LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội hiện đại ngày nay, nhu cầu trao đổi thông tin là một nhu cầu thiết
yếu. Các hệ thống thông tin di động ra đời tạo cho con người khả năng thông tin mọi
lúc, mọi nơi. Nhu cầu này ngày càng lớn nên số lượng khách hàng sử dụng thông tin
di động ngày càng tăng, các mạng thông tin di động vì thế được mở rộng ngày càng
nhanh. Chính vì vậy, cần phải có các biện pháp tăng dung lượng cho các hệ thống
thông tin di động hiện có. Hệ thống CDMA ra đời và đã chứng tỏ được khả năng hỗ
trợ nhiều user hơn so với các hệ thống trước đó. Hơn nữa, so với hai phương pháp
đa truy nhập truyền thống là phân chia theo tần số FDMA và phân chia theo thời gian
TDMA thì phương pháp truy nhập phân chia theo mã CDMA có những đặc điểm nổi
trội: chống nhiễu đa đường, có tính bảo mật cao, hỗ trợ truyền dữ liệu với tốc độ
khác nhau… Tuy nhiên, trong tương lai, nhu cầu về các dịch vụ số liệu sẽ ngày càng
tăng, mạng thông tin di động không chỉ đáp ứng nhu cầu vừa đi vừa nói chuyện mà
còn phải cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ đa dạng khác như truyền dữ liệu,
hình ảnh và video… Chính vì vậy, vấn đề dung lượng và tốc độ cần phải được quan
tâm.
Trong những năm gần đây, kỹ thuật ghép kênh theo tần số trực giao OFDM
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang,
được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng vô tuyến cũng như hữu tuyến. Ưu điểm
của OFDM là khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao qua kênh truyền chọn lọc tần số,
tiết kiệm băng thông, hệ thống ít phức tạp do việc điều chế và giải điều chế đa sóng
mang bằng giải thuật IFFT và FFT.
Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng, ý tưởng về kỹ thuật
MC-CDMA đã ra đời, dựa trên sự kết hợp của CDMA và OFDM. MC-CDMA kế thừa
tất cả những ưu điểm của CDMA và OFDM: tốc độ truyền cao, tính bền vững với
fading chọn lọc tần số, sử dụng băng thông hiệu quả, tính bảo mật cao và giảm độ
phức tạp của hệ thống. Chính vì vậy, MC-CDMA là một ứng cử viên sáng giá cho hệ
thống thông tin di động trong tương lai.

Nhiệm vụ của đề tài:
Tìm hiểu mạng thông tin di động sử dụng kỹ thuật MC-CDMA (Multicarrier –


1.4 Các kỹ thuật đa truy nhập 9
1.4.1 Giới thiệu chung 9
1.4.2 FDMA : Đa truy nhập phân chia theo tần số 10
1.4.3 TDMA : Đa truy nhập phân chia theo thời gian 11
1.4.4 CDMA : Đa truy nhập phân chia theo mã 12 Chương 2: KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ (CDMA) 13
2.1 Giới thiệu 13

2.2 Kỹ thuật trải phổ 13
2.2.1 Giới thiệu chung
2.2.2 Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) 15
2.2.3 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp (DS – SS) 16
2.2.4 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số (FH – SS) 19
2.2.5 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian (TH – SS) 22
2.2.6 Các chuỗi trải phổ 23

2.3 Nguyên lý CDMA 24

2.4 Máy thu RAKE 25 ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Mục lục

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA

2.5 Điều khiển công suất 26
2.5.1 Hiệu ứng Gần – Xa 26

3.4 Sự khác nhau giữa MC – CDMA và OFDMA 46

Kết luận và hướng phát triển đề tài 47

Các chữ viết tắt 48

Tài liệu tham khảo 50 ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 1 CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG DI ĐỘNG TẾ BÀO
Thay vì dùng các máy phát sóng vô tuyến công suất cực lớn để cung cấp các
dịch vụ thông tin di động cho một lượng lớn users trong một vùng rộng lớn thì thông
tin tế bào chia các vùng địa lý thành các ô (cell), mỗi ô sử dụng máy phát sóng công
suất nhỏ hơn và các bộ điều khiển được gọi là trạm gốc (BS – Base Station). Các ô
này kết hợp lại tạo thành mạng tế bào như hình 1.1.

được sử dụng lại. Nhóm 7 cells này được
gọi là 1 cluster.
Ví dụ : cell thứ nhất (được đánh số 1)
của cluster này sẽ sử dụng cùng tần số
với cell 1 của cluster khác.
Hình 1.2. Sử dụng lại tần số với cluster gồm 7 cells.

Khi user di chuyển từ cell này qua cell khác trong khi đang thực hiện cuộc gọi
thì MSC sẽ thực hiện định tuyến lại cuộc gọi để không làm gián đoạn cuộc gọi. Quá
trình này gọi là chuyển vùng (Handoff).

Những ưu điểm của Hệ thống thông tin di động tế bào:
+ Do sử dụng hiệu quả dải tần số mà dung lượng của hệ thống tăng rất nhiều.
+ Chất lượng của hệ thống được cải thiện do khả năng chống nhiễu đồng kênh
(CCI – Co-Channel Interference).
+ Tăng chất lượng truy cập và chuyển vùng giữa các cell. ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 3

1.2 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
Thông tin di động đã phát triển qua các thế hệ khác nhau.

Generation (3G)
(2000s)
Digital
Voice, Internet, Media
W-CDMA , CDMA2000,
IMT-2000…
ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 4

Thế hệ thứ hai – 2G :
+ Được phát triển ngay trong thập niên 90.
+ Dựa trên công nghệ số, dùng kỹ thuật đa truy cập phân chia theo thời gian
(TDMA – Time Division Multiple Access) và đa truy cập phân chia theo mã (CDMA
– Code Division Multiple Access).
+ Theo quan điểm người sử dụng, hệ thống 2G hấp dẫn hơn hệ thống 1G bởi vì
ngoài dịch vụ thoại truyền thống, hệ thống 2G còn cung cấp thêm một số dịch vụ
truyền dữ liệu, tuy tốc độ còn thấp.
+ Chưa thực hiện được hệ thống thông tin di động toàn cầu, do đó trên thị trường
tồn tại một số hệ thống di động 2G như GSM (Global System for Mobile
Communication), IS-95 (Interim Standard – 95), PDC (Personal Digital Celular) …
Trong đó, GSM được sử dụng rộng rãi nhất.

Đến những năm 2000, hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G) ra đời với mục
tiêu hình thành một hệ thống thông tin di động duy nhất trên toàn thế giới.
+ Dựa trên công nghệ số với sự khẳng định ưu thế vượt trội của CDMA .
+ Có khả năng cung cấp những dịch vụ có tốc độ khác nhau như thoại, Internet
tốc độ cao, truyền hình ảnh chất lượng cao, nhắn tin đa phương tiện (MMS) …
+ Các chuẩn cho 3G: IMT-2000, CDMA2000, W-CDMA …
Hệ thống di động 3G chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng các nghiên cứu về hệ

hữu tuyến là ổn định và có thể dự đoán được, kênh truyền vô tuyến là hoàn toàn
ngẫu nhiên và không hề dễ dàng trong việc phân tích. Tín hiệu được phát đi, qua
kênh truyền vô tuyến, bị cản trở bởi các toà nhà, núi non, cây cối …, bị phản xạ
(reflection), tán xạ (scattering), nhiễu xạ (diffraction)…, các hiện tượng này được gọi
chung là Fading. Và kết quả là ở máy thu, ta thu được rất nhiều phiên bản khác nhau
của tín hiệu phát. Điều này ảnh hưởng đến chất lượng của hệ thống thông tin vô
tuyến.
1.3.1 Các hiện tượng ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền:
a. Hiệu ứng đa đường (Multipath)
Nhiễu đa đường là kết quả của sự
phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín
hiệu trên kênh truyền vô tuyến. Các tín
hiệu được truyền theo các đường khác
nhau này đều là bản sao của tín hiệu
phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ
và bị trễ so với tín hiệu được truyền
thẳng (Line of Sight). Tín hiệu thu được
tại máy thu là tổng của các thành phần
này, là một tín hiệu phức tạp với biên
độ và pha thay đổi rất nhiều so với tín
hiệu ban đầu.
Hình 1.3. Hiệu ứng đa đường
ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 6 b. Hiệu ứng Doppler:
Gây ra bởi sự chuyển động tương đối của máy thu và máy phát và sự di
chuyển của các đối tượng trong kênh truyền vô tuyến. Khi sự chuyển động tương đối
ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 7

Hình 1.4a. Kênh truyền chọn lọc tần số (f
0
<W)

Trên hình 1.4a, ta nhận thấy kênh truyền có f
0
nhỏ hơn nhiều so với băng
thông của tín hiệu phát. Do đó, tại một số tần số trên băng tần, kênh truyền không
cho tín hiệu đi qua, và những thành phần tần số khác nhau của tín hiệu được truyền
đi chịu sự suy giảm và dịch pha khác nhau. Dạng kênh truyền như vậy được gọi là
kênh truyền chọn lọc tần số.
Hình 1.4b. Kênh truyền Fading phẳng (f
0
>W)

Ngược lại, trên hình 1.4b, kênh truyền có f
0
lớn hơn nhiều so với băng thông
của tín hiệu phát, mọi thành phần tấn số của tín hiệu được truyền qua kênh chịu sự
suy giảm và dịch pha gần như nhau. Chính vì vậy, kênh truyền này được gọi là Kênh
truyền fading phẳng hoặc Kênh truyền không chọn lọc tần số.

1.4 CÁC KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP (Multiple Access Techniques)
1.4.1 Giới thiệu chung
Trong bất kỳ hệ thống thông tin vô tuyến nào, dải băng tần được cho phép sử
dụng là luôn bị giới hạn. Vì vậy, việc chia sẻ kênh truyền để nhiều users có thể sử
dụng đồng thời là một nhu cầu cấp thiết. Các kỹ thuật đa truy nhập ra đời từ đó.

Có ba kỹ thuật chính được sử dụng, đó là:
FDMA – Frequency Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo tần
số
TDMA – Time Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo thời gian
CDMA – Code Division Multiple Access: Đa truy nhập phân chia theo mã Chúng ta tưởng tượng dải băng tần sử dụng là một căn phòng lớn. Khi đó:
FDMA: căn phòng lớn được chia thành nhiều phòng nhỏ, mỗi cặp đựơc cấp
một phòng để nói chuyện.

TDMA: tất cả các cặp tập trung trong một phòng lớn và thay phiên nhau nói
chuyện, mỗi cặp được nói chuyện trong một khoảng thời gian nhất định.

CDMA: tất cả các cặp tập trung trong một phòng và đồng thời nói chuyện, mỗi
cặp nói chuyện bằng một ngôn ngữ riêng. Khi âm lượng của các cặp càng nhỏ
thì số cặp có thể tồn tại trong phòng (mà không gây nhiễu lẫn nhau) càng lớn.

ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 10

1.4.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA)
Kỹ thuật phân kênh theo tần số ra đời đầu tiên. Với kỹ thuật này, mỗi user được

ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 1: Giới thiệu chung

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 111.4.3 Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA)
Kỹ thuật phân kênh theo thời gian được ra đời sau kỹ thuật phân chia theo tần
số với hiệu quả sử dụng kênh truyền cao hơn. Với TDM, mỗi user có thể sử dụng
toàn bộ băng tần nhưng trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Vì vậy, các
user khác nhau có thể truyền và nhận tin tức, từng người từng người một, trên
cùng một khoảng băng tần nhưng tại những thời điểm khác nhau.
Điều này được minh họa trong hình 1.6.
Như vậy, về mặt lý thuyết, các users
trong cùng một tế bào cũng không gây
nhiễu cho. Tuy nhiên, trong cùng một
thời điểm cũng có thể có một user ở tế
bào bên cạnh truyền và nhận tín hiệu cho
nên trong cách truy nhập này cũng xuất
hiện nhiễu đồng kênh CCI.

Hình 1.6. Kỹ thuật phân kênh theo thời gian (TDMA) Ưu điểm:
+ Thích hợp với truyền dẫn số do có thể linh động tốc độ bit cho các kênh.
+ Không cần khoảng băng tần bảo vệ nên tiết kiệm được băng tần.
+ Không cần bộ lọc băng hẹp tốt.
+ Cho phép tận dụng tất cả những ưu điểm của kỹ thuật số.

Khuyết điểm:


Khuyết điểm:

+ Chất lượng thông tin giảm khi số user tăng.
+ Bị ảnh hưởng của hiện tượng gần – xa, do đó cần phải áp dụng kỹ thuật điều
khiển công suất một cách chính xác.
+ Cần phải có sự đồng bộ mã trải phổ chính xác để thu đúng tín hiệu.
ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 13
CHƯƠNG 2:
KỸ THUẬT ĐA TRUY NHẬP PHÂN CHIA THEO MÃ
(CDMA)

2.1 GIỚI THIỆU
Vấn đề bảo mật thông tin trên đường truyền là hết sức quan trọng, nhất là đối
với lĩnh vực Quân sự. Chính vì vậy, kỹ thuật trải phổ đã ra đời từ hơn nửa thế kỷ
qua, nhằm tăng tính bảo mật của thông tin truyền trong môi trường vô tuyến, chống
lại những nguồn gây nhiễu có chủ ý hoặc ý định nghe trộm của đối phương. Đạt
được điều đó là nhờ việc trải rộng phổ tín hiệu để không thể phân biệt với tạp âm
nền. Ngày nay, kỹ thuật CDMA ra đời, dựa trên nguyên lý trải phổ, đã được sử dụng

Ưu điểm của kỹ thuật thông tin trải phổ:
+ Khả năng đa truy cập:
Cho phép nhiều user cùng hoạt động trên một dải tần, trong cùng một khoảng
thời gian mà máy thu vẫn tách riêng được tín hiệu cần thu. Đó là do mỗi user đã
được cấp một mã trải phổ riêng biệt, khi máy thu nhận được tín hiệu từ nhiều user,
nó tiến hành giải mã và tách ra tín hiệu mong muốn.

+ Tính bảo mật thông tin cao:
Mật độ phổ công suất của tín hiệu trải phổ rất thấp, gần như mức nhiễu nền. Do
đó, các máy thu không mong muốn khó phát hiện được sự tồn tại của tin tức đang
được truyền đi trên nền nhiễu. Chỉ máy thu biết được chính xác quy luật của chuỗi
giả ngẫu nhiên mà máy phát sử dụng mới có thể thu nhận được tin tức.

+ Bảo vệ chống nhiễu đa đường:
Nhiễu đa đường là kết quả của sự phản xạ, tán xạ, nhiễu xạ … của tín hiệu trên
kênh truyền vô tuyến. Các tín hiệu được truyền theo các đường khác nhau này đều
là bản sao của tín hiệu phát đi nhưng đã bị suy hao về biên độ và bị trễ so với tín
hiệu được truyền thẳng (Line of Sight). Vì vậy tín hiệu thu được ở máy thu đã bị sai
lệch, không giống tín hiệu phát đi. Sử dụng kỹ thuật trải phổ có thể tránh được
nhiễu đa đường khi tín hiệu trải phổ sử dụng tốt tính chất tự tương quan của nó.
Các kỹ thuật trải phổ gồm ba nhóm chính:
Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp
Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số
Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 15



ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 16
Hình 2.2. Đồ thị hàm tự tương quan của chuỗi PRBS 2.2.3 Kỹ thuật trải phổ bằng cách phân tán phổ trực tiếp
(DS – SS: Direct Sequence Spread Spectrum)
Nguyên lý cơ bản:
Tín hiệu truyền đi được biểu diễn dưới dạng lưỡng cực, sau đó nhân trực tiếp
với chuỗi giả ngẫu nhiên. Ở máy thu, tín hiệu thu được nhân với chuỗi trải phổ lần
nữa để tạo lại tín hiệu tin tức. Hình 2.3.Sơ đồ khối điều chế và khối giải điều chế DS – SS

ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 17

[V] twcos)t(g)t(dP2)t(v
0SSSDS
⋅⋅=
−
Tín hiệu cần truyền đi là d(t), có dạng NRZ với d(t) = ±1, tốc độ bit f
b

là tần số sóng mang [rad/s] Nếu so sánh (1) với biểu thức của BPSK: twcos)t(dP)t(v
SBPSK 0
2 ⋅= , ta nhận
thấy: với cùng công suất phát P
S
, chuỗi số d(t).g(t) có tốc độ chip f
c
chiếm dải phổ
tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu v
BPSK
có tốc độ bit f
b
, vì vậy, mật độ phổ
công suất của tín hiệu trải phổ trải phổ v
DS-SS
thấp hơn nhiều so với mật độ phổ
công suất của tín hiệu không trải phổ v
BPSK
. Nếu f
c
đủ lớn, mật độ phổ này sẽ rất
thấp và xen lẫn với mức nhiễu nền khiến cho các máy thu thông thường rất khó
khăn trong việc tách và lấy ra tín hiệu tin tức. ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 19Ưu điểm của kỹ thuật trải phổ trực tiếp:
+ Có khả năng thực hiện đa truy cập mà không cần đồng bộ giữa các máy phát.
+ Việc tạo ra các tín hiệu mã hoá tương đối đơn giản do chỉ cần sử dụng các bộ
nhân
+ Việc tổng hợp tần số đơn giản do chỉ cần tạo một sóng mang.

Khuyết điểm của kỹ thuật trải phổ trực tiếp:
+ Cặp máy phát – máy thu phải được đồng bộ chip. Để thu đúng, sai số đồng bộ
phải nhỏ hơn khoảng T
chip
.
+ Các máy phát gần máy thu có thể gây nhiễu và làm sai lệch tín hiệu từ các máy
phát ở xa (hiệu ứng gần – xa). 2.2.4 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy tần số
(FH – SS: Frequency Hopping Spread Spectrum)
Kỹ thuật FH – SS phát triển dựa trên điều chế BFSK, trong đó, tần số sóng
mang được thay đổi liên tục theo một quy luật giả ngẫu nhiên (dựa trên chuỗi mã
ngẫu nhiên sử dụng), nhờ vậy mà phổ của tín hiệu FH – SS được trải rộng trên
trục tần số. Thật vậy, ứng với một tần số sóng mang, dải tần số của tín hiệu BFSK
là B, vậy với tín hiệu FH – SS dùng L (L = 2

+ Nếu f
H
≥ f
b
: trong khi máy phát phát một bit dữ liệu, có ít nhất một lần nhảy tần
số. Và hệ thống được gọi là nhảy tần nhanh (Hình 2.7) Hình 2.7. Trải phổ bằng phương pháp nhảy tần nhanh

+ Nếu f
H
< f
b
: sau mỗi lần nhảy tần, máy phát phát liên tiếp một số bit trước khi
nhảy sang một tần số khác. Và hệ thống được gọi là nhảy tần chậm (Hình 2.8)
có thể tránh được hiệu ứng gần – xa do các user ở gần trạm gốc và xa trạm gốc có
thể đang phát ở các tần số khác nhau.
+ Hệ thống FH – SS có thể sử dụng băng thông rộng hơn nên khả năng triệt nhiễu
băng hẹp tốt hơn hệ thống DS – SS.

Khuyết điểm của kỹ thuật trải phổ nhảy tần số:
+ Cần tạo bộ tổng hợp tần số phức tạp.
+ Sự thay đổi đột ngột tần số của tín hiệu khi nhảy tần dẫn đến việc tăng băng tần sử
dụng.

ĐAMH Điện tử - Viễn thông 1 Chương 2: Kỹ thuật đa truy cập phân chia theo mã

Tìm hiểu Hệ thống TTDĐ dùng kỹ thuật MC-CDMA Trang 22

2.2.5 Kỹ thuật trải phổ bằng phương pháp nhảy thời gian
(TH – SS: Time Hopping Spread Spectrum )
Trục thời gian được chia thành các khung (frame). Mỗi khung lại được chia
thành k khe thời gian (slot). Trong một khung, tùy theo mã của từng user mà nó sẽ
sử dụng một trong k khe thời gian của khung. Tín hiệu được truyền trong mỗi khe có
tốc độ gấp k lần so với trường hợp tín hiệu truyền trong toàn bộ khung nhưng tần số
cần thiết để truyền tăng gấp k lần.