Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Lời nói đầu
Sự phát triển hạ tầng cơ sở là yếu tố quan trọng thúc đẩy nền kinh tế phát
triển và góp phần nâng cao đời sống xã hội của con ngời, thừa kế những thành
tựu của các ngành công nghiệp điện tử, bán dẫn, quang học, tin học và công
nghệ thông tin nền công nghiệp viễn thông trong đó có thông tin di động đã
có những bớc tiến nhảy vọt kỳ diệu đa xã hội loài ngời bớc sang một kỷ nguyên
mới: Kỷ nguyên thông tin .
Ngành công nghiệp thông tin liên lạc đợc coi là ngành công nghiệp trí tuệ
hoặc là ngành công nghiệp của tơng lai, là nền tảng để tăng cờng sức mạnh của
một quốc gia cũng nh cạnh tranh trong công nghiệp. Ngành công nghiệp này
phải đợc phát triển trớc một bớc so với những ngành công nghiệp khác, bởi vì sự
phát triển của các ngành khác dựa trên cơ sở thông tin liên lạc, ngành mà sẽ chỉ
không đơn giản phục vụ nh một phơng tiện liên lạc mà sẽ đóng vai trò nh một
nguồn vốn cho xã hội tiến bộ.
Dới sự hớng dẫn, quan tâm nhiệt tình của thầy giáo Đinh Hữu Thanh, em
đã hiểu thêm đợc nhiều điều về lĩnh vực thông tin liên lạc cũng nh việc áp dụng
các công nghệ mới vào viễn thông. Trong khuôn khổ của bài viết cũng nh còn
hạn chế về kiến thức cho nên không tránh khỏi thiếu sót cũng nh lầm lẫn, em
mong muốn nhận đợc những ý kiến đóng góp thêm để hoàn thiện hơn nữa về
kiến thức của mình. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em
hoàn thành đợt tốt nghiệp này.
1
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Mục lục
Tt
Trang
Lời nói đầu 1
2.1.1.1 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp21
2.1.1.2 Ưu nhợc điểm của DS-CDMA.22
2.1.2. Hệ thống dịch tần (FH) .22
2.1.2.1. Nhảy tần nhanh 25
2.1.2.2 Nhảy tần chậm.26
2.1.2.3. Hệ thống giải điều chế nhảy tần 26
2.1.2.3 Đặc tính tín hiệu dịch tần27
2.2. Sử dụng dãy mã giả tạp âm ngẫu nhiên.29
2.3. Điều khiển công suất CDMA32
2.3.1. Điều kiển công suất tuyến lên.32
2.3.2. Điều khiển công suất tuyến xuống35
2.4. Nguyên lý bộ thu tín hiệu đa luồng
(máy thu RAKE).36
Chơng 3
kiến trúc phân tầng của hệ thống thông tin di
động tế bào cdma
3.1. Cấu trúc chung - So sánh với mô hình mạng OSI. 38
3.2. Lớp vật lý39
3.2.1. Thiết lập kênh 39
3.2.1.1. Các kênh CDMA tuyến xuống40
3.2.1.2. Các kênh CDMA hớng lên (Reverse channel).54
3.3. Lớp mạng và lớp tuyến dữ liệu.68
3.3.1.Kênh CDMA tuyến xuống 68
3.3.1.1. Kênh đồng bộ 68
3
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
3.3.1.2. Kênh nhắn tin.69
3.3.1.3. Kênh lu lợng70
3.3.2. Các kênh CDMA tuyến lên 71
4.1.1.14. VMS (Hệ thống th thoại)95
4.1.1.15. FMS (Hệ thống th fax) 96
4.1.1.16. IWF (Chức năng liên kết làm việc).96
4.1.1.17. CAN (Mạng ATM trung tâm) 96
4.1.1.18. SCP (Bộ xử lý điều khiển dịch vụ) 97
4.1.1.19. SMS (Hệ thống quản lý dịch vụ).97
4.1.1.20. IP (Mạng ngoại vi thông minh) 97
4.1.1.21. MT (Thiết bị đầu cuối thuê bao).97
4.1.2. Kết nối gữa các thành phần.98
4.1.2.1.Giao tiếp giữa MSC và BTS98
4.1.2.2. Giao tiếp giữa MSC và HLR98
4.1.2.3. Giao tiếp giữa các MSC 99
4.1.2.4. Giao tiếp giữa MSC và PSTN99
4.1.2.5. Giao tiếp giữa MSC/BSC/BTS và OMC 99
4.1.2.6. Giao tiếp giữa MSC và VMS/FMS99
4.2. Dung lợng hệ thống CDMA 99
Các từ viết tắt .102
5
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Ch ơng 1
TổNG QUAN Về THÔNG TIN DI Động cellular
1.1. Giới thiệu chung.
1.1.1. Lịch sử phát triển của thông tin di động
Vô tuyến di động đã đợc sử dụng gần 78 năm. Mặc dù các khái niệm tổ
ong, các kỹ thuật trải phổ, điều chế số và các công nghệ vô tuyến hiện đại khác
đã đợc biết đến hơn 50 trớc đây, dịch vụ điện thoại di động mãi đến đầu những
năm 1960 mới xuất hiện ở các dạng sử dụng đợc và khi đó nó chỉ là các sửa đổi
thích ứng của các hệ thống điều vận. Các hệ thống điện thoại di động đầu tiên
này ít tiện lợi và dung lợng rất thấp so với các hệ thống hiện nay cuối cùng các
TDMA. Hãng này đã phát triển ra một phiên bản mới: IS -136, còn đợc gọi là
AMPS số (D-AMPS). Nhng không giống nh IS - 54, GSM đã đạt đợc các thành
công ở Mỹ.
Các nhà nghiên cứu ở Mỹ tìm ra hệ thống thông tin di động số mới là công
nghệ đa thâm nhập phân chia theo mã (CDMA). Công nghệ này sử dụng kỹ thuật
trải phổ trớc đó đã có các ứng dụng chủ yếu trong quân sự. Đợc thành lập vào
năm 1985, Qualcom đã phát phiển công nghệ CDMA cho thông tin di động và
đã nhận đợc 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 đa ra phiên bản CDMA đầu
tiên đợc gọi là IS - 95 A.
Các mạng CDMA thơng mại đã đợc đa vào khai thác tại Hàn Quốc và Hồng
Kông. CDMA cũng đã đợc mua hoặc đa vào thử nghiệm ở Argentina, Brasil,
Chile, Trung Quốc, Germany, Irael, Peru, Philippins, Thailand và mới đây ở
Nhật. Tổng công ty Bu chính Viễn thông Việt Nam cũng đã có kế hoạch thử
nghiệm CDMA.
ở Nhật vào năm 1993 NTT đa ra tiêu chuẩn thông tin di động số đầu tiên
của nớc này: JPD (Japannish personal Digital Cellular System).
Song song với sự phát triển của các hệ thống thông tin di động tổ ong nói
trên, các hệ thống thông tin di động hạn chế cho mạng nội hạt sử dụng máy cầm
tay không dây số cũng đợc nghiên cứu phát triển. Hai hệ thống điển hình cho
loại thông tin này là: DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) của
Châu Âu và PHS (Personal Handy Phone System) của Nhật cũng đã đợc đa vào
thơng mại.
Ngoài các hệ thống thông tin di động mặt đất, các hệ thống thôg tin di động
vệ tinh: Global Star và Iridium cũng đợc đa vào thơng 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 đợc chấp thuận cho IMT-2000 đó
là: W-CDMA và CDMA2000. W-CDMA đợc phát triển lên từ GSM thế hệ 2 và
cdma2000 đợc phát triển lên từ IS-95 thế hệ 2, ở thế hệ này các hệ thống thông
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Hình 1.1: Hệ thống điện thoại di động
1.1.2.2. Sự phát triển của hệ thống tổ ong
Hệ thống điện thoại di động thơng mại đầu tiên đợc đa vào áp dụng
sử dụng băng tần 150 MHz tại Saint Louis - Mỹ vào năm 1946 với khoảng cách
kênh là 60 KHz và số lợng kênh bị hạn chế chỉ đến 3. Đó là hệ thống bán song
công và vì thế mà ngời đàm thoại bên kia không thể nói đợc trong khi ngời đàm
thoại bên này đang nói và việc kết nối là nhân công nhờ điện thoại viên. Sau đó,
nhờ một số cải tiến mà hệ thống IMTS MJ bao gồm 11 kênh ở băng tần 150
MHz và hệ thống ITMS MK bao gồm 12 kênh ở băng tần 450 MHz đã đợc sử
dụng vào năm 1969. Đó là hệ thống song công và một BS có thể phục vụ cho
một vùng bán kính rộng tới 80 Km.
1.1.2.3 Các phơng pháp truy cập trong mạng di động tổ ong
a. Nguyên tắc chung
Để làm tăng dung lợng của dải vô tuyến dùng trong một lĩnh vực nào đó,
và có thể cho phép nhiều ngời cùng khai thác chung một tài nguyên trong cùng
thời điểm, chẳng hạn nh trong thông tin di động thì ngời ta phải sử dụng kỹ thuật
đa truy nhập. Hiện nay có ba hình thức đa truy nhập khác nhau là:
Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division
Multiple Access).
Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA (Time Division
Multiple Access).
Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple
Access).
Liên quan đến việc ghép kênh là dải thông mà mỗi kênh hoặc mỗi mạch
chiếm trong một băng tần nào đó. Trong mỗi hệ thống ghép kênh đều sử dụng
khái niệm đa truy nhập, điều này có nghĩa là các kênh vô tuyến đợc nhiều thuê
bao dùng chung chứ không phải là mỗi khách hàng đợc gán cho một tần số
riêng.
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Hình 1.3:Đa truy cập phân chia theo thời gian
d. Đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA)
Trong kỹ thuật CDMA, tín hiệu mang thông tin (ví dụ nh tiếng nói) đợc
biến đổi thành tín hiệu digital, sau đó đợc trộn với một mã giống nh mã ngẫu
nhiên. Tín hiệu tổng cộng, tức tiếng nói cộng với mã giả ngẫu nhiên, khi đó đợc
phát trong một dải tần rộng nhờ một kỹ thuật gọi là trải phổ.
Không giống FDMA hay TDMA, truyền dẫn trải phổ mà CDMA sử dụng
đòi hỏi các kênh có dải thông tơng đối rộng (Thờng là 1,25 MHz). Tuy nhiên
theo tính toán lý thuyết thì CDMA có thể chứa đợc số thuê bao lớn gấp khoảng
20 lần mà FDMA có thể có trong một dải thông tổng cộng nh nhau .
Hình vẽ dới đây là một minh hoạ của kỹ thuật CDMA. Dải thông tăng từ
30 KHz lên 1,25 MHz, nhng trong dải thông này bây giờ còn xấp xỉ 20 cuộc
đàm thoại. Mỗi đờng thoại analog trớc hết đợc biến đổi thành digital nhờ bộ biến
đổi A/D đúng nh với TDMA. Tuy nhiên sau đó thêm một bớc nữa là chèn một
mã đặc biệt qua một bộ tạo mã. Sau đó tín hiệu đợc phát đi, trải rộng thêm 1,25
MHz dải thông chứ không chiếm một khe thời gian riêng trong dải này.
.
11
Bộ biến
đổi A/D
Tạo
mã
Bộ biến
đổi A/D
Tạ
o
điều chế CDMA băng rộng vì các tín hiệu qua các đờng khác nhau đợc thu nhận
một cách độc lập nhờ sử dụng phân tập.
Nhng hiện tợng fading xảy ra một cách liên tục trong hệ thống này do
fading đa đờng không thể loại trừ hoàn toàn đợc vì với các hiện tợng fading đa đ-
ờng xảy ra liên tục đó thì bộ giải điều chế không thể xử lý tín hiệu thu một cách
độc lập đợc.
Phân tập là một hình thức tốt để làm giảm fading, có 3 loại phân tập là
theo thời gian, theo tần số và theo khoảng cách.
1.2.1.1. Phân tập theo thời gian
Phân tập theo thời gian đạt đợc nhờ sử dụng việc chèn mã sửa sai. Việc
chèn dữ liệu làm nâng cao chất lợng của việc sửa lỗi bằng cách trải các lỗi trên
trục thời gian. Các lỗi trên thực tế thờng xuất hiện khi gặp chớng ngại vật, do đó
khi số liệu đợc tách, các lỗi trải ra trên một khoảng thời gian lớn hơn. Trong
CDMA sử dụng phơng pháp mã hoá xoắn trong bộ phát và giải mã Viterbi.
12
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Một dạng khác của phân tập thời gian xuất hiện tại trạm gốc khi truyền dữ
liệu với tốc độ giảm. Khi phát tốc độ dữ liệu giảm (thời gian lặng trong các cuộc
thoại) trạm gốc lặp lại dữ liệu để tốc độ phát đạt tới tốc độ cao nhất. Trạm gốc
cũng giảm công suất truyền khi nó hoạt động với tốc độ dữ liệu giảm. Sự d thừa
thêm vào trong tín hiệu truyền này dẫn đến ít nhiễu giao thoa hơn và cải thiện
hoạt động ở bộ thu của máy di động trong vùng nhiễu cao.
1.2.1.2 Phân tập tần số:
Hệ thống CDMA băng rộng ứng dụng phân tập theo tần số nhờ việc mở
rộng công suất tín hiệu trong một băng tần rộng. Mặt khác nhiễu trong thời điểm
nhất định chỉ xảy ra tại một đoạn băng tần hẹp cụ thể nào đó, sự giảm tín hiệu vô
tuyến chỉ ảnh hởng tới một phần độ rộng băng tín hiệu CDMA, phần lớn thông
tin là nhận đợc. Kết quả là với một phần nhỏ thông tin bị sai lệch thì tại đầu thu
của việc điều khiển công suất phát của trạm gốc còn đạt mục tiêu giảm công suất
phát của máy di động mỗi khi ở trạng thái rỗi hoặc ở vị trí gần BTS. Với kết quả
này công suất sẽ tập trung cung cấp cho các máy ở vùng có nguy cơ thu gián
đoạn hay máy di động đang ở vị trí xa BTS
1.2.3. Công suất phát thấp
Việc giảm tỷ số Eb/No (tơng ứng với tỷ số tín hiệu/nhiễu) chấp
nhận đợc không chỉ làm tăng dung lợng hệ thống mà còn làm giảm công suất
phát yêu cầu để khắc phục tạp âm và giao thoa. Việc giảm này nghĩa là giảm
công suất phát yêu cầu đối với máy di động. Nó làm giảm giá thành và cho phép
hoạt động trong các vùng rộng lớn hơn với công suất thấp khi so với các hệ
thống analog hoặc TDMA có công suất tơng tự. Hơn nữa, việc giảm công suất
phát yêu cầu sẽ làm tăng vùng phục vụ và làm giảm số lợng BS yêu cầu khi so
với các hệ thống khác.
Một tiến bộ lớn hơn của việc điều khiển công suất trong hệ thống CDMA
là làm giảm công suất phát trung bình. Trong đa số trờng hợp thì môi trờng
truyền dẫn là thuận lợi đối với CDMA. Trong các hệ thống băng hẹp thì công
suất phát cao luôn luôn đợc yêu cầu để khắc phục fading tạo ra theo thời gian.
Trong hệ thống CDMA thì công suất trung bình có thể giảm bởi vì công suất yêu
cầu chỉ phát đi khi có điều khiển công suất và công suất phát chỉ tăng khi có
fading.
1.2.4. Bộ giải mã thoại tốc độ biến thiên
CDMA tận dụng thời gian lặng trong cuộc đàm thoại để nâng cao dung l-
ợng của hệ thống. Một bộ mã hoá/ giải mã thoại tốc độ biến thiên đợc sử dụng.
Khi thuê bao đang đàm thoại tốc độ dữ liệu là 9600 bit/s. Khi thuê bao tạm
ngừng hoặc đang nghe thì tốc độ dữ liệu giảm xuống còn 1200 bit/s. Tốc độ dữ
liệu 2400 và 4800 cũng đợc sử dụng nhng không thờng xuyên bằng hai tốc độ
trên.Tốc độ dữ liệu dựa trên hoạt động điện đàm cứ 20 ms việc quyết định tốc độ
lại thực hiện lại. Các cuộc đàm thoại thông thờng có hệ số xấp xỉ 40%.
Máy di động giảm tốc độ dữ liệu của nó bằng cách giảm bộ phát khi bộ
giải mã thoại hoạt động ở tốc độ thấp hơn 9600 bit/s.ở tốc độ 1200 bit/s chu kỳ
có bộ thu RAKE mà tín hiệu thu từ 2 BTS đợc sử lý nh là tín hiệu đa đờng. MS
kết hợp tín hiệu thu đợc từ 2 BTS để tạo ra tín hiệu thu không bị gián đoạn
Việc hỗ trợ đồng thời này từ hai trạm gốc này còn cung cấp một lợi ích về
phân tập (không gian) làm cải thiện đáng kể chất lợng truyền dẫn ở vùng rìa cell
Ưu điểm của chuyển giao mềm so với chuyển giao cứng trong các hệ thống
analog và GSM là: trong các hệ thống này thì do sử dụng các tần số khác nhau
15
Trung tâm chuyển mạch
điện thoại di động
Bộ mã hoá
Vocoder/chọnlựa
BS1
BS1
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
chiều ng ợc lại
Khung thoại và số liệu
đồng bộ từ MSC đến BS
Khung bit điều khiển công
suất của BS và tín hiệu
thoại đồng bộ từ BS đến
máy di động
Hình 1.6: Đ ờng kết nối trong chuyển vùng mềm
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
chuyển giao mềm sang các cell khác liền kề. Khả năng cân bằng tải này đợc gọi
là dung lợng mềm (soft capacity).
Nh vậy nhờ việc quy hoạch về dung lợng và vùng phủ sóng mà mạng
CDMA không cần kế hoạch sử dụng lại tần số.
1.2.8. Tách tín hiệu thoại
Trong thông tin 2 chiều song công tổng quát thì tỷ số chiếm dụng
tải của tín hiệu thoại không lớn hơn khoảng 35%. Trong trờng hợp không 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 dài. Nhng do tốc độ truyền dẫn
số liệu giảm nếu không có tín hiệu thoại trong hệ thống CDMA. Giao thoa ở ng-
ời sử dụng khác giảm một cách đáng kể. Dung lợng hệ thống CDMA tăng
khoảng 2 lần và suy giảm truyền dẫn trung bình của máy di động giảm khoảng
1/2 vì dung lợng đợc xác định theo mức giao thoa ở những ngời sử dụng khác.
1.2.9. Tái sử dụng tần số và vùng phủ sóng
Tất cả các BS đều tái sử dụng 1 kênh băng rộng trong hệ thống
CDMA. Giao thoa tổng ở tại trạm phủ sóng đối với tín hiệu của một máy di động
nằm trong trạm gốc đó là tổng giao thoa tạo ra từ các máy di động nằm trong
cùng một trạm phủ sóng, và giao thoa tạo ra trong các máy di động của BTS bên
cạnh. Nói cách khác, tín hiệu của mỗi một máy di động phải đấu tranh với tín
hiệu của tất cả các máy di động khác. Giao thoa tổng từ tất cả các máy di động
bên cạnh bằng một nửa của giao thoa từ tổng các máy di động trong cùng một
BS.
Hiệu quả tái sử dụng tần số của các BS không định hớng là
tỷ số nhiễu trên giao thoa của các máy di động trong cùng một trạm gốc,
(khoảng 65%), đó là giao thoa tổng từ các máy di động khác trong cùng một BS
với giao thoa từ tất cả các BS.
Hình trên trình bày giao thoa từ các BS bên cạnh theo %. Giao thoa từ mỗi
BS trong vòng biên thứ nhất tơng ứng với 6% của giao thoa tổng.
2,55 lần do sự chồng chập các anten lân cận)
1.2.10. Giá trị Eb/N thấp, có tính chống lỗi cao
Eb/No là tỷ số của năng lợng trên mỗi bit đối với mật độ phổ công
suất tạp âm, đó là giá trị tiêu chuẩn để so sánh hiệu suất của phơng pháp điều
chế và mã hoá số.
Khái niệm Eb/No tơng tự nh tỷ số sóng mang tạp âm của phơng pháp FM
analog. Do độ rộng kênh băng tần rộng đợc sử dụng mà hệ thống CDMA cung
cấp một hiệu suất và độ d 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 d thấp là đợc phép sử dụng sao cho giá trị Eb/No cao hơn giá trị mà CDMA
yêu cầu. Mã sửa sai trớc đợc sử dụng trong hệ thống CDMA cùng với giải điều
chế số hiệu suất cao. Có thể tăng dung lợng và giảm công suất yêu cầu với máy
phát nhờ giảm Eb/No.
Trong thông tin TDMA thì nhiều ngời sử dụng một sóng mang và trục thời
gian đợc chia thành nhiều khoảng thời gian nhỏ để giành cho nhiều ngời sử dụng
sao cho không có sự chồng chéo. TDMA đợc chia thành TDMA băng rộng và
TDMA băng hẹp. Mỹ và Nhật sử dụng TDMA băng hẹp còn Châu Âu sử dụng
TDMA băng rộng nhng cả 2 hệ thống này đều có thể đợc coi nh là sự tổ hợp của
FDMA và TDMA vì ngời sử dụng thực tế dùng các kênh đợc ấn định cả về tần số
và các khe thời gian trong băng tần.
1.2.11. Dịch vụ chất lợng cao:
Sự chuyển giao mềm cung cấp cho thuê bao một dịch vụ chuyển giao hoàn
hảo , đạt đợc chất lợng thoại cao hơn ít bị rớt cuộc gọi hơn. Hệ thống thu sử dung
kỹ thuật thu đa đờng làm nâng cao chất lợng tín hiệu thoại.
Bộ giải mã tốc độ thay đổi cung cấp sự tái tạo thoại tốc độ cao và thoại số.
Do đó có khả năng cung cấp đợc thoại có chất lợng cao. Bộ mã hoá tiếng nói
tăng đợc chất lợng thoại nhờ nén tạp âm nền. Bất kỳ một tạp âm nào ở dạng hằng
số, chẳng hạn nh tiếng ồn , đều có thể đợc loại bỏ. Tạp âm nền không đổi đợc
bộ mã hoá xem nh tạp âm không mang thông tin và nhanh chóng loại bỏ tạp âm
18
Hệ thống lai: Bên cạnh các hệ thống đã miêu tả ở trên, điều chế hybrid của
hệ thống DS và FH đã đợc sử dụng để cung cấp thêm các u điểm cho đặc
tính tiện lợi của mỗi hệ thống. Thông thờng đa số các trờng hợp sử dụng
hệ thống tổng hợp bao gồm (1) FH/DS, (2) TH/FH và (3) TH/DS. Các hệ
thống tổng hợp của hai hệ thống điều chế trải phổ sẽ cung cấp các đặc tính
mà một hệ thống không thể có đợc. Một mạch không cần phức tạp lắm có
thể bao gồm bởi bộ tạo dãy mã và bộ tổ hợp tần số cho trớc.
2.1.1. Trải phổ dãy trực tiếp.
Hệ thống DS (nói chính xác là sự điều chế các dãy mã đã đợc điều chế
thành dạng sóng điều chế trực tiếp) là hệ thống đợc biết đến nhiều nhất trong các
hệ thống thông tin trải phổ. Chúng có dạng tơng đối đơn giản vì chúng không
yêu cầu tính ổn định nhanh hoặc tốc độ tổng hợp tần số cao.
Trong hệ thống trải phổ này, tín hiệu dữ liệu đợc nhân trực tiếp với mã trải
phổ, sau đó tín hiệu đợc điều chế sóng mang băng rộng
20
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
Hình dới đa ra sơ đồ khối của mạch thông tin DS điển hình. Bộ điều chế
băng rộng thờng là điều chế PSK
Máy thu thờng sử dụng giải điều chế nhất quán để nén tín hiệu trải phổ, và
sử dụng mã trải phổ nội bộ đợc đồng bộ với dãy mã của tín hiệu thu đợc. Điều
này đợc đồng bộ bởi khối bám và đồng bộ mã.Sau khi nén phổ nhận đợc tín hiệu
dữ liệu đã điều chế, và sau khi qua bộ giải điều chế tín hiệu (thờng là giải điều
chế PSK) ta có đợc dữ liệu ban đầu.
2.1.1.1 Các đặc tính của trải phổ trực tiếp:
a. Đa truy nhập:
Nếu có nhiều ngời cùng sử dụng một kênh cùng một thời điểm thì có nhiều
Giải điều
chế dữ liệu
Dữ
liệu
Dữ liệu
1
2
3 4
5
Bộ tạo
sóng
mang
Website: http://www.docs.vn Email : [email protected] Tel : 0918.775.368
Hệ thống thông tin di động
trong khi phổ tần của những ngời sử dụng khác vẫn đợc trải rộng trên băng tần
truyền dẫn. Nh vậy chỉ có công suất tín hiệu của ngời sử dụng đó trong băng tần
thông tin là lớn.
b. Nhiễu đa đ ờng
Nếu dãy mã có hàm tự tơng quan là lý tởng thì hàm tơng quan băng 0
trong khoảng [ -Tc, Tc ] với Tc là thời gian tồn tại của một chíp. Nghĩa là nếu
nhận đợc hai tín hiệu: một là tín hiệu mong muốn và một là tín hiệu đó nhng trễ
đi một khoảng thời gian lớn hơn 2Tc thì việc giải điều chế sẽ coi tín hiệu đó nh
một tín hiệu nhiễu và chỉ mang một phần rất nhỏ công suất nhiễu vào trong băng
tần thông tin.
c. Nhiễu băng hẹp
Việc nhân nhiễu băng hẹp có trong tín hiệu thu đợc với mã băng rộng sẽ
làm trải phổ nhiễu băng hẹp. Vì vậy nhiễu băng hẹp có trong băng tần thông tin
giảm đi với hệ số bằng tăng ích do sử lý Gp.
d. Xác suất phát hiện thấp
Do tín hiệu dãy trực tiếp sử dụng toàn bộ phổ tín hiệu tại mọi thời điểm
không có ký hiệu. Mặt khác thì FH có thể sử dụng vài nghìn tần số. Trong các hệ
thống thực tế thì sự chọn lọc ngẫu nhiên trong 2
20
tần số đợc phân bố có thể đợc
chọn nhờ sự tổ hợp mã theo mỗi thông tin chuyển dịch tần số. Trong FH, khoảng
dịch giữa các tần số và số lợng các tần số có thể chọn đợc đợc xác định phụ
thuộc vào các yêu cầu vị trí đối với việc lắp đặt cho mục đích đặc biệt.
Nh vậy trong hệ thống dịch tần FH, tần số sóng mang thay đổi theo chu
kỳ. Cứ sau một khoảng thời gian T tần số sóng mang lại nhẩy tới một giá trị
khác. Quy luật nhẩy tần do mã trải phổ quyết định.
Việc chiếm dụng tần số trong 2 hệ thống DS và FH là khác nhau. Hệ thống
DS chiếm dụng toàn bộ băng tần khi nó truyền dẫn trong khi hệ thống FH chỉ sử
dụng một phần nhỏ băng tần tại một khoảng nhỏ của thời gian truyền dẫn.
Nh vậy, công suất mà hai hệ thống truyền đi trong một băng tần tính trung
bình là nh nhau.
Hệ thống FH cơ bản gồm có bộ tạo mã và bộ tổ hợp tần số, bộ phát mã PN
điều khiển bộ tổng hợp tần số phải nhảy tần theo qui luật của nó.
Hệ thống FH tạo ra hiệu quả trải phổ bằng sự nhảy tần giả ngẫu nhiên giữa
các tần số vô tuyến f1,f2,,fn với n có thể lên tới con số hàng nghìn. Nếu tốc độ
nhảy tần (Tốc độ chíp ) lớn hơn tốc độ bít dữ liệu thì đợc gọi là nhảy tần nhanh
FFH (Fast Frequency Hopping), khi đó sẽ có nhiều tần số đợc truyền đi trong
thời gian một bít. Còn ngợc lại tốc độ nhảy tần nhỏ hơn tốc độ bit (nhiều bit tin
đợc truyền đi trong một tần số ) thì đợc gọi là nhảy tần chậm SFH (Slow
Frequency Hopping ).
Gọi f = f
i
f
i-1
là chênh lệch tần số giữa hai tần số kề nhau còn N là số tần
số nhảy tần có thể chọn thì tăng ích xử lý hệ thống trải phổ nhảy tần FH là:
bộ tách khác. Dải băng tần tín hiệu nhảy tần đợc chia đều thành Nt phần bằng
nhau:
Nt = W
ss
/R
p
Sau đó Nt phần này lại đợc chia thành Nb nhóm riêng biệt:
Nb = Nt/M
24
Điều chế
FH
Điều chế
MFSK
K bit dữ liệu
K bit PN
Nguồn
nhiễu
Mã hoá
1
Giải điều
chế FH
K bit PN
2
M
Giải
mã
hoá
M bộ tách
năng l ợng
Hình 2.2: Hệ thống FH
01 00 11 0101 11 11 00 10 01 10 1001 11 10 00 11 11 00 01
00 10 01 10 00 11 01 01 11 10
Hình 2.3: Nhảy tần nhanh
Dữ liệu
2T
b
Chuỗi PN
Copyright: Tài liệu đại học ©