Công nghệ cdma trong thông tin di động 3g và giải pháp triển khai

Bộ giáo dục và đào tạo
Tr-ờng đại học bách khoa hµ néi

Hµ Néi, 10-2004


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Mục lục
Hình vẽ....I
Bảng....II
THUậT NGữ VIếT TắT.....III
Mở đầu......IV
Ch-ơng I. Lý thuyết trải phổ và công nghệ CDMA
1.1 Mở đầu ........................................................................................................... 3
1.2 Kỹ thuật trải phổ ........................................................................................... 3
1.2.1 Giới thiÖu chung ......................................................................................... 3
1.2.2 Nguyên lý trải phổ ...................................................................................... 5
1.2.3 Chuỗi giả ngẫu nhiên .................................................................................. 5
1.2.4 Các chuỗi ghi dịch tuyễn tính độ dài cực đại MLSR ................................. 8
1.2.5 Chuỗi Gold ................................................................................................. 9
1.3 Công nghệ CDMA ....................................................................................... 11
1.3.1 Tổng quan về CDMA ............................................................................... 11
1.3.2 Các hệ thống CDMA ................................................................................ 11
1.3.3. Các phần tử cơ bản trong hệ thống DS-CDMA ...................................... 18
1.4. Kết luận...................................................................................................... 23
Ch-ơng II. Tiêu chuẩn CDMA IS-95
2.1. Mở đầu ........................................................................................................ 24
2.2. Cấu trúc kênh đ-ờng xuống (forward channel) .......................................... 25
2.2.1. Các kênh tiêu đề....................................................................................... 26
2.2.2 Kênh l-u l-ợng ......................................................................................... 27

2.3. Kênh đ-ờng lên (reverse channel) .............................................................. 28
2.3.1 Kênh truy nhập ......................................................................................... 28
2.3.2 Kênh l-u l-ợng ......................................................................................... 29
2.4 Kết luận........................................................................................................ 30
Ch-ơng III. Công nghệ CDMA trong thông tin di ®éng
thÕ hƯ 3
3.1 Giíi thiƯu chung .......................................................................................... 31
3.2 Tiªu chn CDMA2000............................................................................... 34
3.2.1 Giíi thiƯu cdma2000 ................................................................................ 34
3.2.2 CÊu tróc kªnh logic ................................................................................... 35

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

i


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

3.2.3 Cấu trúc kênh vật lý .................................................................................. 35
3.2.4 Quản lý tài nguyên vô tuyến ..................................................................... 46
3.2.5 Công nghƯ TDD cho cdma2000 ............................................................... 48
3.3 Tiªu Chn WCDMA .................................................................................. 49
3.3.1. Giíi ThiƯu vỊ WCDMA ........................................................................... 49
3.3.2. CÊu tróc kªnh logic .................................................................................. 51
3.3.3. CÊu tróc kªnh vËt lý ................................................................................. 53
3.3.4 Quản lý các tài nguyên vô tuyến ............................................................ 63
3.3.5 Truy cËp gãi WCDMA ............................................................................ 67
3.3.6. C«ng nghƯ TDD cho WCDMA ............................................................... 68
3.4 Kết luận........................................................................................................ 69
Ch-ơng IV. Triển khai thông tin di động thế hệ thứ ba

trên thế giới và ở việt nam
4.1. Đặt vấn đề ................................................................................................... 70
4.2. Các mô hình triển khai thông tin di động thế hệ thứ ba trên thế giới ......... 70
4.2.1. Phát triển cdma2000 từ cdmaOne............................................................ 70
4.2.2 Phát triển WCDMA từ GSM và IS136 ...................................................... 71
4.3 Các hệ thống trung gian trên con đ-ờng phát triển lªn WCDMA ............... 72
4.3.1 GSM .......................................................................................................... 72
4.3.2. HSCSD - High Speed Circuit Switch Data ............................................... 75
4.3.3 GPRS......................................................................................................... 76
4.3.4 EDGE ........................................................................................................ 80
Ch-ơng V. Giải pháp Ericsson Seamless Network - triển
khai 3G trên cơ sở hạ tầng GSM sẵn có
5.1 Nguyên tắc thùc hiƯn ................................................................................... 82
5.1. Giíi thiƯu chung ......................................................................................... 82
5.2. Bèi cảnh ra đời ............................................................................................ 83
5.3. Cuộc cách mạng lên 3G .............................................................................. 83
5.4. Giải pháp mạng liên tục .............................................................................. 85
5.5. Cuộc cách mạng GSM và WCDMA ........................................................... 86
5.6. Tích hợp mạng vô tuyến ............................................................................. 87
5.7. Các cơ sở hạ tầng dùng chung .................................................................... 89
5.8. Từ 2G lên 3G mô hình của nhà khai thác dịch vụ ................................. 91
5.9 Kết luận chung: Khả năng triển khai các hệ thống di động thÕ hƯ thø 3…96
KÕt lN CHUNG

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

ii


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Hình vẽ
Hỡnh 1.1 Nguyờn lý tri ph ................................................................................ 5
Hình 1.2. Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính ............................................................. 7
Hình 1.3 Sơ đồ tạo chuỗi Gold .......................................................................... 10
Hình 1.4 Phân loại các hệ thống CDMA ........................................................... 12
Hình 1.5 Sơ đồ khối bộ phát DS-SS .................................................................. 12
Hình 1.6 Sơ đồ khối thu – phát của hệ thống FH – CDMA .............................. 14
Hình 1.7 Sơ đồ khối thu – phát của hệ thống TH-CDMA ................................ 17
Hình 1.8 Mơ phỏng bộ thu a ng ................................................................ 19
Hình 1.9 So sánh giữa Soft handover và hard handover .................................... 21
Hình 1.10 MS thực hiện chuyển giao mềm với 2 trạm gốc ............................... 21
Hình 2.1 Cấu trúc kênh đ-ờng xuống cho RS1 ................................................. 26
Hình 2.2 trải phổ vuông góc đ-ờng xuống ........................................................ 27
Hình 2.3 Cấu trúc kênh truy nhập đ-ờng lên IS-95 ........................................... 29
Hình 2.4 Cấu trúc kênh cơ sở đ-ờng lên IS-95 cho RS1 ................................... 30
Hình 2.5 Cấu trúc kênh phụ trợ đ-ờng lên IS-95 cho RS1 ................................ 30
Hình 3.1 Cấu trúc kênh Pilot, kênh F-SYNC, kênh F-PCH cdma2000. ............ 38
Hình 3.2 Cấu trúc kênh F-CCCH cdma2000 ..................................................... 38
Hình 3.3 Cấu trúc kênh F-FCH cdma2000 với N=3, RS2 ................................. 39
Hình 3.4 Cấu trúc kênh F-SCH cdma2000 víi N=3, RS2. ................................ 39
H×nh 3.5 CÊu tróc kênh F-DCCH cdma2000 với N=3....................................... 40
Hình 3.6 Cấu trúc kênh đ-ờng xuống đa sóng mang cdma2000 ....................... 41
Hình 3.7 Trải phổ phức hợp đa sóng mang cdma2000 ...................................... 41
Hình 3.8 Gán kênh I, Q và điều chế Walsh cho trải phổ trực tiếp ..................... 42
Hình 3.9 Trải phổ PN và điều chế tần số cho trải phổ trực tiếp ......................... 42
Hình 3.10 Cấu trúc kênh pilot đ-ờng lên cdma2000. ........................................ 45
Hình 3.11 Cấu trúc kênh R-FCH cho RS2 của cdma2000. ............................... 45
Hình 3.12 Cấu trúc kênh R-SCH tốc độ cao với 3,6864 Mcps .......................... 46
Hình 3.13 Cấu trúc kênh R-DCCH cdma2000 .................................................. 46

Hình 3.14 Cấu trúc khung 5ms và 20ms TDD của cdma2000. ......................... 49
Hình 3.15 Cấu trúc kênh đ-ờng xuống .............................................................. 52
Hình 3.16 Cấu trúc kênh đ-ờng lên ................................................................... 53
Hình 3.17 Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đ-ờng xuống .................... 54
Hình 3.18 Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đ-ờng xuống ........... 55
Hình 3.19 Cấu trúc khung của các kênh dành riêng đ-ờng lên ......................... 56
Hình 3.20 Trải phổ và điều chế cho các kênh dành riêng đ-ờng lên ................. 57
Hình 3.21 Cấu trúc kênh CCPCD đ-ờng xuống ................................................ 58
Hình 3.22 Cấu trúc kênh đồng bộ SCH ............................................................. 59
Hình 3.23 Dồn kênh SCH với các kênh đ-ờng xuống ....................................... 59
Hình 3.24 cấu trúc burst truy nhập .................................................................... 59
Hình 3.25 Cấu trúc phần dữ liệu cđa burst truy nhËp ........................................ 60

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

iii


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Hình 3.26 Các ph-ơng pháp mà hoá FEC cơ bản cho WCDMA ...................... 60
Hình 3.27 Dồn kênh dịch vụ trong WCDMA .................................................... 61
Hình 3.28 MÃ hoá kênh và ghép xen cho dịch vụ mang 8kbps ......................... 62
Hình 3.29 MÃ hoá kênh và ghép xen cho dịch vụ mang 144kbps ..................... 62
Hình 3.30 MÃ hoá kênh và ghép xen cho dịch vụ mang 384kbps ..................... 63
Hình 3.31 MÃ hoá kênh và ghép xen cho dịch vụ mang 480kbps ..................... 63
Hình 3.32 MÃ hoá kênh và ghép xen cho dịch vụ mang 2,4Mbps .................... 63
Hình 3.33 TDD phân tách khối thu phát....................................................... 69
Hình 4.1 Sự phát triển từ GSM lên UMTS/IMT2000 ........................................ 72
Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống GSM ...................................................................... 73

Hình 4.3 Cấu trúc chung của mạng GPRS ......................................................... 77
Hình 4.4 Cấu trúc mặt phẳng truyền dẫn GPRS ................................................ 78
Hình 4.5 Hiệu quả trong điều chế EDGE .......................................................... 81
Hình 5.1 Con đ-ờng phát triển của các chuẩn 2G ............................................. 84
Hình 5.2 Mạng liên tục của Ericsson................................................................. 86
Hình 5.3 Điều khiển l-u l-ợng .......................................................................... 87
Hình 5.4 Hệ thống tự cấu hình ........................................................................... 89
Hình 5.5 Các pha chuyển tiếp GSM và WCDMA lên 3G ................................. 92

Lê Vũ C-ờng Cao häc §TVT 2002

iv


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

bảng
Bảng 2.1 Các tham số giao diện vô tuyến trong IS-95....................................... 24
Bảng 3.1 So sánh các tham số của hệ thống 2G và 3G ...................................... 33
Bảng 3.2 Các tham số giao diện vô tuyến của cdma2000 ................................. 35
Bảng 3.3 Dải tần tín hiệu đ-ờng xuống điều chế đa sóng mang cdma2000...... 41
Bảng 3.4 Dải tần tín hiệu ®-êng xng ®iỊu chÕ tr¶i phỉ trùc tiÕp cdma2000 . 43
Bảng 3.5 tham số giao diện vô tuyến WCDMA ................................................ 50
Bảng 3.6 Các tham số mà hoá xoắn ................................................................... 61

Lê Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

v

Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

thuật ngữ viết tắt
A

ATM

Asynchronous Trasmission Mode

B

BCCH
BPSK
BSS

Broadcast Channel
Binary Phase Shift Keying
Base Station Subsystem

C

CCPCH
CDMA
CPHCH

Common Control Physical Channel
Code Division Multiple Access
Common Physical Channel

D

DCCH
DPCCH
DPDCH
DPHCH
DSCDMA
DTCH
DTX

Dedicated Control Channel
Dedicated Physical Control Channel
Dedicated Physical Data Channel
Dedicated Physical Channel
Direct Sequence CDMA

E

EDGE
ETSI

Enhanced Data rate for GSM Evolution
European Telecommunication Standards Institute

F

FACH
FCAPICH
F-CCCH
F-DCCH
FDD

FDMA
FHCDMA
F-PCH
F-PICH
F-SCH
F-SYNC

Forward Access Channel
Forward Common Auxilary Pilot Channel

GDG
GGSN
GMSK
GPRS
GSM

CDMA Development Group
Gateway GPRS Support Group
Gaussian Minimum Shifted Keying
General Packet Radio Service
Global System for Mobile Telecommunication

G

Dedicated Traffic Channel
Discontinuous Transmission

Forward Common Control Channel
Forward Dedicated Control Channel
Frequency Division Multiplex

Frequency Division Multiplex Accesss
Frequency Hopping CDMA
Forward Paging Channel
Forward Pilot Channel
Forward Supplementary Channel
Forward Synchronization Channel

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

vi


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

H

HLR
HSCSD

Home Location Register
High Speed Circuit Switch Data

I

IMSI
IMT2000
ITU

International Mobile Subscriber Indentity
International Mobile Telecom Standard 2000

International Telecommunication Union

L

LLC

Logical Link Control

M

MAC
MCCDMA
MLSR
MS
MSC
MSK
MTCDMA
MUD

Media Access Control
Multi Carrier CDMA

P

PAGCH
PCCCH
PCCPCH
PCH
PCU
PDP

PLMN
PMP
PRACH

Packet Access Grant Channel
Packet Common Control Channel
Primary Common Control Physical Channel
Packet Channel
Packet Control Unit
Packet Data Control
Public Land Mobile Network
Point to Multipoint
Packet Random Access Channel

Q

QPSK

Quarature Phase Shift Keying

R

RACH
R-ACH
R-CCCH
R-DCCH
R-FCH
R-PICH
RS1
RS2

R-SCH

Random Access Channel
Reverse Access Channel
Reverse Common Control Channel
Reverse Dedicated Control Channel
Reverse Fundamental Channel
Reverse Pilot Channel
Rate set 1
Rate set 2
Reverse Supplement Channel

S

SCCPCH
SCH

Secondary Common Control Channel
Synchronization Channel

Maximum Length Shift Register
Mobile Station
Mobile Service Center
Minimum Shift Keying
Multi Tone CDMA
Multi User Detection

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

vii

Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

SGSN
SIR
SMS
SS7

Serving GPRS Support Node
Signal to Interference Ratio
Short Message Service
Signalling System No 7

T

TCH
TCP
TDD
TDMA
THCDMA

Traffic Channel
Transmission Control Protocol
Time Division Multiplex
Time Division Multiplex Access
Time Hopping CDMA

U

UMTS
UTRA

Universal Mobile Telecommunication System
UMTS Terresstrial Access

V

VLR

Visitor Location Register

W

WCDMA

Wide Band CDMA

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

viii


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ thông
tin và viễn thông, nhu cầu về việc triển khai các hệ thống băng rộng ngày càng
lớn. Để đáp ứng nhu cầu truyền tải thông tin, đặc biệt là truy nhập Internet của

ng-ời sử dụng, hàng loạt các giải pháp đà đ-ợc triển khai nh- ISDN, ATM,
ADSL nhằm phát triển công nghệ băng rộng trên cơ sở hạ tâng viễn thông
hiện tại. Việc phát triển công nghệ băng rộng là xu h-ớng tất yếu trong quá
trình hội tụ của công nghệ thông tin và viễn thông.
Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ số liệu IP đà đặt ra các yêu
cầu mới đối với công nghiệp viễn thông di động. Thông tin di động thế hệ thứ
hai mặc dù sử dụng công nghệ số nh-ng vì là hệ thống băng hẹp và xây dựng
trên cơ chế chuyển mạch kênh nên tốc độ bị giới hạn ở d-ới mức 14,4 kbps,
không thể đáp ứng đ-ợc các dịch vụ mới này.
Bên cạnh đó sự tồn tại song song của nhiều tiêu chuẩn về thông tin di
động dẫn đến sự tồn tại của nhiều loại thiết bị đầu cuối khác nhau, gây khó
khăn cho các nhà cung cấp thiết bị đầu cuối cũng nh- các thuê bao di động, vì
thuê bao không thể sử dụng cùng một thiết bị đầu cuối để truy nhập các dịch vụ
khác nhau do các mạng di động sử dụng các chuẩn khác nhau cung cấp.
Tr-ớc tình hình đó, Uỷ ban viễn thông quốc tế ITU đà đề ra mục tiêu
phát triển một tiêu chuẩn mới cho thông tin di động đ-ợc gọi là IMT-2000.
Mục đích của IMT-2000 là xây dựng một tiêu chuẩn băng rộng chung cho
thông tin di động, có khả năng t-ơng thích cao với các hệ thống hiện tại nhằm
cung cấp cho khách hàng một vùng phủ sóng lớn nhất, khả năng roaming cao
nhất và trong suốt trong các dịch vụ đ-ợc cung cấp. IMT-2000 đ-ợc đề cập đến
nh- tiêu chuẩn của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba. ITU đề nghị các tổ
chức tiêu chuẩn khu vực đề xuất các giải pháp băng rộng của mình để lựa chọn
ra tiêu chuẩn tối -u nhất cho IMT-2000. Tuy nhiên, do yêu cầu phải t-ơng thích
với các hệ thống hiện tại và lợi ích th-ơng mại của các tổ chức ủng hộ những
tiêu chuẩn này, các tổ chức tiêu chuẩn khu vực đà đ-a ra những giải pháp khác
nhau nh-ng đều có chung một đặc điểm là sử dụng công nghệ CDMA để triển
khai hệ thống vì CDMA có những đặc điểm -u việt mà các công nghệ khác nhTDMA, FDMA không có.
Do thời gian hạn hẹp, luận văn chỉ xin trình bày phần giao diện vô tuyến
của các hệ thống di động, không đề cập các phân hệ mạng. Các chuẩn chính

Lê Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

ix


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

đ-ợc đề cập là WCDMA, cdma2000. Nội dung luận văn đ-ợc chia làm năm
ch-ơng:
ã
ã
ã
ã
ã

Ch-ơng I Lý thuyết trải phổ và công nghệ CDMA
Ch-ơng II Tiêu chuẩn CDMA IS-95
Ch-ơng III Công nghệ CDMA trong thông tin di động thế hệ 3
Ch-ơng IV Triển khai thông tin di động thế hệ thứ ba trên thế giới
Ch-ơng V Giải pháp Ericsson Seamless Network - triển khai 3G
trên cơ sở hạ tầng GSM sẵn có
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Hoàng Tiến đà giúp đỡ tôi rất nhiều
trong quá trình hoàn thành bản luận văn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2004
Học viên

Lê Vũ C-ờng

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

10


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Ch-ơng I Lý thuyết trải phổ và công nghệ CDMA
1.1. Mở đầu
Thông tin di động đ-ợc xây dựng vào những năm 1980 và thực sự phát
triển mạnh mẽ từ đầu những năm 1990 đến nay. Các hệ thống thông tin di động
hiện thời đ-ợc xây dựng dựa theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau, nh-ng nói chung
có thể phân loại dựa trên các ph-ơng thức đa truy nhập mà các tiêu chuẩn này
sử dụng, bao gồm:
ã Đa truy nhập phân chia tần số (FDMA): Trong ph-ơng thức này, mỗi
thuê bao đ-ợc gán một cặp tần số song công để truyền thông tin thoại
hoặc số liệu giữa thuê bao và mạng. Ph-ơng thức FDMA đ-ợc sử dụng
trong các hệ thống thông tin di động thế hệ đầu nh- TACS, AMPS
ã Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA): Trong ph-ơng thức này,
một tần số đ-ợc phân chia thành các khe thời gian khác nhau và thuê bao
đ-ợc phân bổ một cặp khe thời gian trong một cặp tần số (đ-ờng lên và
đ-ờng xuống) để truyền tin. Nh- vậy, mỗi cặp tần số đ-ợc sử dụng cho
nhiều thuê bao liên lạc đồng thời. Ph-ơng thức TDMA đ-ợc sử dụng
trong các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai nh- DAMPS, GSM...
ã Đa truy nhập phân chia theo mà (CDMA): Đây là ph-ơng thức đa truy
nhập trong đó mỗi thuê bao đ-ợc gán một mà trải phổ (mà giả ngẫu
nhiên) để truyền tin trong cùng một dải tần số. Việc tách biệt thông tin
giữa các thuê bao đ-ợc thực hiện nhờ tính trực giao của các mà trải phổ
này. Việc giải mà tín hiệu chỉ có thể đ-ợc thực hiện khi phía thu biết
đ-ợc mà trải phổ mà phía phát sử dụng để mà hoá tín hiệu.
Việc ứng dụng CDMA vào thông tin di động đà tạo ra những -u điểm nổi
bật mà các hệ thống thông tin di động khác không có nh-: khả năng chống

nhiễu do cố ý hoặc không cố ý, tính bảo mật, giảm độ phức tạp trong công tác
quy hoạch tần số...
Ch-ơng này xin trình bày các khái niệm tổng quan về kỹ thuật trải phổ
và sự áp dụng kỹ thuật này vào việc xây dựng các hệ thống CDMA cũng nhcác đặc ®iĨm chung cđa hƯ thèng CDMA.
1.2. Kü tht tr¶i phỉ
1.2.1. Giới thiệu chung
Trong các hệ thống thông tin, để đánh giá ảnh h-ởng của tạp âm đến chất
l-ợng của hệ thèng, ng-êi ta sư dơng hai tham sè: tû sè tín hiệu trên tạp âm ở
đầu ra và xác suất lỗi. Đây là hai tham số quan trọng nên việc nâng cao chất
l-ợng thông tin th-ờng tập trung vào cải thiện hai tham số này.
Với một mức tạp âm đà cho, việc nâng cao tỷ số tín hiệu trên tạp âm có
thể đ-ợc thực hiện theo một trong ba cách sau:
ã Tăng công suất của tín hiệu để cải thiện tỷ số S/N. Biện pháp này không
phải lúc nào cũng thực hiện đ-ợc, đặc biệt trong các hình thức thông tin
Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

11


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

dùng nhiều ph-ơng tiện kỹ thuật phức tạp, mặt khác công suất của nguồn
tín hiệu còn bị ràng buộc bởi các quy định về nhiễu, mật độ phổ và công
suất.
ã Tăng độ dài của tín hiệu, tức là tăng độ d- cho tín hiệu. Biện pháp này có
thể cải thiện S/N nh-ng sẽ làm giảm tốc độ truyền tin.
ã Trải rộng phổ tín hiệu: đây là ph-ơng pháp gần đây đ-ợc nghiên cứu và
áp dụng rộng rÃi trên thế giới. Ph-ơng pháp này sẽ đ-ợc trình bày ở phần
d-ới đây.
Kỹ thuật trải phổ đà đ-ợc nghiên cứu và ứng dụng tr-ớc tiên trong các hệ

thống liên lạc quân sự vào những năm 1950. Trong thời gian gần đây, với việc
nghiên cứu và th-ơng mại hoá các hệ thống CDMA băng hẹp, Qualcomm là
công ty đi tiên phong trong việc phát triển các hệ thống trải phổ mà cụ thể là hệ
thống thông tin di động trải phổ.
Hệ thống trải phổ phải thoả mÃn đầy đủ các yêu cầu sau:
ã Tín hiệu sau trải phổ chiếm một độ rộng băng tần lớn hơn nhiều so với
độ rộng băng tần tối thiểu cần thiết để truyền tin.
ã Việc trải phổ đ-ợc thực hiện bởi tín hiệu trải phổ, th-ờng đ-ợc gọi là tín
hiệu mÃ, sự trải phổ độc lập với dữ liệu.
ã Tại phía thu,việc nén phổ đ-ợc thực hiện bởi sự t-ơng quan giữa tín hiệu
thu đ-ợc với bản sao đ-ợc đồng bộ của tín hiệu trải phổ đà đ-ợc sử dụng
ở phía phát.
Các ứng dụng trải phổ đ-ợc phân thành những phạm vi khác nhau với
những -u điểm chính sau:
ã Khả năng đa truy nhập: nếu có nhiều ng-ời sử dụng cùng phát các tín
hiệu trải phổ một lúc, bên phía thu vẫn có thể phân biệt đ-ợc giữa các ng-ời sử dụng với điều kiện mỗi ng-êi. Tại phía thu, bằng việc sử dụng tín
hiệu mã của chính phía phát, chỉ có tín hiệu phát đi từ phía phát chủ định
mới được nén phổ, cịn các tín hiệu phát đi từ những người sử dụng khác
vẫn là tín hiệu phổ rộng. Vì vậy trong phạm vi băng tần thông tin, công
suất phát của người sử dụng chủ định sẽ lớn hơn công suất nhiễu với
điều kiện nguồn nhiễu khơng q lớn.
• Khả năng chống nhiễu đa thường: do ảnh hưởng của phản xạ và khúc xạ,
một tín hiệu có thể được thu từ nhiều đường đi khác nhau. Các tín hiệu
này đều là các phiên bản của tín hiệu phát nhưng lại có biên độ, pha, độ
trễ và góc tới khác nhau. Hiện tượng này gọi là nhiễu đa đường. Phương
pháp trải phổ có thể xử lý được hiện tượng nhiễu đa đường này, tuy
nhiên việc xử lý như thế nào còn phụ thuộc vào phương pháp điều chế
tín hiệu (DSSS, FHSS…)
• Tính bảo mật: bên thu chỉ có thể nén phổ và khơi phục tín hiệu khi biết
được mã trải phổ của bên phát.

• Khả năng chống nhiễu từ các nguồn khác: việc thực hiện nén phổ tín
hiệu mã (tín hiệu mang tin) ở bên thu sẽ đồng thời làm cho phổ của các

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

12


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

tớn hiu bng hp khụng mong mun khác bị trải rộng ra, do đó sẽ làm
giảm cơng suất tín hiệu nhiễu trong dải băng tần thơng tin, do đó tỷ số
S/N sẽ tăng lên. Ưu điểm này còn giúp cho hệ thống trải phổ chống được
các loại nhiễu chủ ý do một đối tượng nào đó gây ra với mục đích làm
gián đoạn thơng tin.
1.2.2. Ngun lý trải phổ
Trong điều chế trải phổ, mỗi người sử dụng được phát một chuỗi mã
riêng, chuỗi mã này được sử dụng để mã hố tín hiệu mang tin khi phát. Tại
phía thu sẽ tiến hành giải mã tín hiệu thu được thông qua chuỗi mã này. Điều
này thực hiện được là do tương quan chéo giữa mã của người sử dụng mong
muốn và mã của những người sử dụng khác rất thấp. Do q trình mã hố sẽ
trải rộng phổ của tín hiệu cần phát nên băng tần của tín hiệu mã lớn hơn rất
nhiều so với băng tần cần thiết để mang tin, vì vậy người ta gọi phương pháp
này là điều chế trải phổ, tín hiệu thu được gọi là tín hiệu trải phổ.
Nếu ký hiệu Bt là băng tần phát, Bi là băng tần của tín hiệu mang tin. Ta
có định nghĩa về độ tăng ích xử lý Gp như sau:
Gp = Bt/Bi
Giá trị Gp thay đổi từ 100 đến 10.000.000 tức là từ 20dB đến 60dB.
P
Tr-íc khi tr¶i phỉ

B
Gp = t
Bi

Sau khi tr¶i phỉ

t

Hình 1.1 Ngun lý trải phổ
Để có thể thực hiện trải phổ, tín hiệu phát phải có dạng tạp âm băng rộng
và có tính ngẫu nhiên. Như vậy tín hiệu phải được cấu trúc từ một số hữu hạn
các thơng số mang tính chất ngẫu nhiên. Các thông số này phải được chứa đựng
ở cả bên phát và bên thu. Yêu cầu này có thể được thoả mãn bằng việc sử dụng
một chuỗi nhị phân ngẫu nhiên có phổ gần giống như tạp âm Gaussian, chuỗi
nhị phân giả ngẫu nhiên PN.
Trong thực tế, các chuỗi nhị phân ngẫu nhiên có thể được điều chế dễ
dàng và cho những kết quả thực tế giá trị.
1.2.3. Chuỗi giả ngẫu nhiên
Chuỗi giả ngẫu nhiên được sử dụng trong các hệ thống thông tin vô
tuyến trải phổ với các chức năng sau:

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

13


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

ã Tri bng tn ca tớn hiu điều chế thành băng tần phát có độ rộng lớn.

Tín hiệu qua trải phổ phải có dạng tạp âm băng rộng.
• Phân biệt tín hiệu của các người sử dụng khác nhau nhưng cùng sử dụng
một băng tần truyền dẫn trong một hệ thống đa truy cập.
Ta có một số định nghĩa liên quan tới chuỗi giả ngẫu nhiên:
• Tự tương quan: Hàm tự tương quan Ra (τ) đánh giá sự tương quan giữa
một tín hiệu f(t) và bản sao của chính nó được dịch đi một thời gian τ :
Rc   



 f t  f t   dt



• Tương quan chéo: Rc (τ) được định nghĩa bằng sự tương quan giữa hai
tín hiệu khác nhau f(t) và g (t)
Rc   



 f t g t   dt



Trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các tín hiệu trải phổ là các mã giả
ngẫu nhiên dạng nhị phân. Tự tương quan và tương quan chéo của các chuỗi
được xác định bằng tín hiệu Agreement – Disagreement khi các mã được so
sánh từng bit một cho mọi sự dịch chuyển τ khác nhau
Các đặc tính cơ bản của chuỗi ngẫu nhiên thực:
• Tần số tương đối của các bit “O” và “1” là 1/2.

• Độ dài chạy - tức là số các bit ”1” hoặc “0” liên tiếp trong chuỗi phải
tuân theo nguyên tắc: độ dài chạy bằng 1 có xác suất ½, độ dài chạy
bằng 2 có xác suất ¼, ... độ dài chạy bằng n có xác suất 1/2n .
• Nếu chuỗi ngẫu nhiên được dịch đi bất kỳ một số khác không số phân tử,
chuỗi mới sẽ có giá trị tương quan với chuỗi gốc bằng 0.
Một chuỗi nhị phân có đầy đủ ba điều kiện trên với phạm vi khác biệt
nhỏ được gọi là chuỗi giả ngẫu nhiên.
1.2.4. Các chuỗi ghi dịch tuyến tính độ dài cực đại MLSR
Ta xem xét một bộ tạo dãy nhị phân tuyến tính được đưa ra ở hình 1.2.
Trong mỗi nhịp, bộ ghi dịch lại dịch chuyển tất cả các nội dung sang phải. Dãy
(an , n là một số nguyên nào đó) được truyền đi với mỗi số hạng được tạo ra
một cách tuyến tính từ r số hạng trước đó theo cơng thức:
an = c1an-1 + c2an-2 + ... + cГan-Г
(1.1)

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

14


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

an

a n-1

a n-2

Thanh ghi dịch (n)

Thanh ghi dÞch (n-1)

a n-r
Thanh ghi dÞch (n-r-1)

C1

C2

Cr

Hình 1.2. Bộ tạo dãy ghi dịch tuyến tính
Ở đây, tất cả các số hạng đều là số nhị phân, c1 đến cГ là các biến số liên
kết (1 cho liên kết và 0 cho không liên kết) và các quy tắc nhân thông thường
được duy trì, phép cộng là theo module 2 và định luật phân bố được áp dụng.
Dãy {an} được tạo ra như vậy có thể là vơ hạn gấp bội. Tuy nhiên, chỉ
cân nhắc đến các số hạng có dấu khơng phủ định, chúng ta có thể xác định
được hàm số tạo dãy là:
G(D) = a0 + a1D + a2D2 + ... = ∑ anDn
(1.2)
Trong đó, D là tốn tử trễ, còn số mũ của D và của mỗi số hạng trong đa
thức này tương ứng với số lượng các đơn vị (các chu kỳ nhịp) thời gian trễ
tương ứng mỗi số hạng.
Kết hợp (1.1) và (1.2) chúng ta có thể rút gọn (1.2) thành phương trình
tuần hồn hữu hạn:


G( D)   an D n
n 0

Từ đó, G(D) có thể được biểu thị như một hệ số của đa thức hữu hạn, bởi
vì:



r

 r
G( D)1   ci D i    c i D i ai D i  ... a1 D 1
 i 1
 i 1

 c D a
r

i

Suy ra

Trong đó

G( D) 

i 1

i

i

D i  ... a1 D 1

r


1   ci D i 
 i 1

r


f ( D)  1   ci D i 
 i 1






g 0 ( D)
f ( D)


(1.3)

được gọi là đa thức đặc tính của bộ tạo dãy ghi dịch và chỉ phụ thuộc vào các
véctơ liên kết c1…c.r . Đa thức g0(D) cũng phụ thuộc vào các véc tơ trạng thái
ban đầu a-r, ar-1, ………a-1. Các nội dung của bộ ghi dịch được tạo ra ngay trước
số hạng a0
Lưu ý rằng trong tất cả các biến số liên kết thì ít nhất cũng có c r= 1. Nếu
khơng thì bộ ghi dịch khơng cần phải xét đến có r tầng. Hơn nữa, trong lúc này,

ta đang xem xét đến vộc t ban u:

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

15


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

a-r = 1, a-r+1 = = a-1 = 0
Trong trường hợp đó, (2.5) và (2.3) cịn giản ước được
g 0 ( D)  1; G( D) 

1
f ( D)

Sử dụng (1.3) và công thức thứ nhất của trường hợp đặc biệt (1.6), chúng
ta chứng minh được ba thuộc tính cơ bản của các chuỗi ghi dịch tuyến tính
(LSR – Linear Shift Register)
• Mỗi chuỗi LSR đều tuần hoàn với chu kỳ P<= 2r-1
Điều này, cho phép chúng ta xác định chuỗi ghi dịch có độ dài cực đại
MLSR (hay chuỗi m) là một chuỗi LRS mà có chu kỳ của nó P=2 r- 1đối
với tất cả các véc tơ ban đầu khác khơng.
• Ngoại trừ trường hợp suy biến, cịn thì chu kỳ P của G(D) sẽ là số
nguyên dương P nhỏ nhất trong phép chia f(D) cho 1 – Dp . Suy biến
được xem là trường hợp khi g0(D) và f(D) có các thừa số chung.
• Điều kiện cần để G(D) tạo ra một chuỗi MLSR là f(D) có cấp r tối giản
(khơng thể triển khai thành thừa số).
Những đa thức f(D) với bậc r để tạo ra chuỗi MLSR được gọi là đa thức
sinh. Số lượng các đa thức sinh bậc r được xác định bằng công thức:

2 r  1 j Pi  1
N P (r ) 

r i 1 Pi

Pi (i= 1, 2,... , j) là ước số nguyên tố của 2r -1
Các thuộc tính của chuỗi MLSR (Maximum Length Shifted Register)
hay chuỗi m:
Thuộc tính 1 - Thuộc tính dịch: Dịch vịng (dịch vòng trái hay dịch vòng
phải) của một chuỗi m cũng là chuỗi m. Nói một cách khác nếu c nằm trong tập
Sm thì dịch vịng c cũng nằm trong tập Sm
Thuộc tính 2 - thuộc tính hồi quy: mọi chuỗi m đều thoả mãn tính hồi
quy
Ci = g1ci-1 + g2ci-2 + ... + gm-1ci-m+1 + ci-m
với i = 0, 1, 2 … Ngược lại mọi lời giải cho phương trình trên là một chuỗi
trong tập Sm. Lưu ý có m lời giải độc lập tuyến tính với phương trình hồi quy
nói trên, nghĩa là m chuỗi độc lập tuyến tính trong Sm.
Thuộc tính 3 - Thuộc tính cửa sổ: Nếu một cửa sổ độ rộng m trượt dọc
chuỗi m trong tập Sm , mỗi dãy trong số 2m – 1 dãy m bít khác khơng này sẽ
được nhìn thấy đúng một lần. (Chẳng hạn xét cửa sổ độ dài 4 cho chuỗi
000100110101111. Tưởng tượng rằng chuỗi này được viết thành vịng).
Thuộc tính 4 - Số 1 nhiều hơn số 0: mọi chuỗi m trong tập S m chứa 2m –
1 số số 1 và 2m – 1 số số 0.
Thuộc tính 5 - Thuộc tính cộng: Tổng của một chuỗi m (cộng mod 2
theo từng thành phần) là một chui m khỏc.

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

16

Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

Thuc tớnh 6 - Thuc tớnh dch và cộng: tổng của một chuỗi m và dịch
vòng của chính nó (cộng mod 2 theo từng thành phần) là một chuỗi m khác.
Thuộc tính 7 - Hàm tương quan dạng đầu đinh: hàm tự tương quan tuần
hồn chuẩn hố của một chuỗi m được xác định như sau:
R(i) 

1 N 1
c c
(1) j i 1

N j 0

Thuộc tính 8 - Các đoạn chạy (Runs): một đoạn chạy là một xâu các số
“1” liên tiếp hay một xâu các số “0” liên tiếp. Trong mọi chuỗi m, một nửa số
đoạn này có chiều dài 1, một phần tư có chiều dài 2, một phần tám có chiều dài
3 chừng nào các phân đoạn còn cho một số nguyên các đoạn chạy. Chẳng hạn
có một đoạn chạy độ dài k, 0bằng 2m-k-2.
Thuộc tính 9 - Pha đặc trưng: Có đúng một chuỗi c trong tập Sm thoả
mãn điều kiện ci = c 2i đối với tất cả i € Z. Chuỗi m này được gọi là chuỗi c đặc
trưng hay pha đặc trưng của các chuỗi m trong tập Sm
Thuộc tính 10 - Lẫy mẫu (Decimation): lấy mẫu 1 từ n>0 của một chuỗi
m c (nghĩa là lấy mẫu c cứ n bít mã một lần) được biểu thị c{n} có chu kỳ
bằng N/gcd (N,n) nếu khơng phải là chuỗi tồn “0”, đa thức tạo mã g’(x) của
nó có các nghiệm là mũ n của các nghiệm của đa thức tạo mã g(x).
Các thuộc tính 3, 4, 7, 8 là các thuộc tính của chuỗi giả ngẫu nhiên.
Kết luận: Chuỗi MLSR hầu như giống với chuỗi nhị phân ngẫu nhiên

thực khi độ dài chuỗi rất lớn. Do đó có thể sử dụng trong điều chế trải phổ.
Trong hệ thống đa truy cập CDMA, cần phân biệt các tín hiệu của người
sử dụng khác nhau nhưng dùng chung một băng tần truyền dẫn. Muốn vậy, các
mã trải phổ phải được chọn sao cho tương quan chéo của chúng xấp xỉ 0. Lý
thuyết chứng minh rằng các tín hiệu trải phổ trực giao đảm bảo tương quan
chéo bằng nhau. Tuy nhiên điều kiện tương quan chéo chỉ đảm bảo gần đúng
trong những thiết bị hiện nay vì người ta dùng các bộ phát tương quan mã trải
phổ.
Với các chuỗi MLSR, khi r nhỏ thì tương quan rất lớn nên khơng thể sử
dụng trong CDMA, vì vậy trong thực tế người ta dùng các chuỗi Gold có tương
quan chéo giữa hai mã nhỏ.
1.2.5. Chuỗi Gold
Chuỗi Gold được tạo ra bằng cách cộng Module 2 hai chuỗi MLSR có
tần số clock bằng đúng tần số chip. Mấu chốt đáng kể nhất trong việc tạo chuỗi
Gold là phải chọn được những cặp MLSR để đảm bảo các chuỗi tạo ra có tính
tương quan chéo nhỏ.
Vì cả hai chuỗi MLSR đều có độ dài như nhau P = 2r – 1 và sử dụng tần
số nhịp giống nhau nên chuỗi Gold tạo ra cũng có độ dài P. Bất kỳ sự dịch nào
của chuỗi MLSR có độ dài P đều tạo ra chuỗi Gold mới, một chuỗi MLSR cú

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

17


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

th cú P kiu dch, mi kiu dịch tạo ra một chuỗi Gold thì số chuỗi Gold s l
2r 1.

Clock f

Bộ tạo chuỗi
MLRS 1

Bộ tạo chuỗi
MLRS 2

Chuỗi MLSR 1

Chuỗi MLSR 2

Hỡnh 1.3 S to chui Gold

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

18


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

1.3. Cụng ngh CDMA
1.3.1. Tng quan v CDMA
CDMA là phương thức điều chế mã đa truy cập dựa trên nền tảng thông
tin trải phổ. Công nghệ này hiện đang được áp dụng cho thông tin di động và
trong công nghệ WLL. Việc tiếp cận công nghệ CDMA sẽ giải quyết vấn đề
dung lượng và đáp ứng được u cầu của nền cơng nghệ về tính kinh tế, hiệu
quả và độ tin cậy
Trong kỹ thuật FDMA, mỗi người sử dụng được phát một cặp tần số để
truyền tin. Dải tần cần thiết cho một người sử dụng là 30KHz. Như vậy các q

trình trao đổi thơng tin được phân cách nhau bằng tần số. Hiệu suất sử dụng tần
số trong FDMA được quyết định bởi hiệu suất phổ điều chế (số bit thông tin
trên 1Hz băng tần) và hệ số sử dụng lại tần số. Trong thông tin di động, vùng
phủ sóng được chia làm các cell, mỗi cell sử dụng một số tần số cho truyền tin.
Do ảnh hưởng của nhiễu, các cell lân cận nhau không thể sử dụng tần số giống
nhau. Do đó, một trong các vấn đề quan trọng nhất trong thông tin di động
FDMA là quy hoạch cell và sử dụng lại tần số.
Trong kỹ thuật TDMA, mỗi người sử dụng được phân bổ một khe thời
gian trong một tần số để truyền tin. Nhưng do có nhiều người sử dụng cùng
một tần số nên dải tần thông tin cũng phải tăng tương ứng. Theo chuẩn GSM,
dải tần cho một tần số mạng hiện nay là 200KHz. Đồng thời TDMA cũng phải
giải quyết vấn đề về quy hoạch cell và sử dụng lại tần số.
Ở hệ thống CDMA, mỗi người sử dụng được cấp phát một mã giả ngẫu
nhiên duy nhất. Các mã này được phân phối đến các đầu cuối thuê bao và trạm
gốc. Đồng thời, tất cả các người sử dụng đều dùng chung một dải phổ. Với việc
sử dụng mã giả ngẫu nhiên để điều chế, phổ thông tin được trải rộng ra thành
toàn bộ băng tần RF của hệ thống. Do đặc tính của mã trải phổ nên các trạm
gốc khơng cần thiết phải có tần số khác nhau, vì vậy sẽ giảm nhẹ được việc quy
hoạch cell. Mặt khác, nhờ sử dụng cùng một băng tần cho các trạm gốc nên ở
CDMA có thể thực hiện chuyển giao mềm, đảm bảo khơng gián đoạn thơng tin
trong q trình chuyển giao.
1.3.2. Các hệ thống CDMA
Có một số phương pháp điều chế trong công nghệ CDMA đang được
nghiên cứu và sử dụng. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng khi
được sử dụng trong từng ứng dụng. Phương pháp này đã được ứng dụng rất
thành công trong các mạng di động thế hệ thứ 2 sử dụng công nghệ CDMA.
Đây cũng sẽ là phương pháp điều chế được nhiều nhà sản xuất hỗ trợ nhất trọng
việc phát triển công nghệ thơng tin di động thế hệ thứ 3.

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

19


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

CDMA

CDMA th-ờng

DS

Băng hẹp

FH

Băng rộng Nhảy tần
nhanh

CDMA lai

TH

Nhảy tÇn
chËm

DS/FH
DS/TH
FH/TH
DS/FH/TH

TDMA/CDMA

MC-CDMA
MT-CDMA

Hình 1.4 Phân loại các hệ thống CDMA
Hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp DS-CDMA
Trong hệ thống DS – CDMA, mỗi người sử dụng được gán một mã trải
phổ, mã này là một tín hiệu được tạo ra bởi quá trình điều chế tuyến tính với
một chuỗi tín hiệu giả ngẫu nhiên có tốc độ cao. Tín hiệu điều chế ban đầu
được nhân với mã trải phổ này để tạo ra một chuỗi tín hiệu có tốc độ cao hơn
rất nhiều so với tốc độ ban đầu, và do đó phổ tín hiệu cũng rộng ra tương ứng.

Hình 1.5 Sơ đồ khối bộ phát DS-SS
Tốc độ của tín hiệu mã (code signal) được gọi là tốc độ chip, một chip
tương ứng với một symbol trong tín hiệu mã trải phổ. Nếu thời gian của 10 chip
mã tương ứng với thời gian của 1 bit tín hiệu thì tốc độ chip bằng 10 lần tốc độ
dữ liệu.
Tại phía thu, để nén phổ tín hiệu, người ta dùng bộ tách sóng nhất quán
sử dụng một chuỗi mã trải phổ được tạo ra ở phía thu. Để thực hiện được việc
nén phổ, đầu thu không chỉ phải cần biết chuỗi mã trải phổ mà cịn phải đồng
bộ mã của tín hiệu thu được với chuỗi mã tạo ra nói trên. Việc đồng bộ này cần
phải được thực hiện ở giai đoạn đầu của q trình thu và duy trì cho tới khi tồn
bộ tín hiệu đã được thu. Chức năng đồng bộ này được thực hiện ở khối
synchronisation/tracking. Tín hiệu ban đầu sẽ được khôi phục sau khi nén phổ
và giải điều chế.
Hệ thống trải phổ trực tiếp có một số đặc điểm quan trng sau õy:
Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

20


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

ã a truy nhp: Trong mt di tần số và thời gian có thể có nhiều người
sử dụng cùng một lúc. Tại phía thu, bộ giải điều chế nhất quán
(coherent) được sử dụng để tách tín hiệu trở lại dạng ban đầu. Việc giải
điều chế sẽ tập trung năng lượng của tín hiệu cần thu ở phần dải tần
thông tin. Nếu tương quan chéo giữa mã của tín hiệu cần thu và các tín
hiệu nhiễu từ các người sử dụng khác là rất nhỏ thì việc giải điều chế
nhất quán sẽ chỉ cộng một phần công suất rất nhỏ vào phần dải tần thơng
tin.
• Nhiễu đa đường: Nếu chuỗi mã có đặc tính tự tương quan lý tưởng,
hàm tự tương quan sẽ có giá trị 0 ngồi khoảng (Tc, Tc) với Tc là
khoảng thời gian của 1 chip. Điều này có nghĩa là nếu ta nhận được tín
hiệu cần thu và một tín hiệu đa đường tương ứng có độ trễ lớn hơn 2Tc,
bộ giải điều chế nhất quán sẽ coi tín hiệu trễ như một tín hiệu nhiễu, chỉ
tác động một phần công suất rất nhỏ lên dải tần thơng tin.
• Nhiễu băng hẹp: Q trình tách sóng nhất quán tại đầu thu bao gồm
việc nhân tín hiệu thu được với chuỗi mã giả ngẫu nhiên tạo ra ở phía
thu. Tuy nhiên, nhờ việc nhân này mà phổ thành phần nhiễu băng hẹp bị
trải rộng ra nên phần cơng suất của nó trong dải tần thơng tin sẽ được
giảm đi một giá trị tỷ lệ với tăng ích xử lý.
• Khả năng nghe trộm thấp: Do tín hiệu trải phổ trực tiếp sử dụng tồn
bộ dải tần tín hiệu ở mọi khoảng thời gian nên cơng suất phát trên 1Hz
tần số là rất nhỏ. Do đó rất khó có thể dị tìm được tín hiệu trải phổ trực
tiếp.
Bên cạnh các đặc điểm trên, hệ thống CDMA trải phổ trực tiếp cịn có
một số ưu điểm và nhược điểm sau:

Ưu điểm:
• Việc tạo tín hiệu mã được thực hiện dễ dàng thơng qua phép nhân tín
hiệu thơng thường
• Do chỉ cần một tần số mang nên bộ tạo sóng mạng sẽ có cấu tạo rất đơn
giản
• Có thể thực hiện giải điều chế nhất qn
• Khơng cần thiết phải đồng bộ giữa những người sử dụng (như trong hệ
thống TDMA)
Nhược điểm:
• Khó tạo lập và duy trì sự đồng bộ giữa tín hiệu thu và chuỗi mã trải phổ
dùng để giải điều chế. Việc đồng bộ phải được duy trì trong khoảng thời
gian một phần của chip. Đồng thời độ lệch đồng bộ cần phải rất nhỏ.
• Việc tạo ra một chuỗi tần số có tính liên tục lớn rất khó khăn nên dải tần
tín hiệu trong thực tế chỉ giới hạn ở mức 1020 MHz.

Lª Vị C-êng – Cao häc §TVT 2002

21


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

ã Do cụng sut phỏt ca nhng người sử dụng ở gần trạm gốc lớn hơn rất
nhiều so với công suất phát của những người sử dụng ở xa trạm gốc, gây
ra nhiễu đối với những người sử dụng ở xa. Vấn đề gần –xa này có thể
được giải quyết bằng việc sử dụng thuật toán điều khiển công suất của
trạm gốc và của máy di động.
Hệ thống CDMA trải phổ nhảy tần FH-CDMA
Trong hệ thống trải phổ nhảy tần FH-CDMA, tần số mang của tín hiệu
điều chế được thay đổi theo chu kỳ. Sau một khoảng thời gian, tấn số sóng

mang lại “nhảy” sang một tần số khác. Dạng nhảy tần được quyết định bởi tín
hiệu mã. Tập hợp các tần số mà sóng mang có thể “nhảy” tới được gọi là tập
nhảy tần. Việc chiếm dụng tần số của hệ thống trải phổ nhảy tần (FHSS) rất
khác biệt so với hệ thống trải phổ trực tiếp (DSSS). Hệ thống DSSS sẽ chiếm
toàn bộ dải tần số khi phát, còn hệ thống FHSS chỉ sử dụng một phần nhỏ của
dải tần khi phát, nhưng vị trí của phần dải tần bị chiếm trong toàn bộ dải tần sẽ
thay đổi theo thời gian.
Tại phía thu, dữ liệu được điều chế băng gốc, sau đó được điều chế lên
tần số phát. Tần số của bộ điều chế phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển từ bộ tạo
mã. Tại phía thu, tín hiệu thu được được giải điều chế xuống tần số thấp. Tần
số giải điều chế cũng do bộ tạo mã quyết định. Khối sync-tracking làm nhiệm
vụ đồng bộ dạng nhảy tần giữa phía thu với phía phát m bo thu c tớn
hiu mong mun.

Dữ liệu

Điều chế
băng gốc

Up
converter

Down
converter

Giải điều
chế dữ liệu
Dữ liệu
Đồng bộ
-tracking

Bộ tạo mÃ

Tổ hợp
tần số

Tổ hợp
tần số

Bộ tạo
mÃ

Hỡnh 1.6 S khi thu phỏt của hệ thống FH – CDMA
Có hai phương pháp nhảy tần được phân loại dựa trên tốc độ nhảy tần
của sóng mang:
• Phương pháp nhảy tần nhanh (F-FH) với tốc độ nhảy tần lớn hơn nhiều
so với tốc độ symbol. Đối với phương pháp này, tần số sóng mang sẽ
thay đổi nhiều lần trong quá trình truyền một symbol, vì vậy một bit
được phát đi trên nhiều tần số khác nhau.

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

22


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

ã Phng phỏp nhy tn chm (S-FH) với tốc độ nhảy nhỏ hơn nhiều so
với tốc độ symbol. Tức là sẽ có nhiều symbol được truyền đi trong một
bước tần số.

Dải tần phát trong phương pháp nhảy tần khơng chỉ phụ thuộc vảo dải
tần tín hiệu mang tin mà cịn phụ thuộc vào dạng tín hiệu nhảy tần và tần số
nhảy tần. Nếu tần số nhảy tần nhỏ hơn nhiều so với dải tần tín hiệu mang tin
(nhảy tần chậm), thì dải tần tín hiệu mang tin sẽ là nhân tố chính quyết định tới
dải tần phát. Nhưng nếu tần số nhảy tần lớn hơn nhiều so với dải tần tín hiệu
mang tin thì dạng xung của tín hiệu nhảy tần sẽ là nhân tố quyết định tới dải tần
phát trong từng bước nhảy. Nếu dạng xung này thay đổi đột ngột (dẫn tới sự
thay đổi tần số rất nhanh chóng) thì dải tần phát sẽ rất lớn. Nếu dạng xung này
thay đổi chậm, dải tần số ở mỗi bước nảy sẽ vào khoảng 1/Th lần dải tần phát,
với Th là tần số nhảy. Ta có thể làm cho sự thay đổi tần số diễn ra chậm bằng
cách giảm tần số phát trước khi có nhảy tần và tăng lại tần số phát sau khi nhảy
tần.
Hệ thống FH-CDMA có các đặc điểm chung sau của hệ thống trải phổ:
• Đa truy cập: Đối với nhảy tần nhanh, một symbol được phát đi trên
nhiều tần số. nếu hầu hết các dải tần đều được phân bổ cho một người sử
dụng, cơng suất thu được từ tín hiệu mong muốn sẽ lớn hơn rất nhiều so
với công suất nhiễu và ta sẽ thu được đúng tín hiệu mong muốn. Đối với
nhảy tần chậm, nhiều symbol sẽ được phát trên cùng một tần số. Nếu xác
suất để những người sử dụng khác đủ nhỏ, tín hiệu từ phía người sử
dụng mong muốn sẽ được thu một cách chính xác. Nếu trong một
khoảng thời gian nào đó có nhiều người sử dụng phát trên cùng một tần
số, ta có thể sử dụng mã chữa lỗi để khơi phục tín hiệu.
• Nhiễu đa đường: Trong hệ thống CDMa nhảy tần nhanh, tần số sóng
mang sẽ thay đổi nhiều lần trong q trình truyền một symbol. Vì vậy
một tần số tín hiệu sẽ được điều chế và phát trên một số tần số sóng
mang. Hiệu ứng đa đường sẽ khác nhau đối với các tần số mang khác
nhau. Vì vậy các tần số tín hiệu nếu được khuyếch đại ở một tần số
mang nào đó cũng lại bị xuy hao ở một tần số mang khác. Tại phía thu,
đáp ứng tại các tần số nhảy tần khác nhau được trung bình hố, vì vậy sẽ
làm giảm nhiễu đa đường.

• Nhiễu băng hẹp: Giả sử có một tín hiệu băng hẹp gây nhiễu trên một
trong các tần sơ nhảy tần. Nếu có Gp tần số nhảy (với Gp là tăng ích xử
lý) tín hiệu chỉ bị nhiễu trong khoảng 1/Gp phần trăm thời gian phát. Như
vậy nhiễu đã bị giảm đi Gp lần.
• Khả năng nghe trộm thấp: khó khăn trong việc nghe trộm tín hiệu
nhảy tần khơng phải do cơng suất phát thấp. Trong q trình phát, hệ
thống sử dụng mức cơng suất trên Hz lớn hơn rất nhiều so với truyền dẫn
liên tục. Nhưng tần số phát của tín hiệu khơng được bit trc i vi
Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

23


Công nghệ CDMA trong thông tin di động 3G và giải pháp triển khai

i tng nghe trm, v khong thi gian phát tại một tần số rất nhỏ. Vì
vậy cũng rất khó có thể nghe trộm trên kênh vơ tuyến.
Bên cạnh các đặc điểm trên, hệ thống CDMA trải phổ nhảy tần cịn có
một số ưu và nhược điểm sau:
Ưu điểm:
• Việc đồng bộ trong FH-CDMA dễ hơn nhiều so với DS-CDMA. Đối với
FH-CDMA việc đồng bộ phải được thực hiện trong một phần của thời
gian 1 bước nhảy tần. Tuy nhiên vì kỹ thuật nhảy tần khơng cần phải có
tần số nhảy lớn mà chỉ cần có một tập nhảy tần lớn nên thời gian cho 1
bước nhảy sẽ lâu hơn nhiều so với thời gian của 1 chip trong DS-CDMa.
Vì vậy hệ thống FH-CDMa cho phép lỗi đồng bộ lớn hơn DS-CDMA.
• Các dải tần số mà tín hiệu FH có thể chiếm giữ khơng cần phải liên tục
nhau vì bộ tổ hợp tần số có thể nhảy qua một số phần của băng tần. Điều
này kết hợp với việc dễ dàng đồng bộ cho phép hệ thống có dải tần trải
phổ lớn hơn.

• Xác suất để nhiều người sử dụng cùng phát trên một dải tần số là rất nhỏ.
Trạm gốc có thể thu được tín hiệu từ một người sử dụng ở xa trạm gốc
mà không sợ bị nhiễu bởi những người sử dụng ở gần. Vì những người
này sử dụng các tần số phát khác nhau. Vì vậy khơng cần quan tâm
nhiều đến vấn để gần-xa như ở hệ thống trải phổ trực tiếp.
• Do hệ thống trải phổ nhảy tần có thể làm việc được ở dải tần trải phổ lớn
nên việc chống nhiễu băng hẹp tốt hơn hệ thống trải phổ trực tiếp.
Nhược điểm:
• Bộ tổ hợp tần số sử dụng trong nhảy tần rất phức tạp.
• việc thay đổi tín hiệu đột ngột khi dải tần tín hiệu thay đổi sẽ dẫn đến dải
tần chiếm dụng tăng.
• Việc giải mã nhất quán sẽ rất khó thực hiện vì khơng duy trì được mối
quan hệ về pha khi tần số thay đổi.
Hệ thống CDMA nhảy theo thời gian TH-CDMA
Trong hệ thống nhảy theo thời gian, tín hiệu được phát đi theo các burst
tại các khoảng thời gian được quy định bởi mã giả ngẫu nhiên gán cho người sử
dụng. Trục thời gian được chia làm các khung, mỗi khung được chia làm M
khe thời gian. Trong khoảng thời gian của mỗi khung thông tin của người sử
dụng sẽ được phát ở một trong M khe thời gian này. Như vậy mã giả ngẫu
nhiên được sử dụng để làm đầu vào cho thuật toán chọn khe thời gian phát. Vì
người sử dụng phát tất cả dữ liệu trong một khe thời gian trong tổng số M khe
thời gian của một khung nên tần số phát cần thiết sẽ tăng lên M lần. Khác với
hệ thống FH-CDMA luôn luôn sử dụng một phần của dải ph, h thng TH-

Lê Vũ C-ờng Cao học ĐTVT 2002

24