Luận văn Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động

Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 1 Lời nói đầu Sự phát triển của công nghệ trong thông tin di động Kĩ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 1 Việc nghiên cứu kỹ thuật tế bμo Cell đ−ợc tiến hμnh vμo tr−ớc năm 1940 nh−ng cho đến khoảng năm 1979 , một công ty điện thoại di động Bắc Âu mới nghiên cứu chế tạo thμnh công một hệ thống tế bμo đầu tiên .Dịch vụ nμy đ−ợc đ−a vμo Thụy Điển , NaUy , Đan Mạch vμ Phần Lan do các công ty cung ứng 6 n−ớc cung cấp thiết bị . Đến năm 1992 ủy ban thông tin liên bang Mỹ (FCC) mới cấp giấy phép kinh doanh cho 2 công ty viễn thông hμng đầu cho phép họ sử dụng tiêu chuẩn AMPS đã đ−ợc chấp nhận rộng rãi hiện nay . Sau đó b−ớc phát triển của kĩ thuật tế bμo tăng nhanh , rất nhiều n−ớc chất nhận các tiêu chuẩn NMT hoặc AMPS . Thực tế chứng tỏ AMPS lμ kĩ thuật t−ơng tự thế hệ đầu tiên suất sắc nhất .Nhìn t− góc độ thị tr−ờng , nó giải quyết đ−ợc 1 vấn đề quan trọng - đó lμ sự phủ sóng .Nó lμm cho điện thoại di động từ không đến có khiến cho nhân loại đã thực hiện đ−ợc sự nhảy vọt về chất , từ nhu cầu điện thoại cố định sang nhu cầu điện thoại di động , vμ phủ sóng từ thμnh thị tới nông thôn , phủ sóng đ−ợc hầu hết các quốc gia vμ các khu vực trên toμn quốc. Nó đã đ−ợc sử dụng rộng rãi ở trên 70 quốc gia trên thế giới . Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 2 Từ thập kỉ 80 đến thập kỷ 90 , kỹ thuật t−ơng tự chuyển sang kỹ thuật số , sự phát triển của kỹ thuật tế bμo hết sức mạnh mẽ . Trong giai đoạn nμy , điện thoại cố định đã nhanh chóng dùng các máy chuyển mạch số thay cho phần lớn các máy chuyển mạch t−ơng tự đã có . Các công ty thông tin di động đẩy mạch sử dụng kỹ thuật số vμ mở rộng các dịch vụ Ví dụ : Cung cấp các hộp th− thoại , nâng cao chất l−ợng chuyền tín hiệu , cải tiến tính an toμn thông tin , nâng cao hiệu suất phục vụ của đơn nguyên tín hiệu. Cùng với sự cải tiến của phục vụ , số l−ợng tiêu thụ điện thoại tế bμo bắt đầu tăng mạnh nh−ng đồng thời do nhu cầu cạnh tranh thị tr−ờng với nhau , một số nhμ kinh doanh viên thông đua nhau đ−a ra các kỹ thuật không dung hợp . Chính do nhân tố thị tr−ờng nh− vậy đã dẫn đến việc xuất hiện các kỹ thuật vμ tiêu chuẩn khác nhau. Hiện t−ợng nμy đã thúc đẩy việc thμnh lập ủy ban tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) .Tôn chỉ của cơ quan nμy lμ thẩm tra các loại kỹ thuật không dung hợp đang đồng thời xuất hiện nhằm tăng c−ờng khả năng của các nhμ kinh doanh viễn thông phát huy đầy đủ hiệu ích kinh tế quy mô vμ cung cấp một mặt bằng chung .Tổ chức nμy đã yêu cầu toμn Châu Âu dùng một tiêu chuẩn , đó lμ hệ thống GSM (Hệ thống thông tin di động toμn cầu) , dựa trên kĩ thuật TDMA .Chính phủ của 16 n−ớc thμnh viên Liên minh Châu Âu đều đã thông qua tiêu chuẩn nμy . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 2 Đi đôi với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật thế hệ thứ 2 , điện thoại di động đã thực hiện nối mạng khắp thế giới .Đầu tiên giai đoạn 2 của thế hệ thứ hai đã đ−ợc phát triển toμn diện.Nó sẽ cung cấp dịch vụ cao cấp hơn , đặc điểm của nó lμ tăng c−ờng diện tích phủ sóng có công năng 2 kênh tần số 900MHz/1800MHz , công năng điện thoại đ−ờng dμi vμ truyền số liệu tốc độ cao.Các nhμ kĩ thuật đang cố gắng hoμn thμnh các dịch vụ sau: dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, mạng l−ới chuyên dùng ảo , tăng c−ờng bộ biên dịch mã toμn diện . Đại diện lμ W-CDMA (CDMA băng rộng) với chất l−ợng truyền t−ơng đ−ơng với ISDN , tốc độ truyền dẫn trên mạng Internet có thể đạt 385Kbps còn độ truyền dẫn trong phòng vμ trên hệ thống cố định có thể đạt 2Mbps vμ có đủ khả năng để đáp ứng mọi dịch vụ thoại. Hiện nay công ty viễn thông lớn nhất Nhật Bản NNT Docomo đã lắp đặt kỹ thuật W-CDMA trên phổ tần số 5MHz .Họ đã mời 10 nhμ sản xuất thiết bị viễn thông tham gia thiết bị hệ thống tế bμo đ−ợc số hóa hoμn toμn , rất dễ dμng thông qua băng tần 5MHz để thực hiện dịch vụ chuyển mạch gói vμ truyền số liệu tốc độ cao. Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ 3 Khắc phục những nh−ợc điểm của các thế hệ tr−ớc nh− : Dung l−ợng có hạn , khó bảo mật,không thực hiện chuyển mạch toμn cầu , không đáp ứng đ−ợc yêu cầu thông tin đa ph−ơng tiện , kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ ba đ−ợc xây dựng dựa trên nền tảng của những hệ thống hiện tại vμ có khả năng t−ơng thích với thế hệ thứ hai, có khả năng hỗ trợ dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao, khả năng kết nối Internet , bảo mật thông tin đối với mạng cục bộ. Ngμy 5/11/1999 Hội nghị lần thứ 18 của nhóm nghiên cứu Kỹ thuật vô tuyến ITUR-R GT8/1 đã thông qua kiến nghị về "quy phạm giao diện vô tuyến IMT-2000". Kỹ thuật thông tin vô tuyến thế hệ thứ 3 không chỉ đ−a tới cho các nhμ khai thác có khả năng đáp ứng nhu cầu về các dịch vụ có độ phức tạp cao tinh vi mμ còn cung cấp các giải pháp linh hoạt , tối −u hóa doanh thu phát sinh từ các loại dịch vụ có tính hẫp dẫn cao , đ−a lại các cơ hội mới trong kinh doanh.Cho đến nay , các tiêu chuẩn thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) vμ đang đ−ợc triển khai vμ ứng dụng rộng rãi do các tập đoμn viễn thông khác nhau trên thế giới , với −u thế nổi bật , thế hệ thứ ba của công nghệ vô tuyến trong thông tin di động sẽ phát triển nhanh chóng nh− các hệ thống di động tr−ớc đây vμ Internet . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 3 Ch−ơng I: Công nghệ CDMA2000 1.1 Tổng quan về CDMA2000 Khái niệm CDMA Thế kỷ 21 đ−ợc xem nh− kỷ nguyên của thông tin kỹ thuật số với các dòng bit dịch chuyển toμn cầu, kết nối toμn thế giới .Vμ con ng−ời đã phải thừa sự lệ thuộc của mình vμo thế giới đa truyền thông kỹ thuật số (Multimedia) kỳ diệu nμy. Truyền thông di động cũng không nằm ngoμi vòng kết nối đó với hμng loạt công nghệ tiên tiến tham gia phục vụ loμi ng−ời . Hiện có hơn 50 quốc gia trên thế giới triển khai ứng dụng công nghệ CDMA với trên 100 mạng. Lịch sử phát triển CDMA đ−ợc bắt đầu bằng sự ra đời của lý thuyết truyền thông trải phổ trong thập niên 50.Với hμng loạt các −u điểm đi kèm , truyền thông trải phổ đ−ợc ứng dụng trong thông tin quân sự Hoa Kỳ trong những năm sau đó.Đến thập niên 80 , CDMA đ−ợc phép th−ơng mại hóa vμ chính thức đề xuất bởi Qualcomm , một trong những công ty hμng đầu về công nghệ truyền thông. CDMA viết đầy đủ lμ Code Division Multiple Access nghĩa lμ đa truy nhập (đa ng−ời dùng) phân chia theo mã.GSM phân phối tần số thμnh những kênh nhỏ rồi chia xẻ thời gian các kênh cho ng−ời sử dụng.Trong khi đó thuê bao của mạng di động CDMA chia sẻ cùng một giải tần chung. Mọi khách hμng có thể nói đồng thời vμ tín hiệu đ−ợc phát đi trên cùng một dải tần số. Các kênh thuê bao đ−ợc tách biệt bằng cách sử dụng ngẫu nhiên .Các tín hiệu của nhiều thuê bao đ−ợc tách biệt bằng cách sử dụng mã ngẫu nhiên .Các tín hiệu của nhiều thuê bao khác nhau sẽ đ−ợc mã hóa bằng các mã ngẫu nhiên khác nhau , sau đó đ−ợc trộn lẫn vμ phát đi trên cùng một giải tần chung vμ chỉ đ−ợc phục hồi duy nhất ở thiết bị thuê bao (máy điện thoại di động) với mã ngẫu nhiên t−ơng ứng. áp dụng lý thuyết truyền thông trải phổ , CDMA đ−a ra hμng loạt các −u điểm mμ nhiều công nghệ khác ch−a thể đạt đ−ợc . Việt Nam đang sử dụng hệ thống thông tin di động toμn cầu GSM dựa trên công nghệ TDMA .Mạng sử dụng chuẩn GSM đang chiếm gần 50% số ng−ời dùng điện thoại di động trên toμn cầu.TDMA ngoμi chuẩn GSM còn có một chuẩn khác nữa , hiện đ−ợc sử dụng chủ yếu ở Mỹ latinh , Canada, Đông á, Đông Âu. Còn công nghệ CDMA đang đ−ợc sử dụng nhiều ở Mỹ , Hμn Quốc. Công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA lμ công nghệ truyền thông kỹ thuật số , cho phép một số ng−ời dùng truy nhập vμo cùng 1 kênh tần số mμ không bị kẹt bằng cách định vị những rãnh thời gian duy nhất cho mỗi ng−ời dùng trong 1 kênh. Công nghệ nμy đòi hỏi vốn đầu t− ban đầu ít hơn so với công nghệ CDMA. Còn công nghệ đa truy nhập phân chia theo mã CDMA lμ công nghệ trải phổ cho phép nhiều tần số đ−ợc sử dụng đồng thời ; mã hóa từng gói tín hiệu số bằng 1 mã khóa duy nhất vμ gửi đi .Bộ nhận CDMA chỉ biết nhận vμ giải mã .Công nghệ nμy có tính bảo mật cao hơn TDMA . Theo các chuyên gia CNTT Việt Nam xét ở góc độ bảo mật thông tin , CDMA có khả năng −u việt cao hơn . Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 4 Nhờ hệ thống kích hoạt thoại , hiệu suất tái sử dụng tần số trải phổ cao vμ điều khiển năng l−ợng , nên nó cho phép quản lý số l−ợng thuê bao cao gấp 5-20 lần so với công nghệ GSM .áp dụng kỹ thuật mã hóa mới , CDMA nâng chất l−ợng thoại lên ngang bằng với hệ thống điện thoại hữu tuyến.Đối với điện thoại di động , để đảm bảo tính di động , các trạm phát phải đ−ợc đặt rải rác ở khắp nơi. Mỗi trạm sẽ phủ sóng một vùng nhất định vμ chịu trách nhiệm với các thuê bao trong vùng đó .Với CDMA ở vùng chuyển giao , thuê bao có thể liên lạc với 2 hoặc 3 trạm thu phát cùng 1 lúc, do đó cuộc gọi không bị ngắt quãng , lμm giảm đáng kể xác suất rớt cuộc gọi . Một −u điểm khác nữa của CDMA lμ nhờ sử dụng các thuật toán điều khiển nhanh vμ chính xác , thuê bao chỉ phát ở mức công suất vừa đủ để đảm bảo chất l−ợng tín hiệu , giúp tăng tuổi thọ của PIN , thời gian chờ vμ đμm thoại .Máy điện thoại di động CDMA cũng có thể sử dụng PIN nhỏ hơn , nên trọng l−ợng máy nhẹ, kích th−ớc gọn vμ dễ sử dụng. Trong thông tin di động , thuê bao di động di chuyển khắp nơi với nhiều tốc độ khác nhau, vì thế tín hiệu phát ra có thể bị sụt giảm một cách ngẫu nhiên. Để bù cho sự sụt giảm nμy , hệ thống phải điều khiển cho thuê bao tăng mức công suất phát. Các hệ thống analog vμ GSM hiện nay có khả năng điều khiển chậm vμ đơn giản , thuê bao không thể thay đổi mức công suất đủ nhanh, do đó luôn phát ở công suất cao hơn vμi dB so với mức cần thiết.Tuy nhiên để sử dụng mạng điện thoại di động CDMA , ng−ời dùng phải trang bị đầu cuối phù hợp với công nghệ của mạng .Chi phí cho thiết bị đầu cuối CDMA hiện nay khoảng 200USD - 1000USD tùy công năng của máy , trong t−ơng lai sẽ giảm giá thấp hơn.Trong vấn đề bảo mật CDMA cung cấp chế độ bảo mật cao nhờ sử dụng tín hiệu trải băng phổ rộng.Các tín hiệu băng rộng khó bị rò ra vì nó xuất hiện ở mức nhiễu , những ng−ời có ý định nghe trộm sẽ chỉ nghe đ−ợc tín hiệu vô nghĩa .Ngoμi ra với tốc độ truyền nhanh hơn các công nghệ hiện có , nhμ cung cấp dịch vụ có thể triển khai nhiều tuỳ chọn dịch vụ nh− thoại , thoại vμ dữ liệu , Fax, Internet Không chỉ ứng dụng trong hệ thống thông tin di động , CDMA còn thích hợp sử dụng trong việc cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến cố định với chất l−ợng ngang bằng với hệ thống hữu tuyến , nhờ áp dụng kỹ thuật mã hóa mới .Đặc biệt các hệ thống nμy có thể triển khai vμ mở rộng nhanh vμ chi phí thấp hơn các hệ thống hữu tuyến khác vì đòi hỏi ít trạm thu phát . Tuy nhiên những máy điện thoại đang sử dụng chuẩn GSM hiện nay không thể sử dụng chuẩn CDMA .Nếu tiếp tụchát triển GSM hệ thống thông tin di động nμy sẽ phát triển lên WTDMA mới đáp ứng đ−ợc nhu cầu truy cập di động các loại thông tin từ mạng Internet với tốc độ cao thay cho tốc độ 9.600bit/s nh− hiện nay vμ so với tốc độ 144000bit/s của CDMA . Công nghệ truyền dẫn vô tuyến CDMA 2000 (RTT :Radio Tranmision Technology) lμ giao diện vô tuyến băng rộng sử dụng công nghệ CDMA để đáp ứng nhu cầu của hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ thứ ba(3G) . Hệ thống thông tin 3G đ−ợc dựa trên IMT - 2000 (Thông tin di động quốc tế 2000) cho phép cung cấp nhiều dịch vụ viễn thông bao gồm thoại , dữ liệu tốc độ thấp vμ cao , MultiMedia vμ Video cho máy di động .Hệ thống CDMA2000 cho phép t−ơng thích với hệ thống Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 5 CDMAone(IS-95) chỉ ra các hệ thống truy cập khác nhau AMPS(FDMA),D-AMPS (TDMA) vμ CDMA. Trong hệ thống AMPS ng−ời sử dụng đ−ợc phân chia theo tần số , trong hệ thống D-AMPS phân chia theo thời gian vμ tần số , trong CDMA phân chia theo mã . Các yêu cầu kỹ thuật cơ sở ở CDMA 2000 tạo nên một tiêu chuẩn t−ơng thích đối với các hệ thống thông tin di động tổ ong CDMA 800MHz vμ các hệ thống thông tin cá nhân (PCS) CDMA 1,8 đến 2,0 GHz .Các yêu cầu nμy cho phép trạm di động có thể nhận đ−ợc dịch vụ ở hệ thống tổ ong hay PCS chế tạo theo tiêu chuẩn CDMA 2000 Hệ thống CDMA 2000 hỗ trợ tốc độ dữ liệu (cả chuyển mạch kênh vμ chuyển mạch gói) theo chuẩn TIA IS-95B từ 9,6Kbps đến lớn hơn 2Mbps - Kích th−ớc kênh trong hệ thống CDMA2000 lμ 1,3,6,9,12 x 1,25MHz - Hỗ trợ công nghệ Anten tiên tiến. - Kích cỡ ô (chất l−ợng của hệ thống CDMA2000 cho phép tăng vùng phủ sóng vì thế các nhμ khai thác có thể giảm số trạm ) - Tốc độ bit cao hơn nên có thể hỗ trợ tất cả các kích cỡ kênh. - Hệ thống CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ mới nh− truyền số liệu kênh tốc độ cao ,B- ISDN . Hệ thống CDMA2000 có thể hoạt động hiệu quả vμ kinh tế trong nhiều môi tr−ờng nh− : - Outdoor Megacell (Bán kính lớn hơn 35km) - Outdoor Macrocell (Bán kính từ 1 đến 35km) - Indoor/Outdoor Microcell (Bán kính tới 1km) - Indoor/Outdoor Picrocell (Bán kính nhỏ hơn 50m) Hệ thống CDMA2000 có thể triển khai trong môi tr−ờng : - Indoor/ Outdoor. - Mạch vòng không dây (WLL) - Môi tr−ờng di động - Môi tr−ờng hỗn hợp giữa Indoor/Outdoor vμ di động. CDMA 2000 bảo đảm cấu trúc phân lớp để cho phép liên kết hai lớp d−ới của RTT vμo các hệ thống sử dụng tiêu chuẩn mạng bất kỳ (chẳng hạn các dịch vụ báo hiệu do ITU -T định nghĩa) Hệ thống CDMA2000 hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh (WIN) vμ các dịch vụ đ−ợc ITU hoặc các tổ chức chuẩn hóa quốc tế khác đề xuất , cho phép nâng cấp từ hệ thống 2G TIA IS-95B hiện có bao gồm: - TIA IS - 95B: Đặc tính kỹ thuật của máy di động vμ giao diện vô tuyến. - IS -707 :Dịch vụ số liệu (gói , không đồng bộ, Fax) - IS -127 :Codec tiếng tốc độ thay đổi tăng c−ờng (EVRC) 8,5Kbps. - IS - 733 :Codec tiếng 13Kbps . - IS - 637 : Dịch vụ bản tin ngắn (SMS). - IS - 638 : Kích hoạt các MS ở đ−ờng vô tuyến vμ lập các cấu hình . - IS - 97 vμ IS - 98 (Các quy định về chất l−ợng tối thiểu) - Cấu trúc kênh TIA IS - 95B cơ bản. Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- - Mở rộng trên cấu trúc kênh TIA IS - 95B, lớp ghép vμ báo lỗi để hỗ trợ tốc độ cao, truyền các kênh chung(kênh dẫn đ−ờng , đồng bộ, nhắn tin ). - IS - 634A : Không có thay đổi đáng kể đ−ợc mong đợi đối với CDMA2000 cấu trúc phân lớp của CDMA2000 tích hợp cấu trúc thμnh phần của IS - 634A - TIA IS - 41D: Không có thay đổi đáng kể cần thiết đối với CDMA2000, cấu trúc phân lớp của CDMA2000 yêu cầu khả năng dễ dμng tích hợp với dịch vụ mạng vô tuyến thông minh . Yêu cầu về giao diện không gian 3G vμ các giao diện mạng trong IMT - 2000 đ−ợc tóm tắt trong bảng sau : CDMA_2000 ARBI/DOCOMO UMTS UWC - 136 Hệ thống 2G IS-95/ CDMAOne PDC GSM IS-136 Giao diện vô tuyến 2G CDMA_2000 W-CDMA UTRA (WCDMA,TD- CDMA) IS136+/136- HS/136 +HS Giao diện mạng 3G ANSI-41 GSM MAP GSM MAP ANSI-41 Tiêu chuẩn TIA TR-45 ARIB ETSI TIA TR-45 Bảng 1.1 : Các khuyến nghị trong IMT - 2000 Trong đó : - UMTS (Universal Mobile Communication Sestem) :Hệ thống thông tin di động toμn cầu. - UWC(Universal Wireless Communication):Thông tin vô tuyến toμn cầu - PDC (Pacifis Digital Cellular): Mạng tế bμo số Thái Bình D−ơng . -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 6 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- - HS (High Speed) : Tốc độ cao . - Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS . - ARIB (Association of Radio Industries and Business): Hiệp hội công nghiệp vμ kinh doanh vô tuyến . Sự khác biệt giữa hệ thống CDMA2000 vμ hệ thống W-CDMA đ−ợc thể hiện trong bảng ở d−ới đây: CDMA_2000 W-CDMA Tiêu chuẩn mạng ABSI-41 GSM MAP Tốc độ chip 3,6864Mchípp 4,096Mchipps(DOCOMO) 3,84Mchipps(UMTS) Đồng bộ BS có Không/Có (Tùy chọn) Độ dμi khung 20ms 10ms Trải phổ nhiều sóng mang Không Mã hóa thoại Kiểu mới Phần mμo đầu Thấp(vì chia sẻ kênh dẫn đ−ờng) Cao(Vì không chia sẻ kênh dẫn đ−ờng) Bảng 1.2:Sự khác biệt giữa CDMA_2000 vμ W-CDMA 1.1.1 Nguyên lý trải phổ . Nguyên lý của lý thuyết thông tin trải phổ lμ không phân phát những tμi nguyên nh− tần số hay thời gian cho mỗi ng−ời sử dụng , điều khiển công suất truyền bởi mỗi ng−ời dùng nμy xuống mức nhỏ nhất mμ vẫn đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm cho tr−ớc theo mức độ chất l−ợng yêu cầu .Mỗi ng−ời sử dụng dùng 1 tín hiệu giả ngẫu nhiên băng rộng trên toμn bộ tần số trong suốt thời gian cần thiết.Nh− vậy mỗi ng−ời dùng sẽ tạo ra 1 nhiễu nền ảnh h−ởng tới tất cả mọi ng−ời sử dụng .Tín hiệu nhiễu cộng thêm nμy lμm giảm bớt dung l−ợng nh−ng vì khả năng cấp phát thời gian vμ băng thông lμ không giới hạn nên dung l−ợng có đ−ợc cũng lớn hơn đáng kể so với hệ thống thông th−ờng.Ước l−ợng sơ bộ tuyến h−ớng lên trong hệ thống trải phổ có đ−ợc bằng các thông số sau: Giả sử : - Mỗi ng−ời sử dụng một sóng mang tạp âm phân bố Gauss băng rộng. - Dạng sóng nμy đ−ợc l−u giữ ở cả máy phát vμ máy thu , việc điều chế vμ giải điều chế lμ các phép nhân đơn giản tại băng tần gốc, đ−ợc đồng bộ giữa các vị trí. - Công suất phát của mỗi ng−ời sử dụng đ−ợc điều khiển sao cho tất cả tín hiệu đ−ợc thu tại trạm gốc với cùng 1 mức công suất. Thì: Nếu công suất tín hiệu thu của mỗi ng−ời lμ Ps(W) tạp âm nền không đáng kể thì công suất giao thoa tổng cộng I đ−a đến bộ giải điều chế của mỗi ng−ời lμ : Su PkI )1( −= (1.1) -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 7 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- Trong đó : ku : lμ tổng số ng−ời dùng có năng l−ợng bằng nhau.Bây giờ giả sử bộ giải điều chế đối với mỗi ng−ời dùng có thể chống đ−ợc tạp âm phân bố Gauss tại mức năng l−ợng bit trên mật độ tạp âm Eb/I0 (Thông số nμy lμ đặc tính giá trị của Modem số. Nó thay đổi giữa 3dB vμ 9dB tùy vμo khả năng thực hiện việc sử dụng mã hóa sửa sai , các hiện t−ợng nμy lμm suy yếu các kênh nh− Fading vμ dĩ nhiên có những điều kiện về tốc độ lỗi) Gọi W(Hz) lμ bề rộng phổ của sóng mang tạp âm băng rộng đã trải phổ.Vì mật độ phổ của chúng đ−ợc giả sử lμ đồng đều trên toμn băng thông nμy nên mật độ năng l−ợng phổ của tạp âm thu đ−ợc bởi bộ giải điều chế của mỗi ng−ời dùng lμ: W II =0 (1.2) T−ơng tự , năng l−ợng trên mỗi bit tín hiệu thu đ−ợc lμ công suất tín hiệu thu chia cho tốc độ dữ liệu gốc R (Đơn vị bit/s) R PE Sb = (1.3) Kết hợp từ (1.1) đến (1.3) cho ta số ng−ời dùng đồng thời có thể cùng tồn tại trong một Cell cô lập ku sẽ liên quan đến hệ số trải rộng R W vμ yêu cầu 0I Eb của bộ giải điều chế : 0 11 I E R W P k bs u ==− (1.4) Hệ thống CDMA thực tế đạt đ−ợc tăng ích GV nhờ điều khiển động theo sự tích cực thoại vμ tăng ích GA nhờ vμo Anten định h−ớng hình quạt .Giả thiết rằng búp sóng Anten định h−ớng có góc mở lμ 1200 , giao thao sẽ còn bằng 1/3 so với Anten vô h−ớng. Tuy nhiên hình quạt của 3 Anten có phần biên phủ nhau.Nên giao thao có lớn hơn 1 ít , GA = 2,4 - 2,55 . Thống kê cho biết rằng thoại chỉ tích cực 35% thời gian cuộc gọi , t−ơng ứng GV = 35,0 1 = 2,67 vμ giao thoa tổng cộng từ số ng−ời sử dụng trong các Cell khác xấp xỉ 5 3 giao thoa gây bởi ku - 1 ng−ời sử dụng trong Cell cho tr−ớc . Giao thoa từ các Cell khác f+1 = 1,6 với f = Giao thoa từ các Cell cho truớc -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 8 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- 00 .4 1 . . I E R W f GG I E R W k b AV b u ≈+≈ Sóng mang tạp âm băng rộng Sóng mang hình Sin Băng tần gốc Dạng sóng tín hiệu số Giải điều chếBộ lọc Cao tần Sóng mang hình Sin Cao tần Sóng mang tạp âm băng rộng Băng tần gốcDạng sóng tín hiệu số (bit/s) Hình 1.1 : Điều chế /Giải điều chế trong kĩ thuật trải phổ Giả thiết rằng điều chế / giải điều chế số lμm việc hoμn hảo , An ten phân tập kém, dùng mã sửa sai máy thu phân tập nhiều đ−ờng (máy thu Rake) thì với dB I Eb 6 0 = chất l−ợng liên lạc thỏa mãn ng−ời dùng ta có: R Wku ≈ Ku :Số ng−ời sử dụng trong Cell hay dung l−ợng của Cell W: Bề rộng phổ sóng mang đã trải phổ . R : Tốc độ dữ liệu gốc . Ví dụ : -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 9 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- w = 1.250.000Hz ; R = 9,600Hz ; dB I Eb 7 0 = ; GV = 2,67 ; GA = 2,55 ; f = 0,65 122 )1.(. ... 0 ≈+= fER GGIWk b AV u Theo bảng Erlang B , dung l−ợng của Cell lμ 122 ng−ời sử dung liên lạc đồng thời t−ơng ứng với 117,8 Erlang . 1.1.2 Các hệ thống thông tin trải phổ . Các hệ thống trải phổ không theo nguyên tắc phân chia kênh nh− các hệ thống thông tin vô tuyến cũ. Trong các hệ thống nμy thay vì dùng các kênh băng hẹp để truyền thông , thông tin của nhiều ng−ời sử dụng đ−ợc truyền trên đồng thời một kênh. Giao thao (Interference) trong hệ thống đ−ợc tạo ra để giúp cho việc thông tin , số l−ợng thuê bao nhờ đó sẽ không giới hạn .Tuy nhiên cμng có nhiều thuê bao thêm vμo hệ thống thì chất l−ợng thông tin cμng giảm . Các hệ thống thông tin trải phổ đã xuất hiện nhiều thập niên vμ đ−ợc sử dụng đầu tiên trong kỹ thuật quân sự bởi hệ thống nμy có tính chống nhiễu vμ tính bảo mật cao. Hai hệ thống trải phổ phổ biến lμ :Trải phổ nhảy tần FH-SS (Frequence Hopping Spread Spectrum) vμ trải phổ chuỗi trực tiếp DS-SS (Direct Spread Spectrum System) 1.1.2.1 - Trải phổ nhảy tần FH-SS Nguyên tắc của hệ thống nhảy tần lμ phân bản tin thμnh nhiều khối có kích th−ớc cố định vμ mỗi khối đ−ợc phát ở những tần số khác nhau. Chuỗi nhảy tần (tức lμ thứ tự chọn lựa các tần số để phát các phần của bản tin) đã đ−ợc biết tr−ớc khi truyền bản tin ở cả máy phát vμ máy thu. Máy phát sẽ phát 1 khối tin ở tần số riêng sau đó sẽ nhảy tới tần số khác để phát khối kế tiếp vμ tiếp tục nh− vậy cho đến hết bản tin . Muốn nhận đ−ợc bản tin đó máy thu cũng phải nhảy tần nh− ở máy phát . Để tránh hiện t−ợng giao thoa giữa những ng−ời sử dụng , mỗi máy phát có 1 chuỗi nhảy tần riêng . Hệ thống trải phổ nμy có thể áp dụng trong hệ thống di động tế bμo. Phổ vô tuyến đ−ợc chia thμnh các tần số vô tuyến đó lμ 1 phần của chuỗi nhảy .Trong hệ thống tế bμo sẽ có nhiều máy di động thông tin với trạm gốc .Mỗi máy có 1 chuỗi nhảy tần riêng nên khi muốn liên lạc nó sẽ phát bản tin d−ới dạng các khối ở tần số riêng t−ơng ứng với chuỗi nhảy tần.Hiện t−ợng nhiễu gây ra do chủ yếu do Fading Rayleigh vμ Fading đa đ−ờng truyền theo từng tần số .Do đó sự mất hay lỗi bản tin chỉ xảy ra ở một khối của bản tin . ở phía thu các khối của bản tin đ−ợc thu nhập vμ sắp xếp thứ tự thμnh bản tin ban đầu .Những khối bị lỗi hay bị mất có thể dễ dμng sửa chữa bằng ph−ơng pháp hiệu chỉnh lỗi FEC (Forward Error Correction) -------------------------------------------------------------------------- Nguyễn Duy H−ng - Lớp K6C 10 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Tử - Thông Tin -------------------------------------------------------------------------- F4 F3 F2 F1 Máy thu Máy phát N G H O P P I E N C Y F R E Q U Hình a (Hệ thống không nhảy tần) Máy phát Máy thu F R E Q U E N C Y - H O P P I N G Hình b (Hệ thống nhảy tần) 1.1.2.2 Trải phổ chuỗi trực tiếp . Trong hệ thống trải phổ chuỗi trực tiếp , thông tin tốc độ bít thấp đ−ợc lấy ra vμ thêm vμo tín hiệu giả ngẫu nhiên tốc độ bit cao đã biết .Tín hiệu giả ngẫu nhiên nμy đều đ−ợc máy phát vμ máy thu biết. Tín hiệu sau khi trộn giống nh− nhiễu bao gồm thông tin vμ các tín hiệu không mang tin. Nhiễu đầu vμo của máy thu bao gồm rất nhiều loại nhiễu