đợc. Theo đó
dung lợng sẽ tăng lên tỷ lệ thuận với độ giảm số liệu tổng thể này với điều kiện mật
độ thuê bao là đủ lớn sao cho luật mờ của các số lớn đảm bảo can nhiễu gần với giá
trị trung bình của nó trong hầu hết thời gian.
Ngời hớng dẫn: PGS.TS Hồ Anh Tuý Sinh viên: Nguyễn Bá Long 15