Giới thiệu về hệ thống thông tin di động

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

CHUONG 1: GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN

DI DONG
I. SU PHAT TRIEN CUA THONG TIN DI DONG :
Vô tuyến di động đã được sử dụng gần 7§ năm. Mặc đù các khái niệm tổ ong,
các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác đã đ-

ược biết đến trước đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những năm 1960
mới xuất hiện ở các dạng sử dụng được và khi đó nó chỉ là các sửa đơi thích ứng

của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại đi động đầu tiên này ít tiện
lượi và dung lượng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các hệ thống
điện thoại tổ ong điều tần song công sử đụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia

theo tần số (FDMA) đã xuất hiện vào những năm 1980. Cuối những năm 1980
người ta nhận thấy răng các hệ thống tô ong tương tự không thể đáp ứng được
nhu cầu ngày càng tăng vào thế kỷ sau nêu như khơng loại bỏ được các hạn chế
có hữu của các hệ thống này.
(1) Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp.
(2) Tiếng ồn khó chịu và nhiễu xây ra khi máy đi động chuyển dịch trong
môi trường pha đinh đa tia.

(3) Không đáp ứng được các dịch vụ mới hấp dẫn đối với khách hàng.
(4) Không cho phép giảm đáng kể giá thành của thiết bị đi động và cươ sở hạ
tầng.
(Š) Khơng đảm bảo tính bí mật của các cuộc gọi.
(6) Khơng tương thích giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là ở Châu Âu,
làm cho thuê bao không thể sử dụng được máy di động của mình ở nước
khác.

Giải pháp duy nhất để loại bỏ các hạn chế trên là phải chuyển sang sử dụng kỹ
thuật thông tin số cho thông tin đi động cùng với các kỹ thuật đa truy nhập mới.
Hệ thống thông tin đi động số sử dụng kỹ thuật đa thâm nhập phân chia theo

thời gian (TDMA) đầu tiên trên thế giới được ra đời ở Châu Âu và có tên gọi là

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

1


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

GSM. GSM duoc phat triển từ năm 1982 khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến
CEPT để quy định một dịch vụ viễn thông chung châu Âu ở băng tần 900 MHz.

Năm 1985 hệ thống số được quyết định. Tháng 5 năm 1986 giải pháp TDMA.
băng hẹp đã được lựa chọn. ở Việt Nam hệ thống thông tin di động số GSM

đ-

ược đưa vào từ năm 1993.

Ở Mỹ khi hệ thống AMPS

tương tự sử dụng phương thức FDMA

được triển

khai vào giữa những năm 1980, các vẫn đề dung lượng đã phát sinh ở các thi

trường di động chính như: New York, Los Angeles và Chicago. Mỹ đã có chiến

lược nâng cấp hệ thống này thành hệ thống số: chuyến tới hệ thống TDMA được
ký hiệu là IS- 54. Việc khảo sát khách hàng cho thấy chất lượng của AMPS tốt

hươn. Rất nhiều hãng của Mỹ lạnh nhạt với TDMA, AT &T là hãng lớn duy
nhất sử dụng TDMA.

Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS - 136,

cịn được gọi là AMPS số (D-AMPS). Nhưng khơng giống như IS - 54, GSM đã
đạt được các thành cơng ở Mỹ.
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin đi động số mới là công nghệ
đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật trải
phơ trước đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Được thành lập vào
năm 1985, Qualcom đã phát phiền công nghệ CDMA

cho thông tin đi động và

đã nhận được nhiều bằng phát minh trong lĩnh vực này. Đến nay công nghệ này
đã trở thành công nghệ thống trị ở Bắc Mỹ,

Qualcom đã đưa ra phiên bản

CDMA đầu tiên được gọi là IS - 95 A.
Các mạng CDMA thương mại đã được đưa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng
Kông. CDMA
Chile,

Trung

cũng đã được mua hoặc đưa vào thử nghiệm 6 Argentina, Brasil,
Quốc,

Germany,

Irael, Peru, Philippins,

Thailand va moi

day 6

Nhật. Tổng cơng ty Bưu chính Viễn thơng Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử
nghiệm CDMA.

Ở Nhật vào năm 1993 NTT đưa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên của
nước nay: JPD (Japannish personal Digital Cellular System).
Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tô ong nói trên,
các hệ thống thơng tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm

tay

không dây số cũng được nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho loại
SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

2


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
thong tin nay la: DECT

(Digital Enhanced Cordless Telecommunication) cua

Chau Au va PHS (Personal Handy Phone System) cia Nhat cũng đã được đưa
vao thuong mai.
Ngồi các hệ thống thơng tin đi động mặt đất, các hệ thống thôg tin đi động vệ
tinh: Global Star và Iridtun cũng được đưa vào thương mại trong năm 1998.
Hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các khách hàng viễn thông về

cả dịch vụ viễn thông mới các hệ thống thông tin di động đang tiến tới thế hệ thứ
ba. Hiện nay có hai tiêu chuẩn đã được

chấp thuận cho IMT-2000

do la: W-

CDMA và CDMA2000. W-CDMA được phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và
CDMA2000 được phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2. Ở thế hệ này các hệ thống

thơng tin đi động có xu thế hồ nhập thành một tiêu chuẩn đuy nhất và có khả
năng phục vụ ở tốc độ bít lên đến 2 Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông
tin di động băng hẹp hiện nay các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba được
gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng.
Chúng ta đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông, đặc
biệt là thông tin đi động và truyền thông không dây. Kỹ thuật đa truy nhập đang
bùng nỗ. Số lượng người sử đụng mạng di động tăng vọt. Nhu cầu dịch vụ ngày

càng đa dạng, đặc biệt là các dịch vụ số liệu, kết nối Internet và multimedia.
Hệ thống thông tin đi động tế bào đầu tiên được triển khai vào năm 1971 dùng

kỹ thuật điều chế tương tự FM ở đái tần §50 MHz. Tương ứng là hệ thống
AMPS của Mỹ ra đời vào năm 1983. Đến đầu những năm 90, thế hệ đầu tiên của
thông tin di động tế bào đã bao gồm hàng loạt hệ thống ở nhiều nước khác nhau:

TACS, NMT, NAMPS ... Tuy nhiên các hệ thống này đều không thỏa mãn
được nhu cầu ngày càng tăng, trước hết là nhu cầu về dung lượng. Mặt khác,
việc tồn tại nhiều tiêu chuẩn khơng tương thích với nhau làm cho liên lạc giữa
các mạng cực kỳ khó khăn. Những hạn chế trên đã được đặt ra cho mang di

động tế bào thế hệ thứ hai phải giải quyết.
Mạng di động thế hệ thứ hai ra đời, sử dụng kỹ thuật số thay vì kỹ thuật tương tự
như trong thế hệ thứ nhất. Việc sử dụng công nghệ số giúp cho mạng thế hệ thứ
hai bảo đảm chất lượng cao trong một mơi trường nhiễu mạnh, có dung lượng

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

3


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

lớn hơn, hiệu suất sử đụng phố tần cao hơn, có nhiều dịch vụ hơn ... Mạng thé
hệ thứ hai được phát triển mạnh mẽ, trong đó nổi tiếng nhất và được sử dụng
nhiều nhất là mạng GSM với khoảng 600 triệu thuê bao trên toàn thế giới. Hiện
tại GSM vẫn đang là tiêu chuẩn được ứng đụng rộng khắp ... Nhưng trong khi
nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao, thì hệ thống GSM vẫn cịn nhiều hạn

chế. Không hỗ trợ dịch vụ số liệu tốc độ cao, không thể ứng đụng multimedia,

dung lượng của mạng vẫn cịn thấp .

H. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐA TRUY NHẬP

Hình 1.1 : Các phương pháp đa truy nhập
Công nghệ viễn thông phát triển đã kéo theo nhu cầu sử dụng các dịch vụ thông
tin di động ngày càng tăng. Số người sử dụng thông tin di động và truyền thông
không dây tăng vọt dẫn đến việc dùng chung, chia sẻ tài nguyên (các đường
truyền vô tuyến vật lý) là một xu hướng tất yếu. Việc nhiều người cùng sử dụng
chung một đường truyền vơ tuyến được gọi là đa truy nhập.
Có ba phương pháp đa truy nhập được sử dụng trong thông tin di động: da truy
nhập

phân

chia theo tần số (FDMA),

theo thời gian (TDMA)

và theo mã

(CDMA).

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

4


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
1. Đa truy cập theo phân chia tan so FDMA

(Frequency Division Multiple

Access)

Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo tần số - FDMA

(Fequency Division

Multiple Access) là một phương pháp đa truy nhập lâu đời nhất và được thực
thi rộng rãi nhất.
Trong phương pháp này, băng tần của toàn bộ hệ thống bị chia thành nhiều

phần nhỏ. Hệ thống gán cho mỗi người sử dụng một tần số khác nhau, mỗi
kênh truyền là một tần số, có nghĩa là mỗi người sử dụng có một kênh truyền
riêng. Hệ thống phân biệt tín hiệu của những người sử dụng khác bằng các
kênh tân số khác nhau. Điều này làm cho hệ thống sử dụng phổ tần kém hiệu
quả nhất, vì khi đang tiến hành cuộc gọi, không một người sử dụng nào khác

có thê chia sẻ cùng một kênh tần số.
Mỗi kênh trong hệ thống FDMA

là một cặp tần số, tần số cao dành cho

đường xuống, tần số thấp dành cho đường lên.
Đặc điểm chính của hệ thống FDMA:

-

Một kênh FDMA chỉ mang một kênh thoại tại một thời điểm.

- - Khi kênh FDMA khơng được sử dụng, nó sẽ ở trong tình trạng rỗi, nhưng
khơng một th bao nào khác có thể chia sẻ, sử đụng kênh tần số này.

- _ Cuộc gọi được thu phát liên tục sau khi ẫn định kênh thoại.

-

Băng thông của mỗi kênh hẹp (30KHz), do đó hệ thống FDMA là hệ
thống băng hẹp.

-

Mức độ phức tạp của FDMA thấp hơn các hệ thống khác.

- _ Do phân cách thuê bao bằng các tần số khác nhau, nên hệ thống cần rất ít
thơng tin cho mục đích đồng bộ.
-

Dung lượng của hệ thống nhỏ. Tuy nhiên có thể tăng dung lượng bằng
cách sử dụng băng tần hẹp hơn thông qua cải tiến các kỹ thuật điều chế.

- _ Sử dụng các bộ truyền song công do cả hai hướng thu và phát hoạt động

cùng một lúc, dẫn đến tăng chỉ phí cho thiết bị.

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

5

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
- _ Ảnh hưởng của nhiễu đôi với hệ thơng rât cao. Vì vậy phải sử dụng nhiêu
bộ lọc tân sô.

2.

Đa truy cập theo phần chia thời gian TDMA

(Time Division Multfiple

Access)

Kỹ thuật đa truy nhập phan chia theo thoi gian - TDMA

(time division

multiple access) cũng chia nhỏ băng tần của mình thành nhiều kênh tần số
khác nhau. Nhưng thời gian sử dụng kênh tần số được chia thành nhiều khe

thời gian nhỏ hơn (ví dụ 8 khe trong GSM). Vì vậy, nhiều người có thể sử
dụng chung một tần số. Khi đã sử dụng hết tất cả các khe thời gian trên một
tần số thì người sử dụng tiếp theo sẽ được cấp phát một khe thời gian trên

kênh tần số mới. Điều này làm tăng thêm hiệu quả sử dụng tần số của hệ
thống so với hệ thống FDMA.
Nhiều người sử dụng trên một kênh tần số được ấn định khe thời gian khác
nhau. Mỗi người chỉ có thể thu phát tín hiệu trong khe thời gian của mình.
Mỗi kênh tần số cùng với một khe thời gian tạo thành một kênh truyền bên
trong hệ thống.
Trong TDMA,

vì mỗi người sử dụng không truyền liên tục mà chỉ truyền

trên khe thời gian nên hệ thống phải sử dụng tín hiệu số và điều chế số. Có
hai dạng song cơng bên trong TDMA: song công theo tần số (FDD) và song

công theo thời gian (TDD). FDD sử dụng các kênh có tần số khác nhau cho
truyền và nhận. Ngược lại, trong TDD, một nửa thời gian được dành cho thu
và một nửa cịn lại dành cho việc phát tín hiệu.
Đặc điểm chỉnh của hệ thông TDMA:

-

TDMA

cho phép nhiéu ngudi sử dụng chung một tần số, bằng cách chia

khoảng thời gian sử dụng tần số thành nhiều khe thời gian không chồng
lap nhau, và mỗi người sử dụng một khe thời gian. Số lượng khe tùy

thuộc vào kỹ thuật điều chế, băng thông ...

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

6


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
- _ Việc truyền tín hiệu trong TDMA

diễn ra khơng liên tục mà thành từng

cụm nhỏ. Vì vây, máy di động có thể giảm bớt năng lượng tiêu hao cho
việc thu phát tín hiệu, dẫn đến thời gian sử đụng acquy tăng lên.
-

Trong các khe thời gian rỗi, máy đi động đo đạc mức công suất của các
trạm phát khác.

- _ TDMA cần nhiều thơng tin cho q trình đồng bộ ban đầu hon FDMA do
chế độ truyền không liên tục và chia khe thời gian.
- _ Có thể cấp phát băng tần theo yêu cầu thông qua việc ấn định nhiều kênh
cho một người sử dụng để tăng tốc độ của dịch vụ. Vì vậy, tốc độ dịch vụ
có thê được cải thiện.

3. Đa truy cập phan chia theo ma CDMA (Code Division Multiple Access)
Kỹ thuật đa truy nhập phân chia theo mã — CDMA

(code division multiple

access) không phân chia nhỏ phổ tần, cũng không chia thời gian thành các

khe, mà tất cả những người sử dụng khác nhau đều được phép sử dụng toàn
bộ băng tần trong cùng một thời gian.
Hệ thống trải phố có khả năng chống lại nhiễu đa đường và tăng dung lượng

đa truy nhập. Hiệu quả sử dụng băng tần rất cao khi có nhiều người cùng sử
dụng hệ thống.
Các đặc điểm chính của CDMA:

-

Cho phép mỗi người dùng sử dụng toàn bộ băng tần của hệ thống trong
cùng một thời gian.

-

Mỗi người sử dụng sẽ có một mã khác nhau để phân biệt. Mã được sử
dụng để mã hóa và điều chế.

- _ Sử dụng hiệu quả phô tần hơn các hệ thống FDMA và TDMA.
- _ Hệ thống có tính bảo mật cao.

- _ Cho phép cấp phát tài nguyên mềm đẻo. Hỗ trợ nhiều loại địch vụ có tốc
độ khác nhau.

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

7


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

HII.CƠNG NGHỆ CDMA
1. Tổng quan :
CDMA dựa trên cơng nghệ trải phơ (SS — spread spectrum ),trong đó tín hiệu
gốc ban đầu được phát trong một tín hiệu vơ tuyến có băng thơng rất lớn so

với băng thơng tối thiểu ban đầu.Chúng ta nói tín hiệu ban đầu đã được trải
phơ.

Ngun tắc chính của CDMA

là sử dụng một chuỗi tín hiệu có tốc độ rất cao

(gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên - PN — pseuđorandom noise) để chuyển đổi tin
hiệu có băng hẹp ban đầu thành một tín hiệu tương tự nhiễu có băng thơng
rộng , đỉnh cơng suất bé và phát đi. Mỗi người sủ đụng sẻ có một chuỗi tín
hiệu PN khác nhau gọi là mã. Mã này là cơ sở mã hóa tín hiệu và phân biệt

người sử dụng này với người sử đụng khác .Ở máy thu sẽ sử dụng một chuỗi
mã ngẫu nhiên giống như đầu phát để giải mã và thu được tín hiệu chính xác.
Đối với người sử dụng khơng biết chuỗi mã thì tín hiệu thu được ở máy thu
sẽ tương tự như các tín hiệu nhiễu .Vì vậy hệ thống có tính bảo mật cao. Trải

phố theo kiểu CDMA là trải phổ chuỗi trực tiếp DSSS (direct sequence
spread spectrum ).
Ngoài phương pháp trải phổ trực tiếp (DSSS),kỹ thuật đa truy nhập dựa trên

cơng nghệ trải phố cịn một số kỹ thuật khác gọi là trải phố nhảy tần (FHSS —
frequency hopping SS) va trai phé nhay thoi gian (THSS — time hopping SS
)nhưng không đạt hiệu quả cao như DSSS. Hệ théng CDMA

chi sir dung ky

thuật trai phé DSSS.
2. Các hệ thống thông tin trải phổ :

2.1. Hệ thống DS/SS :
Thực hiện trải phơ băng cách nhân tín hiệu ngn với một tín hiệu giả
ngẫu nhiên có tốc độ tín hiệu (tốc độ chip ) cao hơn nhiêu tôc độ bit của

luồng số phát.

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

8


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
2.2. Hệ thống FF/SS :
Thực hiện trải phố bằng cách nháy tần số mang trên một tập lớn các tần

số. Mẫu nhảy tần có dạng giả ngẫu nhiên. Tần số trong khoảng thời gian
của một chíp giữ ngun kơng đổi.Tốc độ nhảy tần có thể nhanh hay
chậm. Trong hệ thống nhảy tần nhanh, nhảy tần được thực hiện ở tần số
cao hơn tốc độ bit của thông tin, và ngược lại đối với hệ thống nhảy tần
chậm.

2.3. Hệ thống TH/SS :

Một khối các bít số liệu được nén và phát ngắt quãng trong một hay
nhiều khe thời gian của một khung truyền có rất nhiều khe thời gian.

Một mẫu nhảy thời gian sẽ xác định các khe thời gian nào được sử dụng
dé truyền dẫn trong mỗi khung .
3. Các đặc tính của CDMA :
3.1. Tính đa dạng phân tập :
Phân tập là hình thức giảm fading. Fading đa đường xảy ra khi hai hay

nhiều đường tín hiệu kết hợp triệt tiêu lẫn nhau Truyền dẫn băng hẹp bỉ
ảnh hưởng bởi hiện tượng này,trong khi truyền dẫn băng rộng thì ít bị

ảnh hưởng bởi fading nhờ vào tính đa dạng trong phân tập.
Có 3 hình thức phân tập chính :

e Phân tập theo thời gian : đạt được nhờ vào việc chèn mã,tách lỗi và
mã hóa sửa sai.
e Phan tap theo tân sô :nhờ vào việc mở rộng khả năng báo hiệu băng
tân báo rộng và fading liên hợp với tân sơ thường có ảnh hưởng đên

băng tần báo hiệu ,tín hiệu băng rộng 1.25Mhz.
e Phân tập theo khoảng cách (theo đường truyễền) : 2 cặp aten thu tại

BS,bộ thu đa đường và kết nối BS .

SVTH: NGUYEN QUOC TRONG

9


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
Phân tập dùng phương pháp đa đường (theo khoảng cách )là hình thức
phân tập cao nhất nhờ đặc tính có duy nhất ở hệ thống CDMA

là thu

phát đựa trên mã PN.Bộ điều khiển đa đường tách chuỗi PN nhờ sử
dụng bộ tương quan song song. Máy di động dùng 3 bộ tương quan,
trạm gốc dùng 4 bộ tương quan. Máy di động có bộ tương quan song
song la bộ thu - quét, các đầu thu này có khả năng nhận tín hiệu từ các
luồng khác nhau,chúng xét tín hiệu thu mọi đườn, sau đó tơ hợp và giải

điều chế tất cả tín hiệu thu được.Fading có thể xuất hiện trong mọi tín
hiệuthu nhưng khơng có sự tương quan giữa các đường thu. Vì vậy,
tổng tín hiệu thu được có dộ tin cậy cao. Nhiều bộ tách tương quan có

thể áp dụng một cách đồng thời cho hệ thống thông tin có hai trạm gốc
BS để thực hiện chuyển vùng mềm cho máy di động.
3.2. Đặc tính tái sử dụng tần số chung :
Tất cả các BS đều tái sử dụng kênh băng rộng trong hệ thống CDMA.
Giao thoa tổng hợp ở máy đi động thu được từ BS là tổng giao thoa của
các máy di động trong cùng một tế bào và giao thoa từ các máy đi động
của BS của tế bào bên cạch. Giao thoa tổng hợp từ tất cả các máy di
động bằng một nửa của giao thoa tổng từ các máy đi động khác trong
cùng một BS. Dùng anten không định hướng, hiệu quả sử dụng tần số là

65%. Nếu dùng anten định hướng (búp sóng 120) thì giao thoa trung
bình giảm xuống cịn 1/3, do đó dung lượng cung cấp bởi hệ thống tăng
lên xâp xỉ 3 lân.
Tóm lại, việc sử dụng tần số chung không chỉ đối với tất cả các thuê

bao trong cùng một thuê bao mà còn đối với những thuê bao ở tất cả các
tế bào khác. Nguồn cung cấp cho mỗi thuê bao là năng lượng thay vì
thời gian hoặc tần số, cho nên việc điều khiển tạp âm và phân phối kênh
trở nên đơn giản hơn. Nhưng đồng thời, vẫn đề điều khiển công suất trở
nên quan trọng.

SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

10

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

3.3. Diéu khién cong suat :
Hệ thống CDMA cung cấp chức năng điều khiển công suất 2 chiều ( từ
BS đến

di động và ngược lại ) để cung cấp một hệ thống có dung lượng

lưu lượng lớn, chất lượng dịch vụ cao và các lợi ích khác. Muc đích của

điều khiển công suất phát của máy di động là điều khiển sao cho tín
hiệu phát của tất cả các máy di động trong một vùng phục vụ có thể thu
với độ nhạy rung bình tại bộ thu của BS. Khi công suất phát của tất cả

các máy di động trong vùng phục vụ được điều khiến như vậy thì tổng
công suất thu được tại bộ thu của BS trở thành cơng suất trung bình của

nhiều máy di động.
Bộ thu của BS chuyên tín hiệu thu được từ máy di động tương ứng
thành thông tin số băng hẹp. Trong trường hợp này thì tín hiệu của các
máy di động khác cịn lại như là tín hiệu tạp âm của băng rộng. Thủ tục

thu hẹp băng thông được gọi là độ lợi xử lý nhằm nâng cao tỷ số tín

hiệu giao thoa (đB) từ giá trị âm lên đến một mức đủ lớn để cho phép
hoạt động được với lỗi bit chấp nhận được.
Một mong muốn là tối ưu các lợi ích của CDMA

bằng cách tăng số

lượng các cuộc đồng thời trong một băng tần cho trước.Dung lượng hệ
thống là tối đa khi tín hiệu truyền của máy di động được thu bởi BS có

tỷ số tín hiệu trên nhiễu ở mức yêu cầu tối thiểu qua việc điều khiển
công suât của máy di động.
Hoạt động của máy đi động sẽ bị giảm chất lượng nếu tín hiệu của các
máy di động mà BS thu được là quá yếu. Nếu các tín hiệu của các máy
di động

đủ mạnh

thì hoạt động

của các máy

này

sẽ được

cải thiện

nhưng nhiễu đối với các máy di động khác cùng sử dụng một kênh sẽ
tăng lên làm cho chất lượng cuộc gọi của các thuê bao khác sẽ bị giảm
nếu dung lượng tối đa khơng giảm.
Việc đóng, mở mạch điều khiển công suất từ máy di động đến BS và

điều khiển công suất từ BS tới máy di động sử dụng trong hệ thống
SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

11

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
CDMA như trong hình. Mạch mở điều khiển cơng suất từ máy đi động
tới BS là chức năng hoạt động cơ bản của máy di động. Máy di động
điều chỉnh ngay công suất phát theo sự biến đổi công suất thu được từ
BS. Máy

di động đo mức công suất thu được từ BS và điều khiển công

suất phát tỷ lệ nghịch với mức công suất đo được. Mạch mở đường điều
khiển cơng suất làm cho các tín hiệu phát của tất cá các máy di động thu
được với cùng một mức tại BS. BS

cung cấp chức năng mạch mở

đường điều khiển công suất qua việc cung cấp cho các máy di động một
hằng số định cỡ cho nó. Hằng số định cỡ liên quan chặt chẽ tới yếu tố
tải và tạp âm

của BS,độ

tăng ích anten và bộ khuếch

đại cơng

suất

.Hằng số này được truyền đi từ BS tới máy đi động như là một phần của
bản tin thông báo.

BS thực hiện chức năng kích hoạt đối với mạch đóng điều khiển công

suất từ máy đi động tới BS. Khi mạch đóng dẫn tới việc BS định cỡ
cơng suất mạch mở xác định của máy do động một cách tức thời để máy

đi động giữ được công suất phát tối ưu.
BS so sánh tín hiệu thu được từ máy

di động liên quan với giá trị

ngưỡng biến đổi và điều khiển công suất tăng hay giám sau mỗi khoảng

thời gian 1.25ms cho đến khi đạt kết quả. Việc định cỡ giá trị mạch
đóng để bù cho giá trị xác định của mạch mở mà mạch mở này bù độ

tăng ích chấp nhận được và suy hao truyền dẫn của các đường đi và đến
giữa BS và máy di động.
BS cung cấp việc điều khiển công suất từ BS tới máy di động nhờ việc
qui định công suất này tương ứng với công suất đo được tại máy di
động. Muc đích của việc điều khiển này là giảm công suất phát của máy
di động hoặc ở vị trí tương đối gần BS, làm cho fading đa đường thấp
và giảm giao thoa đối với các BS khác. Do đó, cơng suất được cung cấp

thêm đối với các vúng thu tín hiệu gián đoạn hoặc đối với máy di động
ở xa có tỉ lệ lỗi cao.

SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

12

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
3.4. Chuyén vùng mềm:
Việc chuyến giao cuộc gọi thông

qua trình tự :BS ban đầu, cả hai BS,

BS mới. Lược đồ này làm tối thiểu hóa sự gián đoạn cuộc gọi và làm

cho người sử đụng không nhậ ra trạng thái chuyển vùng mềm. Do đó,
trong khi hệ thống analog và hệ thống TDMA

số chấp nhận hình thức

chuyên mạch “cắt trước khi nối “ thì chuyển vùng mềm của hệ thống
CDMA chấp nhận hình thức chuyên mạch “nối trước khi cắt “.
Sau khi cuộc gọi được thiết lập thì máy di động tiếp tục tìm tín hiệu của
BS bên cạnh để so sánh cường độ tín hiệu của ơ bên cạnh với cường độ

tín hiệu của ơ đang sử dụng. Nếu cường độ tín hiệu đạt đến mức nhất
định nào đó có nghĩa là máy đi động đã di chuyển sang một vùng phục
vụ của một BS mới và trạng thái chuyển vùng mềm có thê bắt đầu. Máy
di động chuyển một bản tin điều khiển tới trung tâm chuyên mạch di
động dé thơng báo về cường độ tín hiệu và số liệu của trạm gốc mới.

Sau đó, trung tâm chuyển mạch di động thiết lập một đường nối mới
giữa máy di động và trạm gốc mới và quá trình chuyển vùng mềm trong

khi vẫn giữ đường kết nỗi ban đâu.
Trong trường hợp máy di động đang trong một vùng chuyển đổi giữa

hai tram

ốc thì cuộc gọi được thực hiện bởi cả hai trạm gốc sao cho

chuyển vùng mềm

có thể thực hiện mà khơng có hiện tượng “ping-

pong” giữa chúng. Trạm gốc ban đầu cắt đường kết nối cuộc gọi khi
việc kết nối cuộc goi voi tram gốc mới đã thưc hiện thành công.

3.5. Công suất phát thấp:
Việc giảm tisốE/N

(tương ứng với tỉ số tín hiệu trên nhiễu ) chấp

nhận được không chỉ làm tăng dung lượng hệ thống mà cịn giảm cơng
suất phát u cầu khắc phục tạp âm và can nhiễu. Sự giảm này nghĩa là
giảm công suất phát yêu cầu đối với máy đi động. Nó làm giảm giá
thành và cho phép hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất
phát thấp khi so với các hệ thơng analog hay TDMA có cơng suất tương
SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

13


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
tự. Hơn nữa, việc giảm công suât phát yêu câu sẽ làm tắng phục vụ và
làm giảm sô lượng trạm gôc yêu câu khi so với các hệ thông khác.
Điều khiển công suất trong hệ thống CDMA

làm giảm công suất phát

trung bình. Trong đa số trường hợp thì mơi trường truyền dẫn là thuận
lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì cơng suất phát cao
ln được yêu cầu để khắc phục Fading tạo ra theo thời gian. Trong hệ

thống CDMA thì cơng suất trung bình có thể giảm bởi vì u cầu cơng
suất lớn chỉ phát đi khi có điều khiển cơng suất và cơng suất phát chỉ
tăng khi có fading.
3.6. Dung lượng mềm :
Khái niệm tái sử dụng tần số của hệ thống tô ong thì cho phép có một
mức độ giao thoa nhất định để mở rộng dung lượng hệ thống một cách

có điều khiển. Do CDMA có đặc tính gạt giao thoa một cách cơ bản nên

nó có thê thực hiện việc điều khiển giao thoa hiệu quá hơn hệ thống
FDMA và TDMA. Thực tế thì CDMA xuất phát từ hệ thống chống
nhiễu trong quân đội.Do hệ thống điều chế băng hẹp yêu cầu tỉ số sóng
mang trên nhiễu vào khoảng 18 dB nên còn nhiều hạn chế theo quan
điểm hiệu qua sử đụng tái sử đụng tần số. Trong hệ thống như vậy thì
một kênh sử dụng cho một BS sẽ khơng được phép sử dụng cho BS
khác. Nói cách khác thì trong một hệ thống CDMA

một kênh tần rong

được sử dụng chung bởi tất cả các BS.

Hiệu quả việc tái sử dụng tần số trong CDMA được xác định bởi tỉ số
tín hiệu trên nhiễu tạo ra khơng chỉ từ mơt BS mà tất cả các người sử

dụng trong vùng phuc vụ. Do một số lượng lớn người sử dụng được

xem xét thì số liệu thống kê của tất cả các người sử dụng lớn hơn một là
quan trọng. Do đó, số lượng thấp được chấp nhận và giao thoa tổng
cộng trên một kênh được tính bằng việc nhân cơng suất thu trung bình

của tất cả các người sử dụng với số lượng người sử dụng. Nếu tỉ số
cơng suất tín hiệu thu được đối với cường độ công suất tạp âm trung

SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

14


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
bình mà lớn hơn ngưỡng thì kênh đó có thể cung cấp chất lượng tín hiệu
tốt. Nói cách khác thì giao thoa trong CDMA và TDMA tuân theo quy
luật số lượng nhỏ và tỉ lệ thời gian không đạt chất lượng tín hiệu dự

định được xác định trong trường hợp xấu.
Các tham số chính xác định dung lượng của hệ thống tô ong số CDMA

bao gồm: độ lợi xử lý, tỉ số E/N ( bao gồm cả giới hạn fading u cau),
chu kì cơng suất thoại, hiệu q tái sử đụng tần số và số lượng búp sóng
của anten BS. Hơn nữa, càng nhiều kênh thoại được cung cấp trong hệ
thống CDMA

có cùng một tỉ lệ cuộc gọi bị chặn và hiệu quả trung kế

cũng tăng lên thì càng nhiều dịch vụ thuê bao được cung cấp trên một
kênh.
Hiện tại EFCC ( ủy ban thông tin liên bang của Mỹ ) ấn định phổ tần số
25 Mhz cho hệ thống tổ ong, hệ thống này được phân bố đồng đều cho
2 công ty viễn thông theo các vùng. Dải phố này được phân phối lại

giữa các ô để cho phép sử dụng lớn nhất là 57 kênh EM analog cho một
BS 3 bup sóng. Do đó, thuê bao thứ 58 sẽ khơng được phép có cuộc gọi
khi lưu lượng bị nghẽn.

Khi đó thậm chí một kênh cũng khơng được

phép thêm vào hệ thống này và dung lượng sẽ giảm khoảng 35% đo
trang thái tắc cuộc gọi. Nói cách khác thì hệ thống CDMA.
quan linh hoạt giữa số lượng người

có mối liên

sử dụng và loại dịch vụ. Ví dụ,

người sử dụng hệ thống có thể làm tăng tổng số kênh trong đa số thời
gian liên tục đưa đến việc tăng lỗi bit. Chức năng đó có thể làm tránh
việc tắc cuộc gọi do tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng.
Trong hệ thống analog và hệ thống TDMA số thì cuộc gọi được ấn định
đối với đường truyền luân phiên hoặc sự tắc cuộc gọi xảy ra trong
trường hợp tắc nghẽn kênh trong trạng thái chuyển vùng. Nhưng hệ

thống CDMA thì có thể thỏa mãn cuộc gọi thêm nhờ vào việc tăng tỉ lệ
lỗi bit cho tới khi cuộc gọi khác hoàn thành.

SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

15


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
Tuong tu, hé thống CDMA

sử dụng lớp dịch vụ dé cung cap dich vu

chất lượng cao phụ thuộc vào giá thành dịch vụ và ấn định công suất (
dung lượng ) cho các người sử dụng dịch vụ lớp cao. Có thể cung cấp
thứ tự ưu tiên cao hơn đối dịch vụ chuyển vùng của người sử dụng lớp
dịch vụ cao so với người sử dụng thông thường.
3.7. 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.
nghệ CDMA

đã được trộn (scrambling). Về cơ bản thì cơng

cung cấp khả năng bảo mật cuộc gọi và các khả năng bảo

vệ khác.

3.8. Giá trị E/N thấp và bảo vệ lỗi :
E/N 1a ti s6 cua năng lượng trên một bit đối với mật độ phổ công suất tạp

âm, đây là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phương pháp điều
chê và mã hóa sơ.

Khái niệm E/N tương tự như tỉ số sóng mang trên tạp âm của phương
pháp FM analog. Do độ rộng kênh băng tần rộng được sử dụng mà hệ
thống CDMA

cung cấp một hiệu suất và độ dư 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 dư thấp là được phép sử dụng

sao cho giá trị E/N cao hơn giá trị mà CDMA yêu cầu. Mã sửa sai trước
được sử dụng trong hệ thống CDMA

cùng với giải điều chế số hiệu suất

cao. Có thể tăng dung lượng và giảm công suất yêu cầu với máy phát
nhờ giảm E/N.
3.9. Tách tín hiệu thoại :
Trong thơng tin hai chiều song cơng tổng qt thì tỉ số chiếm dụng tải
của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trường hợp không
SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

16

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

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 tải.
Nhưng do tốc độ truyền dẫn số liệu giảm nếu khơng có tín hiệu thoại
trong hệ thống CDMA

nên giao thoa ở người sử dụng khác giảm một

cách đáng kể. Dung lượng hệ thống CDMA

tăng khoảng 2 lần và suy

giảm truyền dẫn trung bình của máy đi động giám khoảng 1⁄2 vì dung
lượng được xác định theo mức giao thoa ở những người sử dụng khác.

4. Ưu điểm của CDMA :
4.1. Dung lượng tắng cao :
Dung lượng của hệ thống CDMA

cao hơn 8-10 lần dung lượng của một

hệ thống tương tự AMPS, hay 4-5 lần dung lượng của hệ thống GSM.

Hệ thống CDMA sử dụng một kỹ thuật trải phổ đuy nhất, rất nhiều
người sử dụng có thể cùng chia sẻ một băng tần, mà không cần phải sử
dụng chung theo kiểu phân chia theo thời gian. Vì vậy, một hệ thống

CDMA

có thể xử lý cùng một lúc nhiều người dùng hơn các hệ thống

GSM.
Hệ thống CDMA là một hệ thống có dung lượng mềm. Dung lượng phụ

thuộc vào ngưỡng nhiễu của hệ thống để duy trì một hệ số chất lượng
nhất lượng. Nghĩa là, dung lượng của hệ thống CDMA

chỉ bị hạn chế

bởi yêu cầu chất lượng của dịch vu.
4.2. Cái thiện chất lượng cuộc gọi :
e . Hệ thống CDMA có chất lượng âm thanh tốt và ổn định.
e

Hệ thống CDMA

sử dụng điều khiển công suất nhanh và chính xác.

Trạm gốc gửi các lệnh điều khiển cơng suất phát đến mọi máy đi động
đang hoạt động , giảm bớt công suất phát của các máy đi động ở gần
và tăng công suất của máy ở xa. Điều này làm cho mức nhiễu giao
thoa trong băng tần trở nên bằng phẳng và mức công suất tổng cộng

SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

17

CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG

giảm bớt. Các nhiễu có cơng suất q lớn bị triệt tiêu. Trong nền
nhiễu bằng phẳng này, các trạm có thể dễ dàng lọc ra thơng tin dành
riêng.
Tỷ lệ rớt cuộc gọi giảm thiểu trong hệ thống CDMA vì khả năng hoạt
động trong cùng một băng tần của các sector. Các cuộc gọi được
chuyên giao “mềm” khi các máy đi động di chuyển từ vùng này sang
vùng khác.
Các bộ má hóa, giải mã thoại của CDMA

sử dụng một kỹ thuật cải

tiến. Chúng chỉ truyền các thông tin cần thiết và bỏ qua các tiếng ồn
khác. Thông tin thoại được nén tốt hơn khi bỏ qua các khoảng lặng
4.3. Đơn giản hóa quy hoạch hệ thống :
Hệ thống CDMA sử dụng cùng một băng tần cho tất cả các cell. Điều
này đơn giản hóa q trình quy hoạch và thiết kế hệ thống.

Ở các hệ thống khác (tương tự hay GSM ), toàn bộ băng tần được chia
thành các đoạn chia nhỏ khác nhau và các cell cận kề phải sử dụng
các khoảng tần số khác nhau nhằm tránh nhiễu. Hệ thống như vậy cần
phải được quy hoạch tần số cân thận và mỗi thay đổi đối với hệ thống
cũng phải xem xét vẫn đề quy hoạch tần số. Hệ thống CDMA khơng

gặp phải bài tốn khó của quy hoạch tần số, vì các cell sử đụng băng
tân như nhau.

4.4. Tăng cường bảo mật :
Bảo mật trong CDMA

được đảm bảo nhờ vào cách thức làm việc của

hệ thống.
Mỗi cuộc gọi được trải ra tồn độ rộng của băng thơng (1.25 MHz hay
cao hơn ), cao hơn rất nhiều so với băng thông cần thiết cho cuộc gọi.
Các bit thông tin thực sự được trộn lẫn với các chuỗi mã, chỉ trạm gdc
và trạm di động mới có thê hiéu va tach ra các thơng tin hữu ích. Đơi

SVTH: NGUN QUỐC TRỌNG

18


CHUONG 1 : GIOI THIEU VE HE THONG THONG TIN DI DONG
với các máy thu trộm, khi khơng có chuỗi mã này, tín hiệu thu được

chỉ tựa như các tín hiệu nhiễu nền. Mục tiêu phát triển ban đầu của kỹ
thuật CDMA trong quân sự cũng chính là lý do bao mat.
4.5. Vùng phú sóng :
e

Trong hệ thống CDMA, mỗi cell có vùng phủ sóng. Do vậy, tồn bộ
hệ thống cần ít trạm hơn các hệ thống thơng thường.

e

Vùng phủ của mỗi cell được tăng cường do CDMA

áp dụng các kỹ

thuật điều khiển cơng suất nhanh và chính xác. Điều này cũng thu
được từ việc tất cả các cell dùng chung băng tần, nên nhiễu giảm bớt.

4.6. Tiết kiệm năng lượng :
e

Cùng với chức năng điêu khiên cơng st, có chức năng khác làm cho
thời gian thoại của máy di động được kéo dài.

e_

Mỗi máy di động chỉ phát thông tin khi cần thiết. Nó tổ chức và phát
thơng tin theo từng cụm ngắn, và tắt trong các thời gian cịn lại. Trong
thời gian chờ, hệ thống có các kênh đặc biệt giúp cho máy di động
không phái lắng nghe liên tục trên kênh tìm gọi. Điều này cũng giúp
tiết kệm pin máy di động.

e©

Các sơ đồ nén thoại tốt, tốc độ thông tin đầu ra biến đổi. Số lượng bĩt

thông tin giảm làm cho thời gian máy di động phát thông tin giảm,

dẫn đến năng lượng cần sử đụng giám.
4.7. Cấp phát tài nguyên mềm dêo :
e_

Toàn bộ băng thơng của hệ thống, khơng gian mã chính là tài nguyên
của dùng chung trong hệ thống. Tài nguyên của hệ thống có thể được

cấp phát động, tùy thuộc vào yêu cầu của dịch vụ. Khi một người
dùng không cần một tài nguyên nào nữa, nó được trả lại cho hệ thống

dành cho các người dùng khác. Do vậy, hệ thống hỗ trợ nhiều loại
dich vụ có tốc độ khác nhau (thoại, số liệu, fax,...).
SVTH: NGUYÊN QUỐC TRỌNG

19